JP2010060789A

JP2010060789A - 超音波電動ステージ

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Publication number: JP2010060789A
Application number: JP2008225726A
Authority: JP
Inventors: Shin Otsuka; 慎大塚; Yoshihiro Kami; 喜裕上
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-09-03
Filing date: 2008-09-03
Publication date: 2010-03-18
Also published as: US8143818B2; US20100052596A1

Abstract

【課題】操作性及びデザイン性を向上させると共に、超音波モータ駆動時に発生する磨耗粉による変位センサの誤作動を防止する。
【解決手段】超音波電動ステージは、ベース部１と、Ｙテーブル２と、Ｘテーブル３と、Ｙテーブル２を駆動するリニア式超音波モータ６と、Ｙテーブル２の移動量を検出する光学式リニアセンサ７と、Ｘテーブル３を駆動するリニア式超音波モータ４と、Ｘテーブル３の移動量を検出する光学式リニアセンサ５とを備える。ここで、リニア式超音波モータ６、光学式リニアセンサ７、リニア式超音波モータ４、及び光学式リニアセンサ５は、Ｘテーブル３の上面よりも上方に迫り出すことなく、当該超音波電動ステージの前面以外の位置であって、且つ、リニア式超音波モータ６及び又は４の駆動時に発生する磨耗粉が光学式リニアセンサ７及び５に悪影響を及ぼさない位置に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、リニア式超音波モータを用いた超音波電動ステージに関する。

顕微鏡用ステージにおいては、手動ステージに代わって電動ステージが普及してきており、ステージ駆動部においては、ステッピングモータを使った電動化が多く見られる。例えば、特許文献１に記載の電動ステージ移動機構では、ステージ前面及び側面の２方向にステージ駆動部を取り付け、平面方向へのステージ移動を可能にしている。顕微鏡分野においては、ステージに微小駆動が求められることも多く、変位センサを兼備し、フィードバック制御を用いる電動ステージも多い。

一方、超音波モータは小型であり、高い応答性を持ち、微小駆動が可能などの特徴があることから、ステージ駆動部のアクチュエータとして用いられるようになっている。超音波モータは、移動対象側に取り付けられた摺動板を蹴って動作するものである。現状では、変位センサ無しでの移動量制御ができないことから、ほとんどの超音波モータは変位センサと共に使用されている。変位センサとしては、測定対象側に取り付けられたスケールを光学的に読み取るものが利用されている。これら、超音波モータ、摺動板、変位センサ、及びスケールがステージ駆動部として用いられ、例えば、特許文献２に記載のステージのように摺動板とスケールを一体化することで変位検出精度の向上を図るなど、開発が進んでいる。
特開２００３−１１４２９１号公報特開平１１−３５２２６５号公報

ところで、特許文献１に記載の電動ステージ移動機構等のような電動ステージにおいては、ステージ駆動部を前面及び側面に配置することで平面方向のステージ動作を可能にしているが、ステージ駆動部が大型ということもあり、ステージ前面や上面へのステージ駆動部の迫り出しによって、顕微鏡のデザイン性と操作性、及び、ステージ上での作業性が悪化している。ステージは、その性質上、顕微鏡の手前に置かれ、顕微鏡の操作性やデザイン上にも大きなウエイトを占めている。また、ステージ上での人手による作業も多く、ステージ前面や上面への迫り出しが邪魔になるのに加え、大きな観察対象をステージに載せる場合には、上面に迫り出したステージ駆動部によってステージ上での観察が阻害される虞もある。また、変位センサを備える電動ステージの場合には、その変位センサの分だけステージ駆動部が大型になりやすく、上記と同様の問題が生じ得る。

特許文献２に記載のステージ等のような小型である超音波モータを用いた電動ステージにおいても、上記と同様にステージ前面や上面への迫り出しは避けられるべきであり、ステージはその性能を保ったまま、ステージ駆動部を小型化し、ステージ全体をコンパクトにすることが求められている。また、超音波モータを用いた電動ステージにおいては、超音波モータ駆動時に、これと摺動板との間で発生した磨耗粉がスケールに付着する等してしまうと、変位センサが誤作動する虞があるので、そのような変位センサの誤作動を防止するようなステージ駆動部の配置及び構成が求められている。

本発明は、上記実情に鑑み、ステージ前面及び上面へのステージ駆動部の迫り出しを無くして操作性及びデザイン性を向上させると共に、超音波モータ駆動時に発生する磨耗粉による変位センサの誤作動を防止する、超音波モータを用いた超音波電動ステージを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る超音波電動ステージは、ベース部と、前記ベース部に対して平行移動可能に支持される第１のテーブルと、前記第１のテーブルを駆動する第１のリニア式超音波モータと、前記第１のテーブルの移動量を検出する第１の光学式リニアセンサと、前記第１のテーブルに対して、前記第１のテーブルの移動方向に対して直角方向に、平行移動可能に支持される第２のテーブルと、前記第２のテーブルを駆動する第２のリニア式超音波モータと、前記第２のテーブルの移動量を検出する第２の光学式リニアセンサと、を備える超音波電動ステージであって、前記第１のリニア式超音波モータ、前記第１の光学式リニアセンサ、前記第２のリニア式超音波モータ、及び前記第２の光学式リニアセンサは、前記第２のテーブルの上面よりも上方に迫り出すことなく、当該超音波電動ステージの前面以外の位置であって、且つ、前記第１のリニア式超音波モータ及び又は前記第２のリニア式超音波モータの駆動時に発生する磨耗粉が前記第１の光学式リニアセンサ及び前記第２の光学式リニアセンサに悪影響を及ぼさない位置に配置される、ことを特徴とする。

また、本発明の第２の態様に係る超音波電動ステージは、上記第１の態様において、前記第１のリニア式超音波モータと前記第１の光学式リニアセンサは、前記第１のテーブルの駆動軸を挟む当該超音波電動ステージの２つの側面に分かれて配置される、ことを特徴とする。

また、本発明の第３の態様に係る超音波電動ステージは、上記第１の態様において、前記第１のリニア式超音波モータと前記第１の光学式リニアセンサは、前記第１のテーブルの駆動軸を挟む当該超音波電動ステージの２つの側面のうちの一方に、積み重なるように配置される、ことを特徴とする。

また、本発明の第４の態様に係る超音波電動ステージは、上記第３の態様において、前記第１のリニア式超音波モータは、前記第１の光学式リニアセンサの上方に配置される、ことを特徴とする。

また、本発明の第５の態様に係る超音波電動ステージは、上記第３の態様において、前記第１のリニア式超音波モータは、前記第１の光学式リニアセンサの下方に配置され、前記第１のリニア式超音波モータと前記第１の光学式リニアセンサとの間に、前記第１のリニア式超音波モータの駆動時に発生する磨耗粉を受け止める第１の磨耗粉受け部が設けられる、ことを特徴とする。

また、本発明の第６の態様に係る超音波電動ステージは、上記第１の態様において、前記第１のリニア式超音波モータと前記第１の光学式リニアセンサは、前記第１のテーブルの駆動軸を挟む当該超音波電動ステージの２つの側面のうちの一方に、横並びになるように配置される、ことを特徴とする。

また、本発明の第７の態様に係る超音波電動ステージは、上記第１乃至６の何れか一つの態様において、前記第２のリニア式超音波モータと前記第２の光学式リニアセンサは、当該超音波電動ステージの背面に、高さ方向に積み重なるように配置される、ことを特徴とする。

また、本発明の第８の態様に係る超音波電動ステージは、上記第７の態様において、前記第２のリニア式超音波モータは、前記第２の光学式リニアセンサの上方に配置される、ことを特徴とする。

また、本発明の第９の態様に係る超音波電動ステージは、上記第７の態様において、前記第２のリニア式超音波モータは、前記第２の光学式リニアセンサの下方に配置され、前記第２のリニア式超音波モータと前記第２の光学式リニアセンサとの間に、前記第２のリニア式超音波モータの駆動時に発生する磨耗粉を受け止める第２の磨耗粉受け部が設けられる、ことを特徴とする。

また、本発明の第１０の態様に係る超音波電動ステージは、上記第１乃至６の何れか一つの態様において、前記第２のリニア式超音波モータと前記第２の光学式リニアセンサは、当該超音波電動ステージの背面に、横並びになるように配置される、ことを特徴とする。

本発明によれば、ステージ前面及び上面へのステージ駆動部の迫り出しを無くすことにより操作性及びデザイン性を向上させることができると共に、超音波モータ駆動時に発生する磨耗粉による変位センサの誤作動を防止することもできる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る超音波電動ステージの構成例を模式的に示す図である。図２は、図１に示した超音波電動ステージのＸ−Ｘ´断面を詳細に示す図である。図３は、図１に示した超音波電動ステージのＹ−Ｙ´断面を詳細に示す図である。

本実施形態に係る超音波電動ステージは、顕微鏡用ステージとして使用されるものである。まず、図１を用いて、その概略構成を説明する。
同図に示したように、本実施形態に係る超音波電動ステージは、顕微鏡取り付け部となるベース部１と、ベース部１上に設けられ、ベース部１に対してＹ方向に平行移動可能に支持されるＹテーブル２と、Ｙテーブル２上に設けられ、Ｙテーブル２に対してＸ方向に平行移動可能に支持されるＸテーブル３とを有する。

超音波電動ステージの背面には、Ｙテーブル２に対してＸテーブル３をＸ方向に駆動するためのリニア式超音波モータ４と、Ｘテーブル３の移動量を検出するための変位センサである光学式リニアセンサ５とが設けられている。また、超音波電動ステージの一方の側面には、ベース部１に対してＹテーブル２をＹ方向に駆動するためのリニア式超音波モータ６が設けられ、超音波電動ステージの他方の側面には、Ｙテーブル２の移動量を検出するための変位センサである光学式リニアセンサ７が設けられている。

なお、同図では、説明の便宜のため、リニア式超音波モータ４、光学式リニアセンサ５、リニア式超音波モータ６、及び光学式リニアセンサ７を、模式的に示している。
また、同図に示したように、本実施形態に係る超音波電動ステージでは、リニア式超音波モータ４、光学式リニアセンサ５、リニア式超音波モータ６、及び光学式リニアセンサ７が、Ｘテーブル３の上面よりも上方に迫り出すことなく、超音波電動ステージの前面以外の位置であって、且つ、詳しくは後述するが、リニア式超音波モータ４及び又は６の駆動時に発生する磨耗粉が光学式リニアセンサ５及び７に悪影響を及ぼさないような位置に配置されるようになっている。

続いて、図２及び図３を用いて、本実施形態に係る超音波電動ステージの詳細構成を説明する。
本実施形態に係る超音波電動ステージでは、図３に示したように、ベース部１とＹテーブル２との間にＹリニアガイド８ａ、８ｂが配置され、それぞれにおいて、一方の部分がベース部１に固定され、他方の部分がＹテーブル２に固定されている。これによって、ベース部１に対してＹテーブル２がＹ方向に平行移動できるようになっている。また、図２に示したように、Ｙテーブル２とＸテーブル３との間にはＸリニアガイド９ａ、９ｂが配置され、それぞれにおいて、一方の部分がＹテーブル２に固定され、他方の部分がＸテーブル３に固定されている。これによって、Ｙテーブル２に対してＸテーブル３がＸ方向に平行移動できるようになっている。

図３に示したように、ベース部１の一方の側面にはＹ摺動板１０が設けられ、これに対向する位置に、Ｙテーブル２に固定されたリニア式超音波モータ６がＹ摺動板１０に接するように設けられている。これにより、リニア式超音波モータ６が駆動する（リニア式超音波モータ６がＹ摺動板１０を蹴る）ことによってＹテーブル２をベース部１に対してＹ方向に平行移動させることができるようになっている。また、ベース部１の他方の側面にはＹリニアスケール１１が設けられ、これに対向する位置に、Ｙテーブル２に固定された光学式リニアセンサ７が所定の間隔を空けて設けられている。これにより、Ｙテーブル２の移動量を検出することができるようになっている。

図２に示したように、Ｘテーブル３における超音波電動ステージの背面側となる面の下部にはＸ摺動板１２が設けられ、これに対向する位置に、Ｙテーブル２に固定されたリニア式超音波モータ４がＸ摺動板１２に接するように設けられている。これにより、リニア式超音波モータ４が駆動する（リニア式超音波モータ４がＸ摺動板１２を蹴る）ことによってＸテーブル３をＹテーブル２に対してＸ方向に平行移動させることができるようになっている。また、Ｘテーブル３の同面の上部にはＸリニアスケール１３が設けられ、これに対向する位置に、Ｙテーブル２にセンサ固定部材１４を介して固定された光学式リニアセンサ５が所定の間隔を空けて設けられている。これにより、Ｘテーブル３の移動量を検出することができるようになっている。

以上のように、本実施形態に係る超音波電動ステージでは、リニア式超音波モータ６と光学式リニアセンサ７が、Ｙテーブル２の駆動軸を挟む当該超音波電動ステージの両側面に分けて配置され、リニア式超音波モータ４と光学式リニアセンサ５が、当該超音波電動ステージの背面に上下に積み重なるように配置される。

以上の構成によれば、超音波電動ステージの背面において、リニア式超音波モータ４と光学式リニアセンサ５が上下の位置に積み重なるようにまとめて配置され、それに対応してＸ摺動板１２とＸリニアスケール１３が効率よく配置されるので、テーブルのＸ方向長さを変えずに、Ｘ方向の可動域を広く確保することができる。

また、リニア式超音波モータ４を光学式リニアセンサ５の上方に配置することで、リニア式超音波モータ４の駆動時に、これとＸ摺動板１２との間に発生する磨耗粉が光学式リニアセンサ５に悪影響を及ぼすことを防止することができる。よって、その磨耗粉による光学式リニアセンサ５の誤作動を防止することができる。なお、リニア式超音波モータ４と光学式リニアセンサ７との位置は離れており、リニア式超音波モータ６と光学式リニアセンサ５及び７との位置も離れていることから、リニア式超音波モータ４の駆動時に発生する磨耗粉が光学式リニアセンサ７に悪影響を及ぼすことはなく、また、リニア式超音波モータ６の駆動時に発生する磨耗粉が光学式リニアセンサ５及び７に悪影響を及ぼすこともない。

また、リニア式超音波モータ６と光学式リニアセンサ７が、超音波電動ステージの側面に分かれて配置されることで、Ｙ方向の可動域を広く確保しつつ、当該超音波電動ステージ高さを低くすることができる。

また、リニア式超音波モータ４、光学式リニアセンサ５、Ｘ摺動板１２、Ｘリニアスケール１３、リニア式超音波モータ６、光学式リニアセンサ７、Ｙ摺動板１０、及びＹリニアスケール１１が、当該超音波電動ステージ前面及び上面に迫り出すことはないので、顕微鏡のデザイン性と操作性、及び、ステージ上での作業性が保たれ、手動ステージ以上のデザイン性と機能性を実現することができる。

なお、本実施形態に係る超音波電動ステージにおいては各種の変形が可能である。
例えば、リニア式超音波モータ６及びＹ摺動板１０の配置位置と、光学式リニアセンサ７及びＹリニアスケール１１の配置位置とを入れ替えることも可能である。すなわち、リニア式超音波モータ６及びＹ摺動板１０が配置されていた側の側面に、光学式リニアセンサ７及びＹリニアスケール１１を配置し、光学式リニアセンサ７及びＹリニアスケール１１が配置されていた側の側面に、リニア式超音波モータ６及びＹ摺動板１０を配置することも可能である。

また、例えば、リニア式超音波モータ４とＸ摺動板１２の固定先を入れ替えることも可能である。すなわち、リニア式超音波モータ４をＸテーブル３に固定し、Ｘ摺動板１２をＹテーブル２に固定することも可能である。同様に、光学式リニアセンサ５とＸリニアスケール１３の固定先、リニア式超音波モータ６とＹ摺動板１０の固定先、及び、光学式リニアセンサ７とＹリニアスケール１１の固定先も、それぞれ入れ替えることが可能である。

また、例えば、超音波電動ステージの背面において、リニア式超音波モータ４及びＸ摺動板１２の配置位置と、光学式リニアセンサ５及びＸリニアスケール１３の配置位置とを、図４に示すように、上下逆にすることも可能である。但し、この場合には、リニア式超音波モータ４の駆動時に、これとＸ摺動板１２との間に発生する磨耗粉が光学式リニアセンサ５に悪影響を及ぼさないように、同図に示したように、リニア式超音波モータ４と光学式リニアセンサ５との間に、センサ固定部材１４を介してＹテーブル２に固定される磨耗粉受け部１５が配置される。なお、この場合には、リニア式超音波モータ４もセンサ固定部材１４を介してＹテーブル２に固定される。

このような構成により、光学式リニアセンサ５が、その固定台となるＹテーブル２の近くに配置されるようになるので安定し、センサ精度を向上させることができる。また、磨耗粉受け部１５の配置により、リニア式超音波モータ４とＸ摺動板１２との間に発生する磨耗粉が磨耗粉受け部１５に受け止められるようになるので、磨耗粉対策を講じることができる。

また、例えば、超音波電動ステージの背面において、リニア式超音波モータ４及びＸ摺動板１２の配置位置と、光学式リニアセンサ５及びＸリニアスケール１３の配置位置とを、図５に示すように、横並びの配置とすることも可能である。なお、同図は、図３に対応する図であるが、Ｙテーブル２以下の部分を断面図として示し、Ｙテーブル２よりも上の部分を背面図として示している。このような構成により、超音波電動ステージの高さを抑えることができる。また、同図に示した構成において、Ｙテーブル２に対するＸテーブル３の可動域を、より広く確保したい場合には、Ｘ摺動板１２とＸリニアスケール１３とが重ならないように、Ｘ摺動板１２又はＸリニアスケール１３を高さ方向にずらして配置させることも可能である。なお、この場合には、それに伴って、対応する位置にリニア式超音波モータ４及び光学式リニアセンサ５が配置されることは勿論のことである。

また、例えば、これまでに説明してきた超音波電動ステージ背面における、リニア式超音波モータ４、Ｘ摺動板１２、光学式リニアセンサ５、及びＸリニアスケール１３に係る配置構成を、リニア式超音波モータ６、Ｙ摺動板１０、光学式リニアセンサ７、及びＹリニアスケール１１に係る配置構成に適用することも可能である。リニア式超音波モータ６、Ｙ摺動板１０、光学式リニアセンサ７、及びＹリニアスケール１１を、片側の側面にまとめて配置する場合には、超音波電動ステージの左右どちらに配置しても構わないことはもちろんのことである。この場合には、超音波電動ステージの横方向を、よりコンパクトに構成できる。また、この場合には、図２及び図４に示したものと同様に、リニア式超音波モータ６と光学式リニアセンサ７を上下に積み重ねるように配置することも可能であるし、図５に示したものと同様に、リニア式超音波モータ６と光学式リニアセンサ７を横並びに配置することも可能である。もちろん、リニア式超音波モータ６を光学式リニアセンサ７の上方に配置する場合には、図４に示したものと同様に、リニア式超音波モータ６と光学式リニアセンサ７との間に磨耗粉受け部が配置される。

また、例えば、これまでに説明してきた、リニア式超音波モータ４とＸ摺動板１２の固定先、光学式リニアセンサ５とＸリニアスケール１３の固定先、リニア式超音波モータ６とＹ摺動板１０の固定先、及び、光学式リニアセンサ７とＹリニアスケール１１の固定先も、それぞれ入れ替えることが可能である。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良及び変更を行っても良いのはもちろんである。

一実施の形態に係る超音波電動ステージの構成例を模式的に示す図である。図１に示した超音波電動ステージのＸ−Ｘ´断面を詳細に示す図である。図１に示した超音波電動ステージのＹ−Ｙ´断面を詳細に示す図である。一実施の形態の変形例に係る超音波電動ステージのＸ−Ｘ´断面を詳細に示す図である。一実施の形態の変形例に係る超音波電動ステージのＹ−Ｙ´断面を詳細に示すものであって、一部に背面図を含む図である。

符号の説明

１ベース部
２Ｙテーブル
３Ｘテーブル
４リニア式超音波モータ
５光学式リニアセンサ
６リニア式超音波モータ
７光学式リニアセンサ
８Ｙリニアガイド
９Ｘリニアガイド
１０Ｙ摺動板
１１Ｙリニアスケール
１２Ｘ摺動板
１３Ｘリニアスケール
１４センサ固定部材
１５磨耗粉受け部

Claims

ベース部と、
前記ベース部に対して平行移動可能に支持される第１のテーブルと、
前記第１のテーブルを駆動する第１のリニア式超音波モータと、
前記第１のテーブルの移動量を検出する第１の光学式リニアセンサと、
前記第１のテーブルに対して、前記第１のテーブルの移動方向に対して直角方向に、平行移動可能に支持される第２のテーブルと、
前記第２のテーブルを駆動する第２のリニア式超音波モータと、
前記第２のテーブルの移動量を検出する第２の光学式リニアセンサと、
を備える超音波電動ステージであって、
前記第１のリニア式超音波モータ、前記第１の光学式リニアセンサ、前記第２のリニア式超音波モータ、及び前記第２の光学式リニアセンサは、前記第２のテーブルの上面よりも上方に迫り出すことなく、当該超音波電動ステージの前面以外の位置であって、且つ、前記第１のリニア式超音波モータ及び又は前記第２のリニア式超音波モータの駆動時に発生する磨耗粉が前記第１の光学式リニアセンサ及び前記第２の光学式リニアセンサに悪影響を及ぼさない位置に配置される、
ことを特徴とする超音波電動ステージ。
前記第１のリニア式超音波モータと前記第１の光学式リニアセンサは、前記第１のテーブルの駆動軸を挟む当該超音波電動ステージの２つの側面に分かれて配置される、
ことを特徴とする請求項１記載の超音波電動ステージ。
前記第１のリニア式超音波モータと前記第１の光学式リニアセンサは、前記第１のテーブルの駆動軸を挟む当該超音波電動ステージの２つの側面のうちの一方に、積み重なるように配置される、
ことを特徴とする請求項１記載の超音波電動ステージ。
前記第１のリニア式超音波モータは、前記第１の光学式リニアセンサの上方に配置される、
ことを特徴とする請求項３記載の超音波電動ステージ。
前記第１のリニア式超音波モータは、前記第１の光学式リニアセンサの下方に配置され、
前記第１のリニア式超音波モータと前記第１の光学式リニアセンサとの間に、前記第１のリニア式超音波モータの駆動時に発生する磨耗粉を受け止める第１の磨耗粉受け部が設けられる、
ことを特徴とする請求項３記載の超音波電動ステージ。
前記第１のリニア式超音波モータと前記第１の光学式リニアセンサは、前記第１のテーブルの駆動軸を挟む当該超音波電動ステージの２つの側面のうちの一方に、横並びになるように配置される、
ことを特徴とする請求項１記載の超音波電動ステージ。
前記第２のリニア式超音波モータと前記第２の光学式リニアセンサは、当該超音波電動ステージの背面に、高さ方向に積み重なるように配置される、
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の超音波電動ステージ。
前記第２のリニア式超音波モータは、前記第２の光学式リニアセンサの上方に配置される、
ことを特徴とする請求項７記載の超音波電動ステージ。
前記第２のリニア式超音波モータは、前記第２の光学式リニアセンサの下方に配置され、
前記第２のリニア式超音波モータと前記第２の光学式リニアセンサとの間に、前記第２のリニア式超音波モータの駆動時に発生する磨耗粉を受け止める第２の磨耗粉受け部が設けられる、
ことを特徴とする請求項７記載の超音波電動ステージ。
前記第２のリニア式超音波モータと前記第２の光学式リニアセンサは、当該超音波電動ステージの背面に、横並びになるように配置される、
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の超音波電動ステージ。