(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【数１】
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ここで、ｖ（ｔ）は矩形波、ｖ０は矩形波の振幅、ｎは整数である。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−１３６３１８号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】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  1999
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【発明の効果】
【００２８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図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。
【図２】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３】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。
【図４Ａ】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。
【図４Ｂ】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。
【図４Ｃ】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。
【図４Ｄ】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５】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６】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。
【図７】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】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】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。
【図１０Ａ】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】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。
【図１１】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１２】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。
【図１３Ａ】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】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。
【図１４Ａ】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】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７Ａ】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。
【図１７Ｂ】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。
【図１７Ｃ】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１８Ａ】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。
【図１８Ｂ】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。
【図１８Ｃ】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１９】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。
【図２０Ａ】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】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。
【図２０Ｃ】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。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
（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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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ω１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。
【００７２】
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ω１の３倍の周波数ω２（ω２＝３ω１）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。
【００７３】
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ω１の３倍の周波数ω２（ω２＝３ω１）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。
【００７４】
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ＬＡ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ω２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。
ＬＡ≒１／（ω２２・ＣｄＡ）＝１／｛（３ω１）２・ＣｄＡ｝      …（２）
【００７５】
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ＬＢ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ω２と一致する。すなわち、以下の式（３）を満たすものである。
ＬＢ≒１／（ω２２・ＣｄＢ）＝１／｛（３ω１）２・ＣｄＢ｝      …（３）
【００７６】
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。
【００７７】
電力増幅器３５及び１１は、周波数がω１，ω２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。
【００７８】
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ω１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ω２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ω２で電気的に共振するように、あらかじめインダクタンスＬＡを微調整しておく。
【００７９】
第１の周波信号発生器４１の周波数成分（ω１）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ω１の大きな振動速度で振動する。このとき、周波数ω２より低い周波数のω１の電力エネルギーはインダクタ３３による損失はない。
【００８０】
第２の周波信号発生器４２の周波数成分（ω２）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ω２の大きな振動速度で振動する。
【００８１】
このようにして周波数ω１とω２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ω２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。
【００８２】
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。
【００８３】
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ω１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ω２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ω２で電気的に共振するように、あらかじめインダクタンスＬＢを微調整しておく。
【００８４】
第３の周波信号発生器４３の周波数成分（ω１）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ω１の大きな振動速度で振動する。このとき、周波数ω２より低い周波数の周波数ω１の電力エネルギーはインダクタ３４による損失はない。
【００８５】
第４の周波信号発生器４４の周波数成分（ω２）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ω２の大きな振動速度で振動する。
【００８６】
なお、ここでの超音波振動子３０の振動のうち周波数ω２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ω１とω２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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
なお、周波数ω１の３倍の周波数ω２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ω１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。
【００９１】
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。
【００９２】
（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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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ω３は長さＬ１にかかわる縦１次モードの共振周波数ω４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ω３と一致させてある。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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ＬＣと電気的な共振を生じ、その共振周波数ω５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ω３のちょうど５倍になるようにインダクタンスＬＣを設定する。すなわち、インダクタンスＬＣは、以下の式（４）を満たすものとする。
ＬＣ≒１／（ω５２・Ｃｄ３）＝１／｛（５ω３）２・Ｃｄ３｝      …（４）
【０１０３】
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ＬＤと電気的な共振を生じ、その共振周波数ω４が超音波振動子１３０の屈曲２次モードの共振周波数ω３のちょうど３倍になるようにインダクタンスＬＤを設定する。すなわち、インダクタンスＬＤは、以下の式（５）を満たすものとする。
ＬＤ≒１／（ω４２・Ｃｄ４）＝１／｛（３ω３）２・Ｃｄ４｝      …（５）
【０１０４】
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。
【０１０５】
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ω３になるように構成される。
【０１０６】
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ω３になるように構成される。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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ω３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。
【０１０９】
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ω３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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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ω３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ω４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ω５より低い周波数の周波数ω３とω４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。
【０１１２】
Ｄ／Ａ変換器１３７から出力された周波数成分が周波数ω５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ω５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ω５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ω３の縦振動に周波数ω４とω５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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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ω３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ω４より低い周波数の周波数ω３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。
【０１１６】
Ｄ／Ａ変換器から出力された周波数成分が周波数ω４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ω４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ω４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ω３の屈曲振動に周波数ω４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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
（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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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Ｅｏ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。
【０１２４】
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Ｅｏ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。
【０１２５】
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ＬＥとで電気的な共振を生じ、その共振周波数ω７が超音波振動子２３０の縦１次モードの共振周波数ω６のちょうど３倍になるようにインダクタンスＬＥ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ＬＥが設定される。
ＬＥ≒１／｛ω７２・（Ｃｄ５＋ＣＴ５）｝＝１／｛（３ω６）２・（Ｃｄ５＋ＣＴ５）｝      …（６）
【０１２６】
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ＬＦとで電気的な共振を生じ、その共振周波数ω７が超音波振動子２３０の屈曲２次モードの共振周波数ω６のちょうど３倍になるようにインダクタンスＬＦ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ＬＦが設定される。
ＬＦ≒１／｛ω７２・（Ｃｄ６＋ＣＴ６）｝＝１／｛（３ω６）２・（Ｃｄ６＋ＣＴ６）｝      …（７）
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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ω７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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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ω６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ω７より低い周波数の周波数ω６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。
【０１３４】
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ω７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ω７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ω６の縦振動にω７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。
【０１３５】
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ω７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。
【０１３６】
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ω７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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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ω６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ω７より低い周波数の周波数ω６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。
【０１３９】
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ω７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ω７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ω６の屈曲振動にω７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。
【０１４０】
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ω７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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
（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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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ＬＥを示す式（６）は、以下の式（８）のようになる。
ＬＥ≒１／［ω７２・｛Ｃｄ５・ＣＴ５／（Ｃｄ５＋ＣＴ５）｝］
＝１／［（３ω６）２・｛Ｃｄ５・ＣＴ５／（Ｃｄ５＋ＣＴ５）｝］      …（８）
【０１４５】
同様に、インダクタ２３４のインダクタンスＬＦを示す式（７）は、以下の式（９）のようになる。
ＬＦ≒１／［ω７２・｛Ｃｄ６・ＣＴ６／（Ｃｄ６＋ＣＴ６）｝］
＝１／［（３ω６）２・｛Ｃｄ６・ＣＴ６／（Ｃｄ６＋ＣＴ６）｝］      …（９）
【０１４６】
上記の式（８）及び式（９）において、Ｃｄ＜ＣＴ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。
【０１４７】
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。
【符号の説明】
【０１４８】
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
【図１】
2014236629.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2014236629.tif 000008
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
2014236629.tif 000010
【図５】
2014236629.tif 000011
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
2014236629.tif 000016
【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
2014236629.tif 000020
【図１３Ｂ】
2014236629.tif 000021
【図１４Ａ】
2014236629.tif 000022
【図１４Ｂ】
2014236629.tif 000023
【図１５】
2014236629.tif 000024
【図１６】
2014236629.tif 000025
【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
2014236629.tif 000027
【図１７Ｃ】
2014236629.tif 000028
【図１８Ａ】
2014236629.tif 000029
【図１８Ｂ】
2014236629.tif 000030
【図１８Ｃ】
2014236629.tif 000031
【図１９】
2014236629.tif 000032
【図２０Ａ】
2014236629.tif 000033
【図２０Ｂ】
2014236629.tif 000034
【図２０Ｃ】
2014236629.tif 000035