JPH0894780A - ｘ−ｙ−θ微動ステージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 金属顕微鏡、走査型電子顕微鏡等の計測装置
における測定対象物の移動装置として、小型軽量で、か
つ構造が単純で、ｘ軸、ｙ軸、θ軸方向に１０分の数ミ
クロン単位で位置決め可能なｘ−ｙ−θ微動ステージを
考案する。 【構成】 可動テーブル９の駆動源として３極または４
極の円筒型圧電素子６を用い、本圧電素子にパルス状電
圧を印可することにより生ずる素子上端面の伸縮および
屈曲運動を利用し、可動テーブルを移動するものであ
る。また、本運動はその変位量が小さいため、円筒型圧
電素子上端面に正三角形の変位拡大機構８を接合し、変
位量の拡大を図っている。さらに、可動テーブルと変位
拡大機構上面の摩擦力の影響を低減するため変位拡大機
構上面に円錐上突起を接合し、その上に可動テーブルを
搭載している。可動テーブルは、本円錐上突起の振動モ
ードの差異により前後、左右、あるいは回転方向に駆動
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属顕微鏡、走査型電
子顕微鏡等の計測装置において、測定対象物の測定領域
の拡大と正確な視野確保を図るため、測定対象物を搭載
している可動テーブルを広範囲かつ微調整に有利に位置
決めできるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属顕微鏡、走査型電子顕微鏡等
の計測装置における測定対象物の移動装置としては、モ
ータを駆動源として一軸テーブルを組み合わせたタイプ
のものが多く、駆動方向が多くなるに従ってその構造も
複雑になり、コントローラもより複雑な制御を行えるも
のが必要であった。また、測定対象物を搭載するテーブ
ルの微小送りを実現するためには、より高精度なボール
ネジの確保やノーバックラッシュ機構の採用等が必要で
あった。

【０００３】このため、従来のｘ−ｙ−θ微動ステージ
は、構造が複雑で、かつ重量および寸法が大きく、製造
コストが高く、かつメンテナンスが困難である等の特徴
を有していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、金属顕微鏡、走査型電子顕微鏡等の計測装置にお
ける測定対象物の移動装置として、 構造が簡単で重量および寸法が小さく、かつ製造コス
トが安くメンテナンスが容易であること。

【０００５】測定対象物をユーザーの希望に応じ、前
後、左右、あるいは回転方向に移動可能なものであるこ
と。

【０００６】ｘ−ｙ−θ軸方向に１０分の数ミクロン
程度の微細位置決めが可能であること。

【０００７】等の点である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ｘ−ｙ−θ微
動ステージの駆動源として３極または４極の円筒型圧電
素子を用い、本圧電素子にパルス状電圧を印可すること
により生ずる素子上端面の伸縮および屈曲運動を利用し
たものである。また、本運動はその変位量が小さいため
円筒型圧電素子上端面に正三角形の変位拡大機構を接合
し、変位量の拡大を図っている。さらに、可動テーブル
と変位拡大機構部上面の摩擦力の影響を低減するため変
位拡大機構上面に円錐上突起を接合し、その上に可動テ
ーブルを搭載している。可動テーブルは、本円錐上突起
の振動モードの差異により前後、左右、あるいは回転方
向に駆動される。ここで、変位拡大機構部の振動モード
の差異は、円筒型圧電素子に印可されるパルス状電圧の
印加パターンおよび周波数を変更することにより生ずる
ことができる。このため、円筒型圧電素子に加える印加
電圧パターンおよび周波数を種々組み合わせることによ
り、本ｘ−ｙ−θ微動ステージの可動テーブルは、全方
向に移動可能である。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明装置の１実施例であり、１は
円筒型圧電素子に印可するパルス電圧の周波数および印
加電極の選択を行なうコントローラ、２はコントローラ
からの指令を受け０〜５Ｖのパルス状電圧を発生するた
めの基準パルス発生装置、３は基準パルス電圧を０〜１
００Ｖのパルス状電圧に昇圧するための印加電圧制御装
置、４はｘ−ｙ−θ微動ステージである。

【００１０】図２は、ｘ−ｙ−θ微動ステージの構成図
であり、５は円筒型圧電素子を固定するための固定用治
具、６は伸縮および屈曲運動を行う円筒型圧電素子、７
は円筒型圧電素子を埋め込むための基盤、８は円筒型圧
電素子の振動により生ずる変位量を拡大するための変位
拡大機構、９は測定対象物を登載し前後、左右、および
回転方向に移動可能な可動テーブルである。

【００１１】図３は、本発明装置の駆動源である３極タ
イプの円筒型圧電素子の外観図で、本圧電素子は、電極
が円周方向に１２０度ずつ３分割されており、各々の電
極は幅１ｍｍの絶縁部により絶縁されている。また、例
えば円筒の内側に−極、外側に＋極がコーティングされ
ている。

【００１２】図４は、円筒型圧電素子の変位量を拡大す
るための変位拡大機構の外観図で、中央部の突起が円筒
型圧電素子の中に挿入され、円筒型圧電素子上端面と変
位拡大機構低面とが面接触し接合される。また、円筒型
圧電素子に生じた変位量は、変位拡大機構の中央点から
円錐状突起部までの距離に比例して拡大される。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように本発明のｘ−ｙ−θ
微動ステージは、３極または４極の円筒型圧電素子を用
い、その振動を利用して変位拡大機構上面に接合されて
いる円錐上突起を介して可動テーブルを移動するもので
ある。また、可動テーブルの移動方向は、変位拡大機構
に生ずる振動モードの差異により決定できるものであ
り、円筒型圧電素子に加えるパルス状電圧の印加パター
ンおよび周波数を選定することにより容易に変更でき
る。以上のことから、モータと１軸テーブルを組み合わ
せた従来型のｘ−ｙ−θ微動ステージと比較し、重量お
よび寸法を著しく低減でき、構造も単純でメンテナンス
も容易になった。また、製造コストも５０分の１以下に
低減できた。さらに、可動テーブルの直線及び回転方向
への駆動も円筒型圧電素子に加えるパルス状電圧の印加
パターンを変更するだけで良く、コントローラの構成も
単純化することができた。なお、基本パルス発生装置お
よび印加電圧制御装置は、ステッピングモータのコント
ローラおよびドライバを一部改良することによって、安
価に実現できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】ｘ−ｙ−θ微動ステージの制御システムの構成
を示した説明図である。

【図２】ｘ−ｙ−θ微動ステージの構成を示した説明図
である。

【図３】ｘ−ｙ−θ微動ステージの駆動源である３極タ
イプの円筒型圧電素子の外観を示した説明図である。

【図４】円筒型圧電素子の変位量を拡大するための変位
拡大機構の外観を示した説明図である。

【符号の説明】

１ コントローラ ２ 基準パルス発生装置 ３ 印加電圧制御装置 ４ ｘ−ｙ−θ微動ステージ ５ 円筒型圧電素子固定用治具 ６ 円筒型圧電素子 ７ 基盤 ８ 変位拡大機構 ９ 可動テーブル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属顕微鏡、走査型電子顕微鏡等の計測
   装置において、測定対象物の測定領域の変更とか希望す
   る視野を確保するため、測定対象物を搭載しているテー
   ブルを広範囲かつ微小変位のもとに位置決めできるｘ−
   ｙ−θ微動ステージである。本ステージは、ステンレス
   製基板に３極または４極の円筒型圧電素子を固定用治具
   で固定し、圧電素子上端面に三角形状に配置した変位拡
   大機構を取り付け、変位拡大機構上面に接合されている
   円錐状突起の振動モードの差異により、その上に搭載さ
   れているテーブルを前後、左右、および回転方向に駆動
   できるものである。本ステージは、３極または４極の電
   極から成る１個の円筒型圧電素子にパルス状電圧を印加
   し、各電極に印可する電圧パターンを変更することによ
   り、テーブルを前後、左右、および回転方向に駆動する
   ことが可能であり、パルス状電圧の周波数の変更により
   駆動速度の調整が可能であることを特徴としている。。
   また、印加電圧１パルス当たりのテーブルの移動量は１
   ０分の数ミクロン程度とすることが可能であり、可動テ
   ーブルの微動を可能とすることを特徴とするｘ−ｙ−θ
   微動ステージである。