JPH06138396A - 微動機構 - Google Patents
微動機構Info
- Publication number
- JPH06138396A JPH06138396A JP30822092A JP30822092A JPH06138396A JP H06138396 A JPH06138396 A JP H06138396A JP 30822092 A JP30822092 A JP 30822092A JP 30822092 A JP30822092 A JP 30822092A JP H06138396 A JPH06138396 A JP H06138396A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hinge
- stage
- actuator
- base
- displacement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 微小寸法測定装置のステージ機構部に関し、
薄型で低価格にすることを目的とする。 【構成】変位がステージと平行に生じるようアクチュエ
ータを配置し、該アクチュエータの変位を前記ステージ
の垂直方向に高分解能のステップで変換する薄型の微動
機構。
薄型で低価格にすることを目的とする。 【構成】変位がステージと平行に生じるようアクチュエ
ータを配置し、該アクチュエータの変位を前記ステージ
の垂直方向に高分解能のステップで変換する薄型の微動
機構。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡を用いた微小寸
法測定装置のステージ機構部に関するものである。
法測定装置のステージ機構部に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体や磁気ヘッド等のエレクトロニク
スデバイスの形状、寸法測定装置には、精密に位置決め
を行い、ストロークが１００μｍ程度で変位分解能が高
いオートフォーカス顕微鏡用の微動Ｚ軸の駆動機構が必
要である。このようなＺ軸の微動機構は、一般にＸ、Ｙ
ステージや回転ステージと組み合わせて使用される。そ
の従来のＺ軸微動機構の例を図６及び図７によって説明
する。図６は従来のＺ軸微動機構の平面図、図７は、図
６のＡ−Ａ断面図であり、ベース９に基準ブロック１２
が固定され、なおかつ、３ケ所の弾性ヒンジを持つ梃子
状のヒンジプレート１１が前記基準ブロック１２に固定
され、それが、図７に示すようにベース９上に３ケ所１
２０°ピッチで配置、固定されている。支柱１６はベー
ス９に固定され、アクチュエータプレート１５を固定し
ている。又、アクチュエータベース１３はスペーサ１４
を間にしてヒンジプレート１１の一端に連結されてい
る。引張バネ１０は、圧電素子で構成されたアクチュエ
ータ１８に予圧を加え、バックラッシュが生じないよう
にする為に取付けられている。圧電アクチュエータ１８
はＺ軸上 すなわち垂直にステージ２６の中心部に配置
固定されており、電圧を印加すると、上部が固定されて
いる為、下方すなわち圧電アクチュエータベース１３を
押し下げる方向に伸びる。この時、弾性ヒンジ支点１９
を支点としてヒンジプレート１１が回転運動を行う。弾
性ヒンジ２０は、下方へ移動する直線運動を回転運動
に、又、弾性ヒンジ２１は回転運動を上方への直線運動
にそれぞれ、バックラッシュがなく、摩擦や磨耗がない
ように変換する。圧電アクチュエータ１８のストローク
は、弾性ヒンジ支点１９から、弾性ヒンジ２０までの距
離と、弾性ヒンジ２１までの距離の倍数分すなわち梃子
比（４：１）の関係で、約４倍に拡大して上方に変換さ
れる。又、図６を見るとわかるように、ヒンジプレート
１１は、３ケ１２０°ピッチで配置されている為、上下
方向には、高精度の真直案内精度が得られる。
スデバイスの形状、寸法測定装置には、精密に位置決め
を行い、ストロークが１００μｍ程度で変位分解能が高
いオートフォーカス顕微鏡用の微動Ｚ軸の駆動機構が必
要である。このようなＺ軸の微動機構は、一般にＸ、Ｙ
ステージや回転ステージと組み合わせて使用される。そ
の従来のＺ軸微動機構の例を図６及び図７によって説明
する。図６は従来のＺ軸微動機構の平面図、図７は、図
６のＡ−Ａ断面図であり、ベース９に基準ブロック１２
が固定され、なおかつ、３ケ所の弾性ヒンジを持つ梃子
状のヒンジプレート１１が前記基準ブロック１２に固定
され、それが、図７に示すようにベース９上に３ケ所１
２０°ピッチで配置、固定されている。支柱１６はベー
ス９に固定され、アクチュエータプレート１５を固定し
ている。又、アクチュエータベース１３はスペーサ１４
を間にしてヒンジプレート１１の一端に連結されてい
る。引張バネ１０は、圧電素子で構成されたアクチュエ
ータ１８に予圧を加え、バックラッシュが生じないよう
にする為に取付けられている。圧電アクチュエータ１８
はＺ軸上 すなわち垂直にステージ２６の中心部に配置
固定されており、電圧を印加すると、上部が固定されて
いる為、下方すなわち圧電アクチュエータベース１３を
押し下げる方向に伸びる。この時、弾性ヒンジ支点１９
を支点としてヒンジプレート１１が回転運動を行う。弾
性ヒンジ２０は、下方へ移動する直線運動を回転運動
に、又、弾性ヒンジ２１は回転運動を上方への直線運動
にそれぞれ、バックラッシュがなく、摩擦や磨耗がない
ように変換する。圧電アクチュエータ１８のストローク
は、弾性ヒンジ支点１９から、弾性ヒンジ２０までの距
離と、弾性ヒンジ２１までの距離の倍数分すなわち梃子
比（４：１）の関係で、約４倍に拡大して上方に変換さ
れる。又、図６を見るとわかるように、ヒンジプレート
１１は、３ケ１２０°ピッチで配置されている為、上下
方向には、高精度の真直案内精度が得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術では、
アクチュエータが垂直方向に配置されている為、ステー
ジ自身の高さが大きいということと、部品点数が多く価
格が高いという欠点がある。本発明は、これらの欠点を
除去し、薄型で低価格にすることを目的とする。
アクチュエータが垂直方向に配置されている為、ステー
ジ自身の高さが大きいということと、部品点数が多く価
格が高いという欠点がある。本発明は、これらの欠点を
除去し、薄型で低価格にすることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、以下の構成を有する。アクチュエータを
その変位がステージと平行に生じるよう配置し、一端を
ベースに固定し、他端をヒンジプレートに接続した。こ
のヒンジプレートは３か所のヒンジで接続された４つの
ブロックより成り、アクチュエータの変位ストロークに
よりベース寄りのヒンジを中心に中間ブロックが回転す
る。また、このヒンジプレートの前記中間ブロックはヒ
ンジ梃子の中間ブロックに接続される。このヒンジ梃子
は２か所のヒンジで接続された３つのブロックより成
り、ベース側のヒンジを支店とし、前記ヒンジプレート
の回転運動を前記ステージの上下運動に変換する。この
うように、ステージと平行に生じるアクチュエータの変
位を前記ステージのＺ軸方向に変換し、ストロークを得
る構造とした。
達成するため、以下の構成を有する。アクチュエータを
その変位がステージと平行に生じるよう配置し、一端を
ベースに固定し、他端をヒンジプレートに接続した。こ
のヒンジプレートは３か所のヒンジで接続された４つの
ブロックより成り、アクチュエータの変位ストロークに
よりベース寄りのヒンジを中心に中間ブロックが回転す
る。また、このヒンジプレートの前記中間ブロックはヒ
ンジ梃子の中間ブロックに接続される。このヒンジ梃子
は２か所のヒンジで接続された３つのブロックより成
り、ベース側のヒンジを支店とし、前記ヒンジプレート
の回転運動を前記ステージの上下運動に変換する。この
うように、ステージと平行に生じるアクチュエータの変
位を前記ステージのＺ軸方向に変換し、ストロークを得
る構造とした。
【０００５】
【作用】本発明の動作について説明すると、アクチュエ
ータの変位は、ヒンジを有する機構により、回転運動か
ら、直線運動へと変換され、Ｚ軸、すなわち、垂直方向
のストロークに変換される。従って薄型で部品点数の少
ない低価格な微動Ｚステージの微動機構を得ることがで
きる。
ータの変位は、ヒンジを有する機構により、回転運動か
ら、直線運動へと変換され、Ｚ軸、すなわち、垂直方向
のストロークに変換される。従って薄型で部品点数の少
ない低価格な微動Ｚステージの微動機構を得ることがで
きる。
【０００６】
【実施例】以下本発明の一実施例を、図１、図２、図
３、図４及び図５によって説明する。図１は本発明にお
ける各部動作の関連を説明する図、図２から図５は本発
明の具体的実施例を説明する図である。初めに動作の概
略について図１を用いて説明する。同図は構成要素の動
作の関連を概念的に表わしたもので、１はベース、２は
ステージ、８はアクチュエータ、４は４つのブロックが
互いにヒンジで接続されたヒンジプレート、５は３つの
ブロックが互いにヒンジで接続されたヒンジ梃子であ
る。ここで、実線で表わしたアクチュエータ８とヒンジ
プレート４はベース１に固定されており、破線でし表わ
したヒンジ梃子５はヒンジプレート４と固定されてい
る。ステージ２は一点鎖線で表わしている。なお、これ
らの平面上の位置関係は図５を参照されたい。２２、２
３、２４、２５、２６はヒンジでヒンジプレート４のヒ
ンジ２４とヒンジ梃子５のヒンジ２６は同軸上に位置す
る（なお、これらの具体的な構成は図２から図５に示さ
れており、後に説明する）。次に、この動作を説明す
る。ステージ１に固定されたアクチュエータ８の伸縮の
動き、すなわち、変位ａ（矢印）はヒンジ２２を介して
矢印ｂに示すようにヒンジプレート４に伝わる。この動
きは、ヒンジ２４を中心とする矢印ｃに示す回転運動と
なり、ヒンジ梃子５に伝わる。ヒンジ梃子５はヒンジ２
６を中心にして矢印ｃに示すように回転する。この動き
はヒンジ２５を介してステージ２に矢印ｄのように伝わ
る。なお、このとき、ステージ２には横方向へのずれが
発生するが図示しないガイドにより垂直方向に案内さ
れ、かつ、このずれはヒンジ２５の弾性が吸収する。こ
のようにして、アクチュエータ１８の動きはステージ２
に伝達される。次により具体的な実施例について図２か
ら図５を用いて説明する。図２から図５は本発明の具体
的実施例を説明する図で、図２は図５のＡ−Ａ断面、図
３はＢ−Ｂ断面、図４は、Ｃ−Ｃ断面図、図５はステー
ジ部分の一部をカットした平面図である。１８はアクチ
ュエータでこの実施例においては一例として圧電素子で
構成した圧電アクチュエータとする。３は圧電アクチュ
エータ１８の変位基準となる基準ブロックで、ベース１
にボルト２７により固定さてている。ヒンジプレート４
は、一方が、圧電アクチュエータ１８に、もう一方は、
ボルト２８によりステージ１に固定されており、３か所
の弾性ヒンジ２２、２３、２４を形成している（図２、
図５参照）。ヒンジ梃子５は、弾性ヒンジ２５、２６を
有し、回転運動を上下の直線運動に変換する為の梃子と
なっており、前記ヒンジプレート４をはさみ込む構造で
ボルト３３、３４により連結され、ボルト２９を介して
ベース１に固定され、ボルト３０でステージ２に固定さ
れている（図２、図３、図５参照）。６は、ボルト３１
でステージ２に、ボルト３２でベース１に固定されたガ
イドブロックで、４か所の弾性ヒンジ３５、３６、３
７、３８を有することにより、平行板バネ状の構造とな
っており、上下方向には、小さい力で作用することがで
き、又、幅広である為、水平方向の剛性も確保している
（図４、図５参照）。このガイドブロック６は前記ヒン
ジ梃子５の直線運動をベース１に対して、高真直案内精
度かつ高垂直精度にするため、すなわち、ステージ２が
真直に上下動するようにするために、４つ対称配置し
て、ステージ２を案内している。７は、圧電アクチュエ
ータ１８に予圧を加え、ストロークにバックラッシュを
なくする為の引張バネで、２つ配置して、基準ブロック
３とヒンジプレート４とを引っ張っている。基準ブロッ
ク３を基準として水平方向に伸びた圧電アクチュエータ
１８からのストロークは、ヒンジプレート４に伝わり、
同プレート４の中間部は弾性ヒンジ支点２４を支点とし
て回転する。なお、弾性ヒンジ２３は、効率良くストロ
ークを伝える為に、形成されている。ヒンジ梃子５はヒ
ンジプレート４と連結している為、ヒンジプレート４か
ら伝えられた回転力により、２６の弾性ヒンジ支点を支
点として回転し、ステージの中心側で上下方向のストロ
ークに変換される。２５の弾性ヒンジは、効率よく上下
方向にストロークが得られるように形成されている。ま
た、この時にヒンジ梃子５に発生する水平方向へのずれ
は弾性ヒンジ２５により吸収される。変位のストローク
は、弾性ヒンジ支点２３と２４の距離対２５と２６の距
離の比で拡大される。ここで、弾性ヒンジを有するヒン
ジプレート４、ヒンジ梃子５、ガイドブロック６には言
うまでもなく剛性の高い材料が適しており。例えば炭素
鋼等が優れている。このような材料により、ヒンジ部の
厚みは０．５ｍｍ程度に形成することができる。 ま
た、アクチュエータ８としては圧電素子が優れており、
この実施例においては、圧電アクチュエータ１８の長さ
を３６ｍｍとした場合、その変位は印加電圧０Ｖ〜１０
０Ｖで３０μｍ発生し、ヒンジ梃子５できまる拡大比を
４対１にした場合、ステージ２の上下動すなわち、Ｚ軸
変位は１２０μｍであった。更に印加電圧の制御により
高い変位分解能を得ることができ、上記実施例では少な
くとも０．０１μｍステップでの変位が可能である。
３、図４及び図５によって説明する。図１は本発明にお
ける各部動作の関連を説明する図、図２から図５は本発
明の具体的実施例を説明する図である。初めに動作の概
略について図１を用いて説明する。同図は構成要素の動
作の関連を概念的に表わしたもので、１はベース、２は
ステージ、８はアクチュエータ、４は４つのブロックが
互いにヒンジで接続されたヒンジプレート、５は３つの
ブロックが互いにヒンジで接続されたヒンジ梃子であ
る。ここで、実線で表わしたアクチュエータ８とヒンジ
プレート４はベース１に固定されており、破線でし表わ
したヒンジ梃子５はヒンジプレート４と固定されてい
る。ステージ２は一点鎖線で表わしている。なお、これ
らの平面上の位置関係は図５を参照されたい。２２、２
３、２４、２５、２６はヒンジでヒンジプレート４のヒ
ンジ２４とヒンジ梃子５のヒンジ２６は同軸上に位置す
る（なお、これらの具体的な構成は図２から図５に示さ
れており、後に説明する）。次に、この動作を説明す
る。ステージ１に固定されたアクチュエータ８の伸縮の
動き、すなわち、変位ａ（矢印）はヒンジ２２を介して
矢印ｂに示すようにヒンジプレート４に伝わる。この動
きは、ヒンジ２４を中心とする矢印ｃに示す回転運動と
なり、ヒンジ梃子５に伝わる。ヒンジ梃子５はヒンジ２
６を中心にして矢印ｃに示すように回転する。この動き
はヒンジ２５を介してステージ２に矢印ｄのように伝わ
る。なお、このとき、ステージ２には横方向へのずれが
発生するが図示しないガイドにより垂直方向に案内さ
れ、かつ、このずれはヒンジ２５の弾性が吸収する。こ
のようにして、アクチュエータ１８の動きはステージ２
に伝達される。次により具体的な実施例について図２か
ら図５を用いて説明する。図２から図５は本発明の具体
的実施例を説明する図で、図２は図５のＡ−Ａ断面、図
３はＢ−Ｂ断面、図４は、Ｃ−Ｃ断面図、図５はステー
ジ部分の一部をカットした平面図である。１８はアクチ
ュエータでこの実施例においては一例として圧電素子で
構成した圧電アクチュエータとする。３は圧電アクチュ
エータ１８の変位基準となる基準ブロックで、ベース１
にボルト２７により固定さてている。ヒンジプレート４
は、一方が、圧電アクチュエータ１８に、もう一方は、
ボルト２８によりステージ１に固定されており、３か所
の弾性ヒンジ２２、２３、２４を形成している（図２、
図５参照）。ヒンジ梃子５は、弾性ヒンジ２５、２６を
有し、回転運動を上下の直線運動に変換する為の梃子と
なっており、前記ヒンジプレート４をはさみ込む構造で
ボルト３３、３４により連結され、ボルト２９を介して
ベース１に固定され、ボルト３０でステージ２に固定さ
れている（図２、図３、図５参照）。６は、ボルト３１
でステージ２に、ボルト３２でベース１に固定されたガ
イドブロックで、４か所の弾性ヒンジ３５、３６、３
７、３８を有することにより、平行板バネ状の構造とな
っており、上下方向には、小さい力で作用することがで
き、又、幅広である為、水平方向の剛性も確保している
（図４、図５参照）。このガイドブロック６は前記ヒン
ジ梃子５の直線運動をベース１に対して、高真直案内精
度かつ高垂直精度にするため、すなわち、ステージ２が
真直に上下動するようにするために、４つ対称配置し
て、ステージ２を案内している。７は、圧電アクチュエ
ータ１８に予圧を加え、ストロークにバックラッシュを
なくする為の引張バネで、２つ配置して、基準ブロック
３とヒンジプレート４とを引っ張っている。基準ブロッ
ク３を基準として水平方向に伸びた圧電アクチュエータ
１８からのストロークは、ヒンジプレート４に伝わり、
同プレート４の中間部は弾性ヒンジ支点２４を支点とし
て回転する。なお、弾性ヒンジ２３は、効率良くストロ
ークを伝える為に、形成されている。ヒンジ梃子５はヒ
ンジプレート４と連結している為、ヒンジプレート４か
ら伝えられた回転力により、２６の弾性ヒンジ支点を支
点として回転し、ステージの中心側で上下方向のストロ
ークに変換される。２５の弾性ヒンジは、効率よく上下
方向にストロークが得られるように形成されている。ま
た、この時にヒンジ梃子５に発生する水平方向へのずれ
は弾性ヒンジ２５により吸収される。変位のストローク
は、弾性ヒンジ支点２３と２４の距離対２５と２６の距
離の比で拡大される。ここで、弾性ヒンジを有するヒン
ジプレート４、ヒンジ梃子５、ガイドブロック６には言
うまでもなく剛性の高い材料が適しており。例えば炭素
鋼等が優れている。このような材料により、ヒンジ部の
厚みは０．５ｍｍ程度に形成することができる。 ま
た、アクチュエータ８としては圧電素子が優れており、
この実施例においては、圧電アクチュエータ１８の長さ
を３６ｍｍとした場合、その変位は印加電圧０Ｖ〜１０
０Ｖで３０μｍ発生し、ヒンジ梃子５できまる拡大比を
４対１にした場合、ステージ２の上下動すなわち、Ｚ軸
変位は１２０μｍであった。更に印加電圧の制御により
高い変位分解能を得ることができ、上記実施例では少な
くとも０．０１μｍステップでの変位が可能である。
【０００７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、従
来機構部の高さの約１／３の高さでステージ機構部を製
作することができるとともに、部品点数が約半分となる
ため、低価格を実現することができる。
来機構部の高さの約１／３の高さでステージ機構部を製
作することができるとともに、部品点数が約半分となる
ため、低価格を実現することができる。
【図１】本発明の実施例の動作概略図
【図２】本発明の一実施例の断面図
【図３】本発明の一実施例の断面図
【図４】本発明の一実施例の断面図
【図５】本発明の一実施例の平面図
【図６】従来例の平面図
【図７】従来例の側断面図
１ ベース ２ ステージ ３ 基準ブロック ４ ヒンジプレート ５ ヒンジ梃子 ６ ガイドブロック ７ 引張バネ ８ アクチュエータ １８ 圧電アクチュエータ ２２、２３、２４、２５、２６ ヒンジ
Claims (3)
- 【請求項１】 対象物を載置するステージと、該ステー
ジを載せるベースと一端が該ベースに固定され、その変
位が該ステージとほぼ平行に生じるよう配置されたアク
チュエータと、該アクチュエータの他端と上記ステージ
とを結合する部材とからなり、該部材は上記ベースに回
動自在に支持され、かつ上記アクチュエータの平行運動
を上記ステージの上下運動に変換する機構を有すること
を特徴とする微動機構 - 【請求項２】 上記部材は、上記アクチュエータの他端
と上記ベースの間に配置され、少なくとも３か所のヒン
ジで接続された４つのブロックと、一端が前記ベース
に、他端が前記ステージに固定された少なくとも２か所
のヒンジで接続された３つのブロックより成ることを特
徴とする請求項１項記載の微動機構 - 【請求項３】 アクチュエータを圧電素子で構成したこ
とを特徴とする請求項１項記載の微動機構
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30822092A JPH06138396A (ja) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | 微動機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30822092A JPH06138396A (ja) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | 微動機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06138396A true JPH06138396A (ja) | 1994-05-20 |
Family
ID=17978373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30822092A Pending JPH06138396A (ja) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | 微動機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06138396A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012027296A (ja) * | 2010-07-26 | 2012-02-09 | Akutesu Kk | 位置決め装置 |
| CN114486740A (zh) * | 2022-02-08 | 2022-05-13 | 江苏集萃苏科思科技有限公司 | 一种二自由度运动台 |
-
1992
- 1992-10-22 JP JP30822092A patent/JPH06138396A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012027296A (ja) * | 2010-07-26 | 2012-02-09 | Akutesu Kk | 位置決め装置 |
| CN114486740A (zh) * | 2022-02-08 | 2022-05-13 | 江苏集萃苏科思科技有限公司 | 一种二自由度运动台 |
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