JPH06194579A - 直線微動調整可能なステージ - Google Patents

直線微動調整可能なステージ

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JPH06194579A
JPH06194579A JP5237937A JP23793793A JPH06194579A JP H06194579 A JPH06194579 A JP H06194579A JP 5237937 A JP5237937 A JP 5237937A JP 23793793 A JP23793793 A JP 23793793A JP H06194579 A JPH06194579 A JP H06194579A
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JP
Japan
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stage
spring
piezoelectric
translation device
spring joint
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JP5237937A
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English (en)
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Bruno Schweizer
シュヴァイツァー ブルーノ
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Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
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Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/04Constructional details
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/34Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/24Base structure
    • G02B21/26Stages; Adjusting means therefor

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 分解能の高い特に光学器械又は顕微鏡用のス
テージを改良して、比較的小さな調整距離にわたって可
能な限り高い分解能をもって遊びなくかつ摩擦なく調整
できるようにし、しかも熱的なドリフトによってもステ
ージプレートの横方向移動を良好に防止する。 【構成】 ステージプレート2の中心を直接駆動する圧
電式並進運動装置5と、前記ステージプレート2をガイ
ドするための少なくとも2つの弾性部材6,7から成る
直線ガイド機構とを有し、前記弾性部材6,7が前記圧
電式並進運動装置5に対して共軸に配置されており、該
圧電式並進運動装置が前記弾性部材の中央に穿設された
切欠き又は孔を貫通している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特に光学器械又は顕微
鏡用の直線微動調整可能なステージに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】光学器械又は顕微鏡用の直線微動調整可
能なステージに検鏡法では試料ステージは照準のために
通常手動操作式又は電動式に高い減速比の伝動装置を介
して調整され、かつ、摺動式ガイド機構又はボール式ガ
イド機構によって顕微鏡の台架に沿って直線的にガイド
されている。しかしながらこの公知手段は、できるだけ
高い距離分解能やできるだけ遊びと摩擦のないことなど
に重きを置くよりも、むしろ比較的大きな調整範囲に重
きを置く場合にしか、その要求を満たすことができな
い。
【0003】ところが、むしろできるだけ高い距離分解
能やできるだけ遊びと摩擦をなくすことを重視するよう
な使用事例は極めて多い。このような使用例では所謂
「圧電式並進運動装置」が賞用されており、これら公知
の圧電式並進運動装置は一部では距離信号発生器を組込
みかつ調整すべき部分のためのガイド機構を付設して諸
メーカーによって提供されている。このような調整部材
は例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第363296
4号明細書に開示されている。この公知技術では、駆動
される部材をガイドするためにばね棒が使用され、被ガ
イド部分の片側は前記ばね棒を介して保持体、つまり調
整部材の定置部分、に結合されている。
【0004】しかしながら、このような片側ガイドが好
ましくないのは、これによって半径方向の温度ドリフト
が助長され、つまりガイド部材の熱的な長さ変動に基づ
いて、被ガイド部分が、ガイド方向に対して垂直な方向
に変位するからである。また、調整部材に一体に組込ま
れたこのようなガイド機構は寸法の点から見て一般に使
用者の要求を満たしていない。
【0005】3つの圧電式並進運動装置によって支持さ
れたプレートが米国特許第4785177号明細書に基
づいて公知になっており、該プレートは高さを微調整さ
れるばかりでなく、前記3つの圧電式並進運動装置を負
荷する適当な制御周波数で水平にシフトされかつ回動さ
れる。従って該プレートは直線的にガイドされるのでも
なければ、側方ずれを防止されているのでもない。
【0006】微小硬度試験機において顕微鏡対物レンズ
をダイヤフラムばねを介して直線的にガイドすることが
ドイツ連邦共和国特許第1000614号明細書に基づ
いて公知になっている。しかしながらこの場合のダイヤ
フラムばねは、できるだけ大きなばね行程を得るために
周方向スリットを多数有し、かつ、空気の充填されたベ
ローズが駆動のために使用される。これによっては、極
微細に分解された調整送り運動を実現することは不可能
である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、分解
能の高い特に光学器械又は顕微鏡用のステージを改良し
て、比較的小さな調整距離にわたって可能な限り高い分
解能をもって遊びなくかつ摩擦なく調整できるように
し、しかも熱的なドリフトによってもステージプレート
の横方向移動を良好に防止するようにすることである。
【0008】このようなステージは例えば、種々異なっ
た被検物平面からの被検物像、すなわち被検物の所謂z
方向解像を得ようとするような高分解能を有する共焦点
顕微鏡の場合に要求される。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の構成手段は、ステージプレートの中心を直接
駆動する圧電式並進運動装置と、前記ステージプレート
をガイドするための少なくとも2つの弾性部材から成る
直線ガイド機構とを有し、前記弾性部材が前記圧電式並
進運動装置に対して共軸に配置されており、該圧電式並
進運動装置が前記弾性部材の中央に穿設された切欠き又
は孔を貫通している点にある。
【0010】
【作用】圧電式並進運動装置と直線ガイド機構とを共軸
に配置したことに基づいて、半径方向の温度ドリフトの
ない、所要スペースを節減するコンパクトな構造形が得
られる。また構造はガイド方向で著しく剛性である。そ
れというのは圧電式並進運動装置がステージプレートの
中心を直接駆動するからである。そればかりかステージ
の極めて対称的な単純構造が得られる。弾性部材として
は例えばリング状のダイヤフラムばね又は、順次相前後
して接続されたばね継手から成る互いに並列された複数
のばね継手群を使用することが可能である。両ガイド機
構によって、遊びが排除されると共にガイド運動の良好
な平行性が得られる。
【0011】
【実施例】次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説す
る。
【0012】図1に示したステージは定置の円筒部材3
を有し、該円筒部材は、詳細には図示しなかった形式で
定置のステージ支持体1にか又はステージを使用する器
械に固定されている。円筒体ボトムの中心にはねじ9を
介して圧電式並進運動装置5が固定されており、該圧電
式並進運動装置の調整可能なヘッド部分8は、その上に
位置しているステージプレート2の下面に向かって作業
する。この場合の圧電式並進運動装置5とは、 Physic
Instrumente GmbH 社(ドイツ連邦共和国 Waldbronn 市
在)が LVPC Translator P-841.40 という商品名で販売
している商品である。
【0013】位置センサを組込んだ該圧電式並進運動装
置5は、接続された電子制御系を介して二重矢印zの方
向にステージプレート2を著しく高い曲げ剛さをもって
ヒステリシスなしに調整することができる。
【0014】またステージプレート2の下面には円筒部
材4がねじ締結されており、該円筒部材は、z方向で約
8cmの相互間隔をおいて配置された焼結青銅から成る
2つのリング状のダイヤフラムばね6,7を介して定置
の円筒部材3と結合されている。両ダイヤフラムばねの
うちの一方、つまりダイヤフラムばね6は図3に平面図
で図示されている。両ダイヤフラムばね6,7はステー
ジプレート2を100分の数mmから10分の1mmに
至るまでの調整距離にわたって遊びなくガイドする。圧
電式並進運動装置5の調整距離に適合された前記範囲内
では単にダイヤフラムばねの弾性変形が生じるにすぎな
い。
【0015】図2に示した第2実施例の構成は原理的に
は極めて類似している。図2では定置のステージ支持体
は符号11で示されている。該ステージ支持体上に支持
リング21が支持されており、該支持リングの上面に
は、ステージの微調整運動に対して定置の外側円筒部材
13がねじ山付きリング25を介して支承されている。
該ねじ山付きリング25によって外側円筒部材13はz
方向で粗調整運動することができる。前記支持リング2
1内に設けられていて前記外側円筒部材13内の溝24
に係合しているピン23は、粗調整運動中にステージを
直線案内するためのものであり、かつ、外側円筒部材1
3は刻み目付きねじ22によってステージ支持体11に
対して位置固定(緊定)することができる。外側円筒部
材13には、やはり円筒形のボトム部材10がリング1
13を介してねじ締結されている。リング113と円筒
ボトム部材10との間並びにリング123と外側円筒部
材13との間には、それぞれ1つのリング状のダイヤフ
ラムばね16,17が外縁部を締め込まれている。ダイ
ヤフラムばね17の内縁部は2つのリング114と12
4との間に締め込まれている。両リング114と124
は同時に内側円筒部材14の下面にねじ締結されてい
る。
【0016】内側円筒部材14の上面とステージプレー
ト12の下面中央区域に設けたリング鍔との間に他方の
ダイヤフラムばね16の内縁部が最終的に締め込まれ
る。このようにして本実施例でも両ダイヤフラムばね1
6,17はステージプレート12のガイド機構を形成す
る。円筒ボトム部材10の中央には、ねじ19と調整円
板28とを介して圧電式並進運動装置15が組込まれて
いる。該圧電式並進運動装置の可動の調整部材18は、
ステージプレート12の中心に螺入された調整ねじ20
の下面に向かって作動する。
【0017】この場合の圧電式並進運動装置15は、す
でに図1との関連において記載した同一タイプのもので
ある。該圧電式並進運動装置内に一体に組込まれている
位置センサの制御ケーブル26と信号ケーブルは内外の
両円筒部材13及び14に穿設された横方向開口を通っ
て導出されている。
【0018】ダイヤフラムばね16,17は、ばね剛さ
をもった厚さ0.05mmの青銅薄板から成っている。
両ダイヤフラムばねの内孔と外径は、組付け時に内外の
両円筒部材13と14を共軸に整合させるための嵌合い
手段として同心的に構成されている。
【0019】両ダイヤフラムばね16,17を組付ける
際に留意すべき点は、組込み時のダイヤフラムばねの歪
みを避けるために内側と外側の締込み部位をその都度正
確に同一高さに位置させることである。それゆえに組付
け補助部材として3本の支持ねじ30が設けられてお
り、図2ではその中の1本だけが図示されているにすぎ
ない。該支持ねじ30は組付け後に取り除かれる。
【0020】図4乃至図6に示した実施例では、定置の
ステージ支持部材31に支持されていてステージプレー
ト32の中心を駆動する圧電式並進運動装置35が、順
次相前後して接続された複数のばね継手から成る互いに
平行に配列された2つのばね継手群36,37によって
包囲されている。第1のばね継手群37は中心孔を有す
る4つのリング状プレートから成り、該リング状プレー
トは上下で交互に右側と左側で材料ウェブ33a,33
b,33cによって結合されており、該材料ウェブはヒ
ンジ点として作用する。この第1のばね継手群37の傾
動軸線はすべて、図5に記号yで示した方向に平行に方
位付けられている。
【0021】このリング状プレートから成る第1のばね
継手群37の内部に第2のばね継手群36が配置されて
おり、該第2ばね継手群もやはり、リング状プレートを
順次相前後して接続する複数のばね継手から成ってい
る。90°回動して示した図6の断面図から判るように
材料ウェブ34a,34b,34cが第2のばね継手群
の4つのリング状プレートを互いに結合している。この
第2ばね継手群36の傾動軸線はすべて、図5に記号x
で示した方向に平行に方位付けられている。両方のリン
グ状ばね継手群16と17はその下面でプレート38を
介して互いに結合されており、また同時にその上面では
ステージプレート32にねじ締結されている。傾動軸線
の方向を互いに90°回動して両方のばね継手群を平行
に配列することによって、傾斜の防止された製作の簡単
な直線ガイド機構が形成される。それというのは該直線
ガイド機構が旋削部品からのみ構成されているからであ
る。該直線ガイド機構はまた遊びも摩擦もなく、耐ダス
ト性であり半径方向の温度ドリフトに対しても安定して
いる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ガイド装置に対して平行な平面で断面して示し
た第1実施例によるステージの概略断面図である。
【図2】第2実施例によるステージの拡大断面図であ
る。
【図3】図1に示した第1実施例のダイヤフラムばねの
平面図である。
【図4】ガイド装置に対して平行な第1平面で断面して
示した本発明の異なった実施例の断面図である。
【図5】ガイド装置に対して垂直な平面で断面して示し
た、しかも図4のV−V線に沿った断面図である。
【図6】図4の図示に対して90°回動してガイド装置
に対して平行な別の平面で断面して示した図4の実施例
の断面図である。
【符号の説明】
1 定置のステージ支持体、 2 ステージプレー
ト、 3 定置の円筒部材、 4 円筒部材、 5
圧電式並進運動装置、 6,7 ダイヤフラムば
ね、 8 調整可能なヘッド部分、 9 ねじ、
10 円筒ボトム部材、 11 定置のステージ支
持体、 12 ステージプレート、13 外側円筒
部材、 14 内側円筒部材、 15 圧電式並進
運動装置、 16,17 リング状のダイヤフラムば
ね、 18 可動の調整部材、 19 ねじ、 2
0 調整ねじ、 21 支持リング、 22 刻
み目付きねじ、 23 ピン、 24 溝、 25
ねじ山付きリング、26 制御ケーブル、 27
信号ケーブル、 28 調整円板、 30 支
持ねじ、 31 定置のステージ支持部材、 32
ステージプレート、 33a,33b,33c;34
a,34b,34c 材料ウェブ、35 圧電式並
進運動装置、 36,37 第1群と第2群のばね継
手、38 プレート、 113,114 リング、
123,124 リング

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学器械又は顕微鏡用の直線微動調整可
    能なステージにおいて、ステージプレート(2;12;
    32)の中心を直接駆動する圧電式並進運動装置(5;
    15;35)と、前記ステージプレート(2;12;3
    2)をガイドするための少なくとも2つの弾性部材
    (6,7;16,17;36,37)から成る直線ガイ
    ド機構とを有し、前記弾性部材(6,7;16,17;
    36,37)が前記圧電式並進運動装置(5;15;3
    5)に対して共軸に配置されており、該圧電式並進運動
    装置が前記弾性部材の中央に穿設された切欠き又は孔を
    貫通していることを特徴とする、直線微動調整可能なス
    テージ。
  2. 【請求項2】 複数の弾性部材がリング状のダイヤフラ
    ムばね(6,7;16,17)から成り、該ダイヤフラ
    ムばねが、調整可能なステージプレート(2;12)に
    設けた円筒部材(4;14)と、定置のステージ支持体
    (1;11)に設けた円筒部材(3;13)とに、調整
    方向で相互間隔をおいて固定されている、請求項1記載
    のステージ。
  3. 【請求項3】 両弾性部材が、順次相前後して接続され
    た複数のばね継手(33a,33b,33c;34a,
    34b,34c)を有するばね継手群(36,37)か
    らそれぞれ成り、前記ばね継手が同一軸線方向(x,
    y)の傾動軸線を中心として傾動可能であり、両方のば
    ね継手群(36,37)が互いに並列されており、か
    つ、両方のばね継手群の傾動軸線の軸線方向(x,y)
    が、0°とは異なる相互角度で配置されている、請求項
    1記載のステージ。
  4. 【請求項4】 両方のばね継手群(36,37)の傾動
    軸線の成す角度が90°である、請求項3記載のステー
    ジ。
  5. 【請求項5】 各ばね継手群(36,37)が、少なく
    とも2つの相前後して接続されたばね継手(33a,3
    3b,33c;34a,34b,34c)から成ってい
    る、請求項3記載のステージ。
  6. 【請求項6】 圧電式並進運動装置(5;15;35)
    が、該圧電式並進運動装置内に組込まれた位置センサを
    有している、請求項1記載のステージ。
  7. 【請求項7】 ステージが付加的に粗調整機構(25)
    と、粗調整のための直線ガイド機構23とを有してい
    る、請求項1記載のステージ。
  8. 【請求項8】 共焦点顕微鏡のような高分解能の顕微鏡
    における試料ステージとして使用する、請求項1から7
    までのいずれか1項記載のステージ。
JP5237937A 1992-09-25 1993-09-24 直線微動調整可能なステージ Pending JPH06194579A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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DE4232079.8 1992-09-25
DE4232079A DE4232079B4 (de) 1992-09-25 1992-09-25 Linear feinverstellbarer Tisch für ein eine spielfreie Führung erforderndes Gerät

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