(57)【要約】【課題】より高性能な傾斜ステージとこれを有する顕微鏡を提供すること。【解決手段】標本を載置するステージ板２１とその裏面に円弧状に突き出たカップ２３を有する傾斜部１９と、カップ２３に当接する受座２５を有する固定部１７とを有し、受座２５に対してカップ２３を摺動させながら回転させることによって、傾斜部１９が備えるステージ板２１の上面が水平状態から傾斜し、受座２５とカップ２３との摩擦によって傾角が保持され、回転の中心Ｏは水平状態のときステージ板２１の上面又は上面より上方にあり、傾角を保持するために傾斜部１９の重心Ｇが回転中心Ｏの近傍にある傾斜ステージ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本を載置するステージ板とその裏面に円弧状に突き出た凸部を有する傾斜部と、前記凸部に当接する受座を有する固定部とを有し、
前記受座に対して前記凸部を摺動させながら回転させることによって、前記傾斜部が備える前記ステージ板の上面が水平状態から傾斜し、前記受座と前記凸部との摩擦によって傾角が保持され、
前記回転の中心は前記水平状態のとき前記ステージ板の上面又は前記上面より上方にあり、前記傾角を保持するために前記傾斜部の重心が前記回転中心の近傍にあることを特徴とする傾斜ステージ。
【請求項２】
前記凸部は略半球状であり、
前記受座は円錐又は部分円錐面部であることを特徴とする請求項１に記載の傾斜ステージ。
【請求項３】
前記回転中心から前記略半球状の凸部の球面までの距離をＲ、前記回転中心から前記傾斜部の重心までの距離をＬ、前記受座と前記凸部の間の摩擦係数をμ、前記受座の円錐又は部分円錐面の法線が前記回転中心を含む鉛直線となす角度をＡ、前記傾角をθとするとき、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項２に記載の傾斜ステージ。
Ｌ≦μＲ・cosＡ／sinθ
【請求項４】
前記ステージ板の材料に用いる物質の比重は、前記凸部の材料に用いる物質の比重に比べて大きいことを特徴とする請求項２又は３に記載の傾斜ステージ。
【請求項５】
前記凸部の内部が空洞であることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の傾斜ステージ。
【請求項６】
前記ステージ板は円板状であり、前記回転中心から前記略半球状の凸部の球面までの距離をＲとするとき、前記ステージ板の半径は２Ｒ以上であることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の傾斜ステージ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の傾斜ステージを有することを特徴とする顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜ステージとこれを有する顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、顕微鏡などで標本を傾けて観察するための傾斜ステージとしては、特許文献１のように半球状の凹凸を合わせることにより回転の自由度を持った構成がある。
【０００３】
特許文献１のような半球型の凹凸面をもつ構成では、基本的に凹凸面の間で滑って傾斜角度を変化させる。球面が受け部と接しているだけのため上面から見た傾斜方向には制限がなく傾けたい方向へ迅速に傾けることができる。この構成では傾斜角度は球面に粗度を持たせることにより摩擦力を大きくし、傾斜状態を保持している。
【特許文献１】特開２００７−５７５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、摺動面の粗度を上げると摺動時の動きが重くなる。また、摺動面で研磨のようにお互いを削りあうような状態になり、長期間の使用に耐えられないことが考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の傾斜ステージは、標本を載置するステージ板とその裏面に円弧状に突き出た凸部を有する傾斜部と、前記凸部に当接する受座を有する固定部とを有し、前記受座に対して前記凸部を摺動させながら回転させることによって、前記傾斜部が備える前記ステージ板の上面が水平状態から傾斜し、前記受座と前記凸部との摩擦によって傾角が保持され、前記回転の中心は前記水平状態のとき前記ステージ板の上面又は前記上面より上方にあり、前記傾角を保持するために前記傾斜部の重心が前記回転中心の近傍にあることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の顕微鏡は、前記傾斜ステージを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、より高性能な傾斜ステージとこれを有する顕微鏡を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本願の一実施形態に係る傾斜ステージとこれを有する顕微鏡について図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は、本願の実施形態に係る傾斜ステージを備えた顕微鏡を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【００１０】
図２は、本願の実施形態に係る傾斜ステージを示す断面図である。
【００１１】
図３は、本願の実施形態に係る傾斜ステージの傾斜状態を示す断面図である。
【００１２】
図４は、数値実施例に対応する傾斜ステージを示す断面図である。
【００１３】
まず、本願の実施形態の傾斜ステージ３を備えた顕微鏡１について説明する。
【００１４】
図１に示すように、顕微鏡（実体顕微鏡）１は、ベース５、支柱７、アーム９、アーム９に取り付けられた対物レンズ１１及び双眼鏡筒１３を有する。アーム９は支柱７に設けられた上下動ハンドル１５を操作することによって上下方向（対物レンズ１１の光軸方向）に移動させることができる。上面に載置した標本を傾けて観察するための傾斜ステージ３がベース５に取り付けられている。
【００１５】
次に、本願の実施形態の傾斜ステージ３について説明する。
【００１６】
図２に示すように、傾斜ステージ３は、固定部１７とその上に置かれた傾斜部１９とからなる。傾斜部１９は、上面に標本が載置される円板状のステージ板２１と、ステージ板２１の裏面に設けられ、円弧状に突き出た略半球状のカップ（凸部）２３とからなる。固定部１７は、円錐又は部分円錐面部である受座２５を有するカップ受け２７と、ブロック２９とからなり、ベース５に固定される。
【００１７】
カップ２３は点Ｏを中心とした部分球面であり、この球面が受座２５に当接している。受座２５に対して、カップ２３を摺動させながら点Ｏを中心として回転させることによって、標本が載置されるステージ板２１の上面が水平状態から傾斜し、受座２５とカップ２３との摩擦によって傾角（傾斜角度）が保持される構成である（図２及び図３参照）。傾斜部１９は傾斜ステージ３を上方から見て全方向へ傾斜することができる。
【００１８】
また、回転中心Ｏは水平状態でステージ板２１の上面（標本載置面）又は上面より上方（対物レンズ１１側であり標本載置面の上側の空間部）にあることが好ましい。これは傾斜させたときに観察像面が上下し焦点深度が合わなくなる、さらには標本の検鏡部位が視野から外れてしまうようなことを防ぐためである。また、カップ受け２７の材料には、傾斜部１９が滑らかに動くようにプラスチック等を用いることが好ましい。
【００１９】
以下、傾斜ステージ３は水平状態のとき回転中心Ｏを含む鉛直線に関し回転対称な形であるとして説明するが、特にこれに限定されるものではない。例えば、カップ２３を下方に円弧状に突き出た略半円柱状とし、受座２５を２つの斜面を有する溝形状とし、傾斜部１９を任意の方向へ傾斜させるためにカップ受け２７が回転中心Ｏを含む鉛直線の回りに回転するようにしてもよい。
【００２０】
次に、傾斜ステージ３の傾角を保持するための構成について説明する。
【００２１】
図２、図３に示すように、本実施形態は、受座２５とカップ２３との摩擦によって余計な外力を加えることなく傾角を保持するために、傾斜部１９の重心Ｇが傾斜部１９の回転中心Ｏの近傍にくるようにしている。このようにすれば、傾斜状態において、傾斜部１９に作用する重力によるトルクを小さくすることができるので、傾角保持が容易となる。
【００２２】
以下、このことを図３の断面図を用いてより詳しく説明する。なお、図３においては、説明の便宜上、傾斜部１９の重心Ｇをやや下げて図示している。傾斜部１９の質量をｍ、重力加速度をｇ、回転中心Ｏから略半球状のカップ２３の球面までの距離（即ちカップ２３の球面を含む完全な球面の半径）をＲ、回転中心Ｏから傾斜部１９の重心Ｇまでの距離をＬ、受座２５の円錐又は部分円錐面の法線（図３に示すようにカップ２３との接触点から回転中心Ｏへ向かう線分）が回転中心Ｏを含む鉛直線となす角度をＡ、傾角をθとする。
【００２３】
傾斜状態では、重心Ｇが回転中心Ｏを含む鉛直線上の位置から外れるため、傾斜部１９には水平状態に戻ろうとする力が作用する。傾斜部１９を回転中心Ｏの回りに回転させようとする重力によるトルクＴａは、
（１）  Ｔａ＝Ｌ×ｍｇ・sinθ
である。Ｔａは傾角θに依存し、傾きが大きくなるにつれて大きくなる。傾角θがある角度で傾斜部１９が受座２５に対して滑り出すとき、その瞬間の摩擦力による回転を妨げようとするトルクＴｍは、受座２５とカップ２３の間の摩擦係数をμ、垂直抗力をＮとすると、
（２）  Ｔｍ＝Ｒ×μＮ＝Ｒμｍｇ・cosＡ
である。例えば、ステージ板２１が傾角θ＝３０°でカップ受け２７やブロック２９の一部に当接するように設計することで、θ＝３０°まで傾斜させることができるようにした場合、θが０°から３０°までの傾斜状態において、常にＴａ≦Ｔｍを満たすならば、傾斜は保たれることになる。
【００２４】
Ｔｍ−Ｔａを仮にＰとおくと、
（３）  Ｐ＝Ｔｍ−Ｔａ＝ｍｇ（Ｒμ・cosＡ−Ｌ・sinθ）
となる。Ｐ≧０となれば傾角は保持されるが、Ｐが大きければより安定した傾角の保持が可能となる。
【００２５】
Ｐを大きくするためには、次のような方法がある。（方法１）Ｌを小さくする、（方法２）Ｒを大きくする、（方法３）μを大きくする、（方法４）Ａを小さくする。しかし、（方法２）Ｒを大きくすることはカップ２３半径を大きくすることになり、結果としてＬも大きくなる。また、（方法３）μを大きくすることは表面を荒くするということになり手感が悪くなる。（方法４）Ａを小さくするとカップ２３と受座２５の接触位置が狭まっていき球面の底面に近くなっていくので、傾斜部１９の安定が悪くなる。以上より（方法１）Ｌを小さくすることが最適と考えられる。
【００２６】
傾角保持の条件Ｐ≧０をＬについて解くと、式（３）より、
（４）  Ｌ≦μＲ・cosＡ／sinθ
を得る。例えば、上述のように傾斜ステージ３の構造上、傾角θが０°から３０°まで変化するように設計した場合、この範囲でＬが式（４）を満足するほど小さければ、傾斜部１９の傾斜状態は自重で保たれることになる。本実施形態では、安定した傾角の保持のために、回転中心Ｏから傾斜部１９の重心Ｇまでの距離Ｌを、μＲ・cosＡ／sinθ以下でできるだけ短くする。
【００２７】
Ｌの値を小さくするためには重心Ｇを回転中心Ｏに近づければよい。例えば回転中心Ｏに重心Ｇが一致する場合はカップ２３が球のときであるが、傾斜ステージ３の構成上カップ２３を球にすることはできない。少しでも重心Ｇを回転中心Ｏに近づけるために、本実施形態では、傾斜部１９のステージ板２１の重量を大きくし、カップ２３の重量を小さくする。この理由を次に述べる。
【００２８】
ステージ板２１の重心をＧｓ、ステージ板２１の重量をＭｓ、カップ２３の重心をＧｃ、カップ２３の重量をＭｃ、ステージ板２１とカップ２３の重心間距離をｘ、ステージ板２１の重心Ｇｓからステージ板２１とカップ２３の合成重心Ｇまでの距離をＱとすると、
（５）  Ｑ＝ｘ・Ｍｃ／（Ｍｓ＋Ｍｃ）
となる。また、Ｌは回転中心Ｏから傾斜部１９を構成するステージ板２１とカップ２３の合成重心Ｇ（傾斜部１９の重心Ｇ）までの距離であり、
（６）  Ｌ＝ＯＧ＝ＯＧｓ＋Ｑ
となる。
【００２９】
例えば、式（５）より、Ｍｓ＝２５０ｇ、Ｍｃ＝２５０ｇ、ｘ＝２０ｍｍのとき、Ｑ＝２０×２５０／５００＝１０ｍｍとなる。これに対して、Ｍｓ＝５００ｇ、Ｍｃ＝１００ｇ、ｘ＝２０ｍｍのとき、Ｑ＝２０×１００／６００＝３．３３・・・ｍｍとなり、Ｌが小さくなる。つまり回転中心Ｏに近いステージ板２１の重量を大きくし、回転中心Ｏから遠いカップ２３の重量を小さくすれば、傾斜部１９の重心Ｇを回転中心Ｏに近づけることができる。
【００３０】
ステージ板２１の重量を大きくし、カップ２３の重量を小さくするためには、ステージ板２１の材料に用いる物質の比重を、カップ２３の材料に用いる物質の比重に比べて大きくすればよい。例えば、カップ２３を比重の小さいアルミやプラスチックで作成し、ステージ板２１を比重の大きいステンレスや真鍮で作成すればよい。ステージ板２１とカップ２３の材料の比重は極端に違う方が効果は出るが、充分な効果を得るために比が２：１、即ちステージ板２１の材料の比重をカップ２３の材料の比重の２倍以上とすることが好ましい。
【００３１】
また比重の違う材料を用いるだけではなく、ステージ板２１の容積を大きくしカップ２３の容積を小さくすることにより各重心にかかる重量の差を大きくすることもできる。容積を変える方法として、カップ２３の内部を刳り貫いて空洞にすること、円板状のステージ板２１の直径を回転中心Ｏからカップ２３の球面までの距離Ｒに対して大きくする（式（６）のＯＧｓを小さく抑えるために、厚くせずに直径を大きくする）ことが考えられる。具体的には、カップ２３の刳り貫き量は、刳り貫く前のカップ２３の容積の半分以上であることが好ましい。また、ステージ板２１の半径は２Ｒ以上であることが好ましい。
【００３２】
次に、本実施形態の傾斜ステージ３の数値実施例について述べる。
【００３３】
カップ２３はアルミニウム製とし、ステージ板２１は真鍮製とする。アルミの比重は約２．８、真鍮の比重は約８．５であり比重の比は約３：１である。受座２５を有するカップ受け２７にＰＯＭ（ポリアセタール）を使用し、ＰＯＭの受座２５とアルミのカップ２３との間の摩擦係数μ＝０．１２、回転中心Ｏからカップ２３の球面までの距離Ｒ＝３０ｍｍ、傾角θ＝３０°、受座２５の円錐又は部分円錐面の法線が回転中心Ｏを含む鉛直線となす角度Ａ＝３０°とする。このとき傾角保持の条件は、式（４）より
（７）  Ｌ≦０．１２×３０×cos３０°／sin３０°＝６．３ｍｍ
となる。
【００３４】
ここで図４に示すように、カップ２３の中をφ４０ｍｍほどの大きさで刳り貫き空洞にし、刳り貫く前のカップ２３の容積が約３６０００ｍｍ３に対して、刳り貫いた後のカップ２３の容積が約１８０００ｍｍ３とする。さらにステージ板２１の直径をφ１２０ｍｍ（＝４Ｒ）とする。また、回転中心Ｏはステージ板２１の上面に位置する。この状態で３次元ソフトモデルを用いて容積と比重よりＬを算出するとＬ＝５．４ｍｍとなる。式（７）の条件を満たしているので、傾角保持が可能となる。
【００３５】
以上のように、本実施形態によれば、特別な機構を必要とせず、また摺動面を荒くして摩擦力を大きくすることなく、滑らかな傾角調整及び安定した傾角保持が可能な耐久性に優れた傾斜ステージとこれを有する顕微鏡を提供することができる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本願の実施形態に係る傾斜ステージを備えた顕微鏡を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】本願の実施形態に係る傾斜ステージを示す断面図である。
【図３】本願の実施形態に係る傾斜ステージの傾斜状態を示す断面図である。
【図４】数値実施例に対応する傾斜ステージを示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１          顕微鏡
３          傾斜ステージ
１７        固定部
１９        傾斜部
２１        ステージ板
２３        カップ
２５        受座
２７        カップ受け
Ｏ          回転中心
Ｇ          重心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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