JP6649626B2 - アパーチャ板の駆動機構 - Google Patents

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Description

本発明は、赤外顕微鏡等の顕微分析装置において試料の測定領域の大きさを規定するアパーチャ板を開閉するための開閉機構と、アパーチャ板を該アパーチャ板に垂直な軸回りに回転させるための回転機構とを備えたアパーチャ板の駆動機構に関する。
顕微分析装置は、試料の微小な測定領域の分析に用いられる。
図1に、顕微分析装置の一つである赤外顕微鏡の一構成例を示す。赤外顕微鏡では、試料ステージ上に載置された試料1に赤外光を照射し、被照射領域から発せられた光を赤外光検出器9で検出する。赤外顕微鏡における測定方法には、試料1の表面側から該試料に赤外光を照射して反射光を測定する方法と、試料1の裏面側から赤外光を照射して透過光を測定する方法の2通りがある。
試料1から発せられた光は、中央に貫通孔が設けられた凹面ミラー6aと凸面ミラー6bの組からなるカセグレン鏡6により集められ、複数のアパーチャ板で囲まれた小径の開口(アパーチャ8)を通って赤外光検出器9に入射する。アパーチャ8はカセグレン鏡6に関して試料1と共役になる位置(試料1の像が結像する位置)に設けられる。測定時には、まず、試料1の表面をカメラ22で撮像することにより位置を確認しつつ試料ステージを移動して赤外顕微鏡の視野の中心に測定対象領域を位置させる。続いてアパーチャ8の大きさを調整する。そして、アパーチャ8を回転させ赤外顕微鏡の視野を測定対象領域に一致させる。
アパーチャ8の大きさは、例えば、一方向の幅を規定する1対のアパーチャ板と、該一方向と直交する方向の幅を規定する他の1対のアパーチャ板を開閉して調整する。アパーチャ板の移動方向に延在する送りねじ(雄ねじ)と、各アパーチャ板に固定された駆動ブロックに設けられたねじ孔(雌ねじ)を噛合させ、駆動ブロックの移動方向を規定する直動ガイド(直動軸受)により該駆動ブロックの回転を規制した状態で送りねじを回転することにより、駆動ブロック(及びアパーチャ板)を移動させる。特許文献1には、送りねじとして、互いに逆向きに進行する2つの螺旋状の溝が形成されたねじ(両ねじ)を用い、それぞれの溝に駆動ブロックのねじ孔を噛合させることによって、1対のアパーチャ板(及び駆動ブロック)を、同時に、それらの開閉中心を挟んで逆向きに移動(近接あるいは離間)させるアパーチャ板の開閉機構と、アパーチャ板を該アパーチャ板に垂直な軸回りに回転させる回転機構とを備えたアパーチャ板の駆動機構が記載されている。
特開2000−180726号公報
上述のとおり、アパーチャ板の駆動機構は、アパーチャ板の開閉機構と回転機構から構成される。これら両機構はいずれも複数の部材を組み立てることにより構成され、さらに両機構を組み合わせることにより駆動機構が製造される。
アパーチャ板の駆動機構では、対になるアパーチャ板の開閉中心と回転中心が完全に一致するように製造されることが理想的であるが、実際には製造時に生じる各部材の大きさのばらつきや組み立て精度の問題により、それらの間にずれが生じることがある。特許文献1に記載のアパーチャ板の駆動機構においてこのようなずれが存在すると、試料を測定する際、アパーチャの大きさを調整した後にアパーチャを回転させるとアパーチャが測定対象領域からずれてしまうため、試料の測定を行うたびにこれらを一致させるために試料ステージを移動させなければならず手間がかかるという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、試料の測定領域の大きさを規定する1対のアパーチャ板を互いに接近又は離間する方向に移動させるためのアパーチャ板の開閉機構と、該アパーチャ板を該アパーチャ板に垂直な軸周りに回転させるための回転機構とを備えたアパーチャ板の駆動機構において、前記アパーチャ板の開閉機構及び回転機構の組み立て後に、対になるアパーチャ板の開閉中心と回転中心とが完全に一致していない場合に、それらを簡単に一致させることである。
上記課題を解決するために成された本発明に係るアパーチャ板の駆動機構は、
a) 1対のアパーチャ板のそれぞれに固定された駆動ブロックと、
b) 2つの前記駆動ブロックの一つの軸方向の移動のみを許容し、それ以外の方向の移動を許容しない直動ガイドと、
c) 前記一つの軸方向と平行に延設され、互いに逆向きに進行する1対の螺旋状の溝が形成された1本の送りねじと、
d) 前記1対の螺旋状の溝のそれぞれに噛合するように設けられ、前記軸に沿って移動可能であるナット部材と、
e) 前記2つの駆動ブロックのそれぞれを前記一つの軸方向と平行な方向に付勢することにより、該駆動ブロックのそれぞれを前記1対のナット部材のそれぞれに押し付ける付勢部材と、
f) 前記2つの駆動ブロックの一方とそれに対応するナット部材との間に配置され、前記一つの軸方向と平行な方向における該駆動ブロックと該ナット部材の距離を調整する距離調整部材と
を有するアパーチャ板の開閉機構と、
g) 前記アパーチャ板の開閉機構を前記アパーチャ板に垂直な軸周りに回転させる回転機構と
を備えることを特徴とする。
上記本発明において「一つの軸方向と平行」とは、該一つの軸方向に対して略平行であることを意味し、必ずしも厳密に平行であることを要しない。
前記アパーチャ板と駆動ブロックは一体の部材として形成されたものであってもよく、あるいは独立した部材をねじ止め等により締結したものであってもよい。
前記アパーチャ板の開閉機構は、複数対のアパーチャ板を備えたものであってもよい。
本発明に係るアパーチャ板の駆動機構が有する開閉機構では、互いに逆向きに進行する2つの螺旋状の溝が形成されたねじ、いわゆる両ねじを送りねじとして用い、それぞれの溝にナット部材のねじ孔を噛合させる。そして、送りねじの回転によって2つのナット部材を逆方向に移動(近接あるいは離間)させる。また、付勢部材によって駆動ブロックをナット部材に押し付けることにより駆動ブロックをナット部材の移動に追従させる。これにより、1対のアパーチャ板(及び駆動ブロック)が、同時に、それらの開閉中心を挟んで逆向きに移動(近接あるいは離間)する。前記アパーチャ板の開閉機構は、さらに、前記一方の駆動ブロックとそれに対応するナット部材の間に配置された距離調整部材を備えている。この距離調整部材によって該駆動ブロックとそれに対応するナット部材の距離を変更することにより、対になるアパーチャ板の開閉中心を移動することができる。
本発明に係るアパーチャ板の駆動機構では、対になるアパーチャ板の開閉中心とアパーチャ板の回転中心が一致していない場合、距離調整部材によって駆動ブロックとナット部材の間の距離を変更することで上記開閉中心と上記回転中心を一致させることができる。この調整を先に行っておけば、アパーチャの大きさを調整した後に回転してもアパーチャが測定対象領域からずれる心配がなく、試料の測定毎に試料ステージを移動させる必要がない。
本発明に係るアパーチャ板の駆動機構を用いることにより、該駆動機構の組み立て後、対になるアパーチャ板の開閉中心と回転中心が完全に一致していない場合に、それらを簡単に一致させることができる。
赤外顕微鏡の概略構成を説明する図。 本発明の一実施例における試料の測定対象領域の決定について説明する図。 本実施例の赤外顕微鏡が有するアパーチャの駆動機構の外観図。 本実施例の赤外顕微鏡が有するアパーチャの開閉機構の概略構成を説明する断面図。 本実施例の赤外顕微鏡が有するアパーチャ板の開閉機構の縦方向の部分断面図。 本実施例の赤外顕微鏡が有するアパーチャの開閉機構の部分拡大図。 従来の赤外顕微鏡が有するアパーチャの駆動機構においてアパーチャの中心と回転中心が一致しない場合の問題を説明する図。
本発明に係るアパーチャ板の駆動機構を備えた顕微分析装置の一実施例である赤外顕微鏡について、以下、図面を参照して説明する。
本実施例の赤外顕微鏡の構成は図1を参照して説明したものと同様であるが、再度、同図を参照して説明する。本実施例の赤外顕微鏡では、試料ステージ(図示なし)上に載置された試料1からの透過光と反射光のいずれも測定可能な構成を有している。
試料1からの反射光を測定する場合には、フーリエ変換赤外分光光度計(FTIR)の干渉計を備えた光源部2において生成した、時間的に強弱の変化する赤外光(インターフェログラム)を第1ミラー3、第2ミラー4、第3ミラー5でそれぞれ反射し、カセグレン鏡6の凹面ミラー6aの中央に形成された貫通孔を介してカセグレン鏡の凸面ミラー6bに入射させ、さらに凹面ミラー6aで集光して試料1に照射する。
試料1からの反射光は凹面ミラー6a及び凸面ミラー6b(カセグレン鏡6)で集められ、赤外光のみを反射するミラー(ホットミラー)7により反射されたあと、アパーチャ8を通過し、赤外光検出器9により検出される。アパーチャ8と赤外光検出器9の間には、アパーチャ8を通過した光を赤外光検出器9の受光面に集光させるための集光光学系(図示なし。例えばカセグレン鏡や凹面ミラー)が適宜に配置される。そして、アパーチャ8及び赤外光検出器9の受光面は、試料1と共役になる位置(試料の像が結像する位置)に配置される。赤外光検出器9における検出信号をフーリエ変換することによりスペクトルが得られる。
試料1からの透過光を測定する場合には、第1ミラー3を90度回転させ(図中に破線で示す第1ミラー3a)、光源部2から発せられる光を第1ミラー3a、第4ミラー14、第5ミラー15でそれぞれ反射し、カセグレン鏡16の凹面ミラー16aの中央に形成された貫通孔を介してカセグレン鏡の凸面ミラー16bに入射させ、さらに凹面ミラー16aで集光して試料1に照射する。試料1を通過した光は凹面ミラー6a及び凸面ミラー6bで集められ、ホットミラー7により反射されたあと、アパーチャ8を通って赤外光検出器9により検出される。
試料1の上方に設けられた可視光ミラー21及びカメラ22は、図示しない可視光源から試料1の表面に可視光を照射してその状態を確認するために用いられる。
試料1の測定時には、カメラ22により取得した試料1の表面の可視画像を確認しつつ、試料1の表面の測定対象領域1aを決定する(図2)。そして、後述するアパーチャ板の駆動機構を動作させて測定対象領域1aからの赤外光のみが赤外顕微鏡に入射するようにアパーチャ8の大きさ及び角度を調整する。
本実施例の赤外顕微鏡においてアパーチャ8の大きさ及び角度を調整するために用いられるアパーチャ板の駆動機構の構成について、図3〜図7を参照し、従来の構成と比較しつつ説明する。
図3は本実施例のアパーチャ板の駆動機構の外観図である。アパーチャ板には、x方向に開閉するものとy方向に開閉するものがあり、x方向に移動するアパーチャ板301a、301bの下方にy方向に移動するアパーチャ板が配置されている。本実施例のアパーチャ板の駆動機構は、大別して、アパーチャ8の大きさを調整するアパーチャ板の開閉機構と、アパーチャ8の角度を調整するアパーチャ板の回転機構から成る。本実施例の赤外顕微鏡は、特にアパーチャ板の開閉機構に特徴を有している。
アパーチャ板の開閉機構は、互いに直交する2方向(これを「x方向」及び「y方向」とする。)にそれぞれ設けられており、それらはアパーチャ板の回転機構が有するx-yステージ110上に積層配置されている。アパーチャ板の回転機構は、x-yステージ110の他に、モータ100、回転軸材120、及び中空シャフト140を備えている。モータ100を駆動させると回転軸材120が回転し、その回転がベルト130を介して中空シャフト140に与えられる。中空シャフト140は、その中心(アパーチャ8に対応する位置)に貫通孔が形成されるとともにx-yステージに連結されており、中空シャフト140の回転によってx-yステージ110がx-y面内で回転する。図中のモータ300はx方向のアパーチャ板301a、301bの開閉機構において、モータ200はy方向のアパーチャ板の開閉機構において、それぞれ後述する送りねじを回転させる駆動源である。
図4はアパーチャ板301a、301bの開閉機構の概略構成を示す断面図であり、各部の構成を分かりやすくするために一部を透視図としている。また、図5はアパーチャ板301a、301bの開閉機構の縦方向の部分断面図、図6はアパーチャ板301a、301bの開閉機構の部分拡大図である。x方向とy方向のそれぞれに設けられるアパーチャ板の開閉機構の構成は同一(互いの配置が直交するのみ)であるため、x方向のアパーチャ板301a、301bの開閉機構についてのみ構成を詳細に説明する。
アパーチャ板301a、301bは駆動ブロック308a、308bの一部として設けられている。駆動ブロック308a、308bは、直動ガイドのガイドレール306上を特定の一方向(一つの軸方向)にのみ移動するガイド部材307a、307bに連結されており、これらは一体的に移動する。駆動ブロック308a、308bには、後述するフロートナット305a、305bの貫通孔に挿入される挿入ピン303a、303bが設けられており、また、後述する送りねじ302及びバネ309を挿入するための貫通孔が形成されている。アパーチャ板301a、301b(駆動ブロック308a、308b)は2枚1組で構成され、それらを離間あるいは近接させることによりアパーチャ8のx方向の幅を調整する。
このアパーチャ板301a、301bの開閉機構では、中央部分から両端に向かって互いに逆向きの溝が形成された送りねじ302がx方向に延設されており、その逆向きの溝にそれぞれフロートナット305a、305bが噛合されている。フロートナット305a、305bには、それぞれねじ孔(雌ねじ)とは別に貫通孔が形成されており、この貫通孔に上述の挿入ピン303a、303bが差し込まれる。これによって、送りねじ302の回転に伴うフロートナット305a、305bの回転が規制され、送りねじ302の回転によってフロートナット305a、305bがx方向に沿って互いに逆の方向に移動する。フロートナット305aには、さらに、送りねじ302と噛合するねじ孔とは別のねじ孔が形成されており、そのねじ孔には後述する調整ねじ311が噛合されている。
送りねじ302の中央付近に2つの駆動ブロック308a、308bが配置され、駆動ブロック308aの外側には後述する調整ホルダ310を介してフロートナット305aが、駆動ブロック308bの外側にはフロートナット305bがそれぞれ配置されている。
2つの駆動ブロック308a、308bに形成された貫通孔には、送りねじ302が挿入されるとともに、駆動ブロック308a、308bを互いの外側に配置されたフロートナット305a、305bの側に向かって付勢するバネ309も挿入されている。
駆動ブロック308aの調整ホルダ310に当接する面、及び駆動ブロック308bのフロートナット305bに当接する面は、それぞれy方向において図6中に一点鎖線で示すような曲率を有する凸面(筒状面)になっている。また、調整ホルダ310とフロートナット305bの当接面は平坦面である。従って、駆動ブロック308aと調整ホルダ310、308bとフロートナット305bはそれぞれz方向に線接触する。
本実施例のアパーチャ板301a、301bの開閉機構ではフロートナット305a、305bにねじ孔を形成し、これを送りねじ302と噛合させ、送りねじ302の回転によってフロートナット305a、305bを移動させる。そして、バネ309で駆動ブロック308a、308bをフロートナット305a、305bに押し付けることにより駆動ブロック308a、308bをフロートナット305a、305bの移動に追従させる。また、調整ホルダ310及びフロートナット305bの平坦面に対する駆動ブロック308a、308bの当接面が曲面になっている。そのため、駆動ブロック308a、308bの移動方向を(ガイド部材307a、307bを介して)規制するガイドレール306の延設方向と送りねじ302の軸が完全に平行でない場合でも、それらのなす角度に応じた位置で駆動ブロック308a、308bと調整ホルダ310、フロートナット305bが当接し、そのずれを許容することができる。また、調整ホルダ310、フロートナット305bの平坦面上で駆動ブロック308a、308bがスライド可能であるため、ガイドレール306と送りねじ302の離間距離が設計距離からずれていても、そのずれに応じた位置で駆動ブロック308a、308bと調整ホルダ310、フロートナット305bが当接して、そのずれを許容することができる。そのため、フロートナット305a、305bのねじ孔内部で送りねじ302が片当たりすることがなく長期にわたって精度よく駆動ブロック及び該駆動ブロックに固定されたアパーチャ板301a、301bを移動させることができる
ここで、従来のアパーチャ板の駆動機構における問題を説明しつつ、本実施例のアパーチャ板の駆動機構が有する距離調整部について説明する。
アパーチャ板の駆動機構は、x方向及びy方向にそれぞれアパーチャ板の開閉機構と回転機構を備えており、これら両機構はいずれも複数の部材を組み立てることにより構成され、さらに両機構を組み合わせることにより製造される。
アパーチャ板の駆動機構では、対になるアパーチャ板の開閉中心L1と回転中心C3が完全に一致するように製造されることが理想的であるが、実際には製造時に生じる各部材の大きさのばらつきや組み立て精度の問題により、それらの間にずれが生じることがある。こうした場合について、図7を参照して説明する。
上述のとおり、アパーチャを測定対象領域に一致させる際には、まず、x方向及びy方向のそれぞれにおいてアパーチャ板を開閉し、アパーチャを測定対象領域1aの大きさに対応する大きさに調整する。また、同時にアパーチャの中心C1を測定対象領域の中心C2に一致させる。
続いて、アパーチャ板の回転機構を動作させ、アパーチャ板を該アパーチャ板に垂直な軸回りに角度θだけ回転させる。上述のとおり、この例ではアパーチャ板の開閉中心L1がアパーチャ板の回転中心C3からずれているため、この回転中心C3を中心にアパーチャの開閉機構を回転させると、アパーチャが測定対象領域1aから外れてしまう。そのため、従来は、試料ステージを移動させ、このずれを解消しなければならなかった。
一方、本実施例のアパーチャの開閉機構では、駆動ブロック308aとフロートナット305aの間に調整ホルダ310が配置されている。この調整ホルダ310は断面コの字状の部材であり、両端の二辺がフロートナット305aの側面に沿ってスライドするように取り付けられている。また、フロートナット305aに形成されたねじ孔には調整ホルダ310内部の前記コの字の中央の辺に相当する面に先端部が当接する調整ねじ311が取り付けられており、このねじを出し入れすることによって調整ホルダ310のコの字の中央の辺に相当する面とフロートナット305aの離間距離を調整できるようになっている。従って、調整ねじ311の位置を調整することにより、調整ホルダ310を介してフロートナット305aと駆動ブロック308aの間の距離を調整することができる。そして、調整後の距離を維持するように調整ホルダ310をフロートナット305aに固定する。本実施例では調整ホルダ310の側辺にねじ孔が形成されており、このねじ孔に固定ねじ312を挿入してその先端をフロートナット305aの側面に固定するようになっている。
本実施例のアパーチャの駆動機構も、従来同様に、それぞれ複数の部材を組み立てることにより構成され、さらに両機構を組み合わせることにより製造されるため、製造時点では、アパーチャ板301a、301bの開閉中心L1とアパーチャ板の回転中心C3が必ずしも一致していない。しかし、本実施例のアパーチャの開閉機構では、アパーチャ板301a、301bの開閉中心L1が回転中心C3からずれている場合に、上記のようにフロートナット305aと駆動ブロック308aの間の距離を適宜に調整することにより、調整ホルダ310の位置を調整し、アパーチャ板301a、301bの開閉中心の位置を回転中心C3に一致させる。この調整をx方向とy方向のアパーチャ板の開閉機構でそれぞれ行うことにより、アパーチャ8の中心を回転中心C3に一致させることができる。この工程は、アパーチャの駆動機構を製造した後、出荷される前に行っておくことが好ましい。
上記実施例は一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜に変更することができる。
上記実施例ではx方向とy方向のそれぞれにアパーチャ板の開閉機構を備えた駆動機構について説明したが、スリット状の測定対象領域を測定する場合にはいずれか一方向にのみ開閉機構を備えていればよい。
また、上記実施例では、駆動ブロック308aとフロートナット305aの間にのみ調整ホルダ310等の距離調整部を設けたが、駆動ブロック308bとフロートナット305bの間にも同様の距離調整部を設けてもよい。
上記実施例では、調整ホルダ310、調整ねじ311、及び固定ねじ312により距離調整部を構成したが、距離調整部は駆動ブロック308aとフロートナット305aの間の距離を調整して固定することができるものであれば、様々な構成により具現化することができる。例えば、厚さが異なる複数の調整ホルダを準備しておき、その中から適宜のものを選択して駆動ブロック308aとフロートナット305aの間に配置する構成や、離間距離を変更可能な2枚の平板部材を駆動ブロック308aとフロートナット305aの間に配置する構成等を用いることができる。
上記実施例では、内側に駆動ブロックを配置し、その外側にナット部材を配置したがこの位置関係は逆であってもよい。その場合には、駆動ブロックを外側から内側(ナット部材)に向かって押すようにバネを配置する。
また、上記実施例ではナット部材に形成した貫通孔にピンを挿入することによって送りねじの回転に伴うナット部材の回転を規制したが、ナット部材の外側に配置した部材によって回転を規制することもできる。
1…試料
1a…測定対象領域
2…光源部
3、3a…第1ミラー
4…第2ミラー
5…第3ミラー
6、16…カセグレン鏡
6a、16a…凹面ミラー
6b、16b…凸面ミラー
8…アパーチャ
9…赤外光検出器
14…第4ミラー
15…第5ミラ
1…可視光ミラー
22…カメラ
100、200、300…モータ
110…x-yステージ
120…回転軸材
130…ベルト
140…中空シャフト
301a、301b…アパーチャ板
303a、303b…挿入ピン
305a、305b…フロートナット
306…ガイドレール
307a、307b…ガイド部材
308a、308b…駆動ブロック
309…バネ
310…調整ホルダ
311…調整ねじ
312…固定ねじ

Claims (5)

  1. a) 1対のアパーチャ板のそれぞれに固定された駆動ブロックと、
    b) 2つの前記駆動ブロックの一つの軸方向の移動のみを許容し、それ以外の方向の移動を許容しない直動ガイドと、
    c) 前記一つの軸方向と平行に延設され、互いに逆向きに進行する1対の螺旋状の溝が形成された1本の送りねじと、
    d) 前記1対の螺旋状の溝のそれぞれに噛合するように設けられ、前記軸に沿って移動可能であるナット部材と、
    e) 前記2つの駆動ブロックのそれぞれを前記一つの軸方向と平行な方向に付勢することにより、該駆動ブロックのそれぞれを前記1対のナット部材のそれぞれに押し付ける付勢部材と、
    f) 前記2つの駆動ブロックの一方とそれに対応するナット部材との間に配置され、前記一つの軸方向と平行な方向における該駆動ブロックと該ナット部材の距離を調整する距離調整部材と
    を有するアパーチャ板の開閉機構と、
    g) 前記アパーチャ板の開閉機構を前記アパーチャ板に垂直な軸周りに回転させる回転機構と
    を備えることを特徴とするアパーチャ板の駆動機構。
  2. 前記開閉機構が非平行な2方向にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項1に記載のアパーチャ板の駆動機構。
  3. 前記一つの軸方向に関し、前記駆動ブロックの、前記ナット部材又は前記距離調整部材との当接部が凸面であり、他方の当接部が平面又は該凸面よりも曲率が小さい凹面である
    ことを特徴とする請求項1に記載のアパーチャ板の駆動機構。
  4. 前記一つの軸方向に関し、前記ナット部材又は前記距離調整部材の、前記駆動ブロックとの当接部が凸面であり、該駆動ブロックの当接部が平面又は該凸面よりも曲率が小さい凹面である
    ことを特徴とする請求項1に記載のアパーチャ板の駆動機構。
  5. 請求項1から4のいずれかに記載のアパーチャ板の駆動機構を備えた赤外顕微鏡。
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