JP2010097061A - Coarse and fine adjustment device and automatic focusing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、粗微動装置、特に、対物レンズや試料台などを光軸方向に変位させて焦点合わせなどを行う、顕微鏡の光軸方向の粗微動装置およびこの粗微動装置を備える自動合焦装置に関するものである。 The present invention relates to a coarse / fine movement apparatus, and in particular, a coarse / fine movement apparatus in the optical axis direction of a microscope for performing focusing by displacing an objective lens or a sample stage in the optical axis direction, and an automatic focusing apparatus including the coarse / fine movement apparatus It is about.
従来より、顕微鏡において対物レンズを光軸方向に変位させて焦点合わせを行うための焦準機構として、粗動機構がある(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、レボルバ等を保持する保持部材の撓みやロストモーションによって、十分な微動追従性やバックラッシのなさを実現することができない。 Conventionally, as a focusing mechanism for performing focusing by displacing an objective lens in a direction of an optical axis in a microscope, there is a coarse movement mechanism (see, for example, Patent Document 1). However, due to the bending or lost motion of the holding member that holds the revolver or the like, it is not possible to achieve sufficient fine movement followability and lack of backlash.
このため、粗動機構に、圧電素子などの変位駆動素子による微動機構を組み合わせた粗微動装置が種々提案されている(例えば、特許文献2,3,4参照)。 For this reason, various coarse / fine movement devices in which a coarse movement mechanism is combined with a fine movement mechanism using a displacement drive element such as a piezoelectric element have been proposed (see, for example, Patent Documents 2, 3, and 4).
しかしながら、特許文献2〜4等に示される従来の粗微動装置の場合、二重ガイドであったり、微動変位の伝達が接触による不安定な伝達であるために走り精度が悪化したり、レボルバ等を保持する保持部材の撓みやロストモーションを根絶できないという問題点がある。よって、微動変位の精度が十分でない状況に留まっているものである。 However, in the case of the conventional coarse / fine movement devices shown in Patent Documents 2 to 4 and the like, the double guide is used, the transmission accuracy of the fine movement is unstable because of contact, the running accuracy deteriorates, the revolver, etc. There is a problem that the bending and the lost motion of the holding member that holds the film cannot be eradicated. Therefore, the accuracy of the fine movement displacement remains inadequate.
このため、従来技術にあっては、粗動による長い可動範囲の全域に亘って微動変位の精度を確保しつつ、重量物を対象負荷物とする場合にも対応可能な粗微動装置は、未だ提供されてない現状にある。 For this reason, in the prior art, there is still a coarse / fine movement device that can cope with a case where a heavy load is used as a target load while ensuring the accuracy of fine movement displacement over the entire long movable range due to coarse movement. The current situation is not provided.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、粗動による長い可動範囲の全域に亘って微動変位の精度がよいとともに、重量物を対象負荷物とする場合にも対応可能な粗微動装置および自動合焦装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and has fine fine displacement accuracy over the entire long movable range due to coarse movement, and can also cope with a case where a heavy load is used as a target load. An object is to provide a device and an automatic focusing device.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる粗微動装置は、固定部と、第1の可動部と、該第1の可動部を前記固定部に対して併進運動可能に支持する直動案内手段と、前記第1の可動部を前記固定部に対して変位させる電動送りねじ手段と、移動対象となる負荷物が取り付けられる第2の可動部と、微動変位部に前記第2の可動部が固定され、該第2の可動部の負荷物取付部分を挟んで対称となるように前記第1の可動部に設けられた一対の微動変位発生機構と、を備え、前記一対の微動変位発生機構のそれぞれは、変位発生素子と、該変位発生素子の変位の方向を前記直動案内手段による併進運動の方向に規定する弾性ヒンジで連結された一対の平行リンクと該一対の平行リンク間に設けられて微動変位を取り出すための前記微動変位部とによる平行リンク機構とからなることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the coarse / fine movement apparatus according to the present invention includes a fixed portion, a first movable portion, and a translational movement of the first movable portion with respect to the fixed portion. A linear motion guide means to be supported, an electric feed screw means for displacing the first movable portion relative to the fixed portion, a second movable portion to which a load to be moved is attached, and a fine displacement portion The second movable portion is fixed, and includes a pair of fine displacement generating mechanisms provided in the first movable portion so as to be symmetrical with respect to the load attachment portion of the second movable portion, Each of the pair of fine movement displacement generating mechanisms includes a displacement generating element, a pair of parallel links connected by an elastic hinge that defines the direction of displacement of the displacement generating element in the direction of translational motion by the linear motion guide means, and It is provided between a pair of parallel links to extract fine movement displacement. Characterized by comprising the parallel link mechanism according to said fine displacement of the.
また、本発明にかかる粗微動装置は、上記発明において、前記直動案内手段は、一対のクロスローラガイドまたはボールガイドであり、前記電動送りねじ手段の送りねじを挟んで対称に配置されていることを特徴とする。 In the coarse / fine movement apparatus according to the present invention as set forth in the invention described above, the linear motion guide means is a pair of cross roller guides or ball guides, and is arranged symmetrically across the feed screw of the electric feed screw means. It is characterized by that.
また、本発明にかかる粗微動装置は、上記発明において、前記第1の可動部は、前記直動案内手段を取り付ける面を含む3平面または4平面に、変形に抗する壁を有する蓑型または蓋無し箱型の形状に形成されていることを特徴とする。 In the coarse and fine movement device according to the present invention as set forth in the invention described above, the first movable portion is a saddle type having a wall that resists deformation on three or four planes including a surface to which the linear motion guiding means is attached. It is formed in the shape of a box without a lid.
また、本発明にかかる粗微動装置は、上記発明において、前記一対の微動変位発生機構は、前記変形に抗する壁のうち、対向する2面の壁に設けられていることを特徴とする。 The coarse / fine movement apparatus according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the pair of fine movement displacement generating mechanisms are provided on two opposing walls among the walls resisting the deformation.
また、本発明にかかる粗微動装置は、上記発明において、前記電動送りねじ手段の送りねじは、滑りねじであることを特徴とする。 In the coarse / fine motion apparatus according to the present invention as set forth in the invention described above, the feed screw of the electric feed screw means is a sliding screw.
また、本発明にかかる粗微動装置は、上記発明において、前記変位発生素子は、前記平行リンクに対して変位拡大率が1未満となる位置に配置されていることを特徴とする。 In the coarse / fine movement apparatus according to the present invention as set forth in the invention described above, the displacement generating element is disposed at a position where a displacement magnification ratio is less than 1 with respect to the parallel link.
また、本発明にかかる粗微動装置は、上記発明において、前記対象負荷物は、対物レンズを保持するレボルバであり、前記第2の可動部と前記微動変位部との固定点は、前記対物レンズの光軸に対応する位置に設定されていることを特徴とする。 In the coarse / fine movement device according to the present invention, the target load is a revolver that holds an objective lens, and the fixed point between the second movable portion and the fine displacement portion is the objective lens. It is characterized by being set at a position corresponding to the optical axis.
また、本発明にかかる自動合焦装置は、対物レンズが搭載された上記発明に記載の粗微動装置と、標本に対する前記対物レンズの焦点ずれを検出する自動焦点検出装置と、該自動焦点検出装置により検出された焦点ずれ量に基づき前記対物レンズを変位させ焦点が前記標本に合焦するように前記粗微動装置を帰還制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。 An automatic focusing apparatus according to the present invention includes a coarse / fine movement apparatus according to the above-described invention in which an objective lens is mounted, an automatic focus detection apparatus that detects a defocus of the objective lens with respect to a specimen, and the automatic focus detection apparatus. And a control means for controlling the feedback of the coarse / fine movement device so that the objective lens is displaced based on the amount of defocus detected in step (b) and the focal point is focused on the sample.
また、本発明にかかる自動合焦装置は、上記発明において、前記制御手段は、前記標本の表面位置の捕捉を、前記電動送りねじ手段による粗動変位により行い、前記対物レンズの焦点深度内への合焦を、前記変位発生素子の駆動による前記一対の微動変位発生機構の微動変位により行うことを特徴とする。 In the automatic focusing device according to the present invention as set forth in the invention described above, the control means captures the surface position of the specimen by coarse movement displacement by the electric feed screw means, and enters the focal depth of the objective lens. The focusing is performed by fine movement displacement of the pair of fine movement displacement generating mechanisms driven by the displacement generating elements.
本発明にかかる粗微動装置および自動合焦装置によれば、変位発生素子の変位の方向を直動案内手段による併進運動の方向に規定する弾性ヒンジで連結された一対の平行リンクと平行リンク間に設けられて微動変位を取り出すための微動変位部とによる平行リンク機構をそれぞれ有する一対の微動変位発生機構を、微動変位部に固定された第2の可動部の負荷物取付部分を挟んで対称となるように配置させて、粗動駆動される第1の可動部に備えるので、粗動による長い可動範囲の全域に亘って微動動作が安定し、微動変位の精度がよい上に、重量物を対象負荷物とする場合にも対応できるという効果を奏する。 According to the coarse / fine movement device and the automatic focusing device according to the present invention, between a pair of parallel links and parallel links connected by an elastic hinge that defines the direction of displacement of the displacement generating element as the direction of translational motion by the linear motion guide means. A pair of fine movement displacement generating mechanisms, each having a parallel link mechanism with a fine movement displacement section for taking out fine movement displacement, are symmetrical with respect to a load object mounting portion of a second movable section fixed to the fine movement displacement section. Since the first movable part that is coarsely driven is arranged so that the fine movement operation is stable over the entire long movable range due to the coarse movement, and the precision of the fine movement displacement is good, This also has the effect of being able to cope with the case of using as a target load.
以下、本発明の粗微動装置および自動合焦装置を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。 The best mode for carrying out the coarse / fine movement device and the automatic focusing device of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本実施の形態1にかかる粗微動装置は、顕微鏡システムにおいて、複数の対物レンズを搭載したレボルバを移動対象となる負荷物とし、このレボルバを光軸方向に変位させて焦点合わせを行うための上下軸に適用した例を示す。ここでは、顕微鏡の投光管への組み込みに適した構成例を示すが、投光管の全体や、対物レンズ、レボルバ等は、煩雑さを避けるため図示を省略する(例えば、後述の図10参照)。
(Embodiment 1)
The coarse / fine movement apparatus according to the first embodiment uses a revolver equipped with a plurality of objective lenses as a load to be moved in the microscope system, and moves the revolver in the optical axis direction to perform focusing. An example applied to an axis is shown. Here, an example of a configuration suitable for incorporation into a light projection tube of a microscope is shown, but the illustration of the whole light projection tube, an objective lens, a revolver, and the like is omitted to avoid complication (for example, FIG. 10 described later). reference).
図1は、本実施の形態1の粗微動装置の構成を一部透視して示す斜視図であり、図2は、平面図であり、図3は、正面図であり、図4は、右側面図であり、図5は、光軸を通る中心線上で一部を切り欠いて示す右側面図であり、図6は、微動変位発生機構部分を断面して示す右側面図である。 FIG. 1 is a perspective view partially showing a configuration of the coarse / fine movement apparatus of the first embodiment, FIG. 2 is a plan view, FIG. 3 is a front view, and FIG. FIG. 5 is a right side view in which a part is cut away on a center line passing through the optical axis, and FIG. 6 is a right side view showing a fine displacement displacement generating mechanism section.
まず、粗微動装置100の概要として、図1に示す状態では、顕微鏡の観察者は図中右奥に位置し、左手前側に投光管の光源101が存在する。この光源101の照明光は、第1の可動部120に形成された孔120aを通ってダイクロイックミラー(図示せず)で図中下方に折り曲げられ、レボルバ(図示せず)に搭載された対物レンズ(図示せず)を通って標本(図示せず)を落射照明する(例えば、後述の図10参照)。なお、顕微鏡システムの観察光学系やカメラ結像光学系は、図中、上方に位置する。
First, as an outline of the coarse /
本実施の形態1の粗微動装置100は、図1〜図4に示すように、固定部110と、第1の可動部120と、第2の可動部130と、粗動変位発生機構140と、微動変位発生機構150とを備える。固定部110は、顕微鏡システムにおいて適宜箇所に固定配置される矩形ブロック体からなる。第1の可動部120は、固定部110と同等の高さに形成されて固定部110の手前側(観察者から見て奥側)に配置されるものである。
As shown in FIGS. 1 to 4, the coarse /
ここで、固定部110と第1の可動部120との間には、第1の可動部120を固定部110に対して図1中の上下方向(光軸方向)にのみ併進運動自在に案内支持する一対の直動案内手段となるクロスローラガイド141a,141bを備える。なお、直動案内手段は、クロスローラガイド141a,141bに代えて、一対のボールガイドであってもよい。また、一対のクロスローラガイド141a,141b間の中心位置には、後述する電動送りねじ手段中のボールねじ142が配置され、第1の可動部120を固定部110に対して光軸方向に相対変位自在に位置決めしている。
Here, between the
また、第1の可動部120は、一対のクロスローラガイド141a,141bを取り付ける面を含む垂直方向の4平面に、変形に抗する壁121a〜121dを有する上方開口の蓋無し矩形箱形状に形成されることで、第1の可動部120自身の変形に抗する剛性が強められている。なお、第1の可動部120の垂直方向の面は、一対のクロスローラガイド141a,141bを取り付ける面の壁121aを含んでいれば、3面であってもよく、例えば、壁121cが省略された蓑型形状に形成されていてもよい。このような構造の第1の可動部120の壁121a〜121dのうち、左右で対向する一対の壁121b,121d中に、後述する左右一対の微動変位発生機構150が一体で設けられている。
Further, the first
第1の可動部120に設けられたこれら一対の微動変位発生機構150の微動変位部155のねじ穴155aには、それぞれ側面部材131a,131bがねじ132によって固定され、さらに、第1の可動部120の底面側においてこれら側面部材131a,131bを連結する底板131cが固定されている。これら側面部材131a,131bおよび底板131cにより第2の可動部130が構成されている。底板131cの底面には、移動対象となる負荷物、ここでは対物レンズが搭載されたレボルバ(図示せず)を後方から前方へ挿入し固定するための負荷物取付部分となるメスアリ構造体133が取り付けられている。ここで、メスアリ構造体133の位置は、左右の壁121b,121dの中心位置に設定されている。すなわち、左右一対の微動変位発生機構150は、左右方向においてメスアリ構造体133を挟んで対称となる位置に配置されることとなる。
本実施の形態1の粗微動装置100は、概略的には、粗動変位発生機構140により固定部110に対して第1の可動部120を光軸方向に粗動変位させると、第2の可動部130やメスアリ構造体133に固定されたレボルバも一体で光軸方向に粗動変位し、さらに、微動変位発生機構150により第1の可動部120に対して第2の可動部130を光軸方向に微動変位させるとメスアリ構造体133に固定されたレボルバが光軸方向に微動変位することとなる。
The coarse /
ついで、図5を参照して、粗動変位発生機構140について詳細に説明する。粗動変位発生機構140は、固定部110に対して第1の可動部120を光軸方向に粗動変位させることで、レボルバ等を粗動変位させるためのものである。このような粗動変位発生機構140は、ボールねじ142とステッピングモータ143とからなる電動送りねじ手段144と、一対のクロスローラガイド141a,141bとからなる。ボールねじ142は、ねじ軸142aとこのねじ軸142aに螺合するボールねじナット142bとからなる。ねじ軸142aは、第1の可動部120の背面側(観察者から見て手前側)中央にて、固定支持側ボールねじサポート145a、ブラケット146を介して固定部110に固定されており、軸回転のみが許容される。ボールねじナット142bは、第1の可動部120に固定されたもので、ねじ軸142aの回転によって上下動することで第1の可動部120も上下動させる。
Next, the coarse
なお、ボールねじナット142bの隙間等級は、予圧品より隙間品とした方が、各部の微細な加工組み立て誤差を吸収でき、総合的には円滑な動作を期待できる。なお、145bは、ねじ軸142aの軸端の振れを規制する単純支持側ボールねじサポートとしてのベアリングであり、147は、そのハウジングであるが、固定支持側ボールねじサポート145aのモーメント剛性が十分な場合には省略してもよい。また、ねじ軸142aとボールねじナット142bとの組み合わせからなるボールねじ142は、研削品でよい場合が多いが、後述する微動変位発生機構150の可動範囲如何によっては、軸方向隙間と微動追従性の大きい転造ボールねじ、または一般の滑りねじを用いることで原価を抑えるようにしてもよい。
In addition, if the clearance grade of the
ステッピングモータ143は、ねじ軸142aを回転駆動させるための駆動源であり、固定部110の背面側に固定配置されている。ステッピングモータ143とねじ軸142aとは、それぞれの軸上に設けられた歯付きベルトプーリ148a,148b間に歯付きベルト148を掛け渡すことにより連結され、ステッピングモータ143の回転がねじ軸142aに伝達される構成とされている。なお、歯形はインボリュート曲線とし、歯付きベルトプーリ148a,148bの歯切りは転位によって噛み合い隙間を0に近付けると、ロストモーションの少ない良好な動作を期待できる。149は、ステッピングモータ143の回転振動を低減するための回転ダンパである。
The stepping
また、図6を参照して、微動変位発生機構150について詳細に説明する。微動変位発生機構150は、第1の可動部120に対して第2の可動部130を光軸方向に微動変位させることで、レボルバ等を微動変位させるためのものである。ここで、微動変位発生機構150の微動追従性およびロストモーションは、ボールねじ142の微動追従性およびロストモーションよりも小さいことによって、その可動範囲が、ボールねじ142の微動追従性およびロストモーションを補完し得る範囲となるように設定されている。
The fine movement
微動変位発生機構150は、変位発生素子である積層圧電素子151と、平行リンク機構152との組み合わせからなる。このような微動変位発生機構150は、一対が、第1の可動部120の左右の壁121b,121dにそれぞれ同一構造で設けられている。平行リンク機構152は、上下方向に離間させて実効長が同一で平行に設けられた一対の平行リンク153,154と、これら平行リンク153,154間に接続して設けられて微動変位を取り出すための微動変位部155とにより構成されている。このような平行リンク機構152は、壁121b,121dにワイヤカットによる切り込みを入れることにより形成されている。
The fine movement
ここで、平行リンク153,154は、支点153a,154a、着力点153b、作用点153c,154cの各部が弾性ヒンジで連結される構造とされている。着力点153bには積層圧電素子151が連結され、作用点153c,154c間には微動変位部155が連結されている。なお、側面部材131a,131bと微動変位部155との固定点となるねじ穴155の位置は、対物レンズの光軸Lに対応する位置となるように設定されている。また、第1の可動部120の下部側には雌ねじが切られ、ピン156が螺入されている。このピン156は、雄ねじ部156aの上端側にピン部156bを有し、ピン部156bが平行リンク154部分に開けられた孔157に接触することなく貫通して先端が積層圧電素子151の底面に当接するものである。これより、積層圧電素子151の底面を固定部とし、上端が可動部となって平行リンク153の着力点153bを押し上げるように構成されている。また、着力点153bは、平行リンク153,154の実効長に対して(作用点153c,154cに対して)内側位置に設定されている。
Here, the
このような構成において、ステッピングモータ143を回転駆動させると、その回転は、歯付きベルト148、歯付きベルトプーリ148a,148bを介してボールねじ142のねじ軸142aに伝達される、そして、ねじ軸142aに螺合するボールねじナット142bを上下動させることで、固定部110に対して第1の可動部120を上下に粗動変位させる。第1の可動部120の動きは、一対のクロスローラガイド141a,141bによって直動するようにガイドされる。このとき、一対のクロスローラガイド141a,141bは、ねじ軸142aを挟んで対称に配置されているので、第1の可動部120の粗動変位は、安定した直動変位となる。そして、第1の可動部120に搭載されている第2の可動部130も上下動するため、第2の可動部130に固定されたレボルバが上下に粗動変位することとなる。
In such a configuration, when the stepping
この際、本実施の形態1においては、ステッピングモータ143は、歯付きベルト148、歯付きベルトプーリ148a,148bを介してボールねじ142のねじ軸142aの手前側(観察者から見て奥側)に配置されているので、投光管の上面からこれらの部材が突出せず全高が抑えられているので、従来の投光管と同等の全高に収まり、周辺機器の組み合わせに制約が生じない。
At this time, in the first embodiment, the stepping
一方、積層圧電素子151を駆動させて平行リンク153の着力点153bを押し上げると、平行リンク機構152が動作し、その微動変位部155が微動変位する。すなわち、積層圧電素子151の駆動により平行リンク153,154が傾くとき、作用点153c,154cに連結され微動変位部155は、図5や図6において、上下方向にほぼ併進運動して微動変位を発生する。この際、平行リンク153,154や微動変位部155等は、弾性ヒンジによって連結されているので、バックラッシは原理的に存在しないものとなる。微動変位部155が微動変位すると、この微動変位部155に固定された側面部材131a,131bが第1の可動部120に対して上下に微動変位する。これにより、側面部材131a,131b間に一体化された底板131cのメスアリ構造体133に取り付けられたレボルバも、第1の可動部120に対して上下に微動変位する。このとき、側面部材131a,131bと微動変位部155との固定点(ねじ穴155aの位置)は、光軸Lに対応する位置に設定されているので、レボルバ(したがって、対物レンズ)の微動変位は、安定した直動変位となる。
On the other hand, when the laminated
このようにして、レボルバ(したがって、対物レンズ)は、固定部110に対して粗動変位発生機構140による粗動変位と微動変位発生機構150による微動変位とを合わせた分、上下に変位することとなる。このように本実施の形態1によれば、積層圧電素子151の変位の方向を一対のクロスローラガイド141a,141bによる併進運動の方向に規定する弾性ヒンジで連結された一対の平行リンク153,154と平行リンク153,154間に設けられて微動変位を取り出すための微動変位部155とによる平行リンク機構152をそれぞれ有する一対の微動変位発生機構150を、微動変位部155に固定された第2の可動部130のメスアリ構造体133(負荷物取付部分)を挟んで対称となるように配置させて、粗動駆動される第1の可動部120に備えるので、微動動作が安定し、微動変位の精度がよくて、重量物を対物レンズ搭載のレボルバのような対象負荷物とする場合にも対応することができる。
In this way, the revolver (and hence the objective lens) is displaced up and down by an amount corresponding to the coarse movement displacement generated by the coarse movement
ここで、本実施の形態1では、平行リンク153,154の実効長に対して積層圧電素子151の着力点153bが内側に設定されており、図5や図6に示す例では、作用点153c,154cに位置する微動変位部155において、約1.5倍の変位拡大作用がある。例えば、積層圧電素子151の可動範囲の実例を20μmとすると、微動変位部155は約30μmの可動範囲を有することとなる。これは、研削品の滑りねじの軸方向隙間とほぼ同じであり、転造ボールねじの軸方向隙間はそれより少ない。したがって、電動送りねじ手段144を研削ボールねじのみならず、安価な転造ボールねじや研削滑りねじとしても、そのロストモーションを微動変位発生機構150の動作が補完することができる。このように微動変位発生機構150に1以上の変位拡大作用を持たせることで、ロストモーションが大きく安価な滑りねじを使用することが可能となる。
Here, in the first embodiment, the applied
(変形例1)
図7は、実施の形態1の変形例1にかかる微動変位発生機構部分を断面して示す右側面図である。変形例1の平行リンク機構160は、平行リンク機構152の場合と同様に、平行リンク161,162と微動変位部155とからなる。ここで、変形例1では、積層圧電素子151の着力点161bが外側に設定され、微動変位部155に対する作用点161c,162cが内側に設定され、変位拡大率が1未満となるように構成されている。なお、161a,162aは、支点である。この場合も、側面部材131a,131bと微動変位部155との固定点は、光軸Lに対応する位置に設定されている。また、積層圧電素子151の固定端側は、第1の可動部120に刻設された雌ねじに螺入されたねじ163の先端が当接することで固定している。この場合、ねじ163は短く、平行リンク162を貫通していない。
(Modification 1)
FIG. 7 is a right side view showing a cross section of the fine movement displacement generating mechanism portion according to the first modification of the first embodiment. Similar to the case of the
変形例1によれば、図7に示す例で、平行リンク機構160の変位拡大率は約0.75程度となる。例えば、積層圧電素子151の可動範囲の実例を20μmとすると、微動変位部155は約15μmの可動範囲を有することとなる。よって、粗動変位発生機構140の送りねじとしては、軸方向隙間の少ない研削ボールねじ142を用いることが望ましい。また、変形例1によれば、平行リンク162は貫通孔がなく、ねじ163も短いので、剛性が高くなる。さらに、微動変位発生部155の変位拡大率が1よりも小さいので、発生力が大きく、よって、実施の形態1の場合に比して、重量物の負荷を高精度に微動上下させる場合に一層好適となる。
According to Modification 1, in the example shown in FIG. 7, the displacement magnification rate of the
(変形例2)
図8は、実施の形態1の変形例2にかかる微動変位発生機構部分を断面して示す右側面図である。変形例2では、変形例1の構成において、積層圧電素子151に代えて、全長が約2倍の積層圧電素子171を用いたものである。すなわち、積層圧電素子171は、単独で供給できる変位量が実例で約40μmに倍増されている。
(Modification 2)
FIG. 8 is a right side view showing a cross section of the fine movement displacement generating mechanism portion according to the second modification of the first embodiment. In Modified Example 2, in the configuration of Modified Example 1, instead of the laminated
本変形例2によれば、変形例1の場合のように変位拡大率が0.75と1よりも小さいにもかかわらず、積層圧電素子171自身が約40μmの可動範囲を有するので、微動変位部155は実施の形態1の場合と同様に約30μmの可動範囲を有することなる。よって、粗動変位発生機構140の送りねじとしては、軸方向隙間の大きい滑りねじも使用可能な上に、重量物の負荷を高精度に微動上下させる場合に好適となる。
According to the second modification, the laminated
(変形例3)
図9は、実施の形態1の変形例3にかかる粗微動装置の構成を一部透視して示す斜視図である。変形例3は、実施の形態1におけるボールねじ142に対する駆動伝達系を変更したものである。すなわち、固定支持側ボールねじサポート145aの上方にねじ軸142aと同軸でステッピングモータ143を配置させたものである。ステッピングモータ143は、ブラケット181を介して固定部110側に固定され、その軸はカップリング182を介してねじ軸142aの端部に接続されている。カップリング182は、原理的にバックラッシの発生しないスリット型またはディスク型などが望ましい。また、カップリング182の上方には、ステッピングモータ143の回転振動を低減するための回転ダンパ183を有する。なお、図9においては、理解を助けるために、ブラケット181、カップリング182および回転ダンパ183は断面状態で図示している。
(Modification 3)
FIG. 9 is a perspective view partially showing a configuration of the coarse / fine movement device according to the third modification of the first embodiment. In the third modification, the drive transmission system for the
変形例3の場合、ステッピングモータ143の部分が投光管から上方に突出しているので、投光管の上部に鏡筒を組み合わせて接眼レンズで観察することはできなくなる。しかしながら、カメラ鏡筒のみであれば組み合わせ可能であるので、接眼レンズ観察が不要な用途の場合に好適となる。これは、歯付きベルト148よりもねじり剛性が高く、バックラッシもないカップリング182でモータ軸とねじ軸142aとを接続することで、モータ軸とねじ軸142aとの間の伝達手段に起因すねじれやバックラッシを軽減できるためである。よって、変形例3によれば、粗動側の微動追従性やバックラッシが改善され、積層圧電素子151に与える最大電圧を少なくしてその変位量を抑えることができ、積層圧電素子151の長期寿命化を配慮した駆動が可能となる。
In the case of the third modification, the stepping
(実施の形態2)
図10は、本発明の実施の形態2の顕微鏡における自動合焦装置の構成を示す概念図である。この自動合焦装置200は、顕微鏡における落射投光管201と、自動焦点検出装置としてのオートフォーカスユニット205と、制御手段206とを備える。落射投光管201は、例えば実施の形態1等で説明した粗微動装置100を含むものであり、負荷物として、複数の対物レンズ202を搭載したレボルバ203が底板131cのメスアリ構造体133に固定されている。そして、ステッピングモータ143の駆動による粗動と積層圧電素子151の駆動による微動との組み合わせによって、対物レンズ202を搭載したレボルバ153を光軸方向に上下させ、高さの固定された標本204の表面に対して合焦するように焦点調整を行うものである。
(Embodiment 2)
FIG. 10 is a conceptual diagram showing the configuration of the automatic focusing device in the microscope according to the second embodiment of the present invention. The automatic focusing
また、オートフォーカスユニット205は、標本204の表面に対する対物レンズ202の焦点ずれ信号を出力する。焦点ずれ信号は、焦点が合ったときに0となるような信号であるが、アナログ信号であってもデジタル信号であってもよい。オートフォーカスユニット205の具体的な原理の一例は、瞳分割法によるもの、または共焦点型でファー側、ニア側に一つずつ検出ユニットを持ち、それぞれの出力信号から無次元化した焦点ずれ信号を出力するものである。無次元化の具体例としては、ファー側検出ユニットの信号をA、ニア側検出ユニットの信号をBとするとき、(A−B)/(A+B)なる計算をする。このようにすると、ファー側に焦点ずれしているときには正、ニア側に焦点ずれているときには負、合焦時に0となるような信号、すなわち、瞳分割法の焦点ずれ信号と同様な信号が得られる。
The
さらに、制御手段206は、制御アルゴリズム207、微動制御部208および粗動制御部209を含む。制御アルゴリズム207は、オートフォーカスユニット205から焦点ずれ信号を収集し、演算と判断を行って、微動制御部208と粗動制御部209に駆動指令を出すことで、対物レンズ202を変位させ焦点が標本204に合焦するように粗微動装置100を帰還制御する。制御アルゴリズム207は、本質的には、ファーム上に書かれる等したソフトウェアであり、タイミングクロックに従い、データの読み出しと加工と判定と指示とを繰り返し行うプロセスである。微動制御部208と粗動制御部209は、制御アルゴリズム207から与えられる駆動指令に従い、それぞれ、積層圧電素子151とステッピングモータ143を駆動する。
Further, the control means 206 includes a
このような構成において、ステッピングモータ143と積層圧電素子151は、制御アルゴリズム207の分岐状況に従って、切り換えながら駆動される。一例として、レボルバ203を高速に走査して標本204の表面の大まかな位置を検出するまでをステッピングモータ143を駆動することによる粗動変位により行い、対物レンズ202の焦点を標本204の表面の焦点深度以内の範囲に合わせるまでの微細な制御を積層圧電素子151の駆動による微動変位で行うようにすればよい。
In such a configuration, the stepping
本実施の形態2によれば、焦点深度の浅い特殊高倍率の対物レンズ202であっても、迅速高精度に、厳密に焦点の合った観察像を得ることが可能となる。また、本実施の形態2は、時定数が存在しない制御系による制御であるので、周辺機器の組み合わせが変わるなど、顕微鏡システムの状態が変動しても、常に安定した動作が得られるものとなる。
According to the second embodiment, even with the special high magnification
本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。例えば、前述の説明では、対物レンズ202を搭載したレボルバ203の上下動への適用例として説明したが、これに限らない。例えば、顕微鏡の試料台を上下させるための上下軸や、顕微鏡以外の機械において、長い可動範囲内に亘って微小な変位の発生を要する用途であっても、同様に適用可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above description, the
100 粗微動装置
110 固定部
120 第1の可動部
121a〜121d 壁
130 第2の可動部
133 メスアリ構造体
141a,141b クロスローラガイド
142 送りねじ
144 電動送りねじ手段
150 微動変位発生機構
151 積層圧電素子
152 平行リンク機構
153,154 平行リンク
155 微動変位部
155a ねじ穴
160 平行リンク機構
161,162 平行リンク
171 積層圧電素子
202 対物レンズ
203 レボルバ
205 オートフォーカスユニット
206 制御手段
L 光軸
DESCRIPTION OF
Claims (9)
第1の可動部と、
該第1の可動部を前記固定部に対して併進運動可能に支持する直動案内手段と、
前記第1の可動部を前記固定部に対して変位させる電動送りねじ手段と、
移動対象となる負荷物が取り付けられる第2の可動部と、
微動変位部に前記第2の可動部が固定され、該第2の可動部の負荷物取付部分を挟んで対称となるように前記第1の可動部に設けられた一対の微動変位発生機構と、
を備え、
前記一対の微動変位発生機構のそれぞれは、
変位発生素子と、該変位発生素子の変位の方向を前記直動案内手段による併進運動の方向に規定する弾性ヒンジで連結された一対の平行リンクと該一対の平行リンク間に設けられて微動変位を取り出すための前記微動変位部とによる平行リンク機構とからなることを特徴とする粗微動装置。 A fixed part;
A first movable part;
Linear motion guide means for supporting the first movable portion so as to be capable of translational movement with respect to the fixed portion;
Electric feed screw means for displacing the first movable part relative to the fixed part;
A second movable part to which a load to be moved is attached;
A pair of fine movement displacement generating mechanisms provided on the first movable section so that the second movable section is fixed to the fine movement displacement section and is symmetrical with respect to the load attachment portion of the second movable section; ,
With
Each of the pair of fine movement displacement generating mechanisms is
Displacement generating element, a pair of parallel links connected by an elastic hinge for defining the direction of displacement of the displacement generating element in the direction of translational motion by the linear motion guide means, and a fine displacement provided between the pair of parallel links A coarse / fine movement device comprising a parallel link mechanism with the fine movement displacement portion for taking out the movement.
標本に対する前記対物レンズの焦点ずれを検出する自動焦点検出装置と、
該自動焦点検出装置により検出された焦点ずれ量に基づき前記対物レンズを変位させ焦点が前記標本に合焦するように前記粗微動装置を帰還制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする自動合焦装置。 The coarse / fine movement apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein an objective lens is mounted;
An automatic focus detection device for detecting a defocus of the objective lens with respect to a specimen;
Control means for feedback-controlling the coarse / fine movement device so that the objective lens is displaced based on the defocus amount detected by the automatic focus detection device and the focal point is focused on the sample;
An automatic focusing device comprising:
前記標本の表面位置の捕捉を、前記電動送りねじ手段による粗動変位により行い、
前記対物レンズの焦点深度内への合焦を、前記変位発生素子の駆動による前記一対の微動変位発生機構の微動変位により行うことを特徴とする請求項8に記載の自動合焦装置。 The control means includes
Capturing the surface position of the specimen is performed by coarse movement displacement by the electric feed screw means,
9. The automatic focusing device according to claim 8, wherein focusing within the focal depth of the objective lens is performed by fine movement displacement of the pair of fine movement displacement generating mechanisms driven by the displacement generating elements.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008268691A JP2010097061A (en) | 2008-10-17 | 2008-10-17 | Coarse and fine adjustment device and automatic focusing device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2019088030A1 (en) * | 2017-11-02 | 2019-05-09 | 富士フイルム株式会社 | Imaging control device, method for operating imaging control device, and imaging control program |
WO2020151039A1 (en) * | 2019-01-26 | 2020-07-30 | 殷跃锋 | Cell detection microscope |
-
2008
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JPWO2019088030A1 (en) * | 2017-11-02 | 2020-11-19 | 富士フイルム株式会社 | Shooting control device, operation method of shooting control device, and shooting control program |
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