JP3379773B2 - 走査型レーザ顕微鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡のステージ、ま
たはレボルバの被駆動部を光軸方向に移動させる際、そ
の位置決め精度を高めることが可能な走査型レーザ顕微
鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来顕微鏡におけるピント合わせは、焦
準ハンドルを手動により回転して被検査物（試料）が載
置されているステージを、対物レンズの焦点位置に動か
すことができるように構成されたものがある（第１の従
来例）。

【０００３】この従来の第１の例では、オートフォーカ
ス等の目的のために、焦点位置へ自動で動かす手段とし
て、従来焦準ハンドルの回転軸部分をモータと動力伝達
機構により回転駆動させるように構成したものがある
（第２の従来例）。この場合、ステージの位置決め制御
を行うために、モータの回転変位量を検出し、この検出
値をモータの制御回路にフィードバックし、これと任意
に設定できる移動目標指令（目標信号）との偏差に応じ
た制御が行われ、該偏差が零になるように制御されるよ
うに構成されている。また、電歪素子を駆動源としてい
る場合、電歪素子そのものの変位量を検出することによ
りフィードバックを行う構成となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第２の従来例
では、その駆動源であるモータから、最終的に動作させ
るステージまでに介在する動力伝達機構の構成要素によ
り発生する誤差要因については、配慮がなされていな
い。また、電歪素子でも同様である。つまり、モータの
回転変位量を検出してフィードバックしているだけであ
るため、全体構成としてステージの移動時の反力でモー
タ側の位置が変化してしまうなど、被検査物から対物レ
ンズに至る機構の変形が誤差となる可能性があるからで
ある。このため、例えば走査型レーザ顕微鏡のように、
レボルバとステージの相対距離を、所定量毎に移動させ
て、立体像を構築する場合に、移動量にばらつきが生ず
ることがあり、このため被検査物の実際の形状に対し、
構築像の形状が異なったり、解像度を低下させる原因と
なることが考えられている。

【０００５】本発明は、以上の欠点を除去させるためな
されたもので、レボルバ、またはステージの被駆動部の
位置決め精度を高めることができる走査型レーザ顕微鏡
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、顕微鏡の固定部と、前
記固定部に移動機構を介してステージまたはレボルバを
所定方向に移動自在な被駆動部と、前記被駆動部に対し
て駆動力を与える駆動源と、前記駆動部に対して移動目
標信号を任意に設定可能な指令設定器と、前記指令設定
器からの前記移動目標信号に応じて駆動された前記被駆
動部と前記固定部との相対距離を検出する相対距離検出
器と、

【０００７】前記相対距離検出器からの相対距離信号と
前記指令設定器で設定した前記移動目標信号との偏差が
零になるように前記駆動源を駆動制御する制御回路と、
からなる位置決め装置を備え、前記被駆動部を前記制御
回路により所定量毎に駆動制御することを特徴とする走
査型レーザ顕微鏡である。

【０００８】

【作用】請求項１記載の発明によれば、相対距離検出器
によりステージまたはレボルバの被駆動部と固定部との
相対距離を検出し、この相対距離検出器からの相対距離
信号と移動目標信号との偏差に応じて駆動源を駆動制御
し、偏差が零になるように駆動源を駆動制御すること
で、レボルバまたはステージの被駆動部の位置決め精度
を高めることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。図１は本発明の概略構成を示す図であ
り、正立形顕微鏡であって、対物レンズ１とステージ２
の相対距離Ｌを測定できるように構成したものである。
図中３は被検査物（試料）、鏡基本体４である。

【００１０】図２は、本発明の第１の実施例の要部（第
１図のＡ部）のみを示す概略構成図であり、ステージ２
は鏡基本体４に対して光軸方向（被検査物の深さ方向、
図２のＺ方向）に、移動可能に構成され、この構成とし
て粗動機構部５と微動機構部６を備えている。

【００１１】粗動機構部５は、鏡基本体４に固定された
固定側動力伝達機構収納箱５１と、この収納箱５１の外
周部に直線移動用のベアリング５２を介して移動可能に
支持された可動側動力伝達機構収納箱５３と、各収納箱
５１，５３にはそれぞれ図示しない歯車およびピニオン
ならびに観察者が回転操作する焦準ハンドルと、焦準ハ
ンドルからの回転力が可動側動力伝達機構収納箱５３内
のピニオンに伝達されるようになっている。

【００１２】微動機構部６は、ステージ２をＺ方向に直
線移動用のベアリング６１を介して移動可能にするステ
ージ支持部材６２と、電圧印加値により可動片の突出す
る変位量が変化する電歪素子６３とからなっている。

【００１３】さらに、鏡基本体４にはステージ２の被検
査物３を載置する面の端部近くに延出するセンサ支持部
材７がほぼ水平に固定され、センサ支持部材７の端部に
静電容量形変位センサ８が取り付けられ、これに有する
第１の電極８１と平行に対向するステージ２の上面の端
部に、第２の電極８２が取り付けられている。

【００１４】ここで、静電容量形変位センサ８は、コン
デンサの原理を利用したものであり、以下この原理につ
いて説明する。すなわち、平行に対向して配置された１
対の電極８１，８２間の静電容量Ｃは、電極８１，８２
の面積をＳ、電極８１，８２間の距離をｄ、誘電率をε
とすると、 Ｃ＝εＳ÷ｄ

【００１５】となる。そこで、電極の一方８１をセンサ
の検出電極とし、他方８２を被検査物にすると、静電容
量Ｃの変化から距離ｄの変化、すなわち変位を知ること
ができる。静電容量Ｃの変化は、静電容量ー電圧変換回
路を用いて、電圧の変化として測定することができるも
のである。

【００１６】図３は、前述の微動駆動部６の駆動回路と
静電容量形変位センサ８の関係を示す制御ブロック図で
あり、駆動回路９は、任意に目標変位指令（目標信号）
を設定可能な指令設定器９０と、静電容量形変位センサ
８で求めた相対距離信号を増幅する増幅器９１と、増幅
器９１の出力信号と該目標変位指令の偏差を求める比較
器９２と、比較器９２の偏差を入力して電歪素子６３の
電圧信号に変換する制御回路９３と、制御回路９３によ
り変換された電圧信号を増幅して電歪素子６３に与える
電歪素子駆動アンプ９４からなっている。

【００１７】このように構成された第１の実施例の動作
について説明する。観察者が被検査物３を観察するにあ
たっては、焦準ハンドルを回転させることにより、粗動
機構部５を介してステージ２がＺ方向（被検査物３の深
さ方法）に大雑把に移動させられ、所定量だけ移動した
後停止する。

【００１８】その後、以下のようにして微動機構部６に
よりステージ２が微動させられる。すなわち、設定器９
０からの目標変位指令が駆動回路９に入力されると、比
較器９２を介して電歪素子駆動アンプ９４により増幅さ
れて電歪素子６３に所定電圧が与えられるので、電歪素
子６３の可動片が該電圧値に応じて変位させられ、この
変位量１０に応じてステージ２が、Ｚ方向に微動させら
れる。ステージ２が、Ｚ方向に微動させられることによ
り、ステージ２と静電容量形変位センサ８の相対距離が
変化し、これが静電容量形変位センサ８により検出され
る。この静電容量形変位センサ８により検出された相対
距離信号は、増幅器９１により増幅されて比較器９２の
一方の入力端子に入力され、これと他方の入力端子に入
力されている目標変位指令との偏差が求められ、この偏
差が制御回路９３と電歪素子駆動アンプ９４を介して電
歪素子６３に与えられ、該偏差が零になるように電歪素
子６３の可動片を移動制御する。

【００１９】以上述べたように、第１の実施例の装置に
よれば、ステージ２と鏡基本体４に取り付けられている
静電容量形変位センサ８の相対距離、すなわちステージ
２と対物レンズ１との相対距離（つまり、得られる画像
の焦点位置相互距離の絶対値）が確実に検出され、この
検出信号が駆動回路９にフィードバックされるので、従
来装置のように、動力伝達機構等の変形に伴う誤差発生
要因がなくなるため、ステージ２を高精度に位置決めす
ることが可能になる。

【００２０】図４は、本発明の第２の実施例を示す概略
構成図であり、前述の第１の実施例で相対距離検出器と
して静電容量形変位センサ８を用いたが、これの代りと
して差動トランス形リニアセンサ１１を、センサ支持部
材７の端部に取り付けたものである。この場合、リニア
センサ１１のプローブをステージ２に当接させてステー
ジ２と対物レンズの相対距離を求めるようにしたもので
ある。

【００２１】図５は、本発明の第３の実施例を示す概略
構成図であり、相対距離検出器としてガラススケール１
２を、鏡基本体４に設けたものである。この場合、ガラ
ススケール１２のスリットの検出ヘッド１３をステージ
２側に取り付けた場合である。 図６は、本発明の第４
の実施例を示す概略構成図であり、前述各実施例の微動
駆動機構部の駆動源として用いた電歪素子６３の代り
に、モータ１４を焦準回転軸１５に設けたものである。
なお、Ｂ部には前述した相対距離検出器を設けることは
いうまでもない、

【００２２】図７は、本発明の第５の実施例を示す概略
構成図であり、以上述べた各実施例はいずれも正立形顕
微鏡を対象としていたものが、この実施例は倒立形顕微
鏡を対象とした概略構成図である。すなわち、相対距離
検出器として静電容量形変位センサ８を用い、図７のＣ
部、すなわちセンサ８を固定側の鏡基に取り付け、また
電極８２を可動側レボルバ１６に取り付けた例である。

【００２３】本発明は、前述した実施例に限定されず、
例えば以下のようにすることもできる。前述の図２の実
施例のセンサ８をステージ２側に取り付け、電極８２を
センサ取り付け部材７に取り付けたり、同様に図７のセ
ンサ８と電極８２を逆に取り付けるようにしてもよい。
前述の電歪素子６３の代りに、直流サーボモータ、交流
サーボモータのいずれか、またはステッピングモータを
用いてもよく、ステッピングモータの場合には入力は電
圧信号ではなくパルス信号を与えればよい。その他、本
発明の要旨を変更しない範囲で種々変形して実施でき
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、レボルバ、またはステ
ージの被駆動部の位置決め精度を高めることができる走
査型レーザ顕微鏡を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の概略構成を示す図。

【図２】図１の実施例のＡ部を拡大して示す概略構成
図。

【図３】図２の駆動回路および静電容量形変位センサの
制御関係を示すブロック図。

【図４】本発明の第２の実施例の概略構成を示す図。

【図５】本発明の第３の実施例の概略構成を示す図。

【図６】本発明の第４の実施例の概略構成を示す図。

【図７】本発明の第５の実施例の概略構成を示す図。

【符号の説明】

１…対物レンズ、２…ステージ、３…被検査物、４…鏡
基本体、５…粗動機構、６…微動機構部、６３…電歪素
子、７…センサ支持部材、８…静電容量形変位センサ、
９…駆動回路、１１…差動トランス形リニアセンサ、１
２…ガラススケール。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 顕微鏡の固定部と、 前記固定部に移動機構を介してステージまたはレボルバ
   を所定方向に移動自在な被駆動部と、 前記被駆動部に対して駆動力を与える駆動源と、 前記駆動部に対して移動目標信号を任意に設定可能な指
   令設定器と、 前記指令設定器からの前記移動目標信号に応じて駆動さ
   れた前記被駆動部と前記固定部との相対距離を検出する
   相対距離検出器と、 前記相対距離検出器からの相対距離信号と前記指令設定
   器で設定した前記移動目標信号との偏差が零になるよう
   に前記駆動源を駆動制御する制御回路と、 からなる位置決め装置を備え、前記被駆動部と前記固定部との相対距離を所定量毎に移
   動させて、立体像を構築する際、前記制御回路による前
   記駆動源の駆動制御を行う ことを特徴とする走査型レー
   ザ顕微鏡。
2. 【請求項２】 前記制御回路は、 さらに前記相対距離検出器からの相対距離信号と前記指
   令設定器で設定した前記移動目標信号とを比較する比較
   器を備えていることを特徴とする請求項1記載の走査型
   レーザ顕微鏡。