(57)【要約】【課題】粗動による長い可動範囲の全域に亘って微動変位の精度がよいとともに、重量物を対象負荷物とする場合にも対応可能な粗微動装置を提供する。【解決手段】積層圧電素子１５１の変位の方向を一対のクロスローラガイド１４１ａ，１４１ｂによる併進運動の方向に規定する弾性ヒンジで連結された一対の平行リンク１５３，１５４と平行リンク１５３，１５４間に設けられて微動変位を取り出すための微動変位部１５５とによる平行リンク機構１５２をそれぞれ有する一対の微動変位発生機構１５０を、微動変位部１５５に固定された側面部材１３１ａ，１３１ｂの負荷物取付部分を挟んで対称となるように配置させて、粗動駆動される第１の可動部１２０に備える。【選択図】        図１
2010097061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、
第１の可動部と、
該第１の可動部を前記固定部に対して併進運動可能に支持する直動案内手段と、
前記第１の可動部を前記固定部に対して変位させる電動送りねじ手段と、
移動対象となる負荷物が取り付けられる第２の可動部と、
微動変位部に前記第２の可動部が固定され、該第２の可動部の負荷物取付部分を挟んで対称となるように前記第１の可動部に設けられた一対の微動変位発生機構と、
を備え、
前記一対の微動変位発生機構のそれぞれは、
変位発生素子と、該変位発生素子の変位の方向を前記直動案内手段による併進運動の方向に規定する弾性ヒンジで連結された一対の平行リンクと該一対の平行リンク間に設けられて微動変位を取り出すための前記微動変位部とによる平行リンク機構とからなることを特徴とする粗微動装置。
【請求項２】
前記直動案内手段は、一対のクロスローラガイドまたはボールガイドであり、前記電動送りねじ手段の送りねじを挟んで対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の粗微動装置。
【請求項３】
前記第１の可動部は、前記直動案内手段を取り付ける面を含む３平面または４平面に、変形に抗する壁を有する蓑型または蓋無し箱型の形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の粗微動装置。
【請求項４】
前記一対の微動変位発生機構は、前記変形に抗する壁のうち、対向する２面の壁に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の粗微動装置。
【請求項５】
前記電動送りねじ手段の送りねじは、滑りねじであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の粗微動装置。
【請求項６】
前記変位発生素子は、前記平行リンクに対して変位拡大率が１未満となる位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の粗微動装置。
【請求項７】
前記対象負荷物は、対物レンズを保持するレボルバであり、前記第２の可動部と前記微動変位部との固定点は、前記対物レンズの光軸に対応する位置に設定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の粗微動装置。
【請求項８】
対物レンズが搭載された請求項１〜７のいずれか一つに記載の粗微動装置と、
標本に対する前記対物レンズの焦点ずれを検出する自動焦点検出装置と、
該自動焦点検出装置により検出された焦点ずれ量に基づき前記対物レンズを変位させ焦点が前記標本に合焦するように前記粗微動装置を帰還制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする自動合焦装置。
【請求項９】
前記制御手段は、
前記標本の表面位置の捕捉を、前記電動送りねじ手段による粗動変位により行い、
前記対物レンズの焦点深度内への合焦を、前記変位発生素子の駆動による前記一対の微動変位発生機構の微動変位により行うことを特徴とする請求項８に記載の自動合焦装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粗微動装置、特に、対物レンズや試料台などを光軸方向に変位させて焦点合わせなどを行う、顕微鏡の光軸方向の粗微動装置およびこの粗微動装置を備える自動合焦装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、顕微鏡において対物レンズを光軸方向に変位させて焦点合わせを行うための焦準機構として、粗動機構がある（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、レボルバ等を保持する保持部材の撓みやロストモーションによって、十分な微動追従性やバックラッシのなさを実現することができない。
【０００３】
このため、粗動機構に、圧電素子などの変位駆動素子による微動機構を組み合わせた粗微動装置が種々提案されている（例えば、特許文献２，３，４参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−４３３６８号公報
【特許文献２】特開平５−４０２２７号公報
【特許文献３】特開平６−１０９９６３号公報
【特許文献４】特開平８−３１３７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２〜４等に示される従来の粗微動装置の場合、二重ガイドであったり、微動変位の伝達が接触による不安定な伝達であるために走り精度が悪化したり、レボルバ等を保持する保持部材の撓みやロストモーションを根絶できないという問題点がある。よって、微動変位の精度が十分でない状況に留まっているものである。
【０００６】
このため、従来技術にあっては、粗動による長い可動範囲の全域に亘って微動変位の精度を確保しつつ、重量物を対象負荷物とする場合にも対応可能な粗微動装置は、未だ提供されてない現状にある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、粗動による長い可動範囲の全域に亘って微動変位の精度がよいとともに、重量物を対象負荷物とする場合にも対応可能な粗微動装置および自動合焦装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる粗微動装置は、固定部と、第１の可動部と、該第１の可動部を前記固定部に対して併進運動可能に支持する直動案内手段と、前記第１の可動部を前記固定部に対して変位させる電動送りねじ手段と、移動対象となる負荷物が取り付けられる第２の可動部と、微動変位部に前記第２の可動部が固定され、該第２の可動部の負荷物取付部分を挟んで対称となるように前記第１の可動部に設けられた一対の微動変位発生機構と、を備え、前記一対の微動変位発生機構のそれぞれは、変位発生素子と、該変位発生素子の変位の方向を前記直動案内手段による併進運動の方向に規定する弾性ヒンジで連結された一対の平行リンクと該一対の平行リンク間に設けられて微動変位を取り出すための前記微動変位部とによる平行リンク機構とからなることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる粗微動装置は、上記発明において、前記直動案内手段は、一対のクロスローラガイドまたはボールガイドであり、前記電動送りねじ手段の送りねじを挟んで対称に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる粗微動装置は、上記発明において、前記第１の可動部は、前記直動案内手段を取り付ける面を含む３平面または４平面に、変形に抗する壁を有する蓑型または蓋無し箱型の形状に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる粗微動装置は、上記発明において、前記一対の微動変位発生機構は、前記変形に抗する壁のうち、対向する２面の壁に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる粗微動装置は、上記発明において、前記電動送りねじ手段の送りねじは、滑りねじであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる粗微動装置は、上記発明において、前記変位発生素子は、前記平行リンクに対して変位拡大率が１未満となる位置に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる粗微動装置は、上記発明において、前記対象負荷物は、対物レンズを保持するレボルバであり、前記第２の可動部と前記微動変位部との固定点は、前記対物レンズの光軸に対応する位置に設定されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる自動合焦装置は、対物レンズが搭載された上記発明に記載の粗微動装置と、標本に対する前記対物レンズの焦点ずれを検出する自動焦点検出装置と、該自動焦点検出装置により検出された焦点ずれ量に基づき前記対物レンズを変位させ焦点が前記標本に合焦するように前記粗微動装置を帰還制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる自動合焦装置は、上記発明において、前記制御手段は、前記標本の表面位置の捕捉を、前記電動送りねじ手段による粗動変位により行い、前記対物レンズの焦点深度内への合焦を、前記変位発生素子の駆動による前記一対の微動変位発生機構の微動変位により行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる粗微動装置および自動合焦装置によれば、変位発生素子の変位の方向を直動案内手段による併進運動の方向に規定する弾性ヒンジで連結された一対の平行リンクと平行リンク間に設けられて微動変位を取り出すための微動変位部とによる平行リンク機構をそれぞれ有する一対の微動変位発生機構を、微動変位部に固定された第２の可動部の負荷物取付部分を挟んで対称となるように配置させて、粗動駆動される第１の可動部に備えるので、粗動による長い可動範囲の全域に亘って微動動作が安定し、微動変位の精度がよい上に、重量物を対象負荷物とする場合にも対応できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の粗微動装置および自動合焦装置を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
本実施の形態１にかかる粗微動装置は、顕微鏡システムにおいて、複数の対物レンズを搭載したレボルバを移動対象となる負荷物とし、このレボルバを光軸方向に変位させて焦点合わせを行うための上下軸に適用した例を示す。ここでは、顕微鏡の投光管への組み込みに適した構成例を示すが、投光管の全体や、対物レンズ、レボルバ等は、煩雑さを避けるため図示を省略する（例えば、後述の図１０参照）。
【００２０】
図１は、本実施の形態１の粗微動装置の構成を一部透視して示す斜視図であり、図２は、平面図であり、図３は、正面図であり、図４は、右側面図であり、図５は、光軸を通る中心線上で一部を切り欠いて示す右側面図であり、図６は、微動変位発生機構部分を断面して示す右側面図である。
【００２１】
まず、粗微動装置１００の概要として、図１に示す状態では、顕微鏡の観察者は図中右奥に位置し、左手前側に投光管の光源１０１が存在する。この光源１０１の照明光は、第１の可動部１２０に形成された孔１２０ａを通ってダイクロイックミラー（図示せず）で図中下方に折り曲げられ、レボルバ（図示せず）に搭載された対物レンズ（図示せず）を通って標本（図示せず）を落射照明する（例えば、後述の図１０参照）。なお、顕微鏡システムの観察光学系やカメラ結像光学系は、図中、上方に位置する。
【００２２】
本実施の形態１の粗微動装置１００は、図１〜図４に示すように、固定部１１０と、第１の可動部１２０と、第２の可動部１３０と、粗動変位発生機構１４０と、微動変位発生機構１５０とを備える。固定部１１０は、顕微鏡システムにおいて適宜箇所に固定配置される矩形ブロック体からなる。第１の可動部１２０は、固定部１１０と同等の高さに形成されて固定部１１０の手前側（観察者から見て奥側）に配置されるものである。
【００２３】
ここで、固定部１１０と第１の可動部１２０との間には、第１の可動部１２０を固定部１１０に対して図１中の上下方向（光軸方向）にのみ併進運動自在に案内支持する一対の直動案内手段となるクロスローラガイド１４１ａ，１４１ｂを備える。なお、直動案内手段は、クロスローラガイド１４１ａ，１４１ｂに代えて、一対のボールガイドであってもよい。また、一対のクロスローラガイド１４１ａ，１４１ｂ間の中心位置には、後述する電動送りねじ手段中のボールねじ１４２が配置され、第１の可動部１２０を固定部１１０に対して光軸方向に相対変位自在に位置決めしている。
【００２４】
また、第１の可動部１２０は、一対のクロスローラガイド１４１ａ，１４１ｂを取り付ける面を含む垂直方向の４平面に、変形に抗する壁１２１ａ〜１２１ｄを有する上方開口の蓋無し矩形箱形状に形成されることで、第１の可動部１２０自身の変形に抗する剛性が強められている。なお、第１の可動部１２０の垂直方向の面は、一対のクロスローラガイド１４１ａ，１４１ｂを取り付ける面の壁１２１ａを含んでいれば、３面であってもよく、例えば、壁１２１ｃが省略された蓑型形状に形成されていてもよい。このような構造の第１の可動部１２０の壁１２１ａ〜１２１ｄのうち、左右で対向する一対の壁１２１ｂ，１２１ｄ中に、後述する左右一対の微動変位発生機構１５０が一体で設けられている。
【００２５】
第１の可動部１２０に設けられたこれら一対の微動変位発生機構１５０の微動変位部１５５のねじ穴１５５ａには、それぞれ側面部材１３１ａ，１３１ｂがねじ１３２によって固定され、さらに、第１の可動部１２０の底面側においてこれら側面部材１３１ａ，１３１ｂを連結する底板１３１ｃが固定されている。これら側面部材１３１ａ，１３１ｂおよび底板１３１ｃにより第２の可動部１３０が構成されている。底板１３１ｃの底面には、移動対象となる負荷物、ここでは対物レンズが搭載されたレボルバ（図示せず）を後方から前方へ挿入し固定するための負荷物取付部分となるメスアリ構造体１３３が取り付けられている。ここで、メスアリ構造体１３３の位置は、左右の壁１２１ｂ，１２１ｄの中心位置に設定されている。すなわち、左右一対の微動変位発生機構１５０は、左右方向においてメスアリ構造体１３３を挟んで対称となる位置に配置されることとなる。
【００２６】
本実施の形態１の粗微動装置１００は、概略的には、粗動変位発生機構１４０により固定部１１０に対して第１の可動部１２０を光軸方向に粗動変位させると、第２の可動部１３０やメスアリ構造体１３３に固定されたレボルバも一体で光軸方向に粗動変位し、さらに、微動変位発生機構１５０により第１の可動部１２０に対して第２の可動部１３０を光軸方向に微動変位させるとメスアリ構造体１３３に固定されたレボルバが光軸方向に微動変位することとなる。
【００２７】
ついで、図５を参照して、粗動変位発生機構１４０について詳細に説明する。粗動変位発生機構１４０は、固定部１１０に対して第１の可動部１２０を光軸方向に粗動変位させることで、レボルバ等を粗動変位させるためのものである。このような粗動変位発生機構１４０は、ボールねじ１４２とステッピングモータ１４３とからなる電動送りねじ手段１４４と、一対のクロスローラガイド１４１ａ，１４１ｂとからなる。ボールねじ１４２は、ねじ軸１４２ａとこのねじ軸１４２ａに螺合するボールねじナット１４２ｂとからなる。ねじ軸１４２ａは、第１の可動部１２０の背面側（観察者から見て手前側）中央にて、固定支持側ボールねじサポート１４５ａ、ブラケット１４６を介して固定部１１０に固定されており、軸回転のみが許容される。ボールねじナット１４２ｂは、第１の可動部１２０に固定されたもので、ねじ軸１４２ａの回転によって上下動することで第１の可動部１２０も上下動させる。
【００２８】
なお、ボールねじナット１４２ｂの隙間等級は、予圧品より隙間品とした方が、各部の微細な加工組み立て誤差を吸収でき、総合的には円滑な動作を期待できる。なお、１４５ｂは、ねじ軸１４２ａの軸端の振れを規制する単純支持側ボールねじサポートとしてのベアリングであり、１４７は、そのハウジングであるが、固定支持側ボールねじサポート１４５ａのモーメント剛性が十分な場合には省略してもよい。また、ねじ軸１４２ａとボールねじナット１４２ｂとの組み合わせからなるボールねじ１４２は、研削品でよい場合が多いが、後述する微動変位発生機構１５０の可動範囲如何によっては、軸方向隙間と微動追従性の大きい転造ボールねじ、または一般の滑りねじを用いることで原価を抑えるようにしてもよい。
【００２９】
ステッピングモータ１４３は、ねじ軸１４２ａを回転駆動させるための駆動源であり、固定部１１０の背面側に固定配置されている。ステッピングモータ１４３とねじ軸１４２ａとは、それぞれの軸上に設けられた歯付きベルトプーリ１４８ａ，１４８ｂ間に歯付きベルト１４８を掛け渡すことにより連結され、ステッピングモータ１４３の回転がねじ軸１４２ａに伝達される構成とされている。なお、歯形はインボリュート曲線とし、歯付きベルトプーリ１４８ａ，１４８ｂの歯切りは転位によって噛み合い隙間を０に近付けると、ロストモーションの少ない良好な動作を期待できる。１４９は、ステッピングモータ１４３の回転振動を低減するための回転ダンパである。
【００３０】
また、図６を参照して、微動変位発生機構１５０について詳細に説明する。微動変位発生機構１５０は、第１の可動部１２０に対して第２の可動部１３０を光軸方向に微動変位させることで、レボルバ等を微動変位させるためのものである。ここで、微動変位発生機構１５０の微動追従性およびロストモーションは、ボールねじ１４２の微動追従性およびロストモーションよりも小さいことによって、その可動範囲が、ボールねじ１４２の微動追従性およびロストモーションを補完し得る範囲となるように設定されている。
【００３１】
微動変位発生機構１５０は、変位発生素子である積層圧電素子１５１と、平行リンク機構１５２との組み合わせからなる。このような微動変位発生機構１５０は、一対が、第１の可動部１２０の左右の壁１２１ｂ，１２１ｄにそれぞれ同一構造で設けられている。平行リンク機構１５２は、上下方向に離間させて実効長が同一で平行に設けられた一対の平行リンク１５３，１５４と、これら平行リンク１５３，１５４間に接続して設けられて微動変位を取り出すための微動変位部１５５とにより構成されている。このような平行リンク機構１５２は、壁１２１ｂ，１２１ｄにワイヤカットによる切り込みを入れることにより形成されている。
【００３２】
ここで、平行リンク１５３，１５４は、支点１５３ａ，１５４ａ、着力点１５３ｂ、作用点１５３ｃ，１５４ｃの各部が弾性ヒンジで連結される構造とされている。着力点１５３ｂには積層圧電素子１５１が連結され、作用点１５３ｃ，１５４ｃ間には微動変位部１５５が連結されている。なお、側面部材１３１ａ，１３１ｂと微動変位部１５５との固定点となるねじ穴１５５の位置は、対物レンズの光軸Ｌに対応する位置となるように設定されている。また、第１の可動部１２０の下部側には雌ねじが切られ、ピン１５６が螺入されている。このピン１５６は、雄ねじ部１５６ａの上端側にピン部１５６ｂを有し、ピン部１５６ｂが平行リンク１５４部分に開けられた孔１５７に接触することなく貫通して先端が積層圧電素子１５１の底面に当接するものである。これより、積層圧電素子１５１の底面を固定部とし、上端が可動部となって平行リンク１５３の着力点１５３ｂを押し上げるように構成されている。また、着力点１５３ｂは、平行リンク１５３，１５４の実効長に対して（作用点１５３ｃ，１５４ｃに対して）内側位置に設定されている。
【００３３】
このような構成において、ステッピングモータ１４３を回転駆動させると、その回転は、歯付きベルト１４８、歯付きベルトプーリ１４８ａ，１４８ｂを介してボールねじ１４２のねじ軸１４２ａに伝達される、そして、ねじ軸１４２ａに螺合するボールねじナット１４２ｂを上下動させることで、固定部１１０に対して第１の可動部１２０を上下に粗動変位させる。第１の可動部１２０の動きは、一対のクロスローラガイド１４１ａ，１４１ｂによって直動するようにガイドされる。このとき、一対のクロスローラガイド１４１ａ，１４１ｂは、ねじ軸１４２ａを挟んで対称に配置されているので、第１の可動部１２０の粗動変位は、安定した直動変位となる。そして、第１の可動部１２０に搭載されている第２の可動部１３０も上下動するため、第２の可動部１３０に固定されたレボルバが上下に粗動変位することとなる。
【００３４】
この際、本実施の形態１においては、ステッピングモータ１４３は、歯付きベルト１４８、歯付きベルトプーリ１４８ａ，１４８ｂを介してボールねじ１４２のねじ軸１４２ａの手前側（観察者から見て奥側）に配置されているので、投光管の上面からこれらの部材が突出せず全高が抑えられているので、従来の投光管と同等の全高に収まり、周辺機器の組み合わせに制約が生じない。
【００３５】
一方、積層圧電素子１５１を駆動させて平行リンク１５３の着力点１５３ｂを押し上げると、平行リンク機構１５２が動作し、その微動変位部１５５が微動変位する。すなわち、積層圧電素子１５１の駆動により平行リンク１５３，１５４が傾くとき、作用点１５３ｃ，１５４ｃに連結され微動変位部１５５は、図５や図６において、上下方向にほぼ併進運動して微動変位を発生する。この際、平行リンク１５３，１５４や微動変位部１５５等は、弾性ヒンジによって連結されているので、バックラッシは原理的に存在しないものとなる。微動変位部１５５が微動変位すると、この微動変位部１５５に固定された側面部材１３１ａ，１３１ｂが第１の可動部１２０に対して上下に微動変位する。これにより、側面部材１３１ａ，１３１ｂ間に一体化された底板１３１ｃのメスアリ構造体１３３に取り付けられたレボルバも、第１の可動部１２０に対して上下に微動変位する。このとき、側面部材１３１ａ，１３１ｂと微動変位部１５５との固定点（ねじ穴１５５ａの位置）は、光軸Ｌに対応する位置に設定されているので、レボルバ（したがって、対物レンズ）の微動変位は、安定した直動変位となる。
【００３６】
このようにして、レボルバ（したがって、対物レンズ）は、固定部１１０に対して粗動変位発生機構１４０による粗動変位と微動変位発生機構１５０による微動変位とを合わせた分、上下に変位することとなる。このように本実施の形態１によれば、積層圧電素子１５１の変位の方向を一対のクロスローラガイド１４１ａ，１４１ｂによる併進運動の方向に規定する弾性ヒンジで連結された一対の平行リンク１５３，１５４と平行リンク１５３，１５４間に設けられて微動変位を取り出すための微動変位部１５５とによる平行リンク機構１５２をそれぞれ有する一対の微動変位発生機構１５０を、微動変位部１５５に固定された第２の可動部１３０のメスアリ構造体１３３（負荷物取付部分）を挟んで対称となるように配置させて、粗動駆動される第１の可動部１２０に備えるので、微動動作が安定し、微動変位の精度がよくて、重量物を対物レンズ搭載のレボルバのような対象負荷物とする場合にも対応することができる。
【００３７】
ここで、本実施の形態１では、平行リンク１５３，１５４の実効長に対して積層圧電素子１５１の着力点１５３ｂが内側に設定されており、図５や図６に示す例では、作用点１５３ｃ，１５４ｃに位置する微動変位部１５５において、約１．５倍の変位拡大作用がある。例えば、積層圧電素子１５１の可動範囲の実例を２０μｍとすると、微動変位部１５５は約３０μｍの可動範囲を有することとなる。これは、研削品の滑りねじの軸方向隙間とほぼ同じであり、転造ボールねじの軸方向隙間はそれより少ない。したがって、電動送りねじ手段１４４を研削ボールねじのみならず、安価な転造ボールねじや研削滑りねじとしても、そのロストモーションを微動変位発生機構１５０の動作が補完することができる。このように微動変位発生機構１５０に１以上の変位拡大作用を持たせることで、ロストモーションが大きく安価な滑りねじを使用することが可能となる。
【００３８】
（変形例１）
図７は、実施の形態１の変形例１にかかる微動変位発生機構部分を断面して示す右側面図である。変形例１の平行リンク機構１６０は、平行リンク機構１５２の場合と同様に、平行リンク１６１，１６２と微動変位部１５５とからなる。ここで、変形例１では、積層圧電素子１５１の着力点１６１ｂが外側に設定され、微動変位部１５５に対する作用点１６１ｃ，１６２ｃが内側に設定され、変位拡大率が１未満となるように構成されている。なお、１６１ａ，１６２ａは、支点である。この場合も、側面部材１３１ａ，１３１ｂと微動変位部１５５との固定点は、光軸Ｌに対応する位置に設定されている。また、積層圧電素子１５１の固定端側は、第１の可動部１２０に刻設された雌ねじに螺入されたねじ１６３の先端が当接することで固定している。この場合、ねじ１６３は短く、平行リンク１６２を貫通していない。
【００３９】
変形例１によれば、図７に示す例で、平行リンク機構１６０の変位拡大率は約０．７５程度となる。例えば、積層圧電素子１５１の可動範囲の実例を２０μｍとすると、微動変位部１５５は約１５μｍの可動範囲を有することとなる。よって、粗動変位発生機構１４０の送りねじとしては、軸方向隙間の少ない研削ボールねじ１４２を用いることが望ましい。また、変形例１によれば、平行リンク１６２は貫通孔がなく、ねじ１６３も短いので、剛性が高くなる。さらに、微動変位発生部１５５の変位拡大率が１よりも小さいので、発生力が大きく、よって、実施の形態１の場合に比して、重量物の負荷を高精度に微動上下させる場合に一層好適となる。
【００４０】
（変形例２）
図８は、実施の形態１の変形例２にかかる微動変位発生機構部分を断面して示す右側面図である。変形例２では、変形例１の構成において、積層圧電素子１５１に代えて、全長が約２倍の積層圧電素子１７１を用いたものである。すなわち、積層圧電素子１７１は、単独で供給できる変位量が実例で約４０μｍに倍増されている。
【００４１】
本変形例２によれば、変形例１の場合のように変位拡大率が０．７５と１よりも小さいにもかかわらず、積層圧電素子１７１自身が約４０μｍの可動範囲を有するので、微動変位部１５５は実施の形態１の場合と同様に約３０μｍの可動範囲を有することなる。よって、粗動変位発生機構１４０の送りねじとしては、軸方向隙間の大きい滑りねじも使用可能な上に、重量物の負荷を高精度に微動上下させる場合に好適となる。
【００４２】
（変形例３）
図９は、実施の形態１の変形例３にかかる粗微動装置の構成を一部透視して示す斜視図である。変形例３は、実施の形態１におけるボールねじ１４２に対する駆動伝達系を変更したものである。すなわち、固定支持側ボールねじサポート１４５ａの上方にねじ軸１４２ａと同軸でステッピングモータ１４３を配置させたものである。ステッピングモータ１４３は、ブラケット１８１を介して固定部１１０側に固定され、その軸はカップリング１８２を介してねじ軸１４２ａの端部に接続されている。カップリング１８２は、原理的にバックラッシの発生しないスリット型またはディスク型などが望ましい。また、カップリング１８２の上方には、ステッピングモータ１４３の回転振動を低減するための回転ダンパ１８３を有する。なお、図９においては、理解を助けるために、ブラケット１８１、カップリング１８２および回転ダンパ１８３は断面状態で図示している。
【００４３】
変形例３の場合、ステッピングモータ１４３の部分が投光管から上方に突出しているので、投光管の上部に鏡筒を組み合わせて接眼レンズで観察することはできなくなる。しかしながら、カメラ鏡筒のみであれば組み合わせ可能であるので、接眼レンズ観察が不要な用途の場合に好適となる。これは、歯付きベルト１４８よりもねじり剛性が高く、バックラッシもないカップリング１８２でモータ軸とねじ軸１４２ａとを接続することで、モータ軸とねじ軸１４２ａとの間の伝達手段に起因すねじれやバックラッシを軽減できるためである。よって、変形例３によれば、粗動側の微動追従性やバックラッシが改善され、積層圧電素子１５１に与える最大電圧を少なくしてその変位量を抑えることができ、積層圧電素子１５１の長期寿命化を配慮した駆動が可能となる。
【００４４】
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２の顕微鏡における自動合焦装置の構成を示す概念図である。この自動合焦装置２００は、顕微鏡における落射投光管２０１と、自動焦点検出装置としてのオートフォーカスユニット２０５と、制御手段２０６とを備える。落射投光管２０１は、例えば実施の形態１等で説明した粗微動装置１００を含むものであり、負荷物として、複数の対物レンズ２０２を搭載したレボルバ２０３が底板１３１ｃのメスアリ構造体１３３に固定されている。そして、ステッピングモータ１４３の駆動による粗動と積層圧電素子１５１の駆動による微動との組み合わせによって、対物レンズ２０２を搭載したレボルバ１５３を光軸方向に上下させ、高さの固定された標本２０４の表面に対して合焦するように焦点調整を行うものである。
【００４５】
また、オートフォーカスユニット２０５は、標本２０４の表面に対する対物レンズ２０２の焦点ずれ信号を出力する。焦点ずれ信号は、焦点が合ったときに０となるような信号であるが、アナログ信号であってもデジタル信号であってもよい。オートフォーカスユニット２０５の具体的な原理の一例は、瞳分割法によるもの、または共焦点型でファー側、ニア側に一つずつ検出ユニットを持ち、それぞれの出力信号から無次元化した焦点ずれ信号を出力するものである。無次元化の具体例としては、ファー側検出ユニットの信号をＡ、ニア側検出ユニットの信号をＢとするとき、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）なる計算をする。このようにすると、ファー側に焦点ずれしているときには正、ニア側に焦点ずれているときには負、合焦時に０となるような信号、すなわち、瞳分割法の焦点ずれ信号と同様な信号が得られる。
【００４６】
さらに、制御手段２０６は、制御アルゴリズム２０７、微動制御部２０８および粗動制御部２０９を含む。制御アルゴリズム２０７は、オートフォーカスユニット２０５から焦点ずれ信号を収集し、演算と判断を行って、微動制御部２０８と粗動制御部２０９に駆動指令を出すことで、対物レンズ２０２を変位させ焦点が標本２０４に合焦するように粗微動装置１００を帰還制御する。制御アルゴリズム２０７は、本質的には、ファーム上に書かれる等したソフトウェアであり、タイミングクロックに従い、データの読み出しと加工と判定と指示とを繰り返し行うプロセスである。微動制御部２０８と粗動制御部２０９は、制御アルゴリズム２０７から与えられる駆動指令に従い、それぞれ、積層圧電素子１５１とステッピングモータ１４３を駆動する。
【００４７】
このような構成において、ステッピングモータ１４３と積層圧電素子１５１は、制御アルゴリズム２０７の分岐状況に従って、切り換えながら駆動される。一例として、レボルバ２０３を高速に走査して標本２０４の表面の大まかな位置を検出するまでをステッピングモータ１４３を駆動することによる粗動変位により行い、対物レンズ２０２の焦点を標本２０４の表面の焦点深度以内の範囲に合わせるまでの微細な制御を積層圧電素子１５１の駆動による微動変位で行うようにすればよい。
【００４８】
本実施の形態２によれば、焦点深度の浅い特殊高倍率の対物レンズ２０２であっても、迅速高精度に、厳密に焦点の合った観察像を得ることが可能となる。また、本実施の形態２は、時定数が存在しない制御系による制御であるので、周辺機器の組み合わせが変わるなど、顕微鏡システムの状態が変動しても、常に安定した動作が得られるものとなる。
【００４９】
本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。例えば、前述の説明では、対物レンズ２０２を搭載したレボルバ２０３の上下動への適用例として説明したが、これに限らない。例えば、顕微鏡の試料台を上下させるための上下軸や、顕微鏡以外の機械において、長い可動範囲内に亘って微小な変位の発生を要する用途であっても、同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１の粗微動装置の構成を一部透視して示す斜視図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１の正面図である。
【図４】図１の右側面図である。
【図５】光軸を通る中心線上で一部を切り欠いて示す右側面図である。
【図６】微動変位発生機構部分を断面して示す右側面図である。
【図７】実施の形態１の変形例１にかかる微動変位発生機構部分を断面して示す右側面図である。
【図８】実施の形態１の変形例２にかかる微動変位発生機構部分を断面して示す右側面図である。
【図９】実施の形態１の変形例３にかかる粗微動装置の構成を一部透視して示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態２の顕微鏡における自動合焦装置の構成を示す概念図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００  粗微動装置
１１０  固定部
１２０  第１の可動部
１２１ａ〜１２１ｄ  壁
１３０  第２の可動部
１３３  メスアリ構造体
１４１ａ，１４１ｂ  クロスローラガイド
１４２  送りねじ
１４４  電動送りねじ手段
１５０  微動変位発生機構
１５１  積層圧電素子
１５２  平行リンク機構
１５３，１５４  平行リンク
１５５  微動変位部
１５５ａ  ねじ穴
１６０  平行リンク機構
１６１，１６２  平行リンク
１７１  積層圧電素子
２０２  対物レンズ
２０３  レボルバ
２０５  オートフォーカスユニット
２０６  制御手段
Ｌ  光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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