(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定台と、
前記固定台に対して移動可能に支持された可動体と、
屈曲振動と縦振動を利用して被駆動体との接触位置に楕円振動を生じさせる直方体形状の振動子を有し、前記可動体と前記固定台とを相対移動させる超音波アクチュエータと、
前記超音波アクチュエータの駆動信号を出力する制御装置と、
を有し、
前記超音波アクチュエータの駆動信号は、屈曲振動を励起させるバースト信号と縦振動を励起させるバースト信号を含み、これらバースト信号の周波数が等しく且つ位相が異なり、
前記屈曲振動を励起させるバースト信号と前記縦振動を励起させるバースト信号の夫々の始まりと終わりは振幅が時間的に変化し、
前記屈曲振動を励起させるバースト信号のみ最大振幅が通常駆動時に比べて小さい、
ことを特徴とする微動機構。
【請求項２】
固定台と、
前記固定台に対して移動可能に支持された可動体と、
前記可動体と前記固定台とを相対移動させる超音波アクチュエータと、
前記超音波アクチュエータの駆動信号を出力する制御装置と、
前記可動体と前記固定台との相対位置関係を検出する変位センサ、
を有し、
前記制御装置は、
前記超音波アクチュエータに出力した最大振幅が通常駆動時に比べて小さいバースト信号の最大振幅と前記変位センサの出力に基づいて得られた前記可動体の実際の移動量との間の相関関係を取得し、前記超音波アクチュエータに出力する最大振幅が通常駆動時に比べて小さいバースト信号の最大振幅を前記相関関係に基づいて補正する、
ことを特徴とする微動機構。
【請求項３】
前記可動体と前記固定台との相対位置関係を検出する変位センサ、
を更に有し、
前記制御装置は、前記変位センサの出力に基づき前記超音波アクチュエータの駆動信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１記載の微動機構。
【請求項４】
前記２種類のバースト信号の夫々の始まりと終わりは、振幅が数ミリ秒オーダーの時間をかけて段階的もしくは連続的に変化する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の微動機構。
【請求項５】
前記超音波アクチュエータは、屈曲振動と縦振動を利用して被駆動体との接触位置に楕円振動を生じさせる直方体形状の振動子を有し、
前記２種類のバースト信号は、屈曲振動を励起させるバースト信号と縦振動を励起させるバースト信号であって、前記屈曲振動を励起させるバースト信号のみ最大振幅が通常駆動時に比べて小さい、
ことを特徴とする請求項２記載の微動機構。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記超音波アクチュエータに出力した最大振幅が通常駆動時に比べて小さいバースト信号の最大振幅と前記変位センサの出力に基づいて得られた前記可動体の実際の移動量との間の相関関係を取得し、前記超音波アクチュエータに出力する最大振幅が通常駆動時に比べて小さいバースト信号の最大振幅を前記相関関係に基づいて補正する、
ことを特徴とする請求項３記載の微動機構。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の微動機構を備える、
ことを特徴とする顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波アクチュエータを備えた微動機構、及び、その微動機構を備えた顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や生体試料など微細構造の観察に顕微鏡がよく利用される。このとき、観察対象の任意位置を顕微鏡観察下に位置づけるためにＸＹステージが利用される。そのため、ＸＹステージは観察対象となる微細構造と同等以上の送り分解能や静止時の安定性が求められている。また、高いスループットで複数の位置を観察する必要がある場合も多く、高速動作も求められている。
【０００３】
このようなニーズに対応するアクチュエータの一つとして超音波モータが注目されている。例えば特許文献１には、顕微鏡用ＸＹステージのアクチュエータとして超音波モータを採用する装置が提案されている。
【０００４】
このようなステージに使用される超音波モータの一例として、直方体形状を利用したリニア駆動型超音波アクチュエータがある。このような超音波モータの多くは積層型圧電体で構成されており、内部に屈曲振動用電極と縦振動用電極を有し、夫々の電極に位相が９０°ずれた正弦波信号が印加されることで駆動する。
【０００５】
図９は、このようなリニア駆動型超音波アクチュエータを備えたステージ移動機構の一例を模式的に示す図である。
同図に示した例では、屈曲振動用電極１０１（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ）と縦振動用電極１０２とを有する積層型圧電体からなる超音波振動子（以下単に「振動子」という）１０５と２つの駆動子１０４（１０４ａ,１０４ｂ）とを有する超音波モータ１０６において、縦振動用電極１０２に正弦波信号である縦振動信号が印加され、屈曲振動用電極１０１に縦振動信号とは位相が９０°異なる正弦波信号である屈曲振動信号が印加されると、ガイド１０７に沿って可動体（ステージ）１０８が移動する。
【０００６】
同図において、屈曲振動用電極１０１と縦振動用電極１０２の「＋」又は「−」の符号は、圧電体の分極方向を示している。例えば、電極にプラス電圧を印加した場合、「＋」符号の電極部分の圧電体は長手方向に伸長するように変形し、「−」符号の電極部分の圧電体は長手方向に縮小するように変形する。このため、屈曲振動用電極１０１に正弦波的な信号を印加すると図１０(a) に模式的に示すような屈曲変形振動が励起され、縦振動用電極１０２に正弦波的な信号を印加すると同図(b) に模式的に示すような長手方向に伸縮する縦振動が励起される。なお、同図(a),(b) において、点線矢印は圧電体の変形方向を示し、実線矢印は駆動子１０４の移動方向を示している。このように、２種類の振動の位相を９０°ずらして同時に励起させると、駆動子１０４が図９の矢印に示すような楕円（同図点線参照）の軌跡を描くような振動となる。このとき、駆動子１０４が可動体１０８と接触する際に生じる力の垂直方向成分で摩擦力を減らし、水平方向成分の力で可動体１０８を移動させる。
【０００７】
ところで、近年では、半導体の線幅観察や生体分子観察など観察対象の極微細化により観察倍率は高倍率化してきており、観察試料を位置決めさせる微動機構にはサブミクロンオーダの駆動分解能が必要となってきた。
【０００８】
このようなニーズに対応するため、超音波モータの駆動分解能を高めて停止位置精度を高める方法として、例えば特許文献２には、バースト波形部を間欠的に有する信号による駆動方法が提案されている。しかしながら、そのような駆動信号を超音波アクチュエータに印加した場合、図１１に模式的に示すように、そのバースト波形部（同図の１１１、１１２参照）の始まり（起動時）と終わり（停止時）に金属音に似た音が発生し、操作者に不快感を与える問題があった。
【０００９】
そこで、この音の発生を抑えるために、例えば非特許文献１には、バースト波形の信号を印加する際に、図１２に模式的に示すように、波形が最大振幅になるまで若しくは振幅が０になるまで、時間をかけて段階的もしくは連続的に振幅を増加又は減少させる方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００５−２６５９９６号公報
【特許文献２】特開２００１−１６１０８１号公報
【非特許文献１】精密制御用アクチュエータ便覧,日本工業技術振興協会固体アクチュエータ研究部会/編, p.598-p.601
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このようなバースト波形の信号を用いて微小駆動を行うためには、バースト波形の波形数を少なくする必要があるが、一方で音の発生を防ぐためにはバースト波形の信号をある時間（数ミリ秒オーダ）印加する必要がある。本件特許出願（以下単に「本願」という）の出願人による実験によれば、バースト波形の信号の始まりと終わりにおいて、夫々２ミリ秒以上の時間をかけてバースト波形の信号を徐々に振幅変化させなければ発生音が抑制されなかった。なお、この実験では、バースト波形の信号の周波数を約８０ｋＨｚとしたが、例えば、この場合に、図１３に模式的に示すように、最大振幅時の波形数を１としたとしてもバースト波形の信号の印加時間はトータルで４（２＋２）ミリ秒となり、バースト波形の波形数は３００以上となってしまう。また、このときの可動体の移動量は約２μｍであった。このようなバースト波形の信号では、発生音の抑制はできたとしてもサブミクロンオーダの微動を実現するのは困難であった。
【００１１】
本発明は、上記実情に鑑み、バースト信号による駆動の際に、音の発生を抑えると共にサブミクロンオーダの微動送りが可能な、超音波アクチュエータを備えた微動機構及びその微動機構を備えた顕微鏡装置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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る微動機構は、固定台と、前記固定台に対して移動可能に支持された可動体と、屈曲振動と縦振動を利用して被駆動体との接触位置に楕円振動を生じさせる直方体形状の振動子を有し、前記可動体と前記固定台とを相対移動させる超音波アクチュエータと、前記超音波アクチュエータの駆動信号を出力する制御装置と、を有し、前記超音波アクチュエータの駆動信号は、屈曲振動を励起させるバースト信号と縦振動を励起させるバースト信号を含み、これらバースト信号の周波数が等しく且つ位相が異なり、前記屈曲振動を励起させるバースト信号と前記縦振動を励起させるバースト信号の夫々の始まりと終わりは振幅が時間的に変化し、前記屈曲振動を励起させるバースト信号のみ最大振幅が通常駆動時に比べて小さい、ことを特徴とする。
本発明の第２の態様に係る微動機構は、固定台と、前記固定台に対して移動可能に支持された可動体と、前記可動体と前記固定台とを相対移動させる超音波アクチュエータと、前記超音波アクチュエータの駆動信号を出力する制御装置と、前記可動体と前記固定台との相対位置関係を検出する変位センサ、を有し、前記制御装置は、前記超音波アクチュエータに出力した最大振幅が通常駆動時に比べて小さいバースト信号の最大振幅と前記変位センサの出力に基づいて得られた前記可動体の実際の移動量との間の相関関係を取得し、前記超音波アクチュエータに出力する最大振幅が通常駆動時に比べて小さいバースト信号の最大振幅を前記相関関係に基づいて補正する、ことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第３の態様に係る微動機構は、上記第１の態様において、前記可動体と前記固定台との相対位置関係を検出する変位センサ、を更に有し、前記制御装置は、前記変位センサの出力に基づき前記超音波アクチュエータの駆動信号を出力する、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第４の態様に係る微動機構は、上記第１又は２の態様において、前記２種類のバースト信号の夫々の始まりと終わりは、振幅が数ミリ秒オーダーの時間をかけて段階的もしくは連続的に変化する、ことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第５の態様に係る微動機構は、上記第２の態様において、前記超音波アクチュエータは、屈曲振動と縦振動を利用して被駆動体との接触位置に楕円振動を生じさせる直方体形状の振動子を有し、前記２種類のバースト信号は、屈曲振動を励起させるバースト信号と縦振動を励起させるバースト信号であって、前記屈曲振動を励起させるバースト信号のみ最大振幅が通常駆動時に比べて小さい、ことを特徴とする。
【００１６】
本発明の第６の態様に係る微動機構は、上記第３の態様において、前記制御装置は、前記超音波アクチュエータに出力した最大振幅が通常駆動時に比べて小さいバースト信号の最大振幅と前記変位センサの出力に基づいて得られた前記可動体の実際の移動量との間の相関関係を取得し、前記超音波アクチュエータに出力する最大振幅が通常駆動時に比べて小さいバースト信号の最大振幅を前記相関関係に基づいて補正する、ことを特徴とする。
【００１７】
本発明の第７の態様に係る顕微鏡装置は、上記第１乃至６のいずれか一つの態様に係る微動機構を備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、超音波アクチュエータを備えた微動機構及びその微動機構を備えた顕微鏡装置において、バースト信号による駆動の際に、音の発生を抑えることができると共に、サブミクロンオーダの微動送りが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る微動機構の全体構成を模式的に示す斜視図である。図２(a) は、その微動機構の一部上面図、同図(b) は、同図(a) の側面図である。なお、同図(a) は、その微動機構の一部透視図でもある。
【００２０】
図１及び図２(a),(b) に示した本実施形態に係る微動機構において、固定台１上には、ボール循環式のガイドレール２ａ及びガイドブロック２ｂからなるガイド２が取付けられている。ガイド２は、図２(a) に示すように２個のガイドブロック２ｂと１個のガイドレール２ａとからなり、固定台１にはガイドレール２ａが固定され、ガイドブロック２ｂには可動体である移動体３が固定されている。移動体３の下方には、側面部材４がガイドレール２ａに平行でガイドブロック２ｂと接し、且つ、ガイドレール２ａを間に挟んで対称な位置に２個固定されている。
【００２１】
移動体３は、ガイドブロック２ｂ及び側面部材４と一体となって１軸方向に移動可能に支持されている。
側面部材４の一方には、例えばセラミックなどの硬い材料で作られた摺動部材５が設けられている。
【００２２】
摺動部材５に接触、押圧するようにして超音波アクチュエータ６が固定台１に固定されている。なお、超音波アクチュエータ６は、移動体３と固定台１とを相対移動させるアクチュエータであって、屈曲振動と縦振動を利用して被駆動体との接触位置に楕円振動を生じさせる直方体形状の振動子である後述の超音波振動体（以下単に「振動体」という）１２を有する。
【００２３】
また、移動体３の摺動部材５が設けられた側面のもう一方の側面には、スケール７が設けられていて、スケール７のパターンを検出できる位置にエンコーダ８が配置され、固定台１に固定されている。なお、エンコーダ８は、移動体３と固定台１との相対位置関係を検出する変位センサである。
【００２４】
ここで、ガイドブロック２ｂの配置間隔は、移動体３の最大移動量と同等以上であることが望ましい。このような配置間隔とすることで、移動体３が移動しても超音波アクチュエータ６の押圧位置はガイドブロック２ｂの配置間隔内におさまる。
【００２５】
また、エンコーダ８から位置情報を取得し、この位置情報を基に超音波アクチュエータ６を駆動する制御装置９が、エンコーダ８及び超音波アクチュエータ６と接続されている。
【００２６】
図３(a) は、超音波アクチュエータ６の上面図、同図(b) は、同図(a) のＡＡ´断面図である。
同図(a),(b) に示した超音波アクチュエータ６において、保持部材１１は、振動体１２を固定台１に対して保持する保持機構であって、例えばアルミニウム等の金属材料で構成されている。また、保持部材１１は、ワイヤ放電加工等により切り欠き穴部１３を設けることによって形成された薄板ばね部１４（同図(a) では斜線で示した部分）を有する。薄板ばね部１４の中央にはばねとして作用しない厚肉部１４ａが形成されていて、厚肉部１４ａと振動体１２とが例えばセラミック接着材等の硬度の高い接着剤で接着されている。このとき、薄板ばね部１４と振動体１２は平行に近接して設けられるように構成されている。また、振動体１２の接着位置は、振動体１２の接着面中央付近である。
【００２７】
振動体１２において、保持部材１１の厚肉部１４ａが接着された面と反対の面には駆動子である突起部１５（１５ａ、１５ｂ）が２個設けられている。突起部１５は、例えば強化繊維を含むポリアセタールやセラミック等の、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ている。保持部材１１は、突起部１５が２個とも摺動部材５に接する状態で、固定用ビス穴１６（１６ａ，１６ｂ）を通してビスにより固定台１に固定される。このとき、薄板ばね部１４のたわみは殆ど無い状態で、移動体３側への押圧力はゼロ近傍であることが望ましい。なお、図１においては、保持部材１１を固定台１に固定するための固定用ビス穴１６及びビスを省略して示している。
【００２８】
また、保持部材１１にはメネジが形成されていて、詳しくは図３(b) に示したように、外周にオネジが形成されたプランジャ１７をねじ込むことによって厚肉部１４ａを押圧できるようになっている。なお、不図示ではあるが、プランジャ１７の内部にはコイルばねが内蔵されており、先端部材１７ａが押し込まれることにより押圧力が発生する。このため、プランジャ１７の先端部材１７ａの移動量に応じた押圧力が厚肉部１４ａに負荷される。このとき、振動体１２も突起部１５と共に摺動部材５に押圧される。
【００２９】
なお、この保持部材１１としては、例えば特願２００７−１６９７２に記載されている保持部材を適用することができる。
図４は、微動駆動時において制御装置９が超音波アクチュエータ６（振動体１２）に出力する駆動信号の一例を模式的に示す図である。
【００３０】
同図に示したように、振動体１２は、図９に示した振動子１０３と同様の構成を有するものであって、屈曲振動用電極２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）と縦振動用電極２２とを有する積層型圧電体からなる。制御装置９は、その振動体１２の２種類の電極２１、２２に夫々図４に示すような屈曲振動信号及び縦振動信号を印加することによって、移動体３を微動移動させることができる。このとき、突起部１５には、図９に示した駆動子１０４と同様に、図４の矢印に示す楕円（同図点線参照）の軌跡を描くような振動が生じ、突起部１５が摺動部材６と接触する際に生じる力の垂直方向成分で摩擦力を減らし、水平方向成分の力で摺動部材６（移動体３）を移動させる。
【００３１】
ここで、屈曲振動信号は振動体１２に屈曲振動を励起させるバースト信号であり、縦振動信号は振動体１２に縦振動を励起させるバースト信号である。この２種類のバースト信号は、周波数が等しく且つ位相が異なる信号であって、夫々の信号の始まりと終わりは振幅が時間的に変化し、また、少なくとも一方の信号は最大振幅が通常駆動時に比べて小さくなるように制御される。このような制御により、バースト信号の波形数（１周期分の波形を１としたときの数）が多くても超音波アクチュエータ６の振動振幅を小さくすることができるので、移動体３をサブミクロンオーダで微動送りが可能になる。
【００３２】
同図に示した例では、屈曲振動信号及び縦振動信号は、いずれも信号の始まり部分において数ミリ秒オーダーの時間をかけて振幅が０から最大振幅に段階的又は連続的に変化し、信号の終わり部分において数ミリ秒オーダーの時間をかけて振幅が最大振幅から０に段階的又は連続的に変化するように制御されている。また、縦振動信号は、微動駆動時も通常駆動時も同じ波形の信号のままであるが、屈曲振動信号は、微動駆動時の信号の最大振幅が通常駆動時の信号の最大振幅に比べて小さくなるように制御されている。
【００３３】
なお、このような屈曲振動信号及び縦振動信号は、電圧、電流、及び周期のいずれか一つ以上を変化させることによって生成することが可能であるが、本実施形態では、一例として、電圧を変化させることによって生成するようにしている。すなわち、電圧を変化させることによって、信号の始まり部分における振幅の増加、信号の終わり部分における振幅の減少、及び最大振幅の値を決定している。この場合、信号の始まり部分及び終わり部分における振幅の増大及び減少は、電圧を直線的に変化させる方法や正弦波的に変化させる方法など様々な方法により行うことが考えられるが、１ミリ秒当たりの電圧変化が２．５Ｖ付近から音の発生を抑制する効果が現れ始め、１ミリ秒当たりの電圧変化が１Ｖ以下であれば音の発生が大幅に抑制されることから、信号の始まり部分及び終わり部分における電圧変化量は、好ましくは２．５Ｖ／ｍｓｅｃ以下とすることが望ましく、さらに好ましくは１Ｖ／ｍｓｅｃ以下とすることがさらに望ましい。
【００３４】
また、微動駆動時には、前述のとおり、屈曲振動信号及び縦振動信号の少なくとも一方の信号は、最大振幅が通常駆動時に比べて小さくなるように制御される。この場合、最大振幅を通常駆動時に比べて小さくする信号の選択肢として、屈曲振動信号及び縦振動信号の両方、屈曲振動信号のみ、及び縦振動信号のみの３つがある。いずれの選択肢によっても微動駆動は可能であるが、本願の出願人による実験によれば、後述の図５に示す実験データから明らかなように、屈曲振動信号のみを、最大振幅が通常駆動時に比べて小さくなるように制御することが最適と考えた。
【００３５】
図５は、その実験データを示す図である。なお、本実験では、電圧を変化させることでバースト信号の最大振幅を変化させている。
同図において、横軸は最大振幅が変化させられるバースト信号の最大振幅に対応する電圧値を示し、縦軸は屈曲振動信号及び縦振動信号の夫々のバースト信号の１回の出力当たりの移動体３の移動量を示している。同図中の印「◆」は、屈曲振動信号及び縦振動信号の両方の最大振幅を変化させた場合のデータであり、印「■」は屈曲振動信号のみの最大振幅を変化させた場合のデータであり、印「△」は縦振動信号のみの最大振幅を変化させた場合のデータである。
【００３６】
同図に示した実験データから明らかなように、屈曲振動信号及び縦振動信号の両方の最大振幅を変化させた場合には（同図中の印「◆」参照）、電圧変化に対する移動量変化が大きくなり、電圧分解能を固定と考えると微動分解能が低くなる。また、縦振動信号のみの最大振幅を変化させた場合には（同図中の印「△」参照）、電圧を２Ｖ以下としたときに移動体３が突然移動しなくなってしまう現象が生じてしまい、微動を安定して行うためには好ましくない。このため、屈曲振動信号のみの最大振幅を変化させることが最適という実験結果が得られた。従って、本実施形態では、上述の図４に示したように、屈曲振動信号のみの最大振幅を通常駆動時に比べて小さくするように制御している。これにより、最大振幅が通常駆動時に比べて小さく制御されるバースト信号の最大振幅に対応する電圧値変化に対する移動体３の移動量変化が緩やかになり、微小移動量の調整が容易になる（微動分解能が向上する）と共に、微動駆動を安定して得ることができる。
【００３７】
一方、微動駆動時には、移動体３の移動に伴う超音波アクチュエータ６と移動体３との接触状態変化や周囲環境の変化により、最大振幅が通常駆動時に比べて小さく制御されるバースト信号の最大振幅に対応する電圧値と移動量との相関関係が変化しやすい。このため、制御装置９は、微動駆動時において、超音波アクチュエータ６に出力した屈曲振動信号及び縦振動信号の夫々のバースト信号のうち最大振幅が通常駆動時に比べて小さく制御されたバースト信号の最大振幅に対応する電圧値と、その屈曲振動信号及び縦振動信号による移動体３の実際の移動量との相関関係を常に取得し、その相関関係に基づいて、超音波アクチュエータ６に出力する屈曲振動信号及び縦振動信号の夫々のバースト信号のうち最大振幅が通常駆動時に比べて小さく制御されるバースト信号の最大振幅に対応する電圧値を補正するように制御することも可能である。
【００３８】
図６(a) は、その補正動作を示すフローチャートである。なお、このフローは、屈曲振動信号及び縦振動信号の夫々のバースト信号の１回の出力に対して１回行われる動作を示しているので、その出力の度に、このフローが繰り返し行われる。
【００３９】
同図(a) に示したフローでは、まず、屈曲振動信号及び縦振動信号の夫々のバースト信号の１回の出力による目標移動量ｙt[μｍ]を得るための電圧値Ｖt[Ｖ]を算出する（ステップ（以下「Ｓ」という）１）。ここで、電圧値Ｖt[Ｖ]は、最大振幅が通常駆動時に比べて小さく制御されるバースト信号の最大振幅に対応する電圧値であって、この電圧値Ｖt[Ｖ]と目標移動量ｙt[μｍ]との相関関係を表わす初期係数をａi[μｍ／Ｖ]とすると、次式（１）により求めることができる。
【００４０】
Ｖt＝ｙt／ａi  （１）
続いて、電圧値Ｖt[Ｖ]に、後述の前回のＳ６で算出された電圧値ｂ[Ｖ]を加算し、その電圧値（Ｖt＋ｂ）[Ｖ]を、最大振幅が通常駆動時に比べて小さく制御されるバースト信号の最大振幅に対応する電圧値として、屈曲振動信号及び縦振動信号の夫々のバースト信号の１回の出力を行う（Ｓ２）。但し、Ｓ６の処理がまだ行われていない場合には、電圧値ｂ[Ｖ]を０[Ｖ]として処理が行われる。
【００４１】
続いて、その屈曲振動信号及び縦振動信号の夫々のバースト信号の１回の出力による移動体３の実際の移動量ｙr[μｍ]を、エンコーダ８の出力に基づいて算出する（Ｓ３）。
続いて、Ｓ３で算出された実際の移動量ｙr[μｍ]と、Ｓ２で得られた電圧値（Ｖt＋ｂ）[Ｖ]との相関関係を表す係数ａr[μｍ／Ｖ]を算出する（Ｓ４）。ここで、係数ａr[μｍ／Ｖ]は次式（２）により求めることができる。
【００４２】
ａr＝ｙr／（Ｖt＋ｂ）  （２）
続いて、目標移動量ｙt[μｍ]とＳ３で算出された実際の移動量ｙr[μｍ]との誤差Ｅ[μｍ]を算出する（Ｓ５）。ここで、誤差Ｅ[μｍ]は次式（３）により求めることができる。
【００４３】
Ｅ＝ｙt−ｙr  （３）
続いて、Ｓ５で求めた誤差Ｅ[μｍ]を移動量としたときの電圧値ｂ[Ｖ]を求める（Ｓ６）。ここで、電圧値ｂ[Ｖ]は、最大振幅が通常駆動時に比べて小さく制御されるバースト信号の最大振幅に対応する電圧値の補正量であって、次式（４）により求めることができる。
【００４４】
ｂ＝Ｅ／ａr  （４）
その後は、Ｓ６で求められた電圧値ｂ[Ｖ]が、Ｓ１で算出された電圧値Ｖt[Ｖ]に加算されて、処理がＳ２へ戻り、屈曲振動信号及び縦振動信号の夫々のバースト信号の次の出力が行われ、以降、上述の処理を繰り返す。
【００４５】
このような補正動作により、超音波アクチュエータ６と移動体３との接触状態変化や周囲環境の変化によって、最大振幅が通常駆動時に比べて小さく制御されるバースト信号の最大振幅に対応する電圧値と移動量との相関関係が変化したとしても、その相関関係は常に補正され、所望する微少量の駆動が可能となる。
【００４６】
なお、最大振幅が通常駆動時に比べて小さく制御されるバースト信号の最大振幅に対応する電圧値と移動量との相関関係は、上述のように、直線近似として、直線の傾きａを算出する方法の他、その相関関係を複数点のデータを有するテーブルとして予め記憶しておき、データとして記憶されている点と点との間のデータについては直線で補間する方法がある。また、その相関関係をテーブルとして記憶しておく場合には、電圧値（超音波アクチュエータ６に出力された屈曲振動信号及び縦振動信号の夫々のバースト信号のうち最大振幅が通常駆動時に比べて小さく制御されたバースト信号の最大振幅に対応する電圧値）と移動量（超音波アクチュエータ６に出力された屈曲振動信号及び縦振動信号の夫々のバースト信号の１回の出力による移動量）とを取得し、その取得結果と、その取得結果に対応するテーブル内のデータとの差異を求め、その差異をテーブル内の全データに加算する方法などもある。この方法によれば、より精度の高い電圧値移動量換算が可能になる。
【００４７】
本実施形態では、直線近似とする方法で良い実験結果を得ることができたことから、この直線近似とする方法を採用している。また、この直線近似とする方法を採用する場合に、直線の傾きａを、過去複数回のａの値を加重平均することにより得られた値とすることもできる。この場合には、突発的な変化を緩和し、さらに安定した微動駆動が可能になる。
【００４８】
図６(b) は、上述の図６(a) に示したフローに従って実際に微動駆動を行ったときのステージ位置（移動体３の位置）とステップ変位量との関係を表す実験結果を示す図である。なお、ステップ変位量は、屈曲振動信号及び縦振動信号の夫々のバースト信号の１回の出力による移動体３の移動量を示している。同図(b) に示したように、いずれのステージ位置においても、−０．０４μｍ〜−０．０６μｍの範囲で安定したステップ変位量が得られている。
【００４９】
以上のように、本実施形態に係る微動機構によれば、バースト信号による駆動の際に、音の発生を抑えことができると共に、サブミクロンオーダの微動送りが可能となる。
また、本実施形態に係る微動機構において、屈曲振動信号及び縦振動信号の夫々のバースト信号の最大振幅を同時に増減させると、最大振幅変化に対する移動体３の移動量変化が急激なものになる。そこで、これを利用して、最大振幅を変化させることにより移動体３の移動速度を制御する方法が考えられる。このような場合にも、上述したものと同様に、ある程度の時間をかけて振幅（最大振幅）を変化させることによって、移動速度制御の追従性を良好にすると共に、音の発生を抑えることができる。なお、バースト信号の最大振幅の変化は、例えば電圧を変化させることにより行うことができる。この場合、電圧変化量は、上述したものと同様に、好ましくは２．５Ｖ／ｍｓｅｃ以下、さらに好ましくは１Ｖ／ｍｓｅｃ以下とするのが好適である。また、このような制御は、バースト信号以外の信号（例えば連続信号）を印加する場合にも、適用することができる。
【００５０】
また、本実施形態に係る微動機構において、超音波アクチュエータ６の押圧位置は、移動体３の動作範囲内において必ず転動体が存在する、若しくは、転動体により両端支持されるように構成されているため、移動体３における超音波アクチュエータ６の押圧力による押圧方向剛性は高く保たれ、移動体３の移動に伴う押圧力変動を小さくすることができる。このため、微動駆動時の押圧力変化による変動が減少し、安定性を向上させることができる。
【００５１】
また、本実施形態に係る微動機構では、ガイド２としてボール循環式ガイドを採用しているのでケージずれなどの問題もない。
＜第２の実施形態＞
図７は、本発明の第２の実施形態に係る顕微鏡装置が備えるＸＹステージを模式的に示す斜視図であって一部を透視して示す図である。図８は、本実施形態に係る顕微鏡装置の全体構成を模式的に示す図であって一部を断面として示す図である。
【００５２】
図７及び図８に示した本実施形態に係る顕微鏡装置において、顕微鏡２１にはＸＹステージ２２が取付けられている。ＸＹステージ２２は、制御装置２３と接続されており、操作装置２４や不図示のＰＣ（パーソナルコンピュータ）等からの指令により動作が制御される。操作装置２４には回転ハンドルが備えられていて、従来の顕微鏡ステージと同様の操作性を持っている。また、操作装置２４には複数個のＳＷも設けられており、ステージ位置の記憶や記憶されたステージ位置へのステージの移動などユーザニーズに合わせて機能を割り付けられるようになっている。このため、ＰＣと接続しなくても基本的な動作は可能である。
【００５３】
ＸＹステージ２２は、中央に開口を有する固定台２５と、固定台２５に対してＹ方向（座標系２６参照）へ移動可能に支持された中央に開口を有するＹテーブル２７と、Ｙテーブル２７に対してＸ方向（座標系２６参照）へ支持された中央に開口を有するＸテーブル２８と、Ｙテーブル２７を固定台２５に対してＹ方向へ移動可能に支持し、開口をはさんで平行に２個配置されたＹガイドレール２９ａ（２９ａ−１、２９ａ−２）とＹガイドブロック２９ｂ（２９ｂ−１、２９ｂ−２）とからなるＹガイド２９と、Ｙテーブル２７に対してＸテーブル２８をＸ方向へ移動可能に支持し、開口をはさんで平行に２個配置されたＸガイドレール３０ａ（３０ａ−１、３０ａ−２）とＸガイドブロック３０ｂ（３０ｂ−１、３０ｂ−２）とからなるＸガイド３０と、固定台２５の側面にＹガイドレール２９ａと平行に設けられたＹ摺動板３３と、固定台２５のＹ摺動板３３が設けられたのと反対側の側面にＹガイドレール２９ａと平行に設けられたＹスケール３４と、Ｙテーブル２７にＹ摺動板３３を押圧するようにして固定されたＹアクチュエータ（超音波アクチュエータ）３５と、Ｙテーブル２７にＹスケール３４と向き合うように固定されたＹエンコーダ３６と、Ｘテーブル２８の側面にＸガイドレール３０ａと平行に設けられたＸ摺動板３７と、Ｘテーブル２８のＸ摺動板３７が設けられたのと反対側の側面にＸガイドレール３０ａと平行に設けられたＸスケール３８と、Ｙテーブル２７にＸ摺動板３７を押圧するようにして固定されたＸアクチュエータ（超音波アクチュエータ）３９と、Ｙテーブル２７にＸスケール３８と向き合うように固定されたＸエンコーダ４０とで構成されている。ここで、Ｘガイドレール３０ａはＹテーブル２７の上面に固定され、Ｙガイドレール２９ａはＹテーブル２７の下面に固定されている。Ｘガイドブロック３０ｂはＸテーブル２８の下面に固定され、Ｙガイドブロック２９ｂは固定台２５の上面に固定されている。
【００５４】
顕微鏡２１へは固定台２５が固定され、Ｘテーブル２８上には試料４１が載せられた試料台４２が配置される。
固定台２５、Ｙテーブル２７、及びＸテーブル２８に設けられた開口を通して、対物レンズ４３が配置される。
【００５５】
以上のような構成の顕微鏡装置において、Ｘアクチュエータ３９及びＹアクチュエータ３５は、第１の実施形態で説明した超音波アクチュエータ６と同様の構成を有する。また、制御装置２３は、第１の実施形態で説明した制御装置９と同様に、屈曲振動信号及び縦振動信号の夫々のバースト信号をＸアクチュエータ３９に出力することによってＸテーブル２８の移動（例えば微動送り）を制御すると共に、屈曲振動信号及び縦振動信号の夫々のバースト信号をＹアクチュエータ３５に出力することによってＹテーブル２７の移動（例えば微動送り）を制御する。このとき、制御装置２３は、第１の実施形態で説明した補正動作（図６(a) 参照）と同様に、Ｘエンコーダ４０の出力に基づいてＸアクチュエータ３９へ出力する信号を補正制御すると共に、Ｙエンコーダ３６の出力に基づいてＹアクチュエータ３５へ出力する信号を補正制御することも勿論可能である。
【００５６】
以上、本実施形態に係る顕微鏡装置によれば、第１の実施形態と同様に、バースト信号による駆動の際に、音の発生を抑えることができると共に、サブミクロンオーダの微動送りが可能となる。このため、観察する試料４１が微細なもので、対物レンズ４３が１００×（１００倍）等の高倍率対物レンズであったとしても、その分解能と同等以上の微動駆動が可能であるため、顕微鏡観察をするユーザは、不快な音でストレスが与えられることなく観察対象とする任意位置を顕微鏡観察下に確実に位置付けることができる。
【００５７】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良及び変更を行っても良いのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１の実施形態に係る微動機構の全体構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】(a) は第１の実施形態に係る微動機構の一部上面図、(b) は(a) の側面図である。
【図３】(a) は超音波アクチュエータの上面図、(b) は(a) のＡＡ´断面図である。
【図４】微動駆動時において制御装置が超音波アクチュエータ（振動体）に出力する駆動信号の一例を模式的に示す図である。
【図５】実験データを示す図である。
【図６】(a) は補正動作を示すフローチャート、(b) は、(a) に示したフローに従って実際に微動駆動を行ったときのステージ位置（移動体の位置）とステップ変位量との関係を表わす実験結果を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係る顕微鏡装置が備えるＸＹステージを模式的に示す斜視図であって一部を透視して示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る顕微鏡装置の全体構成を模式的に示す図であって一部を断面として示す図である。
【図９】リニア駆動型超音波アクチュエータを備えたステージ移動機構の一例を模式的に示す図である。
【図１０】(a) は屈曲変形振動が励起されたときの様子を模式的に示す図、(b) は縦振動が励起されたときの様子を模式的に示す図である。
【図１１】バースト波形部を間欠的に有する信号の一例を模式的に示す図である。
【図１２】時間をかけて段階的もしくは連続的に振幅を増加又は減少させる方法を説明する図である。
【図１３】最大振幅時の波形数を１としたときのバースト波形の信号の一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１      固定台
２      ガイド
３      移動体
４      側面部材
５      摺動部材
６      超音波アクチュエータ
７      スケール
８      エンコーダ
９      制御装置
１１    保持部材
１２    振動体
１３    切り欠き穴部
１４    薄板ばね部
１５    突起部
１６    固定用ビス穴
１７    プランジャ
２１    顕微鏡
２２    ＸＹステージ
２３    制御装置
２４    操作装置
２５    固定台
２６    座標系
２７    Ｙテーブル
２８    Ｘテーブル
２９    Ｙガイド
３０    Ｘガイド
３３    摺動板
３４    Ｙスケール
３５    Ｙアクチュエータ
３６    Ｙエンコーダ
３７    Ｘ摺動板
３８    Ｘスケール
３９    Ｘアクチュエータ
４０    Ｘエンコーダ
４１    試料
４２    試料台
４３    対物レンズ
１０１  屈曲振動用電極
１０２  縦振動用電極
１０３  積層型圧電体
１０４  駆動子
１０５  超音波振動子
１０６  超音波モータ
１０７  ガイド
１０８  可動体
１１１、１１２  バースト波形部
【図２】
0005006725.tif 000002
【図１１】
0005006725.tif 000003
【図１２】
0005006725.tif 000004
【図１３】
0005006725.tif 000005
【図１】
0005006725.tif 000006
【図３】
0005006725.tif 000007
【図４】
0005006725.tif 000008
【図５】
0005006725.tif 000009
【図６】
0005006725.tif 000010
【図７】
0005006725.tif 000011
【図８】
0005006725.tif 000012
【図９】
0005006725.tif 000013
【図１０】
0005006725.tif 000014