JP2012118195A - Microscope - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the decrease of a driving amplitude of a piezoelectric element when driving the piezoelectric element provided in a microscope at a high speed.SOLUTION: When reciprocating and driving a piezoelectric element as a linear motion mechanism at a predetermined cycle, if a drive signal is a cosine wave as shown by a curve C12, the maximum value of the driving amplitude of the piezoelectric element is decreased due to response delay of the piezoelectric element. Then, a cycle of a cosine wave component as the drive signal is shortened while a cycle of the whole drive signal is fixed, and a dormant section having a fixed value is inserted into a section where a rate of change of the cosine wave becomes zero (0) by the amount of shortening, thus obtaining a drive signal shown by a curve C13. When the piezoelectric element is driven by this drive signal, the reduction rate of the maximum value of the driving amplitude of the piezoelectric element decreasing due to high-speed driving can be reduced. This invention can be applied to a scanning type microscope.

Description

本発明は、顕微鏡に設けられたピエゾ素子を高速で駆動する場合において、ピエゾ素子の駆動振幅の減少を低減させることができるようにした顕微鏡に関する。   The present invention relates to a microscope capable of reducing a decrease in driving amplitude of a piezo element when the piezo element provided in the microscope is driven at high speed.

従来、ピエゾ素子を用いた駆動機構を周期的に駆動させる場合に、鋸歯状波、正弦波(余弦波の位相をπ/2ずらしたもの)、階段波、三角波などの駆動信号によりピエゾ素子を駆動させることが一般に知られている。   Conventionally, when a drive mechanism using a piezo element is periodically driven, the piezo element is driven by a drive signal such as a sawtooth wave, a sine wave (the phase of the cosine wave is shifted by π / 2), a staircase wave, or a triangular wave. It is generally known to drive.

例えば、特許文献1に記載の発明では、三角波状の駆動信号によりピエゾ素子が駆動されており、変位拡大機構の出力動作点における振動を抑制するために、駆動信号の変化点において所定期間だけ駆動信号の変向の保留が行なわれている。   For example, in the invention described in Patent Document 1, the piezo element is driven by a triangular wave-like drive signal, and is driven for a predetermined period at the change point of the drive signal in order to suppress vibration at the output operation point of the displacement magnifying mechanism. There is a suspension of signal turning.

また、駆動信号の生成方法として、アナログ回路とデジタル回路を組み合わせることで、複雑な波形の駆動信号を生成する方法も提案されている(例えば、特許文献2参照)。   As a drive signal generation method, a method of generating a drive signal having a complex waveform by combining an analog circuit and a digital circuit has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

ピエゾ素子の駆動信号として、どのような波形の信号が用いられるかは、駆動機構の構造に応じて使い分けられるが、高速でピエゾ素子を往復駆動させる場合には、駆動信号として正弦波(余弦波)が用いられることが多い。これは、ピエゾ素子には固有の共振周波数があり、複数の周波数成分を含む波形の駆動信号では、共振を誘発する可能性が高いからである。   The type of waveform signal used as the drive signal for the piezo element can be selected depending on the structure of the drive mechanism. However, when the piezo element is driven back and forth at high speed, a sine wave (cosine wave) is used as the drive signal. ) Is often used. This is because a piezo element has an inherent resonance frequency, and a drive signal having a waveform including a plurality of frequency components is likely to induce resonance.

なお、上述した鋸歯状波や三角波等の信号では、それらの信号のうち、正弦波(余弦波)のみが単一周波数の信号から構成されている。この正弦波(余弦波)を駆動信号とすれば、共振の誘発を回避することが容易であるが、他の信号の波形には、ステップ状の部分や、急峻に駆動電圧が変化する部分があり、これらの部分には複数の周波数成分が含まれるため、共振が起こるおそれがある。   In the above-described signals such as a sawtooth wave and a triangular wave, only a sine wave (cosine wave) is composed of a single frequency signal. If this sine wave (cosine wave) is used as a drive signal, it is easy to avoid the induction of resonance, but other signal waveforms have a stepped portion or a portion where the drive voltage changes sharply. In addition, since these portions include a plurality of frequency components, resonance may occur.

特開平9−99567号公報JP-A-9-99567

特開2008−221583号公報JP 2008-221583 A

このようにピエゾ素子を用いた駆動機構を高速駆動しようとすると、正弦波(余弦波)状の駆動信号での駆動が必要となる。ところが、正弦波(余弦波)でピエゾ素子を駆動させると、駆動信号の最大振幅が同一である場合、駆動信号の周期が短くなるほど、ピエゾ素子の駆動振幅の最大値(最大駆動振幅)が減少する。   In this way, when a drive mechanism using a piezo element is to be driven at high speed, driving with a sine wave (cosine wave) drive signal is required. However, when the piezo element is driven with a sine wave (cosine wave), the maximum drive amplitude of the piezo element (maximum drive amplitude) decreases as the period of the drive signal becomes shorter if the maximum amplitude of the drive signal is the same. To do.

これは、ピエゾ素子において、駆動信号に対する応答遅れが生じ、駆動信号の周期がピエゾ素子の応答時間よりも短い場合には、ピエゾ素子(駆動機構)の振幅が、駆動信号の振幅の最大値に対応する大きさとなる前に、駆動信号の振幅(駆動電圧)が減少に転じるためである。そうすると、ピエゾ素子の駆動振幅が増加していき、その駆動振幅が本来とるべき最大値に到達する途中で制動がかかってしまい、ピエゾ素子の駆動振幅が減少し始めてしまう。   This is because a response delay to the drive signal occurs in the piezo element, and when the period of the drive signal is shorter than the response time of the piezo element, the amplitude of the piezo element (drive mechanism) becomes the maximum value of the amplitude of the drive signal. This is because the amplitude (drive voltage) of the drive signal starts to decrease before the corresponding magnitude is reached. Then, the drive amplitude of the piezo element increases, and braking is applied while the drive amplitude reaches the maximum value that should be originally taken, so that the drive amplitude of the piezo element starts to decrease.

そのため、結果としてピエゾ素子の最大駆動振幅が減少してしまうことになり、ピエゾ素子を正弦波(余弦波)状の駆動信号で高速駆動させる場合には、駆動機構の設計を、ピエゾ素子の最大駆動振幅の減少がある程度許容されたものとする必要があった。   As a result, the maximum drive amplitude of the piezo element is reduced, and when the piezo element is driven at a high speed with a sine wave (cosine wave) drive signal, the design of the drive mechanism is set to the maximum of the piezo element. It was necessary to allow a reduction in drive amplitude to some extent.

以上のようにピエゾ素子の物理的特性上、駆動信号の周期が短くなるほどピエゾ素子の最大駆動振幅は減少してしまうが、駆動信号の周期(ピエゾ素子の駆動周期)を変化させることなく、最大駆動振幅の減少率を低減させることは、実用上有用である。   As described above, due to the physical characteristics of the piezo element, the maximum drive amplitude of the piezo element decreases as the period of the drive signal is shortened, but the maximum is possible without changing the period of the drive signal (drive period of the piezo element). It is practically useful to reduce the reduction rate of the drive amplitude.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、直動機構を高速で駆動する場合において、駆動信号の周期を変化させることなく、直動機構の駆動振幅の減少を低減させることができるようにするものである。   The present invention has been made in view of such a situation, and when driving the linear motion mechanism at high speed, the reduction in the drive amplitude of the linear motion mechanism is reduced without changing the cycle of the drive signal. Is to be able to.

本発明の顕微鏡は、観察対象の試料が載置されるステージと対物レンズとの距離を、前記対物レンズの光軸方向に変化させる直動機構と、前記直動機構を一定の振幅で、かつ前記直動機構を駆動させる駆動信号に対する前記直動機構の駆動の遅延時間よりも短い周期で往復駆動させる前記駆動信号としての余弦波の第1の周期から、所定時間を減算して第2の周期の余弦波を算出する演算手段と、前記第2の周期の余弦波の一部に、値が一定となる休止区間を挿入することにより周期が前記第1の周期となる最終的な駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記最終的な駆動信号を前記直動機構に供給して、前記直動機構を前記往復駆動させる駆動制御手段とを備えることを特徴とする。   The microscope of the present invention includes a linear motion mechanism that changes a distance between a stage on which a sample to be observed is placed and an objective lens in the optical axis direction of the objective lens, the linear motion mechanism with a constant amplitude, and A predetermined time is subtracted from the first period of the cosine wave as the drive signal that is reciprocally driven with a period shorter than the drive delay time of the linear motion mechanism with respect to the drive signal that drives the linear motion mechanism, A calculating means for calculating a cosine wave of a period, and a final drive signal whose period becomes the first period by inserting a pause section having a constant value into a part of the cosine wave of the second period Drive signal generation means for supplying the final drive signal to the linear motion mechanism and drive control means for driving the linear motion mechanism to reciprocate.

本発明によれば、直動機構を高速で駆動する場合において、駆動信号の周期を変化させることなく、直動機構の駆動振幅の減少を低減させることができる。   According to the present invention, when the linear motion mechanism is driven at high speed, it is possible to reduce the decrease in the drive amplitude of the linear motion mechanism without changing the cycle of the drive signal.

本発明の概要について説明する図である。It is a figure explaining the outline | summary of this invention. ステップ状駆動信号に対する応答の遅延について説明する図である。It is a figure explaining the delay of the response with respect to a step-like drive signal. 単一余弦波駆動信号に対する応答の遅延について説明する図である。It is a figure explaining the delay of a response to a single cosine wave drive signal. 最大駆動振幅の増加率について説明する図である。It is a figure explaining the increase rate of the maximum drive amplitude. 休止区間の挿入による最大駆動振幅の増加について説明する図である。It is a figure explaining the increase in the maximum drive amplitude by insertion of a rest period. 本発明を適用した走査型顕微鏡の一実施の形態の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of one Embodiment of the scanning microscope to which this invention is applied. 駆動テーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a drive table. 駆動テーブル生成処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining a drive table production | generation process. 観察処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining an observation process.

以下、図面を参照して、本発明を適用した実施の形態について説明する。   Embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.

[本発明の概要]
まず、本発明を適用した顕微鏡に設けられた直動機構の駆動方法について説明する。なお、以下では、対象物を一定の振幅で周期的に往復駆動させる直動機構として、ピエゾ素子を例に説明する。
[Outline of the present invention]
First, a method for driving a linear motion mechanism provided in a microscope to which the present invention is applied will be described. Hereinafter, a piezo element will be described as an example of a linear motion mechanism that periodically reciprocates an object with a constant amplitude.

例えば、ピエゾ素子は、駆動速度の限界付近の速度で高速に駆動される場合には、図1の曲線C11に示すように、余弦波形状の駆動信号により駆動される。なお、図1において、横軸は時間を示しており、縦軸は駆動信号またはピエゾ素子の振幅(駆動振幅)を示している。   For example, when the piezo element is driven at a high speed near the limit of the driving speed, the piezo element is driven by a cosine wave shaped drive signal as shown by a curve C11 in FIG. In FIG. 1, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the drive signal or the amplitude (drive amplitude) of the piezoelectric element.

また、駆動信号の周期が充分に長い場合には、ピエゾ素子の位置、すなわちピエゾ素子の駆動振幅は曲線P11に示すように、駆動信号の振幅(駆動電圧)に追従して変化する。図1の例において、曲線C11に示す駆動信号に対して、曲線P11に示す駆動振幅の位相がずれているのは、ピエゾ素子において、駆動信号に対する応答の遅延が生じるからである。ここで、ピエゾ素子の駆動振幅、すなわちピエゾ素子が移動させる対象物の位置(距離)は、駆動信号の振幅(駆動電圧)に比例するものとする。   When the period of the drive signal is sufficiently long, the position of the piezo element, that is, the drive amplitude of the piezo element changes following the amplitude (drive voltage) of the drive signal as shown by a curve P11. In the example of FIG. 1, the phase of the drive amplitude indicated by the curve P11 is shifted from the drive signal indicated by the curve C11 because the response to the drive signal is delayed in the piezo element. Here, it is assumed that the drive amplitude of the piezo element, that is, the position (distance) of the object moved by the piezo element is proportional to the amplitude (drive voltage) of the drive signal.

さらに、ピエゾ素子の駆動振幅が周期的に変化するように連続して駆動させる場合、駆動信号の周期を短くすると、駆動時におけるピエゾ素子の駆動振幅の最大値は、駆動信号の振幅の最大値に対応する大きさよりも小さくなっていく。   Furthermore, when driving continuously so that the drive amplitude of the piezo element changes periodically, if the drive signal cycle is shortened, the maximum value of the drive amplitude of the piezo element during driving is the maximum value of the amplitude of the drive signal. It becomes smaller than the size corresponding to.

なお、以下、駆動信号の振幅の最大値に対応するピエゾ素子の駆動振幅を最大可動振幅とも称し、駆動時におけるピエゾ素子の駆動振幅の最大値を最大駆動振幅とも称することとする。つまり、最大可動振幅は、ピエゾ素子が本来到達すべき駆動振幅の最大値であり、最大駆動振幅は、駆動時におけるピエゾ素子の実際の振幅の最大値である。   Hereinafter, the drive amplitude of the piezo element corresponding to the maximum value of the amplitude of the drive signal is also referred to as the maximum movable amplitude, and the maximum value of the drive amplitude of the piezo element during driving is also referred to as the maximum drive amplitude. That is, the maximum movable amplitude is the maximum value of the drive amplitude that the piezo element should originally reach, and the maximum drive amplitude is the maximum value of the actual amplitude of the piezo element during driving.

例えば、駆動信号を曲線C12に示される波形の余弦波とすると、曲線P12に示すようにピエゾ素子の最大駆動振幅は減少する。図1の例では、曲線C12に示される駆動信号の周期は、曲線C11に示される駆動信号の周期よりも短くなっており、これにより曲線P12に示されるピエゾ素子の最大駆動振幅は、曲線P11に示されるピエゾ素子の最大駆動振幅よりも小さくなっている。   For example, if the drive signal is a cosine wave having the waveform shown by the curve C12, the maximum drive amplitude of the piezo element decreases as shown by the curve P12. In the example of FIG. 1, the cycle of the drive signal indicated by the curve C12 is shorter than the cycle of the drive signal indicated by the curve C11, whereby the maximum drive amplitude of the piezo element indicated by the curve P12 is the curve P11. This is smaller than the maximum drive amplitude of the piezo element shown in FIG.

そこで、本発明では曲線C13に示すように、余弦波の変化率が0となる部分に、値が一定となる休止区間を挿入して得られる波形の駆動信号を生成し、この駆動信号によりピエゾ素子を駆動することで、ピエゾ素子の最大駆動振幅の減少を低減させる。   Therefore, in the present invention, as shown by the curve C13, a drive signal having a waveform obtained by inserting a pause period in which the value is constant is generated in a portion where the rate of change of the cosine wave is 0, and the piezoelectric signal is generated by this drive signal. Driving the element reduces the decrease in the maximum drive amplitude of the piezo element.

図1の例では、曲線C13に示される波形は、余弦波の波形における位相が2nπ(但し、n=0,1,2,・・・)の部分に一定期間の休止区間が設けられている。休止区間では、駆動信号の振幅、つまり駆動信号の駆動電圧は、余弦波における休止区間が挿入される部分の駆動電圧の値(曲線C13の例では1)と同じ値とされている。すなわち、この駆動信号の波形は基本的には余弦波の波形であるが、余弦波の振幅が最大となる位置で、その振幅(駆動電圧)が一定期間クランプされている。   In the example of FIG. 1, the waveform shown by the curve C13 is provided with a pause period of a certain period in a portion where the phase of the cosine waveform is 2nπ (where n = 0, 1, 2,...). . In the rest period, the amplitude of the drive signal, that is, the drive voltage of the drive signal is set to the same value as the drive voltage value (1 in the example of the curve C13) of the portion where the rest period in the cosine wave is inserted. That is, the waveform of the drive signal is basically a cosine wave waveform, but the amplitude (drive voltage) is clamped for a certain period at a position where the amplitude of the cosine wave is maximized.

このとき、駆動信号の全体の周期は、休止区間挿入前の駆動信号の周期と同じとされ、休止区間の分だけ余弦波成分の周期が短くなるようにされている。例えば、曲線C12に示される駆動信号の周期はZtであり、この駆動信号に休止区間を挿入して得られた、曲線C13に示す駆動信号の周期もZtである。   At this time, the entire cycle of the drive signal is the same as the cycle of the drive signal before the pause interval is inserted, and the cycle of the cosine wave component is shortened by the pause interval. For example, the cycle of the drive signal shown by the curve C12 is Zt, and the cycle of the drive signal shown by the curve C13 obtained by inserting a pause section into this drive signal is also Zt.

なお、曲線P12に示されるピエゾ素子の最大駆動振幅の減衰は、曲線C12に示される駆動信号の波形の周期がピエゾ素子の駆動信号に対する遅延時間よりも短い場合に生じるため、挿入される休止区間は、当然の結果として、ピエゾ素子の遅延時間より短い時間でなければ意味を持たない。   Note that the attenuation of the maximum drive amplitude of the piezo element indicated by the curve P12 occurs when the period of the waveform of the drive signal indicated by the curve C12 is shorter than the delay time with respect to the drive signal of the piezo element. Naturally, this has no meaning unless the time is shorter than the delay time of the piezoelectric element.

このように、全体の周期の長さを維持したまま、駆動信号の1周期の間に1箇所の休止区間を設けることで、曲線P13に示すように、ピエゾ素子の最大駆動振幅の減少率を低減させることができる。図1の例では、曲線P12で示される、休止区間の挿入前のピエゾ素子の最大駆動振幅よりも、曲線P13で示される、休止区間挿入後のピエゾ素子の最大駆動振幅が大きくなっている。   In this way, by providing one pause interval during one cycle of the drive signal while maintaining the length of the entire cycle, the decrease rate of the maximum drive amplitude of the piezo element can be reduced as shown by the curve P13. Can be reduced. In the example of FIG. 1, the maximum drive amplitude of the piezo element after insertion of the pause period indicated by the curve P13 is larger than the maximum drive amplitude of the piezo element before insertion of the pause period indicated by the curve P12.

なお、駆動信号における休止区間が挿入される位置は、余弦波における位相が2nπの位置に限らず、他の位置とされてもよい。例えば、休止区間の挿入位置は、余弦波の位相が(2n−1)πの位置(但し、n=1,2,・・・)とされてもよいし、それらの両方の位置とされてもよい。   Note that the position where the pause period in the drive signal is inserted is not limited to the position where the phase of the cosine wave is 2nπ, but may be another position. For example, the insertion position of the pause period may be a position where the phase of the cosine wave is (2n−1) π (where n = 1, 2,...), Or both of them. Also good.

但し、休止区間の挿入位置は、余弦波の頂点、つまり位相がnπの位置(但し、n=0,1,2,・・・)であることが望ましい。これは、余弦波の頂点部分では、余弦波の波形の変化率が0となるため、直流成分である休止区間を挿入しても駆動信号の周波数成分は変化しないからである。この場合、余弦波の周波数がピエゾ素子の共振限界を超えない範囲である限り、共振が生じてしまうことがない。   However, it is desirable that the insertion position of the pause period is the cosine wave, that is, the position where the phase is nπ (where n = 0, 1, 2,...). This is because, at the apex portion of the cosine wave, the rate of change of the waveform of the cosine wave is 0, so that the frequency component of the drive signal does not change even when a pause period that is a direct current component is inserted. In this case, resonance does not occur as long as the frequency of the cosine wave is within a range that does not exceed the resonance limit of the piezoelectric element.

[休止区間の長さについて]
次に、駆動信号に挿入される休止区間の長さについて説明する。なお、以下、駆動信号に挿入される休止区間の長さを待機時間とも呼ぶこととする。
[Length of pause section]
Next, the length of the pause period inserted into the drive signal will be described. Hereinafter, the length of the pause period inserted into the drive signal is also referred to as a standby time.

一般的に、ピエゾ素子に限らず、駆動信号により駆動部を駆動させて質量を移動させる場合、駆動部において応答の遅れが生じる。これは、駆動信号により発生するトルクに対し、駆動系の慣性質量、可動部の静止摩擦係数や動摩擦係数等が作用するためである。   In general, not only the piezoelectric element but also the drive unit is driven by a drive signal to move the mass, a response delay occurs in the drive unit. This is because the inertial mass of the drive system, the static friction coefficient and the dynamic friction coefficient of the movable part, etc. act on the torque generated by the drive signal.

ここで、駆動信号としてステップ状の矩形波を駆動部に与えた場合、駆動部の応答遅れは、図2に示すようになる。なお、図2において曲線C21は駆動信号の波形を示しており、曲線P21は駆動部の駆動振幅を示している。また、図中、横方向は時間を示しており、縦方向は駆動信号または駆動振幅の大きさを示している。   Here, when a stepped rectangular wave is given to the drive unit as the drive signal, the response delay of the drive unit is as shown in FIG. In FIG. 2, a curve C21 shows the waveform of the drive signal, and a curve P21 shows the drive amplitude of the drive unit. In the figure, the horizontal direction indicates time, and the vertical direction indicates the magnitude of the drive signal or drive amplitude.

図2の例では、駆動振幅は、駆動信号の変化に対して所定時間だけ遅延して変化している。この遅延が駆動部内における応答遅れや、駆動系の慣性質量等により生じる遅れからなる、駆動系全体の駆動信号の変化に対する遅延である。   In the example of FIG. 2, the drive amplitude changes with a predetermined time delay with respect to the change of the drive signal. This delay is a delay with respect to a change in the drive signal of the entire drive system, which consists of a response delay in the drive unit and a delay caused by the inertial mass of the drive system.

したがって、駆動信号の周期を充分長くすれば、駆動系の駆動振幅も駆動信号の変化に追従し、最大駆動振幅が減少してしまうこともない。   Therefore, if the cycle of the drive signal is made sufficiently long, the drive amplitude of the drive system follows the change of the drive signal, and the maximum drive amplitude does not decrease.

これに対し、駆動振幅が駆動信号の最大振幅に対応する大きさとなる前に、駆動信号の振幅が減少するように駆動信号の周期を短くすると、駆動振幅は、駆動信号の最大振幅に対応する大きさに達する前に減少し始めるため、最大駆動振幅が減少してしまう。   On the other hand, if the cycle of the drive signal is shortened so that the amplitude of the drive signal decreases before the drive amplitude reaches the magnitude corresponding to the maximum amplitude of the drive signal, the drive amplitude corresponds to the maximum amplitude of the drive signal. Since it starts to decrease before it reaches the size, the maximum drive amplitude decreases.

例えば、図3に示すように、単一余弦波を駆動信号として駆動部に与えた場合を考える。なお、図3において、曲線C31は駆動信号の波形を示しており、曲線P31は駆動部の駆動振幅を示している。また、図中、横方向は時間を示しており、縦方向は駆動信号または駆動振幅の大きさを示している。   For example, consider a case where a single cosine wave is given as a drive signal to the drive unit as shown in FIG. In FIG. 3, a curve C31 shows the waveform of the drive signal, and a curve P31 shows the drive amplitude of the drive unit. In the figure, the horizontal direction indicates time, and the vertical direction indicates the magnitude of the drive signal or drive amplitude.

図3では、曲線C31に示される駆動信号の波形は、駆動部を静止させている状態から最大可動振幅だけ駆動させた後、駆動前の状態に戻すような波形となっている。これに対して、曲線P31に示される駆動振幅の波形は、駆動信号に追従して変化しているが、駆動部の駆動振幅が最大可動振幅に到達する前に、既に駆動信号の振幅は最大振幅よりも小さくなっているので、駆動部の最大駆動振幅は、最大可動振幅よりも小さくなっている。   In FIG. 3, the waveform of the drive signal indicated by the curve C31 is such that the drive unit is driven by the maximum movable amplitude from the stationary state and then returned to the state before the drive. On the other hand, the waveform of the drive amplitude indicated by the curve P31 changes following the drive signal. However, before the drive amplitude of the drive unit reaches the maximum movable amplitude, the amplitude of the drive signal is already at the maximum. Since it is smaller than the amplitude, the maximum drive amplitude of the drive unit is smaller than the maximum movable amplitude.

また、駆動信号が最大振幅となる時刻から、駆動振幅が最大となる時刻までの遅延時間D’は、駆動部内において生じる応答遅れや、静止摩擦係数等の作用により生じる遅延などからなる遅延時間である。駆動部は静止した状態から駆動されるので、この遅延時間D’には、慣性による遅延は含まれていない。   Further, the delay time D ′ from the time when the drive signal becomes the maximum amplitude to the time when the drive amplitude becomes the maximum is a delay time consisting of a response delay generated in the drive unit, a delay generated by the action of the static friction coefficient, and the like. is there. Since the drive unit is driven from a stationary state, the delay time D ′ does not include a delay due to inertia.

一方、駆動信号の振幅が最小値となった時刻から、駆動振幅が最小となる時刻までの遅延時間Dは、駆動部内において生じる応答遅れと、動摩擦係数や慣性等の作用により生じる遅延などからなる遅延時間である。したがって、駆動信号を単一余弦波とし、連続して駆動部を往復駆動させると、駆動信号に対して遅延時間Dだけ遅延が生じることになる。   On the other hand, the delay time D from the time when the amplitude of the drive signal becomes the minimum value to the time when the drive amplitude becomes the minimum consists of a response delay that occurs in the drive unit, a delay that occurs due to the action of the dynamic friction coefficient, inertia, and the like. Delay time. Therefore, when the drive signal is a single cosine wave and the drive unit is continuously driven to reciprocate, the drive signal is delayed by the delay time D.

例えば、時刻の変数をtとして、駆動信号YがY=cos(t)で表される余弦波であるとする。ここで、駆動部の最大駆動振幅の減少が生じ、かつ安定状態では駆動振幅が駆動信号の変化に追従すると仮定すると、駆動振幅Rは、R=a・cos(t+δ)と近似することができる。なお、安定状態とは、駆動信号を周期的に変化させたときに、駆動振幅も周期的に変化する状態をいう。   For example, suppose that the time variable is t and the drive signal Y is a cosine wave represented by Y = cos (t). Here, assuming that a decrease in the maximum drive amplitude of the drive unit occurs and the drive amplitude follows the change of the drive signal in a stable state, the drive amplitude R can be approximated as R = a · cos (t + δ). . The stable state refers to a state in which the drive amplitude also changes periodically when the drive signal is changed periodically.

いま、駆動部を連続駆動ではなく1周期分だけ駆動させるとすると、駆動信号の1周期終了までの駆動振幅の波形は、R=a・cos(t+δ)で表される。この波形は、図3における曲線P31で示される駆動振幅の波形の頂点より左側の部分に相当する。   Assuming that the drive unit is driven for one cycle instead of continuous driving, the waveform of the drive amplitude until the end of one cycle of the drive signal is represented by R = a · cos (t + δ). This waveform corresponds to the portion on the left side of the peak of the waveform of the drive amplitude indicated by the curve P31 in FIG.

これに対し、駆動信号の1周期終了後は、時間の経過とともに駆動振幅が、駆動信号の1周期終了時の駆動電圧に対応する大きさに収束していくため、駆動信号の1周期終了後の駆動振幅の波形は、R’=a・cos(t+2π)+bで表される。この波形は、図3における曲線P31で示される駆動振幅の波形の頂点より右側の部分に相当する。   On the other hand, after the end of one cycle of the drive signal, the drive amplitude converges to a magnitude corresponding to the drive voltage at the end of the one cycle of the drive signal as time elapses. The drive amplitude waveform is represented by R ′ = a · cos (t + 2π) + b. This waveform corresponds to a portion on the right side of the top of the waveform of the drive amplitude indicated by the curve P31 in FIG.

ところで、単一余弦波を駆動信号として駆動系に与えた場合、上述したように駆動系の応答遅れのため、駆動信号の周期が短くなるにしたがって、駆動系の最大駆動振幅が減少する傾向がある。具体的には、駆動信号の周期が短くなるにしたがって、略線形に最大駆動振幅が小さくなることが知られている。   By the way, when a single cosine wave is given to the drive system as a drive signal, the maximum drive amplitude of the drive system tends to decrease as the cycle of the drive signal becomes shorter due to the response delay of the drive system as described above. There is. Specifically, it is known that the maximum drive amplitude decreases approximately linearly as the cycle of the drive signal becomes shorter.

例えば、上述したように、駆動信号全体の周期Ztを変化させずに、駆動信号としての余弦波に休止区間を挿入する場合、待機時間をtとすると、駆動信号の余弦波成分の周期は、Zt−tとなる。駆動信号の余弦波成分の周期は、待機時間tを長くするほど短くなり、これにより最大駆動振幅も減少することになる。   For example, as described above, when the pause period is inserted into the cosine wave as the drive signal without changing the cycle Zt of the entire drive signal, when the standby time is t, the cycle of the cosine wave component of the drive signal is Zt-t. The period of the cosine wave component of the drive signal becomes shorter as the standby time t is made longer, and the maximum drive amplitude is thereby reduced.

待機時間をtとしたときに、駆動信号の余弦波成分の周期の変化により増加(減少)する最大駆動振幅の増加率は、減少関数f(t)で表すことができる。例えば、減少関数f(t)は、駆動信号の周期Ztにより定まる係数をk(但し1>k)としてf(t)=−kt+1などとすることができる。この減少関数f(t)は、待機時間tが長くなるほど小さくなる関数であり、0<f(t)≦1である。   When the standby time is t, the increase rate of the maximum drive amplitude that increases (decreases) due to a change in the period of the cosine wave component of the drive signal can be expressed by a decrease function f (t). For example, the decrease function f (t) can be set to f (t) = − kt + 1, where k is a coefficient determined by the cycle Zt of the drive signal (where 1> k). The decrease function f (t) is a function that becomes smaller as the standby time t becomes longer, and 0 <f (t) ≦ 1.

なお、ここでいう最大駆動振幅の増加率とは、駆動信号の余弦波成分の周期がZtである場合、つまり待機時間t=0である場合の最大駆動振幅を基準として、待機時間tを変化させたときの最大駆動振幅の増加の割合である。   Note that the increase rate of the maximum drive amplitude here refers to a change in the standby time t on the basis of the maximum drive amplitude when the period of the cosine wave component of the drive signal is Zt, that is, when the standby time t = 0. It is the rate of increase in the maximum drive amplitude when

一方で、駆動信号の1周期の区間について考えると、図3に示したように駆動信号としての余弦波の振幅が最大となった後、充分な時間が経過すると、駆動振幅は余弦波の1周期終了時の振幅に対応する大きさに収束していく。したがって、その収束位置から駆動部の駆動振幅の最大値までの長さが駆動部の実振幅となるので、駆動信号に休止区間を挿入すれば、待機時間が一定時間の長さとなるまでは、待機時間tが増えるに従って駆動部の実振幅(最大駆動振幅)は増加していく。   On the other hand, considering an interval of one cycle of the drive signal, as shown in FIG. 3, when a sufficient time elapses after the amplitude of the cosine wave as the drive signal becomes maximum, the drive amplitude becomes 1 of the cosine wave. It converges to a magnitude corresponding to the amplitude at the end of the cycle. Therefore, since the length from the convergence position to the maximum value of the drive amplitude of the drive unit is the actual amplitude of the drive unit, if a pause interval is inserted into the drive signal, until the standby time becomes a certain length of time, As the standby time t increases, the actual amplitude (maximum drive amplitude) of the drive unit increases.

このようにして挿入された待機時間tにより増加する最大駆動振幅の増加率は、増加関数g(t)で表すことができ、例えば増加関数g(t)は正弦関数となる。この増加関数g(t)は、待機時間tが長くなるほど大きくなる関数であり、0≦g(t)<1である。   The increase rate of the maximum drive amplitude that increases with the waiting time t inserted in this way can be expressed by an increase function g (t), for example, the increase function g (t) is a sine function. The increase function g (t) is a function that increases as the standby time t increases, and 0 ≦ g (t) <1.

以上のように、余弦波である駆動信号に休止区間を挿入すると、駆動信号により駆動される駆動部の最大駆動振幅は、余弦波成分の周期の減少により減少関数f(t)の分だけ減少する一方で、待機時間tにより増加関数g(t)の分だけ増加する。   As described above, when a pause period is inserted in the drive signal that is a cosine wave, the maximum drive amplitude of the drive unit driven by the drive signal is decreased by the decrease function f (t) due to the decrease in the period of the cosine wave component. On the other hand, the waiting time t increases by the increase function g (t).

したがって、余弦波である駆動信号に休止区間(待機時間t)を挿入した場合における、最終的な最大駆動振幅の増加率は、例えば図4に示すように、関数V(t)=f(t)+g(t)により定まる値となる。   Therefore, the final increase rate of the maximum drive amplitude when the pause period (standby time t) is inserted into the drive signal that is a cosine wave is, for example, as shown in FIG. 4, a function V (t) = f (t ) + G (t).

なお、図4において、横軸は待機時間tを示しており、縦軸は最大駆動振幅の増加率を示している。また、直線f11、曲線g11、および曲線v11は、それぞれ減少関数f(t)、増加関数g(t)、および関数V(t)を示している。   In FIG. 4, the horizontal axis indicates the standby time t, and the vertical axis indicates the increase rate of the maximum drive amplitude. A straight line f11, a curve g11, and a curve v11 indicate a decrease function f (t), an increase function g (t), and a function V (t), respectively.

休止区間を挿入した場合における、最終的な最大駆動振幅の増加率を示す関数V(t)は、減少関数f(t)と増加関数g(t)の和により表されるが、図4から分かるように関数V(t)は、各待機時間tに対して1以上の値となっている。   The function V (t) indicating the final increase rate of the maximum drive amplitude when the pause period is inserted is represented by the sum of the decrease function f (t) and the increase function g (t). As can be seen, the function V (t) has a value of 1 or more for each waiting time t.

したがって、余弦波である駆動信号の全体の周期Ztを固定したまま、駆動信号に休止区間を挿入し、その分だけ余弦波成分の周期を短くすれば、周期Ztの余弦波を駆動信号とする場合と比べて、より大きい最大駆動振幅を得ることができる。   Therefore, if the rest period is inserted into the drive signal while the entire period Zt of the drive signal which is a cosine wave is fixed, and the period of the cosine wave component is shortened by that amount, the cosine wave having the period Zt is used as the drive signal. Compared to the case, a larger maximum driving amplitude can be obtained.

ここで、最大駆動振幅の増加率が最大となる待機時間tは、駆動信号の全体の周期Ztが指定された場合に、0≦t≦Ztの範囲において関数V(t)が最大となるtである。そこで、駆動信号の周期Ztに対して関数V(t)を予め求めておき、駆動系を駆動させる段階で、関数V(t)が最大となる待機時間tを算出して駆動信号を生成すれば、簡単な演算で、駆動信号の周期を変えることなく、より大きい最大駆動振幅を得ることができる。換言すれば、駆動系の駆動周期を変えることなく、最大駆動振幅の減少を最小限に抑えることができる。   Here, the standby time t at which the increase rate of the maximum drive amplitude is maximum is t when the entire cycle Zt of the drive signal is designated, and the function V (t) is maximum in the range of 0 ≦ t ≦ Zt. It is. Therefore, a function V (t) is obtained in advance for the cycle Zt of the drive signal, and at the stage of driving the drive system, a standby time t at which the function V (t) is maximized is calculated to generate a drive signal. For example, a larger maximum driving amplitude can be obtained by a simple calculation without changing the period of the driving signal. In other words, the decrease in the maximum drive amplitude can be minimized without changing the drive cycle of the drive system.

例えば、駆動信号の周期Ztにより定まる係数をkとして、各周期Ztに対する減少関数f(t)を−kt+1,増加関数g(t)をA(k)・cos(π/2−(πt/2Zt))として記録しておけば、これらの関数に係数kを代入するだけで、各周期Ztに対する関数V(t)を直ちに得ることができる。なお、A(k)は、係数kを変数とする関数である。   For example, assuming that the coefficient determined by the cycle Zt of the drive signal is k, the decrease function f (t) for each cycle Zt is −kt + 1, and the increase function g (t) is A (k) · cos (π / 2− (πt / 2Zt). )), The function V (t) for each period Zt can be obtained immediately by simply substituting the coefficient k into these functions. A (k) is a function having the coefficient k as a variable.

このような駆動信号への休止区間の挿入により、例えば図5に示すように、駆動系の最大駆動振幅の増加を図ることができる。   By inserting such a pause period into the drive signal, for example, as shown in FIG. 5, the maximum drive amplitude of the drive system can be increased.

なお、図5において、曲線C41および曲線P41は、休止区間挿入前の駆動信号の波形および駆動系の駆動振幅の波形を示しており、曲線C42および曲線P42は、休止区間挿入後の駆動信号の波形および駆動系の駆動振幅の波形を示している。また、図中、横方向は時間を示しており、縦方向は駆動信号または駆動振幅の大きさを示している。   In FIG. 5, a curve C41 and a curve P41 indicate the waveform of the drive signal before insertion of the pause period and the waveform of the drive amplitude of the drive system, and the curve C42 and the curve P42 indicate the drive signal after insertion of the pause period. The waveform and the waveform of the drive amplitude of the drive system are shown. In the figure, the horizontal direction indicates time, and the vertical direction indicates the magnitude of the drive signal or drive amplitude.

図5では、曲線C41に示される駆動信号は、周期が62msecである余弦波信号とされている。また、この場合において、駆動系の最大駆動振幅は曲線P41に示されるように、約188μmとなっている。   In FIG. 5, the drive signal indicated by the curve C41 is a cosine wave signal having a period of 62 msec. In this case, the maximum drive amplitude of the drive system is about 188 μm as shown by the curve P41.

これに対して、曲線C42に示される駆動信号には、余弦波信号に休止区間が挿入されており、この駆動信号の周期は、曲線C41に示す駆動信号と同じ62msecとなっている。この場合、駆動系の最大駆動振幅は曲線P42に示されるように、約227μmとなっている。したがって、図5の例では、駆動信号に休止区間を挿入することで、駆動信号全体の周期、つまり駆動系の駆動周期を変化させずに、約40μmだけ最大駆動振幅が増加していることが分かる。   On the other hand, a rest period is inserted in the cosine wave signal in the drive signal shown by the curve C42, and the cycle of this drive signal is 62 msec, which is the same as the drive signal shown by the curve C41. In this case, the maximum drive amplitude of the drive system is about 227 μm as shown by the curve P42. Therefore, in the example of FIG. 5, the maximum drive amplitude is increased by about 40 μm by inserting a pause period in the drive signal without changing the cycle of the entire drive signal, that is, the drive cycle of the drive system. I understand.

[走査型顕微鏡の構成]
次に、上述した直動機構(ピエゾ素子)の駆動方法を適用した走査型顕微鏡の具体的な実施の形態について説明する。図6は、本発明を適用した走査型顕微鏡の一実施の形態の構成例を示す図である。
[Configuration of scanning microscope]
Next, a specific embodiment of a scanning microscope to which the above-described linear motion mechanism (piezo element) driving method is applied will be described. FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of an embodiment of a scanning microscope to which the present invention is applied.

走査型顕微鏡11は、試料12に対して、励起光としての照明光を照射し、これにより試料12から生じた蛍光(以下、観察光と称する)を受光して、試料12の観察面の観察画像を得る共焦点顕微鏡から構成される。   The scanning microscope 11 irradiates the sample 12 with illumination light as excitation light, thereby receiving fluorescence (hereinafter referred to as observation light) generated from the sample 12 and observing the observation surface of the sample 12. Consists of a confocal microscope for obtaining images.

すなわち、試料12はステージ21上に載置され、光源22から射出された照明光は光学系23を通って試料12に照射される。また、光学系23は、試料12から生じた観察光を光検出器24に導く。   That is, the sample 12 is placed on the stage 21, and the illumination light emitted from the light source 22 is irradiated to the sample 12 through the optical system 23. The optical system 23 guides the observation light generated from the sample 12 to the photodetector 24.

光学系23は、光路分割部25、Y走査機構26、X走査機構27、対物レンズ28、およびZ軸駆動機構29を少なくとも備えており、光源22からの照明光は光路分割部25乃至対物レンズ28を通って試料12に照射される。   The optical system 23 includes at least an optical path dividing unit 25, a Y scanning mechanism 26, an X scanning mechanism 27, an objective lens 28, and a Z-axis drive mechanism 29. Illumination light from the light source 22 is transmitted from the optical path dividing unit 25 to the objective lens. The sample 12 is irradiated through 28.

光路分割部25は、照明光を透過させ、観察光を反射させるダイクロイックミラーや、レンズ等からなり、光源22からの照明光をY走査機構26に導くとともに、Y走査機構26からの観察光を光検出器24に入射させる。   The optical path splitting unit 25 includes a dichroic mirror that transmits illumination light and reflects observation light, a lens, and the like, guides illumination light from the light source 22 to the Y scanning mechanism 26, and transmits observation light from the Y scanning mechanism 26. The light is incident on the photodetector 24.

Y走査機構26は、走査ミラーを有するガルバノスキャナなどから構成され、光路分割部25からの照明光を偏向させることで、照明光で対物レンズ28の光軸方向と垂直な方向(以下、Y方向と称する)に試料12の観察面を走査させる。なお、以下、対物レンズ28の光軸方向をZ方向とも称することとする。   The Y scanning mechanism 26 is composed of a galvano scanner having a scanning mirror or the like, and deflects the illumination light from the optical path splitting unit 25 so that the illumination light is perpendicular to the optical axis direction of the objective lens 28 (hereinafter referred to as the Y direction). The observation surface of the sample 12 is scanned. Hereinafter, the optical axis direction of the objective lens 28 is also referred to as a Z direction.

また、X走査機構27は、走査ミラーを有するレゾナントスキャナなどから構成され、Y走査機構26からの照明光を偏向させることで、照明光でZ方向およびY方向と垂直な方向(以下、X方向と称する)に試料12の観察面を走査させる。   The X scanning mechanism 27 includes a resonant scanner having a scanning mirror. The X scanning mechanism 27 deflects the illumination light from the Y scanning mechanism 26 so that the illumination light is perpendicular to the Z direction and the Y direction (hereinafter, the X direction). The observation surface of the sample 12 is scanned.

対物レンズ28は、X走査機構27からの照明光を試料12の観察面に照射する。Z軸駆動機構29は、例えばピエゾ素子などの直動機構から構成され、一定の振幅で、かつ所定周期で対物レンズ28をZ方向に往復移動させる。なお、Z軸駆動機構29はピエゾ素子に限らず、その他、ボイスコイルモータなど、対物レンズ28を直線的に往復駆動させるリニアアクチュエータ(直動機構)であれば、どのようなものであってもよい。   The objective lens 28 irradiates the observation surface of the sample 12 with illumination light from the X scanning mechanism 27. The Z-axis drive mechanism 29 is composed of a linear motion mechanism such as a piezo element, for example, and reciprocates the objective lens 28 in the Z direction with a constant amplitude and a predetermined cycle. The Z-axis drive mechanism 29 is not limited to a piezo element, and any other linear actuator (linear motion mechanism) that linearly reciprocates the objective lens 28 such as a voice coil motor may be used. Good.

また、試料12からの観察光は、対物レンズ28を通ってX走査機構27およびY走査機構26でデスキャンされ、さらに光路分割部25のダイクロイックミラーで反射されて、光検出器24に入射する。   The observation light from the sample 12 passes through the objective lens 28, is descanned by the X scanning mechanism 27 and the Y scanning mechanism 26, is further reflected by the dichroic mirror of the optical path dividing unit 25, and enters the photodetector 24.

光検出器24は、入射した観察光を光電変換することにより、観察光を、その受光強度に応じた値の電気信号に変換し、サンプリング回路30に供給する。サンプリング回路30は、所定のタイミングで光検出器24から供給された電気信号をサンプリングして画像化回路31に供給する。画像化回路31は、サンプリング回路30から供給された電気信号から観察画像を構築し、図示せぬモニタや後段の処理システムに出力する。   The photodetector 24 photoelectrically converts the incident observation light to convert the observation light into an electric signal having a value corresponding to the received light intensity, and supplies the electric signal to the sampling circuit 30. The sampling circuit 30 samples the electric signal supplied from the photodetector 24 at a predetermined timing and supplies the sampled electric signal to the imaging circuit 31. The imaging circuit 31 constructs an observation image from the electrical signal supplied from the sampling circuit 30 and outputs the observation image to a monitor (not shown) or a subsequent processing system.

また、タイミング制御回路32は、基準クロックを所定の周波数のクロックに変換することで、テーブル保持部33に保持されている駆動テーブルから、一定の周期でデータを読み出すための読み出しクロックを生成する。   In addition, the timing control circuit 32 converts the reference clock into a clock having a predetermined frequency, thereby generating a read clock for reading data from the drive table held in the table holding unit 33 at a constant cycle.

ここで、駆動テーブルは、例えば図7に示すように、各時刻において走査型顕微鏡11の各部の動作を制御するための駆動データWDからなり、1つの駆動データWDには、制御データ、出力調整データ、Y軸駆動データ、およびZ軸駆動データが含まれている。   Here, for example, as shown in FIG. 7, the drive table is composed of drive data WD for controlling the operation of each part of the scanning microscope 11 at each time, and one drive data WD includes control data and output adjustment. Data, Y-axis drive data, and Z-axis drive data are included.

制御データには、光源22の点灯,消灯を制御するレーザ制御信号の値、および観察画像を得るための電気信号のサンプリングの有効,無効を示すサンプリング有効信号の値が含まれている。また、出力調整データは、光源22から射出される照明光の光量を調整するための出力調整信号の値が含まれており、Y軸駆動データには、Y走査機構26の走査ミラーを回転させるための回転駆動信号の駆動電圧の値が含まれている。さらに、Z軸駆動データには、Z軸駆動機構29を駆動させる駆動信号の駆動電圧の値が含まれている。   The control data includes a value of a laser control signal for controlling turning on and off of the light source 22, and a value of a sampling valid signal indicating validity and invalidity of sampling of an electric signal for obtaining an observation image. The output adjustment data includes a value of an output adjustment signal for adjusting the amount of illumination light emitted from the light source 22, and the Y-axis drive data rotates the scanning mirror of the Y scanning mechanism 26. The value of the drive voltage of the rotational drive signal for this is included. Further, the Z-axis drive data includes the value of the drive voltage of the drive signal that drives the Z-axis drive mechanism 29.

図6の説明に戻り、タイミング制御回路32は、生成した読み出しクロックに同期して、駆動テーブルから読み出すべき駆動データが格納されているアドレスを生成し、テーブル保持部33に供給する。テーブル保持部33は、タイミング制御回路32から供給されたアドレスに格納されている駆動データを読み出して、サンプリング回路30、光源22、D/A(Digital/Analog)コンバータ34、D/Aコンバータ35、およびD/Aコンバータ36に供給する。   Returning to the description of FIG. 6, the timing control circuit 32 generates an address storing drive data to be read from the drive table in synchronization with the generated read clock, and supplies the address to the table holding unit 33. The table holding unit 33 reads the drive data stored at the address supplied from the timing control circuit 32, and the sampling circuit 30, the light source 22, the D / A (Digital / Analog) converter 34, the D / A converter 35, And supplied to the D / A converter 36.

具体的には、駆動データのうちの制御データを構成するサンプリング有効信号およびレーザ制御信号が、それぞれサンプリング回路30および光源22に供給される。また、駆動データを構成する出力調整データ、Y軸駆動データ、およびZ軸駆動データが、それぞれD/Aコンバータ34乃至D/Aコンバータ36に供給される。   Specifically, the sampling valid signal and the laser control signal that constitute the control data of the drive data are supplied to the sampling circuit 30 and the light source 22, respectively. The output adjustment data, the Y-axis drive data, and the Z-axis drive data constituting the drive data are supplied to the D / A converter 34 to the D / A converter 36, respectively.

演算処理部37は、Z軸駆動機構29の駆動周期が指定されると、駆動信号の全体の周期Ztや待機時間tなどを算出する。また、演算処理部37に設けられたテーブル生成部37aは、周期Ztや待機時間tが算出されると、それらの算出結果に基づいて駆動テーブルを生成し、テーブル保持部33に記録させる。   When the drive cycle of the Z-axis drive mechanism 29 is designated, the arithmetic processing unit 37 calculates the overall cycle Zt of the drive signal, the standby time t, and the like. In addition, when the period Zt and the standby time t are calculated, the table generation unit 37 a provided in the arithmetic processing unit 37 generates a drive table based on the calculation results and records the drive table in the table holding unit 33.

また、タイミング制御回路32は、基準クロックに基づいて、光検出器24から出力される電気信号のサンプリングのタイミングを示すサンプリングクロックを生成し、サンプリング回路30に供給する。このサンプリングクロックは、読み出しクロックと一定の時間関係を有しており、サンプリング回路30では、サンプリングクロックに同期して、電気信号のサンプリングが行なわれる。   In addition, the timing control circuit 32 generates a sampling clock indicating the sampling timing of the electric signal output from the photodetector 24 based on the reference clock, and supplies the sampling clock 30 with the sampling clock. This sampling clock has a fixed time relationship with the read clock, and the sampling circuit 30 samples the electrical signal in synchronization with the sampling clock.

D/Aコンバータ34は、テーブル保持部33から供給された出力調整データをデジタル信号からアナログ信号に変換し、出力調整回路38に供給する。出力調整回路38は、D/Aコンバータ34からの出力調整データにしたがって、光源22から射出される照明光の光量を調整する。   The D / A converter 34 converts the output adjustment data supplied from the table holding unit 33 from a digital signal to an analog signal and supplies it to the output adjustment circuit 38. The output adjustment circuit 38 adjusts the amount of illumination light emitted from the light source 22 according to the output adjustment data from the D / A converter 34.

D/Aコンバータ35は、テーブル保持部33から供給されたY軸駆動データをデジタル信号からアナログ信号に変換し、Y軸駆動回路39に供給する。Y軸駆動回路39は、D/Aコンバータ35からのY軸駆動データにしたがって、Y走査機構26を動作させる。   The D / A converter 35 converts the Y-axis drive data supplied from the table holding unit 33 from a digital signal to an analog signal and supplies the analog signal to the Y-axis drive circuit 39. The Y-axis drive circuit 39 operates the Y scanning mechanism 26 according to the Y-axis drive data from the D / A converter 35.

D/Aコンバータ36は、テーブル保持部33から供給されたZ軸駆動データをデジタル信号からアナログ信号に変換し、Z軸駆動回路40に供給する。Z軸駆動回路40は、D/Aコンバータ36からのZ軸駆動データにしたがって、Z軸駆動機構29を動作させ、対物レンズ28をZ方向に移動させる。   The D / A converter 36 converts the Z-axis drive data supplied from the table holding unit 33 from a digital signal to an analog signal and supplies the analog signal to the Z-axis drive circuit 40. The Z-axis drive circuit 40 operates the Z-axis drive mechanism 29 according to the Z-axis drive data from the D / A converter 36 to move the objective lens 28 in the Z direction.

また、X軸駆動回路41は、供給されたX軸駆動データにしたがってX走査機構27を動作させる。Z位置検出回路42は、Z軸駆動機構29から対物レンズ28のZ方向の位置を示す情報を取得して演算処理部37に供給する。演算処理部37は、Z位置検出回路42から供給された対物レンズ28のZ方向の位置を示す情報に基づいて、適宜、走査型顕微鏡11の動作を制御する。   The X-axis drive circuit 41 operates the X scanning mechanism 27 in accordance with the supplied X-axis drive data. The Z position detection circuit 42 acquires information indicating the position of the objective lens 28 in the Z direction from the Z axis drive mechanism 29 and supplies the information to the arithmetic processing unit 37. The arithmetic processing unit 37 appropriately controls the operation of the scanning microscope 11 based on the information indicating the position in the Z direction of the objective lens 28 supplied from the Z position detection circuit 42.

[駆動テーブル生成処理の説明]
ところで、ユーザは、走査型顕微鏡11を用いれば、Z方向と垂直な試料12の面を観察面として、試料12のZ方向に並ぶ複数の観察面を、所定周期で繰り返し観察することができる。このとき、ユーザは、観察対象となる複数の観察面の観察周期に応じて、Z軸駆動機構29をZ方向に往復駆動させる周期を指定し、駆動テーブルの生成を指示する。
[Description of drive table generation processing]
By using the scanning microscope 11, the user can repeatedly observe a plurality of observation surfaces arranged in the Z direction of the sample 12 at a predetermined cycle, with the surface of the sample 12 perpendicular to the Z direction as an observation surface. At this time, the user designates a period for reciprocating the Z-axis drive mechanism 29 in the Z direction according to the observation period of the plurality of observation surfaces to be observed, and instructs generation of a drive table.

ユーザにより駆動テーブルの生成が指示されると、走査型顕微鏡11は、ユーザの指示に応じて駆動テーブル生成処理を開始し、駆動テーブルを生成する。以下、図8のフローチャートを参照して、走査型顕微鏡11による駆動テーブル生成処理について説明する。   When the generation of the drive table is instructed by the user, the scanning microscope 11 starts the drive table generation process according to the user's instruction, and generates the drive table. Hereinafter, the drive table generation processing by the scanning microscope 11 will be described with reference to the flowchart of FIG.

ステップS11において、演算処理部37は、ユーザにより指定されたZ軸駆動機構29をZ方向に往復駆動させる周期、つまりZ軸駆動機構29の駆動周期に基づいて、Z軸駆動機構29を駆動させる駆動信号の全体の周期Ztを算出する。   In step S <b> 11, the arithmetic processing unit 37 drives the Z-axis drive mechanism 29 based on a cycle for reciprocally driving the Z-axis drive mechanism 29 specified by the user in the Z direction, that is, the drive cycle of the Z-axis drive mechanism 29. The entire period Zt of the drive signal is calculated.

ステップS12において、演算処理部37は、駆動信号の周期Ztと、予め記録している関数V(t)とに基づいて、待機時間tを算出する。   In step S12, the arithmetic processing unit 37 calculates the standby time t based on the cycle Zt of the drive signal and the function V (t) recorded in advance.

例えば、関数V(t)=f(t)+g(t)であり、かつ減少関数f(t)=−kt+1,増加関数g(t)=A(k)・cos(π/2−(πt/2Zt))である場合、演算処理部37は周期Ztにより定まる係数kを、関数V(t)に代入する。そして演算処理部37は、その結果得られた関数V(t)が最大となるt(但し、0≦t≦Zt)を待機時間tとして算出する。   For example, the function V (t) = f (t) + g (t) and the decrease function f (t) = − kt + 1, the increase function g (t) = A (k) · cos (π / 2− (πt / 2Zt)), the arithmetic processing unit 37 substitutes the coefficient k determined by the cycle Zt into the function V (t). Then, the arithmetic processing unit 37 calculates t (where 0 ≦ t ≦ Zt) where the function V (t) obtained as a result becomes the maximum as the standby time t.

このようにして得られた待機時間tは、上述した図3の遅延時間Dと係数kとの積により表される時間である。ここで、遅延時間Dは、駆動信号の余弦波成分の周期がZtであるときにZ軸駆動機構29内部で生じる応答遅れと、動摩擦係数や慣性等の作用により生じる遅延などからなる遅延時間である。   The standby time t obtained in this way is a time represented by the product of the delay time D and the coefficient k in FIG. Here, the delay time D is a delay time composed of a response delay that occurs in the Z-axis drive mechanism 29 when the period of the cosine wave component of the drive signal is Zt, and a delay that occurs due to an action such as a dynamic friction coefficient and inertia. is there.

なお、遅延時間Dを周期Ztごとに予め求めてテーブルに記録しておくようにしてもよい。そのような場合、演算処理部37は、指定された周期Ztに対応付けられている遅延時間Dをテーブルから取得し、係数kと遅延時間Dとの積を求めることで、待機時間t=k×Dを算出する。   Note that the delay time D may be obtained in advance for each cycle Zt and recorded in a table. In such a case, the arithmetic processing unit 37 obtains the delay time D associated with the designated cycle Zt from the table, and obtains the product of the coefficient k and the delay time D, whereby the standby time t = k XD is calculated.

ステップS13において、演算処理部37は、駆動信号全体の周期Ztから待機時間tを減算して、駆動信号の余弦波成分の周期Zc=Zt−tを算出する。   In step S <b> 13, the arithmetic processing unit 37 subtracts the standby time t from the cycle Zt of the entire drive signal to calculate the cycle Zc = Zt−t of the cosine wave component of the drive signal.

ステップS14において、テーブル生成部37aは、駆動信号の余弦波成分の部分の駆動データを生成する。   In step S14, the table generation unit 37a generates drive data for the cosine wave component portion of the drive signal.

例えば、駆動テーブルの読み出し周期がTbであるとすると、駆動信号の1周期における余弦波成分の周期Zcの期間には、M=Zc/Tb回だけ駆動データが読み出される。そこで、テーブル生成部37aは、周期Zcと周期Tbに基づいて、各時刻n(但し、0≦n≦M−1)における駆動信号の駆動電圧T(n)=cos(2nπ/M)を算出する。   For example, if the drive table read cycle is Tb, drive data is read M = Zc / Tb times during the period of the cosine wave component cycle Zc in one cycle of the drive signal. Therefore, the table generation unit 37a calculates the drive voltage T (n) = cos (2nπ / M) of the drive signal at each time n (where 0 ≦ n ≦ M−1) based on the cycle Zc and the cycle Tb. To do.

そして、テーブル生成部37aは、算出した各時刻nの駆動電圧T(n)を、時刻nにおける駆動データを構成するZ軸駆動データとする。これにより、時刻n=0から時刻n=M−1までの駆動信号は、周期Zcの余弦波となる。   Then, the table generating unit 37a uses the calculated drive voltage T (n) at each time n as the Z-axis drive data constituting the drive data at the time n. As a result, the drive signal from time n = 0 to time n = M−1 becomes a cosine wave having a cycle Zc.

また、テーブル生成部37aは、ユーザから指定された各種の情報を参照して、各時刻n(但し、0≦n≦M−1)における制御データ、出力調整データ、およびY軸駆動データを生成し、これらのデータと、Z軸駆動データとから各時刻の駆動データを生成する。   The table generation unit 37a generates control data, output adjustment data, and Y-axis drive data at each time n (where 0 ≦ n ≦ M−1) by referring to various types of information designated by the user. Then, drive data at each time is generated from these data and the Z-axis drive data.

テーブル生成部37aは、このようにして得られた各時刻n(但し、0≦n≦M−1)の駆動データをテーブル保持部33に供給し、駆動テーブルに記録させる。   The table generation unit 37a supplies the drive data at each time n (where 0 ≦ n ≦ M−1) obtained in this way to the table holding unit 33 and records the drive data in the drive table.

ステップS15において、テーブル生成部37aは、駆動信号の休止区間の部分の駆動データを生成する。   In step S15, the table generation unit 37a generates drive data for a pause period portion of the drive signal.

例えば、駆動テーブルの読み出し周期がTbである場合、駆動信号の1周期Ztの期間には、Q=Zt/Tb回だけ駆動データが読み出される。1周期Ztの期間のうち、余弦波成分の周期Zcの期間にはM回だけ駆動データが読み出されるので、残りの待機時間tの間には、L=Q−M回だけ駆動データが読み出される。   For example, when the read cycle of the drive table is Tb, drive data is read Q = Zt / Tb times during the period of one cycle Zt of the drive signal. Since the drive data is read M times during the period Zc of the cosine wave component in the period Zt, the drive data is read L = Q−M times during the remaining waiting time t. .

そこで、テーブル生成部37aは、休止区間の各時刻n(但し、M≦n≦M+L−1)における駆動信号の駆動電圧T(n)を、T(n)=cos(2π)とする。そして、テーブル生成部37aは、駆動電圧T(n)=cos(2π)を、時刻n(但し、M≦n≦M+L−1)における駆動データを構成するZ軸駆動データとする。これにより、時刻n=Mから時刻n=M+L−1までの駆動信号は一定の駆動電圧の信号となる。   Therefore, the table generation unit 37a sets the drive voltage T (n) of the drive signal at each time n (where M ≦ n ≦ M + L−1) in the pause period as T (n) = cos (2π). Then, the table generation unit 37a sets the drive voltage T (n) = cos (2π) as the Z-axis drive data constituting the drive data at time n (where M ≦ n ≦ M + L−1). As a result, the drive signal from time n = M to time n = M + L−1 becomes a signal of a constant drive voltage.

また、テーブル生成部37aは、ユーザから指定された各種の情報を参照して、各時刻n(但し、M≦n≦M+L−1)における制御データ、出力調整データ、およびY軸駆動データを生成し、これらのデータとZ軸駆動データから各時刻の駆動データを生成する。   The table generation unit 37a generates control data, output adjustment data, and Y-axis drive data at each time n (where M ≦ n ≦ M + L−1) with reference to various types of information designated by the user. Then, drive data at each time is generated from these data and the Z-axis drive data.

テーブル生成部37aは、このようにして得られた各時刻n(但し、M≦n≦M+L−1)の駆動データをテーブル保持部33に供給し、駆動テーブルに記録させる。以上のようにして、駆動信号の1周期分の駆動データからなる駆動テーブルが生成されると、駆動テーブル生成処理は終了する。なお、試料12の観察時には、1周期分の駆動テーブルを構成する各駆動データが、順番に繰り返し読み出され、使用される。   The table generation unit 37a supplies the drive data at each time n (where M ≦ n ≦ M + L−1) obtained in this way to the table holding unit 33 and records it in the drive table. As described above, when the drive table including the drive data for one cycle of the drive signal is generated, the drive table generation process ends. When observing the sample 12, each drive data constituting a drive table for one cycle is repeatedly read and used in order.

以上において説明した駆動テーブル生成処理が行われて、テーブル保持部33に駆動テーブルが記録された後、ユーザが走査型顕微鏡11を操作して、試料12の蛍光観察を指示すると、走査型顕微鏡11は、ユーザの指示に応じて観察処理を開始する。以下、図9のフローチャートを参照して、走査型顕微鏡11による観察処理について説明する。   After the drive table generation process described above is performed and the drive table is recorded in the table holding unit 33, when the user operates the scanning microscope 11 to instruct fluorescence observation of the sample 12, the scanning microscope 11 Starts the observation process in response to a user instruction. Hereinafter, the observation process by the scanning microscope 11 will be described with reference to the flowchart of FIG.

ステップS41において、テーブル保持部33は、駆動テーブルの読み出しを行なう。すなわち、テーブル保持部33は、タイミング制御回路32から供給されたアドレスから駆動データを読み出して、駆動データを構成する各データを走査型顕微鏡11の各部に供給する。   In step S41, the table holding unit 33 reads the drive table. That is, the table holding unit 33 reads the drive data from the address supplied from the timing control circuit 32 and supplies each data constituting the drive data to each unit of the scanning microscope 11.

具体的には、制御データを構成するサンプリング有効信号およびレーザ制御信号が、それぞれサンプリング回路30および光源22に供給され、出力調整データがD/Aコンバータ34に供給される。また、Y軸駆動データがD/Aコンバータ35に供給され、Z軸駆動データがD/Aコンバータ36に供給される。   Specifically, the sampling valid signal and the laser control signal constituting the control data are supplied to the sampling circuit 30 and the light source 22, respectively, and the output adjustment data is supplied to the D / A converter 34. Further, the Y-axis drive data is supplied to the D / A converter 35, and the Z-axis drive data is supplied to the D / A converter 36.

D/Aコンバータ34乃至D/Aコンバータ36は、テーブル保持部33から供給された出力調整データ、Y軸駆動データ、およびZ軸駆動データをデジタル信号からアナログ信号に変換し、出力調整回路38乃至Z軸駆動回路40に供給する。   The D / A converter 34 to D / A converter 36 convert the output adjustment data, Y-axis drive data, and Z-axis drive data supplied from the table holding unit 33 from digital signals to analog signals, and output adjustment circuits 38 to This is supplied to the Z-axis drive circuit 40.

ステップS42において、出力調整回路38は、D/Aコンバータ34から供給された出力調整データに基づいて、光源22から出力される照明光の出力調整を行なう。   In step S42, the output adjustment circuit 38 adjusts the output of the illumination light output from the light source 22 based on the output adjustment data supplied from the D / A converter 34.

光源22は、テーブル保持部33から供給されたレーザ制御信号に応じて、照明光を射出する。すなわち、点灯する旨のレーザ制御信号であれば照明光が射出され、消灯する旨のレーザ制御信号であれば照明光は射出されない。このとき、光源22は、出力調整回路38の制御にしたがって、射出する照明光の光量を調整する。光源22から照明光が射出されると、照明光は、光学系23を通って試料12に照射される。   The light source 22 emits illumination light according to the laser control signal supplied from the table holding unit 33. That is, if the laser control signal is turned on, the illumination light is emitted. If the laser control signal is turned off, the illumination light is not emitted. At this time, the light source 22 adjusts the amount of illumination light emitted according to the control of the output adjustment circuit 38. When illumination light is emitted from the light source 22, the illumination light is irradiated to the sample 12 through the optical system 23.

ステップS43において、Y走査機構26は、走査ミラーを回転させる。すなわち、Y軸駆動回路39は、D/Aコンバータ35から供給されたY軸駆動データに基づいて、Y走査機構26を動作させ、Y走査機構26は、Y軸駆動回路39の制御にしたがって、走査ミラーを回転させる。   In step S43, the Y scanning mechanism 26 rotates the scanning mirror. That is, the Y-axis drive circuit 39 operates the Y-scanning mechanism 26 based on the Y-axis drive data supplied from the D / A converter 35, and the Y-scanning mechanism 26 follows the control of the Y-axis drive circuit 39. Rotate the scanning mirror.

また、X走査機構27もX軸駆動回路41の制御にしたがって、走査ミラーを回転させる。これにより、照明光がY走査機構26およびX走査機構27の走査ミラーにより偏向されて、照明光で試料12の観察面が走査される。   The X scanning mechanism 27 also rotates the scanning mirror according to the control of the X axis drive circuit 41. Thereby, the illumination light is deflected by the scanning mirrors of the Y scanning mechanism 26 and the X scanning mechanism 27, and the observation surface of the sample 12 is scanned with the illumination light.

ステップS44において、Z軸駆動機構29は対物レンズ28をZ方向に移動させる。具体的には、Z軸駆動回路40はD/Aコンバータ36から供給されたZ軸駆動データ、つまり駆動信号の駆動電圧に基づいてZ軸駆動機構29を駆動させ、駆動電圧により定まる位置に対物レンズ28を移動させる。これにより、照明光が試料12の所望する観察面上に集光されるようになる。   In step S44, the Z-axis drive mechanism 29 moves the objective lens 28 in the Z direction. Specifically, the Z-axis drive circuit 40 drives the Z-axis drive mechanism 29 based on the Z-axis drive data supplied from the D / A converter 36, that is, the drive voltage of the drive signal, and sets the objective at a position determined by the drive voltage. The lens 28 is moved. Thereby, the illumination light is condensed on the desired observation surface of the sample 12.

また、試料12に照明光が照射されると、試料12からは観察光が発せられ、この観察光は光学系23を通り、光検出器24に受光される。そして、光検出器24は、入射した観察光を光電変換し、その結果得られた電気信号をサンプリング回路30に供給する。   When the sample 12 is irradiated with illumination light, observation light is emitted from the sample 12, and the observation light passes through the optical system 23 and is received by the photodetector 24. The photodetector 24 photoelectrically converts the incident observation light and supplies the electric signal obtained as a result to the sampling circuit 30.

ステップS45において、サンプリング回路30は、電気信号のサンプリングを行なうか否かを判定する。例えば、サンプリング回路30は、タイミング制御回路32から供給されたサンプリングクロックが、サンプリングを行なうべきタイミングであることを示しており、かつテーブル保持部33から有効である旨のサンプリング有効信号が供給された場合、サンプリングを行なうと判定する。   In step S45, the sampling circuit 30 determines whether or not to sample the electrical signal. For example, the sampling circuit 30 indicates that the sampling clock supplied from the timing control circuit 32 is a timing at which sampling is to be performed, and a sampling valid signal indicating that it is valid is supplied from the table holding unit 33. If it is determined that sampling is to be performed.

ステップS45において、サンプリングを行なわないと判定された場合、ステップS46の処理はスキップされ、処理はステップS47に進む。   If it is determined in step S45 that sampling is not performed, the process of step S46 is skipped, and the process proceeds to step S47.

一方、ステップS45においてサンプリングを行なうと判定された場合、ステップS46において、サンプリング回路30は、光検出器24からの電気信号をサンプリングして、電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、画像化回路31に供給する。   On the other hand, if it is determined in step S45 that sampling is to be performed, in step S46, the sampling circuit 30 samples the electrical signal from the photodetector 24, converts the electrical signal from an analog signal to a digital signal, and forms an image. Supply to the circuit 31.

画像化回路31は、サンプリング回路30から供給された電気信号を、必要な画素数分だけ蓄積して観察画像を生成し、モニタ等に出力する。これにより、例えばモニタに観察画像が表示され、ユーザは試料12を観察することができる。   The imaging circuit 31 accumulates the electrical signals supplied from the sampling circuit 30 for the required number of pixels, generates an observation image, and outputs the observation image to a monitor or the like. Thereby, for example, an observation image is displayed on the monitor, and the user can observe the sample 12.

ステップS46においてサンプリングが行なわれたか、またはステップS45においてサンプリングを行なわないと判定されると、ステップS47において、走査型顕微鏡11は、処理を終了するか否かを判定する。例えば、ユーザにより観察の終了が指示された場合、処理を終了すると判定される。   If it is determined in step S46 that sampling has been performed, or if it is determined in step S45 that sampling is not performed, in step S47, the scanning microscope 11 determines whether or not to end the process. For example, when the end of observation is instructed by the user, it is determined to end the process.

ステップS47において、処理を終了しないと判定された場合、処理はステップS41に戻り、上述した処理が繰り返される。すなわち、駆動テーブルから次の駆動データが読み出され、試料12の観察が行なわれる。   If it is determined in step S47 that the process is not terminated, the process returns to step S41, and the above-described process is repeated. That is, the next drive data is read from the drive table, and the sample 12 is observed.

これに対して、ステップS47において、処理を終了すると判定された場合、走査型顕微鏡11の各部は行なっている処理を停止し、観察処理は終了する。   On the other hand, when it is determined in step S47 that the process is to be terminated, each part of the scanning microscope 11 stops the process being performed, and the observation process is terminated.

以上のようにして、走査型顕微鏡11は、駆動テーブルにしたがって試料12を蛍光観察する。試料12の観察時に、余弦波に最適な待機時間が挿入された信号を駆動信号としてZ軸駆動機構29を駆動させることにより、Z軸駆動機構29を高速で駆動する場合に、駆動信号の周期を変化させることなく、駆動振幅の減少を低減させることができる。   As described above, the scanning microscope 11 performs fluorescence observation of the sample 12 according to the drive table. When the Z-axis drive mechanism 29 is driven at a high speed by driving the Z-axis drive mechanism 29 using the signal with the optimum standby time inserted in the cosine wave as a drive signal when observing the sample 12, the cycle of the drive signal The decrease in the drive amplitude can be reduced without changing.

なお、以上においては、対物レンズ28を移動させることにより、対物レンズ28とステージ21(試料12)とのZ方向の相対的な距離を変化させると説明したが、Z軸駆動機構29によりステージ21を移動させるようにしてもよい。   In the above description, the relative distance in the Z direction between the objective lens 28 and the stage 21 (sample 12) is changed by moving the objective lens 28. However, the stage 21 is moved by the Z-axis drive mechanism 29. May be moved.

また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。   The embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

11 走査型顕微鏡, 21 ステージ, 26 Y走査機構, 28 対物レンズ, 29 Z軸駆動機構, 33 テーブル保持部, 37 演算処理部, 37a テーブル生成部   11 scanning microscope, 21 stage, 26 Y scanning mechanism, 28 objective lens, 29 Z-axis drive mechanism, 33 table holding unit, 37 arithmetic processing unit, 37a table generating unit

本発明の顕微鏡は、観察対象の試料が載置されるステージと対物レンズとの距離を、前記対物レンズの光軸方向に変化させる直動機構と、前記直動機構を駆動させる駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記駆動信号を前記直動機構に供給して、前記直動機構を駆動させる駆動制御手段とを備え、前記駆動信号は、前記駆動信号に対する前記直動機構の駆動の遅延時間よりも短い第1の周期の波形であって、各周期の波形が前記第1の周期より短い第2の周期の余弦波の1周期分、及び値が一定となる区間からなることを特徴とする。The microscope of the present invention generates a linear motion mechanism that changes a distance between a stage on which a sample to be observed is placed and an objective lens in the optical axis direction of the objective lens, and a drive signal that drives the linear motion mechanism. Drive signal generating means for supplying the drive signal to the linear motion mechanism and driving control means for driving the linear motion mechanism, wherein the drive signal is for driving the linear motion mechanism relative to the drive signal. A waveform having a first period shorter than the delay time, wherein each period waveform is composed of one period of a cosine wave having a second period shorter than the first period and a section in which the value is constant. Features.

Claims (4)

観察対象の試料が載置されるステージと対物レンズとの距離を、前記対物レンズの光軸方向に変化させる直動機構と、
前記直動機構を一定の振幅で、かつ前記直動機構を駆動させる駆動信号に対する前記直動機構の駆動の遅延時間よりも短い周期で往復駆動させる前記駆動信号としての余弦波の第1の周期から、所定時間を減算して第2の周期の余弦波を算出する演算手段と、
前記第2の周期の余弦波の一部に、値が一定となる休止区間を挿入することにより周期が前記第1の周期となる最終的な駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記最終的な駆動信号を前記直動機構に供給して、前記直動機構を前記往復駆動させる駆動制御手段と
を備えることを特徴とする顕微鏡。
A linear motion mechanism that changes the distance between the stage on which the sample to be observed is placed and the objective lens in the direction of the optical axis of the objective lens;
A first period of a cosine wave as the drive signal for reciprocally driving the linear motion mechanism with a constant amplitude and with a period shorter than a drive delay time of the linear motion mechanism with respect to a drive signal for driving the linear motion mechanism Calculating means for subtracting a predetermined time from the cosine wave of the second period;
Drive signal generating means for generating a final drive signal having a cycle of the first cycle by inserting a pause interval having a constant value into a part of the cosine wave of the second cycle;
A microscope comprising: drive control means for supplying the final drive signal to the linear motion mechanism and driving the linear motion mechanism to reciprocate.
前記駆動信号生成手段は、前記第2の周期の余弦波の1周期分の波形のうち、前記余弦波の変化率が零となる1つの部分を挿入部分として、前記所定時間の長さであり、前記余弦波の前記挿入部分の値と同じ値の前記休止区間を前記挿入部分に挿入することで、前記最終的な駆動信号を生成する
ことを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡。
The drive signal generation means has a length of the predetermined time, with one portion of the waveform of the cosine wave of the second cycle having a change rate of the cosine wave being zero as an insertion portion. The microscope according to claim 1, wherein the final drive signal is generated by inserting the pause section having the same value as the value of the insertion portion of the cosine wave into the insertion portion.
前記所定時間は、前記直動機構の駆動の遅延時間よりも短い
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の顕微鏡。
The microscope according to claim 1, wherein the predetermined time is shorter than a delay time for driving the linear motion mechanism.
前記演算手段は、前記駆動信号を余弦波とした場合に、前記駆動信号の周期を前記第1の周期から所定の周期に変化させたときの前記往復駆動の振幅の最大値の増加率を示す第1の関数と、前記駆動信号に挿入する休止区間の長さを変化させたときに、休止区間により増加する前記往復駆動の振幅の最大値の増加率を示す第2の関数との和を求めて得られる関数の最大値を算出することで、前記所定時間を算出する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の顕微鏡。
The calculation means indicates an increase rate of the maximum value of the amplitude of the reciprocating drive when the period of the drive signal is changed from the first period to a predetermined period when the drive signal is a cosine wave. The sum of the first function and the second function indicating the increase rate of the maximum value of the amplitude of the reciprocating drive that is increased by the pause period when the length of the pause period to be inserted into the drive signal is changed. The microscope according to any one of claims 1 to 3, wherein the predetermined time is calculated by calculating a maximum value of a function obtained by the calculation.
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