JP4608033B2 - Objective lens switching device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、顕微鏡等の光学装置に於いて、複数の対物レンズの中から観察対象に応じて所望の倍率の対物レンズを選択して観察光路上に位置させる対物レンズ切換装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の顕微鏡等の光学装置に於いて、観察対象に応じて所望の倍率の対物レンズを選択して観察光路上に位置させる、一般的にレボルバと称される対物レンズ切換装置では、モータを所定の電圧で駆動することによりレボルバ可動部を回転させ、レボルバ可動部と固定部との間に機械的な係合機構を設けてレボルバの回転を停止させている。上記係合機構は、レボルバに取付けられた各対物レンズの光軸が、顕微鏡等の光学装置の観察光軸と一致する位置に来る度にレボルバ可動部と固定部とが機械的に係合され、位置決め保持されるようになっている。
【0003】
こうした構成は、例えば特開平5−281457号公報、特開平7−311343号公報及び特許公報第2539903号に開示されている。
【0004】
図14は、上記特開平5−281457号公報に開示されている従来例のレボルバの切り換え装置(以下、第1の従来例と記す)の構成を示した断面図である。
【0005】
図14に示されるように、この切り換え装置は、複数の対物レンズ1が取り付けられたレボルバ2と、該レボルバ2の回転及び制動を行うモータ3と、このモータ3の回転をレボルバ2に伝達する伝達機構4とを有している。また、この切り換え装置は、上記モータ3或いは伝達機構4の回転軸にモータ3の減速タイミングと停止タイミングを与える、2つの指標部を有するマーク板5を備えている。
【0006】
一方、切り換え装置の固定部には、2つの指標に対応する第1及び第2のセンサ6及び7がそれぞれ設けられている。そのため、所望の対物レンズ1が光軸位置の手前に達した時にモータ3の減速を開始し、十分減速した後光軸位置付近に達した時にモータ3が停止されることにより、所望の対物レンズ1が正確且つ迅速に、光学装置の光軸に位置決めすることが可能となっている。
【0007】
また、レボルバ2には回転部に固定されたクリックボール8と、固定部に固定された板ばね9から成る係合機構が設けられている。
【0008】
図15及び図16は、上記特開平7−311343号公報に記載されたレボルバ装置(以下、第2の従来例と記す)の構成を示した図である。
【0009】
図15及び図16に於いて、このレボルバ装置は顕微鏡本体11と、電動レボルバ本体12とを有した構成となっている。そして、この装置は、図示されない複数の対物レンズを保持するレボルバ13と、このレボルバ13の回転及び制動を行うモータ14と、該モータ14の制動によって減速されたレボルバ13を予め定められた位置に機械的に停止させる位置決め部15と、モータ14を制御する制御部21内のレボルバ制御回路23と、レボルバ13が所定量回転したことを検出する定量回転検出部16とを有している。
【0010】
この定量回転検出部16はフォトインタラプタ17及び切欠部18aを有する遮光板18を備えている。また、レボルバ13には、球形部材19が摺接するレール20が設けられている。
【0011】
上記顕微鏡本体11にはまた、レボルバ20の回転指令を行う操作部20と、制動指令回路24、モータ出力回路25を有したレボルバ制御回路23が備えられている。
【0012】
そして、上記制御回路23が定量回転検出部16から遅延回路22を介して検出結果を受けて、予め設定された遅延時間の後にモータ14の制動を開始するように構成している。
【0013】
このような構成により、所望の対物レンズを正確に位置決めするための調整が、電気的に遅延時間の調整によって可能であるため、調整作業が省力化できる。
【0014】
図17は、上記特許公報第2539903号に開示されたレボルバ回転装置(以下、第3の従来例と記す)の構成を示した図である。
【0015】
このレボルバ回転装置は、レボルバ31を回転させるモータ駆動装置32と、レボルバ31の回転位置を検出するコード装置33と、目標位置であるレボルバ孔を予め選択するための選択手段としてのキーボード34及び遠隔制御接続端35と、モータ駆動装置32の回転数を制御する制御手段36と、選択されたレボルバ孔を目標位置に固定するための係合手段(図示せず)とを有している。そして、コード装置33のコードディスク37上に、レボルバ31の制動を開始するための対物レンズの数に対応した減速マーク38を配置して、このマーク38とセンサ39の協業により、レボルバ31が目標位置に達する前にモータ駆動装置32の回転数を減少させるようにしたので、所望の対物レンズを正確で、且つ迅速に目標位置に位置決めすることが可能となっている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年のレボルバ切換装置の自動化に関する要求には、上述した従来例では対応が難しくなってきている。すなわち、より多くの対物レンズを装着できること、及び対物レンズの切換時間を短縮すること、という相反する要求を両立するためには、所望の対物レンズが光軸に迅速且つ正確に位置決めされるようにレボルバの回転を制御する必要がある。しかしながら、対物レンズの装着状態(本数、種類、取付け位置)は、装置使用者によって様々であるため、レボルバを回転させるモータへの負荷も変化するので、モータの最適な停止制御が困難なものとなっている。
【0017】
例えば、上述した第1の従来例では、所望の対物レンズ1が光軸位置に位置決めされるにあたって、クリックボール8が板ばね9の係合範囲に入る手前で反射型センサ6がマーク板5の反射パターンを検出し、この検出信号により、電子制御回路がモータ3の回転を十分減速する。次に、クリックボール8が板ばね9の係合範囲に入ると、透過型センサ7がマーク板5の切欠部を検出する。この検出信号によって、電子制御回路がモータ3を完全に停止させることにより、クリックボール8が板ばね9の係合範囲にはまり込み、所望の対物レンズ1が光軸上に保持されるようになっている。
【0018】
この反射型センサ6とマーク板5の反射パターンとの位置関係及び透過型センサ7とマーク板5の切欠部との位置関係は、組立時、正確に調整されたクリックボール8と板ばね9の係合が確実に行われるように最適化されている。
【0019】
しかしながら、この従来例の場合、モータ3の減速タイミングと停止タイミングを与える2つの指標部を有するマーク板5は、ターレットではなくモータ3或いは伝達機構4の回転軸に設けられている。このため、伝達機構4のガタ(バッククラッシュ)が大きかったり、対物レンズ切換装置毎にばらついている場合には、各センサ6、7とマーク板5の位置関係の調整が難しいものとなる。また、反射型センサ6と透過型センサ7の両方を正確に調整しなければならないので、調整に時間がかかってしまう。
【0020】
更に、対物レンズの装着状態(種類、本数、取付け位置等)によってモータ3への負荷慣性は大きく異なるが、この位置関係の調整は、対物レンズ1の装着状態によらず常に固定のものである。この何れの場合に於いても、レボルバ2のオーバーランやショートランなくクリックボール8と板ばね9の係合を確保するように、マーク板5と各センサ6、7の位置を調整するのは非常に困難である。
【0021】
また、図15及び図16に示された第2の従来例に於いては、所望の対物レンズを光軸位置に位置決めするためのモータ14の制動タイミングの調整は、電気的な手段により行われる。
【0022】
レボルバ13の始動後、所定量回転したことを検出する検出部16として、例えばフォトインタラプタ17と遮光板18とを設け、このフォトインタラプタ17が遮光板18の切欠部18aを検知することにより検知出力を行う。制御回路23はこの検知出力を受けて、予め設定された遅延時間の経過後遅延出力を行い、このタイミングでモータ14の制動を行う。遅延時間を変えることにより、遮光板18の位置の調整なくして制動タイミングの調整が可能である。上記遅延時間は、クリックボール19がV溝20を乗り越えたり手前で止まったりしないように、レボルバ装置毎に最適に調整する。
【0023】
しかしながら、この遅延時間はレボルバ装置毎の固定値であり、対物レンズの装着状態(種類、本数、取付け位置)の変化に対応できないため、対物レンズの装着状態によっては、クリックボール19がV溝20にうまく係合しない恐れがある。また、レボルバ装置の経年変化により、モータ14への負荷やモータ特性そのものが変化したりすると、更にこの不具合が起こりやすくなる。
【0024】
また、図17に示される第3の従来例に於いては、レボルバ31の制動を開始するための対物レンズの数に対応した減速マーク38は、所望の対物レンズを正確で且つ迅速に目標位置に位置決めするため、コードディスク37上に最適な寸法に形成されている。
【0025】
しかしながら、やはりこの第3の従来例に於いても、減速マーク38によって引起こされるレボルバ31の制動は各レボルバ装置毎に固定であり、上述した対物レンズの装着状態や経年変化には十分対応することができないという課題を有している。
【0026】
また、上述した第1乃至第3の従来例に共通の課題として、切換先の対物レンズの種類に応じてモータの制動条件を変えることができないという点が挙げられる。
【0027】
特に、油侵対物レンズや水侵対物レンズ等の液侵対物レンズを顕微鏡等の光学装置の観察光軸に位置決めする場合、気泡の発生が課題となる。手動操作により対物レンズの切換えを行う時は、気泡ができる限り発生しないようにゆっくりと慎重に切換操作を行えば良い。しかしながら、従来の電動化された対物レンズの切換装置では、切換先の対物レンズの種類によらず常に同じ制動動作であったため、水や油の付着した試料面に対物レンズの先端が勢いよく接触してしまい、気泡の発生が避けられないという不具合があった。
【0028】
この発明は上記実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、各対物レンズを光軸に正確に位置決めするための組立調整が容易で、対物レンズの装着状態やレボルバの経年変化に影響を受けず、迅速且つ確実に切換動作が可能な対物レンズ切換装置を提供することにある。
【0029】
また、この発明の他の目的は、切換先の対物レンズの種類に応じて最適な切換動作が可能な対物レンズ切換装置を提供することにある。
【0030】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項1に係る対物レンズ切換装置では、複数の対物レンズが装着可能なターレットと、このターレットを電気的に回動させるための駆動手段と、この駆動手段による回動力をターレットに伝達するための伝達手段と、上記複数の対物レンズのうち何れか1つの対物レンズを光学装置の光軸に正確に位置決めするための機械的な係合手段と、上記ターレットの角度変位を検出する角度検出手段と、上記複数の対物レンズの切換動作中の部分的な動作速度を算出する動作速度算出手段と、上記動作速度と上記駆動手段の制動開始位置との関係を示す参照テーブルが記憶されているメモリと、を具備し、上記制御手段は、上記動作速度算出手段により算出された上記動作速度と、上記メモリに記憶されている参照テーブルとに基づいて上記駆動手段の制動開始位置を決定することを特徴とする。
【0031】
また、請求項に係る対物レンズ切換装置では、上記制御手段が、予め設定された基準時間の間に上記角度検出手段により検出された角度変位の値と、上記基準時間とに基づいて上記動作速度を算出し、算出された上記動作速度と上記参照テーブルとを比較して上記駆動手段の制動開始位置を決定することを特徴とする。
【0032】
また、請求項に係る対物レンズ切換装置では、上記角度検出手段は、上記対物レンズ保持手段が上記係合範囲から外れたことを上記係合検出手段が検出した時点から、角度変位の検出を開始することを特徴とする。
【0033】
また、請求項3に係る対物レンズ切換装置では、上記角度検出手段は、上記対物レンズ保持手段が上記係合範囲から外れたことを上記係合検出手段が検出した時点から、角度変位の検出を開始することを特徴とする。
【0034】
また、請求項4に係る対物レンズ切換装置では、上記制御手段は、上記ターレットの位置が上記係合検出手段の係合範囲から外れたことを検出した場合、上記角度変位検出手段が検出する角度変位の値を初期化する。
【0038】
顕微鏡等の拡大観察装置に於いては、対物レンズと観察試料との相対距離(WDと称する)が短く、特に高倍率の対物レンズほどWDが極端に小さいため、観察に供する所望の対物レンズ以外の装着対物レンズは観察試料の表面からできる限り遠ざけることが望ましい。そこで、通常はターレットを水平から15〜20deg程度傾けて構成している。この場合、同じ重量、同じ重心位置をもつ対物レンズが最大本数装着されている場合を除いて、対物レンズの偏荷重によりターレットには回転モーメントが発生する。したがって、同じタイミング、同じ条件で制動をかけても、対物レンズの切換動作パターンによってはオーバーランやショートランが発生する恐れがある。
【0039】
ターレットの切換動作パターンは、例えば装着可能な対物レンズの数が5個であったとすると、全部で5×4=20通り存在するが、ターレットの切換動作パターン毎に駆動手段の制動条件を変更することが有効であるのは、上述した理由によるものである。したがって、対物レンズ切換動作パターン毎に測定したターレットの動作速度に基いて駆動手段の制動条件を最適に設定できるので、対物レンズの装着状態に合わせて最適な対物レンズ切換動作が実現できる。
【0040】
また、上記動作速度の繰返し測定により、対物レンズによるターレットの負荷状態を把握することができるという利点も有する。
【0041】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
【0042】
図1はこの発明の第1の実施の形態となる対物レンズ切換装置の構成を示す断面図、図2は図1のターレットの概略構成を示す平面図である。
【0043】
図示されない顕微鏡等の光学装置の本体に取付けられる取付部材51には、支持部材52が固定され、この支持部材52に回転部材としてのターレット53が、ガイドとなる多数のボール54を介して回動可能に支持されている。ターレット53は、異なる倍率を有する複数(この例では5個)の対物レンズ55a〜55eが装着可能な対物レンズ取付部53a〜53eを有している。また、観察に供する対物レンズ以外の対物レンズを観察試料から遠避けるため、その回転軸53rが観察光軸に対して15度の傾きを有している。
【0044】
ターレット53の外周部分には、5個の対物レンズ取付部53a〜53eに対応した係合溝Va〜Veが、円周上の5ヶ所に形成されている。一方、支持部材52の上面には、先端にクリックボール56が固着された板ばね57が固定されている。この板ばね57は、クリックボール56をターレット53の外周の係合溝Va〜Veに押付けるように作用するもので、クリックボール56が係合溝Va〜Veに係合された時、ターレット53上に装着された各対物レンズ55a〜55eが光軸に正確に一致するようになっている。これらの板ばね57及びクリックボール56は、ターレット53と支持部材52との間で所定の係合力を有して接触する係合手段を構成している。
【0045】
上記取付部材51には固定板58が延設されており、この固定板58にはモータ固定部材59を介してモータ60が取付けられている。ターレット53の外周には、モータ60の回転を減速しながらターレット53に回転を伝達するための歯車61が設けられている。この歯車61は、モータ60の回転軸60rに固定された歯車62と噛合するように構成されている。
【0046】
また、ターレット53の外周部分には、対物レンズ取付部53a〜53eに対応した5個の切欠部63a〜63eを有する円盤状の検知板63が固定されている。一方、取付部材51には、この検知板63に相対するようにフォトインタラプタ等のフォトセンサ65が、取付板64を介して固定されている。そして、これら検知板63とフォトセンサ65とが、係合センサ74を構成している。
【0047】
この係合センサ74は、ターレット53の係合溝Va〜Veとクリックボール56とが係合している時に所定の検出出力を発生すると共に、ターレット53の係合溝Va〜Veとクリックボール56の係合によるターレット53の各停止位置が、検知板63の各切欠部63a〜63eによる係合センサ74の検出幅の中心位置と正確に合致するように位置調整されている。
【0048】
上記モータ60の回転軸60rに固定された歯車62には、放射状に均等に多数のスリットが形成されたスリット板66が取付けられており、このスリット板66に相対するようにフォトインタラプタ等のフォトセンサ67がモータ固定部材59に取付けられている。つまり、このスリット板66とフォトセンサ67は、モータ60の回転軸60rの角度変位に応じてパルス信号を発生するようになっている。また、上記スリット板66とフォトセンサ67は、モータ60の回転角度を検出する角度センサ75を構成している。
【0049】
更に、ターレット53には3個の識別子、例えば指標用磁石68が、そしてこれら指標用磁石68と相対する支持部材52の円周上には3個のセンサ、例えば磁気を検知するホール素子69が、それぞれ取付けられている。これら指標用磁石68とホール素子69とにより、対物レンズ取付部53a〜53eを識別するための種別センサ73が構成されている。
【0050】
次に、この種別センサ73による対物レンズ取付部53a〜53eの識別方法について説明する。
【0051】
図2に示されるように、ターレット53上の3個のホール素子69a、69b、69cは、5個の各対物レンズ55a〜55eが観察光軸上に位置する時に、3個の指標用磁石68a〜68cの何れかと相対し、且つ5個の対物レンズ取付部53a〜53eに設けられている孔に応じて、各々異なったデジタル符号を形成するように構成されている。
【0052】
図3は、これら3個のホール素子69a〜69cによるデジタル符号の論理関係を表した図である。図2及び図3に於いて、黒丸印は磁石があることを表し、白丸印は磁石がないことを表している。
【0053】
次に、本実施の形態の電気制御系の構成について説明する。
【0054】
図4は、この対物レンズ切換装置の電気制御系の構成を示すブロック図である。
【0055】
図4に於いて、対物レンズ切換装置を含む光学装置の各部を操作するための各種スイッチを備えたコントローラ71には、このコントローラ71からの入力信号を受けると共に、上述した種別センサ73、係合センサ74、角度センサ75の信号により、モータ60を回転、停止させるための信号を得るCPU72が接続されている。このCPU72は、上記した信号に基いて、ドライバ76を介してモータ60を駆動させる。CPU72は、更に図示されない光学装置の各部へ駆動信号を送るようになっている。
【0056】
上記コントローラ71のスイッチとして、例えば目的の対物レンズを光軸上に位置させるための5個の対物指定スイッチや、対物レンズの焦点を合わせるためのフォーカスつまみ、光源の明るさを調整する電圧ボリューム等が備えられている。また、コントローラ71には、図示されないが、上記光学装置各部への操作指令を入力するスイッチがを備えられると共に、対物レンズ切換装置を含む光学装置の各部の状態を表示する表示部が備えられている。
【0057】
次に、このように構成された対物レンズ切換装置の第1の実施の形態の動作について、図5のフローチャートを参照して説明する。
【0058】
先ず、対物レンズ切換装置を含む図示されない顕微鏡等の光学装置の電源が投入されると、種別センサ73が対物レンズ取付部53a〜53eの何れが光学装置の観察光軸上に位置しているかが検出され、これによりコントローラ71の表示部(図示せず)に対物レンズ取付部53a〜53eに対応した表示が行われる。
【0059】
ステップS1にて、コントローラ71のスイッチにより対物レンズ切換指令が入力されると、ステップS2にて、CPU72が種別センサ73で検知されている現在の対物レンズ取付部53の種別と、コントローラから入力された切換先の対物レンズ取付部53a〜53eの種別とが比較されて、ターレット53の回転方向と切換段階数(1段階は隣接する対物レンズ取付部への切換え)とが判断される。これにより、ドライバ76にモータ60の回転が指示される。
【0060】
このモータ60が始動された後、ステップS3に於いて、係合センサ74によりターレット53の係合が外れたか否かが判断される。ここで、上記係合が外れたことが検出された時点で、ステップS4に進んで角度センサ75は測定値が0にリセットされ、この位置からの角度変位の計測が開始される。
【0061】
CPU21には、切換段階数に応じて、係合センサ74による係合解除検出時から切換先の対物レンズ取付部53a〜53eの手前の制動開始時までのターレット53の回転角θs と、クリックボール56とターレット53の係合溝Va〜Veが丁度係合する位置までのターレット53の回転角θc が、それぞれ予め設定されている。
【0062】
そして、ステップS5に於いて、角度センサ75による計測値が予め設定されたターレット53の回転角θs に相当するモータ軸60rの回転角に達したことがCPU72で判断される。ここで、制動開始位置θs であると判断された場合は、ステップS6に進んで、CPU72からドライバ76に、モータ60の制動指令が与えられる。
【0063】
ターレット53はモータ60の制動に伴って減速されながら、その外周の係合溝Va〜Veの係合範囲にクリックボール56が入ってくると、ステップS7にて、板ばね57のたわみ力により、機械的な係合が確保されて完全に停止される。
【0064】
次いで、ステップS8に於いて、モータ60の停止と同時に、CPU72では係合センサ74の出力が確認される。ここで、係合が確保されている場合には、ステップS15に進む。一方、係合が確保されていない場合には、エラー処理としてステップS9に移行する。
【0065】
すなわち、ステップS9にて、角度センサ75の信号が確認される。そして、この確認された信号の計測値が予め設定されたターレット53の回転角θc と比較して大きい場合には、ステップS10に進んでモータ60が回転可能な低速度で逆回転される。一方、回転角θc と比較して小さい場合には、ステップS12に進んでモータ60が同様に順回転される。
【0066】
そして、それぞれステップS11及びS13にて、再び係合センサ74の出力が確認されながら、係合範囲に入ったことが確認されたならば、ステップS14に進んで、直ちにモータ60が停止される。
【0067】
次に、ステップS15にて、CPU72により種別センサ73の出力が確認される。これにより、コントローラ71に入力された切換指令の対物レンズ取付部53a〜53eと一致していることが確認された上で、ステップS16にて、コントローラ71の表示部に対物レンズ取付部53a〜53eの種別が表示される。この後、ステップS17で、次の切換指令がコントローラ71より入力されるまで待機する。
【0068】
ここで、上述した一連の動作について、図6のタイミングチャートを参照して、係合センサ74及び角度センサ75とターレット53の係合溝Va、Vbとの関係から、更に詳細に説明する。
【0069】
クリック形状は、ターレット53の外周部を直線上に伸ばし、そのうちの一部分を表している。V型形状をした係合溝Va、Vbは、ターレット53の対物レンズ取付部53a、53bに正確に対応している。
【0070】
係合センサ74による係合検出範囲Δφは、クリックボール56が板ばね57の押圧力によりV溝に引込まれる範囲(以下、単に係合範囲と記す)Δθよりも小さく設定されていて、係合検出範囲Δφの中心が丁度V溝の中心と一致するように調整されている。また、角度センサ75は、ターレット53の角度変位に応じて等間隔にパルス状の信号を出力し、2つのV溝間をターレット53が回転する時の総パルス数Nは、設計的に、例えば数十パルスに設定されている。
【0071】
コントローラ72からの指令により、対物レンズ取付部53aから53bに切換えられる場合、先ずモータ60が始動されて、ターレット53が係合溝Vaの中心からΔφ/2だけ回転すると、係合センサ74の検出出力がハイ(H)レベルからロー(L)レベルに切換わる。CPU72では、この時点で角度センサ75からの計測値がリセットされ、この位置からの角度変位が角度センサ75から出力されるパルス数として計測される。
【0072】
そして、角度センサ75からのパルス数がNs となった時点で、CPU72からはモータ60の制動を指示する信号がドライバ76に供給される。角度センサ75のパルス数Ns は、この位置でモータ60の制動が開始された場合にターレット53の停止位置が必ず係合範囲Δθ内に入るように設定されている。したがって、このタイミングでモータ60が制動されれば、ターレット53の係合溝Vbにクリックボールが引込まれ、対物レンズ取付部53bが正確に光軸に一致する位置でターレット53が停止する。
【0073】
以上のように、第1の実施の形態では、係合手段による係合が外れた時点からのターレットの回転角を角度センサにより計測し、この計測値が予め設定された所定の角度になった時にモータの制動を開始するようにしたので、モータの回転をターレットに伝達するギヤのバックラッシュに全く影響を受けずにモータの制動位置を正確に設定することができる。また、ターレットを確実に係合させるための調整作業は、係合センサの検出範囲とV溝の係合範囲の調整のみで良いため、治具等により短時間で正確に調整できるという利点を有している。
【0074】
したがって、この第1の実施の形態は、短時間の調整で信頼度の高い対物レンズ切換動作を実現することができるという請求項1の発明に係る効果が期待できるものである。
【0075】
尚、この第1の実施の形態に於いて、ターレットを回転させるためのモータはターレットの外側に配置したが、これに限らずどのような配置であっても良い。例えば、ターレットの外周部分の係合部の内側にギヤを設け、このギヤと噛合するようにモータをターレットの内側に配置することも可能である。
【0076】
また、モータ軸のギヤと、ターレットに取付けられたギヤとの間にアイドラギヤを設けても良い。この場合には、モータ配置の自由度が増すことになる。
【0077】
次に、この発明の第2の実施の形態について説明する。
【0078】
この第2の実施の形態は、上述した第1の実施の形態と同一の構成であり、その制御方法のみが異なるものである。
【0079】
図7は、この発明の第2の実施の形態の制御方法を示すタイミングチャートである。
【0080】
第2の実施の形態は、ターレットの制動時、係合手段による係合範囲の手前でターレットを十分に減速して低速駆動し、その後ターレットが係合手段による係合範囲に入るとほぼ同時にモータを完全停止させる、という二段階のステップを踏むものである。
【0081】
上述したように、図中、V型形状をなした係合溝Va、Vbは、ターレット53の対物レンズ取付部53a、53bに正確に対応している。係合センサ74による係合検出範囲Δφは係合範囲Δθよりも小さく設定されていて、係合検出範囲Δφの中心が丁度V溝の中心と一致するように調整されている。
【0082】
また、角度センサ75からは、ターレット53の角度変位に応じて等間隔にパルス状の信号が出力される。2つのV溝間をターレット53が回転する時の総パルス数Nは、設計的には、例えば数十パルスに設定されている。
【0083】
以上の位置関係は、上述した第1の実施の形態と全く同じである。
【0084】
対物レンズ取付部53aから53bに切換える場合、モータ60が始動されてターレット53が係合溝Vaの中心からΔφ/2だけ回転すると、係合センサ74の検出出力がHレベルからLレベルに切換わる。CPU72は、この時点で角度センサ75からの計測値をリセットし、この位置からの角度変位を角度センサ75から出力されるパルス数として計測する。ここまでの動作も値第1の実施の形態と同じである。
【0085】
次に、角度センサ75からのパルス数がN1 となった時点で、CPU72からモータ60の減速を指示する信号がドライバ76に供給される。角度センサ75のパルス数N1 は、この位置でモータ60の減速を行った場合に、ターレット53が係合範囲Δθ内に入る手前で所定の回転速度まで必ず減速することができるように予め設定されている。そして、モータ60の減速によりターレット53の回転が所定の低速度となった後、角度センサ75のパルス数がN2 となった時に、CPU72からモータ60を完全に停止させるための信号がドライバ76に供給される。
【0086】
角度センサ75のパルス数N2 は、この値を計測した時に丁度クリックボール56が係合溝Vbの係合範囲Δθに入るように予め設定されている。モータ60の減速及び完全停止のための方法としては、モータの端子間を短時間ショートさせる方法が一般的であり、ブレーキ力の点からも効果が大きい。
【0087】
図8は、第2の実施の形態の動作に於けるモータ電流の変化を説明するタイミングチャートである。この図8は、角度センサ75のパルス数がN1 となった時にモータ60の端子間を微小時間ショートさせ(この時逆電流が流れる)て減速し、その後モータ60に低電圧をかけることで該モータ60を低速駆動した後、角度センサ75のパルス数がN2 となった時に再びモータ60の端子間を所定時間ショートさせてモータ60の回転を停止させることを示している。
【0088】
以上のような制御方法を採用することにより、ターレットが係合手段の係合範囲に入る時点ではターレットの回転が十分に減速されて一定の低速度で回転している。したがって、対物レンズの装着状態の相違による慣性負荷の影響を受けずに、迅速且つ確実にターレットの係合を確保できるという効果を有する。しかも第2の実施の形態では、減速のための特別なセンサを必要としないため、上述した第1の実施の形態と同様に構成が簡単であるという利点も有している。
【0089】
次に、この発明の第3の実施の形態となる対物レンズ切換装置について説明する。
【0090】
この第3の実施の形態は、上述した第1及び第2の実施の形態とは電気的な構成と、その制御方法が異なるもので、その他の機械的な構成や、係合センサ及び角度センサとクリック形状との位置関係等は第1及び第2の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【0091】
図9は、この発明の第3の実施の形態の電気系の構成を示すブロック図である。
【0092】
図9に於いて、対物レンズ切換装置を含む光学装置の各部を操作するための各種スイッチを備えたコントローラ81には、このコントローラ81からの入力信号を受けると共に、種別センサ73、係合センサ74、角度センサ75の信号により、モータ60を回転、停止させるための信号を得るCPU82が接続されている。このCPU82は、上記した信号に基いて、ドライバ83を介してモータ60を駆動させる。
【0093】
また、CPU82には、毎回の切換動作中の部分的な動作速度を基に減速開始位置を決定するための参照テーブルを記憶しておくためのメモリ84が接続されている。更に、CPU82は、更に図示されない光学装置の各部へ駆動信号を送るようになっている。
【0094】
上記コントローラ81は、上述した第1及び第2の実施の形態と同様に、目的の対物レンズを光軸上に位置させるための5個の対物指定スイッチや、対物レンズの焦点を合わせるフォーカスつまみ、光源の明るさを調整する電圧ボリューム等を備える。またコントローラ81は、これら光学装置各部への操作指令を入力するスイッチを備えるとともに、対物レンズ切換装置を含む光学装置の各部の状態を表示する表示部を備えている。
【0095】
次に、この第3の実施の形態の動作について、図10のフローチャート及び図11のタイミングチャートを参照して説明する。
【0096】
ステップS21にて、コントローラ81のスイッチにより対物レンズ切換指令が入力されると、ステップS22に進んでCPU82によってターレット53の回転方向と切換段階数(1段階は隣接する対物レンズ取付部への切換)とが判断されて、ドライバ83にモータ60の回転が指示される。
【0097】
そして、ステップS23にて、モータ60の始動後、係合センサ74によりターレット53の係合が外れたことが検出された時点で、角度センサ75は測定値が0にリセットされ、ステップS24に進んでこの位置からの角度変位の計測が開始される。同時に、CPU82で、角度変位の計測開始時からの時間がモニタされながら、ステップS25にて予め設定された基準時間tR に達した時に、角度センサ75からの角度変位計測値(NtR )と基準時間tR の関係から動作速度が算出される。
【0098】
更に、ステップS26にて、CPU82によって、算出された動作速度がメモリ84内の参照テーブルと比較されて、今回の切換動作に於ける減速位置N1 が決定される。参照テーブルは、予め一定の条件下で動作させた時の基準の動作速度と最適な減速開始位置とが実験的に定められ、基準の動作速度からの偏差と減速開始位置のオフセット量(ΔN1 )との関係が、データとして記憶されるようにする。
【0099】
その後、ステップS27にて、角度センサ75の計測値が今回決定された減速開始位置(N1 )となった時点で、CPU82からモータ60の減速指令がドライバ83に供給される。そして、ステップS28にてモータ60の減速によりターレット53の回転が所定の低速度となった後、ステップS29で角度センサ75のパルス数がN2 になると、ステップS30で、CPU82からモータ60を完全に停止させるための信号がドライバ83に供給される。角度センサ75のパルス数N2 は、この値を計測した時に丁度クリックボール56が係合溝Vbの係合範囲に入るように予め設定されている。
【0100】
モータ60の停止後、ステップS31にてCPU82により係合センサ74の出力が確認される。ここで、係合範囲Δθに入っていることが確認されたら、ステップS33に進む。一方、係合範囲Δθに入っていない場合には、上述した第1及び第2の実施の形態と同様に、ステップS32に移行して係合を確保するためのエラー処理が行われる。
【0101】
ステップS33では、CPU82により種別センサ73の出力が確認される。ここで、コントローラ81の入力された切換指令の対物レンズ取付部53bと一致していることが確認された上で、ステップS34に進んで、コントローラ81の表示部に対物レンズ取付部の種別3bが表示される。次いで、ステップS35にて、次の切換指令がコントローラ81より入力されるまで待機する。
【0102】
このように、第3の実施の形態では、毎回の切換動作の途中で予め設定された基準時間内の動作速度が算出され、この動作速度がメモリ内の参照テーブルと比較されてモータの減速開始位置が決定されるようにしたので、対物レンズの装着状態が途中で変わって駆動手段への慣性負荷が変化したり、ターレット回転部の機械的な抵抗が経年的に変化することにより駆動手段への負荷が変化しても、毎回の切換動作に合わせてモータの減速位置を最適に設定することが可能である。
【0103】
この結果、ターレットの減速位置がクリック溝の手前過ぎたり、オーバーランしてクリック溝に係合されなかったりすることなく、常に安定した対物レンズ切換動作を実現することができる。
【0104】
尚、上述した第3の実施の形態では、ターレットの動作速度を計測するのに、基準時間tR に於ける角度センサのパルス数NtR で計測したが、予め設定したパルス数NR の回転に要する時間tNRを計測するようにしても良い。
【0105】
次に、この発明の第4の実施の形態について説明する。
【0106】
この第4の実施の形態は、上述した第3の実施の形態が毎回の切換動作時に動作速度を計測して減速位置を決定したのに対し、前回の同じ切換動作パータンの動作速度を用いて、今回の切換動作パターンの減速位置を決定するというものである。
【0107】
尚、第4の実施の形態の構成は、上述した第3の実施の形態と同一であるため説明を省略する。
【0108】
以下、第4の実施の形態の動作について、図12のフローチャートを参照して説明する。
【0109】
先ず、ステップS51にて、コントローラ81のスイッチにより、対物レンズ切換指令が入力されると、この切換動作パターンが電源投入後最初の動作であるか否かがステップS52に於いて判断される。ここで、最初の動作の場合には、上述した第3の実施の形態と同様に動作が開始されて、その動作中の動作速度が計測されて減速位置が決定される。このステップS68〜S80の処理過程は、上述した第3の実施の形態に於ける図10のフローチャートのステップS22〜S34の処理動作と同様であるので説明を省略する。
【0110】
上記ステップS68〜S80の処理により減速位置が決まったならば、CPU82によりこのデータがこの切換動作パターンの初回の減速位置としてメモリ84に書込まれる。決定された減速位置でのモータ60の減速、停止位置でのモータ60の停止、係合確認、エラー処理、種別検知と表示というその後の一連の動作についても、第3の実施の形態と同様である。
【0111】
一方、上記ステップS51でコントローラ81からの対物レンズ切換指令が入力され、ステップS52にて、この切換動作パターンが電源投入後現在までに既に経験したパターンであることが判断された場合は、ステップS53に進む。
【0112】
そして、先ず、このステップS53にて、CPU82によってメモリ84内に蓄積されている参照データ、すなわち前回の同じ動作パターンに於ける減速位置データが読出されて、今回の動作に於ける減速開始位置に設定される。同時に、CPU82によりターレット53の回転方向と切換段階数とが判断され、ステップS54にてドライバ83にモータ60の回転が指示される。
【0113】
モータ60の始動後、ステップS55に於いて係合センサ74によりターレット53の係合が外れたことが検出された時点で、角度センサ75は測定値が0にリセットされる。そして、ステップS56にて、この位置からの角度変位の計測が開始される。
【0114】
次いで、ステップS57に於いて、この計測値が先に設定された今回の減速位置に達すると、CPU82からモータ60の減速指令がドライバ83に供給される。この時、ステップS58にて、CPU82で係合が外れたことが検出されてから今回の減速位置に達するまでの時間が計測される。そして、この計測された時間と予め定められた減速位置に対応した基準時間とが比較されることにより、ステップS59で、今回の減速位置が適切であったかどうかが判断されたうえで、次回の減速位置が決定される。それと共に、このデータがメモリ84内のデータテーブルに書込まれる。
【0115】
そして、ステップS60にて、モータ60が減速されることにによりターレット53の回転が所定の低速度となった後、ステップS61に於いて、角度センサ75のパルス数がN2 となった時に、CPU82からモータ60を完全に停止させるための信号がドライバ83に供給される。パルス数N2 の設定に関しては、上述した第3の実施の形態と同様である。
【0116】
以降、ステップS62〜S66に於けるモータ停止後の係合確認、エラー処理、種別検知及び表示という一連の動作についても、上述した第3の実施の形態に於ける図10のフローチャートのステップS30〜S34と同様であるので説明を省略する。そして、ステップS67に進んで、次の切換指令がコントローラ81より入力されるまでの待機状態となり、動作が完了する。
【0117】
以上のように、第4の実施の形態に於いては、前回の同じ対物レンズ切換パターンの時に決定された減速位置を今回の減速位置としてメモリから読出し、この減速位置までに要した時間から次の同じ切換パターンに於ける減速位置をその都度メモリに書込み更新するようにしたので、対物レンズ切換パターン毎に最適なモータの減速位置を得ることができる。
【0118】
また、上述した第3の実施の形態に比べて広い範囲でターレットの動作状態を検出してから次の動作に於ける減速位置を決定するようにしたので、より正確に減速位置を設定することができる。
【0119】
尚、この第4の実施の形態に於いては、同じ切換動作パターンに対して1回毎に減速位置のデータを更新するようにしたが、途中で対物レンズの取付状態やターレットの機械的な負荷特性がさほど変化しない場合には、減速位置データの更新を間引いても良い。
【0120】
また、第3及び第4の実施の形態に於いて、ターレットの実際の駆動速度に応じてモータの減速位置を変更するようにしたが、減速位置は固定したまま減速のためのモータ端子のショート時間や停止タイミングまでの低速駆動時の駆動速度を変更するようにしても良い。
【0121】
次に、この発明の第5の実施の形態について説明する。
【0122】
この第5の実施の形態は、切換先の対物レンズが油侵対物レンズや水侵対物レンズ等の液浸対物レンズであった場合のみ、通常の乾燥系(ドライ)対物とは異なる制動を行うことにより、光軸に位置決めされた時の気泡の発生を抑制しようとするものである。
【0123】
第5の実施の形態の構成は、上述した第3及び第4の実施の形態と同じであるため説明を省略する。
【0124】
ここで、第5の実施の形態の動作について、図13のフローチャートを参照して説明する。
【0125】
この第5の実施の形態の場合、先ず最初にターレット53の各対物レンズ取付部53a〜53eに装着された対物レンズの種類は、コントローラ81から入力されて初期設定されている。
【0126】
ステップS81にて、コントローラ81のスイッチにより対物レンズ切換指令が入力されると、ステップS82に於いて入力された切換先の対物レンズの種類が判断される。ここで、ドライ対物レンズである場合にはステップS83〜S89の処理が実行されるが、上述した第3の実施の形態に於ける図10のステップS22〜S28と全く同様に動作するので、ここでは説明を省略する。
【0127】
上記ステップS82に於いて、切換先の対物レンズが液浸対物レンズであると判断された場合には、ステップS90に進んで、CPU82によりメモリ84内の参照テーブルから液浸対物レンズ用の減速位置が読出されて、今回の切換動作に於ける減速位置に設定される。次いで、ステップS91にてターレット53の回転が始動された後、ステップS92にて係合範囲から脱出されると、ステップS93で角度変位の計測が開始される。
【0128】
そして、ステップS94にて、角度変位が先に設定された液浸対物用の減速位置に達したならば、ステップS95に進み、CPU82からドライバ83に減速のための信号が送られてモータ60が減速される。この場合、減速された後の駆動速度は、通常のドライ対物レンズの場合よりも可能な限り遅くする。そして、ドライ対物レンズの場合と同様に係合範囲に達したならば、モータ60が停止される。
【0129】
以後のステップS96〜S102の処理動作は、上述した第3の実施の形態にのドライ対物レンズの場合と同様であり、図10のステップS29〜S35と全く同様に動作するので、ここでは説明を省略する。
【0130】
このように、第5の実施の形態によれば、切換先の対物レンズが液浸対物レンズであった場合に、ドライ対物の場合とは異なる減速位置(係合位置のより手前側)でモータを減速させ、しかも極低速度で係合位置まで駆動した後にモータを停止させるので、液浸対物レンズの先端が観察試料上面の油や水等に接触するときの衝撃を緩和させる結果、液浸対物レンズが光軸に位置決めされた時の気泡の発生を大幅に抑制することができる。
【0131】
尚、この発明の上記実施態様によれば、以下の如き構成を得ることができる。
【0132】
すなわち、
(1) 複数の対物レンズが装着可能なターレットと、このターレットを電気的に回動させるための駆動手段と、この駆動手段による回動力をターレットに伝達するための伝達手段と、上記複数の対物レンズのうち何れか1つの対物レンズを光学装置の光軸に正確に位置決めするための機械的な係合手段と、上記対物レンズの切換指令を入力するための操作手段と、この操作手段からの切換指令に応じて上記駆動手段の回動を制御する制御手段とを備え、上記対物レンズのそれぞれが択一的に光学装置の光軸に位置決めされる対物レンズ切換装置に於いて、
上記ターレットの回動位置が上記係合手段の係合範囲内にあることを検出する係合検出手段と、
上記ターレットの角度変位を検出する角度検出手段とを具備し、
上記係合検出手段と角度検出手段の信号に基いて、上記制御手段が上記駆動手段の制動位置を決定することを特徴とする対物レンズ切換装置。
【0133】
(2) 上記制御手段は、上記角度検出手段が上記操作手段からの切換指令に応じて必要とされるターレットの回転角度よりも小さい第1の回転角度を検出した後に上記駆動手段の制動を行って低速駆動とし、次に上記角度検出手段が上記第1の回転角度より大きい第2の回転角度を検出した後に上記駆動手段を完全に停止させる制動を行うことを特徴とする上記(1)に記載の対物レンズ切換装置。
【0134】
(3) 上記対物レンズ切換装置は、更に上記複数の対物レンズの切換動作中の部分的な動作範囲に於ける動作速度を計測する計測手段を具備し、この計測手段で計測された時間を予め設定された所定の時間と比較することによって、上記駆動手段の制動条件を変更することを特徴とする上記(1)若しくは(2)に記載の対物レンズ切換装置。
【0135】
(4) 上記計測手段は上記ターレットの切換動作パターンに対応して時間計測を行い、上記制御手段は上記計測手段で計測された計測値をそれぞれ個別に記憶することにより上記対物レンズ切換動作パターン毎に上記駆動手段の制動条件を最適に設定することを特徴とする上記(3)に記載の対物レンズ切換装置。
【0136】
(5) 上記対物レンズ切換装置は、更に上記ターレットに取付けられる各対物レンズの種類を初期設定するための入力手段を具備し、上記制御手段は、この入力手段による設定及び上記操作手段からの切換指令によって切換先の対物レンズの種類を判別すると共に、判別された対物レンズの種類に応じて上記駆動手段の制動条件を変更することを特徴とする上記(1)乃至(3)の何れか1に記載の対物レンズ切換装置。
【0137】
上記(1)の構成によれば、制動を開始するターレットの回転位置を常に正確に定めることができる。つまり、ギヤ等の伝達手段によるバックラッシュの影響を受けることなく、ターレットを係合手段に確実に係合させることが可能であるため、短時間の調整で信頼度の高い対物レンズ切換動作が実現できるという効果を有する。
【0138】
また、上記(2)の構成によれば、対物レンズの重量による慣性の影響がより少なくなり、確実にターレットを係合手段に係合させることが可能であるという効果を有する。
【0139】
上記(3)の構成によれば、対物レンズの装着状態が途中で変わって駆動手段への慣性負荷が変化したり、ターレット回転部の機械的な抵抗が経年的に変化することにより駆動手段への負荷が変化しても、それぞれの状態に合わせて駆動手段への最適な制動が可能であるため、常に安定した対物レンズ切換動作が実現できるという効果を有する。
【0140】
上記(4)の構成によれば、対物レンズの装着状態に合わせて最適な対物レンズ切換動作を実現することができるという効果を有する。
【0141】
更に、上記(5)の構成によれば、油侵対物レンズや水侵対物レンズ等の特殊な対物レンズが装着されていても、駆動手段の制動条件を変更してターレットの位置決め動作を特化し、気泡の発生等の不具合を抑制することができる。
【0142】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、各対物レンズを光軸に正確に位置決めするための組立調整が容易で、対物レンズの装着状態やレボルバの経年変化に影響を受けず、迅速且つ確実に切換動作が可能な対物レンズ切換装置を提供することができる。また、切換先の対物レンズの種類に応じて最適な切換動作が可能な対物レンズ切換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態となる対物レンズ切換装置の構成を示す断面図である。
【図2】図1のターレットの概略構成を示す平面図である。
【図3】図2の3個のホール素子69a〜69cによるデジタル符号の論理関係を表した図である。
【図4】対物レンズ切換装置の電気制御系の構成を示すブロック図である。
【図5】第1の実施の形態に於ける対物レンズ切換装置の動作について説明するフローチャートである。
【図6】係合センサ74及び角度センサ75とターレット53の係合溝Va、Vbとの関係を説明するタイミングチャートである。
【図7】この発明の第2の実施の形態の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図8】第2の実施の形態の動作に於けるモータ電流の変化を説明するタイミングチャートである。
【図9】この発明の第3の実施の形態の電気系の構成を示すブロック図である。
【図10】この発明の第3の実施の形態の動作について説明するフローチャートである。
【図11】この発明の第3の実施の形態の動作について説明するタイミングチャートである。
【図12】この発明の第4の実施の形態の動作について説明するフローチャートである。
【図13】この発明の第5の実施の形態の動作について説明するフローチャートである。
【図14】第1の従来例を示したもので、レボルバの切り換え装置の構成を示した断面図である。
【図15】第2の従来例を示したもので、レボルバ装置の構成を示した図である。
【図16】第2の従来例を示したもので、レボルバ装置の構成を示したブロック図である。
【図17】第3の従来例を示したもので、レボルバ回転装置の構成を示した図である。
【符号の説明】
51 取付部材、
52 支持部材、
53 ターレット、
53a〜53e 対物レンズ取付部、
53r、60r 回転軸、
54 ボール、
55a〜55e 対物レンズ、
56 クリックボール、
57 板ばね、
58 固定板、
59 モータ固定部材、
60 モータ、
61、62 歯車、
63 検知板、
63a〜63e 切欠部、
64 取付板、
65、67 フォトセンサ、
66 スリット板、
68 指標用磁石、
69、69a〜69e ホール素子、
71、81 コントローラ、
72、82 CPU、
73 種別センサ、
74 係合センサ、
75 角度センサ、
76、83 ドライバ、
84 メモリ、
Va〜Ve 係合溝。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an objective lens switching device that selects an objective lens having a desired magnification from a plurality of objective lenses according to an observation target and positions the objective lens on an observation optical path in an optical apparatus such as a microscope.
[0002]
[Prior art]
In a conventional optical device such as a microscope, an objective lens switching device generally called a revolver that selects an objective lens having a desired magnification according to an observation target and positions the objective lens on an observation optical path is provided with a predetermined motor. The revolver movable part is rotated by driving with a voltage of, and a mechanical engagement mechanism is provided between the revolver movable part and the fixed part to stop the rotation of the revolver. The engaging mechanism mechanically engages the revolver movable part and the fixed part each time the optical axis of each objective lens attached to the revolver comes to a position that matches the observation optical axis of an optical device such as a microscope. The positioning is held.
[0003]
Such a configuration is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-281457, 7-31143, and 2539903.
[0004]
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional revolver switching device (hereinafter referred to as a first conventional example) disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-281457.
[0005]
As shown in FIG. 14, this switching device transmits a revolver 2 to which a plurality of objective lenses 1 are attached, a motor 3 that rotates and brakes the revolver 2, and the rotation of the motor 3 to the revolver 2. And a transmission mechanism 4. In addition, the switching device includes a mark plate 5 having two index portions for giving a deceleration timing and a stop timing of the motor 3 to the rotation shaft of the motor 3 or the transmission mechanism 4.
[0006]
On the other hand, the fixed part of the switching device is provided with first and second sensors 6 and 7 corresponding to two indices, respectively. Therefore, when the desired objective lens 1 reaches the position near the optical axis position, the motor 3 starts to decelerate, and after sufficiently decelerated, the motor 3 is stopped when reaching the vicinity of the optical axis position. 1 can be accurately and quickly positioned on the optical axis of the optical device.
[0007]
Further, the revolver 2 is provided with an engagement mechanism including a click ball 8 fixed to the rotating portion and a plate spring 9 fixed to the fixed portion.
[0008]
15 and 16 are diagrams showing the configuration of a revolver device (hereinafter referred to as a second conventional example) described in Japanese Patent Laid-Open No. 7-311343.
[0009]
15 and 16, the revolver device has a microscope main body 11 and an electric revolver main body 12. Then, this apparatus has a revolver 13 that holds a plurality of objective lenses (not shown), a motor 14 that rotates and brakes the revolver 13, and a revolver 13 that is decelerated by the braking of the motor 14 at a predetermined position. It has a positioning unit 15 that mechanically stops, a revolver control circuit 23 in a control unit 21 that controls the motor 14, and a quantitative rotation detection unit 16 that detects that the revolver 13 has rotated a predetermined amount.
[0010]
This fixed rotation detection unit 16 includes a light shielding plate 18 having a photo interrupter 17 and a notch 18a. The revolver 13 is provided with a rail 20 with which the spherical member 19 is slidably contacted.
[0011]
The microscope main body 11 is also provided with an operation unit 20 for instructing rotation of the revolver 20, a revolver control circuit 23 having a braking command circuit 24 and a motor output circuit 25.
[0012]
The control circuit 23 receives the detection result from the fixed rotation detection unit 16 via the delay circuit 22 and starts braking the motor 14 after a preset delay time.
[0013]
With such a configuration, adjustment for accurately positioning a desired objective lens can be performed by adjusting the delay time electrically, so that the adjustment work can be saved.
[0014]
FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a revolver rotating device (hereinafter referred to as a third conventional example) disclosed in the above-mentioned Japanese Patent No. 2539903.
[0015]
The revolver rotating device includes a motor driving device 32 that rotates the revolver 31, a code device 33 that detects the rotational position of the revolver 31, a keyboard 34 as a selection unit for selecting a revolver hole that is a target position, and a remote device. The control connection end 35, control means 36 for controlling the rotation speed of the motor drive device 32, and engagement means (not shown) for fixing the selected revolver hole at the target position are provided. A deceleration mark 38 corresponding to the number of objective lenses for starting braking of the revolver 31 is arranged on the code disk 37 of the code device 33, and the revolver 31 is set to the target by the cooperation of the mark 38 and the sensor 39. Since the number of rotations of the motor drive device 32 is reduced before reaching the position, the desired objective lens can be accurately and quickly positioned at the target position.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, it is difficult to respond to the recent demand for automation of the revolver switching device in the above-described conventional example. In other words, in order to satisfy the conflicting requirements of being able to mount more objective lenses and shortening the switching time of the objective lenses, the desired objective lens should be positioned quickly and accurately on the optical axis. It is necessary to control the rotation of the revolver. However, since the mounting state (number, type, mounting position) of the objective lens varies depending on the user of the apparatus, the load on the motor that rotates the revolver also changes, so that it is difficult to perform optimal motor stop control. It has become.
[0017]
For example, in the above-described first conventional example, when the desired objective lens 1 is positioned at the optical axis position, the reflective sensor 6 is placed on the mark plate 5 before the click ball 8 enters the engagement range of the leaf spring 9. The reflection pattern is detected, and the electronic control circuit sufficiently decelerates the rotation of the motor 3 by this detection signal. Next, when the click ball 8 enters the engagement range of the leaf spring 9, the transmission sensor 7 detects the notch portion of the mark plate 5. Due to this detection signal, the electronic control circuit completely stops the motor 3 so that the click ball 8 fits into the engagement range of the leaf spring 9 and the desired objective lens 1 is held on the optical axis. ing.
[0018]
The positional relationship between the reflection type sensor 6 and the reflection pattern of the mark plate 5 and the positional relationship between the transmission type sensor 7 and the cutout portion of the mark plate 5 are the same as those of the click ball 8 and the leaf spring 9 adjusted accurately during assembly. Optimized to ensure engagement.
[0019]
However, in the case of this conventional example, the mark plate 5 having two index portions for giving the deceleration timing and the stop timing of the motor 3 is provided on the rotating shaft of the motor 3 or the transmission mechanism 4 instead of the turret. For this reason, when the play (back crush) of the transmission mechanism 4 is large or varies for each objective lens switching device, it is difficult to adjust the positional relationship between the sensors 6 and 7 and the mark plate 5. In addition, since both the reflective sensor 6 and the transmissive sensor 7 must be accurately adjusted, it takes time to adjust.
[0020]
Furthermore, although the load inertia to the motor 3 varies greatly depending on the mounting state (type, number, mounting position, etc.) of the objective lens, adjustment of this positional relationship is always fixed regardless of the mounting state of the objective lens 1. . In any of these cases, the positions of the mark plate 5 and the sensors 6 and 7 are adjusted so as to ensure the engagement between the click ball 8 and the leaf spring 9 without overrun or short run of the revolver 2. It is very difficult.
[0021]
Further, in the second conventional example shown in FIGS. 15 and 16, the adjustment of the braking timing of the motor 14 for positioning the desired objective lens at the optical axis position is performed by electrical means. .
[0022]
For example, a photo interrupter 17 and a light shielding plate 18 are provided as a detection unit 16 that detects that the revolver 13 has been rotated by a predetermined amount after the revolver 13 is started. I do. Upon receiving this detection output, the control circuit 23 outputs a delay after a preset delay time elapses, and brakes the motor 14 at this timing. By changing the delay time, it is possible to adjust the braking timing without adjusting the position of the light shielding plate 18. The delay time is optimally adjusted for each revolver device so that the click ball 19 does not get over the V groove 20 or stop in front.
[0023]
However, since this delay time is a fixed value for each revolver device and cannot respond to changes in the mounting state (type, number, mounting position) of the objective lens, depending on the mounting state of the objective lens, the click ball 19 has a V-groove 20. There is a risk of not engaging well. Further, when the load on the motor 14 or the motor characteristics themselves change due to the secular change of the revolver device, this problem is more likely to occur.
[0024]
In the third conventional example shown in FIG. 17, the deceleration mark 38 corresponding to the number of objective lenses for starting the braking of the revolver 31 is used to accurately and quickly target the desired objective lens. Therefore, it is formed on the code disk 37 with an optimal dimension.
[0025]
However, also in the third conventional example, the braking of the revolver 31 caused by the deceleration mark 38 is fixed for each revolver device, and sufficiently responds to the above-described objective lens mounting state and aging. It has the problem that it cannot be done.
[0026]
Further, a problem common to the first to third conventional examples described above is that the braking condition of the motor cannot be changed according to the type of objective lens to be switched to.
[0027]
In particular, when a liquid immersion objective lens such as an oil immersion objective lens or a water immersion objective lens is positioned on the observation optical axis of an optical device such as a microscope, the generation of bubbles becomes a problem. When the objective lens is switched by manual operation, the switching operation may be performed slowly and carefully so that bubbles are not generated as much as possible. However, in the conventional motorized objective lens switching device, the braking operation is always the same regardless of the type of objective lens to be switched to, so the tip of the objective lens comes into contact with the sample surface to which water or oil has adhered. As a result, there is a problem that the generation of bubbles is unavoidable.
[0028]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to facilitate assembly and adjustment for accurately positioning each objective lens on the optical axis, and to affect the mounting state of the objective lens and the secular change of the revolver. It is an object of the present invention to provide an objective lens switching device capable of promptly and surely switching operation without being subjected to the above.
[0029]
Another object of the present invention is to provide an objective lens switching device capable of performing an optimal switching operation according to the type of objective lens to be switched.
[0030]
[Means for Solving the Problems]
That is, in the objective lens switching device according to claim 1, a turret to which a plurality of objective lenses can be attached, a driving means for electrically rotating the turret, and a rotational force by the driving means are transmitted to the turret. Transmitting means, mechanical engagement means for accurately positioning any one of the plurality of objective lenses on the optical axis of the optical device, and angle detection for detecting angular displacement of the turret Means,An operating speed calculating means for calculating a partial operating speed during the switching operation of the plurality of objective lenses, a memory storing a reference table showing a relationship between the operating speed and a braking start position of the driving means,And the control means includes the aboveOperating speed calculation meansByCalculatedthe aboveOperating speedAnd aboveA reference table stored in memory andBraking of the drive means based onstartThe position is determined.
[0031]
  Claims2In the objective lens switching device according to the above, the control means isThe operation speed is calculated based on the angular displacement value detected by the angle detection means during the preset reference time and the reference time, and the calculated operation speed is compared with the reference table. To determine the braking start position of the driving means.It is characterized by that.
[0032]
Also, Claims3In the objective lens switching device according toThe angle detection means starts detecting angular displacement from the time when the engagement detection means detects that the objective lens holding means is out of the engagement range.Features.
[0033]
  In the objective lens switching device according to claim 3, the angle detection means detects angular displacement from the time when the engagement detection means detects that the objective lens holding means is out of the engagement range. It is characterized by starting.
[0034]
  Further, in the objective lens switching device according to claim 4, the control means detects the angle detected by the angular displacement detection means when detecting that the position of the turret is out of the engagement range of the engagement detection means. Initialize the displacement value.
[0038]
In a magnifying observation apparatus such as a microscope, the relative distance (referred to as WD) between the objective lens and the observation sample is short, and the WD is extremely small particularly in a high magnification objective lens. It is desirable to keep the mounting objective lens as far as possible from the surface of the observation sample. Therefore, the turret is usually tilted about 15 to 20 degrees from the horizontal. In this case, except for the case where the maximum number of objective lenses having the same weight and the same center of gravity are mounted, a rotational moment is generated in the turret due to the eccentric load of the objective lens. Therefore, even if braking is performed at the same timing and under the same conditions, overrun or short run may occur depending on the switching operation pattern of the objective lens.
[0039]
For example, if the number of mountable objective lenses is five, there are 5 × 4 = 20 turret switching operation patterns, but the braking condition of the driving means is changed for each turret switching operation pattern. This is effective for the reason described above. Therefore, since the braking condition of the driving means can be set optimally based on the operation speed of the turret measured for each objective lens switching operation pattern, an optimal objective lens switching operation can be realized according to the mounting state of the objective lens.
[0040]
Further, there is an advantage that the load state of the turret by the objective lens can be grasped by the repeated measurement of the operation speed.
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0042]
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of an objective lens switching device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of the turret in FIG.
[0043]
A support member 52 is fixed to an attachment member 51 that is attached to a main body of an optical device such as a microscope (not shown), and a turret 53 as a rotation member is rotated on the support member 52 via a number of balls 54 that serve as guides. Supported as possible. The turret 53 has objective lens attachment portions 53a to 53e to which a plurality of (in this example, five) objective lenses 55a to 55e having different magnifications can be attached. Further, in order to avoid the objective lens other than the objective lens used for observation from the observation sample, the rotation axis 53r has an inclination of 15 degrees with respect to the observation optical axis.
[0044]
Engaging grooves Va to Ve corresponding to the five objective lens mounting portions 53 a to 53 e are formed at five locations on the circumference on the outer peripheral portion of the turret 53. On the other hand, a leaf spring 57 having a click ball 56 fixed to the tip is fixed to the upper surface of the support member 52. The leaf spring 57 acts to press the click ball 56 against the engagement grooves Va to Ve on the outer periphery of the turret 53. When the click ball 56 is engaged with the engagement grooves Va to Ve, the turret 53 is pressed. Each of the objective lenses 55a to 55e mounted on the top exactly matches the optical axis. The leaf spring 57 and the click ball 56 constitute an engagement means that contacts with a predetermined engagement force between the turret 53 and the support member 52.
[0045]
A fixing plate 58 extends from the attachment member 51, and a motor 60 is attached to the fixing plate 58 via a motor fixing member 59. A gear 61 for transmitting the rotation to the turret 53 while reducing the rotation of the motor 60 is provided on the outer periphery of the turret 53. The gear 61 is configured to mesh with a gear 62 fixed to the rotation shaft 60 r of the motor 60.
[0046]
A disc-shaped detection plate 63 having five notches 63a to 63e corresponding to the objective lens attachment portions 53a to 53e is fixed to the outer peripheral portion of the turret 53. On the other hand, a photo sensor 65 such as a photo interrupter is fixed to the attachment member 51 via the attachment plate 64 so as to face the detection plate 63. The detection plate 63 and the photo sensor 65 constitute an engagement sensor 74.
[0047]
The engagement sensor 74 generates a predetermined detection output when the engagement grooves Va to Ve of the turret 53 are engaged with the click ball 56, and also the engagement grooves Va to Ve of the turret 53 and the click ball 56. Each stop position of the turret 53 due to the engagement is adjusted so as to accurately match the center position of the detection width of the engagement sensor 74 by the notches 63a to 63e of the detection plate 63.
[0048]
The gear 62 fixed to the rotating shaft 60r of the motor 60 is provided with a slit plate 66 in which a large number of slits are uniformly formed in a radial pattern, and a photo interrupter or the like is provided so as to face the slit plate 66. A sensor 67 is attached to the motor fixing member 59. That is, the slit plate 66 and the photo sensor 67 generate a pulse signal in accordance with the angular displacement of the rotation shaft 60r of the motor 60. The slit plate 66 and the photo sensor 67 constitute an angle sensor 75 that detects the rotation angle of the motor 60.
[0049]
Further, the turret 53 has three identifiers, for example, index magnets 68, and three sensors, for example, a hall element 69 for detecting magnetism, on the circumference of the support member 52 facing the index magnets 68. Each installed. The index magnet 68 and the hall element 69 constitute a type sensor 73 for identifying the objective lens attachment portions 53a to 53e.
[0050]
Next, a method for identifying the objective lens attachment portions 53a to 53e by the type sensor 73 will be described.
[0051]
As shown in FIG. 2, the three Hall elements 69a, 69b, and 69c on the turret 53 include three index magnets 68a when the five objective lenses 55a to 55e are positioned on the observation optical axis. ˜68c, and different digital codes are formed according to the holes provided in the five objective lens attachment portions 53a to 53e.
[0052]
FIG. 3 is a diagram showing a logical relationship of digital codes by these three Hall elements 69a to 69c. 2 and 3, black circles indicate that there is a magnet, and white circles indicate that there is no magnet.
[0053]
Next, the configuration of the electric control system of the present embodiment will be described.
[0054]
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the electric control system of the objective lens switching device.
[0055]
In FIG. 4, a controller 71 having various switches for operating each part of the optical device including the objective lens switching device receives an input signal from the controller 71, and the above-described type sensor 73 and engagement. A CPU 72 is connected to obtain signals for rotating and stopping the motor 60 based on signals from the sensor 74 and the angle sensor 75. The CPU 72 drives the motor 60 via the driver 76 based on the above signal. The CPU 72 further sends a drive signal to each part of the optical device (not shown).
[0056]
As switches of the controller 71, for example, five objective designation switches for positioning the objective lens on the optical axis, a focus knob for focusing the objective lens, a voltage volume for adjusting the brightness of the light source, etc. Is provided. Although not shown, the controller 71 is provided with a switch for inputting an operation command to each part of the optical device and a display unit for displaying the state of each part of the optical device including the objective lens switching device. Yes.
[0057]
Next, the operation of the first embodiment of the objective lens switching device configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0058]
First, when an optical device such as a microscope (not shown) including the objective lens switching device is turned on, the type sensor 73 indicates which of the objective lens mounting portions 53a to 53e is located on the observation optical axis of the optical device. As a result, a display corresponding to the objective lens mounting portions 53a to 53e is performed on a display portion (not shown) of the controller 71.
[0059]
When an objective lens switching command is input by the switch of the controller 71 in step S1, the CPU 72 inputs the current type of the objective lens mounting portion 53 detected by the type sensor 73 and the controller in step S2. The types of the switching destination objective lens mounting portions 53a to 53e are compared to determine the rotation direction of the turret 53 and the number of switching steps (one step is switching to the adjacent objective lens mounting portion). As a result, the driver 76 is instructed to rotate the motor 60.
[0060]
After the motor 60 is started, in step S3, it is determined by the engagement sensor 74 whether or not the turret 53 has been disengaged. Here, when it is detected that the engagement is disengaged, the process proceeds to step S4, where the angle sensor 75 resets the measurement value to 0, and the measurement of the angular displacement from this position is started.
[0061]
According to the number of switching steps, the CPU 21 determines the rotation angle θ of the turret 53 from the time when the engagement release is detected by the engagement sensor 74 to the time when the braking is started before the objective lens mounting portions 53a to 53e that are the switching destinations.sAnd the rotation angle θ of the turret 53 up to the position where the engagement grooves Va to Ve of the click ball 56 and the turret 53 are just engaged.cAre preset.
[0062]
In step S5, the rotation angle θ of the turret 53 in which the measurement value by the angle sensor 75 is preset.sThe CPU 72 determines that the rotation angle of the motor shaft 60r corresponding to is reached. Where braking start position θsIf it is determined, the process proceeds to step S <b> 6, and a braking command for the motor 60 is given from the CPU 72 to the driver 76.
[0063]
While the turret 53 is decelerated with the braking of the motor 60, when the click ball 56 enters the engagement range of the outer peripheral engagement grooves Va to Ve, in step S7, due to the bending force of the leaf spring 57, Mechanical engagement is ensured and completely stopped.
[0064]
Next, in step S8, simultaneously with the stop of the motor 60, the CPU 72 confirms the output of the engagement sensor 74. If the engagement is ensured, the process proceeds to step S15. On the other hand, if the engagement is not secured, the process proceeds to step S9 as error processing.
[0065]
That is, in step S9, the signal of the angle sensor 75 is confirmed. Then, the measured value of the confirmed signal is set to the rotation angle θ of the turret 53 set in advance.cIf it is larger than, the process proceeds to step S10, where the motor 60 is reversely rotated at a low speed at which it can rotate. On the other hand, rotation angle θcIf it is smaller than, the process proceeds to step S12 and the motor 60 is similarly forward rotated.
[0066]
If it is confirmed in steps S11 and S13 that the engagement sensor 74 has entered the engagement range while confirming the output of the engagement sensor 74 again, the process proceeds to step S14 and the motor 60 is immediately stopped.
[0067]
Next, in step S15, the CPU 72 confirms the output of the type sensor 73. Thereby, after confirming that it matches the objective lens attachment portions 53a to 53e of the switching command input to the controller 71, the objective lens attachment portions 53a to 53e are displayed on the display portion of the controller 71 in step S16. The type of is displayed. Thereafter, the process waits until the next switching command is input from the controller 71 in step S17.
[0068]
Here, the series of operations described above will be described in more detail with reference to the timing chart of FIG. 6 from the relationship between the engagement sensor 74 and the angle sensor 75 and the engagement grooves Va and Vb of the turret 53.
[0069]
The click shape extends the outer peripheral portion of the turret 53 on a straight line and represents a part of it. The V-shaped engagement grooves Va and Vb correspond to the objective lens mounting portions 53a and 53b of the turret 53 accurately.
[0070]
The engagement detection range Δφ by the engagement sensor 74 is set to be smaller than a range (hereinafter simply referred to as an engagement range) Δθ in which the click ball 56 is drawn into the V groove by the pressing force of the leaf spring 57. The center of the combined detection range Δφ is adjusted so as to coincide with the center of the V groove. The angle sensor 75 outputs a pulse-like signal at equal intervals according to the angular displacement of the turret 53, and the total number of pulses N when the turret 53 rotates between two V grooves is designed, for example, It is set to several tens of pulses.
[0071]
When switching from the objective lens mounting portion 53a to 53b by a command from the controller 72, when the motor 60 is first started and the turret 53 rotates by Δφ / 2 from the center of the engagement groove Va, the detection of the engagement sensor 74 is performed. The output is switched from the high (H) level to the low (L) level. The CPU 72 resets the measurement value from the angle sensor 75 at this time, and the angular displacement from this position is measured as the number of pulses output from the angle sensor 75.
[0072]
The number of pulses from the angle sensor 75 is NsAt that time, a signal instructing braking of the motor 60 is supplied from the CPU 72 to the driver 76. Number of pulses N of angle sensor 75sIs set so that the stop position of the turret 53 always falls within the engagement range Δθ when braking of the motor 60 is started at this position. Therefore, if the motor 60 is braked at this timing, the click ball is drawn into the engagement groove Vb of the turret 53, and the turret 53 stops at a position where the objective lens mounting portion 53b accurately matches the optical axis.
[0073]
As described above, in the first embodiment, the rotation angle of the turret from the point of time when the engagement by the engagement means is released is measured by the angle sensor, and this measurement value becomes a predetermined angle set in advance. Since braking of the motor is sometimes started, the braking position of the motor can be set accurately without being affected at all by the backlash of the gear that transmits the rotation of the motor to the turret. In addition, the adjustment work for securely engaging the turret only requires adjustment of the detection range of the engagement sensor and the engagement range of the V-groove, and therefore has the advantage that it can be accurately adjusted in a short time using a jig or the like. is doing.
[0074]
Therefore, this first embodiment can be expected to have the effect according to the invention of claim 1 that a highly reliable objective lens switching operation can be realized by a short-time adjustment.
[0075]
In the first embodiment, the motor for rotating the turret is arranged outside the turret. However, the arrangement is not limited to this, and any arrangement may be used. For example, it is also possible to provide a gear inside the engaging portion of the outer peripheral portion of the turret and arrange the motor inside the turret so as to mesh with the gear.
[0076]
An idler gear may be provided between the gear of the motor shaft and the gear attached to the turret. In this case, the freedom degree of motor arrangement | positioning increases.
[0077]
Next explained is the second embodiment of the invention.
[0078]
The second embodiment has the same configuration as the first embodiment described above, and only the control method is different.
[0079]
FIG. 7 is a timing chart showing a control method according to the second embodiment of the present invention.
[0080]
In the second embodiment, when braking the turret, the turret is sufficiently decelerated and driven at a low speed before the engagement range by the engagement means, and then the motor is almost simultaneously when the turret enters the engagement range by the engagement means. This is a two-step process of completely stopping.
[0081]
As described above, in the drawing, the engagement grooves Va and Vb having the V shape correspond to the objective lens mounting portions 53a and 53b of the turret 53 accurately. The engagement detection range Δφ by the engagement sensor 74 is set to be smaller than the engagement range Δθ, and is adjusted so that the center of the engagement detection range Δφ exactly coincides with the center of the V groove.
[0082]
Further, the angle sensor 75 outputs a pulse signal at regular intervals according to the angular displacement of the turret 53. The total number of pulses N when the turret 53 rotates between the two V grooves is set, for example, to several tens of pulses.
[0083]
The above positional relationship is exactly the same as in the first embodiment described above.
[0084]
When switching from the objective lens mounting portion 53a to 53b, when the motor 60 is started and the turret 53 rotates by Δφ / 2 from the center of the engagement groove Va, the detection output of the engagement sensor 74 is switched from the H level to the L level. . At this time, the CPU 72 resets the measurement value from the angle sensor 75 and measures the angular displacement from this position as the number of pulses output from the angle sensor 75. The operation so far is also the same as that of the first embodiment.
[0085]
Next, the number of pulses from the angle sensor 75 is N1At this point, a signal instructing the motor 60 to decelerate is supplied from the CPU 72 to the driver 76. Number of pulses N of angle sensor 751Is set in advance so that when the motor 60 is decelerated at this position, it can be decelerated to a predetermined rotational speed before the turret 53 enters the engagement range Δθ. After the rotation of the turret 53 reaches a predetermined low speed due to the deceleration of the motor 60, the number of pulses of the angle sensor 75 is N2At this time, a signal for completely stopping the motor 60 is supplied from the CPU 72 to the driver 76.
[0086]
Number of pulses N of angle sensor 752Is set in advance so that the click ball 56 enters the engagement range Δθ of the engagement groove Vb just when this value is measured. As a method for decelerating and completely stopping the motor 60, a method of short-circuiting the terminals of the motor for a short time is generally used, and the effect is great also in terms of braking force.
[0087]
FIG. 8 is a timing chart for explaining changes in motor current in the operation of the second embodiment. FIG. 8 shows that the number of pulses of the angle sensor 75 is N.1Then, the motor 60 is decelerated by short-circuiting between the terminals of the motor 60 (a reverse current flows at this time), and then the motor 60 is driven at a low speed by applying a low voltage to the pulse of the angle sensor 75. Number N2In this case, the rotation of the motor 60 is stopped by again shorting the terminals of the motor 60 for a predetermined time.
[0088]
By adopting the control method as described above, when the turret enters the engagement range of the engaging means, the rotation of the turret is sufficiently decelerated and rotating at a constant low speed. Therefore, there is an effect that the engagement of the turret can be ensured quickly and reliably without being affected by the inertia load due to the difference in the mounting state of the objective lens. In addition, since the second embodiment does not require a special sensor for deceleration, it has an advantage that the configuration is simple as in the first embodiment.
[0089]
Next, an objective lens switching device according to a third embodiment of the present invention will be described.
[0090]
The third embodiment differs from the first and second embodiments described above in terms of electrical configuration and control method, and other mechanical configurations, engagement sensors, and angle sensors. Since the positional relationship and the like with the click shape are the same as those in the first and second embodiments, description thereof will be omitted.
[0091]
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the electrical system according to the third embodiment of the present invention.
[0092]
In FIG. 9, a controller 81 having various switches for operating each part of the optical device including the objective lens switching device receives an input signal from the controller 81, and includes a type sensor 73 and an engagement sensor 74. The CPU 82 is connected to obtain a signal for rotating and stopping the motor 60 by a signal from the angle sensor 75. The CPU 82 drives the motor 60 via the driver 83 based on the above signal.
[0093]
The CPU 82 is connected to a memory 84 for storing a reference table for determining a deceleration start position based on a partial operation speed during each switching operation. Further, the CPU 82 further sends a drive signal to each part of the optical device (not shown).
[0094]
As in the first and second embodiments described above, the controller 81 includes five objective designation switches for positioning the objective lens on the optical axis, a focus knob for focusing the objective lens, It includes a voltage volume that adjusts the brightness of the light source. The controller 81 includes a switch for inputting an operation command to each part of the optical device, and a display unit that displays a state of each part of the optical device including the objective lens switching device.
[0095]
Next, the operation of the third embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 10 and the timing chart of FIG.
[0096]
When an objective lens switching command is input by the switch of the controller 81 in step S21, the process proceeds to step S22, and the CPU 82 rotates the turret 53 and the number of switching steps (one step is switching to the adjacent objective lens mounting portion). Is determined, and the driver 83 is instructed to rotate the motor 60.
[0097]
In step S23, after the motor 60 is started, when the engagement sensor 74 detects that the turret 53 is disengaged, the angle sensor 75 resets the measured value to 0, and the process proceeds to step S24. Then, measurement of the angular displacement from this position is started. At the same time, the CPU 82 monitors the time from the start of measurement of the angular displacement, while the reference time t set in advance in step S25.R, The angular displacement measurement value from the angle sensor 75 (NtR) And reference time tRThe operation speed is calculated from the relationship.
[0098]
Further, in step S26, the calculated operation speed is compared with the reference table in the memory 84 by the CPU 82, and the deceleration position N in the current switching operation is compared.1Is determined. The reference table experimentally determines a reference operation speed and an optimal deceleration start position when operating under a certain condition in advance, and a deviation from the reference operation speed and an offset amount (ΔN of the deceleration start position)1) Is stored as data.
[0099]
Thereafter, in step S27, the measured value of the angle sensor 75 is the deceleration start position (N1), A deceleration command for the motor 60 is supplied from the CPU 82 to the driver 83. Then, after the rotation of the turret 53 becomes a predetermined low speed due to the deceleration of the motor 60 in step S28, the number of pulses of the angle sensor 75 is N in step S29.2Then, a signal for completely stopping the motor 60 is supplied from the CPU 82 to the driver 83 in step S30. Number of pulses N of angle sensor 752Is set in advance so that the click ball 56 falls within the engagement range of the engagement groove Vb when this value is measured.
[0100]
After the motor 60 is stopped, the output of the engagement sensor 74 is confirmed by the CPU 82 in step S31. Here, if it is confirmed that it is within the engagement range Δθ, the process proceeds to step S33. On the other hand, if it is not within the engagement range Δθ, as in the first and second embodiments described above, the process proceeds to step S32 and error processing for ensuring engagement is performed.
[0101]
In step S33, the CPU 82 confirms the output of the type sensor 73. Here, after confirming that it matches the objective lens mounting portion 53b of the switching command input by the controller 81, the process proceeds to step S34, and the type 3b of the objective lens mounting portion is displayed on the display portion of the controller 81. Is displayed. Next, in step S35, the process waits until the next switching command is input from the controller 81.
[0102]
As described above, in the third embodiment, an operation speed within a preset reference time is calculated in the middle of each switching operation, and this operation speed is compared with the reference table in the memory to start deceleration of the motor. Since the position is determined, the mounting state of the objective lens changes in the middle, the inertia load on the driving means changes, and the mechanical resistance of the turret rotating part changes over time to the driving means. Even if the load of the motor changes, it is possible to optimally set the deceleration position of the motor in accordance with each switching operation.
[0103]
As a result, it is possible to always achieve a stable objective lens switching operation without the turret decelerating position being too short of the click groove or being overrun and being engaged with the click groove.
[0104]
In the third embodiment described above, the reference time t is used to measure the operating speed of the turret.RNumber of pulses of angle sensor at NtRThe number of pulses set in advance is N.RTime t required to rotateNRMay be measured.
[0105]
Next explained is the fourth embodiment of the invention.
[0106]
In the fourth embodiment, while the third embodiment described above measures the operating speed during each switching operation and determines the deceleration position, the operating speed of the same switching operation pattern of the previous time is used. The deceleration position of the current switching operation pattern is determined.
[0107]
Note that the configuration of the fourth embodiment is the same as that of the third embodiment described above, and a description thereof will be omitted.
[0108]
The operation of the fourth embodiment will be described below with reference to the flowchart of FIG.
[0109]
First, when an objective lens switching command is input by the switch of the controller 81 in step S51, it is determined in step S52 whether or not this switching operation pattern is the first operation after power-on. Here, in the case of the first operation, the operation is started in the same manner as in the third embodiment described above, the operation speed during the operation is measured, and the deceleration position is determined. Since the processing steps in steps S68 to S80 are the same as the processing operations in steps S22 to S34 in the flowchart of FIG. 10 in the third embodiment described above, description thereof will be omitted.
[0110]
If the deceleration position is determined by the processing of steps S68 to S80, the CPU 82 writes this data into the memory 84 as the first deceleration position of this switching operation pattern. The subsequent series of operations including the deceleration of the motor 60 at the determined deceleration position, the stop of the motor 60 at the stop position, engagement confirmation, error processing, type detection and display are the same as in the third embodiment. is there.
[0111]
On the other hand, if an objective lens switching command is input from the controller 81 in step S51, and if it is determined in step S52 that this switching operation pattern is a pattern that has already been experienced up to now after power-on, step S53 is performed. Proceed to
[0112]
First, in this step S53, the reference data stored in the memory 84 by the CPU 82, that is, the deceleration position data in the same previous operation pattern is read out, and the deceleration start position in the current operation is read. Is set. At the same time, the CPU 82 determines the rotation direction of the turret 53 and the number of switching steps, and instructs the driver 83 to rotate the motor 60 in step S54.
[0113]
After the start of the motor 60, when the engagement sensor 74 detects that the turret 53 is disengaged in step S55, the angle sensor 75 resets the measurement value to zero. In step S56, measurement of the angular displacement from this position is started.
[0114]
Next, in step S57, when the measured value reaches the previously set deceleration position, the CPU 82 supplies a deceleration command for the motor 60 to the driver 83. At this time, in step S58, the time from when it is detected by the CPU 82 that the engagement is disengaged until the current deceleration position is reached is measured. Then, by comparing the measured time with a reference time corresponding to a predetermined deceleration position, in step S59, it is determined whether or not the current deceleration position is appropriate, and then the next deceleration is performed. The position is determined. At the same time, this data is written into the data table in the memory 84.
[0115]
Then, after the motor 60 is decelerated in step S60, the rotation of the turret 53 becomes a predetermined low speed. Then, in step S61, the number of pulses of the angle sensor 75 is N.2At this time, a signal for completely stopping the motor 60 is supplied from the CPU 82 to the driver 83. Number of pulses N2This setting is the same as in the third embodiment described above.
[0116]
Thereafter, a series of operations such as engagement confirmation after the motor stop, error processing, type detection and display in steps S62 to S66 are also performed in steps S30 to S30 in the flowchart of FIG. 10 in the third embodiment described above. Since this is the same as S34, the description thereof is omitted. Then, the process proceeds to step S67 to enter a standby state until the next switching command is input from the controller 81, and the operation is completed.
[0117]
As described above, in the fourth embodiment, the deceleration position determined at the previous objective lens switching pattern is read from the memory as the current deceleration position, and the time required until this deceleration position is next. Since the deceleration position in the same switching pattern is written and updated each time in the memory, an optimum motor deceleration position can be obtained for each objective lens switching pattern.
[0118]
In addition, since the decelerating position in the next operation is determined after detecting the operation state of the turret in a wider range than the third embodiment described above, the decelerating position can be set more accurately. Can do.
[0119]
In the fourth embodiment, the deceleration position data is updated every time with respect to the same switching operation pattern. When the load characteristic does not change so much, the update of the deceleration position data may be thinned out.
[0120]
In the third and fourth embodiments, the motor deceleration position is changed in accordance with the actual driving speed of the turret, but the motor terminal is short-circuited for deceleration while the deceleration position is fixed. You may make it change the drive speed at the time of low speed drive to time or a stop timing.
[0121]
Next explained is the fifth embodiment of the invention.
[0122]
In the fifth embodiment, only when the objective lens to be switched to is an immersion objective lens such as an oil immersion objective lens or a water immersion objective lens, braking different from a normal dry objective is performed. Thus, the generation of bubbles when positioned on the optical axis is to be suppressed.
[0123]
Since the configuration of the fifth embodiment is the same as that of the third and fourth embodiments described above, description thereof is omitted.
[0124]
Here, the operation of the fifth embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0125]
In the case of the fifth embodiment, first, the types of objective lenses attached to the objective lens attachment portions 53a to 53e of the turret 53 are input from the controller 81 and initialized.
[0126]
When an objective lens switching command is input through the switch of the controller 81 in step S81, the type of the switching destination objective lens input in step S82 is determined. Here, in the case of a dry objective lens, the processing of steps S83 to S89 is executed, but since it operates in exactly the same manner as steps S22 to S28 of FIG. 10 in the third embodiment described above, Then, explanation is omitted.
[0127]
If it is determined in step S82 that the objective lens to be switched to is an immersion objective lens, the process proceeds to step S90, where the CPU 82 decelerates the immersion objective lens from the reference table in the memory 84. Is read out and set to the deceleration position in the current switching operation. Next, after the rotation of the turret 53 is started in step S91, when the escape from the engagement range is made in step S92, measurement of angular displacement is started in step S93.
[0128]
In step S94, if the angular displacement reaches the previously set deceleration position for the immersion objective, the process proceeds to step S95, where a signal for deceleration is sent from the CPU 82 to the driver 83, and the motor 60 is turned on. Decelerated. In this case, the driving speed after being decelerated is made as slow as possible as compared with the case of a normal dry objective lens. When the engagement range is reached as in the case of the dry objective lens, the motor 60 is stopped.
[0129]
The subsequent processing operations in steps S96 to S102 are the same as those in the case of the dry objective lens in the third embodiment described above, and operate in exactly the same manner as in steps S29 to S35 in FIG. Omitted.
[0130]
Thus, according to the fifth embodiment, when the switching destination objective lens is an immersion objective lens, the motor is operated at a deceleration position (a front side of the engagement position) different from that of the dry objective. Since the motor is stopped after being driven to the engagement position at an extremely low speed, the impact when the tip of the immersion objective lens comes into contact with oil or water on the upper surface of the observation sample is reduced. The generation of bubbles when the objective lens is positioned on the optical axis can be greatly suppressed.
[0131]
In addition, according to the said embodiment of this invention, the following structures can be obtained.
[0132]
That is,
(1) A turret to which a plurality of objective lenses can be attached, a drive means for electrically rotating the turret, a transmission means for transmitting the rotational force of the drive means to the turret, and the plurality of objectives Mechanical engagement means for accurately positioning any one of the objective lenses on the optical axis of the optical device, operating means for inputting a switching command for the objective lens, and from the operating means And an objective lens switching device in which each of the objective lenses is alternatively positioned on the optical axis of the optical device.
Engagement detection means for detecting that the rotational position of the turret is within the engagement range of the engagement means;
An angle detection means for detecting the angular displacement of the turret,
An objective lens switching device, wherein the control means determines a braking position of the driving means based on signals from the engagement detecting means and the angle detecting means.
[0133]
(2) The control means brakes the drive means after the angle detection means detects a first rotation angle smaller than the rotation angle of the turret required in response to a switching command from the operation means. (1) characterized in that the low-speed driving is performed, and then the angle detecting means detects the second rotation angle larger than the first rotation angle and then performs braking to completely stop the driving means. The objective lens switching device described.
[0134]
(3) The objective lens switching device further includes measuring means for measuring an operating speed in a partial operating range during the switching operation of the plurality of objective lenses, and the time measured by the measuring means is previously stored. The objective lens switching device according to (1) or (2), wherein the braking condition of the driving means is changed by comparing with a predetermined time set.
[0135]
(4) The measuring means measures time corresponding to the switching operation pattern of the turret, and the control means stores each measurement value measured by the measuring means, thereby individually storing each of the objective lens switching operation patterns. The objective lens switching device according to (3), wherein the braking condition of the driving means is optimally set.
[0136]
(5) The objective lens switching device further comprises input means for initial setting of the type of each objective lens attached to the turret, and the control means is set by the input means and switched from the operation means. Any one of the above (1) to (3), wherein the type of the objective lens to be switched is discriminated according to the command, and the braking condition of the driving means is changed according to the discriminated type of the objective lens. The objective lens switching device described in 1.
[0137]
According to the configuration of (1) above, the rotational position of the turret at which braking is started can always be accurately determined. In other words, since the turret can be reliably engaged with the engaging means without being affected by backlash caused by transmission means such as gears, a highly reliable objective lens switching operation can be realized with a short adjustment. It has the effect of being able to.
[0138]
In addition, the configuration (2) has an effect that the influence of inertia due to the weight of the objective lens is reduced, and the turret can be reliably engaged with the engaging means.
[0139]
According to the configuration of (3) above, the mounting state of the objective lens changes midway, the inertial load on the driving means changes, and the mechanical resistance of the turret rotating unit changes over time, so that the driving means is changed. Even if the load changes, it is possible to optimally brake the driving means in accordance with each state, so that it is possible to always realize a stable objective lens switching operation.
[0140]
According to the configuration (4), there is an effect that an optimum objective lens switching operation can be realized in accordance with the mounting state of the objective lens.
[0141]
Furthermore, according to the configuration of (5) above, even if a special objective lens such as an oil immersion objective lens or a water immersion objective lens is attached, the braking condition of the driving means is changed to specialize the turret positioning operation. In addition, problems such as the generation of bubbles can be suppressed.
[0142]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the assembly adjustment for accurately positioning each objective lens on the optical axis is easy, and it is possible to switch quickly and reliably without being affected by the mounting state of the objective lens or the secular change of the revolver. An objective lens switching device capable of operation can be provided. Further, it is possible to provide an objective lens switching device capable of performing an optimal switching operation according to the type of objective lens to be switched.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an objective lens switching device according to a first embodiment of the present invention.
2 is a plan view showing a schematic configuration of the turret in FIG. 1. FIG.
3 is a diagram illustrating a logical relationship of digital codes by three Hall elements 69a to 69c in FIG.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an electric control system of the objective lens switching device.
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the objective lens switching device in the first embodiment;
6 is a timing chart for explaining the relationship between the engagement sensor 74 and the angle sensor 75 and the engagement grooves Va and Vb of the turret 53. FIG.
FIG. 7 is a timing chart showing a control method according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a timing chart for explaining changes in motor current in the operation of the second embodiment.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an electric system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart for explaining the operation of the third embodiment of the present invention;
FIG. 11 is a timing chart for explaining the operation of the third embodiment of the present invention;
FIG. 12 is a flowchart for explaining the operation of the fourth embodiment of the present invention;
FIG. 13 is a flowchart for explaining the operation of the fifth embodiment of the present invention;
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration of a revolver switching device, showing a first conventional example.
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a revolver device, showing a second conventional example.
FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration of a revolver device according to a second conventional example.
FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of a revolver rotating device according to a third conventional example.
[Explanation of symbols]
51 mounting members,
52 support members,
53 Turret,
53a to 53e Objective lens mounting portion,
53r, 60r rotation axis,
54 balls,
55a-55e objective lens,
56 Click ball,
57 leaf spring,
58 fixing plate,
59 Motor fixing member,
60 motor,
61, 62 gears,
63 detector plate,
63a-63e notch,
64 mounting plate,
65, 67 Photo sensor,
66 slit plate,
68 Indicator magnets,
69, 69a-69e Hall element,
71, 81 controller,
72, 82 CPU,
73 type sensors,
74 engagement sensor,
75 angle sensor,
76, 83 drivers,
84 memory,
Va to Ve engagement grooves.

Claims (4)

複数の対物レンズが装着可能なターレットと、このターレットを電気的に回動させるための駆動手段と、この駆動手段による回動力をターレットに伝達するための伝達手段と、上記複数の対物レンズのうち何れか1つの対物レンズを光学装置の光軸に正確に位置決めするための機械的な係合手段と、上記対物レンズの切換指令を入力するための操作手段と、この操作手段からの切換指令に応じて上記駆動手段の回動を制御する制御手段とを備え、上記対物レンズのそれぞれが択一的に光学装置の光軸に位置決めされる対物レンズ切換装置に於いて、
上記ターレットの回動位置が上記係合手段の係合範囲内にあるか否かを検出する係合検出手段と、
上記ターレットの角度変位を検出する角度検出手段と、
上記複数の対物レンズの切換動作中の部分的な動作速度を算出する動作速度算出手段と、
上記動作速度と上記駆動手段の制動開始位置との関係を示す参照テーブルが記憶されているメモリと、
を具備し、
上記制御手段は、上記動作速度算出手段により算出された上記動作速度と、上記メモリに記憶されている参照テーブルとに基づいて上記駆動手段の制動開始位置を決定することを特徴とする対物レンズ切換装置。
A turret to which a plurality of objective lenses can be attached; a driving means for electrically rotating the turret; a transmission means for transmitting rotational force by the driving means to the turret; and the plurality of objective lenses A mechanical engagement means for accurately positioning any one objective lens on the optical axis of the optical device, an operation means for inputting a switching command for the objective lens, and a switching command from the operating means. And an objective lens switching device in which each of the objective lenses is selectively positioned on the optical axis of the optical device.
Engagement detecting means for detecting whether or not the rotational position of the turret is within the engagement range of the engaging means;
Angle detection means for detecting the angular displacement of the turret;
An operation speed calculating means for calculating a partial operation speed during the switching operation of the plurality of objective lenses;
A memory in which a reference table indicating a relationship between the operation speed and the braking start position of the driving unit is stored;
Comprising
The control means, an objective, characterized in that determining the said operating speed calculated Ri by the above operation speed calculating means, a braking start position of the drive means on the basis of a reference table stored in the memory Lens switching device.
上記制御手段は、予め設定された基準時間の間に上記角度検出手段により検出された角度変位の値と、上記基準時間とに基づいて上記動作速度を算出し、算出された上記動作速度と上記参照テーブルとを比較して上記駆動手段の制動開始位置を決定することを特徴とする請求項1記載の対物レンズ切換装置。The control means calculates the operation speed based on the value of the angular displacement detected by the angle detection means during the preset reference time and the reference time, and calculates the operation speed and the calculated 2. The objective lens switching device according to claim 1, wherein a braking start position of the driving means is determined by comparing with a reference table . 上記角度検出手段は、上記対物レンズ保持手段が上記係合範囲から外れたことを上記係合検出手段が検出した時点から、角度変位の検出を開始することを特徴とする請求項2記載の対物レンズ切換装置。3. The objective according to claim 2, wherein the angle detection unit starts detection of angular displacement from a point in time when the engagement detection unit detects that the objective lens holding unit is out of the engagement range. Lens switching device. 上記制御手段は、上記ターレットの位置が上記係合検出手段の係合範囲から外れたことを検出した場合、上記角度変位検出手段が検出する角度変位の値を初期化することを特徴とする請求項3記載の対物レンズ切換装置。The control means initializes the value of angular displacement detected by the angular displacement detection means when detecting that the position of the turret is out of the engagement range of the engagement detection means. Item 4. The objective lens switching device according to Item 3.
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