JPH01282494A - 計測機器用ステージ装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、計測機器用ステージ装置に係り、とくに可動
ステージが測定試料等を載置した状態で同一高さを維持
しつつ水平移動するように構成された計測機器用ステー
ジ装置に関する。

〔従来の技術］ 従来より、計測機器用ステージ装置は、その多くが可動
ステージを精密仕上げされたガイド機構に摺接して、一
方の方向に往復移動するように構成されている。更に、
この一方の方向に直交する他方の方向にも往復移動させ
る手法としては、上述したガイド面を構成する部材全体
を他方の方向に往復移動させるように構成されたものが
多い。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、かかる従来例にあっては、可動ステージ
が常にガイド機構に支持され且つ摺接移動することから
、摩擦によるガタの発生や高さ位置の変化若しくは室温
の変化に伴う高さ位置の微少変化が生じ、特にバイオテ
クノロジーの分野における長時間にわたる試料の観察若
しくは測定等に支障をきたすという不都合があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、かかる従来例の有する不都合を改善し
、とくに、常に同一高さを維持しつつ同一面内での移動
を自由に行ない得る耐久性ある計測機器用ステージ装置
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明では、固定ステージと、この固定ステー
ジの一方の面を含む平面に沿って移動する可動ステージ
と、この可動ステージを支持するとともにその移動を許
容するガイド手段とを備え、ガイド手段を、各ステージ
に共通に対向し且つ平行に配設された中継ステージと、
この中継ステージを介して固定ステージを複数箇所にて
可動ステージに一体的に連結する同一長さで同一強度の
偶数本から成る複数の線状ばね部材とにより構成してい
る。そして、これら複数の線状ばね部材を、固定ステー
ジと可動ステージの共通する中心軸線に対して線対称に
配設する、という構成を採っている。これによって前述
した目的を達成しようとするものである。

［発明の実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図ないし第１３図に基づ
いて説明する。

第１図ないし第１３図の実施例は、固定ステージ１と、
この固定ステージ１の一方の面を含む平面に沿って移動
する可動ステージ３と、この可動ステージ３を支持する
とともにその移動を許容するガイド手段４とを備えてい
る。

固定ステージ１には前述した可動ステージ３に対応して
、中心軸線を共通にするとともに相互に９０°ずらされ
且つ矩形状で偏平に巻回された中空の駆動励磁コイル５
，６が固着装備されている。

この二つの駆動励磁コイル５，６の各長辺コイル５Ａ、
５Ｂ、６Ａ、６Ｂ上にそれぞれ位置検出コイル７．８，
９．１０を配設するとともに、−方の長辺コイル部５Ａ
、６Ａ上にはＮ極を、他方の長辺コイル部５Ｂ、６Ｂ上
にはＳ極を、それぞれ近接させて所定の磁石１１．１２
，１３．１４が各々配設されている。

この各磁石１１〜１４及び位置検出コイル７〜１０は、
可動ステージ３に固着されている。位置検出コイル７〜
１０は、対応する駆動励磁コイル５．６を一次コイルと
する二次側差動コイルとしての機能を備えた構成となっ
ている。

これをさらに詳述すると、固定ステージ１は、中央部に
四角形状の貫孔ＩＡを有するとともに、この貫孔ＩＡの
内壁部分には、第１図ないし第２図及び第４図に示す如
く、前述した駆動励磁コイル用の係着部ＩＢ、ＩＢ、・
・・が設けられている。

この固定ステージ１の係着部ＩＢ、ＩＢ、・・・は、前
述した偏平で矩形状の駆動励磁コイル５，６の短辺部５
ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ部分を固着し支持する構成となっ
ている。このため、駆動励磁コイル５，６は、固定ステ
ージ１の貫孔ＩＡの中心線を共通の中心線としてそれぞ
れの長辺コイル部５Ａ、５Ｂ、６Ａ、６Ｂを当該貫孔Ｉ
Ａ内に配設した状態に設定されている。

可動ステージ３は、前述した駆動励磁コイル５゜６の全
体を挟むようにして配設された二枚の可動係着板３Ａ、
３Ｂにより構成されている。この二枚の可動係着板３Ａ
、３Ｂは、スペーサ３Ｃ１３Ｄ、３Ｅ、３Ｆを介して一
体化された状態となっている。この可動係着板３Ａ、３
Ｂは、それぞれ中央部に測定用の照射光を通過させるた
めの貫孔３ａ、３ｂを有している。尚、この貫孔３ａ、
３ｂは顕微鏡以外の機器への使用にあっては特に設けな
くてもよい。

磁石１１〜１４は、一方の組の磁石１１．１２と他方の
組の磁石１３．１４に分かれて装備されている。これら
の磁石１１〜１４は、本実施例では永久磁石が使用され
ているが、電磁石を使用してもよい。

一方の組を構成する二個の磁石１１．１２は、一方の駆
動励（ｎコイル５の長辺コイル部５Ａ、５Ｂ上に前述し
た如く配設されている。この場合、一方の組を成す磁石
１１．１２は一方の可動係着板３Ａ（第１図の上方側）
に固着されている。また、他方の組を構成する二個の磁
石１３．１４は、前述した如く他方の励磁コイル６の長
辺コイル部６Ａ、６Ｂ上に配設されている。この場合、
他方の組を成す二個の磁石１３．１４は、他方の可動係
着板３Ｂ（第１図の下方側）に固着されている。

このため、一方の駆動励磁コイル５からの電磁力を受け
て、この一方の駆動励磁コイル５の短辺コイル部５ａ、
５ｂに平行に、前述した一方の一組の磁石１１．１２と
ともに可動ステージ３が矢印χ方向に往復移動すること
ができるようになっている。同様に、他方の駆動励磁コ
イル６からの電磁力を受けて、この他方の駆動励磁コイ
ル６の短辺コイル部６ａ、６ｂに平行に、前述した他方
の組の磁石１３．１４とともに可動ステージ３が矢印Ｙ
方向に往復移動することができるようになっている。

位置検出コイル７〜１０の内、一方の組を成す位置検出
コイル７．８は、前述した一方のも６石１１．１２に各
別に巻回装備されている。また他方の組を成す位置検出
コイル９．１０は、前述した他方の磁石１３．１４に各
別に巻回装備されている（第２図ないし第３図参照）。

この場合、一方の組を成す位置検出コイル７゜８は、相
互に第４図の如く接続され、同じく他方の組を成す位置
検出コイル９，１０は、相互に第５図に示す如く接続さ
れている。

可動ステージ３を支持するとともにその移動を許容する
ガイド手段４は、第６図ないし第７図に示すように、固
定ステージ１及び可動ステージ３に対向して配設された
中継ステージ２０と、この中継ステージ２０と前述した
固定ステージ１及び可動ステージ３とをそれぞれ４カ所
にて連結する同一長さで同一のばね強度から成る複数（
本実施例では８本）の線状ばね部材２１，２１．・・・
とにより構成されている。

この場合、これら複数の線状ばね部材２１は、断面が円
形のものが使用され、その下端部が可動ステージ３上の
角部とこれに近接した固定ステージ１側の上部とに固着
されて合計８本使用されている。この線状ばね部材２１
は前述した固定ステージ１の貫孔ＩＡの中心軸線に平行
に配設され、その上端部が前述した中継ステージ２０に
一体的に固着されている。そして、これら８本の線状ば
ね部材２１は、その全体を投影図でみた場合、前述した
固定ステージｌの中心軸線に対して線対称に配設されて
いる。符号２ＯＡは、中継ステージ２０の中央部に形成
された貫孔を示す。

次に、上記実施例の動作に付いて説明する。

この第１実施例における動作は、可動ステージ３を支持
するとともにその往復移動を許容するガイド手段４の動
作と、駆動励磁コイル５又は６若しくは両方からの電磁
力を受けて作動する可動ステージの往復移動動作と、こ
の可動ステージ３の移動量を検出する位置検出コイル７
〜ｌＯの動作の三つに分けられる。

互ヱ上王段少動作 第１図ないし第２図および第８図ないし第９図に基づい
てこれを説明する。

いま、一方の駆動励磁コイル５に所定の大きさの直流電
流を流すと、一方の磁石１１．１２との間に電磁力Ｆが
発生し第９図に示すように可動ステージを移送せしめる
。

この場合、各線状ばね部材２１のたわみδは、次式とな
る。

δ−［（Ｆ’　）　　１’（１−ν”）］　／１２Ｅ　
Ｉ但し、ｌ：ばね部材の長さ。

Ｉ：断面二次モーメント シ：ポアソン比（鋼の場合、ν＝０．３）Ｅ：材料の縦
弾性係数 この場合、８本の線状ばね部材２１内には、全体で反力
（復帰力）Ｆ′が生じ、駆動力Ｆと釣り合って停止する
。また、中継ステージ２０を介して線状ばね部材２１は
、第１図ないし第２図に示すように対をなして装備され
ていることから、可動ステージ３の全体的移動変化量は
２δとなる。

そして、この第９図における垂直方向（上方向）の変化
は、線状ばね部材２１の均一なたわみによって打ち消さ
れ、これによって上方向（垂直方向）の変化は全く生じ
ない。

即ち、このガイド手段４においては、以下に示す利点が
生じている。

■、可動ステージ３の高さを変化させずに可動ステージ
３を水平方向のいづれの方向へも移動させることができ
る。このため、顕微鏡の対物レンズに対する水平方向の
移動調整若しくは同一条件下における水平面内での多点
チエツクには好適なものとなっている。

■、可動ステージ３と固定ステージ１との間に摩擦接触
が全くないため耐久性が著しく増大され、また経時的な
誤差の発生も著しく少なくすることができる。

■、駆動力Ｆと復帰力Ｆ′の等しいところで釣り合うと
ともに停止することから、制御し易いという利点がある
。

口裔１スー−ジに・　る　手 第１０図において、駆動励磁コイル５．６の内の一方の
駆動励磁コイル５に通電し、矢印の如く駆動電流１．（
直流）が流された場合を考える。

この場合、第１０図に示すように、磁石１１は駆動励磁
コイル５の長辺コイル部５Ａに近接してＮ極が配置され
、また、磁石１２は駆動励磁コイル５の長辺コイル部５
Ｂに近接してＳ極が配置されている。このため、駆動励
磁コイル５と磁石１１．１２との間には、それぞれ矢印
Ｃの方向の電磁力（この場合にはコイル側に生じる電磁
力の反力）が二ヵ所に同時に発生する。この矢印Ｃ方向
に対して逆の方向の電磁力を得るためには、電流Ｉｃの
向きを逆にすればよい。

一方、駆動励磁コイル６に第１０図に示す方向に駆動電
流Ｉｔ　　（直流）が通電された場合を考える。この場
合、同図の示すように駆動励磁コイル６と磁石１３．１
４との間には、それぞれ矢印Ｅの方向の電磁力（この場
合も、コイル側に生じる電磁力の反力）が同時に二カ所
に発生する。この矢印Ｅ方向の電磁力と逆の方向の電磁
力を得るには、駆動電流Ｉえの向きを逆にすればよい。

このように、駆動電流ＩＣ，ＩＥを各別に又は同時に通
電することにより、磁石７，８又は９゜１０にそれぞれ
Ｃ又はＥの方向、或いはその逆方向、更には合成方向に
電磁力が発生して可動ステージを移動せしめる。

第１１図及び第１２図に実験結果を示す。この実験では
、駆動励磁コイル５，６として、直径が０．３（ｍｍ）
の樹脂絶縁線１７０回巻きのコイルを使用した。また永
久磁石１１〜１４は、最大エネルギ積（Ｂ　Ｈ）□ｘ−
２２の希土類永久磁石を採用した。この場合、駆動励磁
コイル５，６の電磁力を受ける辺のところでは、約０．
２５７Ｔの磁束密度を得た。第１３図は、この時の各部
の寸法を示す。

この具体的な実験結果より、印加電流の大きさと可動ス
テージ３の移動（変位）量とは、はぼ比例することが明
らかとなった。また、Ｘ方向とＹ方向の合成方向につい
てもほぼ同様の結果を得ることができた。

拉１１しＬ１歪並−Δ軌作 駆動励磁コイル５又は６には、実際には駆動電流１ｃ又
はＩＥと位置検出用の所定周波数（例えば５　（ＫＨｚ
　）　）の交流信号が通電される。位置検出コイル７〜
１０は、第２図ないし第５図に示すように逆極性に接続
された２対のコイルであるから、これによって生じる可
動ステージ３のＸ方向、Ｙ方向又はその合成方向への変
位量に比例してそれぞれ差動電圧が検出される。これを
同期整流することにより、従来の差動変圧器と全く同様
の変位検出電圧が得られる。

ここで、ガイド手段４の一部を成す線状ばね部材２１，
２１．・・・については、上記実施例では特に断面円形
のものを使用した場合を例示したが、断面四角形状であ
ってもよい。この場合の可動ステージは、Ｘ方向又はＹ
方向の移動のみが許容されている。

また、上記実施例におけるガイド手段４の線状ばね部材
２１．２＋、、・・・については、これを中継ステージ
２０および可動ステージ３に対してねし止めによって固
定する所謂取換え可能な構造としてもよい。

第１４図に、上記実施例の倒立顕微鏡への使用例を示す
。この第１４図において、符号５０は顕微鏡の対物レン
ズを示す。この対物レンズ５０に対しては、中継ステー
ジ２０の中央部の貫孔２０Ａにはオーバヘッドランプ５
１が配設されている。

可動ステージ３上には、ガラス板５２が載置されるよう
になっている。測定用の試料等は、このガラス板５２上
に、又は可動ステージ３上に載置され観察されるように
なっている。また、正立顕微鏡に使用する場合には、本
ステージ装置を上下反対に配置してもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によると１、高さを変えることな
く水平方向の少なくともＸ方向及びＹ方向の二方向に可
動ステージを自在に移動させることができ、可動ステー
ジをガイド手段に吊持された形態としたことから、可動
ステージの移動に掛かる機械的なＩｇ擦力が全くなくな
り、従って耐久性が著しく増大されており、上下方向の
変化については複数本の線状ばね部材の偶数本の組合せ
によって相殺されることとなり、これによって経時的に
も可動ステージの上下方向の位置ずれを全く生じさせる
ことのない従来にない優れた計測機器用ステージ装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は第
１図の■−■線に沿った断面図、第３図は第１図ないし
第２図における駆動励磁コイル部分を示す説明図、第４
図ないし第５図は各々位置検出コイル部を示す結線図、
第６図は第１図の平面図、第７図は第１図の可動ステー
ジ３部分をしめず説明図、第８図ないし第１０図は第１
図中に開示された可動ステージ４の動作を示す説明図、
第１１図ないし第１２図は駆動ステージ４の動作を示す
特性曲線、第１３図は第１１図ないし第１２図の実験に
使用した各部の寸法を示す説明図、第１４図は本発明の
一使用例を示す説明図である。 １・・・固定ステージ、３・・・可動ステージ、３Ａ。 ３Ｂ・・・可動係着板、４・・・ガイド手段、２０・・
・中継ステージ、２１・・・線状ばね部材。 特許出願人　　鹿　　野　　快　　男 代理人　弁理士　　高　橋　　勇 第１図 ３Ａ、３８−−−　可１シゴイノＦミ層じＥ呂ｔぽ２：
；；ト罎１°９″８“ ＼ ＼ 工 （！１２！＋υ辺モａコイル） 第２図 ７〜１０゛（丁置硬ｔコイル ！１〜Ｉ４　：　ｆｊｋ石 互 ＼　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｆ′− 第４図 第５図 第６図 ２″Ｘ ３Ｂ　　　　　　ＪＡ 第ε図 第１０図 至 ニー 第１１図 （Ｘｈ百Ｍ仰電流−緊イ目骨性） ｌＨＩｆｆｔ５ｔＺｃｉＡ） 第１２図 （γ方閤騙勧電魚−倉瓜特控） 龜ε暑ｔｔｔｌｅｆｉ（Ａン 第１３図 第１４図 土 ＼、 ＼

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）、固定ステージと、この固定ステージの一方の面
   を含む平面に沿って移動する可動ステージと、この可動
   ステージを支持するとともにその移動を許容するガイド
   手段とを備え、 前記ガイド手段を、前記各ステージに共通に対向し且つ
   平行に配設された中継ステージと、この中継ステージを
   介して前記固定ステージを複数箇所にて前記可動ステー
   ジに一体的に連結する同一長さで同一強度の偶数本から
   成る複数の線状ばね部材とにより構成し、 これら複数の線状ばね部材を、前記固定ステージと可動
   ステージの共通する中心軸線に対して線対称に配設した
   ことを特徴とする計測機器用ステージ装置。
2. （２）、前記線状ばね部材が、断面円形状であることを
   特徴とした請求項１記載の計測機器用ステージ装置。
3. （３）、前記線状ばね部材が、断面四角形状であること
   を特徴とした請求項１記載の計測機器用ステージ装置。
4. （４）、前記線状ばね部材が、前記中継ステージ、固定
   ステージ及び可動ステージに対して着脱自在の構造とな
   っていることを特徴とした請求項１記載の計測機器用ス
   テージ装置。