JP2001221733A - 微動機構 - Google Patents
微動機構Info
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- JP2001221733A JP2001221733A JP2000028317A JP2000028317A JP2001221733A JP 2001221733 A JP2001221733 A JP 2001221733A JP 2000028317 A JP2000028317 A JP 2000028317A JP 2000028317 A JP2000028317 A JP 2000028317A JP 2001221733 A JP2001221733 A JP 2001221733A
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- vibration
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- Vibration Prevention Devices (AREA)
- Vibration Dampers (AREA)
- Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 安定した制振効果を得られ、しかも整定時間
が短く高速による位置決めを可能にした微動機構を提供
する。 【解決手段】 平行ばね微動機構の一部にヒンジ１９を
介して形成された錘支持アーム１８、錘部１７、この錘
部１７と移動部１２の間に設けられた粘弾性部材２０を
有する受動的動吸振器Ａにより移動部１２の残留振動を
制振させる。
が短く高速による位置決めを可能にした微動機構を提供
する。 【解決手段】 平行ばね微動機構の一部にヒンジ１９を
介して形成された錘支持アーム１８、錘部１７、この錘
部１７と移動部１２の間に設けられた粘弾性部材２０を
有する受動的動吸振器Ａにより移動部１２の残留振動を
制振させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微細な駆動源とし
て用いられる微動機構に関するものである。
て用いられる微動機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば、走査型プローブ顕微鏡
（ＳＰＭ）の走査や、レーザ走査型顕微鏡（ＬＳＭ）の
対物レンズまたは観察試料の光軸方向の高精度の移動な
どの微細な駆動源として微動機構が用いられている。
（ＳＰＭ）の走査や、レーザ走査型顕微鏡（ＬＳＭ）の
対物レンズまたは観察試料の光軸方向の高精度の移動な
どの微細な駆動源として微動機構が用いられている。
【０００３】図８は、このような微動機構のうち、平行
ばねを用いた微動機構の一例を示すもので、固定部１か
らヒンジ５を介して垂直方向に互いに平行に延びる２本
のアーム３の先端にヒンジ５を介して移動部２を形成
し、また、固定部１に、伸縮可能な圧電体からなるアク
チュエータ４の一端を固定するとともに、該アクチュエ
ータ４の他端によりアーム３の押圧部６を変位させるよ
うにしている。
ばねを用いた微動機構の一例を示すもので、固定部１か
らヒンジ５を介して垂直方向に互いに平行に延びる２本
のアーム３の先端にヒンジ５を介して移動部２を形成
し、また、固定部１に、伸縮可能な圧電体からなるアク
チュエータ４の一端を固定するとともに、該アクチュエ
ータ４の他端によりアーム３の押圧部６を変位させるよ
うにしている。
【０００４】このような構成において、アクチュエータ
４が伸びると、押圧部６を介してアーム３がヒンジ５を
支点として曲げられ右側に変位し、移動部２は右方向に
平行移動する。この場合、アクチュエータ４の伸縮量を
Δｄ、固定部１上面から押圧部６までの距離をＬ１、ア
ーム３の長さをＬ２とすると、移動部２の変位は、（Ｌ
１／Ｌ２）Δｄとなり、アーム３をてことして用いるこ
とで、アクチュエータ４の変位量を移動部２で拡大縮小
することができる。
４が伸びると、押圧部６を介してアーム３がヒンジ５を
支点として曲げられ右側に変位し、移動部２は右方向に
平行移動する。この場合、アクチュエータ４の伸縮量を
Δｄ、固定部１上面から押圧部６までの距離をＬ１、ア
ーム３の長さをＬ２とすると、移動部２の変位は、（Ｌ
１／Ｌ２）Δｄとなり、アーム３をてことして用いるこ
とで、アクチュエータ４の変位量を移動部２で拡大縮小
することができる。
【０００５】ちなみに、アクチュエータ４として積層型
圧電体を使用すると、ｎｍの分解能で、数１０〜数１０
０μｍｍの変位を移動部２に与えることができる。ま
た、アクチュエータ４として履歴特性を有する圧電体を
用いて正確に微小変位させる場合は、変位計を用いて閉
ループ制御を行なうようになる。
圧電体を使用すると、ｎｍの分解能で、数１０〜数１０
０μｍｍの変位を移動部２に与えることができる。ま
た、アクチュエータ４として履歴特性を有する圧電体を
用いて正確に微小変位させる場合は、変位計を用いて閉
ループ制御を行なうようになる。
【０００６】このような平行ばねを用いた微動機構によ
れば、（１）てこ比により変位の拡大縮小が可能にな
る。（２）変位の直線性に優れている。（３）切り欠き
一体整形により小型化できる。などの利点がある。
れば、（１）てこ比により変位の拡大縮小が可能にな
る。（２）変位の直線性に優れている。（３）切り欠き
一体整形により小型化できる。などの利点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、平行ばねを
用いた微動機構は、摺動部を持たないため、運動の再現
性に優れているが、構造上減衰要素が少なく、しかもヒ
ンジを持つことで共振周波数が低く振動しやすい構造で
あるため、移動部２の変位に対する変位応答は、図９に
示すようになり、移動部２の位置決め時の残留振動の整
定時間が著しく長くなってしまう。
用いた微動機構は、摺動部を持たないため、運動の再現
性に優れているが、構造上減衰要素が少なく、しかもヒ
ンジを持つことで共振周波数が低く振動しやすい構造で
あるため、移動部２の変位に対する変位応答は、図９に
示すようになり、移動部２の位置決め時の残留振動の整
定時間が著しく長くなってしまう。
【０００８】このことは、このような平行ばねを用いた
微動機構を、上述したＳＰＭやＬＳＭに適用すると、走
査速度や対物レンズまたは観察試料の光軸方向の移動速
度が微動機構の整定時間に制限されることになり、これ
らＳＰＭやＬＳＭの操作性に多大な悪影響を及ぼすとい
う問題が生じる。
微動機構を、上述したＳＰＭやＬＳＭに適用すると、走
査速度や対物レンズまたは観察試料の光軸方向の移動速
度が微動機構の整定時間に制限されることになり、これ
らＳＰＭやＬＳＭの操作性に多大な悪影響を及ぼすとい
う問題が生じる。
【０００９】そこで、従来、定電流アンプを用いたり、
制御方法を改良するなどして高速位置決めを可能にする
方法が考えられているが、このような方法によれば、現
状の構成に対して制御系の変更、センサなどの追加、変
更、アンプの交換などが必要となり、価格的に高価にな
ってしまうという問題があった。また、特開平７−２４
４０５７号に開示されるように、緩衝材を付加すること
で、振動特性を改善した微動機構も提案されている。つ
まり、かかる微動機構は、移動部の変位にともない緩衝
材を変形させることにより、移動部の振動を緩衝材によ
り制振させるものである。しかし、このような構成によ
り変位拡大率の大きな平行微動機構を形成すると、移動
部の振動に対する緩衝材の変形が拡大率の増加にともな
い小さくなるので、緩衝材の変形による制振効果が期待
できなくなるという問題があった。
制御方法を改良するなどして高速位置決めを可能にする
方法が考えられているが、このような方法によれば、現
状の構成に対して制御系の変更、センサなどの追加、変
更、アンプの交換などが必要となり、価格的に高価にな
ってしまうという問題があった。また、特開平７−２４
４０５７号に開示されるように、緩衝材を付加すること
で、振動特性を改善した微動機構も提案されている。つ
まり、かかる微動機構は、移動部の変位にともない緩衝
材を変形させることにより、移動部の振動を緩衝材によ
り制振させるものである。しかし、このような構成によ
り変位拡大率の大きな平行微動機構を形成すると、移動
部の振動に対する緩衝材の変形が拡大率の増加にともな
い小さくなるので、緩衝材の変形による制振効果が期待
できなくなるという問題があった。
【００１０】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、安定した制振効果を得られ、しかも整定時間が短く
高速による位置決めを可能にした微動機構を提供するこ
とを目的とする。
で、安定した制振効果を得られ、しかも整定時間が短く
高速による位置決めを可能にした微動機構を提供するこ
とを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
固定部よりヒンジを介して互いに平行に延びる２本のア
ーム端部にヒンジを介して移動部を形成するとともに、
前記固定部に設けられたアクチュエータにより前記アー
ムを介して移動部を移動させる平行ばね微動機構におい
て、前記移動部よりヒンジを介して互いに平行に延びる
２本のアーム端部にヒンジを介して前記移動部と平行に
形成される錘部と、該錘部と前記移動部との間に介在さ
れ、前記移動部の振動に応じて伸縮され該移動部の振動
を制振する粘弾性部材とを有する動吸振手段を具備した
ことを特徴としている。
固定部よりヒンジを介して互いに平行に延びる２本のア
ーム端部にヒンジを介して移動部を形成するとともに、
前記固定部に設けられたアクチュエータにより前記アー
ムを介して移動部を移動させる平行ばね微動機構におい
て、前記移動部よりヒンジを介して互いに平行に延びる
２本のアーム端部にヒンジを介して前記移動部と平行に
形成される錘部と、該錘部と前記移動部との間に介在さ
れ、前記移動部の振動に応じて伸縮され該移動部の振動
を制振する粘弾性部材とを有する動吸振手段を具備した
ことを特徴としている。
【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記動吸振手段は、さらに前記移動部の振
動を検出する振動検出手段と、この振動検出手段により
検出された前記移動部の振動に応じて前記錘部を駆動し
前記移動部の振動を制振させる錘駆動用アクチュエータ
とを具備したことを特徴としている。
明において、前記動吸振手段は、さらに前記移動部の振
動を検出する振動検出手段と、この振動検出手段により
検出された前記移動部の振動に応じて前記錘部を駆動し
前記移動部の振動を制振させる錘駆動用アクチュエータ
とを具備したことを特徴としている。
【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、前記動吸振手段を前記平行ばね微
動機構のてこの力点と作用点の間の空間に配置したこと
を特徴としている。
記載の発明において、前記動吸振手段を前記平行ばね微
動機構のてこの力点と作用点の間の空間に配置したこと
を特徴としている。
【００１４】この結果、本発明によれば、錘部と粘弾性
部材を有する受動的動吸振器により移動部の残留振動を
制振させることにより、整定時間を短縮でき、微動機構
として速やかな位置決めを行なうことができる。
部材を有する受動的動吸振器により移動部の残留振動を
制振させることにより、整定時間を短縮でき、微動機構
として速やかな位置決めを行なうことができる。
【００１５】また、本発明によれば、錘部と粘弾性部材
に加え、移動部の振動を検出する振動検出手段、この振
動検出手段により検出された移動部の振動に応じて錘部
を駆動する錘駆動用アクチュエータを有する能動的動吸
振器により移動部の残留振動を制振させることにより、
移動部の特性が変っても最適な制振効果を得ることがで
きる。
に加え、移動部の振動を検出する振動検出手段、この振
動検出手段により検出された移動部の振動に応じて錘部
を駆動する錘駆動用アクチュエータを有する能動的動吸
振器により移動部の残留振動を制振させることにより、
移動部の特性が変っても最適な制振効果を得ることがで
きる。
【００１６】さらに本発明によれば、平行ばね微動機構
のてこの力点と作用点の間の空間を動吸振器の配置スペ
ースとして利用することで、外形寸法を小さく抑えるこ
とができる。
のてこの力点と作用点の間の空間を動吸振器の配置スペ
ースとして利用することで、外形寸法を小さく抑えるこ
とができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。
に従い説明する。
【００１８】（第１の実施の形態）図１は、本発明が適
用される受動的動吸振器を有する平行ばね微動機構の概
略構成を示している。図において、１１は固定部で、こ
の固定部１１には、切り欠きにより一体形成されたヒン
ジ１５を介して上方向に互いに平行に延びる２本のアー
ム１３が形成され、このアーム１３の先端部にヒンジ１
５を介して移動部１２が形成されている。また、固定部
１には、伸縮可能なアクチュエータ１４の一端が固定さ
れ、このアクチュエータ１４の他端によりアーム１３の
押圧部１６を変位させるようにしている。
用される受動的動吸振器を有する平行ばね微動機構の概
略構成を示している。図において、１１は固定部で、こ
の固定部１１には、切り欠きにより一体形成されたヒン
ジ１５を介して上方向に互いに平行に延びる２本のアー
ム１３が形成され、このアーム１３の先端部にヒンジ１
５を介して移動部１２が形成されている。また、固定部
１には、伸縮可能なアクチュエータ１４の一端が固定さ
れ、このアクチュエータ１４の他端によりアーム１３の
押圧部１６を変位させるようにしている。
【００１９】この場合、アクチュエータ１４には、圧電
体が用いられるのが、マイクロねじや磁歪アクチュエー
タなどの利用も可能である。
体が用いられるのが、マイクロねじや磁歪アクチュエー
タなどの利用も可能である。
【００２０】移動部１２には、以下述べる構成の受動的
動吸振器Ａが設けられている。この場合、移動部１２の
下面には、ヒンジ１９を介して下方向に互いに平行に延
びる２本の錘支持アーム１８が形成され、この錘支持ア
ーム１８の先端部にヒンジ１９を介して移動部１２と平
行な錘部１７が形成され、この錘部１７を移動部１２の
変位方向に振動可能にしている。そして、移動部１２と
錘部１７との間には粘弾性部材２０が固定されている。
この場合、粘弾性部材２０には、シリコンゴム、ウレタ
ンゴムなどが用いられる。
動吸振器Ａが設けられている。この場合、移動部１２の
下面には、ヒンジ１９を介して下方向に互いに平行に延
びる２本の錘支持アーム１８が形成され、この錘支持ア
ーム１８の先端部にヒンジ１９を介して移動部１２と平
行な錘部１７が形成され、この錘部１７を移動部１２の
変位方向に振動可能にしている。そして、移動部１２と
錘部１７との間には粘弾性部材２０が固定されている。
この場合、粘弾性部材２０には、シリコンゴム、ウレタ
ンゴムなどが用いられる。
【００２１】次に、このように構成された平行ばね微動
機構を、図２に示す物理モデルを参照して説明する。こ
の場合、制振対象である平行ばね微動機構の等価質量を
Ｍ、同平行ばね微動機構の等価剛性をＫ、同平行ばね微
動機構の等価粘性をＣとし、これらとアクチュエータ１
４により平行ばね微動機構の物理モデルＱ１が示されて
いる。ここで、等価質量Ｍは、等価質量同定法などによ
り求められ、等価剛性Ｋ、等価粘性をＣは、平行ばね微
動機構の周波数特性から曲線適合法により求められる。
また、錘部１７の質量（正確には、錘部１７、ばね要
素、粘弾性部材２０により構成される動吸振器の等価質
量）をｍ、ばね要素の剛性（正確には、錘部１７、ばね
要素、粘弾性部材２０により構成される動吸振器の等価
剛性）をｋ、粘弾性部材２０の粘性抵抗をｃとし、これ
らにより受動的動吸振器Ａとしての物理モデルＱ２が示
されている。
機構を、図２に示す物理モデルを参照して説明する。こ
の場合、制振対象である平行ばね微動機構の等価質量を
Ｍ、同平行ばね微動機構の等価剛性をＫ、同平行ばね微
動機構の等価粘性をＣとし、これらとアクチュエータ１
４により平行ばね微動機構の物理モデルＱ１が示されて
いる。ここで、等価質量Ｍは、等価質量同定法などによ
り求められ、等価剛性Ｋ、等価粘性をＣは、平行ばね微
動機構の周波数特性から曲線適合法により求められる。
また、錘部１７の質量（正確には、錘部１７、ばね要
素、粘弾性部材２０により構成される動吸振器の等価質
量）をｍ、ばね要素の剛性（正確には、錘部１７、ばね
要素、粘弾性部材２０により構成される動吸振器の等価
剛性）をｋ、粘弾性部材２０の粘性抵抗をｃとし、これ
らにより受動的動吸振器Ａとしての物理モデルＱ２が示
されている。
【００２２】そして、これら物理モデルＱ１、Ｑ２にお
いて、アクチュエータ１４が伸縮すると、等価質量Ｍ、
ｍとも振動するが、等価質量Ｍ、等価剛性Ｋに対して等
価質量ｍ、等価剛性ｋ、粘性抵抗ｃが下記の関係にある
場合に、Ｑ２によるＱ１の制振が最も効果的に行なわれ
る。
いて、アクチュエータ１４が伸縮すると、等価質量Ｍ、
ｍとも振動するが、等価質量Ｍ、等価剛性Ｋに対して等
価質量ｍ、等価剛性ｋ、粘性抵抗ｃが下記の関係にある
場合に、Ｑ２によるＱ１の制振が最も効果的に行なわれ
る。
【００２３】ｗｄ／ｗｎ＝１／（１＋μ） ただし、μ＝ｍ／Ｍ：質量比、ｗｄ：動吸振器の共振周
波数、ｗｎ：平行ばね微動機構の共振周波数 ｃ／２√（ｋ・ｍ）＝√（３μ／８（１＋μ）） これにより、錘部１７の質量ｍを決定することにより、
等価剛性ｋ、粘性抵抗ｃの最適値を求めることができ
る。しかし、実際には、粘弾性部材２０の材質、形状に
よっては、粘性抵抗ｃを最適に設定するのが難しいた
め、粘性抵抗ｃを実験的に調べて最適値に調整すること
があるが、上記の条件を満たすように構成することが好
ましい。
波数、ｗｎ：平行ばね微動機構の共振周波数 ｃ／２√（ｋ・ｍ）＝√（３μ／８（１＋μ）） これにより、錘部１７の質量ｍを決定することにより、
等価剛性ｋ、粘性抵抗ｃの最適値を求めることができ
る。しかし、実際には、粘弾性部材２０の材質、形状に
よっては、粘性抵抗ｃを最適に設定するのが難しいた
め、粘性抵抗ｃを実験的に調べて最適値に調整すること
があるが、上記の条件を満たすように構成することが好
ましい。
【００２４】次に、このように構成された平行ばね微動
機構の位置決め動作について説明する。
機構の位置決め動作について説明する。
【００２５】いま、アクチュエータ１４が伸びると、ア
ーム１３がヒンジ１５を支点として曲げられ右側に変位
し、移動部１２は右方向に平行移動する。そして、この
移動の後、移動部１２には、平行ばね微動機構の持つ共
振周波数の残留振動が生じる。しかし、この移動部１２
の振動とともに、錘部１７が振動を始め、錘部１７と移
動部１２に挟まれた粘弾性部材２０に変形が生じる。
ーム１３がヒンジ１５を支点として曲げられ右側に変位
し、移動部１２は右方向に平行移動する。そして、この
移動の後、移動部１２には、平行ばね微動機構の持つ共
振周波数の残留振動が生じる。しかし、この移動部１２
の振動とともに、錘部１７が振動を始め、錘部１７と移
動部１２に挟まれた粘弾性部材２０に変形が生じる。
【００２６】これにより、粘弾性部材２０の変形にとも
なう内部摩擦と錘部１７での振動の反力が移動部１２の
振動を抑制させるように作用し、移動部１２での残留振
動の整定が速やかに行なわれる。この場合、移動部１２
の移動に対する変位応答は、図３に示すようになり、移
動部１２の位置決め時の残留振動の整定時間を大幅に短
縮できる。
なう内部摩擦と錘部１７での振動の反力が移動部１２の
振動を抑制させるように作用し、移動部１２での残留振
動の整定が速やかに行なわれる。この場合、移動部１２
の移動に対する変位応答は、図３に示すようになり、移
動部１２の位置決め時の残留振動の整定時間を大幅に短
縮できる。
【００２７】従って、このような構成すれば、平行ばね
微動機構の一部にヒンジ１９を介して形成された錘支持
アーム１８および錘部１７、この錘部１７と移動部１２
の間に設けられた粘弾性部材２０を有する受動的動吸振
器Ａにより移動部１２の残留振動を制振させるようにし
たので、整定時間を短縮でき、微動機構として速やかな
位置決めを行なうことができる。
微動機構の一部にヒンジ１９を介して形成された錘支持
アーム１８および錘部１７、この錘部１７と移動部１２
の間に設けられた粘弾性部材２０を有する受動的動吸振
器Ａにより移動部１２の残留振動を制振させるようにし
たので、整定時間を短縮でき、微動機構として速やかな
位置決めを行なうことができる。
【００２８】また、ヒンジ１９を介して形成された錘支
持アーム１８および錘部１７は、平行ばね微動機構の一
部として一体で形成されるので、部品点数を抑えること
ができ、価格的にも安価にできる。
持アーム１８および錘部１７は、平行ばね微動機構の一
部として一体で形成されるので、部品点数を抑えること
ができ、価格的にも安価にできる。
【００２９】さらに、受動的動吸振器Ａにより位置決め
時の整定時間を短縮できるので、ＳＰＭやＬＳＭの走査
機構として用いた場合、走査速度を高めることができ、
また、位置決め以外に移動部１２に外乱が加わった場合
も、上述したと同様にして速やかに制振させることがで
きる。
時の整定時間を短縮できるので、ＳＰＭやＬＳＭの走査
機構として用いた場合、走査速度を高めることができ、
また、位置決め以外に移動部１２に外乱が加わった場合
も、上述したと同様にして速やかに制振させることがで
きる。
【００３０】さらにまた、変位拡大機構を有する平行ば
ね微動機構の力点と作用点の間の空間を受動的動吸振器
Ａの配置スペースとして利用することにより、外形寸法
を従来の平行ばね微動機構と変らない程度に小さく抑え
ることができる。
ね微動機構の力点と作用点の間の空間を受動的動吸振器
Ａの配置スペースとして利用することにより、外形寸法
を従来の平行ばね微動機構と変らない程度に小さく抑え
ることができる。
【００３１】（第２の実施の形態）図４は、本発明の第
２の実施の形態の概略構成を示すもので、図１と同一部
分には、同符号を付している。
２の実施の形態の概略構成を示すもので、図１と同一部
分には、同符号を付している。
【００３２】この場合、移動部１２の下面には、ヒンジ
１９を介して下方向に互いに平行に延びる２本の錘支持
アーム１８が形成され、この錘支持アーム１８の先端部
にヒンジ１９を介して錘部１７が形成されている。そし
て、移動部１２と錘部１７との間に粘弾性部材２０が固
定されるとともに、錘駆動用アクチュエータ２１が設け
られ、これらにより能動的動吸振器Ｂが構成されてい
る。錘駆動用アクチュエータ２１は、制御装置２３から
の駆動信号２５により錘部１７を強制的に振動させるも
のである。制御装置２３は、振動検出センサ２２の出力
信号２４に応じて錘駆動用アクチュエータ２１を駆動す
るものである。振動検出センサ２２は、移動部１２の振
動を検出するもので、変位センサ、速度センサ、加速度
センサなどが用いられる。
１９を介して下方向に互いに平行に延びる２本の錘支持
アーム１８が形成され、この錘支持アーム１８の先端部
にヒンジ１９を介して錘部１７が形成されている。そし
て、移動部１２と錘部１７との間に粘弾性部材２０が固
定されるとともに、錘駆動用アクチュエータ２１が設け
られ、これらにより能動的動吸振器Ｂが構成されてい
る。錘駆動用アクチュエータ２１は、制御装置２３から
の駆動信号２５により錘部１７を強制的に振動させるも
のである。制御装置２３は、振動検出センサ２２の出力
信号２４に応じて錘駆動用アクチュエータ２１を駆動す
るものである。振動検出センサ２２は、移動部１２の振
動を検出するもので、変位センサ、速度センサ、加速度
センサなどが用いられる。
【００３３】なお、平行ばね微動機構の閉ループ制御に
用いる変位センサを利用していれば、その信号を錘駆動
用アクチュエータ２１の駆動信号として利用することも
できる。
用いる変位センサを利用していれば、その信号を錘駆動
用アクチュエータ２１の駆動信号として利用することも
できる。
【００３４】次に、このように構成された能動的動吸振
器Ｂを有する平行ばね微動機構を、図５に示す物理モデ
ルを参照して説明する。この場合も、制振対象である平
行ばね微動機構の等価質量をＭ、同平行ばね微動機構の
等価剛性をＫ、同平行ばね微動機構の等価粘性をＣと
し、これらとアクチュエータ１４により平行ばね微動機
構の物理モデルＱ１が示されている。ここで、等価質量
Ｍは、等価質量同定法などにより求められ、等価剛性
Ｋ、等価粘性をＣは、平行ばね微動機構の周波数特性か
ら曲線適合法により求められる。また、錘部１７の質量
（正確には、錘部１７、ばね要素、粘弾性部材２０によ
り構成される動吸振器の等価質量）をｍ、ばね要素の剛
性（正確には、錘部１７、ばね要素、粘弾性部材２０に
より構成される動吸振器の等価剛性）をｋ、錘駆動用ア
クチュエータ２１をｆとし、これらにより能動的動吸振
器Ｂとしての物理モデルＱ２が示されている。
器Ｂを有する平行ばね微動機構を、図５に示す物理モデ
ルを参照して説明する。この場合も、制振対象である平
行ばね微動機構の等価質量をＭ、同平行ばね微動機構の
等価剛性をＫ、同平行ばね微動機構の等価粘性をＣと
し、これらとアクチュエータ１４により平行ばね微動機
構の物理モデルＱ１が示されている。ここで、等価質量
Ｍは、等価質量同定法などにより求められ、等価剛性
Ｋ、等価粘性をＣは、平行ばね微動機構の周波数特性か
ら曲線適合法により求められる。また、錘部１７の質量
（正確には、錘部１７、ばね要素、粘弾性部材２０によ
り構成される動吸振器の等価質量）をｍ、ばね要素の剛
性（正確には、錘部１７、ばね要素、粘弾性部材２０に
より構成される動吸振器の等価剛性）をｋ、錘駆動用ア
クチュエータ２１をｆとし、これらにより能動的動吸振
器Ｂとしての物理モデルＱ２が示されている。
【００３５】そして、この能動的動吸振器Ｂは、第１の
実施の形態で述べた受動的動吸振器Ａと異なり、ｍ、ｋ
の論理的な最適値が決まらず、むしろ制御装置２３の制
御演算の最適化により制振効果が決まる。ここでは、制
御装置２３による制御の周波数帯域を考慮して、ｍ、ｋ
で決まる動吸振器の共振周波数がＭ，Ｋで決まる平行ば
ね微動機構の共振周波数以上であればよいこととする。
実施の形態で述べた受動的動吸振器Ａと異なり、ｍ、ｋ
の論理的な最適値が決まらず、むしろ制御装置２３の制
御演算の最適化により制振効果が決まる。ここでは、制
御装置２３による制御の周波数帯域を考慮して、ｍ、ｋ
で決まる動吸振器の共振周波数がＭ，Ｋで決まる平行ば
ね微動機構の共振周波数以上であればよいこととする。
【００３６】次に、このように構成された平行ばね微動
機構の位置決め動作について説明する。
機構の位置決め動作について説明する。
【００３７】この場合も、アクチュエータ１４が伸びる
と、アーム１３がヒンジ１５を支点として右側に変位
し、移動部１２は右方向に平行移動する。そして、この
移動の後、移動部１２に、平行ばね微動機構の持つ共振
周波数の残留振動が生じる。
と、アーム１３がヒンジ１５を支点として右側に変位
し、移動部１２は右方向に平行移動する。そして、この
移動の後、移動部１２に、平行ばね微動機構の持つ共振
周波数の残留振動が生じる。
【００３８】すると、この移動部１２の振動は、振動検
出センサ２２により検出され、振動検出センサ２２の出
力信号２４が制御装置２３に与えられる。すると、制御
装置２３は、錘駆動用アクチュエータ２１に駆動信号２
５を出力し、この駆動信号２５により錘駆動用アクチュ
エータ２１が駆動され、錘部１７を振動させる。
出センサ２２により検出され、振動検出センサ２２の出
力信号２４が制御装置２３に与えられる。すると、制御
装置２３は、錘駆動用アクチュエータ２１に駆動信号２
５を出力し、この駆動信号２５により錘駆動用アクチュ
エータ２１が駆動され、錘部１７を振動させる。
【００３９】これにより、錘部１７の振動による反力と
粘弾性部材２０の変形にともなう内部摩擦が移動部１２
の振動を抑制させるように作用し、移動部１２での残留
振動の整定が速やかに行なわれ、この場合も移動部１２
の移動に対する変位応答は、図３に示すようになり、移
動部１２の位置決め時の残留振動の整定時間を大幅に短
縮できる。
粘弾性部材２０の変形にともなう内部摩擦が移動部１２
の振動を抑制させるように作用し、移動部１２での残留
振動の整定が速やかに行なわれ、この場合も移動部１２
の移動に対する変位応答は、図３に示すようになり、移
動部１２の位置決め時の残留振動の整定時間を大幅に短
縮できる。
【００４０】従って、このような構成すれば、平行ばね
微動機構の一部にヒンジ１９を介して形成される錘支持
アーム１８および錘部１７、錘部１７と移動部１２の間
に設けられた粘弾性部材２０に加え、移動部１２の振動
を検出する振動検出センサ２２、この振動検出センサ２
２により検出された移動部１２の振動に応じて錘部１７
を駆動する錘駆動用アクチュエータ２１を有する能動的
動吸振器Ｂにより移動部１２の残留振動を制振するよう
にしたので、整定時間を短縮でき、微動機構として速や
かな位置決めを行なうことができる。また、このような
能動的動吸振器Ｂを用いることにより、移動部１２の特
性が変っても制御装置２３により最適な制振効果を得る
ことができる。例えば、ＬＳＭの対物レンズの走査機構
に適用すれば、対物レンズが交換され、微動機構の等価
質量が変化した場合も、最適な制振効果を得られるよう
にでき、走査速度をさらに高めることができる。
微動機構の一部にヒンジ１９を介して形成される錘支持
アーム１８および錘部１７、錘部１７と移動部１２の間
に設けられた粘弾性部材２０に加え、移動部１２の振動
を検出する振動検出センサ２２、この振動検出センサ２
２により検出された移動部１２の振動に応じて錘部１７
を駆動する錘駆動用アクチュエータ２１を有する能動的
動吸振器Ｂにより移動部１２の残留振動を制振するよう
にしたので、整定時間を短縮でき、微動機構として速や
かな位置決めを行なうことができる。また、このような
能動的動吸振器Ｂを用いることにより、移動部１２の特
性が変っても制御装置２３により最適な制振効果を得る
ことができる。例えば、ＬＳＭの対物レンズの走査機構
に適用すれば、対物レンズが交換され、微動機構の等価
質量が変化した場合も、最適な制振効果を得られるよう
にでき、走査速度をさらに高めることができる。
【００４１】その他、第１の実施の形態で述べたと同様
な効果も期待できる。
な効果も期待できる。
【００４２】（第３の実施の形態）図６は、本発明の第
３の実施の形態の概略構成を示すもので、ここでは、本
発明の平行ばね微動機構をレーザ走査型顕微鏡（ＬＳ
Ｍ）の対物レンズの微動機構として適用した例を示して
いる。
３の実施の形態の概略構成を示すもので、ここでは、本
発明の平行ばね微動機構をレーザ走査型顕微鏡（ＬＳ
Ｍ）の対物レンズの微動機構として適用した例を示して
いる。
【００４３】図において、３１は顕微鏡本体で、この顕
微鏡本体３１は、試料３２を載置したステージ３３と対
物レンズ３４とが対向して配置され、このうち対物レン
ズ３４は、平行ばね微動機構３５に取付けられ、図示矢
印の光軸方向に沿って微動可能になっている。
微鏡本体３１は、試料３２を載置したステージ３３と対
物レンズ３４とが対向して配置され、このうち対物レン
ズ３４は、平行ばね微動機構３５に取付けられ、図示矢
印の光軸方向に沿って微動可能になっている。
【００４４】顕微鏡本体３１には、ＬＳＭユニット３６
が設けられ、レーザ光源３７からのレーザ光を二次元方
向に走査する。そして、この二次元走査されたレーザ光
は、対物レンズ３４を介して試料３２上の所望位置に照
射され、また、試料３２上で反射された光は、対物レン
ズ３４を介して検出され、試料３２の光学情報として、
図示しないコンピュータに取込まれ、例えば、試料３２
の３次元像に画像化される。この場合、ＬＳＭユニット
３６は、ＬＳＭ制御装置３８によりレーザ光の走査範囲
や反射光の検出などが制御される。
が設けられ、レーザ光源３７からのレーザ光を二次元方
向に走査する。そして、この二次元走査されたレーザ光
は、対物レンズ３４を介して試料３２上の所望位置に照
射され、また、試料３２上で反射された光は、対物レン
ズ３４を介して検出され、試料３２の光学情報として、
図示しないコンピュータに取込まれ、例えば、試料３２
の３次元像に画像化される。この場合、ＬＳＭユニット
３６は、ＬＳＭ制御装置３８によりレーザ光の走査範囲
や反射光の検出などが制御される。
【００４５】図７（ａ）は、このように構成されたＬＳ
Ｍに第１の実施の形態で述べた受動的動吸振器Ａを有す
る平行ばね微動機構３５を用いた具体例を示すもので、
図１と同一部分には、同符号を付している。
Ｍに第１の実施の形態で述べた受動的動吸振器Ａを有す
る平行ばね微動機構３５を用いた具体例を示すもので、
図１と同一部分には、同符号を付している。
【００４６】この場合、アクチュエータ１４が伸びる
と、アーム１３がヒンジを支点として曲げられ移動部１
２は上方向に移動する。これにより、対物レンズ３４が
光軸方向に沿って上方に微動され、顕微鏡の合焦位置が
変り、試料３２の高さ方向の観察位置を変えられる。こ
の場合、対物レンズ３４の移動により、平行ばね微動機
構の持つ共振周波数の残留振動が移動部１２に生じる。
しかし、この移動部１２の振動とともに、錘部１７が振
動し、錘部１７と移動部１２に挟まれた粘弾性部材２０
が変形するので、その内部摩擦と錘部１７の振動の反力
により移動部１２が制振され、残留振動の整定を速やか
に行なうことができる。
と、アーム１３がヒンジを支点として曲げられ移動部１
２は上方向に移動する。これにより、対物レンズ３４が
光軸方向に沿って上方に微動され、顕微鏡の合焦位置が
変り、試料３２の高さ方向の観察位置を変えられる。こ
の場合、対物レンズ３４の移動により、平行ばね微動機
構の持つ共振周波数の残留振動が移動部１２に生じる。
しかし、この移動部１２の振動とともに、錘部１７が振
動し、錘部１７と移動部１２に挟まれた粘弾性部材２０
が変形するので、その内部摩擦と錘部１７の振動の反力
により移動部１２が制振され、残留振動の整定を速やか
に行なうことができる。
【００４７】一方、図７（ｂ）は、このように構成され
たＬＳＭに第２の実施の形態で述べた能動的動吸振器Ｂ
を有する平行ばね微動機構３５を用いた具体例を示すも
ので、図４と同一部分には、同符号を付している。
たＬＳＭに第２の実施の形態で述べた能動的動吸振器Ｂ
を有する平行ばね微動機構３５を用いた具体例を示すも
ので、図４と同一部分には、同符号を付している。
【００４８】この場合も、アクチュエータ１４が伸びる
と、アーム１３がヒンジを支点として曲げられ移動部１
２は上方向に移動する。これにより、対物レンズ３４が
光軸方向に沿って上方に微動され、顕微鏡の合焦位置が
変り、試料３２の高さ方向の観察位置が変えられる。こ
の場合、対物レンズ３４の移動により、平行ばね微動機
構の持つ共振周波数の残留振動が移動部１２に生じる。
と、アーム１３がヒンジを支点として曲げられ移動部１
２は上方向に移動する。これにより、対物レンズ３４が
光軸方向に沿って上方に微動され、顕微鏡の合焦位置が
変り、試料３２の高さ方向の観察位置が変えられる。こ
の場合、対物レンズ３４の移動により、平行ばね微動機
構の持つ共振周波数の残留振動が移動部１２に生じる。
【００４９】この移動部１２の振動は、振動検出センサ
２２により検出され、その検出信号２４が制御装置２３
に与えられる。すると、制御装置２３は、錘駆動用アク
チュエータ２１に駆動信号２５を出力し、この駆動信号
２５により錘駆動用アクチュエータ２１が駆動され、錘
部１７を振動させる。これにより、錘部１７の振動によ
る反力と粘弾性部材２０の変形にともなう内部摩擦が移
動部１２の振動を抑制させるように作用し、残留振動の
整定を速やかに行なうことができる。
２２により検出され、その検出信号２４が制御装置２３
に与えられる。すると、制御装置２３は、錘駆動用アク
チュエータ２１に駆動信号２５を出力し、この駆動信号
２５により錘駆動用アクチュエータ２１が駆動され、錘
部１７を振動させる。これにより、錘部１７の振動によ
る反力と粘弾性部材２０の変形にともなう内部摩擦が移
動部１２の振動を抑制させるように作用し、残留振動の
整定を速やかに行なうことができる。
【００５０】従って、このような構成とすれば、微動機
構として速やかな位置決めを行なうことができるので、
ＬＳＭとしてリアルタイムに近い速度で３次元像を得る
ことができ、特に、刻々と変化するような生物標本の観
察に有効である。
構として速やかな位置決めを行なうことができるので、
ＬＳＭとしてリアルタイムに近い速度で３次元像を得る
ことができ、特に、刻々と変化するような生物標本の観
察に有効である。
【００５１】また、動吸振器として能動的動吸振器Ｂを
有する平行ばね微動機構３５を用いた場合は、使用され
る対物レンズ３４ごとに動吸振器の錘部１７と剛性の関
係を調整しなくてよいので、倍率の異なる複数の対物レ
ンズ３４を利用することができる。
有する平行ばね微動機構３５を用いた場合は、使用され
る対物レンズ３４ごとに動吸振器の錘部１７と剛性の関
係を調整しなくてよいので、倍率の異なる複数の対物レ
ンズ３４を利用することができる。
【００５２】なお、上述した第１および第２の実施の形
態では、てこを利用した変位拡大機構を有する平行ばね
微動機構の力点と作用点との間の空間に受動的動吸振器
Ａ（または能動的動吸振器Ｂ）を配置したが、てこを利
用した変位縮小機構を有する平行ばね微動機構のてこの
支点と力点との間の空間に受動的動吸振器Ａ（または能
動的動吸振器Ｂ）を配置するようにしてもよい。
態では、てこを利用した変位拡大機構を有する平行ばね
微動機構の力点と作用点との間の空間に受動的動吸振器
Ａ（または能動的動吸振器Ｂ）を配置したが、てこを利
用した変位縮小機構を有する平行ばね微動機構のてこの
支点と力点との間の空間に受動的動吸振器Ａ（または能
動的動吸振器Ｂ）を配置するようにしてもよい。
【００５３】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、安定
した制振効果を得られ、しかも整定時間が短く高速によ
る位置決めを可能にした微動機構を提供できる。
した制振効果を得られ、しかも整定時間が短く高速によ
る位置決めを可能にした微動機構を提供できる。
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す
図。
図。
【図２】第１の実施の形態の物理モデルを説明するため
の図。
の図。
【図３】第１の実施の形態の移動部変位と変位応答の関
係を示す図。
係を示す図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す
図。
図。
【図５】第２の実施の形態の物理モデルを説明するため
の図。
の図。
【図６】本発明の第３の実施の形態の概略構成を示す
図。
図。
【図７】第３の実施の形態の要部の概略構成を示す図。
【図８】従来の微動機構の概略構成を示す図。
【図９】従来の微動機構の移動部変位と変位応答の関係
を示す図。
を示す図。
１１…固定部 １２…移動部 １３…アーム １４…アクチュエータ １５…ヒンジ １６…押圧部 １７…錘部 １８…錘支持アーム １９…ヒンジ ２０…粘弾性部材 ２１…錘駆動用アクチュエータ ２２…振動検出センサ ２３…制御装置 ２４…出力信号 ２５…駆動信号 ３１…顕微鏡本体 ３２…試料 ３３…ステージ ３４…対物レンズ ３５…微動機構 ３６…ＬＳＭユニット ３７…レーザ光源 ３８…ＬＳＭ制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 7/28 Ｇ０５Ｄ 19/02 Ｄ ３Ｊ０６６ 21/24 Ｇ１２Ｂ 5/00 Ｚ Ｇ０５Ｄ 19/02 Ｇ０２Ｂ 7/04 Ｃ Ｇ１２Ｂ 21/22 Ｆ 5/00 7/11 Ｊ Ｇ１２Ｂ 1/00 ６０１Ｈ Ｆターム(参考） 2F078 CA10 CB02 CB03 CB13 CB14 CB18 CC04 2H044 BB01 BB05 BC01 2H051 AA11 DD20 FA07 FA47 2H052 AA07 AD06 3J048 AA06 AB07 AC01 AC05 AD01 AD07 BD08 BF02 3J066 AA26 BA01 BD05 DA07
Claims (3)
- 【請求項１】 固定部よりヒンジを介して互いに平行に
延びる２本のアーム端部にヒンジを介して移動部を形成
するとともに、前記固定部に設けられたアクチュエータ
により前記アームを介して移動部を移動させる平行ばね
微動機構において、 前記移動部よりヒンジを介して互いに平行に延びる２本
のアーム端部にヒンジを介して前記移動部と平行に形成
される錘部と、該錘部と前記移動部との間に介在され、
前記移動部の振動に応じて伸縮され該移動部の振動を制
振する粘弾性部材とを有する動吸振手段を具備したこと
を特徴とする微動機構。 - 【請求項２】 前記動吸振手段は、さらに前記移動部の
振動を検出する振動検出手段と、この振動検出手段によ
り検出された前記移動部の振動に応じて前記錘部を駆動
し前記移動部の振動を制振させる錘駆動用アクチュエー
タとを具備したことを特徴とする請求項１記載の微動機
構。 - 【請求項３】 前記動吸振手段を前記平行ばね微動機構
のてこの力点と作用点の間の空間に配置したことを特徴
とする請求項１または２記載の微動機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000028317A JP2001221733A (ja) | 2000-02-04 | 2000-02-04 | 微動機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000028317A JP2001221733A (ja) | 2000-02-04 | 2000-02-04 | 微動機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001221733A true JP2001221733A (ja) | 2001-08-17 |
Family
ID=18553747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000028317A Pending JP2001221733A (ja) | 2000-02-04 | 2000-02-04 | 微動機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001221733A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005516299A (ja) * | 2002-02-01 | 2005-06-02 | ビ−エイイ− システムズ パブリック リミテッド カンパニ− | 振動調節器 |
| JP2006325323A (ja) * | 2005-05-18 | 2006-11-30 | Pioneer Electronic Corp | 駆動装置 |
| JP2007145345A (ja) * | 2005-11-25 | 2007-06-14 | Ge Medical Systems Global Technology Co Llc | 梱包システム、梱包箱及び梱包方法 |
| EP2068187A1 (en) | 2007-12-06 | 2009-06-10 | Olympus Corporation | Vibration damping system for a microscope |
| WO2009093681A1 (ja) * | 2008-01-23 | 2009-07-30 | Konica Minolta Opto, Inc. | 駆動機構および駆動装置 |
| JP2012113308A (ja) * | 2010-11-26 | 2012-06-14 | Leica Microsystems Cms Gmbh | 顕微鏡対物レンズをサンプルに合焦させるための装置 |
| US9897926B2 (en) | 2014-01-31 | 2018-02-20 | Asml Netherlands B.V. | Stage positioning system and lithographic apparatus |
-
2000
- 2000-02-04 JP JP2000028317A patent/JP2001221733A/ja active Pending
Cited By (9)
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20051122 |