JP2000298239A - 顕微鏡用ｚ軸微動機構 - Google Patents
顕微鏡用ｚ軸微動機構Info
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- JP2000298239A JP2000298239A JP11108321A JP10832199A JP2000298239A JP 2000298239 A JP2000298239 A JP 2000298239A JP 11108321 A JP11108321 A JP 11108321A JP 10832199 A JP10832199 A JP 10832199A JP 2000298239 A JP2000298239 A JP 2000298239A
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 13
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
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- Control Of Position Or Direction (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ストローク１００μｍ以上、真直度の再現性
０．００５μｍ以内の顕微鏡用Ｚ軸微動機構を提供する
こと。 【解決手段】 ベースブロックと可動ブロックを２本の
平行リンクで繋ぐ弾性支点４節平行リンクの下部に圧電
素子駆動弾性支点テコ変位拡大機構を形成し、テコ出力
端と可動ブロックとを弾性支点リンクで連結し、弾性支
点４節平行リンクの案内軌跡をテコ出力端の変位軌跡の
不一致を吸収して案内軌跡の再現性を向上し、ベースブ
ロックとテコ入力端の間に配設した圧電素子の変位出力
端面に当接する圧電素子当接ブロックにベースブロック
及びテコ出力端との間に互に９０°交差する弾性ヒンジ
を設けて圧電素子出力端面の平行不一致による案内機構
のこじりを防止する。
０．００５μｍ以内の顕微鏡用Ｚ軸微動機構を提供する
こと。 【解決手段】 ベースブロックと可動ブロックを２本の
平行リンクで繋ぐ弾性支点４節平行リンクの下部に圧電
素子駆動弾性支点テコ変位拡大機構を形成し、テコ出力
端と可動ブロックとを弾性支点リンクで連結し、弾性支
点４節平行リンクの案内軌跡をテコ出力端の変位軌跡の
不一致を吸収して案内軌跡の再現性を向上し、ベースブ
ロックとテコ入力端の間に配設した圧電素子の変位出力
端面に当接する圧電素子当接ブロックにベースブロック
及びテコ出力端との間に互に９０°交差する弾性ヒンジ
を設けて圧電素子出力端面の平行不一致による案内機構
のこじりを防止する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は顕微鏡を用いた精密
寸法測定装置の顕微鏡オートフォーカス用Ｚ軸微動機構
に関するものである。
寸法測定装置の顕微鏡オートフォーカス用Ｚ軸微動機構
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体、磁気ヘッド、半導体マスク等の
精密デバイスの形状寸法測定装置の顕微鏡オートフォー
カス用Ｚ軸微動機構の従来技術として図５、図６に示す
機構がある。
精密デバイスの形状寸法測定装置の顕微鏡オートフォー
カス用Ｚ軸微動機構の従来技術として図５、図６に示す
機構がある。
【０００３】図５は従来のＺ軸微動機構を含む顕微鏡の
側面図、図６は図５に示すＺ軸微動機構の正面図であ
る。
側面図、図６は図５に示すＺ軸微動機構の正面図であ
る。
【０００４】鏡筒に結合されたベース１と対物レンズに
結合された可動ブロック１５との間に弾性ヒンジ５，
６，１０，１１と平行腕８，９で弾性支点４節平行リン
クを形成して対物レンズを光軸７に対してほぼ平行に上
下案内する。また、ベース１の下端の弾性ヒンジ１６と
水平腕１７でテコを形成し圧電素子２０の変位を拡大し
て可動ブロック１５に伝え対物レンズを上下に位置決め
する。
結合された可動ブロック１５との間に弾性ヒンジ５，
６，１０，１１と平行腕８，９で弾性支点４節平行リン
クを形成して対物レンズを光軸７に対してほぼ平行に上
下案内する。また、ベース１の下端の弾性ヒンジ１６と
水平腕１７でテコを形成し圧電素子２０の変位を拡大し
て可動ブロック１５に伝え対物レンズを上下に位置決め
する。
【０００５】この従来技術の顕微鏡用Ｚ軸微動機構では
上下変位の真直度の再現性は０．０１μｍ程度が得られ
る。
上下変位の真直度の再現性は０．０１μｍ程度が得られ
る。
【０００６】しかし、最近の精密寸法測定には測定再現
性０．０１μｍ以内を求められる場合が多くなりこの測
定再現性を実現する為には真直度の再現性を０．００５
μｍ以内にする必要があり、前述の従来技術ではこの精
度を実現することができないという問題があった。この
原因は弾性支点４節平行リンク機構の平行腕の長さと、
テコ機構の水平腕の長さとが一致しない為に案内機構と
変位拡大機構による可動ブロックの位置決め軌跡が干渉
し、可動ブロックの上下変位の真直度の再現性が劣化す
ることと、圧電素子当接面が圧電素子の変位出力端面に
平行になって密着した状態で組立てられる保証がない為
に、圧電素子によって圧電素子当接面を傾斜した状態で
不均一に押し、可動ブロックの上下変位の再現性が劣化
するという点にあった。
性０．０１μｍ以内を求められる場合が多くなりこの測
定再現性を実現する為には真直度の再現性を０．００５
μｍ以内にする必要があり、前述の従来技術ではこの精
度を実現することができないという問題があった。この
原因は弾性支点４節平行リンク機構の平行腕の長さと、
テコ機構の水平腕の長さとが一致しない為に案内機構と
変位拡大機構による可動ブロックの位置決め軌跡が干渉
し、可動ブロックの上下変位の真直度の再現性が劣化す
ることと、圧電素子当接面が圧電素子の変位出力端面に
平行になって密着した状態で組立てられる保証がない為
に、圧電素子によって圧電素子当接面を傾斜した状態で
不均一に押し、可動ブロックの上下変位の再現性が劣化
するという点にあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらの欠点
を除去し、弾性支点４節平行リンク機構の平行リンク
と、テコ機構の水平腕の長さが一致しなくても、上下案
内精度に全く影響を与えず、また、圧電素子の出力端面
に対して圧電素子当接面が常にならって接するようにし
て案内機構への真直移動の再現性阻害要因を無くするこ
とを目的とする。
を除去し、弾性支点４節平行リンク機構の平行リンク
と、テコ機構の水平腕の長さが一致しなくても、上下案
内精度に全く影響を与えず、また、圧電素子の出力端面
に対して圧電素子当接面が常にならって接するようにし
て案内機構への真直移動の再現性阻害要因を無くするこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成する為に弾性支点４節平行リンク機構の可動ブロック
と、弾性支点４節平行リンク機構の下部に設けた圧電素
子駆動弾性支点テコ機構を、弾性支点連結棒で連結する
ことにより弾性支点４節平行リンク機構の平行リンクと
テコ機構の水平腕の長さの差による上下動の相違を吸収
し、また圧電素子当接部に９０°交差する弾性支点を付
加して圧電素子出力面に対して、圧電素子当接面が常に
ならって接するようにしたものである。
成する為に弾性支点４節平行リンク機構の可動ブロック
と、弾性支点４節平行リンク機構の下部に設けた圧電素
子駆動弾性支点テコ機構を、弾性支点連結棒で連結する
ことにより弾性支点４節平行リンク機構の平行リンクと
テコ機構の水平腕の長さの差による上下動の相違を吸収
し、また圧電素子当接部に９０°交差する弾性支点を付
加して圧電素子出力面に対して、圧電素子当接面が常に
ならって接するようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下本発明の一実施例を図１、図
２、図３、図４によって説明する。図１は本発明の一実
施例の側断面図、図２は図１の正面図、図３は図１の平
面図、図４は図１の底面図である。１はベースで連結板
２，３を介して図示しない鏡筒に取付けられた上部プレ
ート４に固定されている。ベース１には上下部に、上、
下より円弧切込によって形成された弾性ヒンジ５，６
が、光軸７に平行に配設されている。弾性ヒンジ５，６
の延長部には平行リンク８，９が光軸７に直角な方向に
配設され、その端部に上下より円弧切込によって形成さ
れた弾性ヒンジ１０，１１が、光軸７に平行に配設され
ている。弾性ヒンジ１０，１１の延長部には連結板１
２，１３を介して図示しない対物レンズブロックを取付
けた下部プレート１４に固定された可動ブロック１５が
配設されている。また、ベース１の下端には、水平方向
から切込を入れた弾性ヒンジ１６が設けられており、そ
の延長上に水平腕１７が配設され、そのベース側端部に
は水平方向から切込を入れた弾性ヒンジ１８が、可動ブ
ロック側には水平方向から切込を入れた弾性ヒンジ１９
が設けられており、弾性ヒンジ１６，１８，１９は、光
軸７に垂直な同一面上に配設されている。弾性ヒンジ１
８の上部には圧電素子２０の下端面２１に接する、圧電
素子当接面２２を持つ圧電素子当接ブロック２３が形成
されている。また、弾性ヒンジ１９の連続部には連結ブ
ロック２４が形成され、その上端部には弾性ヒンジ１９
が形成されて水平腕１７と可動ブロック１５とを連結し
ている。圧電素子２０の上部には弾性ヒンジ１８と９０
°交差する方向から切込を入れて形成した弾性ヒンジ２
７を有する圧電素子支持ブロック２８がベース１に固定
されている。可動ブロック１５と上部プレート４の間に
は圧縮ばね２９が圧縮された状態で配設されている。こ
の動作は圧縮ばね２９の反発力で上部プレート４から可
動ブロック１５を下に押すと、上部プレート４が連結板
２，３を介してベース１に固定されているため、ベース
１に対して可動ブロック１５、連結ブロック２４を介し
て水平腕１７を押下げようとする。水平腕１７は弾性ヒ
ンジ１９を介して下方に押され、弾性ヒンジ１６を支点
にして時計方向に回転しようとし、弾性ヒンジ１８、圧
電素子当接ブロック２３を介して圧電素子２０を押す。
圧電素子２０は圧電素子支持ブロック２８と圧電素子当
接ブロック２３に挟まれて圧縮された状態で保持され
る。この状態で図示しない制御装置からの制御によっ
て、圧電素子２０に電圧が印加され、圧電素子２０が伸
びると圧電素子当接ブロック２３、弾性ヒンジ１８を介
して水平腕１７を押し、水平腕１７が、弾性ヒンジ１６
を支点にして反時計方向に回転し、連結棒２４を介して
可動ブロック１５を押し上げる。可動ブロック１５は弾
性ヒンジ５，６，１０，１１と平行リンク８，９に案内
されて、上方に変位する。すると、可動ブロック１５は
連結板１２，１３、下部プレート１４を介して対物レン
ズを上方に変位させる。このとき水平腕１７は弾性ヒン
ジ１６を支点とするテコとして働き、弾性ヒンジ１６と
１９の距離が弾性ヒンジ６と１１間の距離及び弾性ヒン
ジ５と１０の間の距離と異る為、弾性ヒンジ１９の水平
方向の位置と、弾性ヒンジ１０，１１の水平方向の変位
量が相違し、また水平腕１７の傾斜と平行リンク９と８
の傾斜も相違する。しかし、水平腕１７と可動ブロック
１５の間には弾性ヒンジ１９と２５及び連結ブロック２
４があるため、連結ブロック２４が傾斜して、水平腕１
７と可動ブロック１５の間の水平方向の位置ずれを吸収
する。従って位置ずれに伴う微少なこじれが発生する事
なく、可動ブロック１５の厳密な平行変位が実現できる
ため真直度の再現精度が向上する。また、圧電素子２０
の上下端面は完全に平行にならないが弾性ヒンジ１８と
弾性ヒンジ２７が９０°交差しているため、圧電素子２
０の上下端面の平行からのずれ、すなわち傾斜に対応し
て傾くことができ、圧電素子当接面２２と２６が、圧電
素子２０の上下端面に倣うことができ、従ってベース１
と水平腕１７の間でこじる力が働かない為に真直度の再
現劣化要因が発生しない。本実施例では平行リンク８，
９の腕の長さ５０ｍｍ、弾性ヒンジの最小肉厚０．５ｍ
ｍとし、ベース１、可動ブロック１５、平行リンク８，
９、水平腕１７等を厚さ４０ｍｍの炭素鋼から ワイヤ
カット加工により一体切出し加工を行った。この真直度
は、上下移動量１００μｍに対し、０．００３μｍ以
内、真直度の再現性は０．００２μｍ以内が得られた。
２、図３、図４によって説明する。図１は本発明の一実
施例の側断面図、図２は図１の正面図、図３は図１の平
面図、図４は図１の底面図である。１はベースで連結板
２，３を介して図示しない鏡筒に取付けられた上部プレ
ート４に固定されている。ベース１には上下部に、上、
下より円弧切込によって形成された弾性ヒンジ５，６
が、光軸７に平行に配設されている。弾性ヒンジ５，６
の延長部には平行リンク８，９が光軸７に直角な方向に
配設され、その端部に上下より円弧切込によって形成さ
れた弾性ヒンジ１０，１１が、光軸７に平行に配設され
ている。弾性ヒンジ１０，１１の延長部には連結板１
２，１３を介して図示しない対物レンズブロックを取付
けた下部プレート１４に固定された可動ブロック１５が
配設されている。また、ベース１の下端には、水平方向
から切込を入れた弾性ヒンジ１６が設けられており、そ
の延長上に水平腕１７が配設され、そのベース側端部に
は水平方向から切込を入れた弾性ヒンジ１８が、可動ブ
ロック側には水平方向から切込を入れた弾性ヒンジ１９
が設けられており、弾性ヒンジ１６，１８，１９は、光
軸７に垂直な同一面上に配設されている。弾性ヒンジ１
８の上部には圧電素子２０の下端面２１に接する、圧電
素子当接面２２を持つ圧電素子当接ブロック２３が形成
されている。また、弾性ヒンジ１９の連続部には連結ブ
ロック２４が形成され、その上端部には弾性ヒンジ１９
が形成されて水平腕１７と可動ブロック１５とを連結し
ている。圧電素子２０の上部には弾性ヒンジ１８と９０
°交差する方向から切込を入れて形成した弾性ヒンジ２
７を有する圧電素子支持ブロック２８がベース１に固定
されている。可動ブロック１５と上部プレート４の間に
は圧縮ばね２９が圧縮された状態で配設されている。こ
の動作は圧縮ばね２９の反発力で上部プレート４から可
動ブロック１５を下に押すと、上部プレート４が連結板
２，３を介してベース１に固定されているため、ベース
１に対して可動ブロック１５、連結ブロック２４を介し
て水平腕１７を押下げようとする。水平腕１７は弾性ヒ
ンジ１９を介して下方に押され、弾性ヒンジ１６を支点
にして時計方向に回転しようとし、弾性ヒンジ１８、圧
電素子当接ブロック２３を介して圧電素子２０を押す。
圧電素子２０は圧電素子支持ブロック２８と圧電素子当
接ブロック２３に挟まれて圧縮された状態で保持され
る。この状態で図示しない制御装置からの制御によっ
て、圧電素子２０に電圧が印加され、圧電素子２０が伸
びると圧電素子当接ブロック２３、弾性ヒンジ１８を介
して水平腕１７を押し、水平腕１７が、弾性ヒンジ１６
を支点にして反時計方向に回転し、連結棒２４を介して
可動ブロック１５を押し上げる。可動ブロック１５は弾
性ヒンジ５，６，１０，１１と平行リンク８，９に案内
されて、上方に変位する。すると、可動ブロック１５は
連結板１２，１３、下部プレート１４を介して対物レン
ズを上方に変位させる。このとき水平腕１７は弾性ヒン
ジ１６を支点とするテコとして働き、弾性ヒンジ１６と
１９の距離が弾性ヒンジ６と１１間の距離及び弾性ヒン
ジ５と１０の間の距離と異る為、弾性ヒンジ１９の水平
方向の位置と、弾性ヒンジ１０，１１の水平方向の変位
量が相違し、また水平腕１７の傾斜と平行リンク９と８
の傾斜も相違する。しかし、水平腕１７と可動ブロック
１５の間には弾性ヒンジ１９と２５及び連結ブロック２
４があるため、連結ブロック２４が傾斜して、水平腕１
７と可動ブロック１５の間の水平方向の位置ずれを吸収
する。従って位置ずれに伴う微少なこじれが発生する事
なく、可動ブロック１５の厳密な平行変位が実現できる
ため真直度の再現精度が向上する。また、圧電素子２０
の上下端面は完全に平行にならないが弾性ヒンジ１８と
弾性ヒンジ２７が９０°交差しているため、圧電素子２
０の上下端面の平行からのずれ、すなわち傾斜に対応し
て傾くことができ、圧電素子当接面２２と２６が、圧電
素子２０の上下端面に倣うことができ、従ってベース１
と水平腕１７の間でこじる力が働かない為に真直度の再
現劣化要因が発生しない。本実施例では平行リンク８，
９の腕の長さ５０ｍｍ、弾性ヒンジの最小肉厚０．５ｍ
ｍとし、ベース１、可動ブロック１５、平行リンク８，
９、水平腕１７等を厚さ４０ｍｍの炭素鋼から ワイヤ
カット加工により一体切出し加工を行った。この真直度
は、上下移動量１００μｍに対し、０．００３μｍ以
内、真直度の再現性は０．００２μｍ以内が得られた。
【００１０】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば弾性支
点４節リンク機構の下部に圧電素子駆動、弾性支点テコ
機構を結合し、圧電素子当接部に９０°交差する弾性支
点を付加するのみで１ｎｍオーダの真直度再現性を有す
る顕微鏡用Ｚ軸微動機構を実現できる。
点４節リンク機構の下部に圧電素子駆動、弾性支点テコ
機構を結合し、圧電素子当接部に９０°交差する弾性支
点を付加するのみで１ｎｍオーダの真直度再現性を有す
る顕微鏡用Ｚ軸微動機構を実現できる。
【図１】本発明の一実施例の側断面図。
【図２】本発明の実施例の側面図。
【図３】本発明の実施例の平面図。
【図４】本発明の実施例の底面図。
【図５】従来装置の側面図。
【図６】従来装置の正面図。
１：ベース、５，６：弾性ヒンジ、７：光軸、８，９：
平行リンク、１０，１１：弾性ヒンジ、１５：可動ブロ
ック、１６：弾性ヒンジ、１７：水平腕、１８，１９：
弾性ヒンジ、２０：圧電素子、２３：圧電素子当接ブロ
ック、２４：連結ブロック、２５：弾性ヒンジ、２８：
圧電素子保持ブロック、２９：圧縮ばね。
平行リンク、１０，１１：弾性ヒンジ、１５：可動ブロ
ック、１６：弾性ヒンジ、１７：水平腕、１８，１９：
弾性ヒンジ、２０：圧電素子、２３：圧電素子当接ブロ
ック、２４：連結ブロック、２５：弾性ヒンジ、２８：
圧電素子保持ブロック、２９：圧縮ばね。
Claims (3)
- 【請求項１】 対物レンズと結像レンズを有する顕微鏡
装置において、結像レンズ側鏡筒に結合されたベース
と、このベース上下両部に垂直方向より切込を設けて光
軸に平行に設けた第１の一対の弾性ヒンジと、この第１
の弾性ヒンジより光軸に直角な方向に伸びる一対の平行
リンクと、この一対の平行リンクの他端に垂直方向より
切込を設けて光軸に平行に設けた第２の一対の弾性ヒン
ジと、この第２の一対の弾性ヒンジに連続して形成さ
れ、対物レンズに結合された可動ブロックと、前記ベー
ス下端部に水平方向から切込を入れて設けた第５の弾性
ヒンジと、前記ベース側方に配設され、光軸方向に伸縮
駆動される圧電素子と、前記第５の弾性ヒンジに連続し
て形成され、光軸に直角な方向に伸びる水平腕と、この
水平腕のベース側端部に、水平方向から切込を入れて設
けた第６の弾性ヒンジと、前記水平腕の可動ブロック側
端部に水平方向から切込を入れて設けた第７の弾性ヒン
ジと、前記第６の弾性ヒンジに連続して形成され前記圧
電素子の下端面に当接する平面を有する圧電素子当接ブ
ロックと、前記第７の弾性ヒンジに連続して形成され、
上方に伸びる連結ブロックと、この連結ブロック上端に
水平方向から切込を入れて設けた第８の弾性ヒンジと、
前記ベースに結合し、前記圧電素子の上端面に接する平
面を有し、かつ前記第６の弾性ヒンジと９０°交差する
水平方向から切込を入れて設けた第９の弾性ヒンジを有
する圧電素子支持ブロックとで構成されたことを特徴と
する顕微鏡用Ｚ軸微動機構。 - 【請求項２】 請求項１において光軸が前記一対の平行
リンクと前記水平腕とを貫通することを特徴とする顕微
鏡用Ｚ軸微動機構。 - 【請求項３】 請求項１において前記ベースと可動ブロ
ックと平行リンクと水平腕と、圧電素子当接ブロックと
連結ブロックと、第１〜第８の弾性ヒンジとを一体のブ
ロックよりワイヤカットによる切出し加工で製作したこ
とを特徴とする顕微鏡用Ｚ軸微動機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10832199A JP3543935B2 (ja) | 1999-04-15 | 1999-04-15 | 顕微鏡用ｚ軸微動機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10832199A JP3543935B2 (ja) | 1999-04-15 | 1999-04-15 | 顕微鏡用ｚ軸微動機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000298239A true JP2000298239A (ja) | 2000-10-24 |
| JP3543935B2 JP3543935B2 (ja) | 2004-07-21 |
Family
ID=14481757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10832199A Expired - Fee Related JP3543935B2 (ja) | 1999-04-15 | 1999-04-15 | 顕微鏡用ｚ軸微動機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3543935B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR100675331B1 (ko) | 2005-10-28 | 2007-01-29 | 한국기계연구원 | 4자유도 나노 차원 구동조작기 |
| DE102007059411A1 (de) * | 2007-12-10 | 2009-07-02 | Metzeler Automotive Profile Systems Gmbh | Dichtung zum Abdichten der Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs, Verstärkungsträger für eine solche Dichtung und Verfahren zum Herstellen der Dichtung |
| US7732985B2 (en) * | 2004-12-16 | 2010-06-08 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Micro stage using piezoelectric element |
| CN104485839A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-04-01 | 武汉理工大学 | 压电式俘能器 |
| CN107728305A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-02-23 | 珠海科域生物工程股份有限公司 | 一种显微镜微调传动机构 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104777601B (zh) * | 2015-03-30 | 2017-12-15 | 苏州大学 | 物镜驱动台 |
-
1999
- 1999-04-15 JP JP10832199A patent/JP3543935B2/ja not_active Expired - Fee Related
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