JP6431426B2 - ステージ装置および顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、スライドを載置して移動するステージ装置、およびステージ装置を搭載した顕微鏡に関する。

近年、光学顕微鏡は、病理学的診断の為に、組織切片の病変部の微細な観察を実現する手段として病理医によって利用されている。顕微鏡検査の際には、観察対象が載せられたスライドガラスを顕微鏡用のステージに載置し、その観察部位が対物レンズの直下（観察視野）にくるようにステージを移動させる。顕微鏡観察にあたっては、適宜測定部位を微小寸法ずつ精密に移動させる必要が生じる。このような要求から、顕微鏡用のステージ装置は、二次元方向に任意に移動できるようにＸＹステージで構成され、顕微鏡に装着されたＸＹステージにおいて高精度な位置管理の実現が求める。

特許文献１、２には、ＸＹステージの位置決め要素技術に関し、リニアエンコーダなどに用いられるスケールを、測定を行う一方向において高精度に保持するための技術が開示されている。

特開２０１３−６４７３１号公報 特開２０１３−７７１８号公報

しかしながら、異なる線膨張係数を有する複数の部材が一体に固定されたＸＹステージの構成において、温度変化が生じると熱膨張により複数の部材間でわずかな伸縮（熱ドリフト）が発生する。各部材の熱伸縮の差によって部材の固定部には応力が発生し、結果としてＸＹステージを構成する部材にＸ方向およびＹ方向の歪が生じ得る。ＸＹステージの位置管理用のガラススケールが歪の影響を受けると、ＸＹステージにおいて高精度な位置管理の実現が困難になり得る。

特許文献１、２には、測定を行う一方向において、ガラススケールを高精度に保持する構成については記載されているが、熱膨張により生じた伸縮（熱ドリフト）の影響を抑制する構成については考慮されていない。すなわち、特許文献１、２では、熱膨張により生じた部材の伸縮による歪の発生を抑制する構成については考慮されていない。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、熱膨張により生じた部材の伸縮による歪の発生を抑制し、高精度な位置管理が可能なステージ装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の一つの態様によるステージ装置は、第１の方向および前記第１の方向に対して交差する第２の方向に広がりを有する板状のステージ板と、前記ステージ板とは異なる線膨張係数の板状部材と、を有するステージ装置であって、
ステージ板上で前記板状部材を保持する第１保持手段と、
前記ステージ板上で前記板状部材を保持し、前記線膨張係数の相違に基づいて前記ステージ板と前記板状部材との間に生じた相対的な変形を前記第１の方向に許容し、前記第２の方向において拘束する第２保持手段と、
前記ステージ板上で前記板状部材を保持し、前記変形を前記第１の方向に拘束し、前記第２の方向において許容する第３保持手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、熱膨張により生じた部材の伸縮による歪の発生を抑制し、高精度な位置管理が可能になる。

実施形態による顕微鏡システムの構成を示す図。 実施形態によるステージ装置の構成を示す図。 実施形態によるＸステージの概略構成を示す図。 実施形態のＸステージの上面透視図。 第１保持部の詳細断面図。 第２保持部の詳細断面図。 第３保持部の詳細断面図。 第４保持部の詳細断面図。 ＸＹスケール板を裏面側から見た図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

[位置管理顕微鏡システムの構成]
図１は本実施形態による位置管理顕微鏡システム（以下、顕微鏡システム１０）の基本構成を示す図である。顕微鏡システム１０は、顕微鏡本体１０１、ステージ装置２００、カメラ装着用のアダプタ部３００、デジタルカメラ４００、制御ユニット５００を備える。制御ユニット５００は、コントローラ５０１とディスプレイ５０２を有する。

顕微鏡本体１０１を構成する鏡基１２１は、顕微鏡の各種構造物を取り付けるための堅牢な本体フレームである。接眼鏡基１２２は鏡基１２１に固定され、接眼鏡筒１２３（本例では双眼）を接続する。光源ボックス１２４は、透過観察用の光源（たとえば、ハロゲンランプまたはＬＥＤなど）を収納し、鏡基１２１に取り付けられる。Ｚ摘み１２５は、基台１３０をＺ軸方向（上下方向：鉛直方向）へ移動させるための摘みである。

基台１３０には、位置管理機能を提供するステージ装置２００が載置される。基台１３０は、Ｚ摘み１２５の回転に応じて基台１３０をＺ方向に移動する基台移動機構１３１により鏡基１２１に装着されている。１２６は対物レンズユニットであり、光学倍率に応じた複数種類のユニットが存在する。リボルバ１２７は、複数種類の対物レンズユニット１２６を取り付けられる構造を有し、リボルバ１２７を回転させることにより、所望の対物レンズユニットを顕微鏡による観察のために選択する事が出来る。

ステージ装置２００は、スライドガラス２０を載置し、Ｘ方向とＹ方向を含むＸＹ面上で移動するＸＹステージを有する。ステージ装置２００を構成するＸステージ板３（図２）の上面には、ＸＹ方向の高精度スケールを具備したＸＹスケール板２が保持されている。ステージ装置２００を構成するＸステージ板３の詳細については後述する。ステージ装置２００は、たとえばＵＳＢインタフェースケーブル１１２によりコントローラ５０１（制御装置）と接続され、コントローラ５０１からの移動指示に応じてステージ位置をＸＹ方向に移動し、そのステージ位置をコントローラ５０１に通知する。また、Ｘ摘み２０１、Ｙ摘み２０２により手動操作によりステージ位置を移動することができる。アダプタ部３００は、接眼鏡基１２２に鏡基マウント１２８を介してデジタルカメラ４００を装着するための装着部として機能する、カメラ装着用のアダプタである。

デジタルカメラ４００は、アダプタ部３００及び鏡基マウント１２８により、接眼鏡基１２２と所定の位置関係を保って、着脱可能に顕微鏡本体１０１に取り付けられる。デジタルカメラ４００は、顕微鏡本体１０１により得られる顕微鏡画像を撮像する。デジタルカメラ４００は、エビデンス記録を目的とするもので、例えば、ＵＳＢインタフェースケーブル１１１を介してコントローラ５０１に接続され、コントローラ５０１からの指示により顕微鏡下の観察像を撮影する。撮影された観察像は、コントローラ５０１の制御下でディスプレイ５０２（表示部）に表示される。デジタルカメラ４００の撮像機能は、イメージセンサの出力をリアルタイムでモニタに表示するライブビューを行うためのライブ画像撮像機能と、静止画撮像機能を含む。ライブ画像撮像機能は静止画撮像機能よりも低解像度である。また、ライブ画像撮像機能および静止画撮像機能は、撮影された画像（動画、静止画）を所定のインタフェース（本実施形態ではＵＳＢインタフェース）を介して外部装置へ送信することが可能となっている。

[ステージ装置２００の構成]
ステージ装置２００の構成を図２の参照により説明する。図２において、ステージ装置２００のＸＹステージは、平面内の第１の方向（例えば、Ｘ方向）と、第１の方向に対して面内方向において交差する第２の方向（例えば、Ｙ方向）に移動可能に構成されている。第１の方向（Ｘ方向）および第２の方向（Ｙ方向）に交差する第３の方向（Ｚ方向）は、顕微鏡光軸に対応する。ステージ装置２００は、第１の方向および第１の方向に対して交差する第２の方向に広がりを有する板状のＸステージ板３（ステージ板）と、Ｘステージ板３（ステージ板）とは異なる線膨張係数のＸＹスケール板２（板状部材）と、を有する。

以下の説明では、第１の方向の移動機構をＸステージ２１０とよび、第１の方向に対して面内方向において交差する第２の方向の移動機構をＹステージ２２０とよぶ。図２に示すように、Ｘステージ２１０はＹステージ２２０上に配置されており、Ｘステージ２１０はＹステージ２２０上に構成されたリニアガイドなどの不図示の摺動機構により矢印Ｘ方向に移動可能に構成されている。

また、Ｙステージ２２０は、ステージ装置２００のベース部材として機能する基台１３０上に配置されている。Ｙステージ２２０は基台１３０上に構成されたリニアガイドなどの不図示の摺動機構により矢印Ｙ方向に移動可能に構成されている。

ステージ装置２００のＸＹステージは、Ｘステージ２１０およびＹステージ２２０により構成される二次元の移動機構として機能する。本実施形態では、Ｙステージ２２０上にＸステージ２１０が配置された構成を例示的に説明しているが、本発明の趣旨はこの例に限定されるものではなく、この逆の配置順でＸＹステージを構成してもよい。

[Ｘステージ２１０の構成]
次に、Ｘステージ２１０の構成を具体的に説明する。図３に示すように、Ｘステージ２１０は、Ｘステージ２１０の本体を構成するＸステージ板３を有する。Ｘステージ板３上にＸＹガラススケール２ｓと一体に構成されたＸＹスケール板２が載置される。ＸＹガラススケール２ｓは、例えば、ＸＹスケール板２の上面に接着されて一体として形成されている。ＸＹスケール板２がＸステージ２１０のＸステージ板３上に配置されることにより、ＸＹスケール板２を介してＸＹガラススケール２ｓがＸステージ２１０のＸステージ板３上に配置される。ＸＹスケール板２上にはスライドガラス２０が載せられ、所定位置に保持される。

ＸＹガラススケール２ｓには、Ｘ方向移動時の位置管理に使われるＸ方向の位置情報を計測するためのＸ方向スケール８（目盛）、及び、Ｙ方向移動時の位置管理に使われるＹ方向の位置情報を計測するためのＹ方向スケール７（目盛）が高精度に形成されている。また、ＸＹガラススケール２ｓには、Ｘ方向の位置情報を計測するためのＸ方向スケールとＹ方向の位置情報を計測するためのＹ方向スケールとが交差するように形成されたＸＹクロスハッチ６が高精度に形成されている。ＸＹクロスハッチ６は、Ｘ方向およびＹ方向の軸合せの基準として使用される。Ｓ_０はＸＹクロスハッチ６の基準位置である。

顕微鏡本体１０１を構成する鏡基１２１には、Ｘ方向スケール８を読み取るＸ方向センサ、およびＹ方向スケール７を読み取るＹ方向センサが、ＸＹガラススケール２ｓの上方に配置されている。Ｘ方向センサおよびＹ方向センサの検出結果はコントローラ５０１（制御装置）に送信され、コントローラ５０１（制御装置）の位置制御の下、ステージ装置２００の位置が制御される。

尚、図３に示す構成例では、Ｘステージ板３の上面側にＸＹガラススケール２ｓが支持される構成を例示的に示しているが、実施形態の構成はこの例に限定されない。例えば、ＸＹガラススケール２ｓが、ＸＹスケール板２を介して、Ｘステージ板３の下面側に支持されるようにステージ装置２００を構成することも可能である。この場合、Ｘ方向センサおよびＹ方向センサは、例えば、ＸＹガラススケール２ｓの下方の位置で鏡基１２１に配置される。

スライドガラス２０がＸＹスケール板２上に保持されることで、Ｘ方向センサおよびＹ方向センサは、スライドガラス２０とＸＹクロスハッチ６の基準位置Ｓ_０との相対位置の情報を取得することが可能になる。コントローラ５０１（制御装置）は、基準位置Ｓ_０の情報と、取得した相対位置の情報とに基づいて、スライドガラス２０内における被観察物２１にステージ装置２００を位置決めする位置制御を行うことが可能である。ステージ装置２００の位置制御により、病理診断における形態診断や機能診断、デジタルカメラによるエビデンス画像の撮影において、観察位置（スライドガラス２０内における被観察物２１の位置）を容易に再現することができる。

ＸＹガラススケール２ｓ上におけるＸＹクロスハッチ６、Ｘ方向スケール８、およびＹ方向スケール７における各パターンの作製には、半導体露光装置などのナノ技術が用いられる。たとえば、石英ガラスのガラス基板上に、Ｙ軸方向のラインの集合よりなるＸ方向スケール８、Ｘ軸方向のラインの集合よりなるＹ方向スケール７を、例えば、５ｎｍ〜１０ｎｍの精度でナノ技術により一体的に作製する。なお、ＸＹクロスハッチ６、Ｘ方向スケール８、およびＹ方向スケール７を露光装置で描画することにより作製することも可能である。低コスト化を実現するにナノインプリントを用いることも可能である。

（ステージを構成する部材の熱変形の影響）
物体の長さは温度上昇と元の長さに比例した量で伸び縮みする、すなわち、ΔＬ= αＬΔｔ（ΔＬ：伸び、L ：長さ、ΔT ：温度上昇）という関係にあり、温度の上昇に対応して長さが変化する割合を線膨張率（線膨張係数）という。線膨張係数αは、単位長さあたりにおける、温度による長さの変化率として定義される。物体の長さをＬ、温度をt とすると、線膨張係数αは以下の（１）式で定義される。温度が変化する前の元の物体の長さをＬ_０、温度がｔだけ変化したとの物体の長さをＬとすると、Ｌは以下の（２）式で表すことができる。

α＝（１／Ｌ）・（ｄＬ／ｄｔ） ・・・（１）
Ｌ＝Ｌ_０（１＋αΔｔ） ・・・（２）
式（２）より、物体の長さＬは、元の温度における物体の長さＬ_０と線膨張係数αに比例する。温度変化による物体の長さの変化を少なくするには、例えば、線膨張係数（α）を小さくすること、あるいは、物体の長さを短くすることが有効である。

ステージ装置２００において、Ｘステージ板３は、移動部の軽量化を図るとともに、ステージ装置の剛性を確保するため、例えば、アルミニウム合金で構成される。アルミニウム合金の線膨張係数α１は２４×１０^−６／℃である。また、後に説明する並進拘束部材１６、並進拘束部材１７および押圧受け材１８もＸステージ板３と同様に、例えば、アルミニウム合金で構成される。これらの部材を、Ｘステージ板３と同様の線膨張係数を有する部材で構成することにより、温度変化による相対的な変形差（伸縮長差）による応力がＸＹスケール板２に作用することを抑制し、ＸＹスケール板２に生じる歪を抑制することができる。

また、ＸＹガラススケール２ｓの材質は、高精度位置管理を実現する基準とすべく、線膨張係数が極めて小さい材質であるガラス、例えば、石英ガラスで構成されている。ＸＹスケール板２は、ＸＹガラススケール２ｓと同様に高精度位置管理を実現する基準とすべく、線膨張係数が極めて小さい材質である、低膨張合金により構成されている。石英ガラスと低膨張合金の両者は同等の線膨張係数α２を有しており、約０．５×１０^−６／℃である。

ＸＹスケール板２上に固定されるスライドガラス２０の材質はガラスであり、ＸＹガラススケール２ｓやＸＹスケール板２とほぼ同等の線膨張係数である。ＸＹガラススケール２ｓ、ＸＹスケール板２、およびスライドガラス２０は、それぞれ同等の線膨張係数であり、また、これらの線膨張係数はＸステージ板３の線膨張係数に比べて小さい。このため、ＸＹガラススケール２ｓ、ＸＹスケール板２、およびスライドガラス２０において、温度変化による相対的な変形差（伸縮長差）の影響は小さい。

一方、Ｘステージ板３の線膨張係数（α１＝２４×１０^−６／℃）と、ＸＹガラススケール２ｓおよびＸＹスケール板２の線膨張係数（α２＝約０．５×１０^−６／℃）とは相違し、両線膨張係数の差分に応じて温度変化による相対的な変形差（伸縮長差）が発生する。両線膨張係数の差分に応じて温度変化による相対的な変形差（伸縮長差）の影響については、以下のＸＹスケール板２をＸステージ板３に保持するための構成により低減する。

（ＸＹスケール板２を保持するための構成）
次に、ＸＹスケール板２をＸステージ板３に保持（固定）するための構成を説明する。図３に示すようにＸステージ板３の上面には、ＸＹスケール板２を配置するための凹部形状を有する段差部２５が形成されている。凹部形状の深さは、ＸＹスケール板２の高さ（厚さ）と略同一に構成されている。ＸＹスケール板２がＸステージ板３の段差部２５に配置された状態で、ＸＹスケール板２の上面と、Ｘステージ板３の上面とが略同一の高さとなる。

段差部２５の段差面にはＸＹスケール板２を保持するための複数の保持部（第１保持部３ａ１〜第４保持部３ａ４）が形成されている。第１保持部３ａ１の基準面および、第２保持部３ａ２〜第４保持部３ａ４の保持面は、例えば、円形の断面形状を有しており、第１保持部３ａ１〜第４保持部３ａ４の高さは段差部２５の段差面に比べて高くなるように形成されている。ＸＹスケール板２を段差部２５の段差面上に直接載置する場合に比べて、第１保持部３ａ１〜第４保持部３ａ４でＸＹスケール板２を保持することにより、ＸＹスケール板２とＸステージ板３とが接触する部分の接触長を短くすることができる。このような構成することで、温度変化による物体の長さの変化を低減することが可能になる。

また、温度変化による物体の長さの変化を低減することにより、熱伸縮の差による応力をＸＹスケール板２に発生させることなく、高精度にＸＹスケール板２をＸステージ板３に保持（固定）することが可能になる。このようなＸＹスケール板２の保持構造により、ＸＹガラススケール２ｓに対する光軸方向（Ｚ方向）における焦点位置を高精度に保持することが可能になる。

第１保持部３ａ１の保持面（基準面）には、接続部材４（雄ねじ部）と接続可能な雌ねじ部が形成されている。接続部材４（雄ねじ部）と第１保持部３ａ１の雌ねじ部との締結により、ＸＹスケール板２はＸステージ板３上にガタ無く一体的に保持（固定）される。

第２保持部３ａ２に配置されるＸＹスケール板２の端部３２には、押圧部材５（付勢部）と、開口部２ｃが設けられている。第３保持部３ａ３に配置されるＸＹスケール板２の端部３３には、押圧部材５（付勢部）と、開口部２ｄが設けられている。また、第４保持部３ａ４に配置されるＸＹスケール板２の端部３４には、押圧部材５（付勢部）が設けられている。

第２保持部３ａ２〜第４保持部３ａ４の保持面には、ＸＹスケール板２の端部に設けられた押圧部材５を保持するための開口部１３がそれぞれ形成されている。並進拘束部材１６は、ＸＹスケール板２の端部３２において、押圧部材５を覆うように配置され、並進拘束部材１６は接続部材９（雄ねじ部）によりＸステージ板３に固定される。並進拘束部材１６は、Ｘステージ板３に固定された状態で、−Ｙ方向のＸＹスケール板２の並進移動（並進方向の変形）を拘束するとともに、ＸＹスケール板２におけるＺ方向（鉛直方向）の移動（浮き上がり）を拘束する。

並進拘束部材１７は、ＸＹスケール板２の端部３３において、押圧部材５を覆うように配置され、並進拘束部材１７は接続部材９（雄ねじ部）によりＸステージ板３に固定される。並進拘束部材１７は、Ｘステージ板３に固定された状態で、−Ｘ方向のＸＹスケール板２の並進移動（並進方向の変形）を拘束するとともに、ＸＹスケール板２におけるＺ方向（鉛直方向）の移動（浮き上がり）を拘束する。

押圧受け材１８は、ＸＹスケール板２の端部３４において、押圧部材５を覆うように配置され、押圧受け材１８は、接続部材９（雄ねじ部）によりＸステージ板３に固定される。押圧受け材１８は、ＸＹスケール板２におけるＸＹ方向の移動を許容しつつ、ＸＹスケール板２におけるＺ方向（鉛直方向）の移動（浮き上がり）を拘束する。

図５は、図３の表示に対してＸＹスケール板２を裏面側から見たＸＹスケール板２の構成を示す図であり、図５を参照して押圧部材５（付勢部）、開口部２ｃ、および開口部２ｄの配置について説明する。

ＸＹスケール板２（板状部材）は、第２保持部３ａ２および３保持部３ａ３で保持される端部において、第１の方向および第２の方向に交差する第３の方向に付勢力を発生させる押圧部材５（付勢部）を備える。また、ＸＹスケール板２（板状部材）は、第２保持部３ａ２および３保持部３ａ３で保持される端部において、変形を拘束する方向の開口幅に比べて変形を許容する方向の開口幅が長い開口形状を有する開口部を備える。

図５に示すように、ＸＹスケール板２は接続部材４によりＸステージ板３に固定される。ＸＹスケール板２の端部３２には、押圧部材５（付勢部）と、開口部２ｃが設けられている。開口部２ｃは、一辺がＸ軸上に沿って横長に形成された矩形形状を有する。

第２保持部３ａ２の並進拘束部材１６（拘束部材）は、開口部２ｃに挿入される凸部１６ａ（係合部）を有し、凸部１６ａと開口部２ｃとが接触した状態で、並進拘束部材１６は、凸部１６ａと開口部２ｃとが接触している第２の方向への変形を拘束する。凸部１６ａ（係合部）と開口部２ｃとの間に隙間がある状態で、並進拘束部材１６は第１の方向への変形を許容する。

すなわち、並進拘束部材１６がＸステージ板３に固定された状態で、並進拘束部材１６に形成されている凸部１６ａが開口部２ｃに係合する。並進拘束部材１６の凸部１６ａと開口部２ｃとが係合した状態で、凸部１６ａと開口部２ｃとの間にはＸ軸方向（＋Ｘ方向および−Ｘ方向）に隙間があり、ＸＹスケール板２はＸ軸方向に移動可能である。

また、並進拘束部材１６がＸステージ板３に固定された状態で、凸部１６ａと開口部２ｃとの間には＋Ｙ方向に隙間があり、ＸＹスケール板２は＋Ｙ方向に移動可能である。凸部１６ａと開口部２ｃとの間には−Ｙ方向には隙間がなく、凸部１６ａと開口部２ｃとは接触している。このため、ＸＹスケール板２の−Ｙ軸方向の移動は拘束される。すなわち、並進拘束部材１６がＸステージ板３に固定された状態で、並進拘束部材１６は、−Ｙ方向のＸＹスケール板２の並進移動（並進方向の変形）を拘束するとともに、ＸＹスケール板２におけるＺ方向（鉛直方向）の移動（浮き上がり）を拘束する。尚、凸部１６ａと開口部２ｃとの間において、＋Ｙ方向の隙間を無くし、Ｙ軸方向（＋Ｙ方向および−Ｙ方向）において、移動を拘束するように構成することも可能である。

ＸＹスケール板２の端部３３には、押圧部材５と、開口部２ｄが設けられている。開口部２ｄは、一辺がＹ軸上に沿って縦長に形成された矩形形状を有する。

第３保持部３ａ３の並進拘束部材１７（拘束部材）は、開口部２ｄに挿入される凸部１７ａ（係合部）を有し、凸部１７ａと開口部２ｄとが接触した状態で、並進拘束部材１７は、凸部１７ａと開口部２ｄとが接触している第１の方向への変形を拘束する。凸部１７ａ（係合部）と開口部２ｄとの間に隙間がある状態で、並進拘束部材１７は第２の方向への変形を許容する。

すなわち、並進拘束部材１７がＸステージ板３に固定された状態で、並進拘束部材１７に形成されている凸部１７ａが開口部２ｄに係合する。並進拘束部材１７の凸部１７ａと開口部２ｄとが係合した状態で、凸部１７ａと開口部２ｄとの間にはＹ軸方向（＋Ｙ方向および−Ｙ方向）に隙間があり、ＸＹスケール板２はＹ軸方向に移動可能である。

並進拘束部材１７がＸステージ板３に固定された状態で、凸部１７ａと開口部２ｄとの間には＋Ｘ方向に隙間があり、ＸＹスケール板２は＋Ｘ方向に移動可能である。凸部１７ａと開口部２ｄとの間には−Ｘ方向には隙間がなく、凸部１７ａと開口部２ｄとは接触している。このため、ＸＹスケール板２の−Ｘ方向の移動は拘束される。すなわち、並進拘束部材１７がＸステージ板３に固定された状態で、並進拘束部材１７は、−Ｘ方向のＸＹスケール板２の並進移動（並進方向の変形）を拘束するとともに、ＸＹスケール板２におけるＺ方向（鉛直方向）の移動（浮き上がり）を拘束する。尚、凸部１７ａと開口部２ｄとの間において、＋Ｘ方向の隙間を無くし、Ｘ軸方向（＋Ｘ方向および−Ｘ方向）において、移動を拘束するように構成することも可能である。

次に、第１保持部３ａ１〜第４保持部３ａ４の断面構造について、図４Ｂ〜図４Ｅを参照して説明する。図４Ａは、ステージ装置２００を構成するＸステージ２１０を上面から見た図である。ＸＹスケール板２は、Ｘステージ板３に対して、接続部材４により保持（固定）されている。ＸＹスケール板２は、並進拘束部材１６、並進拘束部材１７、および押圧受け材１８および各押圧部材５の付勢力により、Ｘステージ板３に押し付けられ、Ｚ方向（鉛直方向）の移動（浮き上がり）が拘束される。

更に、ＸＹスケール板２は、並進拘束部材１６により−Ｙ方向の移動（並進方向の変形）が拘束され、並進拘束部材１７により−Ｘ方向の移動（並進方向の変形）が拘束される。また、ＸＹスケール板２は、押圧受け材１８および第４保持部３ａ４の間で、ＸＹ平面内において移動可能に支持されている。

４つの保持部（３ａ１〜３ａ４）のうち、基準位置Ｓ_０に最も近い位置に配置されている第１保持部３ａ１の保持面（基準面）の中心を、ＸＹスケール板２上におけるＸＹ軸の原点（基準位置）とする（図中Ｇ）。ＸＹ軸の原点Ｇ（基準位置）と接続部材４の中心は一致しており、接続部材４は、ＸＹ軸の原点Ｇ（基準位置）において、ＸＹスケール板２とＸステージ板３とを固定する。

第１保持部３ａ１における保持面の中心位置は、第１の方向および第２の方向の基準位置であり、第２保持部３ａ２は、基準位置を通る第１の方向軸上に配置されており、第２保持部３ａ２の保持面の中心は、原点Ｇ（基準位置）を通るＸ軸（第１の方向軸）上に配置されている。

第３保持部３ａ３は、基準位置を通る第２の方向軸上に配置されており、第３保持部３ａ３の保持面の中心は原点Ｇを通り、Ｘ軸（第１の方向軸）と交差する方向のＹ軸（第２の方向軸）上に配置されている。そして、第４保持部３ａ４の保持面の中心は原点Ｇ（基準位置）に対して対角線上の近傍位置に配置されている。

（第１保持部の構造）
図４Ｂは、図４Ａのｂｂ断面における第１保持部３ａ１の断面構造を示す図である。第１保持部３ａ１は、ステージ板上でＸＹスケール板２（板状部材）を保持する。第１保持部３ａ１では、接続部材４によりＸＹスケール板２がＸステージ板３に保持（固定）される。

ＸＹガラススケール２ｓはＸＹスケール板２上に配置されている。ＸＹスケール板２には、接続部材４を挿入するための穴部２ｂが形成されている。また、ＸＹスケール板２を保持する第１保持部３ａ１の保持面にはＸステージ板座グリ穴３ｂが形成されている。接続部材４は、穴部２ｂおよびＸステージ板座グリ穴３ｂと、ガタなく勘合可能に構成されている。これにより、接続部材４を精度よく原点Ｇ（基準位置）に位置合わせすることができる。接続部材４は第１保持部３ａ１の雌ねじ部と締結して、ＸＹスケール板２とＸステージ板３とを原点Ｇ（基準位置）において一体的に固定する。

（第２保持部近傍の端部３２の構造）
図４Ｃは、図４Ａのｃｃ断面を示す図である。第２保持部３ａ２は、Ｘステージ板上でＸＹスケール板２（板状部材）を保持し、線膨張係数の相違に基づいてＸステージ板３とＸＹスケール板２（板状部材）との間に生じた相対的な変形を第１の方向に許容し、第２の方向において拘束する。

並進拘束部材１６には凸部１６ａが形成されている。並進拘束部材１６がＸステージ板３に固定された状態で、ＸＹスケール板２に形成されている開口部２ｃに対して凸部１６ａが嵌るように構成されている。並進拘束部材１６の凸部１６ａはＸ軸上にある開口部２ｃの側面に、図中の矢印方向にガタなく押し付けられている。

また、ＸＹスケール板の端部３２には、押圧部材５が設けられている。押圧部材の具体的な構成については、後に図４Ｅを参照して具体的に説明するが、並進拘束部材１６がＸステージ板３に固定された状態で、押圧部材５の付勢力は並進拘束部材１６の下面（図４Ｅの下面凹部１８ａに対応する部分）を押圧する。押圧により押圧部材５が受ける反力はＸＹスケール板２に伝わり、第２保持部３ａ２の保持面にＸＹスケール板２は押し付けられる。押圧部材５の付勢力を用いて、ＸＹスケール板２のＺ＋方向（鉛直方向）の移動（浮き上がり）は拘束される。第２保持部３ａ２の並進拘束部材１６は、付勢力に基づいて、ＸＹスケール板２（板状部材）をＺ−方向（第３の方向）に押下して、Ｘステージ板に対するＸＹスケール板２（板状部材）の第３の方向の変形を拘束する拘束部材として機能する。

並進拘束部材１６の凸部１６ａと開口部２ｃとの位置関係は図５を用いて説明したように、並進拘束部材１６の凸部１６ａと開口部２ｃとが係合した状態で、凸部１６ａと開口部２ｃとの間にはＸ軸方向（＋Ｘ方向および−Ｘ方向）に隙間があり、ＸＹスケール板２はＸ軸方向に移動可能である。Ｘステージ板３の第２保持部３ａ２およびＸＹスケール板２の端部３２において構成された構成によれば、Ｘステージに熱ドリフトが発生しても、ＸＹスケール板２およびＸステージ板３は、Ｘ軸上に相対的に自由移動が可能になり、応力の発生を抑制している。

（第３保持部近傍の端部３３の構造）
図４Ｄは、図４Ａのｄｄ断面を示す図である。第３保持部３ａ３は、Ｘステージ板上でＸＹスケール板２（板状部材）を保持し、線膨張係数の相違に基づいてＸステージ板３とＸＹスケール板２（板状部材）との間に生じた相対的な変形を第１の方向に拘束し、第２の方向において許容する。

並進拘束部材１７には凸部１７ａが形成されている。並進拘束部材１７がＸステージ板３に固定された状態で、ＸＹスケール板２に形成されている開口部２ｄに対して凸部１７ａが嵌るように構成されている。並進拘束部材１７の凸部１７ａはＹ軸上にある開口部２ｄの側面に、図中の矢印方向にガタなく押し付けられている。

また、ＸＹスケール板の端部３３には、押圧部材５が設けられている。押圧部材の具体的な構成については、後に図４Ｅを参照して具体的に説明するが、並進拘束部材１７がＸステージ板３に固定された状態で、押圧部材５の付勢力は並進拘束部材１７の下面（図４Ｅの下面凹部１８ａに対応する部分）を押圧する。押圧により押圧部材５が受ける反力はＸＹスケール板２に伝わり、第３保持部３ａ３の保持面にＸＹスケール板２は押し付けられる。押圧部材５の付勢力を用いて、ＸＹスケール板２のＺ＋方向（鉛直方向）の移動（浮き上がり）は拘束される。第３保持部３ａ３の並進拘束部材１７は、付勢力に基づいて、ＸＹスケール板２（板状部材）をＺ−方向（第３の方向）に押下して、Ｘステージ板に対するＸＹスケール板２（板状部材）の第３の方向の変形を拘束する拘束部材として機能する。

並進拘束部材１７の凸部１７ａと開口部２ｄとの位置関係は図５を用いて説明したように、並進拘束部材１７の凸部１７ａと開口部２ｄとが係合した状態で、凸部１７ａと開口部２ｄとの間にはＹ軸方向（＋Ｙ方向および−Ｙ方向）に隙間があり、ＸＹスケール板２はＹ軸方向に移動可能である。Ｘステージ板３の第３保持部３ａ３およびＸＹスケール板２の端部３３において構成された構成によれば、Ｘステージに熱ドリフトが発生しても、ＸＹスケール板２およびＸステージ板３は、Ｙ軸上に相対的に自由移動が可能になり、応力の発生を抑制している。

（第４保持部の構造）
図４Ｅは、図４Ａのｅｅ断面を示しており、第４保持部３ａ４の断面構造を示す図である。図４Ｅに示すように押圧部材５は、例えば、ボールプランジャとして構成することが可能である。押圧部材５は、Ｘステージ板３の上面に対して、鉛直方向に付勢力を発生させる弾性部材５ｂ（圧縮ばね）と、弾性部材５ｂを保持するハウジング５ｃと、球形状の部材５ａ（ボール部材）とを有する。

弾性部材５ｂ（圧縮ばね）の一端（下端）はハウジング５ｃと固定されており、弾性部材５ｂ（圧縮ばね）の他端（上端）に球形状の部材５ａ（ボール部材）が接続されている。

ＸＹスケール板２には、ハウジング５ｃを固定するためのハウジング固定部１４が形成されている。ハウジング固定部１４の内周面には、例えば、雌ねじ部が形成されており、ハウジング５ｃの外周面には、例えば、雄ねじ部が形成されている。雄ねじ部および雌ねじ部の係合により、押圧部材５をＸＹスケール板２に固定することができる。押圧受け材１８がＸステージ板３に固定された状態で、弾性部材５ｂ（圧縮ばね）により付勢された部材５ａ（ボール部材）は押圧受け材１８の下面凹部１８ａを押圧する。押圧により押圧部材５が受ける反力はＸＹスケール板２に伝わり、第４保持部３ａ４の保持面にＸＹスケール板２は押し付けられる。弾性部材５ｂの付勢力を用いて、ＸＹスケール板２のＺ方向（鉛直方向）の移動（浮き上がり）は拘束される。

第４保持部３ａ４の保持面の上にＸＹスケール板２は載置されており機械的に拘束されていないため、ＸＹスケール板２およびＸステージ板３は、相対的にＸＹ方向に移動することが可能である。第４保持部３ａ４の保持面に形成されている開口部１３とハウジング固定部１４との間には隙間が設けられており、ＸＹスケール板２およびＸステージ板３におけるＸＹ方向の相対的な移動が許容される。ＸＹスケール板２およびＸステージ板３のＸＹ方向の移動は、部材５ａ（ボール部材）と押圧受け材１８との点接触による転がり抵抗と、ＸＹスケール板２と第４保持部３ａ４の保持面との摩擦抵抗を受けるが、これらの抵抗成分は、十分小さく無視できるものである。

図４Ｅに示す例では、押圧部材５の構成として、ボールプランジャを使用しているが、板ばね構造や、磁石吸引力利用する構成で付勢力を与えて、ＸＹスケール板２をＸステージ板３の第４保持部３ａ４の保持面に対して押しつけることも可能である。尚、第４保持部３ａ４は補助的に機能するもので、例えば、ステージのサイズが小型でありＸＹスケール板２の浮きや、ばたつきが無視できる構成では、第４保持部３ａ４を用いずに、先に説明した第１保持部３ａ１〜第３保持部３ａ３によりＸＹスケール板２をＸステージ板３に保持（固定）することも可能である。

図４Ｅに示す押圧部材５の構成は、第２保持部３ａ２および第３保持部３ａ３においても同様の構成されているものとする。

この場合、第２保持部３ａ２においては、押圧部材５の付勢力は並進拘束部材１６の下面（下面凹部１８ａに対応する部分）を押圧する。押圧により押圧部材５が受ける反力はＸＹスケール板２に伝わり、第２保持部３ａ２の保持面にＸＹスケール板２は押し付けられる。押圧部材の付勢力を用いて、ＸＹスケール板２のＺ方向（鉛直方向）の移動（浮き上がり）は拘束される。

第３保持部３ａ３においては、押圧部材５の付勢力は並進拘束部材１７の下面（下面凹部１８ａに対応する部分）を押圧する。押圧により押圧部材５が受ける反力はＸＹスケール板２に伝わり、第３保持部３ａ３の保持面にＸＹスケール板２は押し付けられる。押圧部材の付勢力を用いて、ＸＹスケール板２のＺ方向（鉛直方向）の移動（浮き上がり）は拘束される。

本実施形態によれば、熱膨張により生じた部材の伸縮による歪の発生を抑制し、高精度な位置管理が可能になる。

熱ドリフトの原因として、光学顕微鏡の周囲環境の温度変化や人体の体温またはモータや駆動軸の発熱によるものがある。顕微鏡ステージに熱ドリフトが生じても、Ｘ方向およびＹ方向において、熱変形を許容する保持構造により、保持部で保持されたＸＹスケール板に生じる歪の発生を抑制することが可能になる。

本実施形態のステージ装置は、熱変形の影響を受けず、ＸＹスケール板をＸＹ基準面に対して安定して保持することがでる。これにより、顕微鏡接眼レンズのＸＹ基準面と垂直に交差する光軸（Ｚ方向）の焦点位置を安定させることが可能になり、焦点のずれによる画像ぼけを防止することができる。

Ｘ軸上に配置されている第２保持部において、Ｘ軸方向に変形可能な構造を設け、Ｙ軸上に配置されている第３保持部において、Ｙ軸方向に変形可能な構造を設けることで、熱ドリフトによる熱膨張差が発生しても各支持部の応力を抑制することができる。

これによりＸＹスケール自体の歪を抑えることができる。また、ＸＹスケールに設けられた位置決めの基準となる目盛に歪を発生させることなく、ステージの移動方向とＸＹスケール（目盛）の平行度を維持できるので、ステージ装置において、高精度な位置決めが可能になる。また、対物レンズとコンデンサレンズの限られた空間に、コンパクトで、測定精度が安定したＸＹスケールの保持構造を有するステージ装置を位置管理顕微鏡システムに配置することが可能になる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

２：ＸＹスケール板、２ｓ：ＸＹガラススケール、３：Ｘステージ板、３ａ１：第１保持部、３ａ２：第２保持部、３ａ３：第３保持部、３ａ４：第４保持部、４：接続部材、５：押圧部材、１６：並進拘束部材、１７並進拘束部材、１８：押圧受け材

Claims (15)

1. 第１の方向および前記第１の方向に対して交差する第２の方向に広がりを有する板状のステージ板と、前記ステージ板とは異なる線膨張係数の板状部材と、を有するステージ装置であって、
   ステージ板上で前記板状部材を保持する第１保持手段と、
   前記ステージ板上で前記板状部材を保持し、前記線膨張係数の相違に基づいて前記ステージ板と前記板状部材との間に生じた相対的な変形を前記第１の方向に許容し、前記第２の方向において拘束する第２保持手段と、
   前記ステージ板上で前記板状部材を保持し、前記変形を前記第１の方向に拘束し、前記第２の方向において許容する第３保持手段と、
   を備えることを特徴とするステージ装置。
2. 前記板状部材は、
   前記第２保持手段および前記第３保持手段で保持される端部において、前記第１の方向および前記第２の方向に交差する第３の方向に付勢力を発生させる付勢手段と、
   前記端部において、前記変形を拘束する方向の開口幅に比べて前記変形を許容する方向の開口幅が長い開口形状を有する開口部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記第２保持手段は、
   前記付勢力に基づいて、前記板状部材を前記第３の方向に押下して、前記ステージ板に対する前記板状部材の前記第３の方向の変形を拘束する拘束部材を備える
   ことを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
4. 前記第２保持手段の前記拘束部材は、
   前記開口部に挿入される係合部を有し、
   前記係合部と前記開口部とが接触した状態で、前記拘束部材は、前記係合部と前記開口部とが接触している前記第２の方向への前記変形を拘束し、
   前記係合部と前記開口部との間に隙間がある状態で、前記拘束部材は前記第１の方向への変形を許容する
   ことを特徴とする請求項３に記載のステージ装置。
5. 前記第３保持手段は、
   前記付勢力に基づいて、前記板状部材を前記第３の方向に押下して、前記ステージ板に対する前記板状部材の前記第３の方向の変形を拘束する拘束部材を備える
   ことを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
6. 前記第３保持手段の前記拘束部材は、
   前記開口部に挿入される係合部を有し、
   前記係合部と前記開口部とが接触した状態で、前記拘束部材は、前記係合部と前記開口部とが接触している前記第１の方向への前記変形を拘束し、
   前記係合部と前記開口部との間に隙間がある状態で、前記拘束部材は前記第２の方向への変形を許容する
   ことを特徴とする請求項５に記載のステージ装置。
7. 前記ステージ板上で前記板状部材を保持し、前記変形を前記第１の方向および前記第２の方向において許容する第４保持手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のステージ装置。
8. 前記板状部材は、
   前記第４保持手段で保持される端部において、前記第１の方向および前記第２の方向に交差する第３の方向に付勢力を発生させる付勢手段を備える
   ことを特徴とする請求項７に記載のステージ装置。
9. 前記第４保持手段は、
   前記付勢力に基づいて、前記板状部材を前記第３の方向に押下して、前記ステージ板に対する前記板状部材の前記第３の方向の変形を拘束する押圧受け部材を備える
   ことを特徴とする請求項８に記載のステージ装置。
10. 前記第１保持手段は、
    前記第１の方向および前記第２の方向および、前記第１の方向および前記第２の方向に交差する第３の方向において、前記ステージ板に対する前記板状部材の移動を拘束する
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のステージ装置。
11. 前記第１保持手段における保持面の中心位置は、前記第１の方向および前記第２の方向の基準位置であり、
    前記第２保持手段は、前記基準位置を通る第１の方向軸上に配置されており、
    前記第３保持手段は、前記基準位置を通る第２の方向軸上に配置されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のステージ装置。
12. 前記第２保持手段の拘束部材および前記第３保持手段の拘束部材は、前記ステージ板と同一の線膨張係数を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のステージ装置。
13. 前記付勢手段は、前記板状部材の端部に保持された圧縮ばねと、前記圧縮ばねに接続されたボール部材により構成されていることを特徴とする請求項２または８に記載のステージ装置。
14. 第１の方向および前記第１の方向に対して交差する第２の方向に広がりを有する板状のステージ板と、前記ステージ板とは異なる線膨張係数の板状部材と、を有するステージ装置であって、
    ステージ板上で前記板状部材を保持し、前記線膨張係数の相違に基づいて前記ステージ板と前記板状部材との間に生じた相対的な変形を前記第１の方向に許容し、前記第２の方向において拘束する手段と、
    前記ステージ板上で前記板状部材を保持し、前記変形を前記第１の方向に拘束し、前記第２の方向において許容する手段と、
    を備えることを特徴とするステージ装置。
15. 請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のステージ装置を有することを特徴とする顕微鏡。