JP2010097061A - Coarse and fine adjustment device and automatic focusing device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a coarse and fine adjustment device which has high accuracy in fine adjusting displacement all over the long movable range by coarse adjustment, and can cope with even a case where a heavy substance is set as a target load substance. <P>SOLUTION: A pair of fine adjusting displacement generation mechanisms 150 having parallel link mechanism 152 comprising a pair of parallel links 153 and 154 coupled by an elastic hinge for regulating a direction of displacement of a laminated piezoelectric element 151 in a direction of translation by a pair of cross roller guides 141a and 141b, and a fine adjusting displacement part 155 provided between the parallel links 153 and 154 and taking out fine adjusting displacement is arranged to be symmetric while putting load substance attaching parts of side members 131a and 131b fixed in the fine adjusting displacement part 155 in between, and provided in a first movable part 120 driven to be coarsely adjusted. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

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).

特開２００３−４３３６８号公報JP 2003-43368 A 特開平５−４０２２７号公報JP-A-5-40227 特開平６−１０９９６３号公報JP-A-6-109963 特開平８−３１３７８５号公報JP-A-8-313785

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 / fine movement device 100, in the state shown in FIG. 1, the observer of the microscope is located in the back right side in the drawing, and the light source 101 of the light projecting tube exists on the left front side. The illumination light of the light source 101 passes through a hole 120a formed in the first movable portion 120, is bent downward in the drawing by a dichroic mirror (not shown), and is mounted on a revolver (not shown). A specimen (not shown) is incidentally illuminated through (not shown) (for example, see FIG. 10 described later). Note that the observation optical system and the camera imaging optical system of the microscope system are positioned above in the drawing.

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 / fine movement device 100 of the first embodiment includes a fixed portion 110, a first movable portion 120, a second movable portion 130, and a coarse displacement displacement generating mechanism 140. And a fine displacement generating mechanism 150. The fixing unit 110 is formed of a rectangular block body that is fixedly arranged at appropriate positions in the microscope system. The first movable portion 120 is formed at the same height as the fixed portion 110 and is disposed on the front side (back side as viewed from the observer) of the fixed portion 110.

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 fixed portion 110 and the first movable portion 120, the first movable portion 120 is guided relative to the fixed portion 110 so as to be capable of translational movement only in the vertical direction (optical axis direction) in FIG. Cross roller guides 141a and 141b serving as a pair of linear motion guides to be supported are provided. The linear motion guide means may be a pair of ball guides instead of the cross roller guides 141a and 141b. Further, a ball screw 142 in an electric feed screw means to be described later is disposed at the center position between the pair of cross roller guides 141a and 141b, and the first movable part 120 is relatively relative to the fixed part 110 in the optical axis direction. Positioning is freely displaceable.

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 movable portion 120 is formed in a rectangular box shape with an upper opening having an upper opening having walls 121a to 121d that resist deformation on four vertical planes including a surface to which the pair of cross roller guides 141a and 141b is attached. By doing so, the rigidity which resists a deformation | transformation of 1st movable part 120 itself is strengthened. The vertical surface of the first movable portion 120 may be three surfaces as long as it includes the wall 121a of the surface to which the pair of cross roller guides 141a and 141b is attached. For example, the wall 121c is omitted. It may be formed in a bowl shape. Of the walls 121a to 121d of the first movable part 120 having such a structure, a pair of left and right fine movement displacement generating mechanisms 150 to be described later are integrally provided in a pair of walls 121b and 121d opposed to the left and right.

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。   Side members 131a and 131b are respectively fixed to the screw holes 155a of the fine movement displacement portions 155 of the pair of fine movement displacement generating mechanisms 150 provided in the first movable portion 120 by screws 132, and further, the first movable portion. A bottom plate 131c for connecting these side members 131a and 131b is fixed on the bottom surface side of 120. The side members 131a and 131b and the bottom plate 131c constitute a second movable portion 130. On the bottom surface of the bottom plate 131c, there is a female ant structure 133 serving as a load object mounting portion for inserting and fixing a load object to be moved, here, a revolver (not shown) mounted with an objective lens from the rear to the front. It is attached. Here, the position of the female ant structure 133 is set to the center position of the left and right walls 121b and 121d. That is, the pair of left and right fine movement displacement generating mechanisms 150 are arranged at positions that are symmetrical with respect to the female ant structure 133 in the left-right direction.

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 / fine movement device 100 according to the first embodiment is roughly configured such that when the first movable unit 120 is coarsely displaced in the optical axis direction with respect to the fixed unit 110 by the coarse movement displacement generation mechanism 140, the second movement is generated. The revolver fixed to the movable part 130 and the female ant structure 133 is also integrally coarsely displaced in the optical axis direction. Further, the fine movable displacement generating mechanism 150 transmits the second movable part 130 to the first movable part 120 with light. If it is finely displaced in the axial direction, the revolver fixed to the female ant structure 133 is finely displaced in the optical axis direction.

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 displacement generation mechanism 140 will be described in detail with reference to FIG. The coarse motion displacement generating mechanism 140 is for coarsely moving the revolver or the like by roughly moving the first movable portion 120 in the optical axis direction with respect to the fixed portion 110. Such a coarse displacement generating mechanism 140 includes an electric feed screw means 144 including a ball screw 142 and a stepping motor 143, and a pair of cross roller guides 141a and 141b. The ball screw 142 includes a screw shaft 142a and a ball screw nut 142b that is screwed onto the screw shaft 142a. The screw shaft 142a is fixed to the fixed portion 110 via a fixed support side ball screw support 145a and a bracket 146 at the center of the back side (front side as viewed from the observer) of the first movable portion 120. Only rotation is allowed. The ball screw nut 142b is fixed to the first movable part 120, and the first movable part 120 is also moved up and down by moving up and down by the rotation of the screw shaft 142a.

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 ball screw nut 142b is a clearance product rather than a preload product, fine processing and assembly errors of each part can be absorbed, and overall smooth operation can be expected. Reference numeral 145b denotes a bearing as a simple support side ball screw support that regulates the swing of the shaft end of the screw shaft 142a. Reference numeral 147 denotes a housing, but the moment rigidity of the fixed support side ball screw support 145a is sufficient. In some cases, it may be omitted. Further, the ball screw 142 composed of a combination of the screw shaft 142a and the ball screw nut 142b may be a ground product in many cases. However, depending on the movable range of the fine movement displacement generating mechanism 150 to be described later, the axial clearance and the fine movement followability can be obtained. The cost may be reduced by using a rolled ball screw having a large diameter or a general sliding screw.

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 motor 143 is a drive source for rotationally driving the screw shaft 142a, and is fixedly disposed on the back side of the fixed portion 110. The stepping motor 143 and the screw shaft 142a are connected by passing a toothed belt 148 between toothed belt pulleys 148a and 148b provided on the respective shafts, and the rotation of the stepping motor 143 is transmitted to the screw shaft 142a. It is supposed to be configured. If the tooth profile is an involute curve, and the gears of the toothed belt pulleys 148a and 148b are shifted to bring the meshing gap close to 0, good operation with little lost motion can be expected. Reference numeral 149 denotes a rotary damper for reducing the rotational vibration of the stepping motor 143.

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 displacement generating mechanism 150 will be described in detail with reference to FIG. The fine movement displacement generating mechanism 150 is for finely displacing the revolver or the like by finely displacing the second movable part 130 in the optical axis direction with respect to the first movable part 120. Here, the fine movement followability and the lost motion of the fine movement displacement generating mechanism 150 are smaller than the fine movement followability and the lost motion of the ball screw 142, so that the movable range complements the fine movement followability and the lost motion of the ball screw 142. It is set to be in a possible range.

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 displacement generating mechanism 150 includes a combination of a laminated piezoelectric element 151 that is a displacement generating element and a parallel link mechanism 152. A pair of such fine movement displacement generating mechanisms 150 is provided on the left and right walls 121b and 121d of the first movable portion 120 with the same structure. The parallel link mechanism 152 is provided in parallel with a pair of parallel links 153 and 154 which are spaced apart in the vertical direction and have the same effective length and are provided in parallel. And the fine movement displacement portion 155. Such a parallel link mechanism 152 is formed by cutting the walls 121b and 121d by wire cutting.

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 parallel links 153 and 154 have a structure in which respective portions of the fulcrums 153a and 154a, the applied force point 153b, and the action points 153c and 154c are connected by an elastic hinge. A laminated piezoelectric element 151 is connected to the applied force point 153b, and a fine displacement portion 155 is connected between the action points 153c and 154c. It should be noted that the position of the screw hole 155 serving as a fixing point between the side members 131a and 131b and the fine movement displacement portion 155 is set so as to correspond to the optical axis L of the objective lens. Further, a female screw is cut on the lower side of the first movable portion 120 and a pin 156 is screwed. This pin 156 has a pin portion 156 b on the upper end side of the male screw portion 156 a, and the pin portion 156 b penetrates without contacting the hole 157 formed in the parallel link 154 portion, and the tip is formed on the bottom surface of the multilayer piezoelectric element 151. Abut. Accordingly, the bottom surface of the laminated piezoelectric element 151 is used as a fixed portion, and the upper end is configured as a movable portion so as to push up the force point 153b of the parallel link 153. The force point 153b is set at an inner position with respect to the effective length of the parallel links 153 and 154 (relative to the action points 153c and 154c).

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 motor 143 is driven to rotate, the rotation is transmitted to the screw shaft 142a of the ball screw 142 via the toothed belt 148 and the toothed belt pulleys 148a and 148b. By moving the ball screw nut 142b screwed to 142a up and down, the first movable unit 120 is coarsely displaced up and down with respect to the fixed unit 110. The movement of the first movable portion 120 is guided so as to move linearly by the pair of cross roller guides 141a and 141b. At this time, since the pair of cross roller guides 141a and 141b are disposed symmetrically with the screw shaft 142a interposed therebetween, the coarse motion displacement of the first movable portion 120 becomes a stable linear motion displacement. And since the 2nd movable part 130 mounted in the 1st movable part 120 also moves up and down, the revolver fixed to the 2nd movable part 130 will carry out rough movement displacement up and down.

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 motor 143 is provided on the front side of the screw shaft 142a of the ball screw 142 via the toothed belt 148 and the toothed belt pulleys 148a and 148b (the back side as viewed from the observer). Therefore, these members do not protrude from the upper surface of the light projecting tube and the total height is suppressed, so that the total height is the same as that of the conventional light projecting tube, and there is no restriction on the combination of peripheral devices.

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 piezoelectric element 151 is driven to push up the force point 153b of the parallel link 153, the parallel link mechanism 152 operates and the fine movement displacement portion 155 is finely displaced. That is, when the parallel links 153 and 154 are tilted by driving the laminated piezoelectric element 151, the fine movement displacement portion 155 connected to the action points 153c and 154c substantially translates in the vertical direction in FIGS. appear. At this time, since the parallel links 153 and 154, the fine movement displacement portion 155, and the like are connected by an elastic hinge, there is no backlash in principle. When the fine movement displacement portion 155 is finely displaced, the side members 131a and 131b fixed to the fine movement displacement portion 155 are finely displaced up and down with respect to the first movable portion 120. Accordingly, the revolver attached to the female ant structure 133 of the bottom plate 131c integrated between the side members 131a and 131b is also finely displaced up and down with respect to the first movable portion 120. At this time, since the fixing point (position of the screw hole 155a) between the side members 131a and 131b and the fine movement displacement portion 155 is set at a position corresponding to the optical axis L, the fine movement displacement of the revolver (and hence the objective lens). Is a stable linear displacement.

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 displacement generating mechanism 140 and the fine movement displacement generated by the fine movement displacement generating mechanism 150 with respect to the fixed portion 110. It becomes. As described above, according to the first embodiment, the pair of parallel links 153 and 154 connected by the elastic hinges that define the direction of displacement of the laminated piezoelectric element 151 in the direction of translational motion by the pair of cross roller guides 141a and 141b. And a pair of fine movement displacement generating mechanisms 150 each having a parallel link mechanism 152 formed by a fine movement displacement portion 155 provided between the parallel links 153 and 154 for taking out the fine movement displacement, are fixed to the fine movement displacement portion 155. Since the female ant structure 133 (load attachment portion) of the movable part 130 is arranged so as to be symmetric with respect to the first movable part 120 that is coarsely driven, the fine movement operation is stabilized and the fine movement displacement is reduced. The accuracy is good, and it is possible to deal with a case where a heavy load is a target load such as a revolver equipped with an objective lens.

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 force point 153b of the multilayer piezoelectric element 151 is set on the inner side with respect to the effective length of the parallel links 153 and 154. In the examples shown in FIGS. , 154c has a displacement expansion action of about 1.5 times. For example, if the actual movable range of the multilayered piezoelectric element 151 is 20 μm, the fine movement displacement portion 155 has a movable range of about 30 μm. This is almost the same as the axial clearance of the slide screw of the ground product, and the axial clearance of the rolled ball screw is smaller. Therefore, even if the electric feed screw means 144 is not only a grinding ball screw but also an inexpensive rolled ball screw or grinding sliding screw, the lost motion can be supplemented by the operation of the fine displacement generating mechanism 150. In this way, by providing the fine movement displacement generating mechanism 150 with one or more displacement expansion actions, it is possible to use an inexpensive slide screw having a large lost motion.

（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 parallel link mechanism 152, the parallel link mechanism 160 of the first modification includes parallel links 161 and 162 and a fine displacement portion 155. Here, in the first modification, the applied point 161b of the multilayer piezoelectric element 151 is set to the outside, the action points 161c and 162c for the fine movement displacement portion 155 are set to the inside, and the displacement magnification rate is configured to be less than 1. ing. Reference numerals 161a and 162a are fulcrums. Also in this case, the fixing point between the side members 131a and 131b and the fine movement displacement portion 155 is set at a position corresponding to the optical axis L. Further, the fixed end side of the laminated piezoelectric element 151 is fixed by the contact of the tip of the screw 163 screwed into the female screw engraved in the first movable portion 120. In this case, the screw 163 is short and does not penetrate the parallel link 162.

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 parallel link mechanism 160 is about 0.75. For example, if the actual movable range of the laminated piezoelectric element 151 is 20 μm, the fine movement displacement portion 155 has a movable range of about 15 μm. Therefore, it is desirable to use the grinding ball screw 142 having a small axial clearance as the feed screw of the coarse displacement generating mechanism 140. Moreover, according to the modification 1, since the parallel link 162 does not have a through-hole and the screw 163 is also short, rigidity becomes high. Furthermore, since the displacement enlargement ratio of the fine movement displacement generating unit 155 is smaller than 1, the generated force is large. Therefore, compared with the case of the first embodiment, when the load of the heavy object is finely moved up and down with high accuracy, it is further increased. Preferred.

（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 piezoelectric element 151, a laminated piezoelectric element 171 having a total length of about twice is used. That is, in the multilayer piezoelectric element 171, the amount of displacement that can be supplied independently is doubled to about 40 μm.

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 piezoelectric element 171 itself has a movable range of about 40 μm even though the displacement magnification rate is smaller than 0.75 and 1 as in the first modification. The portion 155 has a movable range of about 30 μm as in the case of the first embodiment. Therefore, as the feed screw of the coarse motion displacement generating mechanism 140, a slide screw having a large axial clearance can be used, and it is suitable for finely moving the load of a heavy object with high accuracy.

（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 ball screw 142 in the first embodiment is changed. That is, the stepping motor 143 is arranged coaxially with the screw shaft 142a above the fixed support side ball screw support 145a. The stepping motor 143 is fixed to the fixed portion 110 side via the bracket 181, and its shaft is connected to the end of the screw shaft 142 a via the coupling 182. In principle, the coupling 182 is preferably a slit type or a disk type that does not generate backlash. Further, above the coupling 182, there is a rotary damper 183 for reducing the rotational vibration of the stepping motor 143. In FIG. 9, the bracket 181, the coupling 182, and the rotary damper 183 are illustrated in a cross-sectional state to help understanding.

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 motor 143 protrudes upward from the light projecting tube, so that it becomes impossible to observe with an eyepiece by combining a lens barrel on the light projecting tube. However, since only camera barrels can be combined, they are suitable for applications that do not require eyepiece observation. This is because the torsional rigidity caused by the transmission means between the motor shaft and the screw shaft 142a is obtained by connecting the motor shaft and the screw shaft 142a with the coupling 182 having higher torsional rigidity and no backlash than the toothed belt 148. This is because the backlash can be reduced. Therefore, according to the third modification, the fine movement followability and backlash on the coarse movement side are improved, the maximum voltage applied to the multilayer piezoelectric element 151 can be reduced, and the displacement amount can be suppressed, and the long-term life of the multilayer piezoelectric element 151 can be reduced. Drive that takes into account the realization.

（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 apparatus 200 includes an epi-illumination projection tube 201 in a microscope, an autofocus unit 205 as an automatic focus detection apparatus, and a control unit 206. The epi-illumination projection tube 201 includes, for example, the coarse / fine movement device 100 described in the first embodiment and the like, and a revolver 203 on which a plurality of objective lenses 202 are mounted is fixed to the female ant structure 133 of the bottom plate 131c as a load. Has been. The revolver 153 mounted with the objective lens 202 is moved up and down in the direction of the optical axis by a combination of coarse movement by driving the stepping motor 143 and fine movement by driving the laminated piezoelectric element 151, and the surface of the specimen 204 having a fixed height. The focus adjustment is performed so as to be in focus.

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 autofocus unit 205 outputs a defocus signal of the objective lens 202 with respect to the surface of the specimen 204. The defocus signal is a signal that becomes 0 when the focus is achieved, but may be an analog signal or a digital signal. An example of a specific principle of the autofocus unit 205 is based on the pupil division method, or a confocal type with one detection unit on the far side and the near side, and a non-dimensional defocus signal from each output signal. Is output. As a specific example of non-dimensionalization, when the signal of the far side detection unit is A and the signal of the near side detection unit is B, the calculation is (A−B) / (A + B). In this way, a signal that is positive when defocused to the far side, negative when defocused to the near side, and 0 when focused, that is, a signal similar to the defocusing signal of the pupil division method, is obtained. can get.

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 control algorithm 207, a fine movement control unit 208 and a coarse movement control unit 209. The control algorithm 207 collects the defocus signal from the autofocus unit 205, performs calculation and determination, and issues a drive command to the fine motion control unit 208 and the coarse motion control unit 209, thereby displacing the objective lens 202 and focusing. The coarse / fine movement apparatus 100 is feedback-controlled so as to focus on the specimen 204. The control algorithm 207 is essentially software written on a firmware, and is a process of repeatedly reading data, processing, determining, and instructing according to a timing clock. The fine motion control unit 208 and the coarse motion control unit 209 drive the laminated piezoelectric element 151 and the stepping motor 143, respectively, according to the drive command given from the control algorithm 207.

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 motor 143 and the laminated piezoelectric element 151 are driven while being switched according to the branching state of the control algorithm 207. As an example, until the rough position of the surface of the sample 204 is detected by scanning the revolver 203 at a high speed, coarse displacement by driving the stepping motor 143 is performed, and the objective lens 202 is focused on the surface of the sample 204. Fine control up to the range within the depth may be performed by fine movement displacement by driving the laminated piezoelectric element 151.

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 objective lens 202 with a shallow depth of focus, it is possible to obtain a strictly focused observation image quickly and accurately. In addition, since the second embodiment is controlled by a control system that does not have a time constant, a stable operation can always be obtained even if the state of the microscope system fluctuates, such as a combination of peripheral devices. .

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 revolver 203 on which the objective lens 202 is mounted is described as an example of application to vertical movement, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be similarly applied to an application that requires generation of a minute displacement over a long movable range in a vertical axis for moving a sample stage of a microscope up and down or a machine other than a microscope.

本発明の実施の形態１の粗微動装置の構成を一部透視して示す斜視図である。It is a perspective view which shows a part transparently the structure of the coarse / fine movement apparatus of Embodiment 1 of this invention. 図１の平面図である。It is a top view of FIG. 図１の正面図である。It is a front view of FIG. 図１の右側面図である。It is a right view of FIG. 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る。It is a right view which cuts and shows a part on the centerline which passes along an optical axis. 微動変位発生機構部分を断面して示す右側面図である。It is a right view which shows a fine-movement displacement generating mechanism part in cross section. 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。FIG. 10 is a right side view showing a fine movement displacement generating mechanism portion according to a first modification of the first embodiment in cross section. 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。FIG. 6 is a right side view showing a cross section of a fine movement displacement generating mechanism portion according to a second modification of the first embodiment. 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。It is a perspective view which shows a part of structure of the coarse / fine movement apparatus concerning the modification 3 of Embodiment 1 seeing through partially. 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。It is a conceptual diagram which shows the structure of the automatic focusing apparatus in the microscope of Embodiment 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 100 Coarse / fine movement apparatus 110 Fixed part 120 1st movable part 121a-121d Wall 130 2nd movable part 133 Female ant structure 141a, 141b Cross roller guide 142 Feed screw 144 Electric feed screw means 150 Fine movement displacement generation mechanism 151 Multilayer piezoelectric element 152 Parallel link mechanism 153, 154 Parallel link 155 Fine displacement part 155a Screw hole 160 Parallel link mechanism 161, 162 Parallel link 171 Multilayer piezoelectric element 202 Objective lens 203 Revolver 205 Autofocus unit 206 Control means L Optical axis

Claims (9)

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. 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請求項１に記載の粗微動装置。   2. The coarse / fine movement apparatus according to claim 1, wherein 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. 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請求項１または２に記載の粗微動装置。   The first movable part is formed in a three- or four-plane shape including a surface to which the linear guide means is attached, and has a saddle type or lidless box shape having walls that resist deformation. The coarse / fine movement apparatus according to claim 1 or 2. 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請求項３に記載の粗微動装置。   The coarse / fine movement apparatus according to claim 3, wherein the pair of fine movement displacement generating mechanisms are provided on two opposing walls among the walls that resist the deformation. 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請求項１〜４のいずれか一つに記載の粗微動装置。   The coarse / fine movement apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the feed screw of the electric feed screw means is a sliding screw. 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請求項１〜５のいずれか一つに記載の粗微動装置。   The coarse / fine movement apparatus according to claim 1, wherein the displacement generating element is disposed at a position where a displacement magnification ratio is less than 1 with respect to the parallel link. 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請求項１〜６のいずれか一つに記載の粗微動装置。   The target load is a revolver that holds an objective lens, and a fixed point between the second movable portion and the fine movement displacement portion is set at a position corresponding to the optical axis of the objective lens. The coarse / fine movement apparatus according to any one of claims 1 to 6. 対物レンズが搭載された請求項１〜７のいずれか一つ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.

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