JP2001051206A - 動吸振器付き顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、設置場所の制約を受けず、かつ装置
の重力の増加を抑えて振動を制振する。 【解決手段】アーム部３と観察光学系としての接眼鏡筒
４、中間鏡筒５及びＣＣＤカメラ６との間に動吸振器ユ
ニット１０を設け、アーム部３の振動を振動センサ１５
により検出し、制御装置１６によりアーム部３の振動に
応じて圧電型アクチュエータ１３を駆動して動吸振器の
錘２０となる接眼鏡筒４、中間鏡筒５及びＣＣＤカメラ
６をＺ方向に振動させ、その反力によりアーム部３の振
動を制振する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば高解像度を
有する顕微鏡における微小振動を制振する機能を備えた
動吸振器付き顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】高解像度を有する顕微鏡では、僅かな振
動があっても試料を観察する上で大きな障害となること
からその振動対策が講じられている。この振動対策とし
ては、例えば除振台やゴム足、動吸振器が用いられてい
る。

【０００３】このうち除振台は、空気ばね等を用いて床
からの振動を減衰させるものとして、顕微鏡の載置台と
して使われている。又、振動センサによりテーブル上の
振動を検出し、床面とテーブル面との間に設けられたア
クチュエータを駆動制御して振動を打ち消す除振台も提
案されている。

【０００４】ゴム足は、顕微鏡の下面に配し、顕微鏡の
がたつきを防止するとともに、設置面から伝達される振
動を減衰するものである。又、ゴム足は、顕微鏡装置全
体のゆれを制振する効果もある。

【０００５】動吸振器は、錘の振動の反力により制振す
るもので、錘、ばね要素・粘性抵抗要素から成る受動的
動吸振器と、振動センサにより振動を検出しアクチュエ
ータにより錘を駆動することで制振する能動的動吸振器
とに分けられるもので、例えば建築や自動車関係等の様
々な技術に適用されており、特許出願としても例えば特
開平３−２５０１６５号公報や特開平８−２１４８３号
公報がある。

【０００６】このうち受動的動吸振器は、錘がばね要素
・減衰要素を介して制振対象に取り付けられた構成をと
り、制振対象が振動すると錘と制振対象との相対変位が
変化し、錘と制振対象との間の減衰要素により振動エネ
ルギが消費されて振動が減衰するものである。

【０００７】能動的動吸振器は、錘がアクチュエータを
介して制振対象に取り付けられた構成をとり、制振対象
の振動を振動センサで検出し、振動に応じてアクチュエ
ータで錘を駆動し、その反力で制振対象の振動を相殺し
制振するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように高解像度
を有する顕微鏡では、除振台やゴム足、動吸振器等の振
動対策を講じて制振を行っているが、これらの振動対策
では対応できなくなってきている。

【０００９】すなわち、近年、トンネル顕微鏡や原子間
力顕微鏡などのｎｍ以下の分解能を有する顕微鏡が実用
化されている。又、走査型レーザ顕微鏡なども旧来の顕
微鏡に比べて非常に鮮明な観察像が得られるようになっ
ている。これらの顕微鏡が要求する設置環境は、非常に
厳しいものとなっており、例えば声、振動、空調による
空気の振動や電動化された装置自体が発する機械的な振
動も観察像を劣化させる原因となっている。

【００１０】又、顕微鏡自体の電動化に伴って顕微鏡内
部に電動機構が組み込まれこれが振動源となっている。
このため、試料ステージの移動やフォーカシング、フィ
ルタ・プリズム等の切り替えを行うために駆動機構を動
作させると、この駆動機構から機械的振動が発生して顕
微鏡にとっての振動源となる。

【００１１】このような実情において振動対策として除
振台を用いると、この除振台は床振動の除振を目的とし
ているので、声、騒音、空調による空気の振動や電動化
された装置自体が発する機械的な振動などの除振台上の
構造に作用する外乱に対して除振効果がない。

【００１２】ゴム足は、顕微鏡設置時のがたつき防止、
顕微鏡装置全体のゆれの減衰を目的としているので、試
料と観察光学系との相対関係が変化するような振動モー
ドの除振に直接寄与するものでない。

【００１３】動吸振器は、声、騒音、空調による空気の
振動や電動化された装置自体が発する機械的な振動に対
し、これらの振動により試料の観察像に影響を与える部
位、例えば対物レンズや試料ステージに対する制振を行
えばよいので、局所的な制振を行うには適しているが、
設置場所の制約を受けたり、錘を使用することから装置
の重力が増すという問題がある。

【００１４】設置場所の制約を受けることについて説明
すると、顕微鏡において制振したい部位は、試料ステー
ジや観察光学系であり、このうち観察光学系は片持ちア
ーム型のフレームに支持される構成をとる場合が多い。
この片持ちアーム型は、振動に弱い形状なので、その振
動モードの振動を制振したいが、観察光学系があるため
に設置場所の制約を受ける。既存の顕微鏡システムで
は、動吸振器を組み込むスペースがない。

【００１５】錘の使用により装置の重力が増すことにつ
いて説明すると、受動型動吸振器は振動センサを持たな
いので、制振対象に変化があった場合に対応できない。
特に制振対象の等価質量に対して動吸振器の錘（厳密に
は動吸振器の等価質量）が小さい場合に顕著である。
又、高剛性に作られた顕微鏡のフレームの等価質量は大
きいので、重い錘が必要になる。さらに設置スペースも
必要であり、装置重量も増加する。装置重量が大幅に増
加すると、装置のフレーム等の再設計が必要になる。

【００１６】そこで本発明は、設置場所の制約を受け
ず、かつ装置の重力の増加を抑えて振動を制振できる動
吸振器付き顕微鏡を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる動吸振器
付き顕微鏡は、試料を光学観察又は測定するための光学
系の光軸方向の振動に応じてこの振動方向に変位可能な
錘を備え、光軸方向の振動を減衰する手段を備えたもの
である。

【００１８】このような動吸振器付き顕微鏡において、
振動を減衰する手段は、光学系を含む制振対象部位を錘
とし、この錘を支持する粘弾性部材で構成される受動的
動吸振器ユニットである。

【００１９】又、振動を減衰する手段は、光学系を含む
制振対象部位で構成される錘と、この錘を駆動するアク
チュエータと、顕微鏡における制振対象部位の振動を検
出する振動センサと、この振動センサにより検出された
振動に応じてアクチュエータを駆動する制御手段とを有
している。

【００２０】さらに、本発明に係わる動吸振器付き顕微
鏡は、顕微鏡における制振対象部位とこの制振対象部位
の近傍にある顕微鏡構成要素との間に配置され、制振対
象部位の振動を検出する振動センサ及び顕微鏡構成要素
を駆動するアクチュエータを有する動吸振器ユニット
と、振動センサにより検出された制振対象部位の振動に
応じてアクチュエータを駆動する制御手段とを備え、顕
微鏡構成要素を錘として作用させるとともにアクチュエ
ータの駆動により制振対象部位の振動を制振するもので
ある。

【００２１】又、本発明に係わる動吸振器付き顕微鏡
は、顕微鏡における制振対象部位とこの制振対象部位の
近傍にある顕微鏡構成要素との間に配置され、顕微鏡構
成要素の振動に応じて伸縮して顕微鏡構成要素の振動を
減衰する抵抗粘性要素を有する動吸振器ユニットを備
え、顕微鏡構成要素を錘として作用させるとともに抵抗
粘性要素の伸縮により制振対象部位の振動を制振するも
のである。

【００２２】このような動吸振器付き顕微鏡において、
動吸振器ユニットは、顕微鏡中の平行光束が通過する部
位に配置されている。

【００２３】

【発明の実施の形態】(1) 以下、本発明の第１の実施の
形態について図面を参照して説明する。

【００２４】図１は能動的動吸振器付き顕微鏡の構成図
である。

【００２５】顕微鏡のフレーム１には、試料ステージ２
が設けられている。この試料ステージ２には、試料Ｍが
載置されている。又、このフレーム１には、アーム部３
が試料ステージ２の上方に張り出している。このアーム
部３の上部には観察光学系である接眼鏡筒４、中間鏡筒
５及びＣＣＤカメラ６が取り付けられ、その下部にはレ
ボルバ７及び無限遠補正の対物レンズ８が取り付けられ
ている。接眼鏡筒４には、結像レンズ９が取り付けら
れ、この結像レンズ９により対物レンズ８からの平行光
束の観察光ＬがＣＣＤカメラ６の結像面６ａに結像する
ようになっている。なお、この顕微鏡には、試料Ｍを照
明するための照明光学系が設けられている。

【００２６】この顕微鏡には、制振対象部位とするアー
ム部３の振動を制振する動吸振器ユニット１０が設けら
れている。すなわち、フレーム１の振動モードでは、図
２に示すように観察光学系と試料Ｍとの相対位置が振動
により変化して観察像のぼけになることから、フレーム
１の振動を動吸振器を用いて制振する必要がある。

【００２７】動吸振器ユニット１０は、アーム部３と、
顕微鏡構成要素すなわち能動的動吸振器の錘２０として
作用する観察光学系としての接眼鏡筒４、中間鏡筒５及
びＣＣＤカメラ６との間に設けられている。

【００２８】図３はかかる動吸振器ユニット１０の具体
的な構成図である。

【００２９】この動吸振器ユニット１０は、筒形状の制
振対象側部材１１の内部に錘側部材１２が摺動に嵌め込
められ、かつこれら制振対象側部材１１と錘側部材１２
との間に例えば圧電型アクチュエータ１３及びばね１４
が介挿されている。これにより、これら圧電型アクチュ
エータ１３及びばね１４は、接眼鏡筒４、中間鏡筒５及
びＣＣＤカメラ６を支えるものとなっている。このうち
圧電型アクチュエータ１３は、錘２０としての接眼鏡筒
４、中間鏡筒５及びＣＣＤカメラ６をＺ方向に伸縮駆動
するものとなっている。なお、圧電型アクチュエータ１
３に代ってボイスコイルを用いてもよい。

【００３０】又、錘側部材１２の上面には、能動的動吸
振器の錘２０として作用する接眼鏡筒４、中間鏡筒５及
びＣＣＤカメラ６が取り付けられ、かつ制振対象側部材
１１の下面には、制振対象部位であるアーム部３が取り
付けられるもので、それぞれアリ構造となっている。こ
のアリ構造により動吸振器ユニット１０は、既存の顕微
鏡システムに取り付け可能となっている。

【００３１】さらに、制振対象側部材１１には、制振対
象部位のアーム部３の振動を検出する振動センサ１５が
設けられている。この振動センサ１５は、帯域、感度、
大きさの面から例えば圧電型加速度センサが用いられて
いる。

【００３２】制御装置１６は、振動センサ１５から出力
される振動センサ信号ｐを入力し、この振動センサ信号
ｐから得られるアーム部３の振動に応じてアーム部３の
振動を制振するためのアクチュエータ駆動信号ｓを演算
して求め、このアクチュエータ駆動信号ｓを圧電型アク
チュエータ１３に送出する機能を有している。

【００３３】ここで、以上のような構成の能動的動吸振
器の物理モデルを図４を参照して説明すると、Ｍは制振
対象であるアーム部３の等価質量、Ｋ１は同アーム部３
の等価剛性、Ｃは同アーム部３の等価粘性を示してお
り、これらによりアーム部３の物理モデルＱ１が示され
ている。

【００３４】又、ｍは錘（接眼鏡筒４、中間鏡筒５及び
ＣＣＤカメラ６）２０、Ｋ２はばね１４のばね要素、ｆ
は圧電型アクチュエータ１３を示し、これらと振動セン
サ１５、制御装置１６とにより動吸振器の物理モデルＱ
２が示されている。

【００３５】次に上記の如く構成された顕微鏡での制振
作用について説明する。

【００３６】例えば、風や音などの空気振動、床からの
振動、顕微鏡を操作することに伴う機械的な内部振動な
どによりフレーム１のアーム部３には、このアーム部３
の固有振動数の振動が励起される。このようにアーム部
３が振動すると、試料ステージ２と対物レンズ８との相
対距離が変化し、観察像にぼけが生じる。

【００３７】このとき振動センサ１５は、アーム部３の
振動を検出し、その振動センサ信号ｐを出力する。

【００３８】制御装置１６は、振動センサ１５から出力
される振動センサ信号ｐを入力し、この振動センサ信号
ｐから得られるアーム部３の振動に応じてアーム部３の
振動を制振するためのアクチュエータ駆動信号ｓを演算
して求め、このアクチュエータ駆動信号ｓを圧電型アク
チュエータ１３に送出する。

【００３９】この圧電型アクチュエータ１３は、錘２０
となる接眼鏡筒４、中間鏡筒５及びＣＣＤカメラ６をＺ
方向に振動させ、その反力によりアーム部３の振動を制
振する。

【００４０】図５は動吸振器の制振効果を周波数特性で
示した図である。同図においてｆ１は動吸振器無しのア
ーム部３の振動振幅を示し、ｆ２は動吸振器有りのアー
ム部３の振動振幅を示し、ｆ３はアーム部３の共振周波
数を示している。同図から動吸振器によってアーム部３
の固有振動数の共振ピークを減衰させることができるこ
とが分かる。

【００４１】このように上記第１の実施の形態において
は、アーム部３と観察光学系としての接眼鏡筒４、中間
鏡筒５及びＣＣＤカメラ６との間に動吸振器ユニット１
０を設け、アーム部３の振動を振動センサ１５により検
出し、制御装置１６によりアーム部３の振動に応じて圧
電型アクチュエータ１３を駆動して動吸振器の錘２０と
なる接眼鏡筒４、中間鏡筒５及びＣＣＤカメラ６をＺ方
向に振動させ、その反力によりアーム部３の振動を制振
するので、顕微鏡の構造を変えずに動吸振器ユニット１
０を設けることができて設置場所の制約を受けずに顕微
鏡システムに導入しやすく、かつ装置の重力の増加を抑
えてアーム部３の振動を制振できる。例えば、動吸振器
ユニット１０は、アーム部３とレボルバ７との間、レボ
ルバ７と対物レンズ８との間に設けてこれらレボルバ７
や対物レンズ８の振動を制振することもできる。

【００４２】又、アーム部３と接眼鏡筒４との間の動吸
振器ユニット１０を通過する観察光Ｌは、平行光束であ
るので、観察像に影響を与えることはない。

【００４３】(2) 次に、本発明の第２の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。なお、図１と同一部分荷
は同一符号を付してその詳しい説明は省略する。

【００４４】図６は受動的動吸振器付き顕微鏡の構成図
である。

【００４５】この顕微鏡には、制振対象部位とするアー
ム部３の振動を制振する動吸振器ユニット３０が設けら
れている。

【００４６】この動吸振器ユニット３０は、アーム部３
と能動的動吸振器の錘２０として作用する観察光学系と
しての接眼鏡筒４、中間鏡筒５及びＣＣＤカメラ６との
間に設けられている。

【００４７】図７はかかる動吸振器ユニット３０の具体
的な構成図である。

【００４８】この動吸振器ユニット３０は、筒形状の制
振対象側部材１１の内部に錘側部材１２が摺動に嵌め込
められ、かつこれら制振対象側部材１１と錘側部材１２
との間に粘性抵抗要素例えば粘弾性部材３１及びばね１
４が介挿されている。これにより、これら粘弾性部材３
１及びばね１４は、接眼鏡筒４、中間鏡筒５及びＣＣＤ
カメラ６を支えるものとなっている。

【００４９】このうち粘弾性部材３１は、観察光学系で
ある接眼鏡筒４、中間鏡筒５及びＣＣＤカメラ６の振動
に応じてＺ方向に伸縮してこれら接眼鏡筒４、中間鏡筒
５及びＣＣＤカメラ６の振動を減衰する機能を有してい
る。この粘弾性部材３１は、例えばシリコンゴム、ウレ
タンゴムなどのゴム材が用いられるもので、機械的性質
とバネ要素の性質とを有している。粘弾性部材３１及び
ばね１４は、その特性の異なるものに交換可能にすれ
ば、接眼鏡筒４、中間鏡筒５及びＣＣＤカメラ６の交換
による動吸振器ユニット３０の特性変化に対応できる。

【００５０】粘弾性部材３１とばね１４とにより動吸振
器の固有振動数が決まるものであり、この固有振動数
は、制振対象であるアーム部３の固有振動数に一致する
場合に制振効果が大きいものである。これにより、動吸
振器の固有振動数は、アーム部３の固有振動数に略一致
するように錘２０及びばね１４は選択される。

【００５１】このばね１４は、交換可能又は調整可能で
あり、錘２０として利用する接眼鏡筒４、中間鏡筒５及
びＣＣＤカメラ６を交換したとき等に動吸振器の調整が
できるものとなっている。

【００５２】図８はかかる能動的動吸振器の物理モデル
を示ず図であり、Ｍは制振対象であるアーム部３の等価
質量、Ｋ１は同アーム部３の等価剛性、Ｃは同アーム部
３の等価粘性を示しており、これらによりアーム部３の
物理モデルＱ１が示されている。

【００５３】又、ｍは錘（接眼鏡筒４、中間鏡筒５及び
ＣＣＤカメラ６）２０、Ｋ２はばね１４のばね要素、ｃ
ａは粘性抵抗要素を示し、これらにより動吸振器の物理
モデルＱ３が示されている。

【００５４】次に上記の如く構成された顕微鏡での制振
作用について説明する。

【００５５】例えば、風や音などの空気振動、床からの
振動、顕微鏡を操作することに伴う機械的な内部振動な
どによりフレーム１のアーム部３には、このアーム部３
の固有振動数の振動が励起される。このアーム部３が振
動すると、試料ステージ２と対物レンズ８との相対距離
が変化し、観察像にぼけが生じる。

【００５６】このようにアーム部３が振動すると、この
アーム部３上の錘２０となる接眼鏡筒４、中間鏡筒５及
びＣＣＤカメラ６も振動し、これらアーム部３と錘２０
との間に配置された粘弾性部材３１及びばね１４も伸縮
する。このとき、粘弾性部材３１により振動エネルギー
が熱エネルギーに変換される。このように振動エネルギ
ーが粘弾性部材３１の伸縮により消費されることによ
り、アーム部３は制振される。

【００５７】このように上記第２の実施の形態において
は、アーム部３と観察光学系としての接眼鏡筒４、中間
鏡筒５及びＣＣＤカメラ６との間に動吸振器ユニット３
０を設け、この動吸振器ユニット３０の粘弾性部材３１
により振動エネルギーを熱エネルギーに変換してアーム
部３を制振するようにしたので、上記第１の実施の形態
と同様に、顕微鏡の構造を変えずに動吸振器ユニット３
０を設けることができて設置場所の制約を受けずに顕微
鏡システムに導入しやすく、かつ装置の重力の増加を抑
えてアーム部３の振動を制振できる。例えば、動吸振器
ユニット３０は、アーム部３とレボルバ７との間、レボ
ルバ７と対物レンズ８との間に設けてこれらレボルバ７
や対物レンズ８の振動を制振することもできる。

【００５８】又、上記第１の実施の形態のように制御装
置１６を設ける必要がないので、上記第１の実施の形態
よりも動吸振器ユニット３０の設置の制約が少ない。

【００５９】又、アーム部３と接眼鏡筒４との間の動吸
振器ユニット３０を通過する観察光Ｌは、平行光束であ
るので、観察像に影響を与えることはない。

【００６０】(3) 次に、本発明の第３の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。

【００６１】図９は動吸振器付き顕微鏡の構成図であ
る。

【００６２】ベース４０上には、試料ステージ４１及び
フレーム４２が設けられている。このうちフレーム４２
には、レーザ光源４３が固定されている。このレーザ光
源４３から出射されるレーザ光の光路上には、ハーフミ
ラー４４、ＸＹ軸走査用の２つのガルバノミラー４５、
４６、ハーフミラー４７、ミラー４８が配置され、さら
にレボルバ４９及びこのレボルバ４９に取り付けられた
対物レンズ５０が配置されるようになっている。このう
ちレボルバ４９は、支持部材５１を介して合焦機構５２
に取り付けられ、この合焦機構５２によってＺ方向に対
して位置決め調整ができるようになっている。なお、対
物レンズ５０とミラー４８との間には、図示しないが結
像レンズが配置され、上記ハーフミラー４４の反射光路
上に配置された検出系５３に試料像を結像するようにな
っている。ここで、結像レンズと検出系５３に取り付け
られるＣＣＤカメラとにより観察光学系が形成される。

【００６３】又、上記ハーフミラー４７の分岐光路上に
は、ハーフミラー５４が配置され、その一方の分岐光路
上に光学顕微鏡照明光学系５５が配置され、他方の分岐
光路上に光学顕微鏡結像光学系５６が配置されている。
このうち光学顕微鏡照明光学系５５は光源及びフィルタ
等により形成されている。

【００６４】以上の構成部品のうちレーザ光源４３、合
焦機構５２、検出系５３、光学顕微鏡照明光学系５５及
び光学顕微鏡結像光学系５６は、それぞれ動吸振器ユニ
ットＡ_１〜Ａ_５を介してフレーム４２に固定されてい
る。さらに、レボルバ４９は、支持部材５１に対して動
吸振器ユニットＡ_６を介して固定されている。

【００６５】これらレーザ光源４３、レボルバ４９、合
焦機構５２、検出系５３、光学顕微鏡照明光学系５５及
び光学顕微鏡結像光学系５６は、その各振動方向が光学
顕微鏡に支障のない方向に取らなければならないので、
光軸方向に振動可能に各動吸振器ユニットＡ_１〜Ａ_６に
より支持されている。ここでは、レーザ光源４３及び光
学顕微鏡照明光学系５５がＹ方向に支持され、検出系５
３、レボルバ４９、合焦機構５２及び光学顕微鏡結像光
学系５６がＺ方向に支持されている。なお、検出系５３
は図中ではＺ方向に向いているがハーフミラー４４によ
ってＸ方向に回転可能である。

【００６６】各動吸振器ユニットＡ_１〜Ａ_６は、能動的
動吸振器ユニット又は受動的動吸振器ユニットであって
もよく、能動的動吸振器ユニットであればそれぞれ上記
第１の実施の形態で説明したのと同様に、制振対象の振
動を振動センサ１５により検出し、制御装置１６により
各制振対象の振動に応じて圧電型アクチュエータ１３を
駆動して動吸振器の錘２０を各方向に振動させ、その反
力により制振対象の振動を制振するものとなっている。

【００６７】又、受動的動吸振器ユニットであれば、粘
弾性部材３１により１方向の振動エネルギーを熱エネル
ギーに変換して各制振対象を制振するものとなる。

【００６８】なお、本第３の実施の形態では、各動吸振
器ユニットＡ１〜Ａ５を受動的動吸振器ユニットとし、
動吸振器ユニットＡ_６を能動的動吸振器ユニットとして
この動吸振器ユニットＡ_６に制御装置１６が接続されて
いる。

【００６９】次に上記の如く構成された顕微鏡での制振
作用について説明する。

【００７０】例えば、風や音などの空気振動が装置を振
動させたり、床からの振動がフレーム４２を伝わって振
動させたり、内部振動源である各ガルバノミラー４５、
４６や合焦機構５２の振動がフレーム４２や合焦機構５
２、レボルバ４９を振動させる。これらの振動により対
物レンズ５０と試料Ｍとの相対変位が変化し、観察像の
ノイズの原因になる。

【００７１】このような場合におけるレボルバ４９、動
吸振器ユニットＡ_６、制御装置１６により構成される動
吸振器の作用を説明する。支持部材５１が振動すると、
動吸振器ユニットＡ_６に組み込まれている振動センサ１
５から出力される振動センサ信号ｐが変化し、制御装置
１６はその振動に応じて制振するためのアクチュエータ
駆動信号ｓを演算して求め、このアクチュエータ駆動信
号ｓを圧電型アクチュエータ１３に送出する。この圧電
型アクチュエータ１３は、錘となるレボルバ４９を駆動
するので、その反力が支持部材５１に伝わり、この支持
部材５１は制振される。

【００７２】ここで、対物レンズ５０を支持するレボル
バ４９を駆動することは、合焦位置の変化につながる。
ところが、支持部材５１の振動をレボルバ４９の振動の
反力で相殺するように駆動されるので、支持部材５１が
レボルバ４９を合焦位置から遠ざけるように動くとき、
動吸振器ユニットＡ６は、レボルバ４９を合焦位置に近
付けるように駆動する。従って、制御装置１６で圧電型
アクチュエータ１３の駆動振幅が支持部材５１の振動振
幅を超えないようにゲインを設定することにより、支持
部材５１の振動による合焦位置の変化を抑えるようにレ
ボルバ４９が駆動され、支持部材５１は制振される。

【００７３】これと共に、レーザ光源４３、合焦機構５
２、検出系５３、光学顕微鏡照明光学系５５及び光学顕
微鏡結像光学系５６は、それぞれ動吸振器ユニットＡ_１
〜Ａ _５による制振作用によりフレーム４２の振動を制振
する。この場合、レーザ光源４３及び光学顕微鏡照明光
学系５５はＹ方向の振動が制振され、検出系５３はＸ方
向の振動が制振され、レボルバ４９、合焦機構５２及び
光学顕微鏡結像光学系５６はＺ方向の振動が制振され
る。

【００７４】このように上記第３の実施の形態において
は、レーザ光源４３、合焦機構５２、検出系５３、光学
顕微鏡照明光学系５５及び光学顕微鏡結像光学系５６を
それぞれ動吸振器ユニットＡ_１〜Ａ_５を介してフレーム
４２に支持し、レボルバ４９を支持部材５１に対して動
吸振器ユニットＡ_６により支持したので、レーザ光源４
３及び光学顕微鏡照明光学系５５のＹ方向の振動を制振
でき、検出系５３のＸ方向の振動を制振でき、レボルバ
４９、合焦機構５２及び光学顕微鏡結像光学系５６のＺ
方向の振動を制振でき、このように複数モードの制振が
できる。

【００７５】(4) 次に、本発明の第４の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。

【００７６】図１０は能動的な動吸振器ユニットを設け
た測定顕微鏡の構成図である。

【００７７】この測定顕微鏡は、試料Ｍの形状を計測す
るもので、Ｌ字形状のフレーム６０の底部には、ＸＹス
テージ６１が設けられ、このＸＹステージ６１上に試料
Ｍが載置されている。

【００７８】又、フレーム６０の倒立部には、ＸＹステ
ージ６１の上方に延びているＺステージ６２が摺動自在
に設けられている。このＺステージ６２上には、変位測
定光学系６３、観察光学系である接眼鏡筒６４、中間鏡
筒６５及びＣＣＤカメラ６６が取り付けられ、かつＺス
テージ６２の下部にはレボルバ６７及び対物レンズ６８
が取り付けられている。

【００７９】このうち変位測定光学系６３は、Ｚ軸方向
の微小変位を計測できる機能を有している。接眼鏡筒６
４には、結像レンズ６９が取り付けられ、この結像レン
ズ６９により対物レンズ６８からの平行光束の観察光Ｌ
がＣＣＤカメラ６６の結像面６６ａに結像するようにな
っている。

【００８０】これら変位測定光学系６３、接眼鏡筒６
４、中間鏡筒６５及びＣＣＤカメラ６６は、Ｚステージ
６２の駆動により光軸方向（Ｚ軸方向）に移動するもの
となっている。

【００８１】又、ＸＹステージ６１及びＺステージ６２
には、それぞれ変位計が組み込まれており、これらＸＹ
ステージ６１、Ｚステージ６２の移動に伴って各変位計
がその移動量を検出し、これら移動量が変位表示部に表
示されるようになっている。これにより、観察者は、Ｘ
Ｙステージ６１及びＺステージ６２を動作させて試料Ｍ
の観察位置を変えることで、観察位置間の距離を変位表
示部で読むことができる。

【００８２】このような測定顕微鏡において、変位測定
光学系６３と接眼鏡筒６４との間には、能動的な動吸振
器ユニット７０が設けられている。すなわち、フレーム
６０又はＺステージ６２が振動すると、対物レンズ６８
と試料Ｍとの相対変位が振動し、試料Ｍの測定結果に振
動成分が加算されることから、フレーム６０又はＺステ
ージ６２の振動を動吸振器ユニット７０を設けて制振す
る必要がある。

【００８３】この動吸振器ユニット７０は、Ｚステージ
６２上の変位測定光学系６３と、顕微鏡構成要素すなわ
ち能動的動吸振器の錘７１として作用する観察光学系と
しての接眼鏡筒６４、中間鏡筒６５及びＣＣＤカメラ６
６との間に設けられている。

【００８４】この動吸振器ユニット７０は、上記図３に
示す動吸振器ユニット１０と同一構成であってその詳し
い説明は省略するものであり、かつ制御装置７２は、動
吸振器ユニット７０に設けられて振動センサ１５から出
力される振動センサ信号ｐを入力し、この振動センサ信
号ｐから得られるＺステージ６２の振動に応じてＺステ
ージ６２の振動を制振するためのアクチュエータ駆動信
号ｓを演算して求め、このアクチュエータ駆動信号ｓを
動吸振器ユニット７０の圧電型アクチュエータ１３に送
出する機能を有している。

【００８５】次に上記の如く構成された顕微鏡での制振
作用について説明する。

【００８６】例えば、風や音などの空気振動、床からの
振動、顕微鏡を操作することに伴う機械的な内部振動な
どによりＺステージ６２が加振される。このようにＺス
テージ６２３が振動すると、ＸＹステージ６１と対物レ
ンズ６８との相対距離が変化し、変位測定結果に誤差が
生じる。

【００８７】このとき振動センサ１５は、Ｚステージ６
２の振動を検出し、その振動センサ信号ｐを出力する。

【００８８】制御装置７２は、振動センサ１５から出力
される振動センサ信号ｐを入力し、この振動センサ信号
ｐから得られるＺステージ６２の振動に応じてＺステー
ジ６２の振動を制振するためのアクチュエータ駆動信号
ｓを演算して求め、このアクチュエータ駆動信号ｓを圧
電型アクチュエータ１３に送出する。

【００８９】この圧電型アクチュエータ１３は、錘７１
となる接眼鏡筒６４、中間鏡筒６５及びＣＣＤカメラ６
６をＺ方向に振動させ、その反力によりＺステージ６２
の振動を制振する。

【００９０】このように上記第４の実施の形態において
は、Ｚステージ６２上の変位測定光学系６３と観察光学
系としての接眼鏡筒６４、中間鏡筒６５及びＣＣＤカメ
ラ６６との間に動吸振器ユニット７０を設け、Ｚステー
ジ６２の振動を振動センサ１５により検出し、制御装置
７２によりＺステージ６２の振動に応じて圧電型アクチ
ュエータ１３を駆動して動吸振器の錘７１となる接眼鏡
筒６４、中間鏡筒６５及びＣＣＤカメラ６６をＺ方向に
振動させ、その反力によりＺステージ６２の振動を制振
するので、Ｚステージ６２の振動を制振することで、試
料Ｍの測定結果に振動による変位が加算されることを抑
えることができ、精度の高い測定を行うことができる。

【００９１】又、上記第１の実施の形態と同様に、測定
顕微鏡の構造を変えずに動吸振器ユニット７０を設ける
ことができて設置場所の制約を受けずに測定顕微鏡に導
入しやすく、かつ装置の重力の増加を抑えてＺステージ
６２の振動を制振できる。例えば、動吸振器ユニット７
０は、接眼鏡筒６４と中間鏡筒６５との間、又は中間鏡
筒６５とＣＣＤカメラ６６との間に設けて中間鏡筒６５
やＣＣＤカメラ６６の振動を制振することもできる。さ
らに、Ｚステージ６２と接眼鏡筒６４との間の動吸振器
ユニット７０を通過する観察光Ｌは、平行光束であるの
で、観察像に影響を与えることはない。

【００９２】(5) 次に、本発明の第５の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。

【００９３】図１１は能動的な動吸振器ユニットを設け
た共焦点顕微鏡の構成図である。

【００９４】この共焦点顕微鏡のフレーム８０には、試
料ステージ８１が設けられている。この試料ステージ８
１には、試料Ｍが載置されている。

【００９５】フレーム８０には、アーム部８２が試料ス
テージ８１の上方に張り出している。このアーム部８２
の上部には観察光学系である接眼鏡筒８３、共焦点ユニ
ット８４、中間鏡筒８５及びＣＣＤカメラ８６が取り付
けられ、その下部にはレボルバ８７及び対物レンズ８８
が取り付けられている。

【００９６】接眼鏡筒８５には、結像レンズ８９が取り
付けられ、この結像レンズ８９により対物レンズ８８か
らの平行光束の観察光ＬがＣＣＤカメラ８６の結像面８
６ａに結像するようになっている。

【００９７】共焦点ユニット８４は、ランダムに配置さ
れたピンホールが形成されたディスク９０と、このディ
スク９０を回転させるモータ９１を備えている。

【００９８】又、照明光学系９２が共焦点ユニット８４
に設けられ、照明光学系９２から放射された照明光が共
焦点ユニット８４内のミラー９３で反射して試料Ｍに照
射されるようになっている。

【００９９】このような共焦点顕微鏡には、制振対象部
位とするアーム部８２の振動を制振する能動的な動吸振
器ユニット９４が設けられている。すなわち、回転する
ディスク９０の振動がフレーム８０を振動させると、対
物レンズ８８と試料Ｍとの相対変位が振動し、試料Ｍの
観察画像にぼけが生じる。

【０１００】共焦点顕微鏡は、光軸方向（Ｚ軸方向）の
分解能が高く、３次元計測にも利用されるので、このよ
うな振動が生じると、性能を著しく損なう。このため
に、動吸振器ユニット９４を用いてフレーム８０を制振
する必要がある。

【０１０１】この動吸振器ユニット９４は、フレーム８
０のアーム部８２と顕微鏡構成要素すなわち能動的動吸
振器の錘９５として作用する観察光学系としての接眼鏡
筒８３、共焦点ユニット８４、中間鏡筒８５及びＣＣＤ
カメラ８６との間に設けられている。

【０１０２】この動吸振器ユニット９４は、上記図３に
示す動吸振器ユニット１０と同一構成であってその詳し
い説明は省略するものであり、かつ制御装置９６は、動
吸振器ユニット９４に設けられて振動センサ１５から出
力される振動センサ信号ｐを入力し、この振動センサ信
号ｐから得られるフレーム８０の振動に応じてフレーム
８０の振動を制振するためのアクチュエータ駆動信号ｓ
を演算して求め、このアクチュエータ駆動信号ｓを動吸
振器ユニット９４の圧電型アクチュエータ１３に送出す
る機能を有している。

【０１０３】次に上記の如く構成された顕微鏡での制振
作用について説明する。

【０１０４】例えば、風や音などの空気振動、床からの
振動、共焦点顕微鏡を操作することに伴う機械的な内部
振動、回転するディスク９０とそのモータ９１とによる
振動などによりフレーム８０が加振される。このように
フレーム８０が振動すると、試料Ｍと対物レンズ８８と
の相対距離が変化し、観察画像にぼけ生じる。

【０１０５】このとき振動センサ１５は、フレーム８０
の振動を検出し、その振動センサ信号ｐを出力する。

【０１０６】制御装置９６は、振動センサ１５から出力
される振動センサ信号ｐを入力し、この振動センサ信号
ｐから得られるフレーム８０の振動に応じてフレーム８
０の振動を制振するためのアクチュエータ駆動信号ｓを
演算して求め、このアクチュエータ駆動信号ｓを圧電型
アクチュエータ１３に送出する。

【０１０７】この圧電型アクチュエータ１３は、錘９５
となる接眼鏡筒８３、共焦点ユニット８４、中間鏡筒８
５及びＣＣＤカメラ８６をＺ方向に振動させ、その反力
によりフレーム８０の振動を制振する。

【０１０８】このように上記第５の実施の形態において
は、フレーム８０と観察光学系としての接眼鏡筒８３、
共焦点ユニット８４、中間鏡筒８５及びＣＣＤカメラ８
６との間に動吸振器ユニット９４を設け、フレーム８０
の振動を振動センサ１５により検出し、制御装置９６に
よりフレーム８０の振動に応じて圧電型アクチュエータ
１３を駆動して動吸振器の錘９５となる接眼鏡筒８３、
共焦点ユニット８４、中間鏡筒８５及びＣＣＤカメラ８
６をＺ方向に振動させ、その反力によりフレーム８０の
振動を制振するので、フレーム８０の振動を制振するこ
とで、試料Ｍの観察画像のぼけ、光軸方向のずれを抑
え、良好な共焦点像の観察、又は３次元計測を行うこと
ができる。

【０１０９】(6) 次に、本発明の第６の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。

【０１１０】図１２は振動を減衰する手段を備えた動吸
振器付き顕微鏡の構成図である。

【０１１１】この顕微鏡のフレーム１００には、試料ス
テージ１０１が設けられている。この試料ステージ１０
１には、試料Ｍが載置されている。

【０１１２】フレーム１００には、アーム部１０２が試
料ステージ１０１の上方に張り出している。このアーム
部１０２の上部には観察光学系である接眼鏡筒１０３、
中間鏡筒１０４及びＣＣＤカメラ１０５が取り付けら
れ、その下部にはレボルバ１０６及び対物レンズ１０７
が取り付けられている。

【０１１３】接眼鏡筒１０３には、結像レンズ１０８が
取り付けられ、この結像レンズ１０８により対物レンズ
１０７からの平行光束の観察光ＬがＣＣＤカメラ１０５
の結像面１０５ａに結像するようになっている。

【０１１４】このような顕微鏡には、制振対象部位とす
るフレーム１００の振動を制振する制振手段１０９が設
けられている。すなわち、フレーム１００が振動する
と、対物レンズ１０７と試料Ｍとの相対変位が振動し、
試料Ｍの観察画像にぼけが生じることから、フレーム１
００の振動を制振手段１０９を設けて制振する必要があ
る。

【０１１５】この制振手段１０９は、フレーム１００の
アーム部１０２上に粘弾性部材１１０を介して錘１１１
を支持した構成となっている。このように錘１１１を支
持することにより、この錘１１１は、光軸方向（Ｚ軸方
向）に可動するものとなっている。

【０１１６】次に上記の如く構成された顕微鏡での制振
作用について説明する。

【０１１７】例えば、風や音などの空気振動、床からの
振動、共焦点顕微鏡を操作することに伴う機械的な内部
振動などによりフレーム１００のアーム部１０２が加振
される。このようにフレーム１００のアーム部１０２が
振動すると、試料Ｍと対物レンズ１０７との相対距離が
変化し、観察画像にぼけ生じる。又、試料Ｍと対物レン
ズ１０７との相対距離の変化が大きい場合には、試料Ｍ
の観察ができなくなる場合もある。

【０１１８】このとき、アーム部１０２の振動に応じて
制振手段１０９の錘１１１が振動する。この錘１１１が
振動すると、この制振手段１０９の粘弾性部材１１０に
錘１１１の振動が伝達され、この粘弾性部材１１０によ
り振動エネルギーが熱エネルギーに変換される。

【０１１９】この粘弾性部材１１０における振動エネル
ギーから熱エネルギーへの変換により、アーム部１０２
の振動は制振される。

【０１２０】このように上記第６の実施の形態において
は、フレーム１００のアーム部１０２上に粘弾性部材１
１０を介して錘１１１を支持し、アーム部１０２の振動
に応じて錘１１１を振動させ、この錘１１１の振動を粘
弾性部材１１０により振動エネルギーから熱エネルギー
に変換するようにしたので、フレーム１００の振動を制
振でき、試料Ｍの観察画像のぼけ、光軸方向のずれを抑
えることができる。

【０１２１】又、フレーム１００上に粘弾性部材１１０
を介して錘１１１を支持する構成なので、既存の顕微鏡
に付加するだけで容易に試料Ｍの観察画像のぼけを抑え
ることができる。

【０１２２】なお、本発明は、上記第１乃至第６の実施
の形態に限定されるものでなく次の通り変形してもよ
い。

【０１２３】例えば、上記第６の実施の形態における粘
弾性部材１１０の代わりに錘１１１を光軸方向（Ｚ軸方
向）に移動させるアクチュエータ（例えば圧電素子）を
配設し、フレーム１００の振動を振動センサにより検出
し、この振動センサから出力される振動信号に応じて制
御回路によりアクチュエータを駆動制御するようにして
もよい。この場合、この制御手段は、フレーム１００の
振動に応じてアクチュエータにより錘１１１を駆動し、
フレーム１００の振動を打ち消す能動型のものとなる。

【０１２４】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、設
置場所の制約を受けず、かつ装置の重力の増加を抑えて
振動を制振できる動吸振器付き顕微鏡を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる能動的動吸振器付き顕微鏡の第
１の実施の形態を示す構成図。

【図２】同顕微鏡における制振対象であるアーム部の共
振モードを示す図。

【図３】同顕微鏡に設けられた動吸振器ユニットの具体
的な構成図。

【図４】同顕微鏡に設けられた能動的動吸振器の物理モ
デルを示す図。

【図５】動吸振器の制振効果を周波数特性で示した図。

【図６】本発明に係わる能動的動吸振器付き顕微鏡の第
２の実施の形態を示す構成図。

【図７】同顕微鏡に設けられた動吸振器ユニットの具体
的な構成図。

【図８】同顕微鏡に設けられた能動的動吸振器の物理モ
デルを示す図。

【図９】本発明に係わる動吸振器付き顕微鏡の第３の実
施の形態を示す構成図。

【図１０】本発明に係わる能動的動吸振器を設けた測定
顕微鏡の第４の実施の形態を示す構成図。

【図１１】本発明に係わる能動的動吸振器を設けた共焦
点顕微鏡の第５の実施の形態を示す構成図。

【図１２】本発明に係わる振動を減衰する手段を備えた
動吸振器付き顕微鏡の第６の実施の形態を示す構成図。

【符号の説明】

１，６０，８０，１００：フレーム、 ３，１０２：アーム部、 ４，６４，８３，１０３：接眼鏡筒、 ５，６５，８５，１０４：中間鏡筒、 ６，６６，８６，１０５：ＣＣＤカメラ、 ７，４９，６７，８７，１０６：レボルバ、 ８，６８，８８，１０７：対物レンズ、 １０：動吸振器ユニット、 １１：制振対象側部材、 １２：錘側部材、 １３：圧電型アクチュエータ、 １４：ばね、 １５：振動センサ、 １６，７２，９６：制御装置、 ２０：錘、 ３０：動吸振器ユニット、 ３１：粘弾性部材、 ４３：レーザ光源、 ５１：支持部材、 ５２：合焦機構、 ５３：検出系、 ５５：光学顕微鏡照明光学系、 ５６：光学顕微鏡結像光学系、 Ａ_１〜Ａ_６：動吸振器ユニット、 ６１：ＸＹステージ、 ６２：Ｚステージ、 ６３：変位測定光学系、 ７０：動吸振器ユニット、 ７１：錘、 ８１，１０１：試料ステージ、 ８４：共焦点ユニット、 ９０：ディスク、 ９１：モータ、 ９４：動吸振器ユニット、 ９５：錘、 １０９：制振手段、 １１０：粘弾性部材、 １１１：錘、 Ｍ：試料。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料を光学観察又は測定するための光学
   系の光軸方向の振動に応じてこの振動方向に変位可能な
   錘を備え、前記光軸方向の振動を減衰する手段を備えた
   ことを特徴とする動吸振器付き顕微鏡。
2. 【請求項２】 前記振動を減衰する手段は、前記光学系
   を含む制振対象部位を錘とし、この錘を支持する粘弾性
   部材で構成される受動的動吸振器ユニットであることを
   特徴とする請求項１記載の動吸振器付き顕微鏡。
3. 【請求項３】 前記振動を減衰する手段は、前記光学系
   を含む制振対象部位で構成される錘と、 この錘を駆動するアクチュエータと、 前記顕微鏡における制振対象部位の振動を検出する振動
   センサと、 この振動センサにより検出された振動に応じて前記アク
   チュエータを駆動する制御手段と、を有することを特徴
   とする請求項１記載の動吸振器付き顕微鏡。
4. 【請求項４】 顕微鏡における制振対象部位とこの制振
   対象部位の近傍にある顕微鏡構成要素との間に配置さ
   れ、前記制振対象部位の振動を検出する振動センサ及び
   前記顕微鏡構成要素を駆動するアクチュエータを有する
   動吸振器ユニットと、 前記振動センサにより検出された前記制振対象部位の振
   動に応じて前記アクチュエータを駆動する制御手段とを
   備え、 前記顕微鏡構成要素を錘として作用させるとともに前記
   アクチュエータの駆動により前記制振対象部位の振動を
   制振することを特徴とする動吸振器付き顕微鏡。
5. 【請求項５】 顕微鏡における制振対象部位とこの制振
   対象部位の近傍にある顕微鏡構成要素との間に配置さ
   れ、前記顕微鏡構成要素の振動に応じて伸縮して前記顕
   微鏡構成要素の振動を減衰する抵抗粘性要素を有する動
   吸振器ユニットを備え、 前記顕微鏡構成要素を錘として作用させるとともに前記
   抵抗粘性要素の伸縮により前記制振対象部位の振動を制
   振することを特徴とする動吸振器付き顕微鏡。
6. 【請求項６】 前記動吸振器ユニットは、前記顕微鏡中
   の平行光束が通過する部位に配置されたことを特徴とす
   る請求項４又は５記載の動吸振器付き顕微鏡。