JPS6217723A

JPS6217723A - 走査型顕微鏡用試料塔載装置

Info

Publication number: JPS6217723A
Application number: JP10935486A
Authority: JP
Inventors: ケネス　ジョン　ウィリアム　シェフィールド
Original assignee: IBT DUBILIER Ltd; IBT-DUBILIER Ltd
Current assignee: IBT DUBILIER Ltd; IBT-DUBILIER Ltd
Priority date: 1985-05-13
Filing date: 1986-05-13
Publication date: 1987-01-26
Also published as: EP0202105A2; EP0202105A3; GB8512045D0

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、電子顕微鏡及び音響顕微鏡を含む走査型顕微
鏡に関し、特に光学的走査顕微鏡に関する。

（従来の技術）走査顕微鏡は、照射源と、観察すべき物体上に放射光を
集束する集束手段と、物体を透過するあるいは物体によ
り反射される放射光を受は取るための検出器と、物体上
に放射光を走査させる走査手段とを具備している。走査
手段の走査は物体上、物体自身あるいはこれららの両者
へ投射する放射光のビーム移動によって成される。光学
的顕微鏡では、放射光はレーザ源からの光でｈりでもよ
いし、それ以外でもよい。この種の顕微鏡は、よく文献
に記載されておシ、例えばエレクトロニックスアンドパ
ワー（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｐｏｗｅｒ　
）、１９８０年２月、ページ１６６から１７２に開示さ
れている。本発明は、投射する放射ビームに対して物体
を移動することによシ、部分的に又は全体的に走査が実
施されるタイプの顕微鏡に関する。

物体及び入射する放射ビームの双方の移動が走査に用い
られるが、このような混成の配置構成は一般的である。

便宜上明細書の以下の部分では走査が物体の移動により
全体的に実行され、放射ビームの移動は静止状態である
ものとする。

走査を行うために、物体はゾラットフォーム又はステー
ジ上に搭載される。このステージは要求される走査ノリ
−ンに従って、顕微鏡の放射軸即ちＺ軸と垂直なｘ−ｙ
面で移動する。本発明は、次の３つの要件が満足される
ようなステージを装備することに関する。

１）ステージが、Ｚ軸に沿った移動に対して高い抵抗を
有する。このような移動は、いかなる場合にも像の焦点
の損失を導く。

２）ステージが移動する面におけるＸ方向トＹ方向との
間の結合が最小である。

３）試料が通常ステージの中央に搭載される領域で、支
持機構ががたつかない。

本発明では、上記３つの要件を満足するステージの装備
は、リン青銅やベリリウム銅のような可撓性シートから
成る板バネによってステージを設置することにより成さ
れる。この板バネは、支持フレーム上にステージを装備
するのに使用される。

支持フレームは、マシンフレームについてそれ自身が可
動である。板バネは、フレーム上のステージに対して支
持を与えるような方法で、支持フレーム及びステージの
双方に取付けられる。バネを作り上げるシート材料は、
２方向のステージの移動を最小限とするようにＺ軸に平
行であることが望ましい。バネの形状は、次に示すよう
に種々の形状であっても良い。

１）バネが一般にＸ−Ｙ面で円状であり、各バネのそれ
ぞれ円の直径の対向する末端の一方がステージに、他方
が支持フレームに取付けられる。

２）バネが一般にＸ−Ｙ面でＣ字状であり、そのバネの
対向端の一方がステージに他方が支持フレームに取付け
られている。

３）バネが一般にＸ−Ｙ面で２字状でアシ、そのバネの
対向端の一方がステージに他方が支持フレームに取付け
られている。

このほかにも同様の形状が使用されることは明らかであ
る。

Ｘ−Ｙ面でのステー・ゾの走査移動は、各Ｘ、Ｙの駆動
手段によって行われる。ある実施例では、これらの駆動
手段が、各Ｘ及びＹ方向につき、支持フレームに取付け
られたリニアモータを具備するとともに、ステージに取
付けられた機構的なリンク部材を有している。このリン
ク部材は、支持フレームに対してステージの移動を対応
させるために、モータによって前後の往復運動を引き起
こされる。この往復運動の正確な形態は、要求される走
査パターンに依存し、直接本発明とは関係ない。

リンク部材は、Ｘ及びＹ方向に移動させるために連結さ
れる必要がある。しかしながら、ある実施例では、もう
１つの支持フレームが提供され、この別の支持フレーム
は別の板バネにより第１の支持フレームを装備する。後
者の配置構成において、リニアモータ若しくはそれと同
様のモータである駆動手段は、それぞれＸ及びＹ方向に
つき、剛性のあるリンク部材を使用することのできる、
各分離した支持フレーム上に装備され、またＸ移動がＸ
移動に対する干渉を最小限とする（°その逆の場合も同
様）効果を有している。

本発明の教示することは、反射型及び透過型の双方の顕
微鏡に適用され得るということである。

後者の場合、照射光は物体を通シ抜け、ステージは照射
光を透過する物質から成る。

本発明を更に理解できるように、いくつかの実施列を図
面を参照して説明する。

第１図を参照すれば、基本的な顕微鏡は平行ビーム２を
発するレーザ光源１を有している。発光は物体３の平面
に対物レンズ４によって集光される。物体を通った後ビ
ームはディテクタ６に集束させるためのもう一つのレン
ズ５を介される。ディテクタ６から出力される信号は増
幅され、かつ表示される。

第１図には明瞭に示されていないが、物体３は入射ビー
ムに関係して物体の走査を効果的にするために物体の平
面に対して動かされるステージ上に置かれる。よって、
物体の全体像または後に組立てられた部分像を得ること
ができる。走査の種々の方法は従来のＴＶブラウン管に
使用されているラスター走査と同様に使用されていた。

正しく集束するためには走査されている間物体はある物
体面にとどまっていることが大切である。その物体面は
顕微鏡の光軸と集取する点の光の角度で交叉する面であ
る。便宜上元軸は一般に２軸であり、走査の２つの直交
する方向はＸ軸及びＹ軸であって物体平面内にある。し
かし、Ｘ軸及びＹ軸は本論では直交でなくてもよい。

ステージとそれに関与して走査する方法は第２図〜第５
図に詳細に示されている。第２図にはステージの簡単な
構造を示し、ステージ７は４つの板ばね９，１０．１１
及び１２によって支持フレーム８の内側に可動できるよ
うに設けられている。

第２図の平面は物体平面であシ、各板ばねは一般に円形
である。各板ばねはステージ７の各々の第１の接点１３
とフレーム８の内側の表面にかつ第１の接点１３と正反
対の向い側の各々の第２の接点１４に取り付けられてい
る。板ばねはＺ軸方向に対して深さをもつもつがよく知
られている。Ｘ軸及びＹ軸は図示されている。各方向に
対する各走査手段が成される。各走査手段はＸ方向のリ
ニアモータ１５，１６とＹ方向のリニアモータ１７゜１
８で成される。各組のモータはＸＹ平面のステージ７の
走査動作を行なうために互いに反する作用を行なう。こ
のために、各モータは各リンク部材１９〜２２によって
ステージ７の各端に連結されている。各リンク部材は硬
化中心部２３とモータにより近くの軟化部２４から構成
している。リニアモータの前後の動きがステージ７に伝
わるように、かつＺ軸でなくＸＹ千面にリンク部材が軸
回転できるように、取シ付けられる軟化な物質のシート
で、軟化部２４は構成される。これを達成するためには
軟化部２４を形成するシートが２軸に平行な平面に置く
。

各板ばねはベリリウム銅又は燐青銅のような軟化物のシ
ートから形成される。これらは図示のような形に曲げら
れ、上述のように取シ付けられている。シートは動作す
る部分、つまりばねとして動作する部分が２軸と平行な
面に接するように曲げられている。これは２方向てステ
ージの移動を最小を確実にしている。しかし、明らかに
ステージばＸＹ平面内であらゆる方向に動くことができ
、この動きは板ばね９〜１２の圧縮又は回転によって成
される。

走査はリニアモータに供給される適切な電気信号によっ
て行なわれ、その結果としてリンク部材の特有な動きが
、それに伴うステーノアの動きが生じる。

第１図に示すような顯微鏡ではステージ７は使用される
光に対して透明に作られている。第３図は振動ステージ
７の第２の実施例が示されている。

この場合、ステージ７には板ばね２５によって設置され
、第１の取付フレーム２６は他の板ばね２８によって第
２の取付フレーム２７の内側に設置されている。Ｘ方向
のリニアモータ１５，１６は内側のフレーム２６に取り
付られており、Ｙ方向のりニアモー４１７．１８は外側
のフレーム２７に取り付られている。開口部３３はリニ
アモータ１５．１６を収容するために外側のフレーム２
７に形成されている。また、外側のフレームに関与した
動きの全てが可能なように形成されている。リニアモー
タ１５．１６から伝わるＸ方向の動きの場合は、リンク
部材１９．２１を介してステージ７に伝わる。このリン
ク部材１９．２１は硬いものである（Ｙ方向でステー２
７と内側のフレーム２６の間の関連動作にとって必要で
はない）。

Ｙ方向の場合ではリンク部材２９．３０を介してステー
ジ７ヘリニアモータ１７，１８から伝わる。

このリンク部材２９．３０は内側のフレーム２６に伝え
、それに伴って板ばね２５を介してステージ７に伝わる
。

第２図に示した実施例の効果はＸ方向の動きはＹ方向の
動きに干渉しないし、またその逆も同様である。また、
直径方向に交叉するように圧縮した時の板ばねのばね率
は回転させたときのものよシ大きくすることに注目され
るべきである。したがって、Ｘ方向及びＹ方向の動きが
第２図に示すような回転モードのいくつかの板ばね及び
直径方向の圧縮を受けているその他の板ばねに対して行
なわれるのではなく、各板はねの回転方向に対して行な
われると同様にステージ全体にわたってより大きい制御
が可能となる。また、第３図の構成はモータと移動部材
との間のフレキシブルなリンク部材を用いなくてもよい
ことがわかる。

第４図は第３図に示した構成と類似の構成を示す。異な
る点は、円形の板バネに代えてＣ字型の板バネを用いて
いることにある。板バネ３１は外フレーム内にある内フ
レームを支持する。各板・々ネ３１は一端で内フレーム
に取付けられ、他端で外フレームに取付けら゛れている
。板バネ３２は内フレーム内にあるステージ７を支持す
る。各板バネ３２は一端でステージに取付けられ、他端
で内フレームに取付けられている。

第５図は第２図に示した構成と類似の構成を示す。異な
る点は、板バネが支持フレーム８のかどに位置決めされ
、またステージ７が円形状であることにある。この構成
によれば、Ｘ−Ｙ平面内での種々の移動可能方向におけ
るバネ率を向上させることかできる。

すべての場合、ステージを支持するバネの設計において
は多少の注意が必要である。レリえば、板バネの幅、す
なわちＺ軸方向の板バネの領域が大きくなればなるほど
、ねじれに対する抵抗、従って２軸に沿った運動に対す
るステージの抵抗は大きくなる。Ｚ軸方向の運動に対す
る抵抗はまた、板バネの厚みが大となるようにシート状
物質を形成するという簡単な手段で増大させることがで
きる。しかしながら、これは同時にバネ率の増大、従っ
てステージを移動させるために必要なエネルギーの増大
をもたらす。従って、ステージを移動させるためにリニ
アモータによって与えられる力と各板バネのこわさとの
間の調和を図る必要がある。このため、上述したすべて
の実施例において、各方向走査用のリニアモータを用い
ることによって、ステージを移動させるために・必要な
力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光学式走査型顕微鏡の主要構成を示す図、第２
図ないし第５図はいずれも本発明の実施例を示す図であ
る。１・・・レーザ光源、２・・・平行ビーム、３・・・物
体、４・・・対物レンズ、５・・・レンズ、６・・・検
出器、７・・・ステージ、８・・・支持フレーム、９〜
１２・・・板バネ、１３・・・第１の接続点、１４・・
・第２の接続点、１５〜１８・・・リニアモータ、１９
〜２２・・・リンク部材、２３・・・中央部、２４・・
・最外部可撓性部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）支持フレームと、観測すべき試料が搭載されるステージと、顕微鏡の主軸（Ｚ）に垂直なＸ−Ｙ平面で走査移動可能
となるようにステージを支持フレーム内に取付ける手段
と、走査移動を実行させるためにステージを駆動する走査手
段とを具備し、前記手段は各々可撓性のシート状物質で形成される複数
の板バネを有し、各板バネは一方においてステージに取
付けられ、他方において支持フレームに取付けられ、か
つこれらのステージと支持フレームとの間で弧状に形成
され、更に板バネはシート状物質の面がＺ軸に平行とな
るように方向決めされていることを特徴とする走査型顕
微鏡用試料搭載装置。
（２）板バネはＸ−Ｙ平面でほぼ円形を成し、該円形の
相対向する両端でステージと支持フレームとにそれぞれ
取付けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の走査型顕微鏡用試料搭載装置。
（３）板バネはＸ−Ｙ平面でほぼＣ字型形状を成し、該
Ｃ字型形状の相対向する両端でステージと支持フレーム
とにそれぞれ取付けられていることを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載の走査型顕微鏡用試料搭載装置。
（４）板バネはＸ−Ｙ平面でほぼＳ字型形状を成し、該
Ｓ字型形状の相対向する両端でステージと支持フレーム
とに取付けられていることを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の走査型顕微鏡用試料搭載装置。
（５）走査型顕微鏡用試料搭載装置は更に別の支持フレ
ームと、前記支持フレームを前記別の支持フレーム内に
取付ける別の手段とを有し、前記手段はＸ又はＹ方向の
いずれか一方向に前記ステージを移動可能とし、前記別
の手段は前記一方向は異なる他方向に前記ステージを移
動可能とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
いし第４項のいずれか一項に記載の走査型顕微鏡用試料
搭載装置。
（６）前記別の手段は各々可撓性のシート状物質で形成
される板バネを有し、各板バネは一方において前記支持
フレームに取付けられ、他方において前記別の支持フレ
ームに取付けられ、かつこれらの支持フレームと別の支
持フレームとの間で弧状に形成され、更に板バネはシー
ト状物質の面がＺ軸に平行となるように方向決めされて
いることを特徴とする特許請求の範囲第５頂に記載の走
査型顕微鏡用試料搭載装置。
（７）前記走査手段はＸ及びＹ方向の各々に少なくとも
１つのリニアモータと、各リニアモータを直接又は間接
的に前記ステージに結合させる手段とを具備することを
特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれ
か一項に記載の走査型顕微鏡用試料搭載装置。