JP4122404B2 - Sample stage and microscope or measuring instrument using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料ステージに関するものであり、特に顕微鏡に用いられる試料ステージに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
顕微鏡の試料ステージには、試料の位置調整を行うためX、Y方向の二方向に試料を移動する構造を有するものがある。従来技術による試料ステージの構造を図9を用いて説明する。図9は従来技術による試料ステージの分解斜視図である。2は試料台を載せるため最上段に配置された上テーブルである。3は上テーブルの下に配置された中テーブル、4は中テーブルの下に配置された下テーブルである。これらの3つのテーブルが試料ステージを構成している。上テーブルの下面と中テーブルの上面には一対のX軸直線運動軸受け5が設けられている。そして上テーブルの横に設けられたX方向位置調整ノブ7を回すことによりX軸直線運動軸受け5の位置がずれ、X方向の位置を調整ができる。また中テーブルの下面と下テーブルの上面には一対のY軸直線運動軸受け6が設けられている。Y軸直線運動軸受け6は前記X軸直線運動軸受け5に対して直角に設けられている。そして中テーブル3の横に設けられたY方向位置調整ノブ8を回すことによりY軸直線運動軸受け6の位置がずれ、Y方向の位置を調整ができる。これら2つの直線運動軸受けを設けることにより、水平に2方向の試料の移動が可能となり、位置調整をすることができる。そして試料ステージの中央の上に顕微鏡を設けることにより、試料台のほぼ全域での試料の観察が可能となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来の試料ステージでは、直線運動軸受けおよびステージ構成部品の剛性が低い場合は設置環境の床振動等によって、試料が観察中に振動して観察が困難になるといった問題点があった。また振動を受けにくくするために剛性を高くすると、直線運動軸受けのがたがなくなり、試料ステージがスムーズに動かないという問題点が生じる。従って、外部の振動による位置変動が少ない試料ステージと、スムーズに移動できる試料ステージを一つの試料ステージで実現するのは困難であった。
【0004】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、試料観察時には試料位置が安定し、かつ試料をスムーズに移動できる試料ステージ及びその試料ステージを用いた顕微鏡または測定器を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる第1の試料ステージは、試料台を載せる試料ステージ(例えば、本発明の実施の形態における試料台9)であって、前記試料台を水平方向に移動させて、当該試料台の位置を調整する試料ステージ駆動機構(例えば、本発明の実施の形態におけるX軸直線運動軸受け5、Y軸直線運動軸受け6、X方向位置調整ノブ7及びY方向位置調整ノブ8から構成される試料ステージ駆動機構)と、前記試料台の下に設けられ、一部が上下方向に移動する支持手段(例えば、本発明の実施の形態におけるピエゾアクチュエーター1)とを備え、前記支持手段は、その一部が上方向に移動した状態において、当該支持手段の一部と前記試料台とが接触し、その一部が下方向に移動した状態において、当該支持手段の一部と当該試料台とが離間するものである。これにより試料観察時には試料位置が安定し、かつ試料をスムーズに移動させることができる。
【0006】
本発明にかかる第2の試料ステージは、試料台を載せる試料ステージ(例えば、本発明の実施の形態における試料台9)であって、前記試料台を水平方向に移動させて、当該試料台の位置を調整する試料ステージ駆動機構(例えば、本発明の実施の形態におけるX軸直線運動軸受け5、Y軸直線運動軸受け6、X方向位置調整ノブ7及びY方向位置調整ノブ8から構成される試料ステージ駆動機構)と、上下方向に自由度を有し、当該試料台と前記試料ステージを固定する弾性体(例えば、本発明の実施の形態における板バネ10)と、前記試料台の下に設けられ、一部が上下方向に移動する支持手段(例えば、本発明の実施の形態におけるピエゾアクチュエーター1)とを備え、前記支持手段は、その一部が上方向に移動した状態において、当該支持手段の一部と前記試料台とが接触し、その一部が下方向に移動した状態において、当該支持手段の一部と当該試料台とが離間するものである。これにより試料観察時には試料位置が安定し、かつ試料をスムーズに移動させることができる。
【0007】
本発明にかかる第3の試料ステージは、本発明にかかる第2の試料ステージであって、前記弾性体が板バネであることを特徴とするのものである。これにより試料観察時には試料位置が安定し、かつ試料をスムーズに移動させることができる。
【0008】
本発明にかかる第4の試料ステージは、本発明にかかる第1乃至第3いずれかの試料ステージであって、前記支持手段による一部の上下方向の移動動作を制御する制御手段(例えば、本発明の実施の形態におけるピエゾアクチュエーターコントローラー16)を備え、この制御手段は、支持手段の一部を上方向に移動した状態で保持する第1のモードと、支持手段の一部を上下方向への移動を繰り返させる第2のモードとを少なくとも実行し、前記第1のモードにおいて、前記支持手段の一部が上方向に移動した状態では、当該支持手段の一部と前記試料台とが接触し、前記第2のモードにおいて、前記支持手段の一部が上方向に移動した状態では、当該支持手段の一部と前記試料台とが接触し、前記第2のモードにおいて、前記支持手段の一部が下方向に移動した状態では、当該支持手段の一部と前記試料台が離間するものである。これにより試料観察時には試料位置が安定し、かつ試料をスムーズに移動させることができる。
【0009】
本発明にかかる顕微鏡は第4の試料ステージを用いた顕微鏡であって、前記第1のモードと前記第2のモードでの焦点のずれを合わせる焦点移動手段を備えるものである。これにより焦点位置の再調整が不要になり、操作性が向上する。
【0010】
本発明にかかる第5の試料ステージは、本発明にかかる第4の試料ステージであって、前記第1のモードと前記第2のモードとの間で試料高さを略同じにする様、支持手段によって高さを調整することを特徴とするものである。これにより、焦点位置の再調整が不要になり、操作性が向上する。
【0011】
本発明にかかる第6の試料ステージは本発明にかかる第1乃至5いずれかの試料ステージであって、前記支持手段は上下方向に伸縮する伸縮手段(例えば、本発明の実施の形態におけるピエゾアクチュエーター1)であることを特徴とするものである。これにより試料観察時には試料位置が安定し、かつ試料をスムーズに移動させることができる。
【0012】
本発明にかかる第7の試料ステージは本発明にかかる第4乃至6いずれかの試料ステージであって、前記試料ステージ駆動機構を動作させている状態か否かを判別する判別手段(例えば、本発明の実施の形態における静電容量検出器14)を備え、前記制御手段は前記試料ステージ駆動機構を動作させている状態であると判別した時は前記第2のモードを実行し、前記試料ステージ駆動機構を動作させている状態にないと判別した時は前記第1のモードを実行することを特徴とするものである。これにより試料観察時には試料位置が安定し、かつ試料をスムーズに移動させることができる。さらに操作性を向上させることができる。
【0013】
本発明にかかる第8の試料ステージは、本発明にかかる第7の試料ステージであって、前記判別手段は前記試料ステージ駆動機構の静電容量の変化を検出することにより判別することを特徴とするものである。これにより試料観察時には試料位置が安定し、かつ試料をスムーズに移動させることができる。さらに操作性を向上させることができる。
【0014】
本発明にかかる第9の試料ステージは、本発明にかかる第7の試料ステージであって、前記判別手段は商用電源の誘導を検出することにより判別することを特徴とするものである。これにより試料観察時には試料位置が安定し、かつ試料をスムーズに移動させることができる。さらに操作性を向上させることができる。
【0015】
本発明にかかる第10の試料ステージは、本発明にかかる第7の試料ステージであって、前記判別手段は前記試料ステージ駆動機構の一部に流した電流の変化を検出することにより判別することを特徴とするものである。これにより試料観察時には試料位置が安定し、かつ試料をスムーズに移動させることができる。さらに操作性を向上させることができる。
【0016】
本発明にかかる第11の試料ステージは、本発明にかかる第7の試料ステージであって、前記判別手段は前記試料ステージ駆動機構に加わる応力を測定することにより判別することを特徴とするものである。これにより試料観察時には試料位置が安定し、かつ試料をスムーズに移動させることができる。さらに操作性を向上させることができる。
【0017】
本発明にかかる第12の試料ステージは、本発明にかかる第7の試料ステージであって、前記判別手段は前記試料ステージ駆動機構の周辺の光の遮蔽を検出する光学センサーにより判別することを特徴とする請求項7記載の試料ステージ。するものである。これにより試料観察時には試料位置が安定し、かつ試料をスムーズに移動させることができる。さらに操作性を向上させることができる。
【0018】
本発明にかかる第13の試料ステージは、本発明にかかる第1乃至12いずれかの試料ステージであって、前記支持手段における一部の上下方向の動作の繰り返し周波数が15kHz〜30kHzであることを特徴とするものである。これにより上下方向の動作による騒音を小さくすることができる。
【0019】
本発明にかかる試料ステージは顕微鏡または測定器のいずれかに用いることが好適である。
【0020】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態1.
本実施の形態1にかかる試料ステージの構成を図1、図2に示す。図1は本実施の形態1にかかる試料ステージの分解斜視図である。1はピエゾアクチュエーター、2は上テーブル、3は中テーブル、4は下テーブル、5はX軸直線運動軸受け、6はY軸直線運動軸受け、7はX方向位置調整ノブ、8はY方向位置調整ノブ、9は試料台、11は穴部、12は長穴部、13は開口部、16はピエゾアクチュエーターコントローラーを示している。
【0021】
まず本発明にかかる試料ステージの駆動機構について説明する。本発明にかかる試料ステージでは、X軸直線運動軸受け5、Y軸直線運動軸受け6、X軸方向位置調整ノブ7、Y軸方向位置調整ノブ8から試料ステージ駆動機構が構成される。上テーブル2は試料ステージの最上部に設けられており、その上に試料台9を載せる。その試料台9に載せられた試料を上から顕微鏡を用いて観察する。上テーブル2の下には中テーブル3が配置されており、上テーブル2の下面と中テーブル3の上面には一対のX軸直線運動軸受け5が設けられている。このX軸直線運動軸受け5をずらすためのX方向位置調整ノブ7が上テーブル2の横に設けられている。このX軸方向位置調整ノブ7を手で回すことにより、X軸直線運動軸受け5の位置がずれて、X軸方向に中テーブル3に対して上テーブル2を相対的に移動させることが可能となる。
【0022】
そしてこの中テーブル3の下にはさらに下テーブル4が配置されており、中テーブル3の下面と下テーブル4の上面には一対のY軸直線運動軸受け6が設けられている。このY軸直線運動軸受け6はX軸直線運動軸受け5と直角に設けられている。このY軸直線運動軸受け6をずらすためのY方向位置調整ノブ8が中テーブル3の横の設けられている。このY軸方向位置調整ノブ8を手で回すことにより、Y軸直線運動軸受け6の位置がずれてY軸方向に下テーブル4に対して中テーブル3を相対的に移動させることが可能となる
【0023】
このように試料ステージを駆動させることによって試料台9はX、Y方向に2自由度を持つ。従って平面方向の位置を調整できるようになる。そしてこの試料ステージの中央の上方に顕微鏡を設けることにより、試料台9のほぼ全域に渡って観察することができる。
【0024】
次に試料ステージ駆動機構を有する試料ステージとピエゾアクチュエーター1との構成について説明する。伸縮手段であるピエゾアクチュエーター1は下テーブル中央付近に1つ設けられている。図1に示すように上テーブル2、中テーブル3、下テーブル4にはそれぞれ貫通孔が設けられている。ピエゾアクチュエーター1はこの貫通孔を通るように組み立てられる。よってピエゾアクチュエーター1と上テーブル2の上に配置されている試料台9の裏面が接触する。
【0025】
図2に試料ステージの分解拡大斜視図を示し、さらに詳細に説明する。下テーブル4の中央部付近にはピエゾアクチュエーター1の径より若干大きい径の穴部11が設けられている。また中テーブル3にはピエゾアクチュエーター1の径より若干大きい径の長穴部12が設けられている。その長穴部12は中テーブル3が移動する方向(本実施の形態ではY方向)に長くなっており、その長さは試料台3の長さより若干短くなっている。さらに上テーブル2には試料台9より若干小さい開口部13が設けられている。試料ステージを上述の構造にすることにより、X、Y方向に試料が移動しても、試料台9のほぼ全範囲で試料台9を押し上げることが可能となる。
【0026】
次にピエゾアクチュエーター1の上下方向の伸縮及び試料台9の上下方向の動作を説明する。ピエゾアクチュエーター1は圧電素子であり電圧をかけることにより、その電圧に応じて上下方向に伸縮する。従ってその伸縮幅及び伸縮の繰り返し周波数を容易に設定することができる。操作者はピエゾアクチュエーターコントローラー16を用いることによりピエゾアクチュエーター1に電圧を印加することができる。このピエゾアクチュエーターコントローラーは直流電圧を印加させることができ、その電圧を調整することができる。ここでピエゾアクチュエーター1に10〜20Vの直流電圧を印加するとピエゾアクチュエーター1の先端が数μm伸縮する。図3(a)、図3(b)、図3(c)にこのピエゾアクチュエーター1が伸縮している様子を示す。
【0027】
図3(a)はピエゾアクチュエーター1に電圧を印加している状態を図示している。ピエゾアクチュエーター1にはその電圧により上方向に伸びる力が加わり、上方に伸びた状態になっている。そしてピエゾアクチュエーター1は試料台9を押し上げ、試料台9と上テーブル2が離間した状態で保持される。この状態では試料台9はアクチュエーター1の接触面と試料台9の裏面との摩擦で固定されることとなる。また試料台9の裏面及びピエゾアクチュエーター1の先端はほぼ平坦であるので、水平に押し上げることができる。
【0028】
図3(b)はピエゾアクチュエーター1に電圧を印加していない状態を図示している。ピエゾアクチュエーター1には伸びる力が加わっていないため、電圧を印加した状態に比べて縮んだ状態になっている。よってピエゾアクチュエーター1は試料台9と接触していない状態となる。従って試料台9は上テーブル2と接触している状態となる。
【0029】
図3(c)はピエゾアクチュエーター1に図3(a)の電圧より低い電圧を印加している状態を図示している。ピエゾアクチュエーター1には上方向に伸びる力が加わり、上方に伸びた状態になっている。しかしその力は図3(a)で加わっている力より小さく、伸び量が少ないため試料台9と上テーブル2は離間した状態とはなっていない。従って試料台9はピエゾアクチュエーター1及び上テーブル2の両方に接触した状態となっている。この状態を第1のモードとする。この第1のモードでは、試料台9はアクチュエーター1の接触面と試料台9の裏面との摩擦力及び試料台9の裏面と上ステージ2との摩擦力で固定される。
【0030】
顕微鏡による試料観察時には、ピエゾアクチュエーターコントローラー16を用いてピエゾアクチュエーター1に直流電圧を印加して、図3(c)の第1のモードとする。すなわち試料台9はピエゾアクチュエーター1及び上ステージ2と接触し、これらの間に摩擦力が発生している状態となる。これにより、試料ステージの剛性が低く、設置環境の床振動等によって試料ステージが振動を受けても、試料台9が振動を受けにくくなる。さらにピエゾアクチュエーター1の材質をセラミックなどの剛性の高いものとすることにより、試料台9はより振動しにくくなる。よって試料の位置変動を少なくでき、観察を安定して行うことができる。
【0031】
試料の位置調整時には、ピエゾアクチュエーターコントローラー16を用いて、その印加電圧を0Vに切り替える。そうすることにより図3(b)の試料台9とピエゾアクチュエーター1が離間した状態となる。この状態ではピエゾアクチュエーター1と試料台9の摩擦が生じなくなる。よって試料ステージをスムーズに移動させることができ、試料の位置決めを容易に行うことができる。従って、試料観察時と試料位置調整時とで印加する電圧を切り替えることにより、外部の振動による位置変動が少ない試料ステージと、スムーズに移動できる試料ステージを一つの試料ステージで実現することができる。
【0032】
本実施の形態では位置調整時の印加する電圧を0Vとしたが、電圧は0Vに限らず図3(b)に示す試料台9とピエゾアクチュエーター1が離間した状態を作り出すことができる電圧であればよい。例えば、低い電圧を印加することによって、接触しない程度の伸びを与えてもよい。さらには振幅の小さい交流電圧を与えてもよい。これらによっても同様の効果が得られる。
【0033】
試料位置調整時での試料台9は図3(b)の状態にある。従って試料位置調整時に顕微鏡のフォーカス位置変化がほとんどない。そのため試料台9が高さ方向にほとんど変化しない。よって試料を観察しながら、容易に位置を調整することができ、光学顕微鏡などの顕微鏡や測定器に用いることが好適である。
【0034】
また試料観察時は図3(c)の状態であり、試料位置調整時は図3(b)の状態であるため試料台の高さがほとんど変化しない。よって試料位置調整時と試料観察時での試料に対する顕微鏡のフォーカス位置変化がほとんどなく、ステージ移動時とステージ静止時で焦点位置の再調整が不要になり、操作性が向上する。
【0035】
本発明の実施の形態2.
図4に本発明の実施の形態2にかかる試料ステージの分解斜視図を示す。図1、図2で示した記号と同じ符号を付した構成は、図1又は図2と同一又は相当部を示すため説明を省略する。
【0036】
本実施の形態2でも実施の形態1と同様に、X軸方向位置調整ノブ6とY軸方向位置調整ノブ8を手で回すことによりX、Y方向に試料ステージの位置が調整でき、この試料ステージの中央の上に顕微鏡を設けることにより、試料台9のほぼ全域に渡って観察することができる。
【0037】
実施の形態1とは、板バネ10を用いて試料台9を上テーブル2に固定させた点で異なる。この板バネ10は図4に示すように試料台の四隅に取り付けられ、上テーブル2に対してX、Y方向に固定されている。また板バネ10は弾性体であるため、わずかに上下方向(すなわちZ方向)に対して自由度を持っており、試料台9もZ方向に対して自由度を持つ。よって実施の形態1と同様にピエゾアクチュエーター1に電圧を印加することにより、図3(c)に示すようにピエゾアクチュエーター1が伸びて、試料台9と接触する。試料台9はピエゾアクチュエーター1及び上ステージ2との間に摩擦力が発生している状態となる。さらに板バネ10により抑えられている状態となる。
【0038】
本実施の形態2でも実施の形態1と同様に、試料観察時にはピエゾアクチュエーター1に直流電圧を印加して試料台9を接触させる。ここでは、図3(c)に示す状態とし、これを第1のモードとする。従って試料台9は下からピエゾアクチュエーター1により支持され摩擦力により固定される。さらに上から板バネ10により抑えられている状態となる。これにより、試料ステージの剛性が低くても設置環境の床振動等によって受ける試料ステージの振動を、試料台9が受けにくい構造となる。またピエゾアクチュエーター1の材質をセラミックなどの剛性の高いものとすることにより、試料台9はより振動しにくくなる。従ってX、Y、Z方向のいずれに対しても試料の位置変動を少なくでき、観察を安定して行うことができる。
【0039】
試料位置調整時には実施の形態1と同様に0V又は低い電圧を印加し、図3(b)の状態とすれば同様の効果を得ることができる。従って顕微鏡や測定器に用いることが好適である。
【0040】
また試料台9は板バネ10を用いて上テーブル2に固定されており、この板バネ10はX、Y方向に対しては、ほとんど弾性を持たない。したがって試料台9のX、Y方向及び回転方向に対しての変動を抑制することができる。
【0041】
本実施の形態では試料台9は板バネ10により固定されているため、試料観察時にはさらに高い電圧を印加し、図3(a)の状態としてもよい。この状態では試料台9はピエゾアクチュエーター1と接触し、この間に摩擦力が発生する。上から板バネ10により抑えられている状態となる。これにより、試料ステージの剛性が低くても設置環境の床振動等によって受ける試料ステージの振動を板バネ10が吸収し、試料台9が振動を受けにくい構造となる。またピエゾアクチュエーター1の材質をセラミックなどの剛性の高いものとすることにより、試料台9はより振動しにくくなる。従って同様の効果を得ることができる。さらに電圧の細かな調整が不要となる。
【0042】
上述の場合は試料観察時と試料位置調整時で試料台9の高さが異なる。従って観察時と調整時で試料高さの違いによる焦点位置のずれを合わせる焦点移動手段を設けることが望ましい。例えば移動時と調整時で対物レンズを焦点を調整したり、試料台9に対する顕微鏡の高さを調整してもよい。これにより焦点の再調整が不要となり、操作性が向上する。
【0043】
さらに板バネ10は上下方向に弾性を持つため、試料台が傾いて押し上げられた場合でも四隅に設けられた個々の板バネ10の伸縮により、その傾きを吸収することができる。これにより試料台9を水平に保つことが可能である。
【0044】
これらの効果を得るために板バネ10を設ける場所及び個数は、図4で図示した四隅に4個に限らず、任意の場所に少なくとも2個以上設ければよい。これにより試料台9を持ち上げた時の傾きを吸収することができ、試料台9を水平に保つことができる。
【0045】
また試料台9と上テーブル2を固定するのは板バネ10に限らず、バネ、ゴム等の弾性体であればよい。また固定する箇所は試料台9の上面でなくてもよい。従って図5に示すように、試料台9の下に適当な弾性係数を持つ弾性体のゴム15を設けてもよい。これにより、試料ステージの剛性を高くしなくても設置環境の床振動等によって受ける試料ステージの振動をゴム15が吸収し、試料台9が受けにくい構造となる。よって試料の位置変動を少なくでき、観察を安定して行うことができる。
【0046】
本発明の実施の形態3.
本発明の実施の形態3は上述の実施の形態1、2の試料位置調整時に印加する電圧を変更したものである。従って図1、図2又は図4で示した記号と同じ符号を付した構成は、図1、図2又は図4と同一又は相当部を示すため説明を省略する。本実施の形態ではピエゾアクチュエーターコントローラー16は直流電圧のみでなく,交流電圧を印加することができ、その振幅及び周波数を調整することができる。
【0047】
なお本実施の形態3は実施の形態1で示した板バネ10を備えない構成でも、実施の形態2で示した板バネ10を備える構成でもよい。そして試料観察時は上述の実施の形態と同じであるため、その説明を省略する。
【0048】
試料の位置調整時において、ピエゾアクチュエーターコントローラー16を用いて、その印加電圧を直流電圧から交流電圧に切り替える。ピエゾアクチュエーター1はその電圧に応じて伸縮を繰り返す。従って図3(b)、図3(c)の状態を繰り返している。これを第2のモードとする。そうすることにより図3(b)で示す試料台9とピエゾアクチュエーター1が離間した状態が発生する。この状態ではピエゾアクチュエーター1と試料台9の摩擦が生じなくなる。よって試料ステージをスムーズに移動させることができ、試料の位置決めを容易に行うことができる。従って、試料観察時と試料位置調整時とで印加する電圧を切り替えることにより、外部の振動による位置変動が少ない試料ステージと、スムーズに移動できる試料ステージを一つの試料ステージで実現することができる。
【0049】
本実施の形態で交流電圧の振幅が大きい場合は、図3(a)に示すように試料台9を押し上げることとなり、図3(a)、図3(b)の状態を繰り返すことになる。ここでその交流電圧の周波数を高くしていくと、試料台9の上下の動作がピエゾアクチュエーター1の伸縮動作より遅れることとなる。よってピエゾアクチュエーター1が縮んだ状態では試料台9がピエゾアクチュエーター1及び上テーブル2とも接触していない状態、すなわち図3(d)に示すように宙に浮いている状態となることがある。従って、ピエゾアクチュエーター1と試料台9は図3(d)の状態と図3(a)の状態を繰り返す。この場合では、図3(a)と図3(d)を繰り返している状態が第2のモードとなる。これにより、交流電圧の振幅の調整を容易に行うことができる。また図3(a)の状態と図3(d)の状態を繰り返させるために、ここではその交流電圧の周波数を15〜30kHzとした。この周波数では、ピエゾアクチュエーター1の上下方向の伸縮による騒音を少なくすることができる。
【0050】
上述の実施例では、試料観察時に図3(d)の試料台9とピエゾアクチュエーター1が離間した状態が発生する。従ってピエゾアクチュエーター1と試料台9の摩擦が生じなくなる。よって板バネ10を備えていれば、試料ステージをスムーズに移動させることができ、試料の位置決めを容易に行うことができる。従って、試料観察時と試料位置調整時とで印加する電圧を切り替えることにより、外部の振動による位置変動が少ない試料ステージと、スムーズに移動できる試料ステージを一つの試料ステージで実現することができる。
【0051】
上述の場合、試料観察時と試料位置調整時で試料台9の高さが異なる。従って観察時と調整時で試料高さの違いによる焦点位置のずれを合わせる焦点移動手段を設けることが望ましい。例えば移動時と調整時で対物レンズを焦点を調整したり、試料台9に対する顕微鏡の高さを調整してもよい。これにより焦点の再調整が不要となり、操作性が向上する。
【0052】
また、試料位置調整時での試料に対する顕微鏡のフォーカス位置変化がほとんどないため、試料が高さ方向にほとんど変化しない。よって試料を観察しながら、容易に位置を調整することができる。従って光学顕微鏡などの顕微鏡に用いることが好適である。
【0053】
発明の実施の形態4.
本実施の形態4にかかる試料ステージは、上述の実施の形態1、2、3の試料ステージの操作性を向上させたものである。実施の形態1、2、3では、ピエゾアクチュエーター1に印加する電圧の切り替えを、ピエゾアクチュエーターコントローラー16を用いて手動で行っていた。本実施の形態4では、この電圧の切り替えを、試料ステージに設けられた検出器により自動的に行うものである。図6を用いて本実施の形態4にかかる試料ステージを説明する。図6は本実施の形態にかかる試料ステージの分解斜視図である。図1、図2又は図4で示した記号と同じ符号を付した構成は、図1、図2又は図4と同一又は相当部を示すため説明を省略する。図6では実施の形態3にかかる試料ステージに上述の印加電圧の自動切換手段を設けたものを図示したが実施の形態1、2にかかる試料ステージに本自動切換手段を設けても、同様の効果が得られる。
【0054】
本実施の形態4では判別手段として静電容量検出器14が設けられている点で異なる。静電容量検出器14はX方向位置調整ノブ7及びY方向位置調整ノブ8と接続されている。その静電容量検出器14はピエゾアクチュエーターコントローラー16と接続されている。そしてピエゾアクチュエーターコントローラー16はピエゾアクチュエーター1と接続されており、電圧を印加する。
【0055】
試料位置調整時には、操作者がX方向位置調整ノブ7またはY方向位置調整ノブ8を手で回し、試料ステージを駆動させることとなる。試料観察時には操作者は試料台の位置が変動しないようにX方向位置調整ノブ7及びY方向位置調整ノブから手を離し、試料ステージを静止させる。従って位置調整時にはノブと操作者の手が接触することとなり、試料観察時にはノブと操作者の手が接触していないこととなる。
【0056】
静電容量検出器14を用いて、このX方向位置調整ノブ7及びY方向位置調整ノブの静電容量を観察しておく。操作者の手がX、Yどちらかのノブに触れている時は静電容量が変化するため、試料ステージが駆動しているか否かを判別することができる。これにより試料観察時か位置調整時かを判別することができる。そして操作者の手がどちらかのノブに触れ、位置調整時と判別した場合は、ピエゾアクチュエーターコントローラー16はピエゾアクチュエーター1に交流電圧を印加すればよい。従ってピエゾアクチュエーター1は第2のモードの動作を行う。逆に操作者の手がどちらのノブに触れておらず、試料観察時と判別した場合は、ピエゾアクチュエーターコントローラー16はピエゾアクチュエーター1に直流電圧を印加すればよい。従ってピエゾアクチュエーター1は第1のモードの動作を行う。
【0057】
これにより操作者がピエゾアクチュエーターコントローラー16を操作することなく第1のモードと第2のモードの切り替えを行うことができる。従って試料観察時には試料位置が安定し、かつ試料をスムーズに移動できる試料ステージの操作性を向上させることができる。さらに操作性が向上する。
【0058】
位置調整時と判別した場合は、実施の形態1又は2と同じようにピエゾアクチュエーターコントローラー16はピエゾアクチュエーター1に0Vまたは低い電圧さらには振幅の小さい交流電圧を印加することも可能である。これにより図3(b)の状態が第2のモードとなる。これにより同様の効果が得られる。
【0059】
本実施の形態において、振幅の大きい交流電圧が印加されると第2のモードで図3(a)と図3(d)を繰り返す。従って試料観察時と位置調整時で試料高さが異なり、焦点位置がずれてしまう。この焦点位置のずれを検出し、印加する交流電圧の振幅、周波数等を調整する回路をアクチュエーターコントローラー16に設けることにより、ステージ移動時とステージ静止時で焦点位置の再調整が不要になり、操作性が向上する。
【0060】
図6には静電容量検出器14を用いて、電圧の自動切換えを行ったが、その他の電気的な方法で操作者の手とノブが接触しているかを検出してもよい。例えば商用電源の誘導を検出してもよいし、またノブに微弱電流を流しておき、操作者の手とノブが接触した時の電流の変化を検出してもよい。これらでも同様の効果を発揮することができる。
【0061】
さらには上述の電気的な検出方法以外の検出方法で検出してもよい。例えば、ステージの駆動系の機構にかかっている応力をひずみゲージで測定することによって、応力の直流成分が増加したら操作者がノブを回していると判別してもよい。また操作者と位置調整ノブとの間にエリアセンサーなどの光学センサーを設け、センサーの光が遮られたら位置調整時と判別することもできる。また位置調整ノブの手前に扉を設けて、その扉の開閉によって判別してもよい。これらの方法でも同様の効果を発揮することができる。
【0062】
その他の実施の形態.
上述の実施の形態では、ピエゾアクチュエーター1が試料台9と接触する面は平面として図示したが、図7に示すように凸型の球面としてもよい。さらには緩い凸型の球面であることが望ましい。これにより、ピエゾアクチュエーターが試料台に対して傾いて伸びた場合でも、その傾きを吸収することができ、試料台を水平に押し上げることができる。さらに試料台の裏面の材質を硬度の高いSK材のような工具鋼やステンレス鋼としてもよい。これによりピエゾアクチュエーター1の伸縮による、試料台9の裏面の変形を抑えることができる。同様にピエゾアクチュエーター1の先端の接触部を硬度の高いSK材のような工具鋼やステンレス鋼としてもよい。これによりピエゾアクチュエーター1の先端部の変形を抑えることができ耐久性を向上させることができる。
【0063】
上述の実施の形態では、試料台9を押し上げる伸縮手段をピエゾアクチュエーター(圧電素子)としたが、ボイスコイル等の電磁的に伸縮する伸縮部材を用いても同様の効果を発揮することができる。またピエゾアクチュエーター1に印加する電圧又はその交流電圧の周波数、振幅を可変させる機構を設け、試料の重量等に応じて調整できるようにしてもよい。また交流電圧の波形は正弦波、矩形波又は鋸歯状波のいずれでもよく、またそれ以外の波形でも同様の効果を得ることができる。さらには交流電圧と直流電圧を重畳させても同様の効果を得ることができる。また伸縮手段でなくても、一部が上下方向に移動することによって試料台を押し上げる支持手段であってもよい。
【0064】
上述の実施の形態では、ピエゾアクチュエーター1は試料ステージの中央部に一つのみ設けたが、図8のように3点で試料台9を支持することも可能である。これにより、個々のピエゾアクチュエーター1の高さをピエゾアクチュエーター1に印加する電圧を制御することにより調整することで、試料台9の水平を微調整することができる。さらにこの場合、試料ステージの中央付近にピエゾアクチュエーター1が存在しないので透過型顕微鏡を用いることも可能となる。またここで図示した3点以外にも任意の場所に複数のピエゾアクチュエーター1を設ければ、同様に水平を微調整することができる。また試料台の中央部付近にピエゾアクチュエーター1を設けなければ、透過型顕微鏡に用いることも可能となる。
【0065】
上述の実施の形態では、試料の位置調整はX方向とY方向の位置調整ノブにより行うこととしたが、ノブに限らずレバー、つまみ又はダイヤル等を用いて位置調整を行ってもよい。さらにこれらのレバー、ダイヤル又はつまみ等に静電容量検出器等の検出器を設けて、直流電圧と交流電圧の印加を切り替えてもよい。また直角のX、Y方向に限られず平面方向に位置調整をできればよい。例えば、直角でない2方向に直線運動軸受けを設け、位置調整ができるようにしてもよい。さらにr、θ方向に位置調整ができるようにしてもよい。この場合、円形の試料又は試料台に用いることが有用である。さらにはX方向またはθ方向の1自由度のみの駆動機構を有している試料ステージでもよい。
【0066】
本発明にかかる試料ステージは手動で位置調整を行う顕微鏡に用いることが好適である。さらに試料ステージ駆動機構を有する光学顕微鏡、電子顕微鏡又はレーザー顕微鏡等いかなる顕微鏡にも用いることができる。また試料の寸法や高さを測定する顕微鏡に用いることも可能である。
【0067】
また本発明にかかる試料ステージは自動で試料台位置の移動を行う顕微鏡、例えば走査型顕微鏡に用いることも可能である。この場合、試料ステージの駆動回路中に試料台位置の移動中か静止中かを判別する回路を組み込むことにより、同様の効果を得ることができる。
【0068】
さらに本発明にかかる試料ステージは顕微鏡だけでなく、位置調整機能を備えるその他の観察機器、測定機器、分析装置、検査装置にも用いることも可能である。
【0069】
【発明の効果】
本発明によれば、試料観察時には試料位置が安定し、かつ試料をスムーズに移動できる試料ステージ及びそれを用いた顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1にかかる試料ステージの分解斜視図である。
【図2】本発明の実施の形態1にかかる試料ステージの分解拡大斜視図である。
【図3】図3(a)〜(c)は本発明にかかる試料ステージの試料台とピエゾアクチュエーターとの接触部の断面拡大図である。
図3(a)はピエゾアクチュエーターが伸びて、押し上げた状態を示す図である。
図3(b)はピエゾアクチュエーターが縮んだ状態を示す図である。
図3(c)はピエゾアクチュエーターが伸びて、試料台と接触した状態を示す図である。
図3(d)はピエゾアクチュエーターが高い周波数で伸縮して、試料台が宙に浮いた状態を示す図である。
【図4】本発明の実施の形態2にかかる試料ステージの分解拡大斜視図である。
【図5】本発明の実施の形態2にかかる別形態の試料ステージの断面拡大図である。
【図6】本発明の実施の形態4にかかる試料ステージの分解斜視図である。
【図7】本発明のその他の実施の形態にかかる試料ステージに用いられるピエゾアクチュエーターの先端部の拡大図である。
【図8】本発明のその他の実施の形態にかかる試料ステージのピエゾアクチュエーターの配置図である。
【図9】従来技術による試料ステージの分解斜視図である。
【符号の説明】
1 ピエゾアクチュエーター
2 上テーブル
3 中テーブル
4 下テーブル
5 X軸直線運動軸受け
6 Y軸直線運動軸受け
7 X方向位置調整ノブ
8 Y方向位置調整ノブ
9 試料台
10 板バネ
11 穴部
12 長穴部
13 開口部
14 静電容量検出器
15 ゴム
16 ピエゾアクチュエーターコントローラー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sample stage, and more particularly to a sample stage used in a microscope.
[0002]
[Prior art]
Some sample stages of a microscope have a structure in which the sample is moved in two directions of X and Y directions in order to adjust the position of the sample. The structure of the sample stage according to the prior art will be described with reference to FIG. FIG. 9 is an exploded perspective view of a sample stage according to the prior art.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional sample stage, when the rigidity of the linear motion bearing and the stage components is low, there is a problem that the sample vibrates during observation due to floor vibrations in the installation environment and the observation becomes difficult. Further, if the rigidity is increased in order to make it difficult to receive vibration, there is a problem that the linear motion bearing does not play and the sample stage does not move smoothly. Therefore, it has been difficult to realize a sample stage with little positional fluctuation due to external vibration and a sample stage that can move smoothly with one sample stage.
[0004]
The present invention has been made to solve such problems, and provides a sample stage in which the sample position is stable and the sample can be smoothly moved during sample observation, and a microscope or measuring instrument using the sample stage. The purpose is to do.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The first sample stage according to the present invention is a sample stage (for example, the sample table 9 in the embodiment of the present invention) on which a sample table is placed, and the sample table is moved in the horizontal direction to A sample stage drive mechanism for adjusting the position (for example, a sample comprising the X-axis linear motion bearing 5, the Y-axis linear motion bearing 6, the X-direction position adjustment knob 7 and the Y-direction position adjustment knob 8 in the embodiment of the present invention) Stage support mechanism) and support means (for example, the
[0006]
The second sample stage according to the present invention is a sample stage (for example, the sample table 9 in the embodiment of the present invention) on which the sample table is placed, and the sample table is moved in the horizontal direction, A sample stage drive mechanism for adjusting the position (for example, a sample comprising the X-axis linear motion bearing 5, the Y-axis linear motion bearing 6, the X-direction position adjustment knob 7 and the Y-direction position adjustment knob 8 in the embodiment of the present invention) A stage driving mechanism), an elastic body (for example, the
[0007]
A third sample stage according to the present invention is the second sample stage according to the present invention, wherein the elastic body is a leaf spring. As a result, the sample position is stable during sample observation, and the sample can be moved smoothly.
[0008]
A fourth sample stage according to the present invention is any one of the first to third sample stages according to the present invention, and is a control means (for example, a book) that controls a part of the vertical movement operation by the support means. The piezoelectric actuator controller 16) according to the embodiment of the invention includes a piezo actuator controller 16), and this control means holds a part of the support means in a state of being moved upward, and a part of the support means in the vertical direction. At least a second mode in which the movement is repeated, and in a state where a part of the support means is moved upward in the first mode, a part of the support means is in contact with the sample stage. In the second mode, in a state where a part of the support means is moved upward, a part of the support means is in contact with the sample stage, and in the second mode, the support means In a state where the part is moved downward, in which the part of the support means sample stage is separated. As a result, the sample position is stable during sample observation, and the sample can be moved smoothly.
[0009]
The microscope according to the present invention is a microscope using a fourth sample stage, and includes a focus moving unit that adjusts a focus shift between the first mode and the second mode. This eliminates the need for readjustment of the focal position and improves operability.
[0010]
The fifth sample stage according to the present invention is the fourth sample stage according to the present invention, and is supported so that the sample height is substantially the same between the first mode and the second mode. The height is adjusted by means. This eliminates the need for readjustment of the focal position and improves operability.
[0011]
A sixth sample stage according to the present invention is any one of the first to fifth sample stages according to the present invention, and the support means is an expansion / contraction means that expands and contracts in the vertical direction (for example, a piezo actuator according to an embodiment of the present invention). 1). As a result, the sample position is stable during sample observation, and the sample can be moved smoothly.
[0012]
The seventh sample stage according to the present invention is any one of the fourth to sixth sample stages according to the present invention, and a determination means for determining whether or not the sample stage driving mechanism is in operation (for example, the present invention A capacitance detector 14) according to an embodiment of the invention, and when the control means determines that the sample stage drive mechanism is in operation, the second mode is executed, and the sample stage is When it is determined that the drive mechanism is not in an operating state, the first mode is executed. As a result, the sample position is stable during sample observation, and the sample can be moved smoothly. Furthermore, operability can be improved.
[0013]
An eighth sample stage according to the present invention is the seventh sample stage according to the present invention, wherein the determining means determines by detecting a change in capacitance of the sample stage driving mechanism. To do. As a result, the sample position is stable during sample observation, and the sample can be moved smoothly. Furthermore, operability can be improved.
[0014]
A ninth sample stage according to the present invention is the seventh sample stage according to the present invention, characterized in that the discrimination means discriminates by detecting induction of a commercial power source. As a result, the sample position is stable during sample observation, and the sample can be moved smoothly. Furthermore, operability can be improved.
[0015]
The tenth sample stage according to the present invention is the seventh sample stage according to the present invention, wherein the determining means is determined by detecting a change in current flowing in a part of the sample stage driving mechanism. It is characterized by. As a result, the sample position is stable during sample observation, and the sample can be moved smoothly. Furthermore, operability can be improved.
[0016]
An eleventh sample stage according to the present invention is the seventh sample stage according to the present invention, wherein the determining means is determined by measuring a stress applied to the sample stage driving mechanism. is there. As a result, the sample position is stable during sample observation, and the sample can be moved smoothly. Furthermore, operability can be improved.
[0017]
A twelfth sample stage according to the present invention is the seventh sample stage according to the present invention, wherein the determining means is determined by an optical sensor that detects light shielding around the sample stage driving mechanism. The sample stage according to claim 7. To do. As a result, the sample position is stable during sample observation, and the sample can be moved smoothly. Furthermore, operability can be improved.
[0018]
A thirteenth sample stage according to the present invention is any one of the first to twelfth sample stages according to the present invention, wherein a repetition frequency of a part of the vertical movement in the support means is 15 kHz to 30 kHz. It is a feature. Thereby, the noise by the operation | movement of an up-down direction can be made small.
[0019]
The sample stage according to the present invention is preferably used for either a microscope or a measuring instrument.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The configuration of the sample stage according to the first embodiment is shown in FIGS. FIG. 1 is an exploded perspective view of a sample stage according to the first embodiment. 1 is a piezo actuator, 2 is an upper table, 3 is a middle table, 4 is a lower table, 5 is an X-axis linear motion bearing, 6 is a Y-axis linear motion bearing, 7 is an X-direction position adjustment knob, and 8 is a Y-direction position adjustment. Knob, 9 is a sample stage, 11 is a hole, 12 is a long hole, 13 is an opening, and 16 is a piezo actuator controller.
[0021]
First, the driving mechanism of the sample stage according to the present invention will be described. In the sample stage according to the present invention, the X-axis
[0022]
A lower table 4 is further disposed below the middle table 3, and a pair of Y-axis
[0023]
By driving the sample stage in this way, the sample stage 9 has two degrees of freedom in the X and Y directions. Accordingly, the position in the plane direction can be adjusted. By providing a microscope above the center of the sample stage, observation can be made over almost the entire area of the sample stage 9.
[0024]
Next, the configuration of the sample stage having the sample stage drive mechanism and the
[0025]
FIG. 2 shows an exploded enlarged perspective view of the sample stage, which will be described in more detail. A
[0026]
Next, the vertical expansion and contraction of the
[0027]
FIG. 3A illustrates a state in which a voltage is applied to the
[0028]
FIG. 3B illustrates a state where no voltage is applied to the
[0029]
FIG. 3C illustrates a state where a voltage lower than the voltage of FIG. 3A is applied to the
[0030]
At the time of sample observation with a microscope, a direct current voltage is applied to the
[0031]
When adjusting the position of the sample, the applied voltage is switched to 0 V using the
[0032]
In this embodiment, the applied voltage at the time of position adjustment is set to 0 V. However, the voltage is not limited to 0 V, and may be a voltage that can create a state in which the sample stage 9 and the
[0033]
The sample stage 9 at the time of sample position adjustment is in the state shown in FIG. Therefore, there is almost no change in the focus position of the microscope when adjusting the sample position. Therefore, the sample stage 9 hardly changes in the height direction. Therefore, the position can be easily adjusted while observing the sample, and it is suitable for use in a microscope such as an optical microscope or a measuring instrument.
[0034]
In addition, the sample stage is in the state shown in FIG. 3C, and the sample position is adjusted in the state shown in FIG. Therefore, there is almost no change in the focus position of the microscope with respect to the sample when adjusting the sample position and when observing the sample, and it becomes unnecessary to readjust the focus position when the stage is moved and when the stage is stationary, thereby improving operability.
[0035]
FIG. 4 shows an exploded perspective view of the sample stage according to the second embodiment of the present invention. The configurations denoted by the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 and 2 are the same as or equivalent to those in FIG.
[0036]
In the second embodiment, similarly to the first embodiment, the position of the sample stage can be adjusted in the X and Y directions by manually turning the X-axis direction
[0037]
This embodiment is different from the first embodiment in that the sample stage 9 is fixed to the upper table 2 using the
[0038]
In the second embodiment, as in the first embodiment, a DC voltage is applied to the
[0039]
When adjusting the sample position, the same effect can be obtained by applying 0 V or a low voltage in the same manner as in the first embodiment to obtain the state shown in FIG. Therefore, it is suitable for use in a microscope or a measuring instrument.
[0040]
Further, the sample stage 9 is fixed to the upper table 2 using a
[0041]
In the present embodiment, since the sample stage 9 is fixed by the
[0042]
In the above case, the height of the sample stage 9 is different between the sample observation and the sample position adjustment. Therefore, it is desirable to provide a focal point moving means for adjusting the deviation of the focal position due to the difference in sample height during observation and during adjustment. For example, the focal point of the objective lens may be adjusted during movement and adjustment, or the height of the microscope relative to the sample stage 9 may be adjusted. This eliminates the need for readjustment of the focus and improves operability.
[0043]
Further, since the
[0044]
In order to obtain these effects, the number and location of the
[0045]
The sample table 9 and the upper table 2 are not limited to the
[0046]
In the third embodiment of the present invention, the voltage applied during the sample position adjustment in the first and second embodiments is changed. Therefore, since the structure which attached | subjected the same code | symbol as the symbol shown in FIG.1, FIG.2 or FIG.4 shows the same or equivalent part as FIG.1, FIG.2 or FIG.4, description is abbreviate | omitted. In the present embodiment, the
[0047]
The third embodiment may be configured without the
[0048]
When adjusting the position of the sample, the applied voltage is switched from a DC voltage to an AC voltage using the
[0049]
When the amplitude of the AC voltage is large in this embodiment, the sample stage 9 is pushed up as shown in FIG. 3A, and the states of FIGS. 3A and 3B are repeated. Here, when the frequency of the AC voltage is increased, the vertical movement of the sample stage 9 is delayed from the expansion / contraction operation of the
[0050]
In the above-described embodiment, a state in which the sample table 9 and the
[0051]
In the above case, the height of the sample stage 9 is different between the sample observation and the sample position adjustment. Therefore, it is desirable to provide a focal point moving means for adjusting the deviation of the focal position due to the difference in sample height during observation and during adjustment. For example, the focal point of the objective lens may be adjusted during movement and adjustment, or the height of the microscope relative to the sample stage 9 may be adjusted. This eliminates the need for readjustment of the focus and improves operability.
[0052]
In addition, since there is almost no change in the focus position of the microscope with respect to the sample during sample position adjustment, the sample hardly changes in the height direction. Therefore, the position can be easily adjusted while observing the sample. Therefore, it is suitable for use in a microscope such as an optical microscope.
[0053]
The sample stage according to the fourth embodiment is obtained by improving the operability of the sample stages of the first, second, and third embodiments. In the first, second, and third embodiments, the voltage applied to the
[0054]
The fourth embodiment is different in that a capacitance detector 14 is provided as a discrimination means. The capacitance detector 14 is connected to the X direction position adjusting knob 7 and the Y direction position adjusting knob 8. The capacitance detector 14 is connected to a
[0055]
When adjusting the sample position, the operator turns the X direction position adjustment knob 7 or the Y direction position adjustment knob 8 by hand to drive the sample stage. When observing the sample, the operator releases his / her hands from the X direction position adjustment knob 7 and the Y direction position adjustment knob so that the position of the sample stage does not fluctuate, and stops the sample stage. Therefore, the knob and the operator's hand are in contact with each other during position adjustment, and the knob and the operator's hand are not in contact with each other during sample observation.
[0056]
Using the capacitance detector 14, the capacitances of the X direction position adjustment knob 7 and the Y direction position adjustment knob are observed in advance. Since the capacitance changes when the operator's hand is touching either the X or Y knob, it can be determined whether or not the sample stage is being driven. This makes it possible to determine whether the sample is being observed or the position is being adjusted. If the operator's hand touches one of the knobs and determines that the position is being adjusted, the
[0057]
Thereby, the operator can switch between the first mode and the second mode without operating the
[0058]
When it is determined that the position is adjusted, the
[0059]
In the present embodiment, when an AC voltage having a large amplitude is applied, FIG. 3A and FIG. 3D are repeated in the second mode. Therefore, the sample height is different between the sample observation and the position adjustment, and the focal position is shifted. By providing the
[0060]
Although the automatic voltage switching is performed using the capacitance detector 14 in FIG. 6, it may be detected whether the operator's hand is in contact with the knob by other electrical methods. For example, induction of a commercial power source may be detected, or a weak current may be passed through the knob, and a change in current when the operator's hand and the knob come into contact may be detected. These can also exhibit the same effect.
[0061]
Furthermore, the detection may be performed by a detection method other than the electrical detection method described above. For example, by measuring the stress applied to the mechanism of the stage drive system with a strain gauge, it may be determined that the operator is turning the knob when the DC component of the stress increases. Further, an optical sensor such as an area sensor is provided between the operator and the position adjustment knob, and when the light from the sensor is blocked, it can be determined that the position is being adjusted. Alternatively, a door may be provided in front of the position adjustment knob, and the determination may be made by opening and closing the door. These methods can also exhibit the same effect.
[0062]
Other embodiments.
In the above-described embodiment, the surface on which the
[0063]
In the above-described embodiment, the expansion / contraction means for pushing up the sample stage 9 is a piezo actuator (piezoelectric element). However, the same effect can be exhibited even when an electromagnetic expansion / contraction member such as a voice coil is used. Further, a mechanism for changing the frequency and the amplitude of the voltage applied to the
[0064]
In the above-described embodiment, only one
[0065]
In the above-described embodiment, the position adjustment of the sample is performed by using the position adjustment knobs in the X direction and the Y direction. Furthermore, a detector such as a capacitance detector may be provided on these levers, dials, knobs, etc., and the application of the DC voltage and the AC voltage may be switched. Further, it is not limited to the right-angle X and Y directions, and it is only necessary to adjust the position in the plane direction. For example, linear motion bearings may be provided in two directions that are not perpendicular so that the position can be adjusted. Further, the position may be adjusted in the r and θ directions. In this case, it is useful to use it for a circular sample or a sample stage. Further, it may be a sample stage having a drive mechanism having only one degree of freedom in the X direction or the θ direction.
[0066]
The sample stage according to the present invention is preferably used in a microscope for manually adjusting the position. Furthermore, it can be used for any microscope such as an optical microscope, an electron microscope or a laser microscope having a sample stage driving mechanism. It can also be used in a microscope for measuring the size and height of a sample.
[0067]
The sample stage according to the present invention can also be used in a microscope that automatically moves the position of the sample stage, such as a scanning microscope. In this case, a similar effect can be obtained by incorporating a circuit for determining whether the sample stage position is moving or stationary in the sample stage drive circuit.
[0068]
Furthermore, the sample stage according to the present invention can be used not only for a microscope but also for other observation equipment, measurement equipment, analysis equipment, and inspection equipment having a position adjusting function.
[0069]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a sample stage in which the sample position is stable during sample observation and the sample can be moved smoothly, and a microscope using the sample stage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a sample stage according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded enlarged perspective view of the sample stage according to the first embodiment of the present invention.
FIGS. 3A to 3C are enlarged sectional views of a contact portion between a sample stage and a piezo actuator of a sample stage according to the present invention.
FIG. 3A is a diagram illustrating a state in which the piezo actuator is extended and pushed up.
FIG. 3B is a diagram illustrating a state in which the piezo actuator is contracted.
FIG. 3C is a diagram showing a state where the piezo actuator is extended and is in contact with the sample stage.
FIG. 3D is a diagram showing a state in which the piezo actuator expands and contracts at a high frequency and the sample stage floats in the air.
FIG. 4 is an exploded enlarged perspective view of a sample stage according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of another type of sample stage according to the second exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an exploded perspective view of a sample stage according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an enlarged view of a tip portion of a piezo actuator used in a sample stage according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a layout view of a piezo actuator of a sample stage according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an exploded perspective view of a sample stage according to the prior art.
[Explanation of symbols]
1 Piezo actuator
2 Upper table
3 middle table
4 Lower table
5 X axis linear motion bearing
6 Y-axis linear motion bearing
7 X direction position adjustment knob
8 Y-direction position adjustment knob
9 Sample stage
10 leaf spring
11 hole
12 Slotted hole
13 opening
14 Capacitance detector
15 Rubber
16 Piezo actuator controller
Claims (17)
前記試料台を水平方向に移動させて、当該試料台の位置を調整する試料ステージ駆動機構と、
前記試料台の下に設けられ、一部が上下方向に移動する支持手段とを備え、
前記支持手段は、その一部が上方向に移動した状態において、当該支持手段の一部と前記試料台とが接触し、その一部が下方向に移動した状態において、当該支持手段の一部と当該試料台とが離間する試料ステージ。A sample stage on which a sample stage is placed,
A sample stage drive mechanism for moving the sample stage in the horizontal direction and adjusting the position of the sample stage;
Provided below the sample table, and a part of which is vertically supported, and a supporting means,
In a state where a part of the support means is moved upward, a part of the support means is in contact with a part of the support means and the sample stage, and a part of the support means is moved downward. And a sample stage in which the sample stage is separated.
前記試料台を水平方向に移動させて、当該試料台の位置を調整する試料ステージ駆動機構と、
上下方向に自由度を有し、当該試料台と前記試料ステージを固定する弾性体と、
前記試料台の下に設けられ、一部が上下方向に移動する支持手段とを備え、
前記支持手段は、その一部が上方向に移動した状態において、当該支持手段の一部と前記試料台とが接触し、その一部が下方向に移動した状態において、当該支持手段の一部と当該試料台とが離間する試料ステージ。A sample stage on which a sample stage is placed,
A sample stage drive mechanism for moving the sample stage in the horizontal direction and adjusting the position of the sample stage;
An elastic body having a degree of freedom in the vertical direction and fixing the sample stage and the sample stage;
Provided below the sample table, and a part of which is vertically supported, and a supporting means,
In a state where a part of the support means is moved upward, a part of the support means is in contact with a part of the support means and the sample stage, and a part of the support means is moved downward. And a sample stage in which the sample stage is separated.
前記支持手段による一部の上下方向の移動動作を制御する制御手段を備え、
この制御手段は、前記支持手段の一部を上方向に移動した状態で保持する第1のモードと、前記支持手段の一部を上下方向への移動を繰り返させる第2のモードとを少なくとも実行し、
前記第1のモードにおいて、前記支持手段の一部が上方向に移動した状態では、当該支持手段の一部と前記試料台とが接触し、
前記第2のモードにおいて、前記支持手段の一部が上方向に移動した状態では、当該支持手段の一部と前記試料台とが接触し、
前記第2のモードにおいて、前記支持手段の一部が下方向に移動した状態では、当該支持手段の一部と前記試料台が離間する試料ステージ。The sample stage according to any one of claims 1 to 3,
Control means for controlling a part of the vertical movement operation by the support means,
The control means executes at least a first mode in which a part of the support means is held in a state of being moved upward, and a second mode in which a part of the support means is repeatedly moved up and down. And
In the first mode, in a state where a part of the support means is moved upward, a part of the support means and the sample stage are in contact with each other,
In the second mode, in a state where a part of the support means is moved upward, a part of the support means and the sample stage are in contact with each other,
In the second mode, the sample stage in which a part of the support unit and the sample stage are separated in a state where a part of the support unit is moved downward.
前記第1のモードと前記第2のモードでの焦点のずれを合わせる焦点移動手段を備えることを特徴とする顕微鏡。A microscope using the sample stage according to claim 4,
A microscope comprising: a focus moving unit that adjusts a focus shift between the first mode and the second mode.
当該圧電素子に電圧を印加することにより、当該圧電素子の伸縮が行われることを特徴とする請求項7記載の試料ステージ。The expansion and contraction means is a piezoelectric element;
The sample stage according to claim 7, wherein the piezoelectric element is expanded and contracted by applying a voltage to the piezoelectric element.
前記試料ステージ駆動機構を動作させる状態か否かを判別する判別手段を備え、
前記制御手段は前記試料ステージ駆動機構を動作させる状態であると判別した時は前記第2のモードを実行し、
前記試料ステージ駆動機構を動作させる状態にないと判別した時は前記第1のモードを実行することを特徴とする試料ステージ。The sample stage according to claim 4 or 6 to 8,
A determination means for determining whether or not the sample stage drive mechanism is in operation;
When it is determined that the control means is in a state of operating the sample stage driving mechanism, the second mode is executed.
The sample stage is characterized in that the first mode is executed when it is determined that the sample stage drive mechanism is not in an operating state.
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