JP4946770B2 - 調整ステージ及び調整ステージ装置 - Google Patents

Description

本発明は、高精度な位置決めを必要とする２つの異なる部材の相対的な位置を調整可能な調整ステージ及び調整ステージ装置に関する。

従来より、種々の位置決め装置が提案されている。
例えば、特許文献１に記載された従来技術では、図７に示すように、テーブル１１０の底面側の３点の支持点１２１、１２２、１２３が上下方向に駆動可能に構成され、テーブル１１０の位置を調整可能なステージ装置１００が提案されている。
ステージ装置１００において、テーブル１１０は支持棒１１１、１１２、１１３を介して３本のガイド部材１０１、１０２、１０３に沿って移動可能である。３点の支持点１２１、１２２、１２３の駆動量が同一の場合、テーブル１１０は上下動し、３点の支持点１２１、１２２、１２３の駆動量が異なる場合、テーブル１１０は鉛直軸に対していずれかの方向に傾斜する。
支持棒１１１（１１２、１１３）においてガイド部材１０１（１０２、１０３）の側はボール部１１１Ａ（１１２Ａ、１１３Ａ）であり、テーブル１１０の側は弾性部材１１１Ｂ（１１２Ｂ、１１３Ｂ）で構成されている。この弾性部材１１１Ｂ（１１２Ｂ、１１３Ｂ）は、テーブル１１０の傾斜方向の揺動を許容し、支持棒１１１（１１２、１１３）からテーブル１１０に対して余分な力を加えることがなく、テーブル１１０に歪が生ずることを回避できる。
特開平９−３３６７８号公報

特許文献１に記載された従来技術では、上下方向以外の方向の動きを拘束するためにガイド部材１０１、１０２、１０３を用いているが、特に高精度な位置決め（例えば、数μｍレベルの位置決め）が必要な場合には、一般的に、ガイド部材のコストが高くなる。
また、支持点１２１、１２２、１２３の駆動量（変位量）が直接テーブル１１０の変位量として伝えられるため、精度が低く、微調整が困難である。
また、テーブル１１０に上向きの外力（外乱）が与えられると、当該外力に対してテーブル１１０が変位する可能性がある（外乱に対して比較的誤差が発生し易い）。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、ガイドを用いた移動機構を有することなく、外力による変位量の誤差が発生しにくく、より微小な変位量を与えることが可能で位置決めが容易な調整ステージ及び調整ステージ装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの調整ステージである。
請求項１に記載の調整ステージは、基台と、前記基台に接続された複数のリンク部材にて前記基台とほぼ平行な略放射状の方向に引張られて前記基台とほぼ平行に、且つ前記基台に直接触れないように保持された可動体と、を備えた調整ステージであって、前記可動体には、前記基台に対してほぼ直交する方向から任意の変位量が入力される複数の変位入力位置が設けられている。
そして、前記基台には、前記複数の変位入力位置の各々に前記任意の変位量を与える複数の変位供与手段が設けられている。

また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの調整ステージである。
請求項２に記載の調整ステージは、請求項１に記載の調整ステージであって、前記リンク部材の各々にて、前記基台に対して前記可動体が５自由度以上で保持されるように、前記リンク部材の各々は、前記基台との接続部では２自由度または３自由度を有する基台側ジョイントにて接続され、前記可動体との接続部では２自由度または３自由度を有する可動体側ジョイントにて接続されている。
そして、前記変位入力位置は３個所であり、３個の変位供与手段の各々から前記任意の変位量を与えられる構成を備えている。

また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの調整ステージである。
請求項３に記載の調整ステージは、請求項１または２に記載の調整ステージであって、前記リンク部材は４本であり、前記可動体を略放射状の４方向に引張り、前記４本のリンク部材の延長線が１点で交差しないように、各リンク部材の前記可動体との接続位置と引張り方向とが設定されている。

また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの調整ステージである。
請求項４に記載の調整ステージは、請求項１〜３のいずれかに記載の調整ステージであって、前記変位供与手段からの前記任意の変位量が与えられる力点部と、前記基台に対して支持された位置となる支点部と、前記力点部に与えられた変位量を所定倍した伝達変位量を前記変位入力位置に与える作用点部と、を備えた弾性ヒンジ機構が、前記変位供与手段から前記変位入力位置までの経路中に設けられている。

また、本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりの調整ステージである。
請求項５に記載の調整ステージは、請求項４に記載の調整ステージであって、前記作用点部から、前記基台に近接する方向または離間する方向のいずれかの方向の前記伝達変位量に基づいた作用点押付け力を、ボールを介した点接触にて前記変位入力位置に与えることが可能となるように、前記弾性ヒンジ機構が構成されている。
そして、前記作用点押付け力の方向と反対方向の力を、ボールを介した点接触にて前記変位入力位置の反対側から与えることが可能となるように構成された作用点反力供与手段が、前記基台に設けられている。

また、本発明の第６発明は、請求項６に記載されたとおりの調整ステージである。
請求項６に記載の調整ステージは、請求項４または５に記載の調整ステージであって、前記変位供与手段から、前記基台に近接する方向または離間する方向のいずれかの方向の前記与えられた変位量に基づいた供与手段押付け力を、ボールを介した点接触にて前記力点部に与えることが可能となるように、前記変位供与手段が構成されている。
そして、前記供与手段押付け力の方向と反対方向の力を、ボールを介した点接触にて前記力点部の反対側から与えることが可能となるように構成された力点反力供与手段が、前記基台に設けられている。

また、本発明の第７発明は、請求項７に記載されたとおりの調整ステージ装置である。
請求項７に記載の調整ステージ装置は、請求項１〜６のいずれかに記載の調整ステージと、前記調整ステージを掛止して内部に保持可能な固定フレームと、前記固定フレーム内に保持された前記調整ステージの下に載置された調整台と、調整状態観察手段と、を備えた調整ステージ装置である。
前記調整台は、少なくとも前記調整ステージでは調整できない方向へのスライド移動または旋回が可能な調整手段を複数備えている。
そして、前記調整台の上に保持するように載置した第１対象部材と、前記可動体における前記調整台と対向する位置に保持した第２対象部材とを、相対的に、少なくとも３軸方向にスライド移動可能であるとともに、前記３軸方向と同じまたは異なる少なくとも３軸回りに旋回可能であり、
前記調整状態観察手段にて、前記第１対象部材に対する前記第２対象部材の調整位置を観察可能に構成されている。

請求項１に記載の調整ステージを用いれば、ガイド機構を有することなく、基台に直交する方向に対して任意の角度で可動体を傾斜させることができる。
また、基台とほぼ平行な略放射状の方向に引張って可動体を保持しているので、基台と平行な方向の外力の影響を受けにくい構造を実現できる。

また、請求項２に記載の調整ステージでは、可動体の３個所の変位入力位置の各々に、基台に直交する方向から任意の変位量が入力されるので、より適切に、基台に直交する方向に対して任意の角度で可動体を傾斜させることができる。
また、可動体は、リンク部材の各々にて、基台に対して５自由度以上で保持されているので、可動体が傾斜しても、リンク部材から余分な応力がかからない構造とすることができる。

また、請求項３に記載の調整ステージでは、各リンク部材の延長線が１点で交差しないように４本のリンク部材で張力を与え、可動体に対して基台に平行な平面内で回転させる方向に力を加えた平衡状態として、可動体に対して基台に平行な平面内での回転を拘束（抑制）することができる。
これにより、外力（可動体を基台に平行な平面内で回転させる外力）による可動体の変位量の誤差が発生しにくい構造を実現できる。

また、請求項４に記載の調整ステージでは、変位供与手段から与えられる任意の変位量を、「てこの原理」を利用した弾性ヒンジ機構にて所定倍して（縮小または増大させて）変位入力位置に伝える。特に、精度が要求される場合には、変位供与手段から入力される変位量を縮小させて変位入力位置に伝えることで、より微小な変位量を入力することが可能である。
また、てこの原理を利用しているので、変位量を所定倍する構造を容易に実現することができる。

また、請求項５に記載の調整ステージでは、例えば変位入力位置を基台に近接する場合は、弾性ヒンジ機構の作用点部を基台に近接する方向に移動させて、作用点部から変位入力位置を基台に近接する方向に押し付ける力を増加させる。また、変位入力位置を基台から離間する場合は、作用点部を基台から離間する方向に移動させて、作用点部から基台に近接する方向への押し付け力を弱め、作用点反力供与手段にて変位入力位置を基台から離間する方向に押し付けるように構成する。
変位入力位置に、基台に近接する方向、及び基台から離間する方向の双方から押し付け力を与える構造としているので、基台に近接または離間する方向の外力による可動体の移動を効果的に拘束することができる。
また、ボールを介した点接触で変位入力位置に力を与えるので、可動体及び弾性ヒンジ機構が傾斜しても変位入力位置に余分な応力がかからない構造とすることができる。

また、請求項６に記載の調整ステージでは、例えば力点部を基台から離間する場合は、変位供与手段にて力点部を基台から離間する方向に移動させて、力点部を基台から離間する方向に押し付ける力を増加させる。また、力点部を基台に近接する場合は、変位供与手段にて力点部を基台に近接する方向に移動させて、力点部を基台から離間する方向への押し付け力を弱め、力点反力供与手段にて力点部を基台に近接する方向に押し付けるように構成する。
力点部に、基台に近接する方向、及び基台から離間する方向の双方から押し付け力を与える構造としているので、基台に近接または離間する方向の外力による弾性ヒンジ機構の移動及び可動体の移動を効果的に拘束することができる。
また、ボールを介した点接触で力点部に力を与えるので、弾性ヒンジ機構が傾斜しても力点部に余分な応力がかからない構造とすることができる。

また、請求項７に記載の調整ステージ装置では、調整台の上に保持した第１対象部材に対して、可動体に保持した第２対象部材を、相対的にスライド移動または旋回させる少なくとも６軸で位置を調整でき、その調整状態を調整状態観察装置で確認することができる。
このように、調整状態を確認しながら微細な位置調整が可能な調整ステージ装置を実現することができる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。なお、全ての図面において、Ｘ軸、Ｙ軸は水平方向を示しており、Ｚ軸は上向きの鉛直方向を示している。

●［位置決めする物品の例（図６）］
本実施の形態にて説明する調整ステージ装置１を用いて位置決めする物品の例としては、例えば図６（Ａ）に示すレーザ集光装置６０が挙げられる。
図６（Ａ）に示すように、レーザ集光装置６０は、一列に並んだ複数の発光部の各々からレーザ光を出射するレーザアレイ７１、レーザアレイ７１を保持する保持部７２、レーザアレイ７１及び保持部７２が固定されたＬＤホルダ７３、にて構成されたＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）ユニット７０（第１対象部材に相当）と、レーザアレイ７１から入射された複数のレーザ光を集光する集光手段６１、集光手段６１にて集光したレーザ光が導光される光ファイバ６２、集光手段６１及び光ファイバ６２を保持するＰＬＣホルダ６３、にて構成されたＰＬＣユニット６４（第２対象部材に相当）とで構成されている。

集光手段６１は、図６（Ｂ）に示すように、基板６１Ａの表面に光導波路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）６１Ｂが形成されて構成されている。光導波路６１Ｂにおいて、入射面６１Ｂｉｎはレーザアレイ７１の各発光部に対向する位置に形成されており、入射面６１Ｂｉｎから入射されたレーザ光は光導波路６１Ｂ内を伝播して出射面６１Ｂｏｕｔに到達して集光される。
図６（Ａ）及び（Ｂ）の例では、レーザアレイ７１は８個の発光部が一列に並んでおり、集光手段６１は４個の入射面６１Ｂｉｎを備えている。従って、集光手段６１を２個用い、２本の光ファイバ６２にレーザアレイ７１から出射されるレーザ光を集光している。
なお、配管７６はフレキシブルチューブ（任意の曲率で湾曲可能な配管）であり、レーザアレイ７１を冷却する冷却媒体が流れる配管と、集光手段６１を冷却する冷却媒体が流れる配管とを接続している。

そして、調整ステージ装置１を用いて、ＬＤユニット７０に固定されたレーザアレイ７１の発光部の各々に、ＰＬＣユニット６４に固定された集光手段６１の入射面６１Ｂｉｎの各々が対向するように位置決めする。なお、集光手段６１における１個の入射面６１Ｂｉｎの幅（図６（Ｂ）中のＸ軸方向の長さ）と厚さ（図６（Ｂ）中のＺ軸方向の長さ）は、例えば１００［μｍ］程度と２０［μｍ］程度であり、出射面６１Ｂｏｕｔの幅は３００［μｍ］程度である。従って、１［μｍ］以下の非常に高い位置決め精度が要求される。
なお、ＬＤユニット７０に対するＰＬＣユニット６４の位置決めが完了した後は、図６（Ｃ）に示すように、ＬＤユニット７０のＬＤホルダ７３と、ＰＬＣユニット６４のＰＬＣホルダ６３との双方に接触するように接合部材７５を接触させて、接触部Ｓを接着または溶着して固定する。
本実施の形態にて説明する調整ステージ装置１は、上記に説明した位置決めを可能とする非常に高い精度を備えている。

●［調整ステージ装置１の構造（図１、図２）］
図１は、本発明の調整ステージ装置１の概略外観図の例を示しており、図２（Ａ）は調整ステージ装置１を構成している調整ステージ２０の外観の例を示しており、図２（Ｃ）は調整ステージ装置１を構成している調整台５０の外観の例を示している。
また、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す調整ステージ２０から基台２１及び変位供与手段２５Ｌ、２５Ｂ、２５Ｒ等を取り除き、可動体３１とリンク部材２３との関係を分かり易く示した図である。
図１に示すように、調整ステージ装置１は、底面を有する略枠状の固定フレーム１０と、固定フレーム１０に掛止されて固定フレーム１０内に保持された調整ステージ２０（図２（Ａ）参照）と、固定フレーム１０内において調整ステージ２０の下に載置された調整台５０（図２（Ｃ）参照）と、位置決め対象部材（図１の例では、ＬＤユニット７０とＰＬＣユニット６４）の位置決め状態を観察する調整状態観察手段８０（ビデオマイクロスコープ等）とで構成されている。

図２（Ａ）に示すように、調整ステージ２０は、固定フレーム１０に掛止される基台２１と、基台２１に接続された複数（この場合、４本）のリンク部材２３にて基台２１とほぼ平行に且つ基台２１に直接触れないように保持された可動体３１と、可動体３１に固定された対象物保持治具３２等で構成されている。
基台２１は、掛止された固定フレーム１０上で固定フレーム１０に対する位置を微調整可能とする粗動手段（図示省略）と、固定フレーム１０に対する基台２１の位置が決定した場合に、固定フレーム１０に固定するクランプ手段（図示省略）と、を備えている。また、図２（Ａ）に示すように、基台２１には、調整状態観察手段８０を通す（載置する）ための切り欠き部２１Ｋが設けられている。
４本のリンク部材２３の各々は、一端が基台２１に設けられた突起部２２に接続され、他端が可動体３１に接続されている。

図２（Ｂ）に示す本実施の形態にて説明する調整ステージ２０における可動体３１は、Ｚ軸方向にスライド移動が可能であり、ＸＹ平面内の異なる２方向の軸であるＡ軸、及びＢ軸のそれぞれの回りに旋回可能である（Ａ軸及びＢ軸の詳細は後述する図４（Ｄ）を用いて説明する）。
調整台５０は、少なくとも調整ステージ２０では調整できないスライド移動（平行移動）または旋回移動が可能な調整手段を複数備えている。例えば図２（Ｃ）に示す調整台５０は、調整手段５１ＡにてＸ軸方向にスライド移動可能なスライドステージ５１と、調整手段５２ＡにてＹ軸方向にスライド移動可能なスライドステージ５２と、調整手段５３ＡにてＺ軸回りに旋回可能な旋回ステージ５３とを備えている。
これにより、例えば、調整ステージ装置１の調整台５０の上に保持するように載置したＬＤユニット７０（第１対象部材）と、可動体３１に固定した対象物保持治具３２に保持したＰＬＣユニット６４（第２対象部材）とを、相対的に、３軸方向にスライド移動が可能であり（この場合、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向にスライド移動が可能である）、４軸回りに旋回可能である（この場合、Ｚ軸回り、Ｘ軸回り、Ａ軸回り、Ｂ軸回りに旋回可能である）。
なお、スライド移動は、少なくとも異なる３軸の方向に移動できればよく、旋回は、少なくとも異なる３軸回りに旋回できればよい。また、スライド移動の３軸と旋回の３軸は、同じ３軸であっても異なる３軸であってもよい。

●［調整ステージ２０におけるリンク構造（図２（Ａ）、（Ｂ）、図４（Ａ）〜（Ｃ））］
調整ステージ２０において、可動体３１は、４本のリンク部材２３にて基台２１とほぼ平行な略放射状の４方向に引張られて、基台２１とほぼ平行に、且つ基台２１に直接触れないように保持されている。
リンク部材２３は、図４（Ａ）に示すように、基台２１に接続される基台側ジョイント２３Ａと、可動体３１に接続される可動体側ジョイント２３Ｂとを備え、基台側ジョイント２３Ａと可動体側ジョイント２３Ｂとの間隔を調整可能となるように、中間リンク部２３Ｃを備えている。なお、図４（Ａ）において中間リンク部２３Ｃは断面図で示している。例えば、基台側ジョイント２３Ａに接続されたシャフトは右ねじが切られて中間リンク部２３Ｃにねじ込まれ、可動体側ジョイント２３Ｂに接続されたシャフトは左ねじが切られて中間リンク部２３Ｃにねじ込まれ、２つのねじが逆ねじに設定されている。これにより、中間リンク部２３Ｃを回転させることで、基台側ジョイント２３Ａと可動体側ジョイント２３Ｂとの間隔が調整可能となり、リンクの張力を与えることができる。

また、基台側ジョイント２３Ａ、及び可動体側ジョイント２３Ｂは、２自由度（例えばユニバーサルジョイント）または３自由度（例えば球面ジョイント）を有するジョイントである。そして、可動体３１は、リンク部材２３にて基台２１に対して５自由度以上で保持されるように構成されている。従って、基台側ジョイント２３Ａと可動体側ジョイント２３Ｂが、２自由度と３自由度、または３自由度と２自由度、または３自由度と３自由度、となるように構成されている。可動体３１が、リンク部材２３の各々にて、基台２１に対して５自由度以上で保持されているので、可動体３１が任意の方向に傾斜しても、リンク部材２３から可動体３１に余分な応力がかからない構造とすることができる。
このように、平面内の略放射状の４方向に引張って張力を与えて可動体３１を保持することで、当該平面内の並進移動を拘束している。

また、平面内の回転移動を拘束するために、図４（Ｂ）に示すように、４本のリンク部材２３の延長線が１点で交差しないように、各リンク部材２３において、可動体３１との接続位置と引張り方向とが設定されている。これにより、モーメント力を与えた状態で可動体３１を保持でき、回転方向の外力に対してモーメント反力を発生させることができるので、可動体３１の回転移動を拘束することができる。図４（Ｃ）に示すように、４本のリンク部材の延長線が１点で交差するような設定にすると、回転方向に対して力が与えられていない状態で可動体３１を保持するので、回転方向の外力に対して回転移動し易いため、好ましくない。

なお、可動体３１の上記並進移動を拘束するには、３本以上の複数のリンク部材で略放射状の方向に引張ればよい。３本の場合、可動体３１が基台に直交する方向に変位した際、各リンク部材には張力あるいは圧縮力がかかる。ここで、圧縮力がかかった場合、基台に直交する方向に誤差が生じる可能性があるため、好ましくない。そこで、第４のリンク部材によって張力を与え、他の３本のリンク部材にもそれと釣り合うような張力を発生させ、誤差が発生しにくい構造とするため、本実施の形態では、４本のリンク部材２３を備えている。
以上に説明したように、可動体３１を４本のリンク部材２３で張力を与えて保持することで、４方向リンク部材の引張り方向を含む平面内での並進移動と回転移動を拘束するが、前記平面に直交する方向（基台２１に対して直交する方向（Ｚ軸方向））の微小変位に対しては反力がほとんど発生しない、というリンク機構による劣可動特異点を利用している。以下では、前記平面に直交する方向に微小変位を与える構造について説明する。

●［可動体３１に微小変位を与える構造（図３、図４（Ｄ））］
可動体３１への微小変位（任意の変位量）は、可動体３１に固定された３個の変位入力部材３３Ｒ、３３Ｂ、３３Ｌに与えられる。変位入力部材３３Ｒ、３３Ｂ、３３Ｌは、基台２１に直交する上向きの力（基台２１に近接する方向であるＺ軸方向の力）と、基台２１に直交する下向きの力（基台２１から離間する方向であるＺ軸方向と反対方向の力）を入力可能なオーバーハング部を有している。
図３（Ａ）に示す図は、変位入力部材３３Ｒ、３３Ｂ、３３Ｌのオーバーハング部の変位入力位置（例えば弾性ヒンジ機構ＨＲの場合は変位入力位置Ｒｉｎ（図３（Ｂ）参照））に、弾性ヒンジ機構ＨＲ、ＨＢ、ＨＬの各作用点部（例えば弾性ヒンジ機構ＨＲの場合は作用点部ＨＲ（Ｆ））から、基台２１に近接する方向であるＺ軸方向の力を与え、ボールプランジャ２４Ｒ、２４Ｂ、２４Ｌから、基台２１から離間する方向であるＺ軸方向と反対方向の力を与える概念図を示している。なお、図３（Ａ）では、力点部ＨＢ（Ｒ）、支点部ＨＢ（Ｓ）、作用点部ＨＢ（Ｆ）の記載を省略している。
図３（Ａ）が変位入力部材３３Ｒ、３３Ｂ、３３Ｌに変位を与える概念図であることに対して、図３（Ｂ）は変位入力部材３３Ｒ近傍の実際の構造を示している（変位入力部材３３Ｂ、３３Ｌも同様）。基台２１に固定されたベース部ＨＲＢとヒンジ構造で接続された略矩形の弾性ヒンジ機構ＨＲは、ベース部ＨＲＢとの接続部である支点部ＨＲ（Ｓ）にて支持され、支点部ＨＲ（Ｓ）を中心としてＺ軸方向に揺動可能な「てこ」を構成している。

図３（Ｂ）に示すように、変位供与手段２５Ｒから変位入力部材３３Ｒの変位入力位置Ｒｉｎまでの変位量を伝達する経路中には、弾性ヒンジ機構ＨＲが設けられている。変位入力部材３３Ｒへの微小変位は、基台２１に固定された変位供与手段２５Ｒ（マイクロメータヘッド等）から、任意の変位量が、弾性ヒンジ機構ＨＲの力点部ＨＲ（Ｒ）に入力されることで伝えられる。なお、変位供与手段２５Ｒの先端と力点部ＨＲ（Ｒ）の間にはボール（鋼球）が設けられて点接触状態となっており、当該ボールを介して入力された変位量に基づいた供与手段押付け力が力点部ＨＲ（Ｒ）に伝えられる。これにより、ヒンジ機構ＨＲが揺動して傾斜しても接触部に余分な応力がかからないように構成されている。
また、力点部ＨＲ（Ｒ）における変位供与手段２５Ｒの反対側には、弾性部材で付勢されてＺ軸方向の位置を可変に構成されたボールを基台２１側に押し付けるボールプランジャ２６Ｒが設けられている。ここで、変位供与手段２５Ｒはボールを介して点接触しているので、力点部ＨＲ（Ｒ）を押すことはできるが、引張ることはできない。そこで、変位供与手段２５Ｒが力点部ＨＲ（Ｒ）に与えることが可能な力（供与手段押付け力）の方向（この場合、基台２１から離間する方向）と反対の方向（この場合、基台２１に近接する方向）の力を、力点部ＨＲ（Ｒ）の反対側からボールを介してボールプランジャ２６Ｒ（力点反力供与手段に相当）から入力し、変位供与手段２５Ｒが力点部ＨＲ（Ｒ）を引張る方向への変位を入力可能としている。
なお、力点部ＨＲ（Ｒ）における変位供与手段２５Ｒからの供与手段押付け力の方向と、ボールプランジャ２６Ｒから入力する力の方向は、互いに反対方向であれば、どちらが基台２１に近接する方向であってもよい。

図３（Ｂ）に示すように、弾性ヒンジ機構ＨＲの力点部ＨＲ（Ｒ）に変位量が入力されると、弾性ヒンジ機構ＨＲは支点部ＨＲ（Ｓ）を中心として揺動し、入力された変位量に応じた変位量が作用点部ＨＲ（Ｆ）に伝えられる。ここで、力点部ＨＲ（Ｒ）から支点部ＨＲ（Ｓ）までの距離を距離ｂ、支点部ＨＲ（Ｓ）から作用点部ＨＲ（Ｆ）までの距離を距離ａとすると、力点部ＨＲ（Ｒ）に入力された変位量のａ／ｂ倍となる伝達変位量が、作用点部ＨＲ（Ｆ）に伝えられる（なお、変位の方向は逆向きとなって伝えられる）。この距離ａ、距離ｂを適切に設定することで、変位供与手段２５Ｒの精度よりも更に高精度な（更に微小な）変位量を与えることが可能である。
また、作用点部ＨＲ（Ｆ）と変位入力部材３３Ｒの変位入力位置との間にはボールＢＬＲ（鋼球）が設けられて点接触状態となっており、当該ボールＢＬＲを介して伝達変位量に基づいた作用点押付け力が作用点部ＨＲ（Ｆ））から伝えられる。これにより、弾性ヒンジ機構ＨＲが揺動して傾斜しても接触部に余分な応力がかからないように構成されている。

また、変位入力部材３３Ｒの変位入力位置における作用点部ＨＲ（Ｆ）の反対側には、弾性部材で付勢されてＺ軸方向の位置を可変に構成されたボールＢＵＲを基台２１の反対側に押し付けるボールプランジャ２４Ｒが設けられている。ここで、作用点部ＨＲ（Ｆ）はボールＢＬＲを介して点接触しているので、変位入力部材３３Ｒの変位入力位置Ｒｉｎを押すことはできるが、引張ることはできない。そこで、作用点部ＨＲ（Ｆ）が変位入力部材３３Ｒの変位入力位置Ｒｉｎに与えることが可能な力（作用点押付け力）の方向（この場合、基台２１に近接する方向）と反対の方向（この場合、基台２１から離間する方向）の力を、変位入力位置の反対側からボールＢＵＲを介してボールプランジャ２４Ｒ（作用点反力供与手段に相当）から入力し、作用点部ＨＲ（Ｆ）が変位入力位置を引張る方向への変位を入力可能としている。
なお、変位入力位置Ｒｉｎにおける作用点部ＨＲ（Ｆ）からの作用点押付け力の方向と、ボールプランジャ２４Ｒから入力する力の方向は、互いに反対方向であれば、どちらが基台２１に近接する方向であってもよい。
また、変位入力部材３３Ｂ、３３Ｌに微小変位を与える方法は、上記と同様であるので説明を省略する。

以上に説明した構成により、変位供与手段２５Ｒ、２５Ｂ、２５Ｌから、可動体３１の変位入力部材３３Ｒ、３３Ｂ、３３Ｌの各々に任意の変位量を与えることができる。
次に、図４（Ｄ）を用いて、変位供与手段２５Ｒ、２５Ｂ、２５Ｌから与える変位による、可動体３１のスライド移動または回転移動（旋回移動）について説明する。なお、図４（Ｄ）において、変位入力部材３３Ｒ、３３Ｂ、３３Ｌにおける変位入力位置を、それぞれ変位入力位置Ｒｉｎ、Ｂｉｎ、Ｌｉｎとしている。
変位供与手段２５Ｒ、２５Ｂ、２５Ｌから、同一方向の同一量の変位を与えた場合、可動体３１はＺ軸方向にスライド移動する。
変位供与手段２５Ｒのみから変位を与えた場合、変位入力位置ＲｉｎのみがＺ軸方向に移動するので、可動体３１は変位入力位置Ｂｉｎと変位入力位置Ｌｉｎを通るＡ軸回りに回転する。
変位供与手段２５Ｌのみから変位を与えた場合、変位入力位置ＬｉｎのみがＺ軸方向に移動するので、可動体３１は変位入力位置Ｂｉｎと変位入力位置Ｒｉｎを通るＢ軸回りに回転する。
変位供与手段２５Ｂのみから変位を与えた場合、変位入力位置ＢｉｎのみがＺ軸方向に移動するので、可動体３１は変位入力位置Ｒｉｎと変位入力位置Ｌｉｎを通るＸ軸回りに回転する。
このように、異なる３軸（この場合、Ｘ軸とＡ軸とＢ軸）回りの回転移動と、Ｚ軸方向のスライド移動を可能としている。

そして図５（Ａ）に示すように、固定バンド８５を介して、第２対象部材（この場合、ＰＬＣユニット６４）を対象物保持治具３２に固定する。図５（Ａ）及び（Ｂ）の例では、第２対象部材（この場合、ＰＬＣユニット６４）と対象物保持治具３２とは鋼球ＢＢによって点接触で接触するように保持されている。
なお、固定バンド８５と対象物保持治具３２は、図５（Ｂ）に示すように挟持手段８６で挟持して固定してもよいし、固定バンド８５と対象物保持治具３２にねじ孔を設けてねじ止めして固定してもよい。
なお、対象物保持治具３２は、固定（保持）する第２対象部材に合わせて交換可能な治具である。

以上、本実施の形態にて説明した調整ステージ２０は、４本のリンク部材２３による平面移動拘束機構（平面内の並進移動と回転移動を拘束するリンク機構）により、変位を必要とする方向（基台２１に直交する方向）以外の方向の移動が拘束されるため、図７の例に示す従来のステージ装置１００のようなリニアガイド等の案内機構が不要となり、外力に対する誤差が発生しにくく、安価で簡単な構成で実現することができる。また、図３（Ｂ）に示すように、変位供与手段２５Ｒから入力される変位を、弾性ヒンジ機構ＨＲを介して変位入力位置Ｒｉｎに入力し、変位入力位置Ｒｉｎ及び弾性ヒンジ機構ＨＲの力点部ＨＲ（Ｒ）では、変位に基づいた力を与える方向の双方向（この場合、基台２１に近接する方向と、離間する方向）からボールを介して点接触で押さえつけるように保持する構成とすることで、高精度で外力の影響を受けにくい構造としている。
また、本実施の形態にて説明した調整ステージ装置１は、調整台５０に保持した第１対象部材と、調整ステージ２０の可動体３１に固定した対象物保持治具３２に保持した第２対象部材を、簡易・安価な構成で高精度に位置決めすることが可能であり、調整状態観察手段８０を用いて、実際の位置決め状態を観察しながら調整できるので、非常に便利である。

本発明の調整ステージ２０、調整ステージ装置１は、本実施の形態で説明した外観、形状、構成、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。

本発明の調整ステージ装置１の一実施の形態の外観を説明する図である。 調整ステージ装置１における調整ステージ２０と調整台５０を説明する図である。 調整ステージ２０の可動体３１に変位を与える構造を説明する図である。 リンク部材２３の構造、リンク部材２３の引張り位置と方向、及び可動体３１をスライド移動する方向、回転移動する場合の回転軸について説明する図である。 対象物（第２対象部材に相当）を対象物保持治具３２に保持する様子を説明する図である。 位置決めする物品（第１対象部材と第２対象部材）の例を説明する図である。 従来の位置決め装置の例（ステージ装置１００）を説明する図である。

符号の説明

１ 調整ステージ装置
１０ 固定フレーム
２０ 調整ステージ
２１ 基台
２３ リンク部材
２３Ａ 基台側ジョイント
２３Ｂ 可動体側ジョイント
２３Ｃ 中間リンク部
２４Ｒ、２４Ｂ、２４Ｌ ボールプランジャ（作用点反力供与手段）
２５Ｒ、２５Ｂ、２５Ｌ 変位供与手段
２６Ｒ、２６Ｂ、２６Ｌ ボールプランジャ（力点反力供与手段）
３１ 可動体
３２ 対象物保持治具
３３Ｒ、３３Ｂ、３３Ｌ 変位入力部材
Ｒｉｎ、Ｂｉｎ、Ｌｉｎ 変位入力位置
ＨＲ、ＨＢ、ＨＬ 弾性ヒンジ機構
ＨＲ（Ｒ）、ＨＬ（Ｒ） 力点部
ＨＲ（Ｓ）、ＨＬ（Ｓ） 支点部
ＨＲ（Ｆ）、ＨＬ（Ｆ） 作用点部
５０ 調整台
６４ ＰＬＣユニット（第２対象部材）
７０ ＬＤユニット（第１対象部材）
８０ 調整状態観察手段

Claims (7)

1. 基台と、
   前記基台に接続された複数のリンク部材にて前記基台とほぼ平行な略放射状の方向に引張られて前記基台とほぼ平行に、且つ前記基台に直接触れないように保持された可動体と、を備えた調整ステージであって、
   前記可動体には、前記基台に対してほぼ直交する方向から任意の変位量が入力される複数の変位入力位置が設けられており、
   前記基台には、前記複数の変位入力位置の各々に前記任意の変位量を与える複数の変位供与手段が設けられている、
   調整ステージ。
2. 請求項１に記載の調整ステージであって、
   前記リンク部材の各々にて、前記基台に対して前記可動体が５自由度以上で保持されるように、前記リンク部材の各々は、前記基台との接続部では２自由度または３自由度を有する基台側ジョイントにて接続され、前記可動体との接続部では２自由度または３自由度を有する可動体側ジョイントにて接続されており、
   前記変位入力位置は３個所であり、３個の変位供与手段の各々から前記任意の変位量を与えられる構成を備えている、
   調整ステージ。
3. 請求項１または２に記載の調整ステージであって、
   前記リンク部材は４本であり、前記可動体を略放射状の４方向に引張り、
   前記４本のリンク部材の延長線が１点で交差しないように、各リンク部材の前記可動体との接続位置と引張り方向とが設定されている、
   調整ステージ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の調整ステージであって、
   前記変位供与手段からの前記任意の変位量が与えられる力点部と、
   前記基台に対して支持された位置となる支点部と、
   前記力点部に与えられた変位量を所定倍した伝達変位量を前記変位入力位置に与える作用点部と、を備えた弾性ヒンジ機構が、前記変位供与手段から前記変位入力位置までの経路中に設けられている、
   調整ステージ。
5. 請求項４に記載の調整ステージであって、
   前記作用点部から、前記基台に近接する方向または離間する方向のいずれかの方向の前記伝達変位量に基づいた作用点押付け力を、ボールを介した点接触にて前記変位入力位置に与えることが可能となるように、前記弾性ヒンジ機構が構成されており、
   前記作用点押付け力の方向と反対方向の力を、ボールを介した点接触にて前記変位入力位置の反対側から与えることが可能となるように構成された作用点反力供与手段が、前記基台に設けられている、
   調整ステージ。
6. 請求項４または５に記載の調整ステージであって、
   前記変位供与手段から、前記基台に近接する方向または離間する方向のいずれかの方向の前記与えられた変位量に基づいた供与手段押付け力を、ボールを介した点接触にて前記力点部に与えることが可能となるように、前記変位供与手段が構成されており、
   前記供与手段押付け力の方向と反対方向の力を、ボールを介した点接触にて前記力点部の反対側から与えることが可能となるように構成された力点反力供与手段が、前記基台に設けられている、
   調整ステージ。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の調整ステージと、
   前記調整ステージを掛止して内部に保持可能な固定フレームと、
   前記固定フレーム内に保持された前記調整ステージの下に載置された調整台と、
   調整状態観察手段と、を備えた調整ステージ装置であって、
   前記調整台は、少なくとも前記調整ステージでは調整できない方向へのスライド移動または旋回が可能な調整手段を複数備えており、
   前記調整台の上に保持するように載置した第１対象部材と、前記可動体における前記調整台と対向する位置に保持した第２対象部材とを、相対的に、少なくとも３軸方向にスライド移動可能であるとともに、前記３軸方向と同じまたは異なる少なくとも３軸回りに旋回可能であり、
   前記調整状態観察手段にて、前記第１対象部材に対する前記第２対象部材の調整位置を観察可能に構成されている、
   調整ステージ装置。
   
   

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