(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
顕微鏡のレボルバまたはステージを光軸方向へ移動させて焦点調整を行なう顕微鏡焦点調整機構において、
顕微鏡本体に光軸方向へ移動自在に設けられた粗動台と、
この粗動台を粗動させる粗動機構と、
前記粗動台に光軸方向へ移動自在に設けられ、前記レボルバまたはステージを支持する微動台と、
この微動台を前記粗動台に対して微動させる変位発生手段と、
前記微動台の前記粗動台に対する相対位置を検出するセンサと、
前記微動台の微動目標値を設定する微動目標値設定手段と、
前記センサにより検出された相対位置が前記微動目標値設定手段で設定された前記微動目標値に一致するように前記変位発生手段を閉ループ制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とする顕微鏡焦点調整機構。
【請求項２】
顕微鏡のレボルバまたはステージを光軸方向へ移動させて焦点調整を行なう顕微鏡焦点調整機構において、
顕微鏡本体に光軸方向へ移動自在に設けられた粗動台と、
この粗動台を粗動させる粗動機構と、
前記粗動台に光軸方向へ移動自在に設けられ、前記レボルバまたはステージを支持する微動台と、
この微動台を前記粗動台に対して微動させる変位発生手段と、
前記微動台に支持された前記レボルバまたはステージの前記粗動台に対する相対位置を検出するセンサと、
前記微動台の微動目標値を設定する微動目標値設定手段と、
前記センサにより検出された相対位置が前記微動目標値設定手段で設定された前記微動目標値に一致するように前記変位発生手段を閉ループ制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とする顕微鏡焦点調整機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、顕微鏡のレボルバまたはステージを光軸方向へ移動させて焦点調整を行なう顕微鏡焦点調整機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、顕微鏡における焦点調整は、顕微鏡の焦準ハンドルを回転させることにより、レボルバまたはステージを光軸方向へ上下に粗動および微動させることによって行なわれていた。しかし、この調整手段は微動精度が悪いという欠点があった。そこで、特開平６−１０９９６３号公報に示されているように、レボルバまたはステージの微動精度を向上させるべく、レボルバまたはステージの光軸方向への微動を変位発生素子によって行なう顕微鏡焦点調整機構が提案されている。
【０００３】
図１０は、上記公報に開示されている顕微鏡焦点調整機構の概略的構成を示す図である。図１０において、１０１は顕微鏡本体、１０２は粗動機構、１０３は粗動台、１０４は変位発生素子、１０５は駆動リンク、１０６が微動台である。この機構は、粗動機構１０２を操作すると粗動台１０３に駆動力が伝達され、粗動台１０３が顕微鏡本体１０１の内壁ガイドに案内されて光軸ａの方向へ粗動する。また変位発生素子１０４の伸縮による変位がリンク機構１０５を介して微動台１０６へ伝達され、微動台１０６が粗動台１０３の内壁ガイドに案内されて光軸ａの方向へ微動するものとなっている。
【０００４】
なお、変位発生素子１０４の伸縮量は変位発生素子１０４の表面に貼り付けられた歪みゲージにより検出され、制御系を通じて変位発生素子１０４へフィードバックされる。かくして、変位発生素子１０４の伸縮による微動台１０６の微動精度の向上が図られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の顕微鏡焦点調整機構には、次のような欠点がある。
第１に微動台１０６の粗動台１０３に対する移動目標値を予め設定し、その移動目標値通りに微動台１０６が移動するように変位発生素子１０４が制御されたとしても、例えば顕微鏡の長期の使用等によりリンク機構１０５にガタツキ等の障害が生じている場合には、変位量が微動台１０６に正確に伝達されないため、前記移動目標値通りに微動台１０６が移動しないおそれがある。しかるに、従来の顕微鏡焦点調整機構においては、微動台１０６自体の移動変位を検出し前記移動目標値通りに移動したか否かを判定する機能を有していないため、微動台１０６が正確に移動していないにも拘らず、焦点調整が完了したと誤認され、そのまま観察が実行されてしまうおそれがあった。
【０００６】
第２に上記従来の機構は、変位発生素子１０４だけが制御されており、制御上では閉ループになっているものの、変位発生素子１０４の変位に対する微動台１０６の速応性が劣っている。
【０００７】
第３に微動台１０６のガイド部の変位や、リンク機構１０５のガタツキ等により、位置再現性に乏しいという欠点がある。
ところで、特開平６−１３８３９５号公報には被駆動部の動作位置（変位）を検出するセンサを備えた顕微鏡焦点調整機構が開示されている。
【０００８】
図１１は上記公報に開示されている顕微鏡焦点調整機構の概略的構成を示す図である。図１１において１０７は顕微鏡本体の固定部、１０８は対物レンズ、１０９は粗動機構、１１０は微動機構の変位発生素子、１１１はステージ、１１２はセンサである。この機構は、顕微鏡の固定部１０７に取り付けられたセンサ１１２がステージ１１１の位置の絶対値を検出し、その検出出力を制御系を通じて変位発生素子１１０にフィードバックし、ステージ１１１を制御するものとなっている。
【０００９】
この機構では、焦点調整を行う際に先ず粗動機構１０９でステージ１１１をセンサ１１２の測定範囲内に移動させる必要がある。実際、被検査物の厚さによって、ステージ１１１と対物レンズ１０８との位置が大きく異なる場合がある。通常上述のセンサ１１２としては静電容量センサまたは差動トランス型センサが使用されるが、静電容量センサの測定範囲は２０μ〜５００μであり、また差動トランス型センサの測定範囲は０．５〜２ｍｍであり、測定範囲が小さい。このため、全ての焦点調整を当該機構に使用されたセンサ１１２の測定範囲内で行なうことはできない。その場合、上記機構ではセンサ１１２の取付け位置の再調整もしくはセンサ１１２を取替え無ければ、焦点調整をすることができないという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、高精度な焦点調整を行なえると共に優れた速応性を有し、しかも異なる厚さの被検査物に対しても適確に対応することができ、センサの再調整や取替えをすることなく焦点調整を行なえる顕微鏡焦点調整機構を提供する事にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の顕微鏡は以下の如く構成されている。
（１）本発明の顕微鏡焦点調整機構は、顕微鏡のレボルバまたはステージを光軸方向へ移動させて焦点調整を行なう顕微鏡焦点調整機構において、顕微鏡本体に光軸方向へ移動自在に設けられた粗動台と、この粗動台を粗動させる粗動機構と、前記粗動台に光軸方向へ移動自在に設けられ、前記レボルバまたはステージを支持する微動台と、この微動台を前記粗動台に対して微動させる変位発生手段と、前記微動台の前記粗動台に対する相対位置を検出するセンサと、前記微動台の微動目標値を設定する微動目標値設定手段と、前記センサにより検出された相対位置が前記微動目標値設定手段で設定された前記微動目標値に一致するように前記変位発生手段を閉ループ制御する制御手段とから構成されている。
（２）本発明の顕微鏡焦点調整機構は、顕微鏡のレボルバまたはステージを光軸方向へ移動させて焦点調整を行なう顕微鏡焦点調整機構において、顕微鏡本体に光軸方向へ移動自在に設けられた粗動台と、この粗動台を粗動させる粗動機構と、前記粗動台に光軸方向へ移動自在に設けられ、前記レボルバまたはステージを支持する微動台と、この微動台を前記粗動台に対して微動させる変位発生手段と、前記微動台に支持された前記レボルバまたはステージの前記粗動台に対する相対位置を検出するセンサと、前記微動台の微動目標値を設定する微動目標値設定手段と、前記センサにより検出された相対位置が前記微動目標値設定手段で設定された前記微動目標値に一致するように前記変位発生手段を閉ループ制御する制御手段とから構成されている。
【００１２】
【作用】上記手段（１）（２）を講じた結果、それぞれ次のような作用が生じる。
（１）本発明の顕微鏡焦点調整機構においては、粗動台と微動台との相対位置をセンサで検出し、変位発生手段の閉ループ制御を行うことによって、微動台を変位目標値まで移動させるようにしたので、速応性および位置再現性がよく、高精度な焦点調整が可能となる上、被検査物の厚さが大きく異なっても適確に対応できるものとなる。
（２）本発明の顕微鏡焦点調整機構においては、センサが微動台に装着されたレボルバまたはステージと粗動台との相対位置値を検出するように取付けられているため、対物レンズの重さや数により微動台にたわみが生じても、上記たわみの如何に拘らず、高精度に焦点調整をすることができる。
【００１３】
【実施例】
（第１実施例）
図１〜図３は、本発明の第１実施例に係る焦点調整機構の構成を示す図であり、倒立顕微鏡への適用例を示す図である。図１は正面図、図２は側面図、図３は上面断面図である。
【００１４】
図１〜図３に示す倒立顕微鏡は、検査像を対物レンズ１０から取込み、対物レンズ１０が垂直下方に配置された図示しない反射プリズムで反射させ、図示しない接眼レンズに導き、当該検査物を拡大観察できるように光学系が形成されている。
【００１５】
図１〜図３に示すように顕微鏡本体１は互いに対向する二つの側壁１ａ、１ｂと連結壁１ｃとを有しており、その各側壁１ａ，１ｂ内面の対向する位置に一対のガイド部２ａ，２ｂが上下方向に向けて配設されている。これら一対のガイド部２ａ、２ｂに案内されて粗動台３が、光軸ａの方向へすなわち図中上下方向へ移動自在に摺動するものとなっている。
【００１６】
また、顕微鏡本体１の側壁１ａ，１ｂ間には軸４が回転自在に貫通しており、この軸４の両端の側壁１ａ，１ｂ外へ出た部分には粗動ハンドル５が取付けられている。軸４の中間部には歯車６が取付けられており、この歯車６が粗動台３の背面に設けられたラック７に噛合している。これにより、粗動ハンドル５の回転が歯車６とラック７を介して粗動台３に伝達され、粗動台３を粗動させ得る。
【００１７】
粗動台３はその内面に光軸ａに沿って形成された一対のガイド部３ａ、３ｂを有している。この一対のガイド部３ａ、３ｂに案内されて微動台８が光軸ａの方向へ移動自在に摺動するものとなっている。微動台８の上端部には、斜めに傾いたつば部８ａが形成されており、このつば部８ａの上面にはレボルバ９が回転自在に取付けられている。このレボルバ９の周辺部に対物レンズ１０が取付けられている。
【００１８】
また、粗動台３の一側面上にはたとえば電歪素子等からなる変位発生素子１１が、その伸縮方向を光軸ａの方向に向けて固定されている。変位発生素子１１の変位出力端１１ａは、回転軸１３により粗動台３上に回転自在に軸支されているリンク１２の一端に当接している。リンク１２の他端は微動台８の下端部に突設された突起部８ｂに当接している。微動台８の底部と、粗動台３の下端近傍との間には、突起部８ｂとリンク１２とが常時接した状態で微動台８が微動でき、かつ変位発生素子１１に過度な荷重がかからないように、微動台８を弾性的に支持するバネ１４とバネ受け１５とが設けられている。かくして、変位発生素子１１が印加電圧に応じて伸縮すると、その伸縮量がリンク１２を介して微動台８に正確に伝達され、微動台８を光軸ａの方向へ安定に微動させ得る。
【００１９】
微動台８の粗動台３に対する相対位置を検出するために、粗動台３の上端部には差動トランス型センサ１６が取付けられている。すなわち、差動トランス型センサ１６の固定子（巻線側）は、粗動台３の上端肉厚部に光軸ａの方向に向けて埋設されており、同センサ１６の可動子側の下端は微動台８の中間突起部８ｃの上面に当接している。かくして微動台８と粗動台３との相対位置の変化に応じて差動トランス型センサ１６の出力が変化し、相対位置を検出し得るものとなっている。
【００２０】
図４は差動トランス型センサ１６を組み込んだ制御系２０の構成を示すブロック図である。図４に示すように微動目標値設定器２１で設定された微動目標値は比較器２２を介して指令信号として制御器２３に入力される。制御器２３の出力は電圧信号として増幅器２４で増幅されたのち変位発生素子１１に与えられる。変位発生素子１１が伸縮されると、その伸縮量はリンク１２を通じて微動台８に与えられるため、その微動量が差動トランス型センサ１６にて検出される。検出された粗動台２と微動台８との相対位置を示す信号は、比較器２２にて微動目標値と比較される。この比較によって求められた差は制御器２３に与えられる。制御器２３は上記差が零になるように増幅器２４を通じて変位発生素子１１を伸縮制御する。かくして微動台８は微動目標値に到達する。
【００２１】
上述のように、差動トランス型センサ１６にて微動台８の微動が検出され、制御器２３を通じて変位発生素子１１の閉ループ制御が行なわれることによって、微動台８は正確に微動目標値に移動することができる。このとき微動台８は変位発生素子１１の伸縮による変位に応じて優れた速応性を持つようになる。また、例えば変位発生素子１１とリンク１２との間の摩擦により、変位発生素子１１の変位出力端１１ａが弾性変形し、その摩擦力に打ち勝つと変位発生素子１１の先端が急に伸びるというスティックスリップの発生などの予期しない外乱があったとしても、上述の構成であればその外乱の悪影響を抑制する効果が得られる。したがって高精度な焦点調整を行なえる。また、差動トランス型センサ１６は固定子側が粗動台３に取付けられ可動子側が微動台８の突起部８ｂに当接しており、粗動台３と微動台８との相対位置を検出するものとなっているので、差動トランス型センサ１６を一度調整して取付けるだけで、被検査物の厚さが大きく異なる場合に対しても十分対応可能である。
【００２２】
（第２実施例）
図５および図６は本発明の第２実施例に係る焦点調整機構の構成を示した図であり、図５は側面図、図６は上面断面図である。なお、第１実施例と同一または対応する部分には同一符号を付して示し、その説明は省略する。
【００２３】
微動台８のつば部８ａは片持ち梁の形状をしているため、対物レンズ１０を取付けるとその重量によりたわみが生じる場合がある。その場合、レボルバ９に取付けた対物レンズ１０の数によって、生じるたわみ量に差が生じ、対物レンズ１０の光軸ａ方向における位置が変化してしまい、顕微鏡焦点調整における位置再現性に悪影響を及ぼす。そこでこの第２実施例においては、差動トランス型センサ１６の固定子側は第１実施例と同様に粗動台３に取付けられているが、可動子側は微動台８のつば部８ａの先端に固定されている。つまり検出しているのは粗動台３と微動台８のつば部８ａに取付けられたレボルバ９との相対位置である。
【００２４】
図４に示した制御器２３のゲインを適切な値に設定すれば、上述の構成で対物レンズの数の多さに拘らず、高精度な焦点調整ができる。
（第３実施例）
図７〜図９は本発明の第３実施例に係る焦点調整機構の構成を示す図であり、本発明を正立顕微鏡に適用した例である。図７は正面図、図８は側面図、図９は上面断面図である。図７〜図９において、第１実施例と同一または対応する部分には同一符号を付して示し、その説明を省略する。
【００２５】
図７〜図９においては、顕微鏡本体１の対向する二つの側壁１ａ、１ｂに一対のガイド部２ａ、２ｂが上下方向に向けて配設されており、そのガイド部２ａ、２ｂ間に粗動台３の両側が摺動自在に挟持されている。
【００２６】
軸４の中間部の外周面には歯車部が形成されており、その歯車部が２段ギヤ６０の大径ギヤ６１に噛合し、２段ギヤ６０の小径ギヤ６２は粗動台３の背面に設けてあるラック７に噛合している。
【００２７】
また粗動台３の内側面には、変位発生素子１１が伸縮車両を水平方向に向けて取付けられている。この変位発生素子１１の変位出力端１１ａはＬ型リンク３０の一方のアームに当接している。Ｌ型リンク３０の他方のアームには微動台８に固定された板３１が取付けられている。このＬ型リンク３０は、変位発生素子１１の伸縮により回転軸３２を中心として回転自在であり、変位発生素子１１の伸縮による変位が回転軸３２を中心として回転するＬ型リンク３０を通じて微動台８に固定された板３１に伝達され、微動台８を微動させる。なお、微動台８はその下方に取付けられた連結板３３を介してバネ３４とバネ受け３５で支持されている。また微動台８上には、検査物を載せるための不図示のステージが支持されている。
【００２８】
さらに、粗動台３と微動台８との相対位置を検出するために、粗動台３には差動トランス型センサ１６の固定子側が取付けられており、第１実施例で述べたように、制御系２０による閉ループ制御が行なわれ、微動台８が微動目標値まで微動される。
【００２９】
本実施例は、例えば変位発生素子１１を光軸ａの方向へ向けて取付けられない場合、または変位発生素子１１の信号ケーブルの配線スペースを確保し難い場合等において好適であり、第１実施例と同様な焦点調整精度が得られる上、コンパクトで安全性が高い特徴がある。
【００３０】
（実施例のまとめ）
実施例に示された顕微鏡焦点調整機構の構成および作用効果をまとめると次の通りである。
［１］実施例に示された顕微鏡焦点調整機構は、顕微鏡のレボルバ９またはステージを光軸ａ方向へ移動させて焦点調整を行なう顕微鏡焦点調整機構において、顕微鏡本体１に光軸ａの方向へ移動自在に設けられた粗動台３と、この粗動台３を粗動させる粗動機構（５、６、７）と、前記粗動台３に光軸ａの方向へ移動自在に設けられ、一端で前記レボルバ９またはステージを支持する微動台８と、この微動台８を前記粗動台３に対して微動させる変位発生素子１１と、この変位発生素子１１により変位した前記微動台８の前記粗動台３に対する相対位置を検出するセンサ１６と、このセンサ１６により検出された相対位置が予め設定された微動目標値に一致するように前記変位発生素子１１を閉ループ制御する制御手段２０とを備えている。
【００３１】したがって上記顕微鏡焦点調整機構においては、粗動台３と微動台８との相対位置をセンサ１６で検出し、変位発生素子１１の閉ループ制御を行うことによって、微動台８を変位目標値まで移動させるようにしたので、速応性および位置再現性がよく、高精度な焦点調整が可能となる上、被検査物の厚さが大きく異なっても適確に対応できるものとなる。
［２］実施例に示された顕微鏡焦点調整機構は、上記［１］に記載の機構に対して、センサ１６は微動台８に装着されたレボルバ９またはステージと粗動台３との相対位置を検出する如く装着されている点が異なる。
【００３２】
したがって上記顕微鏡焦点調整機構においては、センサ１６が微動台８に装着されたレボルバ９またはステージと粗動台３との相対位置値を検出するように取付けられているため、対物レンズ１０の重さや数により微動台８にたわみが生じても、上記たわみの如何に拘らず、高精度に焦点調整をすることができる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施例のみに限定されず、次の如く適宜変形して実施できる。例えば差動トランス型センサの固定子を微動台８またはレボルバ９に取付けるようにしてもよい。また、差動トランス型センサの代わりに、静電容量センサ等を使用してもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、高精度な焦点調整を行なえると共に優れた速応性を有し、しかも異なる厚さの被検査物に対しても適確に対応することができ、センサの再調整や取替えをすることなく焦点調整を行なえる顕微鏡焦点調整機構を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る顕微鏡焦点調整装置の正面図。
【図２】本発明の第１実施例に係る顕微鏡焦点調整装置の側面図。
【図３】本発明の第１実施例に係る顕微鏡焦点調整装置の上面断面図。
【図４】本発明の第１実施例に係る顕微鏡焦点調整装置の制御ブロック図。
【図５】本発明の第２実施例に係る顕微鏡焦点調整装置の正面図。
【図６】本発明の第２実施例に係る顕微鏡焦点調整装置の上面断面図。
【図７】本発明の第３実施例に係る顕微鏡焦点調整装置の正面図。
【図８】本発明の第３実施例に係る顕微鏡焦点調整装置の側面図。
【図９】本発明の第３実施例に係る顕微鏡焦点調整装置の上面断面図。
【図１０】従来例に係る説明図。
【図１１】従来例に係る説明図。
【符号の説明】
ａ…光軸                            １…顕微鏡本体
１ａ…側壁                          １ｂ…側壁
２ａ…ガイド部                      ２ｂ…ガイド部
３…粗動台                        ３ａ…ガイド部
３ｂ…ガイド部                        ４…軸
５…粗動ハンドル                    ６…歯車
７…ラック                          ８…微動台
８ａ…つば部                        ８ｂ…突起部
８ｃ…中間突起部                      ９…レボルバ
１０…対物レンズ                    １１…変位発生素子
１１ａ…変位出力端                    １２…リンク
１３…回転軸                        １４…バネ
１５…バネ受け                      １６…差動トランス型センサ
２０…制御系                        ２１…微動目標値設定器
２２…比較器                        ２３…制御器
２４…増幅器                        ６０…２段ギア
６１…大径ギヤ                      ６２…小径ギヤ
３０…Ｌ型リンク                    ３１…板
３２…回転軸                        ３３…連結板
３４…バネ                          ３５…バネ受け
【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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【図１１】
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