JP4493355B2 - 顕微鏡用電動ステージ - Google Patents

Description

本発明は光学顕微鏡に用いられる特に生物顕微鏡用電動ステージに関する。

生物研究、検査分野でも自動化によるスループット向上のため顕微鏡の自動化が求められている。この要求の中には当然のように、標本を観察光軸に垂直な面内で移動する電動ステージも含まれている。更に、最近では、1つの標本に点在する複数の位置を繰返し観察するために、電動ステージには高い位置再現能力が求められてきている。

このため、ステージ送り機構や、リニアスケールを装備しフィードバック制御をかけるなどの工夫が各種電動ステージで採用されている。特開平5-40228にはリニアモータおよびリニアエンコーダを採用し高精度な位置決めを可能とした技術が開示されている。この中には、駆動方式以外にもバネ等の弾性力を利用して標本を保持する標本保持具（クレンメル）に関しての記載もされている。この記載によれば、標本とステージの間に水や油脂が入り込んだ場合に、ステージ上面と標本間の摩擦抵抗が上がり標本保持具のバネ等の弾性力では標本を固定できなくなり、結果として、ステージ移動時に標本保持具と標本の相対位置がずれることを問題としている。この解決方法として、標本保持具にバネ等の弾性力以外に固定機能をつけることを提案している。
特開平5-40228

特開平5-40228では、ステージ上面と標本間の摩擦抵抗の増大を問題としているが、ステージ上面をきれいに保っていればこのような問題が発生する可能性は極めて低い。実際の場面では、対物レンズと標本の間をイマージョンオイルで満たす高倍率高NA対物レンズで観察する場合に生じる対物レンズと標本間での吸着により標本保持具に対する標本位置がわずかにずれるということが問題となる。このケースは、特開平5-40228に記載されているようなタイプのステージ構成（標本がステージ上面を摺動する）以外にも、標本はステージ上に保持されるタイプのステージでも同様に発生する。

このような問題についても特開平5-40228記載の発明は有効ではあるが、油浸対物レンズを利用するしないに関わらず、標本セット時に必ずストッパをかけなければならず作業が煩わしいことや、ストッパの掛け方によっては標本と標本保持具の間に隙間が生じ標本の位置再現性が劣化すること、専用の標本保持具が必要となることなど使い勝手上の問題が生じる。

本発名は以上のような問題を鑑みてなされたもので、油浸対物レンズによる観察時であっても、標本保持具の2つの当接部に標本が確実に当接されることにより、標本が対物レンズに貼り付き標本保持具との相対的な位置ずれが発生することはない。

請求項1記載の発明では、複数の対物レンズを装着、切換え可能な顕微鏡と、観察光軸上に配置された対物レンズを検出する検出手段と、対物レンズ情報を入力する入力装置と、対物レンズ情報、位置情報を記憶する対物レンズ情報記憶部と、顕微鏡に設置され、直行する2方向に移動可能な移動部材により観察光軸に垂直な平面内を移動可能な電動ステージと、電動ステージに一体的または着脱可能に固定された標本を保持する標本保持具と、電動ステージの駆動を制御する制御装置と、電動ステージ移動量、方向を入力するための操作部とを有する電動顕微鏡において、前記標本保持部は、前記移動部材にそれぞれ垂直な2つの当接部と、バネ等の弾性力を利用し前記標本を前記2つの当接部に当接させる腕とから構成され、前記制御装置は、前記対物レンズ情報記憶部からの対物レンズ情報を読み出し、油浸対物レンズが観察光軸上に配置されている場合には、操作部にいかなる移動方向が入力されても、前記標本が前記当接部に押される方向に所定量移動した後停止することを特徴としている。

請求項2記載の発明では、前記所定量は対物レンズ情報により決定されることを特徴としている。

請求項3記載の発明では、前記所定量を任意に設定可能としたことを特徴としている。

請求項4記載の発明では、複数の対物レンズを装着、切換え可能な顕微鏡と、観察光軸上に配置された対物レンズを検出する検出手段と、対物レンズ情報を入力する入力装置と、対物レンズ情報、位置情報を記憶する対物レンズ情報記憶部と、前記顕微鏡に設置され、直行する2方向に移動可能な移動部材により観察する標本を観察光軸に垂直な平面内で移動可能な電動ステージと、前記電動ステージに一体的または着脱可能に固定された、前記標本を保持する標本保持具と、前記電動ステージの駆動を制御する制御装置と、前記電動ステージの移動量及び移動方向を指示するための操作部とを有する電動顕微鏡において、前記標本保持部は、前記移動部材の移動する２方向とそれぞれ垂直な2つの当接部と、弾性力を利用し前記標本を前記2つの当接部に当接させる腕とから構成され、前記制御装置は、前記対物レンズ情報記憶部からの対物レンズ情報を読み出し、油浸対物レンズが観察光軸上に配置されている場合において、前記移動部材の移動する方向が前記標本を前記当接部に押し当てる方向である場合は、前記移動部材を最終目的位置まで移動させた後停止させ、前記移動部材の移動する方向が前記標本を前記当接部に押し当てる方向と逆方向である場合は、前記移動部材を最終目的位置からさらに同方向に所定量だけ移動させてから停止させ、その後逆方向に前記所定量と同量だけ移動させた後停止させることを特徴としている。

［請求項1の効果］油浸対物レンズによる観察時であっても、標本保持具の2つの当接部に標本が確実に当接されることにより、標本が対物レンズに貼り付き標本保持具との相対的な位置ずれが発生することはない。

［請求項2の効果］対物レンズの先端形状（面積）やWD量により所定の移動量を最適化することができるため、ステージ移動時の時間的なロスを最小限に抑えることが可能となる。

［請求項3の効果］標本の位置精度を要求しない使い方の場合には所定の移動量を最小で0にすることができ、スループットを上げることが可能となる。

［請求項4の効果］コンピュータ上で制御する顕微鏡や外部機器で既に持っている対物レンズ情報を流用することが可能となる他、他の電動部位との同期を比較的簡単にとることが可能となる。

本発明の第一実施例を図1、2、3を利用して本発明の第1実施例を説明する。図1は本電動ステージを適用する代表的な顕微鏡の概念図であり、図2は電動ステージの上面図、図3は電動ステージ制御のフロー図である。

まず本実施例の構成を説明する。顕微鏡本体1には、照明光源となるランプ2が内蔵または装着され、ステージホルダを介して、標本5を保持する標本保持具4を備えた電動ステージ3が図中の観察光軸方向に移動可能に設けられている。

標本5の上部には複数の対物レンズ6を観察光軸上に配置可能な対物レンズ切換え装置7が備えられ、顕微鏡本体1を介してその上部には、観察光路を切換えるための鏡筒8、目視観察を行なうための接眼レンズ１０、TVカメラなどの撮像装置９が設置されている。

対物レンズ切換え装置7にはどの対物レンズ6が観察光軸上に配置されているかを検出するホール素子等からなる検出手段701が設けられており、対物レンズ情報入力手段12により入力された情報も含め対物レンズ情報記憶部11で記憶されている。

電動ステージ3は、顕微鏡本体1に固定される下ステージ301と図示しない直動ガイドと駆動用モータ、動力伝達機構により図中Y方向に移動可能に保持された上ステージ302、上ステージ302に対し、図示しない直動ガイドと駆動用モータ、動力伝達機構により図中X方向に移動可能に保持されたX移動部材303とから構成されており、図示しないモータの制御を行なう制御装置13に接続されている。また、制御装置13には電動ステージ3の移動量・方向を入力するための操作部14が接続されている。

X移動部材303に図示しないネジなどの手段により固定された標本保持具4には、標本5の図中Y＋方向を規制するY当接部401と、図中X−方向を規制するX当接部402が設けられ、標本5をY当接部401とX当接部402に当てつけるような方向に力が働くように図示しないバネ等の弾性部材で図中A方向に力が働くような腕403が回転中心404を中心に回動自在に保持されている。また、腕403には標本5を着脱する際弾性力に逆らって回動しやすいようにつまみ405が一体的に構成されている。

次にこのような構成からなる本実施例の作用について説明する。まず顕微鏡を使用する前に初期設定として、対物レンズ情報入力手段12により、対物レンズの倍率やNA、油浸対物レンズか否か等の情報を対物レンズ情報記憶部11に記憶させる。

次に顕微鏡を使うことになるが、顕微鏡観察のための操作については省略し、本発明のポイントである標本5の移動について説明する。

電動ステージ3を駆動する場合には、操作部14により、移動量・方向や座標位置の情報の入力を行なう。この場合、制御装置はすぐにステージ移動を開始せずに、まず、対物レンズ情報記憶部11から現在観察光軸上に配置され観察可能な対物レンズ6の情報を読み出す。このとき、対物レンズ6が油浸対物レンズか否かの情報も読み出す。

対物レンズが油浸でない場合には、そのまま、操作部14から入力された情報に基づき制御装置13は電動ステージ3を最終目的位置まで最短距離で移動する駆動パターンAが採用される。

対物レンズ6が油浸の場合には、次に移動方向Xの＋−を確認する。＋の場合には駆動パターンAが採用され、−の場合には、操作部14で入力された情報に基づき算出される最終目的位置＋所定移動量αの移動を行なった後、逆方向にαだけ移動して最終目的位置に移動する駆動パターンBが採用される。所定移動量αとは通常数ｍｍ以下に設定されている。同様に移動方向Yの＋−を確認し、＋の場合駆動パタンB、−の場合には駆動パターンAを採用する。

X、Yの駆動パターンが決定した後、それぞれの駆動パターンに沿って制御部13は電動ステージ3の2ケの駆動用モータをそれぞれ駆動し、電動ステージ3および標本5を操作部14で入力された情報に基づき算出された最終目的位置まで移動する。すなわち、対物レンズ6が油浸の場合には、現在の位置から操作部14で入力された最終目的位置までの移動方向によらず、電動ステージ3は図2中Xの＋方向、Yの−方向に移動した最終目的位置で停止するような制御を行なうことになる。

この結果、油浸対物レンズでの観察時には、標本5は常に標本保持具4のY当接部401とX当接部402に当てつけられた状態となり、油浸対物対物レンズ時に発生する標本保持具4と標本5の相対位置のずれを防ぐことが可能となる。

本実施例では、代表的な顕微鏡として正立顕微鏡を基に説明したが、倒立顕微鏡に組み合わせる場合においても同様の効果を得ることができる。

対物レンズ情報記憶部11や入力装置12、制御装置13、操作部14のいずれかを一体的に構成したり、顕微鏡1内部に構成した場合にも同様の効果が得られることは言うまでもない。所定移動量αを対物レンズの先端形状（面積）、WD量などにより対物レンズごとに設定した場合にも同様の効果が得られる。

図1、3、4を用いて本発明の第2実施例を説明する。ここでは第1実施例と異なる電動ステージ3の構成・作用について説明し、第1実施例と同様の部位については説明を省略する。

電動ステージ3は、顕微鏡本体1に固定される下ステージ311と図示しない直動ガイドと駆動用モータにより図中Y方向に移動可能に保持された中ステージ312、中ステージ312に対し、図示しない直動ガイドと駆動用モータにより図中X方向に移動可能に保持された上ステージ313とから構成されている。

上ステージ313に図示しないネジなどの手段により固定された標本保持具4には、標本5の図中Y方向を規制するY当接部411と、図中X方向を規制するX当接部412が設けられ、標本5をY当接部411とX当接部412に当てつけるような方向に力が働くように図示しないバネ等の弾性部材で図中A方向に力が働くような腕413が回転中心414を中心に回動自在に保持されている。また、腕413には標本5を着脱する際、弾性力に逆らって回動しやすいようにつまみ415が一体的に構成されている。

本実施例の作用については第1実施例と同様のため省略し、次に効果の説明を行なう。このようなステージ構成では、標本5は上ステージ313上を摺動しないため、ステージ3上に載せる標本5の重量制限が少なくなる。例えば標本5にペトリディッシュやウェル容器を用いた場合にも第1実施例と同様の効果を得ることが可能となり、使用できる標本の範囲が広がる。

本発明の本電動ステージを適用する代表的な顕微鏡の概念図である。 第一実施例の電動ステージの上面図である。 電動ステージ制御のフロー図である。 第二実施例の電動ステージの上面図である。

符号の説明

１：顕微鏡本体
２：ランプ
３：電動ステージ
４：標本保持具
５：標本
６：対物レンズ
７：対物レンズ切替え装置
８：鏡筒
９：撮像装置
１０：接眼レンズ
１１：対物レンズ情報記憶部
１２：対物レンズ情報入力手段
１３：制御装置
１４：操作部
１０１：ステージホルダ
３０１：下ステージ
３０２：上ステージ
３０３：X移動部材
３１１： 下ステージ
３１２：中ステージ
３１３：上ステージ
４０１：Y当接部
４０２：X当接部
４０３：腕
４０４：回転中心
４０５：つまみ
４１１：Y当接部
４１２：X当接部
４１３：腕
４１４：回転中心
４１５：つまみ
７０１：検出手段

Claims (4)

1. 複数の対物レンズを装着、切換え可能な顕微鏡と、観察光軸上に配置された対物レンズを検出する検出手段と、対物レンズ情報を入力する入力装置と、対物レンズ情報、位置情報を記憶する対物レンズ情報記憶部と、顕微鏡に設置され、直行する2方向に移動可能な移動部材により観察光軸に垂直な平面内を移動可能な電動ステージと、電動ステージに一体的または着脱可能に固定された、標本を保持する標本保持具と、電動ステージの駆動を制御する制御装置と、電動ステージの移動量、移動方向を入力するための操作部とを有する電動顕微鏡において、
   前記標本保持部は、前記移動部材にそれぞれ垂直な2つの当接部と、バネ等の弾性力を利用し前記標本を前記2つの当接部に当接させる腕とから構成され、前記制御装置は、前記対物レンズ情報記憶部からの対物レンズ情報を読み出し、油浸対物レンズが観察光軸上に配置されている場合には、操作部にいかなる移動方向が入力されても、前記標本が前記当接部に押される方向に所定量移動した後停止することを特徴とする顕微鏡用電動ステージ。
2. 前記所定量は対物レンズ情報により決定されることを特徴とした請求項1に記載の顕微鏡用電動ステージ。
3. 前記所定量を任意に設定可能としたことを特徴とする請求項1または2のいずれかひとつに記載の顕微鏡用電動ステージ。
4. 複数の対物レンズを装着、切換え可能な顕微鏡と、観察光軸上に配置された対物レンズを検出する検出手段と、対物レンズ情報を入力する入力装置と、対物レンズ情報、位置情報を記憶する対物レンズ情報記憶部と、前記顕微鏡に設置され、直行する2方向に移動可能な移動部材により観察する標本を観察光軸に垂直な平面内で移動可能な電動ステージと、前記電動ステージに一体的または着脱可能に固定された、前記標本を保持する標本保持具と、前記電動ステージの駆動を制御する制御装置と、前記電動ステージの移動量及び移動方向を指示するための操作部とを有する電動顕微鏡において、
   前記標本保持部は、前記移動部材の移動する２方向とそれぞれ垂直な2つの当接部と、弾性力を利用し前記標本を前記2つの当接部に当接させる腕とから構成され、
   前記制御装置は、前記対物レンズ情報記憶部からの対物レンズ情報を読み出し、油浸対物レンズが観察光軸上に配置されている場合において、前記移動部材の移動する方向が前記標本を前記当接部に押し当てる方向である場合は、前記移動部材を最終目的位置まで移動させた後停止させ、前記移動部材の移動する方向が前記標本を前記当接部に押し当てる方向と逆方向である場合は、前記移動部材を最終目的位置からさらに同方向に所定量だけ移動させてから停止させ、その後逆方向に前記所定量と同量だけ移動させた後停止させることを特徴とする顕微鏡用電動ステージ。