JP3911372B2

JP3911372B2 - Microscope with dynamic vibration absorber

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Publication number: JP3911372B2
Application number: JP24191799A
Authority: JP
Inventors: 尚史岡田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2019-08-27
Also published as: JP2001051206A

Description

【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】
本発明に係る請求項１の動吸振器付き顕微鏡は、顕微鏡におけるフレームと、前記フレームに配置されている観察光学系からなる顕微鏡構成要素との間、且つ前記顕微鏡中の平行光束が通過する部位に配置され、前記フレーム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、前記フレームは、試料を載置する試料ステージの上方に張り出されているアーム部を有し、前記動吸振器ユニットは、前記アーム部と前記顕微鏡構成要素との間に配置され、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アーム部の振動を制振する。
【００１８】
本発明に係る請求項２の動吸振器付き顕微鏡は、顕微鏡におけるフレームと、前記フレームに配置されている観察光学系からなる顕微鏡構成要素との間、且つ前記顕微鏡中の平行光束が通過する部位に配置され、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、前記フレームは、試料を載置する試料ステージの上方に張り出されているアーム部を有し、前記動吸振器ユニットは、前記アーム部と前記顕微鏡構成要素との間に配置され、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アーム部の振動を制振する。
【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１３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Ｑ２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の振動を制振するので、顕微鏡の構造を変えずに動吸振器ユニット１０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１４が介挿されている。これにより、これら粘弾性部材３１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、ｃａ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３０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３０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５３、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５２、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１５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４３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６４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６４、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、ＸＹ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６６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６２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。
【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７０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８１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８６ａ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８０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８５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８６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１０１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１００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１１０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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microscope with a dynamic vibration absorber having a function of suppressing minute vibrations in a microscope having high resolution, for example.
[0002]
[Prior art]
In a microscope having a high resolution, even if there is a slight vibration, it is a great obstacle to observing the sample, and countermeasures against the vibration are taken. As a countermeasure against this vibration, for example, a vibration isolation table, rubber feet, and a dynamic vibration absorber are used.
[0003]
Among these, the vibration isolation table is used as a microscope mounting table as an air spring or the like to attenuate vibrations from the floor. There has also been proposed a vibration isolation table that detects vibrations on a table by a vibration sensor and drives and controls an actuator provided between the floor surface and the table surface to cancel the vibration.
[0004]
The rubber feet are arranged on the lower surface of the microscope to prevent rattling of the microscope and attenuate vibrations transmitted from the installation surface. The rubber feet also have the effect of suppressing the vibration of the entire microscope apparatus.
[0005]
A dynamic vibration absorber is controlled by the reaction force of the vibration of the weight. By detecting the vibration with a passive dynamic vibration absorber consisting of a weight, a spring element and a viscous resistance element, and driving the weight with an actuator. It can be divided into active vibration absorbers for vibration suppression, and is applied to various technologies such as architecture and automobiles. Patent applications include, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 3-250165 and 8-21483. There is a publication.
[0006]
Among these, passive dynamic vibration absorbers have a configuration in which a weight is attached to a vibration suppression target via a spring element and a damping element. When the vibration suppression target vibrates, the relative displacement between the weight and the vibration suppression target changes, and the weight The vibration energy is consumed by the damping element between the object and the object to be damped, and the vibration is attenuated.
[0007]
An active dynamic vibration absorber has a configuration in which a weight is attached to a vibration suppression target via an actuator, detects vibration of the vibration suppression target with a vibration sensor, drives the weight with the actuator according to the vibration, and the reaction force This cancels the vibration of the object to be controlled.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in a microscope having a high resolution, vibration suppression is performed by taking vibration countermeasures such as a vibration isolation table, rubber feet, and a dynamic vibration absorber, but these vibration countermeasures are no longer applicable.
[0009]
That is, in recent years, microscopes having a resolution of nm or less such as tunnel microscopes and atomic force microscopes have been put into practical use. In addition, a scanning laser microscope or the like can obtain a very clear observation image as compared with a conventional microscope. The installation environment required by these microscopes is extremely severe. For example, voice, vibration, vibration of air caused by air conditioning, and mechanical vibration generated by the motorized device itself can cause the observation image to deteriorate. It has become.
[0010]
Also, with the electrification of the microscope itself, an electric mechanism is incorporated inside the microscope, which becomes a vibration source. For this reason, when the drive mechanism is operated to move the sample stage, perform focusing, or switch between the filter and the prism, etc., mechanical vibrations are generated from the drive mechanism and become a vibration source for the microscope.
[0011]
In this situation, if a vibration isolation table is used as a vibration countermeasure, this vibration isolation table is intended for vibration isolation of floor vibrations. Therefore, it is a machine that emits voice, noise, air vibration due to air conditioning and motorized equipment itself. There is no anti-vibration effect against disturbances acting on the structure on the anti-vibration table such as typical vibration.
[0012]
The rubber feet are intended to prevent rattling when the microscope is installed and to attenuate the vibration of the entire microscope device, so that the rubber feet contribute directly to vibration mode vibration that changes the relative relationship between the sample and the observation optical system. Not.
[0013]
A dynamic vibration absorber is a part that affects the observation image of a sample, such as an objective lens or a sample stage, with respect to voice, noise, air vibration due to air conditioning, or mechanical vibration generated by an electrically powered device itself, such as an objective lens or a sample stage. However, there is a problem in that the gravity of the apparatus increases due to restrictions on the installation location and the use of a weight.
[0014]
Explaining that there are restrictions on the installation location. In the microscope, the parts to be damped are the sample stage and the observation optical system. Of these, the observation optical system is often supported by a cantilever arm type frame. . Since this cantilever arm type is weak in vibration, it wants to suppress vibration in its vibration mode, but it is restricted by the installation location because of the observation optical system. In existing microscope systems, there is no space for incorporating a dynamic vibration absorber.
[0015]
Explaining that the gravity of the device increases due to the use of a weight. Since the passive dynamic vibration absorber does not have a vibration sensor, it cannot cope with a change in the vibration suppression target. This is particularly remarkable when the weight of the dynamic vibration absorber (strictly speaking, the equivalent mass of the dynamic vibration absorber) is smaller than the equivalent mass of the vibration suppression target. Moreover, since the equivalent mass of the microscope frame made with high rigidity is large, a heavy weight is required. Furthermore, installation space is required, and the weight of the apparatus increases. If the weight of the device is greatly increased, it is necessary to redesign the frame of the device.
[0016]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a microscope with a dynamic vibration absorber that is capable of suppressing vibration by suppressing an increase in gravity of the apparatus without being restricted by an installation location.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The microscope with a dynamic vibration absorber according to claim 1 of the present invention is a portion between a frame in the microscope and a microscope component composed of an observation optical system arranged in the frame, and a portion through which a parallel light beam passes in the microscope. And a vibration absorber unit having a vibration sensor for detecting vibration of the frame and an actuator for driving the microscope component, and the vibration sensor Detected vibration And a control means for driving the actuator according to The frame has an arm portion protruding above a sample stage on which a sample is placed, and the dynamic vibration absorber unit is disposed between the arm portion and the microscope component, The microscope component acts as a weight and the actuator is driven to Arm part Damping the vibration.
[0018]
The microscope with a dynamic vibration absorber according to claim 2 of the present invention is a portion between a frame in the microscope and a microscope component composed of an observation optical system arranged in the frame, and a portion through which a parallel light beam passes in the microscope. And a dynamic vibration absorber unit having a resistance viscous element that expands and contracts according to the vibration of the microscope component and attenuates the vibration of the microscope component, The frame has an arm portion protruding above a sample stage on which a sample is placed, and the dynamic vibration absorber unit is disposed between the arm portion and the microscope component, The microscope component acts as a weight, and the expansion and contraction of the resistance viscous element Arm part Damping the vibration.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(1) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0024]
FIG. 1 is a configuration diagram of a microscope with an active dynamic vibration absorber.
[0025]
A sample stage 2 is provided on the frame 1 of the microscope. A sample M is placed on the sample stage 2. In addition, an arm portion 3 projects above the sample stage 2 on the frame 1. An eyepiece tube 4, an intermediate lens tube 5 and a CCD camera 6, which are observation optical systems, are attached to the upper part of the arm unit 3, and a revolver 7 and an infinity-corrected objective lens 8 are attached to the lower part of the arm unit 3. An imaging lens 9 is attached to the eyepiece tube 4, and the observation light L of the parallel light beam from the objective lens 8 is imaged on the imaging surface 6 a of the CCD camera 6 by the imaging lens 9. . The microscope is provided with an illumination optical system for illuminating the sample M.
[0026]
This microscope is provided with a dynamic vibration absorber unit 10 that dampens vibrations of the arm unit 3 as a vibration suppression target site. That is, in the vibration mode of the frame 1, as shown in FIG. 2, the relative position between the observation optical system and the sample M changes due to the vibration and blurs the observation image. Need to be controlled.
[0027]
The dynamic vibration absorber unit 10 is provided between the arm 3 and the eyepiece tube 4, the intermediate lens tube 5, and the CCD camera 6 as an observation optical system that acts as a microscope component, that is, the weight 20 of the active dynamic vibration absorber. It has been.
[0028]
FIG. 3 is a specific configuration diagram of the dynamic vibration damper unit 10.
[0029]
In this dynamic vibration damper unit 10, a weight-side member 12 is slidably fitted inside a cylindrical vibration-damping target side member 11, and between the vibration-damping target-side member 11 and the weight-side member 12, for example, A piezoelectric actuator 13 and a spring 14 are inserted. As a result, the piezoelectric actuator 13 and the spring 14 support the eyepiece tube 4, the intermediate lens barrel 5, and the CCD camera 6. Of these, the piezoelectric actuator 13 drives the eyepiece tube 4, the intermediate lens tube 5, and the CCD camera 6 as the weight 20 to extend and contract in the Z direction. A voice coil may be used in place of the piezoelectric actuator 13.
[0030]
Further, an eyepiece tube 4, an intermediate lens barrel 5, and a CCD camera 6 that act as a weight 20 of an active dynamic vibration absorber are attached to the upper surface of the weight side member 12, and the lower surface of the vibration suppression target side member 11 is attached to the lower surface of the vibration suppression target side member 11. The arm part 3 that is a vibration suppression target part is attached and each has an ant structure. Due to this ant structure, the dynamic vibration absorber unit 10 can be attached to an existing microscope system.
[0031]
Furthermore, the vibration suppression target side member 11 is provided with a vibration sensor 15 that detects the vibration of the arm portion 3 of the vibration suppression target portion. For example, a piezoelectric acceleration sensor is used as the vibration sensor 15 in terms of bandwidth, sensitivity, and size.
[0032]
The control device 16 receives the vibration sensor signal p output from the vibration sensor 15, and an actuator drive signal for controlling the vibration of the arm unit 3 according to the vibration of the arm unit 3 obtained from the vibration sensor signal p. It has a function of calculating s and sending this actuator drive signal s to the piezoelectric actuator 13.
[0033]
Here, a physical model of the active dynamic vibration absorber configured as described above will be described with reference to FIG. 4. M is an equivalent mass of the arm part 3 to be controlled, and K1 is an equivalent rigidity of the arm part 3. , C indicate equivalent viscosities of the arm part 3, and a physical model Q1 of the arm part 3 is indicated by these.
[0034]
M represents a weight (the eyepiece tube 4, the intermediate lens barrel 5 and the CCD camera 6) 20, K2 represents a spring element of the spring 14, and f represents a piezoelectric actuator 13, which is constituted by the vibration sensor 15 and the control device 16. A physical model Q2 of the dynamic vibration absorber is shown.
[0035]
Next, a description will be given of the vibration control effect of the microscope configured as described above.
[0036]
For example, the vibration of the natural frequency of the arm portion 3 is excited in the arm portion 3 of the frame 1 by air vibration such as wind and sound, vibration from the floor, and mechanical internal vibration caused by operating the microscope. Is done. When the arm portion 3 vibrates in this way, the relative distance between the sample stage 2 and the objective lens 8 changes, and the observation image is blurred.
[0037]
At this time, the vibration sensor 15 detects the vibration of the arm unit 3 and outputs the vibration sensor signal p.
[0038]
The control device 16 receives the vibration sensor signal p output from the vibration sensor 15, and an actuator drive signal for controlling the vibration of the arm unit 3 according to the vibration of the arm unit 3 obtained from the vibration sensor signal p. The actuator driving signal s is sent to the piezoelectric actuator 13 by calculating s.
[0039]
The piezoelectric actuator 13 vibrates the eyepiece tube 4, the intermediate lens barrel 5, and the CCD camera 6 serving as the weight 20 in the Z direction, and controls the vibration of the arm unit 3 by the reaction force.
[0040]
FIG. 5 is a diagram showing the vibration damping effect of the dynamic vibration absorber in terms of frequency characteristics. In the figure, f1 indicates the vibration amplitude of the arm portion 3 without the dynamic vibration absorber, f2 indicates the vibration amplitude of the arm portion 3 with the dynamic vibration absorber, and f3 indicates the resonance frequency of the arm portion 3. It can be seen from the figure that the resonance peak of the natural frequency of the arm portion 3 can be attenuated by the dynamic vibration absorber.
[0041]
As described above, in the first embodiment, the dynamic vibration absorber unit 10 is provided between the arm unit 3 and the eyepiece tube 4, the intermediate lens tube 5, and the CCD camera 6 as the observation optical system. Is detected by the vibration sensor 15, and the controller 16 drives the piezoelectric actuator 13 according to the vibration of the arm unit 3 to become the weight 20 of the dynamic vibration absorber, the eyepiece tube 4, the intermediate lens tube 5, and the CCD camera. 6 is vibrated in the Z direction, and the vibration of the arm 3 is controlled by the reaction force. Therefore, the dynamic vibration absorber unit 10 can be provided without changing the structure of the microscope, and the microscope is not restricted by the installation location. It is easy to introduce into the system, and the vibration of the arm unit 3 can be suppressed while suppressing an increase in the gravity of the device. For example, the dynamic vibration absorber unit 10 can be provided between the arm unit 3 and the revolver 7 and between the revolver 7 and the objective lens 8 to suppress vibrations of the revolver 7 and the objective lens 8.
[0042]
In addition, the observation light L passing through the dynamic vibration absorber unit 10 between the arm unit 3 and the eyepiece tube 4 is a parallel light flux, and thus does not affect the observation image.
[0043]
(2) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same partial load as FIG. 1 attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits the detailed description.
[0044]
FIG. 6 is a block diagram of a microscope with a passive dynamic vibration absorber.
[0045]
This microscope is provided with a dynamic vibration absorber unit 30 that suppresses the vibration of the arm unit 3 that is a vibration suppression target site.
[0046]
The dynamic vibration absorber unit 30 is provided between the eyepiece tube 4, the intermediate lens tube 5, and the CCD camera 6 as an observation optical system that acts as the weight 20 of the active dynamic vibration absorber.
[0047]
FIG. 7 is a specific configuration diagram of such a dynamic vibration absorber unit 30.
[0048]
In the dynamic vibration absorber unit 30, the weight side member 12 is slidably fitted inside the cylindrical vibration suppression target side member 11, and the viscosity is between the vibration suppression target side member 11 and the weight side member 12. Resistance elements such as a viscoelastic member 31 and a spring 14 are interposed. Accordingly, the viscoelastic member 31 and the spring 14 support the eyepiece tube 4, the intermediate lens barrel 5, and the CCD camera 6.
[0049]
Among them, the viscoelastic member 31 expands and contracts in the Z direction in response to vibrations of the eyepiece tube 4, the intermediate lens barrel 5 and the CCD camera 6 which are observation optical systems, and these eyepiece tube 4, intermediate lens barrel 5 and CCD camera. 6 has a function of damping vibrations. The viscoelastic member 31 is made of a rubber material such as silicon rubber or urethane rubber, and has mechanical properties and spring element properties. If the viscoelastic member 31 and the spring 14 can be exchanged with ones having different characteristics, the characteristic change of the dynamic vibration absorber unit 30 due to the exchange of the eyepiece tube 4, the intermediate lens barrel 5, and the CCD camera 6 can be dealt with.
[0050]
The natural frequency of the dynamic vibration absorber is determined by the viscoelastic member 31 and the spring 14, and when this natural frequency matches the natural frequency of the arm unit 3 that is the object of vibration suppression, the vibration damping effect is large. Is. Thereby, the weight 20 and the spring 14 are selected so that the natural frequency of the dynamic vibration absorber substantially matches the natural frequency of the arm portion 3.
[0051]
The spring 14 is replaceable or adjustable, and the dynamic vibration absorber can be adjusted when the eyepiece tube 4, the intermediate lens tube 5 and the CCD camera 6 used as the weight 20 are replaced.
[0052]
FIG. 8 is a diagram without showing a physical model of such an active dynamic vibration absorber, where M is an equivalent mass of the arm part 3 to be controlled, K1 is an equivalent rigidity of the arm part 3, and C is an equivalent mass of the arm part 3. Equivalent viscosity is shown, and the physical model Q1 of the arm part 3 is shown by these.
[0053]
Further, m represents a weight (the eyepiece tube 4, the intermediate lens barrel 5 and the CCD camera 6) 20, K2 represents a spring element of the spring 14, and ca represents a viscous resistance element, thereby indicating a physical model Q3 of the dynamic vibration absorber. ing.
[0054]
Next, a description will be given of the vibration control effect of the microscope configured as described above.
[0055]
For example, the vibration of the natural frequency of the arm portion 3 is excited in the arm portion 3 of the frame 1 by air vibration such as wind and sound, vibration from the floor, and mechanical internal vibration caused by operating the microscope. Is done. When the arm unit 3 vibrates, the relative distance between the sample stage 2 and the objective lens 8 changes, and the observation image is blurred.
[0056]
When the arm portion 3 vibrates in this way, the eyepiece tube 4, the intermediate lens barrel 5, and the CCD camera 6 that become the weight 20 on the arm portion 3 also vibrate and are arranged between the arm portion 3 and the weight 20. The viscoelastic member 31 and the spring 14 also expand and contract. At this time, vibration energy is converted into thermal energy by the viscoelastic member 31. In this way, the vibration energy is consumed by the expansion and contraction of the viscoelastic member 31, so that the arm portion 3 is damped.
[0057]
As described above, in the second embodiment, the dynamic vibration absorber unit 30 is provided between the arm unit 3 and the eyepiece tube 4, the intermediate lens tube 5, and the CCD camera 6 as the observation optical system. Since the vibration energy is converted into heat energy by the viscoelastic member 31 of the container unit 30 to suppress the arm portion 3, the dynamic vibration absorption is performed without changing the structure of the microscope as in the first embodiment. The instrument unit 30 can be provided and can be easily introduced into the microscope system without being restricted by the installation location, and the vibration of the arm unit 3 can be suppressed by suppressing an increase in the gravity of the apparatus. For example, the dynamic vibration absorber unit 30 can be provided between the arm unit 3 and the revolver 7 and between the revolver 7 and the objective lens 8 to suppress vibrations of the revolver 7 and the objective lens 8.
[0058]
Further, since it is not necessary to provide the control device 16 as in the first embodiment, there are fewer restrictions on the installation of the dynamic vibration absorber unit 30 than in the first embodiment.
[0059]
In addition, the observation light L passing through the dynamic vibration absorber unit 30 between the arm unit 3 and the eyepiece tube 4 is a parallel light flux, and thus does not affect the observation image.
[0060]
(3) Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0061]
FIG. 9 is a configuration diagram of a microscope with a dynamic vibration absorber.
[0062]
A sample stage 41 and a frame 42 are provided on the base 40. Among these, a laser light source 43 is fixed to the frame 42. On the optical path of the laser light emitted from the laser light source 43, a half mirror 44, two galvano mirrors 45 and 46 for XY-axis scanning, a half mirror 47, and a mirror 48 are arranged. Further, the revolver 49 and the revolver 49 The objective lens 50 attached to is arranged. Among these, the revolver 49 is attached to the focusing mechanism 52 via the support member 51, and the focusing mechanism 52 can be positioned and adjusted with respect to the Z direction. An imaging lens (not shown) is arranged between the objective lens 50 and the mirror 48, and a sample image is formed on the detection system 53 arranged on the reflection optical path of the half mirror 44. Yes. Here, an observation optical system is formed by the imaging lens and the CCD camera attached to the detection system 53.
[0063]
A half mirror 54 is disposed on the branch optical path of the half mirror 47, an optical microscope illumination optical system 55 is disposed on one of the branch optical paths, and an optical microscope imaging optical system 56 is disposed on the other branch optical path. Is arranged. Among these, the optical microscope illumination optical system 55 is formed by a light source, a filter, and the like.
[0064]
Among the above-described components, the laser light source 43, the focusing mechanism 52, the detection system 53, the optical microscope illumination optical system 55, and the optical microscope imaging optical system 56 are respectively the dynamic vibration absorber unit A. ₁ ~ A ₅ It is being fixed to the frame 42 via. Further, the revolver 49 has a dynamic vibration absorber unit A with respect to the support member 51. ₆ It is fixed through.
[0065]
The laser light source 43, the revolver 49, the focusing mechanism 52, the detection system 53, the optical microscope illumination optical system 55, and the optical microscope imaging optical system 56 must be arranged such that their vibration directions do not interfere with the optical microscope. Therefore, each dynamic vibration absorber unit A can be vibrated in the optical axis direction. ₁ ~ A ₆ Is supported by Here, the laser light source 43 and the optical microscope illumination optical system 55 are supported in the Y direction, and the detection system 53, the revolver 49, the focusing mechanism 52, and the optical microscope imaging optical system 56 are supported in the Z direction. Although the detection system 53 is oriented in the Z direction in the figure, it can be rotated in the X direction by the half mirror 44.
[0066]
Each dynamic vibration absorber unit A ₁ ~ A ₆ May be an active dynamic vibration absorber unit or a passive dynamic vibration absorber unit, and in the case of an active dynamic vibration absorber unit, as described in the first embodiment, The vibration is detected by the vibration sensor 15, and the control device 16 drives the piezoelectric actuator 13 in accordance with the vibration of each vibration suppression object to vibrate the weight 20 of the dynamic vibration absorber in each direction. The vibration is controlled.
[0067]
Further, in the case of a passive dynamic vibration absorber unit, the vibration energy in one direction is converted into heat energy by the viscoelastic member 31 to control each vibration suppression object.
[0068]
In the third embodiment, each of the dynamic vibration absorber units A1 to A5 is a passive dynamic vibration absorber unit, and the dynamic vibration absorber unit A ₆ As an active dynamic vibration absorber unit. ₆ Is connected to the control device 16.
[0069]
Next, a description will be given of the vibration control effect of the microscope configured as described above.
[0070]
For example, air vibrations such as wind and sound vibrate the device, vibrations from the floor are transmitted through the frame 42, vibrations of the galvanometer mirrors 45 and 46, which are internal vibration sources, and the focusing mechanism 52 are generated by the frame. 42, the focusing mechanism 52, and the revolver 49 are vibrated. These vibrations change the relative displacement between the objective lens 50 and the sample M and cause noise in the observation image.
[0071]
Revolver 49, dynamic vibration absorber unit A in such a case ₆ The operation of the dynamic vibration absorber constituted by the control device 16 will be described. When the support member 51 vibrates, the dynamic vibration absorber unit A ₆ The vibration sensor signal p output from the vibration sensor 15 incorporated in the sensor changes, and the control device 16 calculates and obtains an actuator drive signal s for damping the vibration according to the vibration. It is sent to the piezoelectric actuator 13. Since the piezoelectric actuator 13 drives a revolver 49 serving as a weight, the reaction force is transmitted to the support member 51, and the support member 51 is damped.
[0072]
Here, driving the revolver 49 that supports the objective lens 50 leads to a change in the in-focus position. However, since the vibration of the support member 51 is driven to cancel the reaction force of the revolver 49, when the support member 51 moves away from the in-focus position, the dynamic vibration absorber unit A6 49 is driven closer to the in-focus position. Accordingly, by setting the gain so that the drive amplitude of the piezoelectric actuator 13 does not exceed the vibration amplitude of the support member 51 by the control device 16, the revolver 49 can suppress the change in the focus position due to the vibration of the support member 51. When driven, the support member 51 is damped.
[0073]
At the same time, the laser light source 43, the focusing mechanism 52, the detection system 53, the optical microscope illumination optical system 55, and the optical microscope imaging optical system 56 are respectively connected to the dynamic vibration absorber unit A. ₁ ~ A ₅ The vibration of the frame 42 is damped by the vibration damping action. In this case, the laser light source 43 and the optical microscope illumination optical system 55 are damped in the Y direction, the detection system 53 is damped in the X direction, and the revolver 49, the focusing mechanism 52, and the optical microscope imaging optical system. 56, vibration in the Z direction is suppressed.
[0074]
As described above, in the third embodiment, the laser light source 43, the focusing mechanism 52, the detection system 53, the optical microscope illumination optical system 55, and the optical microscope imaging optical system 56 are respectively connected to the dynamic vibration absorber unit A. ₁ ~ A ₅ The revolver 49 is supported by the frame 42 via the support member 51 and the dynamic vibration absorber unit A. ₆ Therefore, the vibration in the Y direction of the laser light source 43 and the optical microscope illumination optical system 55 can be suppressed, the vibration in the X direction of the detection system 53 can be suppressed, and the revolver 49, the focusing mechanism 52, and the optical microscope imaging can be controlled. The vibration of the optical system 56 in the Z direction can be damped, and thus the vibrations in a plurality of modes can be damped.
[0075]
(4) Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0076]
FIG. 10 is a configuration diagram of a measurement microscope provided with an active dynamic vibration absorber unit.
[0077]
This measuring microscope measures the shape of the sample M. An XY stage 61 is provided at the bottom of the L-shaped frame 60, and the sample M is placed on the XY stage 61.
[0078]
A Z stage 62 extending above the XY stage 61 is slidably provided at the inverted portion of the frame 60. On the Z stage 62, a displacement measuring optical system 63, an eyepiece tube 64 as an observation optical system, an intermediate lens tube 65, and a CCD camera 66 are attached, and a revolver 67 and an objective lens 68 are provided below the Z stage 62. Is attached.
[0079]
Among these, the displacement measuring optical system 63 has a function of measuring a minute displacement in the Z-axis direction. An imaging lens 69 is attached to the eyepiece tube 64, and the observation light L of the parallel light beam from the objective lens 68 is imaged on the imaging surface 66a of the CCD camera 66 by the imaging lens 69. .
[0080]
The displacement measuring optical system 63, the eyepiece tube 64, the intermediate lens barrel 65, and the CCD camera 66 are moved in the optical axis direction (Z-axis direction) by driving the Z stage 62.
[0081]
The XY stage 61 and the Z stage 62 each have a displacement meter incorporated therein, and each displacement meter detects the amount of movement as the XY stage 61 and Z stage 62 move, and the amount of movement is displaced. It is displayed on the display unit. Thus, the observer can read the distance between the observation positions on the displacement display unit by operating the XY stage 61 and the Z stage 62 to change the observation position of the sample M.
[0082]
In such a measurement microscope, an active dynamic vibration absorber unit 70 is provided between the displacement measurement optical system 63 and the eyepiece tube 64. That is, when the frame 60 or the Z stage 62 vibrates, the relative displacement between the objective lens 68 and the sample M vibrates, and the vibration component is added to the measurement result of the sample M. It is necessary to provide a dynamic vibration absorber unit 70 to control vibration.
[0083]
The dynamic vibration absorber unit 70 includes a displacement measuring optical system 63 on the Z stage 62, an eyepiece tube 64 as an observation optical system that acts as a microscope component, that is, a weight 71 of an active dynamic vibration absorber, an intermediate lens tube 65, and It is provided between the CCD camera 66.
[0084]
The dynamic vibration absorber unit 70 has the same configuration as that of the dynamic vibration absorber unit 10 shown in FIG. 3 and will not be described in detail. The control device 72 is provided in the dynamic vibration absorber unit 70 and vibrates. A vibration sensor signal p output from the sensor 15 is input, and an actuator drive signal s for damping the vibration of the Z stage 62 is calculated according to the vibration of the Z stage 62 obtained from the vibration sensor signal p. The actuator drive signal s is transmitted to the piezoelectric actuator 13 of the dynamic vibration absorber unit 70.
[0085]
Next, a description will be given of the vibration control effect of the microscope configured as described above.
[0086]
For example, the Z stage 62 is vibrated by air vibrations such as wind and sound, vibrations from the floor, and mechanical internal vibrations associated with operating the microscope. When the Z stage 623 vibrates in this way, the relative distance between the XY stage 61 and the objective lens 68 changes, and an error occurs in the displacement measurement result.
[0087]
At this time, the vibration sensor 15 detects the vibration of the Z stage 62 and outputs the vibration sensor signal p.
[0088]
The control device 72 receives the vibration sensor signal p output from the vibration sensor 15, and an actuator drive signal for controlling the vibration of the Z stage 62 according to the vibration of the Z stage 62 obtained from the vibration sensor signal p. The actuator driving signal s is sent to the piezoelectric actuator 13 by calculating s.
[0089]
The piezoelectric actuator 13 vibrates the eyepiece tube 64, the intermediate lens tube 65, and the CCD camera 66 that become the weight 71 in the Z direction, and the reaction force suppresses the vibration of the Z stage 62.
[0090]
As described above, in the fourth embodiment, the dynamic vibration absorber unit is disposed between the displacement measurement optical system 63 on the Z stage 62 and the eyepiece tube 64, the intermediate tube 65, and the CCD camera 66 as the observation optical system. 70, the vibration of the Z stage 62 is detected by the vibration sensor 15, and the controller 72 drives the piezoelectric actuator 13 in accordance with the vibration of the Z stage 62 to become the weight 71 of the dynamic vibration absorber. Since the intermediate lens barrel 65 and the CCD camera 66 are vibrated in the Z direction and the reaction force suppresses the vibration of the Z stage 62, the vibration of the Z stage 62 is suppressed. Addition of displacement can be suppressed, and highly accurate measurement can be performed.
[0091]
Further, similarly to the first embodiment, the dynamic vibration absorber unit 70 can be provided without changing the structure of the measurement microscope, and can be easily introduced into the measurement microscope without being restricted by the installation location. The vibration of the Z stage 62 can be suppressed while suppressing the increase in gravity. For example, the dynamic vibration absorber unit 70 is provided between the eyepiece tube 64 and the intermediate lens tube 65 or between the intermediate lens tube 65 and the CCD camera 66 to suppress vibrations of the intermediate lens tube 65 and the CCD camera 66. You can also Furthermore, since the observation light L passing through the dynamic vibration absorber unit 70 between the Z stage 62 and the eyepiece tube 64 is a parallel light flux, it does not affect the observation image.
[0092]
(5) Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0093]
FIG. 11 is a configuration diagram of a confocal microscope provided with an active dynamic vibration absorber unit.
[0094]
A sample stage 81 is provided on the frame 80 of the confocal microscope. A sample M is placed on the sample stage 81.
[0095]
In the frame 80, an arm portion 82 projects above the sample stage 81. An eyepiece tube 83, a confocal unit 84, an intermediate lens tube 85, and a CCD camera 86, which are observation optical systems, are attached to the upper portion of the arm portion 82, and a revolver 87 and an objective lens 88 are attached to the lower portion thereof. .
[0096]
An imaging lens 89 is attached to the eyepiece tube 85, and the observation light L of the parallel light beam from the objective lens 88 is imaged on the imaging surface 86 a of the CCD camera 86 by the imaging lens 89. .
[0097]
The confocal unit 84 includes a disk 90 formed with randomly arranged pinholes, and a motor 91 that rotates the disk 90.
[0098]
An illumination optical system 92 is provided in the confocal unit 84, and the illumination light emitted from the illumination optical system 92 is reflected by the mirror 93 in the confocal unit 84 and irradiated onto the sample M.
[0099]
Such a confocal microscope is provided with an active dynamic vibration absorber unit 94 that dampens vibration of the arm portion 82 as a vibration suppression target site. That is, when the vibration of the rotating disk 90 vibrates the frame 80, the relative displacement between the objective lens 88 and the sample M vibrates, and the observation image of the sample M is blurred.
[0100]
Since the confocal microscope has a high resolution in the optical axis direction (Z-axis direction) and is also used for three-dimensional measurement, if such vibration occurs, the performance is significantly impaired. Therefore, it is necessary to dampen the frame 80 using the dynamic vibration absorber unit 94.
[0101]
The dynamic vibration absorber unit 94 includes an eyepiece tube 83, a confocal unit 84, an intermediate lens tube 85, and an observation optical system acting as an arm portion 82 of the frame 80 and a microscope component, ie, a weight 95 of an active dynamic vibration absorber. It is provided between the CCD camera 86.
[0102]
The dynamic vibration absorber unit 94 has the same configuration as that of the dynamic vibration absorber unit 10 shown in FIG. 3 and will not be described in detail. The control device 96 is provided in the dynamic vibration absorber unit 94 and is vibrated. The vibration sensor signal p output from the sensor 15 is input, and an actuator drive signal s for damping the vibration of the frame 80 according to the vibration of the frame 80 obtained from the vibration sensor signal p is calculated and obtained. The actuator driving signal s is transmitted to the piezoelectric actuator 13 of the dynamic vibration absorber unit 94.
[0103]
Next, a description will be given of the vibration control effect of the microscope configured as described above.
[0104]
For example, the frame 80 is vibrated by air vibration such as wind and sound, vibration from the floor, mechanical internal vibration accompanying operation of the confocal microscope, vibration by the rotating disk 90 and its motor 91, and the like. . When the frame 80 vibrates in this way, the relative distance between the sample M and the objective lens 88 changes, and the observation image is blurred.
[0105]
At this time, the vibration sensor 15 detects the vibration of the frame 80 and outputs the vibration sensor signal p.
[0106]
The control device 96 receives the vibration sensor signal p output from the vibration sensor 15 and outputs an actuator drive signal s for damping the vibration of the frame 80 in accordance with the vibration of the frame 80 obtained from the vibration sensor signal p. The actuator drive signal s is sent to the piezoelectric actuator 13 by calculation.
[0107]
The piezoelectric actuator 13 vibrates the eyepiece tube 83, the confocal unit 84, the intermediate lens tube 85, and the CCD camera 86 serving as the weight 95 in the Z direction, and controls the vibration of the frame 80 by the reaction force.
[0108]
As described above, in the fifth embodiment, the dynamic vibration absorber unit 94 is provided between the frame 80 and the eyepiece tube 83, the confocal unit 84, the intermediate lens tube 85, and the CCD camera 86 as the observation optical system. The vibration sensor 15 detects the vibration of the frame 80, and the controller 96 drives the piezoelectric actuator 13 according to the vibration of the frame 80 to become the weight 95 of the dynamic vibration absorber, the confocal unit 84, The intermediate lens tube 85 and the CCD camera 86 are vibrated in the Z direction, and the vibration of the frame 80 is damped by the reaction force. Therefore, the vibration of the frame 80 is damped so that the observation image of the sample M is blurred and the optical axis Directional deviation can be suppressed, and good confocal image observation or three-dimensional measurement can be performed.
[0109]
(6) Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0110]
FIG. 12 is a block diagram of a microscope with a dynamic vibration absorber provided with means for damping vibration.
[0111]
A sample stage 101 is provided on the frame 100 of the microscope. A sample M is placed on the sample stage 101.
[0112]
In the frame 100, an arm portion 102 projects above the sample stage 101. An eyepiece tube 103, an intermediate lens tube 104, and a CCD camera 105, which are observation optical systems, are attached to the upper portion of the arm portion 102, and a revolver 106 and an objective lens 107 are attached to the lower portion thereof.
[0113]
An image forming lens 108 is attached to the eyepiece tube 103, and the observation light L of the parallel light beam from the objective lens 107 is formed on the image forming surface 105 a of the CCD camera 105 by the image forming lens 108. .
[0114]
Such a microscope is provided with a damping means 109 for damping the vibration of the frame 100 as a damping target part. That is, when the frame 100 vibrates, the relative displacement between the objective lens 107 and the sample M vibrates and blurs the observation image of the sample M. Therefore, it is necessary to suppress the vibration of the frame 100 by providing the vibration damping means 109. There is.
[0115]
The vibration damping means 109 has a structure in which a weight 111 is supported on the arm portion 102 of the frame 100 via a viscoelastic member 110. By supporting the weight 111 in this way, the weight 111 is movable in the optical axis direction (Z-axis direction).
[0116]
Next, a description will be given of the vibration control effect of the microscope configured as described above.
[0117]
For example, the arm portion 102 of the frame 100 is vibrated by air vibration such as wind and sound, vibration from the floor, mechanical internal vibration accompanying operation of the confocal microscope, and the like. When the arm portion 102 of the frame 100 vibrates in this way, the relative distance between the sample M and the objective lens 107 changes, and the observation image is blurred. In addition, when the relative distance between the sample M and the objective lens 107 is large, the sample M may not be observed.
[0118]
At this time, the weight 111 of the damping means 109 vibrates according to the vibration of the arm portion 102. When the weight 111 vibrates, the vibration of the weight 111 is transmitted to the viscoelastic member 110 of the damping means 109, and the vibration energy is converted into thermal energy by the viscoelastic member 110.
[0119]
The vibration of the arm portion 102 is damped by conversion from vibration energy to thermal energy in the viscoelastic member 110.
[0120]
As described above, in the sixth embodiment, the weight 111 is supported on the arm portion 102 of the frame 100 via the viscoelastic member 110, and the weight 111 is vibrated according to the vibration of the arm portion 102. Since the vibration of 111 is converted from vibration energy to thermal energy by the viscoelastic member 110, the vibration of the frame 100 can be suppressed, and the blur of the observation image of the sample M and the deviation in the optical axis direction can be suppressed.
[0121]
In addition, since the weight 111 is supported on the frame 100 via the viscoelastic member 110, blurring of the observation image of the sample M can be easily suppressed only by adding to the existing microscope.
[0122]
The present invention is not limited to the first to sixth embodiments, and may be modified as follows.
[0123]
For example, instead of the viscoelastic member 110 in the sixth embodiment, an actuator (for example, a piezoelectric element) that moves the weight 111 in the optical axis direction (Z-axis direction) is provided, and the vibration of the frame 100 is detected by a vibration sensor. The actuator may be driven and controlled by a control circuit according to the vibration signal detected and output from the vibration sensor. In this case, the control means is an active type that drives the weight 111 by an actuator according to the vibration of the frame 100 and cancels the vibration of the frame 100.
[0124]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a microscope with a dynamic vibration absorber that can suppress vibration while suppressing an increase in gravity of the apparatus without being restricted by an installation location.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a microscope with an active dynamic vibration absorber according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a resonance mode of an arm unit that is a vibration control target in the microscope.
FIG. 3 is a specific configuration diagram of a dynamic vibration absorber unit provided in the microscope.
FIG. 4 is a diagram showing a physical model of an active dynamic vibration absorber provided in the microscope.
FIG. 5 is a diagram showing the vibration damping effect of the dynamic vibration absorber in terms of frequency characteristics.
FIG. 6 is a configuration diagram showing a second embodiment of a microscope with an active dynamic vibration absorber according to the present invention.
FIG. 7 is a specific configuration diagram of a dynamic vibration absorber unit provided in the microscope.
FIG. 8 is a diagram showing a physical model of an active dynamic vibration absorber provided in the microscope.
FIG. 9 is a configuration diagram showing a third embodiment of a microscope with a dynamic vibration absorber according to the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of a measurement microscope provided with an active dynamic vibration absorber according to the present invention.
FIG. 11 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of a confocal microscope provided with an active dynamic vibration absorber according to the present invention.
FIG. 12 is a configuration diagram showing a sixth embodiment of a microscope with a dynamic vibration absorber provided with a means for damping vibration according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 60, 80, 100: frame,
3,102: Arm part,
4, 64, 83, 103: eyepiece tube,
5, 65, 85, 104: Intermediate barrel,
6, 66, 86, 105: CCD camera,
7, 49, 67, 87, 106: Revolver,
8, 68, 88, 107: objective lens,
10: Dynamic vibration absorber unit,
11: Vibration suppression target side member,
12: weight side member,
13: Piezoelectric actuator,
14: Spring,
15: Vibration sensor,
16, 72, 96: control device,
20: weight,
30: Dynamic vibration absorber unit,
31: viscoelastic member,
43: Laser light source,
51: Support member,
52: Focusing mechanism,
53: Detection system
55: Optical microscope illumination optical system,
56: Optical microscope imaging optical system,
A ₁ ~ A ₆ : Dynamic vibration absorber unit,
61: XY stage
62: Z stage
63: Displacement measuring optical system,
70: Dynamic vibration absorber unit,
71: weight,
81, 101: sample stage,
84: Confocal unit,
90: disc,
91: motor,
94: Dynamic vibration absorber unit,
95: weight,
109: Vibration control means,
110: Viscoelastic member,
111: weight,
M: Sample.

Claims

A vibration sensor that is disposed between a frame in the microscope and a microscope component including an observation optical system disposed in the frame, and that is disposed in a portion through which a parallel light beam passes in the microscope, and detects vibration of the frame, and A dynamic vibration absorber unit having an actuator for driving a microscope component;
Control means for driving the actuator according to the vibration detected by the vibration sensor,
The frame has an arm portion protruding above a sample stage on which a sample is placed, and the dynamic vibration absorber unit is disposed between the arm portion and the microscope component, and the microscope configuration A microscope with a dynamic vibration absorber, wherein an element acts as a weight and vibrations of the arm portion are suppressed by driving the actuator.

It is arranged between the frame in the microscope and the microscope component consisting of the observation optical system arranged in the frame, and in the part where the parallel light beam passes in the microscope, and expands and contracts according to the vibration of the microscope component. A dynamic vibration absorber unit having a resistance viscous element that attenuates the vibration of the microscope component,
The frame has an arm portion protruding above a sample stage on which a sample is placed, and the dynamic vibration absorber unit is disposed between the arm portion and the microscope component, and the microscope configuration A microscope with a dynamic vibration absorber, wherein an element acts as a weight, and vibration of the arm portion is suppressed by expansion and contraction of the resistance viscous element.