JP6095490B2 - Ultrasonic motor - Google Patents

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

本発明は、超音波モータに関する。   The present invention relates to an ultrasonic motor.

従来、半導体や生体試料など微細構造の観察には、顕微鏡がよく利用されている。顕微鏡でこれらの標本を観察する場合には、標本をステージ上に載置する。このとき、観察対象の標本を位置合わせするために、平面内で直交する2つの方向に移動可能なステージ(XYステージ)が利用される。   Conventionally, a microscope is often used for observing a fine structure such as a semiconductor or a biological sample. When observing these specimens with a microscope, the specimens are placed on the stage. At this time, in order to align the specimen to be observed, a stage (XY stage) that can move in two directions orthogonal to each other in a plane is used.

XYステージには、主に手動型と電動型があり、電動型ステージのアクチュエータとしては、一般的に電磁型モータが利用されている。また、近年は、電動型ステージのアクチュエータとして、高精度な位置決めが行える超音波モータを用いることも提案されている。   The XY stage mainly includes a manual type and an electric type, and an electromagnetic motor is generally used as an actuator for the electric type stage. In recent years, it has also been proposed to use an ultrasonic motor capable of highly accurate positioning as an actuator for an electric stage.

超音波モータは、振動子(又はステータ)に楕円振動を形成し、その楕円振動が形成された振動子を可動体(又はスライダ)の摺動部に接触させることにより、可動体を移動させるものである。そのため、超音波モータの摺動部には摩耗が生じるが、その摩擦を低減する方法が各種提案されている。   The ultrasonic motor moves the movable body by forming elliptical vibration in the vibrator (or stator) and bringing the vibrator on which the elliptical vibration is formed into contact with the sliding portion of the movable body (or slider). It is. For this reason, wear occurs in the sliding portion of the ultrasonic motor, but various methods for reducing the friction have been proposed.

例えば、非特許文献1には、回転型の超音波モータにおいて、摺動面での振動子の振動速度と可動体の回転速度との速度差を極力少なくすることにより、摺動面での滑りを減らし、その結果、磨耗を減少させる技術が開示されている。   For example, in Non-Patent Document 1, in a rotary ultrasonic motor, slipping on a sliding surface is reduced by reducing the speed difference between the vibration speed of the vibrator on the sliding surface and the rotational speed of the movable body as much as possible. Techniques have been disclosed for reducing wear and consequently wear.

図20Aは、従来の超音波モータの楕円振動に伴う可動体の移動方向成分の速度ベクトルの変化を示す模式図である。図20Bは、図20Aに示す速度ベクトルの大きさの時間的変化を示すグラフである。なお、図20Aでは、その速度ベクトルを、横方向矢印として模式的に示し、図20Bでは、図20Aにおける左向きのベクトルを正の値、右向きのベクトルを負の値として表す。   FIG. 20A is a schematic diagram showing a change in velocity vector of a moving direction component of a movable body accompanying elliptical vibration of a conventional ultrasonic motor. FIG. 20B is a graph showing temporal changes in the magnitude of the velocity vector shown in FIG. 20A. In FIG. 20A, the velocity vector is schematically shown as a horizontal arrow, and in FIG. 20B, the left vector in FIG. 20A is represented as a positive value, and the right vector is represented as a negative value.

図20Bに示すように、従来の超音波モータの楕円振動の周速度における可動体の移動方向成分の速度ベクトルの大きさ(以下、「振動速度」という)の時間的変化を表す曲線V1はサインカーブを描く。一方、可動体の速度は、振動速度の時間的変化の曲線V1のように正弦波状に変化することはなく、時間によらず点線V2で示したようにほぼ一定となる。   As shown in FIG. 20B, a curve V1 representing a temporal change in the velocity vector magnitude (hereinafter referred to as “vibration velocity”) of the moving direction component of the movable body at the peripheral velocity of the elliptical vibration of the conventional ultrasonic motor is a sign. Draw a curve. On the other hand, the speed of the movable body does not change in a sine wave shape like the curve V1 of the temporal change of the vibration speed, and is almost constant as shown by the dotted line V2 regardless of the time.

図20Bに示す時間的変化V1と時間的変化V2の両者を比較すると、その交点以外は速度差が生じていることがわかる。これはすなわち、振動子と可動体との間に、速度差に起因する滑りが発生していることを意味している。経験則により、滑りが発生すると接触部分の磨耗が増えることがわかるので、滑りの発生を極力減らすことができれば磨耗を減らすことができると考えられる。   Comparing both the temporal change V1 and the temporal change V2 shown in FIG. 20B, it can be seen that there is a speed difference except at the intersection. This means that slippage due to the speed difference occurs between the vibrator and the movable body. As a rule of thumb, it can be seen that wear of the contact portion increases when slipping occurs, so it is considered that if the occurrence of slipping can be reduced as much as possible, the wear can be reduced.

図20Cは、図20Bに示す速度ベクトルの大きさの時間的変化を正弦波から矩形波にした場合のグラフである。非特許文献1では、滑りを発生し難くして磨耗を減らすための一つの方法として、図20Cに示すように、振動速度の時間的変化を正弦波から矩形波にすることが考案されている。なお、図20Cでは、矩形波にされた振動速度の時間的変化をV3として示している。   FIG. 20C is a graph when the temporal change in the magnitude of the velocity vector shown in FIG. 20B is changed from a sine wave to a rectangular wave. In Non-Patent Document 1, as one method for reducing wear by reducing slippage, it is devised to change the temporal change in vibration speed from a sine wave to a rectangular wave as shown in FIG. 20C. . In FIG. 20C, the temporal change in the vibration speed converted into a rectangular wave is shown as V3.

矩形波は、フーリエ級数に分解すると以下の式(1)のように表されることが知られている。

Figure 0006095490
ここで、v(t)は矩形波、vは矩形波の振幅、nは整数である。 It is known that a rectangular wave is expressed as the following formula (1) when it is decomposed into a Fourier series.
Figure 0006095490
Here, v (t) is a rectangular wave, v 0 is the amplitude of the square wave, n is an integer.

上記式(1)から、振動速度の時間的変化を図20Cに示すように矩形波にするためには、その振動速度の振動に、(2n+1)倍の周波数で且つ振動速度の振幅が1/(2n+1)倍になるような振動を加算すればよいことがわかる。非特許文献1では、3次モードの捩り振動が1次モードの捩り振動に対して3倍の周波数で且つ振動速度の振幅が1/3倍になるように、振動子を構成している。   From the above equation (1), in order to change the temporal change of the vibration speed into a rectangular wave as shown in FIG. 20C, the vibration speed has a frequency of (2n + 1) times and the vibration speed amplitude is 1 / It can be seen that it is sufficient to add vibrations that are (2n + 1) times larger. In Non-Patent Document 1, the vibrator is configured so that the torsional vibration of the third-order mode has a frequency three times that of the torsional vibration of the first-order mode and the amplitude of the vibration speed is 1/3 times.

また、例えば、特許文献1には、縦振動(1次モードの縦振動)と屈曲振動(2次モードの屈曲振動)とを用いて楕円振動を形成するリニア型の超音波モータが提案されている。この超音波モータに対しても、非特許文献1に記載の超音波モータの場合と同様に、移動テーブルの移動方向の振動、即ち1次モードの縦振動に、奇数倍の周波数の高調波を付加させて振動速度の波形を矩形波に近づければ、磨耗を低減する効果が期待できるはずである。   Also, for example, Patent Document 1 proposes a linear ultrasonic motor that forms elliptical vibration using longitudinal vibration (longitudinal vibration in primary mode) and bending vibration (flexural vibration in secondary mode). Yes. Similarly to the ultrasonic motor described in Non-Patent Document 1, for this ultrasonic motor, harmonics having an odd multiple of frequency are applied to vibration in the moving direction of the moving table, that is, longitudinal vibration in the primary mode. If the vibration velocity waveform is made closer to a rectangular wave, the effect of reducing wear should be expected.

特開2008−136318号公報JP 2008-136318 A

Takaaki ISHII, Hisanori TAKAHASHI, Kentaro NAKAMURA and Sadayuki UEHA, “A Low-Wear Driving Method of Ultrasonic Motors”, Jpn.J.Appl.Phys., Vol.38(1999) pp.3338-3341 Part 1, No.5B, May 1999Takaaki ISHII, Hisanori TAKAHASHI, Kentaro NAKAMURA and Sadayuki UEHA, “A Low-Wear Driving Method of Ultrasonic Motors”, Jpn.J.Appl.Phys., Vol.38 (1999) pp.3338-3341 Part 1, No.5B , May 1999

振動速度の波形を図20Cに示すような矩形波に近づけるためには、縦振動における1次モードと3次モードとの間での共振周波数の比を1:3にする必要がある。   In order to bring the vibration velocity waveform closer to a rectangular wave as shown in FIG. 20C, the ratio of the resonance frequency between the first-order mode and the third-order mode in the longitudinal vibration needs to be 1: 3.

特許文献1に記載の超音波モータにおいて、FEM(Finite Element Method)による計算及び実測を行った結果、縦振動における1次モードと3次モードとの間での共振周波数の比は、およそ1:2.7〜1:2.8であり、縦振動の3次モードの共振周波数が若干低くなっていた。また、縦振動における1次モードと5次モードとの間での共振周波数の比についても、同様の計算及び実測を行ったところ、1:5よりも若干ずれていた。   In the ultrasonic motor described in Patent Document 1, as a result of calculation and measurement by FEM (Finite Element Method), the ratio of the resonance frequency between the primary mode and the tertiary mode in longitudinal vibration is approximately 1: The resonance frequency of the third-order mode of longitudinal vibration was slightly low. Further, regarding the ratio of the resonance frequency between the first-order mode and the fifth-order mode in the longitudinal vibration, when the same calculation and measurement were performed, the ratio was slightly different from 1: 5.

このように、特許文献1に記載の超音波モータでは、縦振動における1次モードとn次モード(但しnは3以上の奇数)との間での共振周波数の比はちょうど1:nにはならず若干ずれている。したがって、特許文献1に記載の技術では、振動速度の波形を矩形波に近づけて、摺動面の磨耗を低減することは困難である。   Thus, in the ultrasonic motor described in Patent Document 1, the ratio of the resonance frequency between the first-order mode and the n-th mode (where n is an odd number of 3 or more) in longitudinal vibration is just 1: n. It is slightly shifted. Therefore, with the technique described in Patent Document 1, it is difficult to reduce the wear of the sliding surface by bringing the waveform of the vibration speed closer to a rectangular wave.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、摺動部の磨耗を低減することができる超音波モータを提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at providing the ultrasonic motor which can reduce the abrasion of a sliding part.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる超音波モータは、それぞれが超音波楕円振動に含まれる縦振動及び屈曲振動のいずれか一方を励振する第1及び第2の圧電素子電極を有する超音波振動子と、前記超音波振動子の機械的共振周波数と一致する第1の周波数及び該第1の周波数に対して3以上の奇数倍の値を有する第2の周波数を含む第1の周波信号を発生する第1の周波信号発生部と、前記超音波振動子の機械的共振周波数と一致する第3の周波数を含む第2の周波信号を発生する第2の周波信号発生部と、前記第1の圧電素子電極に接続され、該第1の圧電素子電極との間で、前記第2の周波数と一致する共振周波数を有する第1の電気的共振回路を形成する第1のインダクタンスを有する第1の電気的共振回路形成部と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the ultrasonic motor according to the present invention includes a first and a second that excite either one of longitudinal vibration and bending vibration included in the ultrasonic elliptical vibration. An ultrasonic vibrator having a piezoelectric element electrode, a first frequency that matches a mechanical resonance frequency of the ultrasonic vibrator, and a second frequency having an odd multiple of 3 or more with respect to the first frequency A first frequency signal generating unit that generates a first frequency signal including a second frequency signal that generates a second frequency signal including a third frequency that matches the mechanical resonance frequency of the ultrasonic transducer A first electrical resonance circuit having a resonance frequency matching the second frequency is formed between the signal generation unit and the first piezoelectric element electrode and connected to the first piezoelectric element electrode. A first electrical resonance having a first inductance; Characterized in that it comprises a road forming unit.

本発明に係る超音波モータは、上記発明において、前記第2の周波信号発生部が発生する第2の周波信号が、前記第3の周波数に対して3以上の奇数倍の値を有する第4の周波数をさらに含み、前記第2の圧電素子電極に接続され、該第2の圧電素子電極との間で、前記第4の周波数と一致する共振周波数を有する第2の電気的共振回路を形成する第2のインダクタンスを有する第2の電気的共振回路形成部とをさらに備えることを特徴とする。   The ultrasonic motor according to the present invention is the ultrasonic motor according to the fourth aspect, wherein the second frequency signal generated by the second frequency signal generator has an odd multiple of 3 or more with respect to the third frequency. And a second electrical resonance circuit that is connected to the second piezoelectric element electrode and has a resonance frequency that coincides with the fourth frequency with the second piezoelectric element electrode. And a second electrical resonance circuit forming unit having a second inductance.

本発明に係る超音波モータは、上記発明において、前記超音波楕円振動が、前記超音波振動子の縦振動の機械的な共振周波数と、屈曲振動の機械的な共振周波数を一致させ、該共振周波数に一致する周波数で励振するとともに、前記縦振動と前記屈曲振動とに位相差を持たせることにより形成することを特徴とする。   The ultrasonic motor according to the present invention is the ultrasonic motor according to the present invention, wherein the ultrasonic elliptical vibration matches the mechanical resonance frequency of the longitudinal vibration of the ultrasonic vibrator with the mechanical resonance frequency of the bending vibration. It is formed by exciting at a frequency that matches the frequency and providing a phase difference between the longitudinal vibration and the bending vibration.

本発明に係る超音波モータは、上記発明において、前記第1の電気的共振回路形成部が、前記第1の圧電素子電極に直列に接続される、前記第1のインダクタンスを有するインダクタを備えることを特徴とする。   The ultrasonic motor according to the present invention is the ultrasonic motor according to the present invention, wherein the first electrical resonance circuit forming unit includes the inductor having the first inductance connected in series to the first piezoelectric element electrode. It is characterized by.

本発明に係る超音波モータは、上記発明において、前記第1の電気的共振回路形成部が、前記第1の圧電素子電極に直列に接続される、前記第1のインダクタンスを有するインダクタと、前記第1の圧電素子電極に並列又は直列に接続されたコンデンサとを備えることを特徴とする。   The ultrasonic motor according to the present invention is the ultrasonic motor according to the present invention, wherein the first electrical resonance circuit forming unit is connected in series to the first piezoelectric element electrode, and the inductor having the first inductance, And a capacitor connected in parallel or in series with the first piezoelectric element electrode.

本発明に係る超音波モータは、上記発明において、前記第2の電気的共振回路形成部が、前記第2の圧電素子電極に直列に接続される、前記第2のインダクタンスを有するインダクタを備えることを特徴とする。   In the ultrasonic motor according to the present invention, in the above invention, the second electrical resonance circuit forming unit includes the inductor having the second inductance connected in series to the second piezoelectric element electrode. It is characterized by.

本発明に係る超音波モータは、上記発明において、前記第2の電気的共振回路形成部が、前記第2の圧電素子電極に直列に接続される、前記第2のインダクタンスを有するインダクタと、前記第2の圧電素子電極に並列又は直列に接続されたコンデンサとを備えることを特徴とする。   The ultrasonic motor according to the present invention is the ultrasonic motor according to the above invention, wherein the second electrical resonance circuit forming unit is connected in series to the second piezoelectric element electrode, and the inductor having the second inductance, And a capacitor connected in parallel or in series with the second piezoelectric element electrode.

本発明に係る超音波モータは、上記発明において、前記第1の周波数の周波数成分に対して、前記第2の周波数の周波数成分の位相差及び振幅比率を調整できることを特徴とする。   The ultrasonic motor according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the phase difference and amplitude ratio of the frequency component of the second frequency can be adjusted with respect to the frequency component of the first frequency.

本発明に係る超音波モータは、上記発明において、前記第3の周波数の周波数成分に対して、前記第4の周波数の周波数成分の位相差及び振幅比率を調整できることを特徴とする。   The ultrasonic motor according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the phase difference and amplitude ratio of the frequency component of the fourth frequency can be adjusted with respect to the frequency component of the third frequency.

本発明によれば、摺動部の磨耗を低減することができる超音波モータを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ultrasonic motor which can reduce the abrasion of a sliding part can be provided.

図1は、本発明の実施の形態1に係る倒立顕微鏡の全体構成及び内部構成を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration and an internal configuration of an inverted microscope according to Embodiment 1 of the present invention. 図2は、本発明の実施の形態1による電動ステージの全体構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an overall configuration of the electric stage according to the first embodiment of the present invention. 図3は、本発明の実施の形態1による駆動部及び超音波振動子の構成を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the drive unit and the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention. 図4Aは、超音波振動子を構成する4種類の板状圧電体を示す模式図である。FIG. 4A is a schematic diagram showing four types of plate-like piezoelectric bodies constituting the ultrasonic transducer. 図4Bは、超音波振動子を構成する4種類の板状圧電体を示す模式図である。FIG. 4B is a schematic diagram showing four types of plate-like piezoelectric bodies constituting the ultrasonic transducer. 図4Cは、超音波振動子を構成する4種類の板状圧電体を示す模式図である。FIG. 4C is a schematic diagram showing four types of plate-like piezoelectric bodies constituting the ultrasonic transducer. 図4Dは、超音波振動子を構成する4種類の板状圧電体を示す模式図である。FIG. 4D is a schematic diagram showing four types of plate-like piezoelectric bodies constituting the ultrasonic transducer. 図5は、超音波振動子を構成する4種類の板状圧電体の積層例を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a lamination example of four types of plate-like piezoelectric bodies that constitute the ultrasonic transducer. 図6は、図5に示す超音波振動子の電気的接続例を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of electrical connection of the ultrasonic transducer shown in FIG. 図7は、本発明の実施の形態1による周波信号発生器が発生する周波信号を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a frequency signal generated by the frequency signal generator according to the first embodiment of the present invention. 図8は、本発明の実施の形態1による超音波振動子の縦振動及び横振動の振動速度の時間変化を表すグラフである。FIG. 8 is a graph showing temporal changes in the vibration speed of the longitudinal vibration and the transverse vibration of the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention. 図9は、図8に示す縦振動及び横振動が合成された場合の振動速度の時間変化を表すグラフである。FIG. 9 is a graph showing a temporal change in vibration speed when the longitudinal vibration and the lateral vibration shown in FIG. 8 are combined. 図10Aは、実施の形態2による超音波振動子の形状を示す斜視図である。FIG. 10A is a perspective view showing the shape of the ultrasonic transducer according to the second embodiment. 図10Bは、実施の形態2による超音波振動子の段差を説明するための平面図である。FIG. 10B is a plan view for explaining steps of the ultrasonic transducer according to the second embodiment. 図11は、実施の形態2による超音波振動子における長さL1に係る縦1次モードの共振振動と長さL2に係る縦3次モードの共振振動を表す概念図である。FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating the resonance vibration of the longitudinal first-order mode related to the length L1 and the resonance vibration of the longitudinal third-order mode related to the length L2 in the ultrasonic transducer according to the second embodiment. 図12は、本発明の実施の形態2による駆動部及び超音波振動子の構成を示す回路図である。FIG. 12 is a circuit diagram showing the configuration of the drive unit and the ultrasonic transducer according to the second embodiment of the present invention. 図13Aは、第1の波形メモリに記録される信号をアナログ波形で示すグラフである。FIG. 13A is a graph showing an analog waveform of a signal recorded in the first waveform memory. 図13Bは、図13Aに示す複数の信号を合成した信号を示すグラフである。FIG. 13B is a graph showing a signal obtained by synthesizing a plurality of signals shown in FIG. 13A. 図14Aは、第2の波形メモリに記録される信号をアナログ波形で示すグラフである。FIG. 14A is a graph showing an analog waveform of a signal recorded in the second waveform memory. 図14Bは、図14Aに示す複数の信号を合成した信号を示すグラフである。FIG. 14B is a graph showing a signal obtained by synthesizing a plurality of signals shown in FIG. 14A. 図15は、本発明の実施の形態2による超音波振動子の振動速度の時間変化を表すグラフである。FIG. 15 is a graph showing temporal changes in the vibration speed of the ultrasonic transducer according to the second embodiment of the present invention. 図16は、本発明の実施の形態3による駆動部及び超音波振動子の構成を示す回路図である。FIG. 16 is a circuit diagram showing the configuration of the drive unit and the ultrasonic transducer according to the third embodiment of the present invention. 図17Aは、PWM信号発生器が発生する第1のパルス波形を説明するためのグラフである。FIG. 17A is a graph for explaining a first pulse waveform generated by the PWM signal generator. 図17Bは、PWM信号発生器が発生する第1のパルス波形を説明するためのグラフである。FIG. 17B is a graph for explaining a first pulse waveform generated by the PWM signal generator. 図17Cは、PWM信号発生器が発生する第1のパルス波形を説明するためのグラフである。FIG. 17C is a graph for explaining a first pulse waveform generated by the PWM signal generator. 図18Aは、PWM信号発生器が発生する第2のパルス波形を説明するためのグラフである。FIG. 18A is a graph for explaining a second pulse waveform generated by the PWM signal generator. 図18Bは、PWM信号発生器が発生する第2のパルス波形を説明するためのグラフである。FIG. 18B is a graph for explaining a second pulse waveform generated by the PWM signal generator. 図18Cは、PWM信号発生器が発生する第2のパルス波形を説明するためのグラフである。FIG. 18C is a graph for explaining a second pulse waveform generated by the PWM signal generator. 図19は、本発明の実施の形態3の変形例による駆動部及び超音波振動子の構成を示す回路図である。FIG. 19 is a circuit diagram showing a configuration of a drive unit and an ultrasonic transducer according to a modification of the third embodiment of the present invention. 図20Aは、従来の超音波モータの楕円振動に伴う可動体の移動方向成分の速度ベクトルの変化を示す模式図である。FIG. 20A is a schematic diagram showing a change in velocity vector of a moving direction component of a movable body accompanying elliptical vibration of a conventional ultrasonic motor. 図20Bは、図20Aに示す速度ベクトルの大きさの時間的変化を示すグラフである。FIG. 20B is a graph showing temporal changes in the magnitude of the velocity vector shown in FIG. 20A. 図20Cは、図20Bに示す速度ベクトルの大きさの時間的変化を正弦波から矩形波にした場合のグラフである。FIG. 20C is a graph when the temporal change in the magnitude of the velocity vector shown in FIG. 20B is changed from a sine wave to a rectangular wave.

以下の説明では、本発明を実施するための形態(以下、「実施の形態」という)として、リニア駆動型超音波アクチュエータ(超音波モータ)を用いた倒立顕微鏡について説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。さらにまた、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。   In the following description, an inverted microscope using a linear drive type ultrasonic actuator (ultrasonic motor) will be described as a mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiment”). Moreover, this invention is not limited by this embodiment. Furthermore, the same code | symbol is attached | subjected to the same part in description of drawing. Furthermore, the drawings are schematic, and it should be noted that the relationship between the thickness and width of each member, the ratio of each member, and the like are different from the actual ones. Moreover, the part from which a mutual dimension and ratio differ also in between drawings.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る倒立顕微鏡の全体構成及び内部構成を模式的に示す図である。同図に示す倒立顕微鏡1は、標本Spを載置する電動ステージ2と、電動ステージ2を支持する本体部3と、本体部3の上方に位置し、電動ステージ2に載置された標本Spに対して透過照明を当てる透過照明部4と、電動ステージ2を制御する制御装置5と、を備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration and an internal configuration of an inverted microscope according to Embodiment 1 of the present invention. The inverted microscope 1 shown in FIG. 1 includes an electric stage 2 on which a specimen Sp is placed, a main body 3 that supports the electric stage 2, and a specimen Sp that is positioned above the main body 3 and placed on the electric stage 2. And a control device 5 that controls the electric stage 2.

本体部3には、電動ステージ2の下方に近接して対物レンズ6が取り付けられる。また、本体部3の内部には、対物レンズ6を通過した光を反射する反射ミラー7と、反射ミラー7が反射した光を結像する結像光学系8とが設けられている。結像光学系8の光路上には、結像光学系8が結像した光を集光する接眼レンズ9が本体部3の鏡筒10に取り付けられる。   An objective lens 6 is attached to the main body 3 close to the lower side of the electric stage 2. In addition, a reflection mirror 7 that reflects light that has passed through the objective lens 6 and an imaging optical system 8 that forms an image of light reflected by the reflection mirror 7 are provided inside the main body 3. On the optical path of the imaging optical system 8, an eyepiece 9 that collects the light imaged by the imaging optical system 8 is attached to the lens barrel 10 of the main body 3.

透過照明部4は、透過照明支柱11の上端から透過照明支柱11が延びる方向と直交する方向に延びるアーム12と、透過照明支柱11の上端付近でアーム12が延びる側と反対側に設けられる光源13と、透過照明支柱11の上端付近に取り付けられて光源13を収容するランプハウス14と、電動ステージ2の上方に位置し、光源13から出射された照明光を集光して標本Spに結像させるコンデンサレンズ15と、透過照明支柱11の中央部に取り付けられてコンデンサレンズ15を保持するコンデンサユニット16と、を有する。また、アーム12の内部には、光源13から出射された光を集光するコレクタレンズ17と、コレクタレンズ17を通過した光の光量を調節可能な視野絞り18と、視野絞り18を通過した光を反射してコンデンサレンズ15の光軸N1の方向(入射方向と直交する方向)へ折り曲げる反射ミラー19とが設けられている。   The transmitted illumination unit 4 includes an arm 12 extending from the upper end of the transmitted illumination support column 11 in a direction orthogonal to the direction in which the transmitted illumination support column 11 extends, and a light source provided on the opposite side of the upper end of the transmitted illumination support column 11 from the side on which the arm 12 extends. 13, a lamp house 14 that is attached near the upper end of the transmission illumination column 11 and accommodates the light source 13, and is positioned above the electric stage 2, and the illumination light emitted from the light source 13 is collected and connected to the sample Sp. It has a condenser lens 15 for imaging, and a condenser unit 16 that is attached to the central portion of the transmission illumination column 11 and holds the condenser lens 15. Further, inside the arm 12, a collector lens 17 that collects light emitted from the light source 13, a field stop 18 that can adjust the amount of light that has passed through the collector lens 17, and light that has passed through the field stop 18. And a reflection mirror 19 that is bent in the direction of the optical axis N1 of the condenser lens 15 (a direction orthogonal to the incident direction).

図2は、本発明の実施の形態1による電動ステージの全体構成を示す図である。図中、X方向(第1の方向)は電動ステージ2の上面に平行な面内の任意の方向であり、Y方向(第2の方向)は電動ステージ2の上面に平行な面内でX方向(第1の方向)と直交する方向である。本発明の実施の形態1は、電動により電動ステージ2をXY方向の任意の位置に移動もしくは任意の位置で静止させるための電動移動モードと、手動により電動ステージ2をXY方向の任意の位置に移動するための手動移動モードとを備える。   FIG. 2 is a diagram showing an overall configuration of the electric stage according to the first embodiment of the present invention. In the drawing, the X direction (first direction) is an arbitrary direction in a plane parallel to the upper surface of the electric stage 2, and the Y direction (second direction) is X in a plane parallel to the upper surface of the electric stage 2. It is a direction orthogonal to the direction (first direction). In the first embodiment of the present invention, an electric movement mode for moving the electric stage 2 to an arbitrary position in the XY direction or stopping at an arbitrary position by electric driving, and an electric stage 2 to an arbitrary position in the XY direction manually. And a manual movement mode for movement.

電動ステージ2は、例えば、第1部材(基部)21、第2部材(X方向移動部)22x及び第3部材(Y方向移動部)22yからなる移動部(ステージ)22、X方向移動部22x及びY方向移動部22yの移動をそれぞれガイドするガイドレール23x及び23y、超音波アクチュエータ24(24x及び24y)、エンコーダ(変位センサ)25(25x及び25y)、及び制御装置5を含んで構成される。なお、基部21、X方向移動部22x及びY方向移動部22yには、光軸N1(図1)に応じた開口26が形成される。なお、本明細書において、移動部22と表記するときは第2部材(X方向移動部)22x及び第3部材(Y方向移動部)22yのいずれか一方もしくは双方を指し示す。   The electric stage 2 includes, for example, a moving part (stage) 22 composed of a first member (base part) 21, a second member (X direction moving part) 22x, and a third member (Y direction moving part) 22y, and an X direction moving part 22x. And guide rails 23x and 23y for guiding the movement of the Y-direction moving unit 22y, an ultrasonic actuator 24 (24x and 24y), an encoder (displacement sensor) 25 (25x and 25y), and a control device 5, respectively. . In addition, the opening 26 according to the optical axis N1 (FIG. 1) is formed in the base 21, X direction moving part 22x, and Y direction moving part 22y. In addition, in this specification, when describing with the moving part 22, it points out any one or both of the 2nd member (X direction moving part) 22x and the 3rd member (Y direction moving part) 22y.

基部21は、図1に示す倒立顕微鏡1に固定されており、その上面に、例えば、ボール循環式のガイドレール23xがX方向に沿って取り付けられている。また、基部21上には、X方向移動部22xを移動するための超音波アクチュエータ24x、及びX方向移動部22xの変位量(基部21とX方向移動部22xとの相対的位置関係)を検出するためのエンコーダ25xが固定される。   The base 21 is fixed to the inverted microscope 1 shown in FIG. 1, and, for example, a ball circulation type guide rail 23x is attached to the upper surface along the X direction. Further, on the base 21, an ultrasonic actuator 24x for moving the X-direction moving unit 22x and a displacement amount of the X-direction moving unit 22x (relative positional relationship between the base 21 and the X-direction moving unit 22x) are detected. An encoder 25x is fixed.

X方向移動部22xは、ガイドレール23xに沿ってX方向(第1の方向)に往復移動可能に基部21上に取り付けられる。X方向移動部22xのX方向に平行な側面には、例えば、セラミックスなどの硬い材料からなる摺動部材27xが設けられる。摺動部材27xの材料は、例えば、アルミナ、ジルコニア、安定化ジルコニア等が好適である。   The X-direction moving unit 22x is attached on the base 21 so as to be capable of reciprocating in the X direction (first direction) along the guide rail 23x. A sliding member 27x made of a hard material such as ceramics is provided on a side surface parallel to the X direction of the X direction moving portion 22x. As the material of the sliding member 27x, for example, alumina, zirconia, stabilized zirconia and the like are suitable.

また、X方向移動部22xのX方向に平行な側面には、スケール28xが設けられる。なお、図2では、摺動部材27xとスケール28xは一方を反対側の側面に設けているが、同一側面上に設けてもよい。   In addition, a scale 28x is provided on a side surface parallel to the X direction of the X direction moving unit 22x. In FIG. 2, one of the sliding member 27x and the scale 28x is provided on the opposite side surface, but may be provided on the same side surface.

基部21上のエンコーダ25xは、スケール28xに設けられた目盛り等のパターンを検出することにより、X方向移動部22xの変位量を検出して、X方向移動部22xの基部21に対する相対的位置を表す座標位置情報を制御装置5内の検出部54に供給する。   The encoder 25x on the base portion 21 detects a displacement amount of the X-direction moving portion 22x by detecting a pattern such as a scale provided on the scale 28x, and determines the relative position of the X-direction moving portion 22x with respect to the base portion 21. The represented coordinate position information is supplied to the detection unit 54 in the control device 5.

超音波アクチュエータ24xは、基部21に取り付けられ、超音波振動子30と保持機構29と、を含む。超音波振動子30には、移動部22xに対向する側面上に振動子30a及び30bが設けられる。振動子30a及び30bは、移動部22xの側面に設けられる摺動部材27xに接触、押圧されている。振動子30a及び30bは、例えば強化繊維を含む摩擦係数の比較的小さな樹脂を母材とした材料で形成される。超音波アクチュエータ24xは、制御装置5内の駆動部53から供給される駆動信号(屈曲振動信号、縦振動信号)により駆動され、X方向移動部22xを基部21に対して相対的に移動させる。   The ultrasonic actuator 24 x is attached to the base 21 and includes an ultrasonic transducer 30 and a holding mechanism 29. The ultrasonic transducer 30 is provided with transducers 30a and 30b on the side surface facing the moving unit 22x. The vibrators 30a and 30b are in contact with and pressed by the sliding member 27x provided on the side surface of the moving part 22x. The vibrators 30a and 30b are made of, for example, a material containing a resin having a relatively small friction coefficient including reinforcing fibers as a base material. The ultrasonic actuator 24 x is driven by a drive signal (bending vibration signal, longitudinal vibration signal) supplied from the drive unit 53 in the control device 5, and moves the X-direction moving unit 22 x relative to the base 21.

また、X方向移動部22xの上面には、例えば、ボール循環式のガイドレール23yがY方向に沿って取り付けられている。さらに、X方向移動部22x上には、Y方向移動部22yを移動させるための超音波アクチュエータ24y、及びY方向移動部22yの変位量(X方向移動部22xとY方向移動部22yとの相対的位置関係)を検出するためのエンコーダ25yが固定される。   Further, for example, a ball circulation type guide rail 23y is attached to the upper surface of the X-direction moving unit 22x along the Y direction. Further, an ultrasonic actuator 24y for moving the Y-direction moving unit 22y on the X-direction moving unit 22x and a displacement amount of the Y-direction moving unit 22y (relative to the X-direction moving unit 22x and the Y-direction moving unit 22y). The encoder 25y for detecting the target positional relationship) is fixed.

Y方向移動部22yは、ガイドレール23yに沿ってY方向(第2の方向)に往復移動可能にX方向移動部22x上に取り付けられる。Y方向移動部22yのY方向に平行な側面には、例えば、セラミックスなどの硬い材料からなる摺動部材27yが設けられる。摺動部材27yの材料は、例えば、アルミナ、ジルコニア、安定化ジルコニア等が好適である。   The Y-direction moving part 22y is mounted on the X-direction moving part 22x so as to be able to reciprocate in the Y direction (second direction) along the guide rail 23y. For example, a sliding member 27y made of a hard material such as ceramic is provided on a side surface parallel to the Y direction of the Y direction moving portion 22y. As the material of the sliding member 27y, for example, alumina, zirconia, stabilized zirconia, and the like are suitable.

また、Y方向移動部22yのY方向に平行な側面には、スケール28yが設けられる。なお、図2では、摺動部材27yとスケール28yは一方を反対側の側面に設けているが、同一側面上に設けてもよい。   A scale 28y is provided on the side surface of the Y-direction moving unit 22y that is parallel to the Y direction. In FIG. 2, one of the sliding member 27y and the scale 28y is provided on the opposite side surface, but may be provided on the same side surface.

X方向移動部22x上に設けられたエンコーダ25yは、スケール28yのパターンを検出することにより、Y方向移動部22yの変位量を検出して、Y方向移動部22yのX方向移動部22xに対する相対的位置を表す位置情報を制御装置5内の検出部54に供給する。   The encoder 25y provided on the X-direction moving unit 22x detects the displacement of the Y-direction moving unit 22y by detecting the pattern of the scale 28y, and the Y-direction moving unit 22y is relative to the X-direction moving unit 22x. Position information representing the target position is supplied to the detection unit 54 in the control device 5.

超音波アクチュエータ24yは、X方向移動部22xに取り付けられ、超音波振動子30と保持機構29と、を含む。超音波振動子30には、移動部22yに対向する側面上に振動子30a及び30bが設けられる。振動子30a及び30bは、移動部22yの側面に設けられる摺動部材27yに接触、押圧されている。振動子30a及び30bは、例えば強化繊維を含む摩擦係数の比較的小さな樹脂を母材とした材料で形成される。超音波アクチュエータ24yは、制御装置5内の駆動部53から供給される駆動信号(屈曲振動信号、縦振動信号)により駆動され、Y方向移動部22yをX方向移動部22xに対して相対的に移動させる。   The ultrasonic actuator 24 y is attached to the X-direction moving unit 22 x and includes an ultrasonic transducer 30 and a holding mechanism 29. The ultrasonic transducer 30 is provided with transducers 30a and 30b on the side surface facing the moving portion 22y. The vibrators 30a and 30b are in contact with and pressed by a sliding member 27y provided on the side surface of the moving part 22y. The vibrators 30a and 30b are made of, for example, a material containing a resin having a relatively small friction coefficient including reinforcing fibers as a base material. The ultrasonic actuator 24y is driven by a drive signal (bending vibration signal, longitudinal vibration signal) supplied from the drive unit 53 in the control device 5, and moves the Y-direction moving unit 22y relative to the X-direction moving unit 22x. Move.

以上のように、X方向移動部22xは基部21に対して第1の方向(X方向)に、Y方向移動部22yはX方向移動部22xに対して第2の方向(Y方向)に往復移動可能に取り付けられている。したがって、Y方向移動部22yは、基部21に対して、XY平面で任意の位置に移動することができる。   As described above, the X direction moving unit 22x reciprocates in the first direction (X direction) with respect to the base 21, and the Y direction moving unit 22y reciprocates in the second direction (Y direction) with respect to the X direction moving unit 22x. It is mounted movably. Therefore, the Y-direction moving unit 22y can move to an arbitrary position on the XY plane with respect to the base unit 21.

制御装置5は、例えば、制御部51、指示部52、駆動部53、検出部54で構成され、電動ステージ2の駆動制御を行う。指示部52は、電動ステージ2の移動開始及び停止、移動方向を入力する入力手段であり、ユーザは指示部52を操作して、電動ステージ2を任意の位置に電動移動させる。なお、移動方向に加えて移動速度等を指示できるようにしてもよい。指示部52は、例えば、方向指示スイッチ、ジョイスティック等で構成される。指示部52は、少なくとも、移動部22の移動方向を指示できるものであれば、その形態はどのようなものであってもよい。例えば、タッチパネルや表示画面上に表示されるソフトウェアスイッチ等であってもよい。また、複数の移動指示をシーケンスデータとして予め記録しておき、当該記録したシーケンスデータを再生することにより、自動で移動指示を行うようにしてもよい。また、本実施の形態では、移動の終了は、移動指示の入力中断により判断されるが、移動の終了を指示するスイッチ等を別に設けてもよい。   The control device 5 includes, for example, a control unit 51, an instruction unit 52, a drive unit 53, and a detection unit 54, and performs drive control of the electric stage 2. The instruction unit 52 is an input means for inputting start and stop of movement of the electric stage 2 and a moving direction. The user operates the instruction unit 52 to electrically move the electric stage 2 to an arbitrary position. In addition to the moving direction, a moving speed or the like may be designated. The instruction unit 52 includes, for example, a direction instruction switch and a joystick. As long as the instruction | indication part 52 can instruct | indicate the moving direction of the movement part 22 at least, what kind of thing may be sufficient as it. For example, a software switch displayed on a touch panel or a display screen may be used. Alternatively, a plurality of movement instructions may be recorded in advance as sequence data, and the recorded sequence data may be reproduced to automatically perform movement instructions. In the present embodiment, the end of movement is determined by interruption of input of the movement instruction. However, a switch or the like for instructing the end of movement may be provided separately.

制御部51は、指示部52から移動指示が入力されると、駆動部53に対して、当該移動指示に対応する駆動信号を出力するように制御する。例えば、電動ステージ2を所定方向に移動させる場合には、超音波アクチュエータ24(24x及び24y)に対して、駆動信号(屈曲振動信号、縦振動信号)を供給するように駆動部53を制御する。電動ステージ2を静止させる場合には、駆動信号(屈曲振動信号、縦振動信号)の供給を停止するように駆動部53を制御する。   When a movement instruction is input from the instruction unit 52, the control unit 51 controls the drive unit 53 to output a drive signal corresponding to the movement instruction. For example, when the electric stage 2 is moved in a predetermined direction, the drive unit 53 is controlled so as to supply a drive signal (bending vibration signal, longitudinal vibration signal) to the ultrasonic actuator 24 (24x and 24y). . When the electric stage 2 is stationary, the drive unit 53 is controlled so as to stop the supply of drive signals (flexural vibration signal, longitudinal vibration signal).

検出部54は、エンコーダ25(25x及び25y)からの位置情報を読み取り、基部21とX方向移動部22xとの相対位置関係、X方向移動部22xとY方向移動部22yとの相対位置関係をそれぞれ検出し、X方向移動部22xとY方向移動部22yのそれぞれの位置座標を検出する。検出した位置座標の情報は、制御部51に送られる。なお、検出部54は、X方向移動部22x及びY方向移動部22yの移動速度、加速度等を検出することもできる。また、X方向移動部22x及びY方向移動部22yに加えられる圧力を検出する圧力センサを備えていてもよい。   The detection unit 54 reads the positional information from the encoder 25 (25x and 25y), and determines the relative positional relationship between the base unit 21 and the X direction moving unit 22x, and the relative positional relationship between the X direction moving unit 22x and the Y direction moving unit 22y. The respective position coordinates of the X direction moving unit 22x and the Y direction moving unit 22y are detected. Information on the detected position coordinates is sent to the control unit 51. The detection unit 54 can also detect the movement speed, acceleration, and the like of the X-direction moving unit 22x and the Y-direction moving unit 22y. Moreover, you may provide the pressure sensor which detects the pressure applied to X direction moving part 22x and Y direction moving part 22y.

図3は、本発明の実施の形態1による駆動部及び超音波振動子の構成を示す回路図である。   FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the drive unit and the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention.

超音波振動子30は、例えば、積層構造を有する圧電素子であり、縦振動(1次モードの縦振動)を励振する第1の圧電素子電極31と、屈曲振動(2次モードの屈曲振動)を励振する第2の圧電素子電極32と、を備える。   The ultrasonic transducer 30 is, for example, a piezoelectric element having a laminated structure, a first piezoelectric element electrode 31 that excites longitudinal vibration (primary mode longitudinal vibration), and bending vibration (secondary mode bending vibration). And a second piezoelectric element electrode 32.

駆動部53は、第1の圧電素子電極31と第2の圧電素子電極32とにそれぞれ接続される回路を有する。   The drive unit 53 includes circuits connected to the first piezoelectric element electrode 31 and the second piezoelectric element electrode 32, respectively.

第1の圧電素子電極31には、インダクタンスを微調整可能なインダクタ33が直列に接続される。インダクタ33の他端は、電力増幅器35の出力に接続される。電力増幅器35の入力には、第1の周波信号発生器41と、第2の周波信号発生器42の出力が各々抵抗器37,38を介して並列に接続される。   An inductor 33 whose inductance can be finely adjusted is connected in series to the first piezoelectric element electrode 31. The other end of the inductor 33 is connected to the output of the power amplifier 35. The outputs of the first frequency signal generator 41 and the second frequency signal generator 42 are connected in parallel to the input of the power amplifier 35 via resistors 37 and 38, respectively.

第2の圧電素子電極32には、インダクタンスを微調整可能なインダクタ34が直列に接続される。インダクタ34の他端は、電力増幅器36の出力に接続される。電力増幅器36の入力には、第3の周波信号発生器43と、第4の周波信号発生器44の出力が各々抵抗器39,40を介して並列に接続される。   An inductor 34 whose inductance can be finely adjusted is connected in series to the second piezoelectric element electrode 32. The other end of the inductor 34 is connected to the output of the power amplifier 36. The outputs of the third frequency signal generator 43 and the fourth frequency signal generator 44 are connected in parallel to the input of the power amplifier 36 via resistors 39 and 40, respectively.

第1の周波信号発生器41と、第2の周波信号発生器42と、第3の周波信号発生器43と、第4の周波信号発生器44と、抵抗器37,38,39及び15とは、周波信号発生手段として機能する。   A first frequency signal generator 41, a second frequency signal generator 42, a third frequency signal generator 43, a fourth frequency signal generator 44, resistors 37, 38, 39 and 15; Functions as a frequency signal generating means.

図4A〜図4Dは、超音波振動子を構成する4種類の板状圧電体を示す模式図である。図中、「+」(プラス)及び「−」(マイナス)の記号は、対応する分極部の分極方向を示しており、「+」と「−」では分極の方向が反転していることを示している。   4A to 4D are schematic views showing four types of plate-like piezoelectric bodies constituting the ultrasonic transducer. In the figure, the symbols “+” (plus) and “−” (minus) indicate the polarization directions of the corresponding polarization parts, and the polarization directions are reversed between “+” and “−”. Show.

図4Aに示す板状圧電体61は不活性圧電体であり、電極は形成されていない。図4Bに示す板状圧電体62には、駆動用屈曲振動電極63a、63b、63c、及び63dと縦振動検出用電極64が形成されており、それぞれに対して、駆動部53と電気的に接続するためのリードパターン70a、70b、70c、70dが設けられている。また、縦振動検出用電極64にはリードパターン71が接続されている。図4Cに示す板状圧電体65には、駆動用屈曲振動電極66a、66b、66c、及び66dと駆動用縦振動電極67が形成されており、それぞれに対して、駆動部53と電気的に接続するためのリードパターン72a、72b、72c、72d及び73が設けられている。図4Dに示す板状圧電体68は、GND(グランド)電極69が形成された圧電体であり、駆動部53と電気的に接続するためのリードパターン74a及び74bが設けられている。   The plate-like piezoelectric body 61 shown in FIG. 4A is an inert piezoelectric body, and no electrode is formed. The plate-like piezoelectric body 62 shown in FIG. 4B is provided with driving bending vibration electrodes 63a, 63b, 63c, and 63d and a longitudinal vibration detection electrode 64, which are electrically connected to the drive unit 53, respectively. Lead patterns 70a, 70b, 70c, and 70d for connection are provided. A lead pattern 71 is connected to the longitudinal vibration detection electrode 64. In the plate-like piezoelectric body 65 shown in FIG. 4C, driving bending vibration electrodes 66a, 66b, 66c, and 66d and a driving longitudinal vibration electrode 67 are formed. Lead patterns 72a, 72b, 72c, 72d and 73 for connection are provided. A plate-like piezoelectric body 68 shown in FIG. 4D is a piezoelectric body on which a GND (ground) electrode 69 is formed, and lead patterns 74 a and 74 b for electrical connection with the drive unit 53 are provided.

図5は、超音波振動子を構成する4種類の板状圧電体の積層例を示す模式図である。図5に示すように、所定順で4種類の板状圧電体61,62,65及び68を積層することにより、超音波振動子30が構成される。図5に示す例では、1枚の板状圧電体61と2枚の板状圧電体62と2枚の板状圧電体65と3枚の板状圧電体68とを用いて、板状圧電体62,68,65,68,65,68,62,61の順に積層している。超音波振動子30の側面には、リードパターン70a〜74bが露出している。   FIG. 5 is a schematic diagram showing a lamination example of four types of plate-like piezoelectric bodies that constitute the ultrasonic transducer. As shown in FIG. 5, the ultrasonic transducer 30 is configured by laminating four types of plate-like piezoelectric bodies 61, 62, 65 and 68 in a predetermined order. In the example shown in FIG. 5, one plate-like piezoelectric body 61, two plate-like piezoelectric bodies 62, two plate-like piezoelectric bodies 65, and three plate-like piezoelectric bodies 68 are used. The bodies 62, 68, 65, 68, 65, 68, 62, 61 are laminated in this order. Lead patterns 70 a to 74 b are exposed on the side surfaces of the ultrasonic transducer 30.

なお、超音波振動子30を構成する板状圧電体の枚数は、これに限らず、板状圧電体62又は板状圧電体65と板状圧電体68とを交互に積層し、最表層を板状圧電体61にするのであれば、枚数は必要に応じて任意に変更可能である。また、最下層を板状圧電体61にすることも可能である。   The number of the plate-like piezoelectric bodies constituting the ultrasonic transducer 30 is not limited to this, and the plate-like piezoelectric bodies 62 or the plate-like piezoelectric bodies 65 and the plate-like piezoelectric bodies 68 are alternately stacked, and the outermost layer is formed. If the plate-like piezoelectric body 61 is used, the number of sheets can be arbitrarily changed as necessary. Further, the lowermost layer may be a plate-like piezoelectric body 61.

図6は、図5に示す超音波振動子の電気的接続例を示す模式図である。この例では、超音波振動子30の側面から露出する各板状圧電体62,68及び65の各リードパターン70a〜74bをそれぞれ電極パターン75〜82で電気的に接続している。   FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of electrical connection of the ultrasonic transducer shown in FIG. In this example, the lead patterns 70 a to 74 b of the plate-like piezoelectric bodies 62, 68 and 65 exposed from the side surface of the ultrasonic transducer 30 are electrically connected by electrode patterns 75 to 82, respectively.

電極パターン75は、全ての板状圧電体62及び65のリードパターン70b及び72bを電気的に接続し、全ての駆動用屈曲振動電極63b及び66bを電気的に接続する。   The electrode pattern 75 electrically connects the lead patterns 70b and 72b of all the plate-like piezoelectric bodies 62 and 65, and electrically connects all the driving bending vibration electrodes 63b and 66b.

電極パターン76は、全ての板状圧電体62のリードパターン71を電気的に接続し、全ての縦振動検出用電極64を電気的に接続する。   The electrode pattern 76 electrically connects the lead patterns 71 of all the plate-like piezoelectric bodies 62 and electrically connects all the longitudinal vibration detection electrodes 64.

電極パターン77は、全ての板状圧電体68のリードパターン74aを電気的に接続する。また、電極パターン81は、全ての板状圧電体68のリードパターン74bを電気的に接続する。これにより全てのGND電極69が電気的に接続される。   The electrode pattern 77 electrically connects the lead patterns 74 a of all the plate-like piezoelectric bodies 68. The electrode pattern 81 electrically connects the lead patterns 74b of all the plate-like piezoelectric bodies 68. Thereby, all the GND electrodes 69 are electrically connected.

電極パターン78は、全ての板状圧電体62及び65のリードパターン70c及び72cを電気的に接続し、全ての駆動用屈曲振動電極63c及び66cを電気的に接続する。   The electrode pattern 78 electrically connects the lead patterns 70c and 72c of all the plate-like piezoelectric bodies 62 and 65, and electrically connects all the driving bending vibration electrodes 63c and 66c.

電極パターン79は、全ての板状圧電体62及び65のリードパターン70a及び72aを電気的に接続し、全ての駆動用屈曲振動電極63a及び66aを電気的に接続する。   The electrode pattern 79 electrically connects the lead patterns 70a and 72a of all the plate-like piezoelectric bodies 62 and 65, and electrically connects all the driving bending vibration electrodes 63a and 66a.

電極パターン80は、全ての板状圧電体65のリードパターン73を電気的に接続し、全ての駆動用縦振動電極67を電気的に接続する。   The electrode pattern 80 electrically connects the lead patterns 73 of all the plate-like piezoelectric bodies 65 and electrically connects all the driving longitudinal vibration electrodes 67.

電極パターン82は、全ての板状圧電体62及び65のリードパターン70d及び72dを電気的に接続し、全ての駆動用屈曲振動電極63d及び66dを電気的に接続する。   The electrode pattern 82 electrically connects the lead patterns 70d and 72d of all the plate-like piezoelectric bodies 62 and 65, and electrically connects all the driving bending vibration electrodes 63d and 66d.

電極パターン80,77及び81は、縦振動(1次モードの縦振動)を励振する第1の圧電素子電極31として機能し、電極パターン75,78,79,82,77及び81は、屈曲振動(2次モードの屈曲振動)を励振する第2の圧電素子電極32として機能する。なお、電極パターン80は、超音波振動子30の縦振動を検出し、必要に応じて第1の圧電素子電極31に印加する電圧波形を制御する目的で使用することができる。   The electrode patterns 80, 77, and 81 function as the first piezoelectric element electrode 31 that excites longitudinal vibration (longitudinal vibration in the first mode), and the electrode patterns 75, 78, 79, 82, 77, and 81 are flexural vibrations. It functions as the second piezoelectric element electrode 32 that excites (second-order bending vibration). The electrode pattern 80 can be used for the purpose of detecting the longitudinal vibration of the ultrasonic transducer 30 and controlling the voltage waveform applied to the first piezoelectric element electrode 31 as necessary.

超音波振動子30の寸法を調節して縦振動と屈曲振動の機械的な共振周波数をそろえておき、第1の圧電素子電極31と第2の圧電素子電極32に超音波振動子30の機械的な共振周波数と一致する周波数の電圧を各々印加し、第1の圧電素子電極31と第2の圧電素子電極32の電圧の位相差を調整することにより縦振動と屈曲振動に位相差を持たせて励振し楕円振動を形成する。   The dimensions of the ultrasonic vibrator 30 are adjusted so that the mechanical resonance frequencies of the longitudinal vibration and the bending vibration are aligned, and the first piezoelectric element electrode 31 and the second piezoelectric element electrode 32 are aligned with the machine of the ultrasonic vibrator 30. A voltage having a frequency that matches the resonance frequency is applied, and the phase difference between the voltages of the first piezoelectric element electrode 31 and the second piezoelectric element electrode 32 is adjusted, so that there is a phase difference between the longitudinal vibration and the bending vibration. To form an elliptical vibration.

図7は、本発明の実施の形態1による周波信号発生器が発生する周波信号を説明するための図である。図8は、本発明の実施の形態1による超音波振動子の縦振動及び横振動の振動速度の時間変化を表すグラフである。図9は、図8に示す縦振動及び横振動が合成された場合の振動速度の時間変化を表すグラフである。以下、図3及び図7〜9を参照して、本発明の実施の形態1による超音波振動子30の動作を説明する。   FIG. 7 is a diagram for explaining a frequency signal generated by the frequency signal generator according to the first embodiment of the present invention. FIG. 8 is a graph showing temporal changes in the vibration speed of the longitudinal vibration and the transverse vibration of the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention. FIG. 9 is a graph showing a temporal change in vibration speed when the longitudinal vibration and the lateral vibration shown in FIG. 8 are combined. Hereinafter, the operation of the ultrasonic transducer 30 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 and FIGS.

第1の周波信号発生器41が発生する第1の周波信号FS1及び第3の周波信号発生器43が発生する第3の周波信号FS3の周波数ωは超音波振動子30の縦振動及び屈曲振動の共振周波数と一致し、第1の周波信号FS1と第3の周波信号FS3は、互いの位相差を変更可能である。 The frequency ω 1 of the first frequency signal FS 1 generated by the first frequency signal generator 41 and the third frequency signal FS 3 generated by the third frequency signal generator 43 is the longitudinal vibration and bending of the ultrasonic transducer 30. The first frequency signal FS1 and the third frequency signal FS3 coincide with the resonance frequency of the vibration, and the phase difference between them can be changed.

第2の周波信号発生器42が発生する第2の周波信号FS2は、第1の周波信号発生器41が発生する第1の周波信号FS1の周波数ωの3倍の周波数ω(ω=3ω)の信号であり、かつ、第2の周波信号FS2の振幅と位相差は、第1の周波信号FS1に対して各々変更可能である。 The second frequency signal FS2 to the second frequency signal generator 42 generates a first frequency signal generator 41 first three times the frequency of the frequency omega 1 of the frequency signal FS1 which occurs omega 2 (omega 2 = 3ω 1 ), and the amplitude and phase difference of the second frequency signal FS2 can be changed with respect to the first frequency signal FS1.

第4の周波信号発生器44が発生する第4の周波信号FS4は、第3の周波信号発生器43が発生する第3の周波信号FS3の周波数ωの3倍の周波数ω(ω=3ω)の信号であり、かつ、第4の周波信号FS4の振幅と位相差は、第3の周波信号FS3に対して各々変更可能である。 The fourth frequency signal FS4 generated by the fourth frequency signal generator 44 is a frequency ω 22) that is three times the frequency ω 1 of the third frequency signal FS3 generated by the third frequency signal generator 43. = 3ω 1 ), and the amplitude and phase difference of the fourth frequency signal FS4 can be changed with respect to the third frequency signal FS3.

第1の圧電素子電極31はその構造に由来する静電容量(制動容量)CdAを有する。この制動容量CdAとインダクタ33のインダクタンスLによる電気的な共振周波数は、第2の周波信号FS2の周波数ωと一致する。すなわち、以下の式(2)を満たすものである。なお、本明細書において「一致する」とは、二つの周波数が完全に一致する場合はもちろん、例えば、一方の周波数が他方の周波数に対して±5%以内の範囲にある場合も含む。
≒1/(ω ・CdA)=1/{(3ω・CdA} …(2)
The first piezoelectric element electrode 31 has an electrostatic capacity (braking capacity) C dA derived from the structure. The electrical resonant frequency due to the inductance L A of the damping capacity C dA and the inductor 33 is consistent with the frequency omega 2 of the second frequency signal FS2. That is, the following expression (2) is satisfied. In this specification, “matching” includes not only the case where two frequencies completely match, but also the case where, for example, one frequency is within a range of ± 5% with respect to the other frequency.
L A ≈1 / (ω 2 2 · C dA ) = 1 / {(3ω 1 ) 2 · C dA } (2)

同様に第2の圧電素子電極32はその構造に由来する静電容量(制動容量)CdBを有する。この制動容量CdBとインダクタ34のインダクタンスLによる電気的な共振周波数は、第4の周波信号FS4の周波数ωと一致する。すなわち、以下の式(3)を満たすものである。
≒1/(ω ・CdB)=1/{(3ω・CdB} …(3)
Similarly, the second piezoelectric element electrode 32 has a capacitance (braking capacity) C dB derived from its structure. The electrical resonant frequency due to the inductance L B of damping capacity C dB and the inductor 34 is consistent with the frequency omega 2 of the fourth frequency signal FS4. That is, the following expression (3) is satisfied.
L B ≈1 / (ω 2 2 · C dB ) = 1 / {(3ω 1 ) 2 · C dB } (3)

第1の圧電素子電極31とインダクタ33との間で、第1の電気的共振回路を形成する。第1の電気的共振回路は、超音波振動子30の縦振動の機械的共振周波数と一致する第1の周波数に対して3以上の奇数倍の第2の周波数と一致する共振周波数を有する。また、第2の圧電素子電極32とインダクタ34との間で、第2の電気的共振回路を形成する。第2の電気的共振回路は、超音波振動子30の屈曲振動の機械的共振周波数と一致する第1の周波数に対して3以上の奇数倍の第2の周波数と一致する共振周波数を有する。   A first electrical resonance circuit is formed between the first piezoelectric element electrode 31 and the inductor 33. The first electrical resonance circuit has a resonance frequency that matches the second frequency that is an odd multiple of 3 or more with respect to the first frequency that matches the mechanical resonance frequency of the longitudinal vibration of the ultrasonic transducer 30. A second electrical resonance circuit is formed between the second piezoelectric element electrode 32 and the inductor 34. The second electrical resonance circuit has a resonance frequency that matches the second frequency that is an odd multiple of 3 or more with respect to the first frequency that matches the mechanical resonance frequency of the bending vibration of the ultrasonic transducer 30.

電力増幅器35及び11は、周波数がω,ωの周波信号の電力増幅をするものであり、アナログ式の増幅器の他、PWM(パルス幅変調)やPDM(パルス密度変調)等によるデジタル増幅器などである。 The power amplifiers 35 and 11 amplify the power of the frequency signals having the frequencies ω 1 and ω 2 , and in addition to the analog amplifiers, digital amplifiers using PWM (pulse width modulation), PDM (pulse density modulation) Etc.

第1の周波信号発生器41は、超音波振動子30の縦振動の機械的な共振周波数と一致する周波数ωの第1の周波信号FS1を出力し、同時に第2の周波信号発生器42は第1の周波信号発生器41の3倍の周波数ωの第2の周波信号FS2を出力し、電力増幅器35で超音波振動子30を駆動するために必要な振動が得られる電力に増幅する。第1の圧電素子電極31の制動容量CdAの製造上の理由によるばらつきで電気的な共振周波数がばらつくことに対処するため、インダクタ33は第1の圧電素子電極31の静電容量CdAと周波数ωで電気的に共振するように、あらかじめインダクタンスLを微調整しておく。 The first frequency signal generator 41 outputs a first frequency signal FS1 having a frequency ω 1 that matches the mechanical resonance frequency of the longitudinal vibration of the ultrasonic transducer 30, and simultaneously the second frequency signal generator 42. is amplified to the power oscillation is obtained needed to output the second frequency signal FS2 of 3 times the frequency omega 2 of the first frequency signal generator 41, driving the ultrasonic transducer 30 by the power amplifier 35 To do. In order to cope with the variation in the electrical resonance frequency due to variations in the production of the braking capacitance C dA of the first piezoelectric element electrode 31, the inductor 33 has the capacitance C dA of the first piezoelectric element electrode 31. as electrically resonant at the frequency omega 2, keep finely adjusted pre-inductance L a.

第1の周波信号発生器41の周波数成分(ω)の電力は、第1の圧電素子電極31に印加され、超音波振動子30の縦振動の機械的な共振周波数と合致して機械的な共振を励起し、超音波振動子30は周波数ωの大きな振動速度で振動する。このとき、周波数ωより低い周波数のωの電力エネルギーはインダクタ33による損失はない。 The power of the frequency component (ω 1 ) of the first frequency signal generator 41 is applied to the first piezoelectric element electrode 31, and matches the mechanical resonance frequency of the longitudinal vibration of the ultrasonic transducer 30 and mechanically. The ultrasonic vibrator 30 vibrates at a large vibration speed having the frequency ω 1 . At this time, the power energy of ω 1 having a frequency lower than the frequency ω 2 is not lost by the inductor 33.

第2の周波信号発生器42の周波数成分(ω)の電力は、インダクタ33と第1の圧電素子電極31の静電容量による電気的な共振周波数と合致して電気的な共振が起こり、大きな電圧が第1の圧電素子電極31に印加され、超音波振動子30は周波数ωの大きな振動速度で振動する。 The power of the frequency component (ω 2 ) of the second frequency signal generator 42 matches the electrical resonance frequency due to the capacitance of the inductor 33 and the first piezoelectric element electrode 31, and electrical resonance occurs. a large voltage is applied to the first piezoelectric element electrode 31, the ultrasonic transducer 30 vibrates at a large vibration velocity of the frequency omega 2.

このようにして周波数ωとωの両方の周波数成分をもつ縦振動が超音波振動子30に励起される。なお、ここでの超音波振動子30の振動のうち周波数ω成分の振動は超音波振動子30の機械的な共振である必要は必ずしもない。 In this way, longitudinal vibration having frequency components of both frequencies ω 1 and ω 2 is excited in the ultrasonic transducer 30. Incidentally, it is not always necessary here oscillation frequency omega 2 components of the vibration of the ultrasonic vibrator 30 of the is a mechanical resonance of the ultrasonic transducer 30.

このときに第1の周波信号発生器41が発生する第1の周波信号FS1及び第2の周波信号発生器42が発生する第2の周波信号FS2の振幅及び位相差を調整することにより、超音波振動子30の縦振動は図8に示すような振動速度を持つ矩形波に近い振動になる。   By adjusting the amplitude and phase difference between the first frequency signal FS1 generated by the first frequency signal generator 41 and the second frequency signal FS2 generated by the second frequency signal generator 42 at this time, The longitudinal vibration of the sound wave vibrator 30 is a vibration close to a rectangular wave having a vibration speed as shown in FIG.

第3の周波信号発生器43は、超音波振動子30の屈曲振動の機械的な共振周波数と一致する周波数ωの第3の周波信号FS3を出力し、同時に第4の周波信号発生器44は第3の周波信号発生器43の3倍の周波数ωの第4の周波信号FS4を出力し、電力増幅器36で超音波振動子30を駆動するために必要な振動が得られる電力に増幅する。第2の圧電素子電極32の静電容量CdBの製造上の理由によるばらつきで電気的な共振周波数がばらつくことに対処するため、インダクタ34は第2の圧電素子電極32の静電容量CdBと周波数ωで電気的に共振するように、あらかじめインダクタンスLを微調整しておく。 The third frequency signal generator 43 outputs a third frequency signal FS3 having a frequency ω 1 that matches the mechanical resonance frequency of the bending vibration of the ultrasonic transducer 30, and at the same time, a fourth frequency signal generator 44. It is amplified to the power oscillation is achieved required for driving the third frequency signal generator 43 outputs a fourth frequency signal FS4 three times the frequency omega 2 of the ultrasonic transducer 30 by the power amplifier 36 To do. In order to cope with variations in the electrical resonance frequency due to variations in the production of the capacitance C dB of the second piezoelectric element electrode 32, the inductor 34 has a capacitance C dB of the second piezoelectric element electrode 32. The inductance L B is finely adjusted in advance so as to electrically resonate at the frequency ω 2 .

第3の周波信号発生器43の周波数成分(ω)の電力は、第2の圧電素子電極32に印加され、超音波振動子30の屈曲振動の機械的な共振周波数と合致して機械的な共振を励起し、超音波振動子30は周波数ωの大きな振動速度で振動する。このとき、周波数ωより低い周波数の周波数ωの電力エネルギーはインダクタ34による損失はない。 The power of the frequency component (ω 1 ) of the third frequency signal generator 43 is applied to the second piezoelectric element electrode 32, and matches the mechanical resonance frequency of the bending vibration of the ultrasonic transducer 30 and mechanically. The ultrasonic vibrator 30 vibrates at a large vibration speed having the frequency ω 1 . At this time, the power energy of the frequency ω 1 having a frequency lower than the frequency ω 2 is not lost by the inductor 34.

第4の周波信号発生器44の周波数成分(ω)の電力は、インダクタ34と第2の圧電素子電極32の静電容量CdBによる電気的な共振周波数と合致して電気的な共振が起こり、大きな電圧が圧電素子電極32に印加され、超音波振動子30は周波数ωの大きな振動速度で振動する。 The power of the frequency component (ω 2 ) of the fourth frequency signal generator 44 matches the electrical resonance frequency due to the capacitance C dB of the inductor 34 and the second piezoelectric element electrode 32, and the electrical resonance occurs. occur, a large voltage is applied to the piezoelectric element electrodes 32, the ultrasonic vibrator 30 vibrates at a large vibration velocity of the frequency omega 2.

なお、ここでの超音波振動子30の振動のうち周波数ω成分の振動は超音波振動子30の機械的な共振である必要は必ずしもない。このようにして周波数ωとωの両方の周波数成分をもつ屈曲振動が超音波振動子30に励起される。 Incidentally, it is not always necessary here oscillation frequency omega 2 components of the vibration of the ultrasonic vibrator 30 of the is a mechanical resonance of the ultrasonic transducer 30. In this way, bending vibration having frequency components of both frequencies ω 1 and ω 2 is excited in the ultrasonic transducer 30.

このときに第3の周波信号発生器43が発生する第3の周波信号FS3及び第4の周波信号発生器44が発生する第4の周波信号FS4の振幅及び位相差を調整することにより、超音波振動子30の屈曲振動は図8に示すような振動速度を持つ矩形波に近い振動になる。   By adjusting the amplitude and phase difference of the third frequency signal FS3 generated by the third frequency signal generator 43 and the fourth frequency signal FS4 generated by the fourth frequency signal generator 44 at this time, The bending vibration of the sound wave vibrator 30 is a vibration close to a rectangular wave having a vibration speed as shown in FIG.

第1の周波信号発生器41が発生する第1の周波信号FS1及び第3の周波信号発生器43が発生する第3の周波信号FS3の位相差を調節することにより図9に示すようなリサージュを描き、楕円振動と比較して矩形に近い振動速度の軌跡をもつ超音波振動を発生させることができる。   By adjusting the phase difference between the first frequency signal FS1 generated by the first frequency signal generator 41 and the third frequency signal FS3 generated by the third frequency signal generator 43, a Lissajous as shown in FIG. The ultrasonic vibration having the locus of the vibration speed close to the rectangle as compared with the elliptical vibration can be generated.

以上、実施の形態1によれば、超音波振動子30の縦振動(1次モードの縦振動)については、周波数比が1:3の振動速度を持つ振動を同時に生成でき、その位相差を調整することによって、振動速度波形を矩形波に近づけることができる。また超音波振動子30の屈曲振動(2次モードの屈曲振動)についても、周波数比が1:3の振動速度を持つ振動を同時に生成でき、その位相差を調整することによって、振動速度波形を矩形波に近づけることができる。このように振動速度波形を矩形波に近づけることによって、摺動面(摺動部材27と振動子30a及び30bの摺動面)での滑りが減り、その結果、摺動面の磨耗を減らすことができる。   As described above, according to the first embodiment, for the longitudinal vibration (longitudinal vibration in the first-order mode) of the ultrasonic transducer 30, vibration having a vibration speed with a frequency ratio of 1: 3 can be generated at the same time, and the phase difference is obtained. By adjusting, the vibration velocity waveform can be approximated to a rectangular wave. As for the bending vibration of the ultrasonic vibrator 30 (second-order bending vibration), vibration having a vibration speed with a frequency ratio of 1: 3 can be generated simultaneously, and the vibration speed waveform can be obtained by adjusting the phase difference. Can be close to a square wave. By bringing the vibration velocity waveform close to a rectangular wave in this way, slippage on the sliding surface (the sliding surface of the sliding member 27 and the vibrators 30a and 30b) is reduced, and as a result, wear on the sliding surface is reduced. Can do.

なお、周波数ωの3倍の周波数ωを発生する第2の周波信号発生器42及び第4の周波信号発生器44に加えて、さらに周波数ωの5倍以上の周波数ωを発生する周波信号発生器を追加し、第1の周波信号発生器41及び第3の周波信号発生器43にそれぞれ並列に接続するようにしてもよい。 Incidentally, in addition to the second frequency signal generator 42 and a fourth frequency signal generator 44 for generating a frequency three times higher than omega 2 of the frequency omega 1, further generates a frequency omega 1 of 5 times or more the frequency omega A frequency signal generator may be added and connected to the first frequency signal generator 41 and the third frequency signal generator 43 in parallel.

また、本発明の実施の形態1は、上述の超音波振動子30の構造に限らず、例えば、特公平1−17353号公報や特開2010−22181号公報に記載される超音波振動子など、様々な構造の超音波振動子に適用可能である。   The first embodiment of the present invention is not limited to the structure of the ultrasonic transducer 30 described above. For example, the ultrasonic transducer described in Japanese Patent Publication No. 1-17353 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-22181 The present invention can be applied to ultrasonic vibrators having various structures.

(実施の形態2)
実施の形態2による倒立顕微鏡は、周波信号発生手段として第1〜第4の周波信号発生器41,42,43,44を用いた実施の形態1による駆動部53に代えて、波形メモリ139,140を周波信号発生手段として用いた駆動部53aを備えている。また、超音波振動子30に代えて、超音波振動子130を備えている。その他の構造は、図1及び図2に示す実施の形態1と同様である。この実施の形態2の説明においては、実施の形態1と同一の構成要素については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
(Embodiment 2)
The inverted microscope according to the second embodiment has a waveform memory 139, instead of the driving unit 53 according to the first embodiment using the first to fourth frequency signal generators 41, 42, 43, 44 as frequency signal generating means. A drive unit 53a using 140 as frequency signal generating means is provided. Further, an ultrasonic transducer 130 is provided instead of the ultrasonic transducer 30. Other structures are the same as those of the first embodiment shown in FIGS. In the description of the second embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図10Aは、実施の形態2による超音波振動子の形状を示す斜視図である。図10Bは、実施の形態2による超音波振動子の段差を説明するための平面図である。   FIG. 10A is a perspective view showing the shape of the ultrasonic transducer according to the second embodiment. FIG. 10B is a plan view for explaining steps of the ultrasonic transducer according to the second embodiment.

超音波振動子130は、例えば、積層構造を有する圧電素子であり、縦振動(1次モードの縦振動)を励振する第1の圧電素子電極31と、屈曲振動(2次モードの屈曲振動)を励振する第2の圧電素子電極32と、を備える。   The ultrasonic vibrator 130 is, for example, a piezoelectric element having a laminated structure, a first piezoelectric element electrode 31 that excites longitudinal vibration (primary mode longitudinal vibration), and bending vibration (secondary mode bending vibration). And a second piezoelectric element electrode 32.

超音波振動子130は、図10Aに示すように、直方体の一部に凸部がある形状をしている。すなわち、超音波振動子130には、図10Bに示すように、縦振動の振動方向の長さ(超音波振動子130の左右方向の長さ)として、異なる2つの長さL1,L2(L1>L2)を有するように、左右側面に段差が設けられている。   As shown in FIG. 10A, the ultrasonic transducer 130 has a shape in which a convex portion is formed on a part of a rectangular parallelepiped. That is, as shown in FIG. 10B, the ultrasonic vibrator 130 has two different lengths L1, L2 (L1) as the length in the vibration direction of the longitudinal vibration (the length in the left-right direction of the ultrasonic vibrator 130). Steps are provided on the left and right side surfaces to have> L2).

図11は、実施の形態2による超音波振動子における長さL1に係る縦1次モードの共振振動と長さL2に係る縦3次モードの共振振動を表す概念図である。図11に示すように、超音波振動子130の長さL1で縦1次モードの機械的な共振、長さL2で縦3次モードの機械的な共振が生ずるとき、長さL2にかかわる縦3次モードの共振周波数ωは長さL1にかかわる縦1次モードの共振周波数ωのちょうど3倍になるように、長さL1及びL2がそれぞれ設定されている。なお、屈曲2次モードの共振周波数は縦1次モードの共振周波数ωと一致させてある。 FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating the resonance vibration of the longitudinal first-order mode related to the length L1 and the resonance vibration of the longitudinal third-order mode related to the length L2 in the ultrasonic transducer according to the second embodiment. As shown in FIG. 11, when the longitudinal resonance mode mechanical resonance occurs at the length L1 of the ultrasonic transducer 130 and the longitudinal tertiary mode occurs at the length L2, the longitudinal vibration associated with the length L2. The lengths L1 and L2 are set so that the resonance frequency ω 3 of the tertiary mode is exactly three times the resonance frequency ω 4 of the longitudinal primary mode related to the length L1. The resonance frequency of the bending secondary mode is matched with the resonance frequency ω 3 of the longitudinal primary mode.

図12は、本発明の実施の形態2による駆動部及び超音波振動子の構成を示す回路図である。   FIG. 12 is a circuit diagram showing the configuration of the drive unit and the ultrasonic transducer according to the second embodiment of the present invention.

超音波振動子130は、例えば、積層構造を有する圧電素子であり、縦振動(1次モードの縦振動)を励振する第1の圧電素子電極131と、屈曲振動(2次モードの屈曲振動)を励振する第2の圧電素子電極132と、を備える。超音波振動子130は、外形は異なるものの、実施の形態1による超音波振動子30と同様の積層構造を有する。   The ultrasonic vibrator 130 is, for example, a piezoelectric element having a laminated structure, a first piezoelectric element electrode 131 that excites longitudinal vibration (primary mode longitudinal vibration), and bending vibration (secondary mode bending vibration). And a second piezoelectric element electrode 132 that excites. The ultrasonic vibrator 130 has a laminated structure similar to that of the ultrasonic vibrator 30 according to the first embodiment although the outer shape is different.

駆動部53aは、インダクタンスを微調整可能なインダクタ133及び134と、電力増幅器135及び136と、クロック発生器143と、カウンタ141及び142と、第1の波形メモリ139及び第2の波形メモリ140と、D/A変換器137及び138と、を備える。   The drive unit 53a includes inductors 133 and 134 capable of finely adjusting the inductance, power amplifiers 135 and 136, a clock generator 143, counters 141 and 142, a first waveform memory 139, and a second waveform memory 140. , D / A converters 137 and 138.

第1の圧電素子電極131に、インダクタンスを微調整可能なインダクタ133を直列に接続し、電力増幅器135の出力に接続する。クロック発生器143から出力されるクロックをカウンタ141がカウントし、そのカウント値が第1の波形メモリ139のアドレスとして入力される。第1の波形メモリ139は、入力されたアドレスに該当する波形のデジタルデータをD/A変換器137に出力し、D/A変換器137でクロック発生器143から出力されるクロックに同期して、D/A変換されたアナログ波形が電力増幅器135に入力される。第1の波形メモリ139には後述する図13Bに示す波形に相当するデジタルデータ(波形データ)が記録されており、クロック発生器143のクロックをカウンタ141がカウントするごとに波形メモリ139の出力データが更新され、これらが繰り返されることにより、D/A変換器137の出力は周波信号となる。   An inductor 133 capable of finely adjusting the inductance is connected in series to the first piezoelectric element electrode 131 and connected to the output of the power amplifier 135. The counter 141 counts the clock output from the clock generator 143, and the count value is input as the address of the first waveform memory 139. The first waveform memory 139 outputs digital data having a waveform corresponding to the input address to the D / A converter 137, and synchronizes with the clock output from the clock generator 143 by the D / A converter 137. The D / A converted analog waveform is input to the power amplifier 135. Digital data (waveform data) corresponding to the waveform shown in FIG. 13B described later is recorded in the first waveform memory 139. Every time the counter 141 counts the clock of the clock generator 143, the output data of the waveform memory 139 is recorded. Are updated, and these are repeated, whereby the output of the D / A converter 137 becomes a frequency signal.

第2の圧電素子電極132に、インダクタンスを微調整可能なインダクタ134を直列に接続し、電力増幅器136の出力に接続する。クロック発生器143から出力されるクロックをカウンタ142がカウントし、そのカウント値が第2の波形メモリ140のアドレスとして入力される。第2の波形メモリ140は、入力されたアドレスに該当する波形のデジタルデータをD/A変換器138に出力し、D/A変換器138でクロック発生器143から出力されるクロックに同期して、D/A変換されたアナログ波形が電力増幅器136に入力される。第2の波形メモリ140には後述する図14Bに示す波形に相当するデジタルデータ(波形データ)が記録されており、クロック発生器143のクロックをカウンタ142がカウントするごとに波形メモリ140の出力データが更新され、これらが繰り返されることにより、D/A変換器138の出力は周波信号となる。   An inductor 134 whose inductance can be finely adjusted is connected in series to the second piezoelectric element electrode 132, and is connected to the output of the power amplifier 136. The counter 142 counts the clock output from the clock generator 143, and the count value is input as the address of the second waveform memory 140. The second waveform memory 140 outputs digital data having a waveform corresponding to the input address to the D / A converter 138, and synchronizes with the clock output from the clock generator 143 by the D / A converter 138. The D / A converted analog waveform is input to the power amplifier 136. Digital data (waveform data) corresponding to the waveform shown in FIG. 14B described later is recorded in the second waveform memory 140, and output data of the waveform memory 140 is counted every time the counter 142 counts the clock of the clock generator 143. Is updated, and these are repeated, whereby the output of the D / A converter 138 becomes a frequency signal.

第1の圧電素子電極131はその構造に由来する静電容量(制動容量)Cd3を有する。第1の圧電素子電極131が、インダクタ133のインダクタンスLと電気的な共振を生じ、その共振周波数ωが超音波振動子130の長さL1にかかわる縦1次モードの共振周波数ωのちょうど5倍になるようにインダクタンスLを設定する。すなわち、インダクタンスLは、以下の式(4)を満たすものとする。
≒1/(ω ・Cd3)=1/{(5ω・Cd3} …(4)
The first piezoelectric element electrode 131 has an electrostatic capacity (braking capacity) C d3 derived from the structure. The first piezoelectric element electrode 131 causes electrical resonance with the inductance L C of the inductor 133, and the resonance frequency ω 5 has the resonance frequency ω 3 of the longitudinal primary mode related to the length L 1 of the ultrasonic transducer 130. setting the inductance L C just to be five times. That is, the inductance L C satisfies the following formula (4).
L C ≈ 1 / (ω 5 2 · C d3 ) = 1 / {(5ω 3 ) 2 · C d3 } (4)

第2の圧電素子電極132はその構造に由来する静電容量(制動容量)Cd4を有する。第2の圧電素子電極132が、インダクタ134のインダクタンスLと電気的な共振を生じ、その共振周波数ωが超音波振動子130の屈曲2次モードの共振周波数ωのちょうど3倍になるようにインダクタンスLを設定する。すなわち、インダクタンスLは、以下の式(5)を満たすものとする。
≒1/(ω ・Cd4)=1/{(3ω・Cd4} …(5)
The second piezoelectric element electrode 132 has an electrostatic capacity (braking capacity) C d4 derived from the structure. The second piezoelectric element electrodes 132, resulting inductance L D and electrical resonance of the inductor 134, the resonance frequency omega 4 is exactly three times the resonant frequency omega 3 of the secondary flexional mode of the ultrasonic transducer 130 to set the inductance L D so. That is, the inductance L D shall satisfy the following equation (5).
L D ≈1 / (ω 4 2 · C d4 ) = 1 / {(3ω 3 ) 2 · C d4 } (5)

この実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、第1の圧電素子電極131とインダクタ133との間で、第1の電気的共振回路を形成する。第1の電気的共振回路は、超音波振動子130の縦振動の機械的共振周波数と一致する第1の周波数に対して3以上の奇数倍の第2の周波数と一致する共振周波数を有する。また、第2の圧電素子電極132とインダクタ134との間で、第2の電気的共振回路を形成する。第2の電気的共振回路は、超音波振動子130の屈曲振動の機械的共振周波数と一致する第1の周波数に対して3以上の奇数倍の第2の周波数と一致する共振周波数を有する。   Also in the second embodiment, as in the first embodiment, a first electrical resonance circuit is formed between the first piezoelectric element electrode 131 and the inductor 133. The first electrical resonance circuit has a resonance frequency that matches the second frequency that is an odd multiple of 3 or more with respect to the first frequency that matches the mechanical resonance frequency of the longitudinal vibration of the ultrasonic transducer 130. In addition, a second electrical resonance circuit is formed between the second piezoelectric element electrode 132 and the inductor 134. The second electrical resonance circuit has a resonance frequency that matches the second frequency that is an odd multiple of 3 or more with respect to the first frequency that matches the mechanical resonance frequency of the bending vibration of the ultrasonic transducer 130.

図13Aは、第1の波形メモリに記録される信号をアナログ波形で示すグラフである。図13Bは、図13Aに示す複数の信号を合成した信号を示すグラフである。第1の波形メモリ139には、図13Aに示すような第5の周波信号FS5と、その3倍の周波数の第6の周波信号FS6と、第5の周波信号FS5の5倍の周波数をもつ第7の周波信号FS7とを振幅と位相差を適度に調節し加算した図13Bに示す波形に対応するデジタルデータが記録されている。第5の周波信号FS5はD/A変換器137から出力されたときにその周波数がωになるように構成される。 FIG. 13A is a graph showing an analog waveform of a signal recorded in the first waveform memory. FIG. 13B is a graph showing a signal obtained by synthesizing a plurality of signals shown in FIG. 13A. The first waveform memory 139 has a fifth frequency signal FS5 as shown in FIG. 13A, a sixth frequency signal FS6 of three times the frequency, and a frequency five times that of the fifth frequency signal FS5. Digital data corresponding to the waveform shown in FIG. 13B obtained by appropriately adjusting and adding the amplitude and phase difference to the seventh frequency signal FS7 is recorded. Fifth frequency signal FS5 is configured so that its frequency is omega 3 when it is output from the D / A converter 137.

図14Aは、第2の波形メモリに記録される信号をアナログ波形で示すグラフである。図14Bは、図14Aに示す複数の信号を合成した信号を示すグラフである。第2の波形メモリ140には、図14Aに示すような第8の周波信号FS8と、その3倍の周波数の第9の周波信号FS9とを振幅と位相差を適度に調節し加算した図14Bの波形に対応するデジタルデータが記録されている。第8の周波信号FS8はD/A変換器138から出力されたときにその周波数がωになるように構成される。 FIG. 14A is a graph showing an analog waveform of a signal recorded in the second waveform memory. FIG. 14B is a graph showing a signal obtained by synthesizing a plurality of signals shown in FIG. 14A. In the second waveform memory 140, an eighth frequency signal FS 8 as shown in FIG. 14A and a ninth frequency signal FS 9 having a frequency three times that of the eighth frequency signal FS 8 are added with the amplitude and phase difference adjusted appropriately. Digital data corresponding to the waveform is recorded. Frequency signal FS8 eighth configured so that its frequency is omega 3 when it is output from the D / A converter 138.

以下、図12〜図15を参照して、本発明の実施の形態2による超音波振動子130の動作を説明する。図15は、本発明の実施の形態2による超音波振動子の振動速度の時間変化を表すグラフである。   Hereinafter, the operation of the ultrasonic transducer 130 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a graph showing temporal changes in the vibration speed of the ultrasonic transducer according to the second embodiment of the present invention.

第1の圧電素子電極131の静電容量Cd3の製造上の理由によるばらつきで電気的な共振周波数がばらつくことに対処するため、インダクタ133は第1の圧電素子電極131の静電容量Cd3と周波数ωの5倍の周波数で電気的に共振するように、あらかじめインダクタンスを微調整しておく。 In order to cope with the variation in the electrical resonance frequency due to variations in the production of the capacitance C d3 of the first piezoelectric element electrode 131, the inductor 133 has the capacitance C d3 of the first piezoelectric element electrode 131. The inductance is finely adjusted in advance so as to electrically resonate at a frequency five times the frequency ω 3 .

第2の圧電素子電極132の静電容量Cd4の製造上の理由によるばらつきで電気的な共振周波数がばらつくことに対処するため、インダクタ134は第2の圧電素子電極132の静電容量Cd4と周波数ωの3倍の周波数で電気的に共振するように、あらかじめインダクタンスを微調整しておく。 In order to cope with variations in the electrical resonance frequency due to variations in the production of the capacitance C d4 of the second piezoelectric element electrode 132, the inductor 134 has a capacitance C d4 of the second piezoelectric element electrode 132. The inductance is finely adjusted in advance so as to electrically resonate at a frequency three times the frequency ω 3 .

カウンタ141のカウント値がクロック発生器143のクロックに同期して変化し、このカウント値をアドレスとする第1の波形メモリ139のデータがD/A変換器137に出力される。D/A変換された図13Bに示すようなアナログ波形は電力増幅器135で超音波振動子130を駆動させるのに必要な電力に増幅される。   The count value of the counter 141 changes in synchronization with the clock of the clock generator 143, and data in the first waveform memory 139 with this count value as an address is output to the D / A converter 137. The analog waveform as shown in FIG. 13B which has been D / A converted is amplified to power necessary for driving the ultrasonic transducer 130 by the power amplifier 135.

電力増幅器135から出力された電力は、超音波振動子130の周波数ωで超音波振動子130の長さL1にかかわる縦1次モードの振動と、周波数ωで超音波振動子130の長さL2にかかわる縦3次モードの振動と共振周波数が合致するので、機械的な共振が生じ、大きな振動振幅で振動する。このとき、周波数ωより低い周波数の周波数ωとωの電力エネルギーの大きさはインダクタ133の影響は受けない。 The power output from the power amplifier 135 includes the longitudinal primary mode vibration related to the length L1 of the ultrasonic transducer 130 at the frequency ω 3 of the ultrasonic transducer 130 and the length of the ultrasonic transducer 130 at the frequency ω 4. Since the vibration of the longitudinal tertiary mode related to the length L2 matches the resonance frequency, mechanical resonance occurs and the vibration vibrates with a large vibration amplitude. At this time, the magnitude of the power energy of the frequencies ω 3 and ω 4 having a frequency lower than the frequency ω 5 is not affected by the inductor 133.

D/A変換器137から出力された周波数成分が周波数ωの電力は、インダクタ133と第1の圧電素子電極131の静電容量Cd3による電気的な共振周波数と合致して、電気的な共振が起こり、大きな電圧が第1の圧電素子電極131に印加され、超音波振動子130は周波数ωの大きな振動振幅で振動する。なお、ここでの超音波振動子130の振動のうち周波数ω成分の振動は超音波振動子130の機械的な共振である必要は必ずしもない。このようにして周波数ωの縦振動に周波数ωとωの周波数成分を持つ振動が重畳されて超音波振動子130が縦振動する。 The electric power having the frequency component ω 5 output from the D / A converter 137 matches the electric resonance frequency of the inductor 133 and the electrostatic capacitance C d3 of the first piezoelectric element electrode 131, and the electric power resonance occurs, a large voltage is applied to the first piezoelectric element electrode 131, the ultrasonic transducer 130 is vibrated with a large vibration amplitude of the frequency omega 5. Incidentally, it is not always necessary here oscillation frequency omega 5 component of the vibration of the ultrasonic vibrator 130 at is mechanical resonance of the ultrasonic transducer 130. Thus frequency omega 4 and omega vibration having a frequency component of 5 is superimposed ultrasonic transducer 130 to the longitudinal vibration frequency omega 3 and are longitudinal vibration.

このときに第1の波形メモリ139に記録されている波形データの第5の周波信号FS5、第6の周波信号FS6および第7の周波信号FS7の振幅および位相差が適度に調整してあれば、超音波振動子130の縦振動は図15に示すような振動速度を持つ振動になる。   At this time, if the amplitude and phase difference of the fifth frequency signal FS5, the sixth frequency signal FS6, and the seventh frequency signal FS7 of the waveform data recorded in the first waveform memory 139 are appropriately adjusted. The longitudinal vibration of the ultrasonic transducer 130 is a vibration having a vibration speed as shown in FIG.

カウンタ142のカウント値がクロック発生器143のクロックに同期して変化し、このカウント値をアドレスとする第2の波形メモリ140のデータがD/A変換器138に出力される。D/A変換された図14Bに示すようなアナログ波形は電力増幅器136で超音波振動子130を駆動させるのに必要な電力に増幅される。   The count value of the counter 142 changes in synchronization with the clock of the clock generator 143, and the data of the second waveform memory 140 having this count value as an address is output to the D / A converter 138. The analog waveform as shown in FIG. 14B that has been D / A converted is amplified by the power amplifier 136 to the power required to drive the ultrasonic transducer 130.

電力増幅器136から出力された電力は、超音波振動子130の周波数ωの屈曲2次モードの振動の共振周波数と合致するので、機械的な共振が生じ、大きな屈曲振幅で振動する。このとき、周波数ωより低い周波数の周波数ωの電力エネルギーの大きさはインダクタ134の影響は受けない。 The power output from the power amplifier 136 matches the resonance frequency of the vibration of the bending secondary mode having the frequency ω 3 of the ultrasonic transducer 130, so that mechanical resonance occurs and the vibration vibrates with a large bending amplitude. At this time, the magnitude of the power energy of the frequency ω 3 having a frequency lower than the frequency ω 4 is not affected by the inductor 134.

D/A変換器から出力された周波数成分が周波数ωの電力は、インダクタ134と第2の圧電素子電極132の静電容量Cd4による電気的な共振周波数と合致して、電気的な共振が起こり、大きな電圧が第2の圧電素子電極132に印加され、超音波振動子130は周波数ωの大きな振動振幅で屈曲振動する。なお、ここでの超音波振動子130の振動のうち周波数ω成分の振動は超音波振動子130の機械的な共振である必要は必ずしもない。このようにして周波数ωの屈曲振動に周波数ωの周波数成分を持つ振動が重畳されて超音波振動子130が屈曲振動する。 The power of the frequency component ω 4 output from the D / A converter matches the electrical resonance frequency of the inductor 134 and the capacitance C d4 of the second piezoelectric element electrode 132, and is electrically resonant. occurs, a large voltage is applied to the second piezoelectric element electrode 132, the ultrasonic transducer 130 bends and vibrates in a large vibration amplitude of the frequency omega 4. Incidentally, it is not always necessary here oscillation frequency omega 4 components of the vibration of the ultrasonic vibrator 130 at is mechanical resonance of the ultrasonic transducer 130. Thus vibration having a frequency component of the frequency omega 4 to the bending vibration frequency omega 3 and is superimposed ultrasonic vibrator 130 is vibrated bent.

このときに第2の波形メモリ140に記録されている波形データの第8の周波信号FS8、および第9の周波信号FS9の振幅および位相差が適度に調整してあれば、超音波振動子130の屈曲振動は図15に示すような振動速度を持つ振動になる。   At this time, if the amplitude and phase difference of the eighth frequency signal FS8 and the ninth frequency signal FS9 of the waveform data recorded in the second waveform memory 140 are appropriately adjusted, the ultrasonic transducer 130 is used. The bending vibration of FIG. 15 becomes a vibration having a vibration speed as shown in FIG.

以上、本発明の実施の形態2によれば、超音波振動子130の縦振動について、周波数比が1:3の縦1次モードと縦3次モードの振動を同時に生成でき、その位相差を調整することによって、振動速度波形を矩形波に近づけることができ、さらに縦1次モードの5倍の振動速度の振動を加算できるので、より矩形波に近づけることができる。また超音波振動子130の屈曲2次モード振動についても、周波数比が1:3の振動を同時に生成でき、その位相を調整することによって、振動速度波形を矩形波に近づけることができる。このように振動速度波形を矩形波に近づけることによって、摺動面(摺動部材27と振動子30a及び30bの摺動面)での滑りが減り、その結果、摺動面の磨耗を減らすことができる。   As described above, according to the second embodiment of the present invention, the longitudinal vibration of the ultrasonic transducer 130 can be generated simultaneously in the longitudinal primary mode and the longitudinal tertiary mode with a frequency ratio of 1: 3, and the phase difference is obtained. By adjusting, the vibration velocity waveform can be made closer to a rectangular wave, and furthermore, vibration with a vibration velocity five times that of the longitudinal primary mode can be added, so that it can be made closer to a rectangular wave. As for the bending secondary mode vibration of the ultrasonic vibrator 130, vibration having a frequency ratio of 1: 3 can be generated at the same time, and the vibration velocity waveform can be made close to a rectangular wave by adjusting the phase. By bringing the vibration velocity waveform close to a rectangular wave in this way, slippage on the sliding surface (the sliding surface of the sliding member 27 and the vibrators 30a and 30b) is reduced, and as a result, wear on the sliding surface is reduced. Can do.

(実施の形態3)
実施の形態3による倒立顕微鏡は、周波信号発生手段として第1〜第4の周波信号発生器41,42,43,44を用いた実施の形態1による駆動部53に代えて、PWM(パルス幅変調)信号発生器241及びMOS−FET237,238,239及び240を周波信号発生手段として用いた駆動部53bを備えている。また、トリマコンデンサ235及び236を備えている。この実施の形態3の説明においては、実施の形態1と同一の構成要素については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
(Embodiment 3)
The inverted microscope according to the third embodiment replaces the drive unit 53 according to the first embodiment using the first to fourth frequency signal generators 41, 42, 43, and 44 as frequency signal generating means, and uses PWM (pulse width). (Modulation) The signal generator 241 and the MOS-FETs 237, 238, 239, and 240 are provided as a drive unit 53b using frequency signal generating means. Trimmer capacitors 235 and 236 are also provided. In the description of the third embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図16は、本発明の実施の形態3による駆動部及び超音波振動子の構成を示す回路図である。   FIG. 16 is a circuit diagram showing the configuration of the drive unit and the ultrasonic transducer according to the third embodiment of the present invention.

超音波振動子230は、例えば、積層構造を有する圧電素子であり、縦振動(1次モードの縦振動)を励振する第1の圧電素子電極231と、屈曲振動(2次モードの屈曲振動)を励振する第2の圧電素子電極232と、を備える。超音波振動子230は、実施の形態1による超音波振動子30と同様の構造を有する。   The ultrasonic transducer 230 is, for example, a piezoelectric element having a laminated structure, and a first piezoelectric element electrode 231 that excites longitudinal vibration (primary mode longitudinal vibration) and bending vibration (secondary mode bending vibration). And a second piezoelectric element electrode 232 that excites. The ultrasonic transducer 230 has the same structure as the ultrasonic transducer 30 according to the first embodiment.

本発明の実施の形態3による駆動部53bは、インダクタ233及び234と、静電容量が調整可能なトリマコンデンサ235及び236と、MOS−FET237,238,239及び240と、PWM信号発生器241と、を備える。   The drive unit 53b according to the third embodiment of the present invention includes inductors 233 and 234, trimmer capacitors 235 and 236 whose capacitance can be adjusted, MOS-FETs 237, 238, 239, and 240, a PWM signal generator 241, and the like. .

第1の圧電素子電極231の入力は、静電容量が調整可能なトリマコンデンサ235に並列接続され、インダクタ233の出力に直列接続される。インダクタ233の入力は、MOS−FET237と238のドレインに接続される。MOS−FET237はソースが直流電圧源Eに接続され、MOS−FET238はソースがグランドに接続される。MOS−FET237と238のゲートはPWM信号発生器241に接続され、PWM信号発生器241からの信号をうけてスイッチング動作する。 The input of the first piezoelectric element electrode 231 is connected in parallel to a trimmer capacitor 235 whose capacitance can be adjusted, and is connected in series to the output of the inductor 233. The input of the inductor 233 is connected to the drains of the MOS-FETs 237 and 238. MOS-FET 237 has a source connected to a DC voltage source E o, MOS-FET238 source is connected to ground. The gates of the MOS-FETs 237 and 238 are connected to the PWM signal generator 241 and receive a signal from the PWM signal generator 241 to perform a switching operation.

第2の圧電素子電極232の入力は、静電容量が調整可能なトリマコンデンサ236に並列接続され、インダクタ234の出力に直列接続される。インダクタ234の入力は、MOS−FET239と240のドレインに接続される。MOS−FET239はソースが直流電圧源Eに接続され、MOS−FET240はソースがグランドに接続される。MOS−FET239と240のゲートはPWM信号発生器241に接続され、PWM信号発生器241からの信号をうけてスイッチング動作する。 The input of the second piezoelectric element electrode 232 is connected in parallel to a trimmer capacitor 236 whose capacitance can be adjusted, and is connected in series to the output of the inductor 234. The input of the inductor 234 is connected to the drains of the MOS-FETs 239 and 240. MOS-FET239 has a source connected to a DC voltage source E o, MOS-FET240 source is connected to ground. The gates of the MOS-FETs 239 and 240 are connected to the PWM signal generator 241 and receive a signal from the PWM signal generator 241 to perform a switching operation.

第1の圧電素子電極231は、その構造に由来する静電容量(制動容量)Cd5を有する。第1の圧電素子電極231が、トリマコンデンサ235とインダクタ233のインダクタンスLとで電気的な共振を生じ、その共振周波数ωが超音波振動子230の縦1次モードの共振周波数ωのちょうど3倍になるようにインダクタンスLを設定する。すなわち、トリマコンデンサ235の静電容量をCT5とすると、以下の式(6)が成り立つようにインダクタンスLが設定される。
≒1/{ω ・(Cd5+CT5)}=1/{(3ω・(Cd5+CT5)} …(6)
The first piezoelectric element electrode 231 has a capacitance (braking capacity) Cd5 derived from the structure. The first piezoelectric element electrodes 231, cause electrical resonance between the inductance L E of the trimmer capacitor 235 and the inductor 233, the resonance frequency omega 7 the resonance frequency omega 6 of the longitudinal primary mode of the ultrasonic transducer 230 to set the inductance L E just to be three-fold. That is, when the capacitance of the trimmer capacitor 235 and C T5, the inductance L E is set as in equation (6) below is established.
L E ≒ 1 / {ω 7 2 · (C d5 + C T5)} = 1 / {(3ω 6) 2 · (C d5 + C T5)} ... (6)

第2の圧電素子電極232は、その構造に由来する静電容量(制動容量)Cd6を有する。第2の圧電素子電極232が、トリマコンデンサ236とインダクタ234のインダクタンスLとで電気的な共振を生じ、その共振周波数ωが超音波振動子230の屈曲2次モードの共振周波数ωのちょうど3倍になるようにインダクタンスLを設定する。すなわち、トリマコンデンサ236の静電容量をCT6とすると、以下の式(7)が成り立つようにインダクタンスLが設定される。
≒1/{ω ・(Cd6+CT6)}=1/{(3ω・(Cd6+CT6)} …(7)
The second piezoelectric element electrode 232 has a capacitance (braking capacity) Cd6 derived from the structure. The second piezoelectric element electrodes 232, cause electrical resonance between the inductance L F of the trimmer capacitor 236 and the inductor 234, the resonance frequency omega 7 the resonance frequency omega 6 of the bending second-order mode of the ultrasonic transducer 230 setting the inductance L F just to be tripled. That is, when the capacitance of the trimmer capacitor 236 and C T6, the inductance L F is set such that the following formula is valid (7).
L F ≈ 1 / {ω 7 2 · (C d6 + C T6 )} = 1 / {(3ω 6 ) 2 · (C d6 + C T6 )} (7)

この実施の形態3においては、第1の圧電素子電極231とトリマコンデンサ235及びインダクタ233との間で、第1の電気的共振回路を形成する。第1の電気的共振回路は、超音波振動子130の縦振動の機械的共振周波数と一致する第1の周波数に対して3以上の奇数倍の第2の周波数と一致する共振周波数を有する。また、第2の圧電素子電極232とトリマコンデンサ236及びインダクタ234との間で、第2の電気的共振回路を形成する。第2の電気的共振回路は、超音波振動子130の屈曲振動の機械的共振周波数と一致する第1の周波数に対して3以上の奇数倍の第2の周波数と一致する共振周波数を有する。   In the third embodiment, a first electrical resonance circuit is formed between the first piezoelectric element electrode 231, the trimmer capacitor 235 and the inductor 233. The first electrical resonance circuit has a resonance frequency that matches the second frequency that is an odd multiple of 3 or more with respect to the first frequency that matches the mechanical resonance frequency of the longitudinal vibration of the ultrasonic transducer 130. A second electrical resonance circuit is formed between the second piezoelectric element electrode 232, the trimmer capacitor 236, and the inductor 234. The second electrical resonance circuit has a resonance frequency that matches the second frequency that is an odd multiple of 3 or more with respect to the first frequency that matches the mechanical resonance frequency of the bending vibration of the ultrasonic transducer 130.

図17A〜図17Cは、PWM信号発生器が発生する第1のパルス波形を説明するためのグラフである。図17Aに示す第10の周波信号FS10とその3倍の周波数をもつ第11の周波信号FS11とを加算すると、図17Bに示すようなアナログ波形となる。図17Bに示すアナログ波形をPWM(パルス幅変調)すると図17Cに示すような第1のパルス波形となる。MOS−FET237及び238のゲートには、図17Cに示す第1のパルス波形が印加される。なお、MOS−FET237及び238は、同時にONにならないように設定される。   17A to 17C are graphs for explaining the first pulse waveform generated by the PWM signal generator. When the tenth frequency signal FS10 shown in FIG. 17A and the eleventh frequency signal FS11 having a frequency three times that of the tenth frequency signal FS10 are added, an analog waveform as shown in FIG. 17B is obtained. When the analog waveform shown in FIG. 17B is PWM (pulse width modulation), a first pulse waveform as shown in FIG. 17C is obtained. The first pulse waveform shown in FIG. 17C is applied to the gates of the MOS-FETs 237 and 238. Note that the MOS-FETs 237 and 238 are set so as not to be turned on simultaneously.

図18A〜図18Cは、PWM信号発生器が発生する第2のパルス波形を説明するためのグラフである。図18Aに示す第12の周波信号FS12とその3倍の周波数をもつ第13の周波信号FS13とを加算すると、図18Bに示すようなアナログ波形となる。図18Bに示すアナログ波形をPWM(パルス幅変調)すると図18Cに示すような第2のパルス波形となる。MOS−FET239及び240のゲートには、図18Cに示す第2のパルス波形が印加される。なお、MOS−FET239及び240は、同時にONにならないように設定される。   18A to 18C are graphs for explaining a second pulse waveform generated by the PWM signal generator. When the twelfth frequency signal FS12 shown in FIG. 18A and the thirteenth frequency signal FS13 having a frequency three times that of the twelfth frequency signal FS12 are added, an analog waveform as shown in FIG. 18B is obtained. When the analog waveform shown in FIG. 18B is PWM (pulse width modulation), a second pulse waveform as shown in FIG. 18C is obtained. The second pulse waveform shown in FIG. 18C is applied to the gates of the MOS-FETs 239 and 240. The MOS-FETs 239 and 240 are set so as not to be turned on at the same time.

以下、図16〜図18Cを参照して、本発明の実施の形態3による超音波振動子230の動作を説明する。   Hereinafter, the operation of the ultrasonic transducer 230 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

第1の圧電素子電極231の静電容量Cd5の製造上の理由によるばらつきで電気的な共振周波数がばらつくことに対処するため、インダクタ233と、第1の圧電素子電極231の静電容量Cd5と、トリマコンデンサ235の静電容量CT5とが周波数ωで電気的に共振するように、あらかじめトリマコンデンサ235の静電容量CT5を微調整しておく。 In order to deal with the fact that the electrical resonance frequency varies due to variations due to manufacturing reasons of the capacitance C d5 of the first piezoelectric element electrode 231, the capacitance C of the inductor 233 and the first piezoelectric element electrode 231. and d5, so that the capacitance C T5 of the trimmer capacitor 235 is electrically resonant at the frequency omega 7, keep fine-tune the capacitance C T5 in advance the trimmer capacitor 235.

PWM信号発生器241から出力された図17Cに示す第1のパルス波形で、MOS−FET237及び238がスイッチングして、超音波振動子230を駆動させるのに必要な電力に増幅される。   With the first pulse waveform shown in FIG. 17C output from the PWM signal generator 241, the MOS-FETs 237 and 238 are switched and amplified to the power necessary to drive the ultrasonic transducer 230.

MOS−FET237及び238のドレインから出力される電力は、超音波振動子230の周波数ωの縦1次モードの振動の機械的な共振周波数と合致するので、機械的な共振が生じ、大きな屈曲振幅で振動する。このとき、周波数ωより低い周波数の周波数ωの電力エネルギーの大きさはインダクタ233の影響は受けない。 Since the power output from the drains of the MOS-FETs 237 and 238 matches the mechanical resonance frequency of the longitudinal first mode vibration of the frequency ω 6 of the ultrasonic transducer 230, mechanical resonance occurs and a large bending occurs. Vibrates with amplitude. At this time, the magnitude of the power energy of the frequency ω 6 having a frequency lower than the frequency ω 7 is not affected by the inductor 233.

MOS−FET237及び238のドレインから出力される周波数成分が周波数ωの電力は、インダクタ233と、第1の圧電素子電極231の静電容量Cd5と、トリマコンデンサ235の静電容量CT5とによる電気的な共振周波数と合致して電気的な共振が起こり、大きな電圧が第1の圧電素子電極231に印加され、超音波振動子230は周波数ωの大きな振動振幅で振動する。なお、ここでの超音波振動子230の振動のうち周波数ω成分の振動は超音波振動子230の機械的な共振である必要は必ずしもない。このようにして周波数ωの縦振動にωの周波数成分を持つ振動が重畳されて超音波振動子230が縦振動する。 The power of the frequency component ω 7 output from the drains of the MOS-FETs 237 and 238 is the inductor 233, the capacitance C d5 of the first piezoelectric element electrode 231 and the capacitance C T5 of the trimmer capacitor 235. occurs electric resonance consistent with electrical resonant frequency by a large voltage is applied to the first piezoelectric element electrode 231, the ultrasonic transducer 230 is vibrated with a large vibration amplitude of the frequency omega 7. Incidentally, it is not always necessary here oscillation frequency omega 7 component of the vibration of the ultrasonic vibrator 230 in a mechanical resonance of the ultrasonic transducer 230. In this way, the vibration having the frequency component of ω 7 is superimposed on the longitudinal vibration of the frequency ω 6 , and the ultrasonic transducer 230 vibrates longitudinally.

MOS−FET237及び238のドレインから出力される周波数成分が周波数ωより高い電力は、インダクタ233と、第1の圧電素子電極231の静電容量と、トリマコンデンサ235の静電容量とで構成されるローパスフィルタにより遮断されるので、超音波振動子230の振動には寄与しない。 The power whose frequency component output from the drains of the MOS-FETs 237 and 238 is higher than the frequency ω 7 is composed of the inductor 233, the capacitance of the first piezoelectric element electrode 231, and the capacitance of the trimmer capacitor 235. Therefore, it does not contribute to the vibration of the ultrasonic transducer 230.

第2の圧電素子電極232の静電容量Cd6の製造上の理由によるばらつきで電気的な共振周波数がばらつくことに対処するため、インダクタ234と、第2の圧電素子電極232の静電容量Cd6と、トリマコンデンサ236の静電容量CT6とが周波数ωで電気的に共振するように、あらかじめトリマコンデンサ236の静電容量CT6を微調整しておく。 In order to deal with the fact that the electrical resonance frequency varies due to variations due to manufacturing reasons of the capacitance C d6 of the second piezoelectric element electrode 232, the capacitance C of the inductor 234 and the second piezoelectric element electrode 232 and d6, so that the capacitance C T6 of the trimmer capacitor 236 is electrically resonant at the frequency omega 7, keep fine-tune the capacitance C T6 in advance the trimmer capacitor 236.

PWM信号発生器241から出力された図18Cに示す第2のパルス波形で、MOS−FET239及び240がスイッチングして、超音波振動子230を駆動させるのに必要な電力に増幅される。   With the second pulse waveform shown in FIG. 18C output from the PWM signal generator 241, the MOS-FETs 239 and 240 are switched and amplified to power necessary for driving the ultrasonic transducer 230.

MOS−FET239及び240のドレインから出力される電力は、超音波振動子230の周波数ωの屈曲2次モードの振動の機械的な共振周波数と合致するので、機械的な共振が生じ、大きな屈曲振幅で振動する。このとき、周波数ωより低い周波数の周波数ωの電力エネルギーの大きさはインダクタ234の影響は受けない。 The power output from the drains of the MOS-FETs 239 and 240 matches the mechanical resonance frequency of the bending secondary mode vibration at the frequency ω 6 of the ultrasonic transducer 230, so that mechanical resonance occurs and large bending occurs. Vibrates with amplitude. At this time, the magnitude of the power energy of the frequency ω 6 having a frequency lower than the frequency ω 7 is not affected by the inductor 234.

MOS−FET239及び240のドレインから出力される周波数成分が周波数ωの電力は、インダクタ234と、第2の圧電素子電極232の静電容量Cd6と、トリマコンデンサ236の静電容量CT6とによる電気的な共振周波数と合致して、電気的な共振が起こり、大きな電圧が第2の圧電素子電極232に印加され、超音波振動子230は周波数ω7の大きな振動振幅で振動する。なお、ここでの超音波振動子230の振動のうち周波数ω成分の振動は超音波振動子230の機械的な共振である必要は必ずしもない。このようにして周波数ωの屈曲振動にωの周波数成分を持つ振動が重畳されて超音波振動子230が屈曲振動する。 The power of the frequency component ω 7 output from the drains of the MOS-FETs 239 and 240 is the inductor 234, the capacitance C d6 of the second piezoelectric element electrode 232, and the capacitance C T6 of the trimmer capacitor 236. In accordance with the electrical resonance frequency of, electrical resonance occurs, a large voltage is applied to the second piezoelectric element electrode 232, and the ultrasonic transducer 230 vibrates with a large vibration amplitude of the frequency ω7. Incidentally, it is not always necessary here oscillation frequency omega 7 component of the vibration of the ultrasonic vibrator 230 in a mechanical resonance of the ultrasonic transducer 230. In this way, the vibration having the frequency component of ω 7 is superimposed on the bending vibration of frequency ω 6 , and the ultrasonic transducer 230 bends and vibrates.

MOS−FET239及び240のドレインから出力される周波数成分が周波数ωより高い電力は、インダクタ234と、第2の圧電素子電極232の静電容量と、トリマコンデンサ236とで構成されるローパスフィルタにより遮断されるので、超音波振動子230の振動には寄与しない。 The power whose frequency component output from the drains of the MOS-FETs 239 and 240 is higher than the frequency ω 7 is obtained by a low-pass filter constituted by the inductor 234, the capacitance of the second piezoelectric element electrode 232, and the trimmer capacitor 236. Since it is blocked, it does not contribute to the vibration of the ultrasonic transducer 230.

本発明の実施の形態3によれば、超音波振動子230の縦振動(1次モードの縦振動)について、周波数比が1:3の振動速度を持つ振動を同時に生成でき、その位相差を調整することによって、振動速度波形を矩形波に近づけることができる。また超音波振動子230の屈曲振動(2次モードの屈曲振動)についても、周波数比が1:3の振動速度を持つ振動を同時に生成でき、その位相差を調整することによって、振動速度波形を矩形波に近づけることができる。このように振動速度波形を矩形波に近づけることによって、摺動面(摺動部材27と振動子30a及び30bの摺動面)での滑りが減り、その結果、摺動面の磨耗を減らすことができる。   According to the third embodiment of the present invention, vibrations having a vibration speed with a frequency ratio of 1: 3 can be generated at the same time with respect to the longitudinal vibrations (primary mode longitudinal vibrations) of the ultrasonic transducer 230, and the phase difference is obtained. By adjusting, the vibration velocity waveform can be approximated to a rectangular wave. As for the bending vibration (second-order bending vibration) of the ultrasonic vibrator 230, vibration having a vibration speed with a frequency ratio of 1: 3 can be generated at the same time, and by adjusting the phase difference, a vibration speed waveform can be obtained. Can be close to a square wave. By bringing the vibration velocity waveform close to a rectangular wave in this way, slippage on the sliding surface (the sliding surface of the sliding member 27 and the vibrators 30a and 30b) is reduced, and as a result, wear on the sliding surface is reduced. Can do.

(実施の形態3の変形例)
図19は、本発明の実施の形態3の変形例による駆動部及び超音波振動子の構成を示す回路図である。
(Modification of Embodiment 3)
FIG. 19 is a circuit diagram showing a configuration of a drive unit and an ultrasonic transducer according to a modification of the third embodiment of the present invention.

実施の形態3の変形例では、電気的な共振周波数を調整するためのトリマコンデンサ235及び236を、それぞれ第1の圧電素子電極231、第2の圧電素子電極232に直列接続したことが、実施の形態3と異なり、その他の構成は同じである。   In the modification of the third embodiment, the trimmer capacitors 235 and 236 for adjusting the electrical resonance frequency are connected in series to the first piezoelectric element electrode 231 and the second piezoelectric element electrode 232, respectively. Unlike the third embodiment, the other configurations are the same.

トリマコンデンサ235及び236を、それぞれ第1の圧電素子電極231、第2の圧電素子電極232に直列に接続すると、実施の形態3で示したインダクタ233のインダクタンスLを示す式(6)は、以下の式(8)のようになる。
≒1/[ω ・{Cd5・CT5/(Cd5+CT5)}]
=1/[(3ω・{Cd5・CT5/(Cd5+CT5)}] …(8)
The trimmer capacitor 235 and 236, each of the first piezoelectric element electrodes 231, when connected in series to the second piezoelectric element electrodes 232, formula showing the inductance L E of the inductor 233 shown in the third embodiment (6), The following equation (8) is obtained.
L E ≈ 1 / [ω 7 2 · {C d5 · C T5 / (C d5 + C T5 )}]
= 1 / [(3ω 6 ) 2 · {C d5 · C T5 / (C d5 + C T5 )}] (8)

同様に、インダクタ234のインダクタンスLを示す式(7)は、以下の式(9)のようになる。
≒1/[ω ・{Cd6・CT6/(Cd6+CT6)}]
=1/[(3ω・{Cd6・CT6/(Cd6+CT6)}] …(9)
Similarly, equation showing the inductance L F of the inductor 234 (7), the following equation (9).
L F ≈ 1 / [ω 7 2 · {C d6 · C T6 / (C d6 + C T6 )}]
= 1 / [(3ω 6 ) 2 · {C d6 · C T6 / (C d6 + C T6 )}] (9)

上記の式(8)及び式(9)において、C<Cであるならば、この変形例においても、実施の形態3とほぼ同じ効果が得られる。 In the above formulas (8) and (9), if C d <C T , the same effect as in the third embodiment can be obtained in this modified example.

なお、上述の実施の形態1〜3及び変形例では、いずれも縦振動(1次モードの縦振動)を励振する第1の圧電素子電極に対して第1の電気的共振回路を形成し、屈曲振動(2次モードの屈曲振動)を励振する第2の圧電素子電極に対して第2の電気的共振回路を形成したが。第1の圧電素子電極及び第2の圧電素子電極のいずれか一方にのみ電気的共振回路を形成するようにしてもよい。   In the first to third embodiments and the modifications described above, a first electrical resonance circuit is formed for the first piezoelectric element electrode that excites longitudinal vibration (longitudinal vibration of the primary mode). The second electrical resonance circuit is formed with respect to the second piezoelectric element electrode that excites bending vibration (second-order mode bending vibration). You may make it form an electrical resonance circuit only in any one of a 1st piezoelectric element electrode and a 2nd piezoelectric element electrode.

1 倒立顕微鏡
2 電動ステージ
3 本体部
4 透過照明部
5 制御装置
6 対物レンズ
7 反射ミラー
8 結像光学系
9 接眼レンズ
10 鏡筒
11 透過照明支柱
12 アーム
13 光源
14 ランプハウス
15 コンデンサレンズ
16 コンデンサユニット
17 コレクタレンズ
18 視野絞り
19 反射ミラー
21 基部
23 ガイドレール
22 移動部(ステージ)
27 摺動部材(摺動部)
24 超音波アクチュエータ
28 スケール
25 エンコーダ
26 開口
29 保持機構
30,130,230 超音波振動子
30a,30b 振動子
31,32,131,132,231,232 圧電素子電極
33,34,133,134,233,234 インダクタ
35,36,135,136 電力増幅器
37,38,39,40 抵抗器
41,42,43,44 周波信号発生器
51 制御部
53,53a,53b 駆動部
52 指示部
54 検出部
61,62,65,68 板状圧電体
63,66 駆動用屈曲振動電極
64 縦振動検出用電極
67 駆動用縦振動電極
69 GND電極
70,71,72,73,74 リードパターン
75,76,77,78,79,80,81,82 電極パターン
137,138 D/A変換器
139,140 波形メモリ
141,142 カウンタ
143 クロック発生器
235,236 トリマコンデンサ
237,238,239,240 MOS−FET
241 PWM信号発生器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inverted microscope 2 Electric stage 3 Main body part 4 Transmission illumination part 5 Control apparatus 6 Objective lens 7 Reflection mirror 8 Imaging optical system 9 Eyepiece 10 Lens tube 11 Transmission illumination support | pillar 12 Arm 13 Light source 14 Lamp house 15 Condenser lens 16 Condenser unit 17 Collector lens 18 Field stop 19 Reflecting mirror 21 Base 23 Guide rail 22 Moving part (stage)
27 Sliding member (sliding part)
24 Ultrasonic Actuator 28 Scale 25 Encoder 26 Opening 29 Holding Mechanism 30, 130, 230 Ultrasonic Vibrator 30a, 30b Vibrator 31, 32, 131, 132, 231, 232 Piezoelectric Element Electrode 33, 34, 133, 134, 233 , 234 Inductor 35, 36, 135, 136 Power amplifier 37, 38, 39, 40 Resistor 41, 42, 43, 44 Frequency signal generator 51 Control unit 53, 53a, 53b Drive unit 52 Instruction unit 54 Detection unit 61, 62, 65, 68 Plate-shaped piezoelectric body 63, 66 Driving bending vibration electrode 64 Longitudinal vibration detecting electrode 67 Driving longitudinal vibration electrode 69 GND electrode 70, 71, 72, 73, 74 Lead pattern 75, 76, 77, 78 79, 80, 81, 82 Electrode pattern 137, 138 D / A converter 139, 1 0 waveform memory 141 the counter 143 clock generator 235, 236 trimmer capacitor 237,238,239,240 MOS-FET
241 PWM signal generator

Claims (9)

それぞれが超音波楕円振動に含まれる縦振動及び屈曲振動のいずれか一方を励振する第1及び第2の圧電素子電極を有する超音波振動子と、
前記超音波振動子の機械的共振周波数と一致する第1の周波数及び該第1の周波数に対して3以上の奇数倍の値を有する第2の周波数を含む第1の周波信号を発生する第1の周波信号発生部と、
前記超音波振動子の機械的共振周波数と一致する第3の周波数を含む第2の周波信号を発生する第2の周波信号発生部と、
前記第1の圧電素子電極に接続され、該第1の圧電素子電極との間で、前記第2の周波数と一致する共振周波数を有する第1の電気的共振回路を形成する第1のインダクタンスを有する第1の電気的共振回路形成部と、
を備えることを特徴とする超音波モータ。
An ultrasonic transducer having first and second piezoelectric element electrodes, each of which excites one of longitudinal vibration and bending vibration included in the ultrasonic elliptical vibration;
A first frequency signal is generated that includes a first frequency that matches the mechanical resonance frequency of the ultrasonic transducer and a second frequency that has an odd multiple of 3 or more with respect to the first frequency. 1 frequency signal generator,
A second frequency signal generator that generates a second frequency signal including a third frequency that matches a mechanical resonance frequency of the ultrasonic transducer;
A first inductance which is connected to the first piezoelectric element electrode and forms a first electrical resonance circuit having a resonance frequency matching the second frequency with the first piezoelectric element electrode; A first electrical resonance circuit forming unit having:
An ultrasonic motor comprising:
前記第2の周波信号発生部が発生する第2の周波信号は、前記第3の周波数に対して3以上の奇数倍の値を有する第4の周波数をさらに含み、
前記第2の圧電素子電極に接続され、該第2の圧電素子電極との間で、前記第4の周波数と一致する共振周波数を有する第2の電気的共振回路を形成する第2のインダクタンスを有する第2の電気的共振回路形成部とをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の超音波モータ。
The second frequency signal generated by the second frequency signal generator further includes a fourth frequency having an odd multiple of 3 or more with respect to the third frequency,
A second inductance which is connected to the second piezoelectric element electrode and forms a second electrical resonance circuit having a resonance frequency matching the fourth frequency with the second piezoelectric element electrode; The ultrasonic motor according to claim 1, further comprising: a second electrical resonance circuit forming unit having the same.
前記超音波楕円振動は、前記超音波振動子の縦振動の機械的な共振周波数と、屈曲振動の機械的な共振周波数を一致させ、該共振周波数に一致する周波数で励振するとともに、前記縦振動と前記屈曲振動とに位相差を持たせることにより形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波モータ。   The ultrasonic elliptical vibration matches the mechanical resonance frequency of the longitudinal vibration of the ultrasonic vibrator with the mechanical resonance frequency of the bending vibration, and is excited at a frequency that matches the resonance frequency. The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the ultrasonic motor is formed by giving a phase difference to the bending vibration. 前記第1の電気的共振回路形成部は、前記第1の圧電素子電極に直列に接続される、前記第1のインダクタンスを有するインダクタを備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の超音波モータ。   The said 1st electrical resonance circuit formation part is provided with the inductor which has the said 1st inductance connected in series with the said 1st piezoelectric element electrode, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. The ultrasonic motor according to item. 前記第1の電気的共振回路形成部は、前記第1の圧電素子電極に直列に接続される、前記第1のインダクタンスを有するインダクタと、前記第1の圧電素子電極に並列又は直列に接続されたコンデンサとを備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の超音波モータ。   The first electrical resonance circuit forming unit is connected in series or in series to the first piezoelectric element electrode and an inductor having the first inductance connected in series to the first piezoelectric element electrode. The ultrasonic motor according to claim 1, further comprising a capacitor. 前記第2の電気的共振回路形成部は、前記第2の圧電素子電極に直列に接続される、前記第2のインダクタンスを有するインダクタを備えることを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の超音波モータ。   The said 2nd electrical resonance circuit formation part is provided with the inductor which has the said 2nd inductance connected in series with the said 2nd piezoelectric element electrode, The any one of Claims 2-5 characterized by the above-mentioned. The ultrasonic motor according to item. 前記第2の電気的共振回路形成部は、前記第2の圧電素子電極に直列に接続される、前記第2のインダクタンスを有するインダクタと、前記第2の圧電素子電極に並列又は直列に接続されたコンデンサとを備えることを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の超音波モータ。   The second electrical resonance circuit forming unit is connected in series or in series to the second piezoelectric element electrode and an inductor having the second inductance connected in series to the second piezoelectric element electrode. The ultrasonic motor according to claim 2, further comprising a capacitor. 前記第1の周波数の周波数成分に対して、前記第2の周波数の周波数成分の位相差及び振幅比率を調整できることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の超音波モータ。   The ultrasonic motor according to claim 1, wherein a phase difference and an amplitude ratio of the frequency component of the second frequency can be adjusted with respect to the frequency component of the first frequency. 前記第3の周波数の周波数成分に対して、前記第4の周波数の周波数成分の位相差及び振幅比率を調整できることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の超音波モータ。   The ultrasonic motor according to claim 1, wherein a phase difference and an amplitude ratio of the frequency component of the fourth frequency can be adjusted with respect to the frequency component of the third frequency.
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