JP6562680B2 - Stage equipment - Google Patents
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Description
本発明は、スライドを載置して移動するステージ装置に関する。 The present invention relates to a stage equipment which moves by placing the slides.
近年、光学顕微鏡は、病理学的診断の為に、組織切片の病変部の微細な観察を実現する手段として病理医によって利用されている。顕微鏡検査の際には、観察対象が載せられたスライドガラスを顕微鏡用のステージに載置し、その観察部位が対物レンズの直下（観察視野）にくるようにステージを移動させる。顕微鏡観察にあたっては、適宜測定部位を微小寸法ずつ精密に移動させる必要が生じる。このような要求から、顕微鏡用のステージ装置は、二次元方向に任意に移動できるようにＸＹステージで構成され、顕微鏡に装着されたＸＹステージにおいて高精度な位置管理の実現が求める。 In recent years, optical microscopes have been used by pathologists as means for realizing fine observation of lesions in tissue sections for pathological diagnosis. At the time of microscopic inspection, a slide glass on which an observation target is placed is placed on a microscope stage, and the stage is moved so that the observation site is directly below the objective lens (observation field of view). When observing under a microscope, it is necessary to precisely move the measurement site by a minute dimension. From such a demand, the microscope stage device is configured by an XY stage so that it can be arbitrarily moved in a two-dimensional direction, and high-accuracy position management is required for the XY stage mounted on the microscope.
特許文献１、２には、ＸＹステージの位置決め要素技術に関し、リニアエンコーダなどに用いられるスケールを、測定を行う一方向において高精度に保持するための技術が開示されている。 Patent Documents 1 and 2 disclose a technique for holding a scale used for a linear encoder or the like with high accuracy in one direction in which measurement is performed, with respect to an XY stage positioning element technique.
しかしながら、異なる線膨張係数を有する複数の部材が一体に固定されたＸＹステージの構成において、温度変化が生じると熱膨張により複数の部材間でわずかな伸縮（熱ドリフト）が発生する。各部材の熱伸縮の差によって部材の固定部には応力が発生し、結果としてＸＹステージを構成する部材にＸ方向およびＹ方向の歪が生じ得る。ＸＹステージの位置管理用のガラススケールが歪の影響を受けると、ＸＹステージにおいて高精度な位置管理の実現が困難になり得る。 However, in the configuration of the XY stage in which a plurality of members having different linear expansion coefficients are integrally fixed, a slight expansion and contraction (thermal drift) occurs between the plurality of members due to thermal expansion when a temperature change occurs. Stress is generated in the fixed portion of the member due to the difference in thermal expansion and contraction of each member, and as a result, distortion in the X direction and the Y direction can occur in the members constituting the XY stage. If the glass scale for position management of the XY stage is affected by distortion, it may be difficult to realize highly accurate position management in the XY stage.
特許文献１、２には、測定を行う一方向において、ガラススケールを高精度に保持する構成については記載されているが、熱膨張により生じた伸縮（熱ドリフト）の影響を抑制する構成については考慮されていない。すなわち、特許文献１、２では、熱膨張により生じた部材の伸縮による歪の発生を抑制する構成については考慮されていない。 Patent Documents 1 and 2 describe a configuration that holds a glass scale with high accuracy in one direction in which measurement is performed, but a configuration that suppresses the influence of expansion and contraction (thermal drift) caused by thermal expansion. Not considered. That is, Patent Documents 1 and 2 do not consider a configuration that suppresses the occurrence of distortion due to expansion and contraction of a member caused by thermal expansion.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、熱膨張により生じた部材の伸縮による歪の発生を抑制し、高精度な位置管理が可能なステージ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a stage apparatus capable of suppressing the occurrence of distortion due to expansion and contraction of a member caused by thermal expansion and performing highly accurate position management.
上記の目的を達成するための本発明の一つの態様によるステージ装置は、
第１の方向および前記第１の方向に対して交差する第２の方向に広がりを有する板状のステージ板と、
前記ステージ板とは異なる線膨張係数を有する板状部材と、
前記ステージ板上で前記板状部材を保持する第１保持手段と、
前記第２の方向の剛性より前記第１の方向の剛性が低い保持構造により前記板状部材を保持し、前記線膨張係数の相違に基づいて前記ステージ板と前記板状部材との間に生じた第１の方向の変形を前記保持構造の弾性変形により吸収する第２保持手段と、
前記第１の方向の剛性より前記第２の方向の剛性が低い保持構造により前記板状部材を保持し、前記線膨張係数の相違に基づいて前記ステージ板と前記板状部材との間に生じた第２の方向の変形を前記保持構造の弾性変形により吸収する第３保持手段と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a stage apparatus according to one aspect of the present invention comprises:
A plate-like stage plate having a spread in a first direction and a second direction intersecting the first direction;
A plate-like member having a linear expansion coefficient different from that of the stage plate ;
A first holding means for holding the plate-like member on the stage plate,
The plate-like member is held by a holding structure whose rigidity in the first direction is lower than the rigidity in the second direction, and is generated between the stage plate and the plate-like member based on the difference in the linear expansion coefficient. Second holding means for absorbing deformation in the first direction by elastic deformation of the holding structure;
The plate-like member is held by a holding structure whose rigidity in the second direction is lower than the rigidity in the first direction, and is generated between the stage plate and the plate-like member based on the difference in the linear expansion coefficient. And third holding means for absorbing deformation in the second direction by elastic deformation of the holding structure.
本発明によれば、熱膨張により生じた部材の伸縮による歪の発生を抑制し、高精度な位置管理が可能になる。 According to the present invention, generation of distortion due to expansion and contraction of a member caused by thermal expansion can be suppressed, and highly accurate position management can be performed.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the components described in this embodiment are merely examples, and the technical scope of the present invention is determined by the scope of the claims, and is not limited by the following individual embodiments. Absent.
[位置管理顕微鏡システムの構成]
図１は本実施形態による位置管理顕微鏡システム（以下、顕微鏡システム１０）の基本構成を示す図である。顕微鏡システム１０は、顕微鏡本体１０１、ステージ装置２００、カメラ装着用のアダプタ部３００、デジタルカメラ４００、制御ユニット５００を備える。制御ユニット５００は、コントローラ５０１とディスプレイ５０２を有する。
[Configuration of position management microscope system]
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a position management microscope system (hereinafter, microscope system 10) according to the present embodiment. The microscope system 10 includes a microscope main body 101, a stage device 200, a camera mounting adapter unit 300, a digital camera 400, and a control unit 500. The control unit 500 includes a controller 501 and a display 502.
顕微鏡本体１０１を構成する鏡基１２１は、顕微鏡の各種構造物を取り付けるための堅牢な本体フレームである。接眼鏡基１２２は鏡基１２１に固定され、接眼鏡筒１２３（本例では双眼）を接続する。光源ボックス１２４は、透過観察用の光源（たとえば、ハロゲンランプまたはＬＥＤなど）を収納し、鏡基１２１に取り付けられる。Ｚ摘み１２５は、基台１３０をＺ軸方向（上下方向：鉛直方向）へ移動させるための摘みである。 The mirror base 121 constituting the microscope main body 101 is a robust main body frame for attaching various structures of the microscope. The eyepiece base 122 is fixed to the mirror base 121 and connects an eyepiece tube 123 (binocular in this example). The light source box 124 accommodates a light source for transmission observation (for example, a halogen lamp or LED) and is attached to the mirror base 121. The Z knob 125 is a knob for moving the base 130 in the Z-axis direction (vertical direction: vertical direction).
基台１３０には、位置管理機能を提供するステージ装置２００が載置される。基台１３０は、Ｚ摘み１２５の回転に応じて基台１３０をＺ方向に移動する基台移動機構１３１により鏡基１２１に装着されている。１２６は対物レンズユニットであり、光学倍率に応じた複数種類のユニットが存在する。リボルバ１２７は、複数種類の対物レンズユニット１２６を取り付けられる構造を有し、リボルバ１２７を回転させることにより、所望の対物レンズユニットを顕微鏡による観察のために選択することが出来る。 A stage device 200 that provides a position management function is placed on the base 130. The base 130 is attached to the mirror base 121 by a base moving mechanism 131 that moves the base 130 in the Z direction according to the rotation of the Z knob 125. Reference numeral 126 denotes an objective lens unit, and there are a plurality of types of units corresponding to optical magnifications. The revolver 127 has a structure to which a plurality of types of objective lens units 126 can be attached. By rotating the revolver 127, a desired objective lens unit can be selected for observation with a microscope.
ステージ装置２００は、スライドガラス２０を載置し、Ｘ方向とＹ方向を含むＸＹ面上で移動するＸＹステージを有する。ステージ装置２００を構成するＸステージ板３（図２）の上面には、ＸＹ方向の高精度スケールを具備したＸＹスケール板２が保持されている。ステージ装置２００を構成するＸステージ板３の詳細については後述する。ステージ装置２００は、たとえばＵＳＢインタフェースケーブル１１２によりコントローラ５０１（制御装置）と接続され、コントローラ５０１からの移動指示に応じてステージ位置をＸＹ方向に移動し、そのステージ位置をコントローラ５０１に通知する。また、Ｘ摘み２０１、Ｙ摘み２０２により手動操作によりステージ位置を移動することができる。アダプタ部３００は、接眼鏡基１２２に鏡基マウント１２８を介してデジタルカメラ４００を装着するための装着部として機能する、カメラ装着用のアダプタである。 The stage apparatus 200 has an XY stage on which the slide glass 20 is placed and moves on an XY plane including the X direction and the Y direction. An XY scale plate 2 having a high-precision scale in the XY directions is held on the upper surface of the X stage plate 3 (FIG. 2) constituting the stage apparatus 200. Details of the X stage plate 3 constituting the stage apparatus 200 will be described later. The stage apparatus 200 is connected to the controller 501 (control apparatus) by, for example, the USB interface cable 112, moves the stage position in the XY directions according to a movement instruction from the controller 501, and notifies the controller 501 of the stage position. Further, the stage position can be moved manually by the X knob 201 and the Y knob 202. The adapter unit 300 is a camera mounting adapter that functions as a mounting unit for mounting the digital camera 400 on the eyepiece base 122 via the mirror base mount 128.
デジタルカメラ４００は、アダプタ部３００及び鏡基マウント１２８により、接眼鏡基１２２と所定の位置関係を保って、着脱可能に顕微鏡本体１０１に取り付けられる。デジタルカメラ４００は、顕微鏡本体１０１により得られる顕微鏡画像を撮像する。デジタルカメラ４００は、エビデンス記録を目的とするもので、例えば、ＵＳＢインタフェースケーブル１１１を介してコントローラ５０１に接続され、コントローラ５０１からの指示により顕微鏡下の観察像を撮影する。撮影された観察像は、コントローラ５０１の制御下でディスプレイ５０２（表示部）に表示される。デジタルカメラ４００の撮像機能は、イメージセンサの出力をリアルタイムでモニタに表示するライブビューを行うためのライブ画像撮像機能と、静止画撮像機能を含む。ライブ画像撮像機能は静止画撮像機能よりも低解像度である。また、ライブ画像撮像機能および静止画撮像機能は、撮影された画像（動画、静止画）を所定のインタフェース（本実施形態ではＵＳＢインタフェース）を介して外部装置へ送信することが可能となっている。 The digital camera 400 is detachably attached to the microscope main body 101 by the adapter unit 300 and the mirror base mount 128 while maintaining a predetermined positional relationship with the eyepiece base 122. The digital camera 400 captures a microscope image obtained by the microscope main body 101. The digital camera 400 is intended for evidence recording. For example, the digital camera 400 is connected to the controller 501 via the USB interface cable 111, and takes an observation image under the microscope according to an instruction from the controller 501. The taken observation image is displayed on the display 502 (display unit) under the control of the controller 501. The imaging function of the digital camera 400 includes a live image imaging function for performing a live view for displaying the output of the image sensor on a monitor in real time, and a still image imaging function. The live image capturing function has a lower resolution than the still image capturing function. The live image capturing function and the still image capturing function can transmit captured images (moving images and still images) to an external device via a predetermined interface (USB interface in the present embodiment). .
[ステージ装置２００の構成]
ステージ装置２００の構成を図２の参照により説明する。図２において、ステージ装置２００のＸＹステージは、平面内の第１の方向（例えば、Ｘ方向）と、第１の方向に対して面内方向において交差する第２の方向（例えば、Ｙ方向）に移動可能に構成されている。第１の方向（Ｘ方向）および第２の方向（Ｙ方向）に交差する第３の方向（Ｚ方向）は、顕微鏡光軸に対応する。ステージ装置２００は、第１の方向および第１の方向に対して交差する第２の方向に広がりを有する板状のＸステージ板３（ステージ板）と、Ｘステージ板３（ステージ板）とは異なる線膨張係数のＸＹスケール板２（板状部材）と、を有する。
[Configuration of Stage Device 200]
The configuration of the stage apparatus 200 will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the XY stage of the stage apparatus 200 has a first direction in the plane (for example, the X direction) and a second direction (for example, the Y direction) that intersects the first direction in the in-plane direction. It is configured to be movable. A third direction (Z direction) intersecting the first direction (X direction) and the second direction (Y direction) corresponds to the microscope optical axis. The stage apparatus 200 includes a plate-shaped X stage plate 3 (stage plate) having a spread in a first direction and a second direction intersecting the first direction, and an X stage plate 3 (stage plate). XY scale plate 2 (plate-like member) having different linear expansion coefficients.
以下の説明では、第１の方向の移動機構をＸステージ２１０とよび、第１の方向に対して面内方向において交差する第２の方向の移動機構をＹステージ２２０とよぶ。図２に示すように、Ｘステージ２１０はＹステージ２２０上に配置されており、Ｘステージ２１０はＹステージ２２０上に構成されたリニアガイドなどの不図示の摺動機構により矢印Ｘ方向に移動可能に構成されている。 In the following description, the moving mechanism in the first direction is referred to as the X stage 210, and the moving mechanism in the second direction that intersects the first direction in the in-plane direction is referred to as the Y stage 220. As shown in FIG. 2, the X stage 210 is disposed on the Y stage 220, and the X stage 210 can be moved in the arrow X direction by a sliding mechanism (not shown) such as a linear guide configured on the Y stage 220. It is configured.
また、Ｙステージ２２０は、ステージ装置２００のベース部材として機能する基台１３０上に配置されている。Ｙステージ２２０は基台１３０上に構成されたリニアガイドなどの不図示の摺動機構により矢印Ｙ方向に移動可能に構成されている。 The Y stage 220 is disposed on a base 130 that functions as a base member of the stage apparatus 200. The Y stage 220 is configured to be movable in the arrow Y direction by a sliding mechanism (not shown) such as a linear guide configured on the base 130.
ステージ装置２００のＸＹステージは、Ｘステージ２１０およびＹステージ２２０により構成される二次元の移動機構として機能する。本実施形態では、Ｙステージ２２０上にＸステージ２１０が配置された構成を例示的に説明しているが、本発明の趣旨はこの例に限定されるものではなく、この逆の配置順でＸＹステージを構成してもよい。 The XY stage of the stage apparatus 200 functions as a two-dimensional moving mechanism configured by the X stage 210 and the Y stage 220. In the present embodiment, the configuration in which the X stage 210 is arranged on the Y stage 220 is described as an example, but the gist of the present invention is not limited to this example, and the XY in the reverse arrangement order. A stage may be configured.
[Ｘステージ２１０の構成]
次に、Ｘステージ２１０の構成を具体的に説明する。図３に示すように、Ｘステージ２１０は、Ｘステージ２１０の本体を構成するＸステージ板３を有する。Ｘステージ板３上にＸＹガラススケール２ｓと一体に構成されたＸＹスケール板２が載置される。ＸＹガラススケール２ｓは、例えば、ＸＹスケール板２の上面に接着されて一体として形成されている。ＸＹスケール板２がＸステージ２１０のＸステージ板３上に配置されることにより、ＸＹスケール板２を介してＸＹガラススケール２ｓがＸステージ２１０のＸステージ板３上に配置される。ＸＹスケール板２上にはスライドガラス２０が載せられ、所定位置に保持される。
[Configuration of X stage 210]
Next, the configuration of the X stage 210 will be specifically described. As shown in FIG. 3, the X stage 210 has an X stage plate 3 that constitutes the main body of the X stage 210. On the X stage plate 3, the XY scale plate 2 configured integrally with the XY glass scale 2s is placed. For example, the XY glass scale 2s is bonded to the upper surface of the XY scale plate 2 and formed integrally. By arranging the XY scale plate 2 on the X stage plate 3 of the X stage 210, the XY glass scale 2 s is arranged on the X stage plate 3 of the X stage 210 via the XY scale plate 2. A slide glass 20 is placed on the XY scale plate 2 and held at a predetermined position.
ＸＹガラススケール２ｓには、Ｘ方向移動時の位置管理に使われるＸ方向の位置情報を計測するためのＸ方向スケール８（目盛）、及び、Ｙ方向移動時の位置管理に使われるＹ方向の位置情報を計測するためのＹ方向スケール７（目盛）が高精度に形成されている。また、ＸＹガラススケール２ｓには、Ｘ方向の位置情報を計測するためのＸ方向スケールとＹ方向の位置情報を計測するためのＹ方向スケールとが交差するように形成されたＸＹクロスハッチ６が高精度に形成されている。ＸＹクロスハッチ６は、Ｘ方向およびＹ方向の軸合せの基準として使用される。Ｓ０はＸＹクロスハッチ６の基準位置である。 The XY glass scale 2s includes an X direction scale 8 (scale) for measuring position information in the X direction used for position management during movement in the X direction, and a Y direction used for position management during movement in the Y direction. A Y-direction scale 7 (scale) for measuring position information is formed with high accuracy. The XY glass scale 2s has an XY cross hatch 6 formed so that an X direction scale for measuring position information in the X direction intersects with a Y direction scale for measuring position information in the Y direction. It is formed with high accuracy. The XY cross hatch 6 is used as a reference for alignment in the X direction and the Y direction. S 0 is the reference position of the XY cross hatch 6.
顕微鏡本体１０１を構成する鏡基１２１には、Ｘ方向スケール８を読み取るＸ方向センサ、およびＹ方向スケール７を読み取るＹ方向センサが、ＸＹガラススケール２ｓの上方に配置されている。Ｘ方向センサおよびＹ方向センサの検出結果はコントローラ５０１（制御装置）に送信され、コントローラ５０１（制御装置）の位置制御の下、ステージ装置２００の位置が制御される。 In the mirror base 121 constituting the microscope main body 101, an X direction sensor for reading the X direction scale 8 and a Y direction sensor for reading the Y direction scale 7 are arranged above the XY glass scale 2s. The detection results of the X direction sensor and the Y direction sensor are transmitted to the controller 501 (control device), and the position of the stage device 200 is controlled under the position control of the controller 501 (control device).
尚、図３に示す構成例では、Ｘステージ板３の上面側にＸＹガラススケール２ｓが支持される構成を例示的に示しているが、実施形態の構成はこの例に限定されない。例えば、ＸＹガラススケール２ｓが、ＸＹスケール板２を介して、Ｘステージ板３の下面側に支持されるようにステージ装置２００を構成することも可能である。この場合、Ｘ方向センサおよびＹ方向センサは、例えば、ＸＹガラススケール２ｓの下方の位置で鏡基１２１に配置される。 In the configuration example shown in FIG. 3, the configuration in which the XY glass scale 2s is supported on the upper surface side of the X stage plate 3 is exemplarily shown, but the configuration of the embodiment is not limited to this example. For example, the stage device 200 can be configured such that the XY glass scale 2 s is supported on the lower surface side of the X stage plate 3 via the XY scale plate 2. In this case, the X direction sensor and the Y direction sensor are arranged on the mirror base 121 at a position below the XY glass scale 2s, for example.
スライドガラス２０がＸＹスケール板２上に保持されることで、Ｘ方向センサおよびＹ方向センサは、スライドガラス２０とＸＹクロスハッチ６の基準位置Ｓ０との相対位置の情報を取得することが可能になる。コントローラ５０１（制御装置）は、基準位置Ｓ０の情報と、取得した相対位置の情報とに基づいて、スライドガラス２０内における被観察物２１にステージ装置２００を位置決めする位置制御を行うことが可能である。ステージ装置２００の位置制御により、病理診断における形態診断や機能診断、デジタルカメラによるエビデンス画像の撮影において、観察位置（スライドガラス２０内における被観察物２１の位置）を容易に再現することができる。 Since the slide glass 20 is held on the XY scale plate 2, the X direction sensor and the Y direction sensor can acquire information on the relative position between the slide glass 20 and the reference position S 0 of the XY cross hatch 6. become. Controller 501 (control device), the information of the reference position S 0, based on the obtained relative position information, it is possible to perform position control for positioning the stage apparatus 200 to the object to be observed 21 in the slide 20 It is. By controlling the position of the stage device 200, it is possible to easily reproduce the observation position (the position of the object 21 to be observed in the slide glass 20) in the morphological diagnosis and functional diagnosis in the pathological diagnosis, and the photographing of the evidence image by the digital camera.
ＸＹガラススケール２ｓ上におけるＸＹクロスハッチ６、Ｘ方向スケール８、およびＹ方向スケール７における各パターンの作製には、半導体露光装置などのナノ技術が用いられる。たとえば、石英ガラスのガラス基板上に、Ｙ軸方向のラインの集合よりなるＸ方向スケール８、Ｘ軸方向のラインの集合よりなるＹ方向スケール７を、例えば、５ｎｍ〜１０ｎｍの精度でナノ技術により一体的に作製する。なお、ＸＹクロスハッチ６、Ｘ方向スケール８、およびＹ方向スケール７を露光装置で描画することにより作製することも可能である。低コスト化を実現するにナノインプリントを用いることも可能である。 Nanotechnology, such as a semiconductor exposure apparatus, is used for the production of each pattern on the XY cross hatch 6, the X direction scale 8, and the Y direction scale 7 on the XY glass scale 2s. For example, on a glass substrate of quartz glass, an X-direction scale 8 composed of a set of lines in the Y-axis direction and a Y-direction scale 7 composed of a set of lines in the X-axis direction are, for example, nanotechnology with an accuracy of 5 nm to 10 nm. Produced integrally. The XY cross hatch 6, the X direction scale 8, and the Y direction scale 7 can also be produced by drawing with an exposure apparatus. Nanoimprinting can also be used to reduce costs.
（ステージを構成する部材の熱変形の影響）
物体の長さは温度上昇と元の長さに比例した量で伸び縮みする、すなわち、ΔＬ= αＬΔｔ（ΔＬ：伸び、L ：長さ、ΔT ：温度上昇）という関係にあり、温度の上昇に対応して長さが変化する割合を線膨張率（線膨張係数）という。線膨張係数αは、単位長さあたりにおける、温度による長さの変化率として定義される。物体の長さをＬ、温度をt とすると、線膨張係数αは以下の（１）式で定義される。温度が変化する前の元の物体の長さをＬ０、温度がｔだけ変化したとの物体の長さをＬとすると、Ｌは以下の（２）式で表すことができる。
(Effect of thermal deformation of members constituting the stage)
The length of the object expands and contracts by an amount proportional to the temperature rise and the original length, that is, ΔL = αLΔt (ΔL: elongation, L: length, ΔT: temperature rise). The rate at which the length changes correspondingly is called the linear expansion coefficient (linear expansion coefficient). The linear expansion coefficient α is defined as the rate of change of length with temperature per unit length. When the length of the object is L and the temperature is t, the linear expansion coefficient α is defined by the following equation (1). If the length of the original object before the temperature changes is L 0 and the length of the object when the temperature is changed by t is L, L can be expressed by the following equation (2).
α＝（１／Ｌ）・（ｄＬ／ｄｔ） ・・・（１）
Ｌ＝Ｌ０（１＋αΔｔ） ・・・（２）
式（２）より、物体の長さＬは、元の温度における物体の長さＬ０と線膨張係数αに比例する。温度変化による物体の長さの変化を少なくするには、例えば、線膨張係数（α）を小さくすること、あるいは、物体の長さを短くすることが有効である。
α = (1 / L) · (dL / dt) (1)
L = L 0 (1 + αΔt) (2)
From equation (2), the length L of the object is proportional to the length L 0 of the object at the original temperature and the linear expansion coefficient α. In order to reduce the change in the length of the object due to the temperature change, for example, it is effective to reduce the linear expansion coefficient (α) or shorten the length of the object.
ステージ装置２００において、Ｘステージ板３は、移動部の軽量化を図るとともに、ステージ装置の剛性を確保するため、例えば、アルミニウム合金で構成される。アルミニウム合金の線膨張係数α１は２４×１０−６／℃である。また、後に説明する押圧受け材１８もＸステージ板３と同様に、例えば、アルミニウム合金で構成される。押圧受け材１８を、Ｘステージ板３と同様の線膨張係数を有する部材で構成することにより、温度変化による相対的な変形（伸縮長差）による応力がＸＹスケール板２に作用することを抑制し、ＸＹスケール板２に生じる歪を抑制することができる。 In the stage apparatus 200, the X stage plate 3 is made of, for example, an aluminum alloy in order to reduce the weight of the moving unit and ensure the rigidity of the stage apparatus. The linear expansion coefficient α1 of the aluminum alloy is 24 × 10 −6 / ° C. Further, the pressure receiving member 18 described later is also made of, for example, an aluminum alloy, like the X stage plate 3. By configuring the pressure receiving member 18 with a member having the same linear expansion coefficient as that of the X stage plate 3, it is possible to suppress the stress due to relative deformation (expansion / contraction length difference) due to temperature change from acting on the XY scale plate 2. In addition, distortion generated in the XY scale plate 2 can be suppressed.
また、ＸＹガラススケール２ｓの材質は、高精度位置管理を実現する基準とすべく、線膨張係数が極めて小さい材質であるガラス、例えば、石英ガラスで構成されている。ＸＹスケール板２は、ＸＹガラススケール２ｓと同様に高精度位置管理を実現する基準とすべく、線膨張係数が極めて小さい材質である、低膨張合金により構成されている。石英ガラスと低膨張合金の両者は同等の線膨張係数α２を有しており、約０．５×１０−６／℃である。 Further, the material of the XY glass scale 2s is made of glass, for example, quartz glass, which is a material having a very small linear expansion coefficient so as to be a reference for realizing high-precision position management. The XY scale plate 2 is made of a low expansion alloy, which is a material having an extremely small linear expansion coefficient, as a reference for realizing high-accuracy position management, like the XY glass scale 2s. Both the quartz glass and the low expansion alloy have the same linear expansion coefficient α2, which is about 0.5 × 10 −6 / ° C.
ＸＹスケール板２上に固定されるスライドガラス２０の材質はガラスであり、ＸＹガラススケール２ｓやＸＹスケール板２とほぼ同等の線膨張係数である。ＸＹガラススケール２ｓ、ＸＹスケール板２、およびスライドガラス２０は、それぞれ同等の線膨張係数であり、また、これらの線膨張係数はＸステージ板３の線膨張係数に比べて小さい。このため、ＸＹガラススケール２ｓ、ＸＹスケール板２、およびスライドガラス２０において、温度変化による相対的な変形（伸縮長差）の影響は小さい。 The material of the slide glass 20 fixed on the XY scale plate 2 is glass, and has a linear expansion coefficient substantially equal to that of the XY glass scale 2s and the XY scale plate 2. The XY glass scale 2s, the XY scale plate 2, and the slide glass 20 have the same linear expansion coefficient, and these linear expansion coefficients are smaller than the linear expansion coefficient of the X stage plate 3. For this reason, in the XY glass scale 2s, the XY scale plate 2, and the slide glass 20, the influence of relative deformation (expansion / contraction length difference) due to temperature change is small.
一方、Ｘステージ板３の線膨張係数（α１＝２４×１０−６／℃）と、ＸＹガラススケール２ｓおよびＸＹスケール板２の線膨張係数（α２＝約０．５×１０−６／℃）とは相違し、両線膨張係数の差分に応じて温度変化による相対的な変形（伸縮長差）が発生する。両線膨張係数の差分に応じて温度変化による相対的な変形（伸縮長差）の影響については、以下のＸＹスケール板２をＸステージ板３に保持するための構成により低減する。 On the other hand, the linear expansion coefficient of the X stage plate 3 (α1 = 24 × 10 −6 / ° C.) and the linear expansion coefficients of the XY glass scale 2s and the XY scale plate 2 (α2 = about 0.5 × 10 −6 / ° C.). In contrast, relative deformation (expansion / contraction length difference) due to temperature change occurs according to the difference between the two linear expansion coefficients. The influence of relative deformation (expansion / contraction length difference) due to temperature change according to the difference between the two linear expansion coefficients is reduced by the following configuration for holding the XY scale plate 2 on the X stage plate 3.
（ＸＹスケール板２を保持するための構成）
次に、ＸＹスケール板２をＸステージ板３に保持（固定）するための構成を説明する。図３に示すようにＸステージ板３の上面には、ＸＹスケール板２を配置するための凹部形状を有する段差部２５が形成されている。凹部形状の深さは、ＸＹスケール板２の高さ（厚さ）と略同一に構成されている。ＸＹスケール板２がＸステージ板３の段差部２５に配置された状態で、ＸＹスケール板２の上面と、Ｘステージ板３の上面とが略同一の高さとなる。
(Configuration for holding the XY scale plate 2)
Next, a configuration for holding (fixing) the XY scale plate 2 on the X stage plate 3 will be described. As shown in FIG. 3, a step portion 25 having a concave shape for arranging the XY scale plate 2 is formed on the upper surface of the X stage plate 3. The depth of the concave shape is substantially the same as the height (thickness) of the XY scale plate 2. In a state where the XY scale plate 2 is disposed at the step portion 25 of the X stage plate 3, the upper surface of the XY scale plate 2 and the upper surface of the X stage plate 3 are substantially the same height.
段差部２５の段差面にはＸＹスケール板２を保持するための複数の保持部（第１保持部３ａ１〜第４保持部３ａ４）が形成されている。第１保持部３ａ１の基準面および、第２保持部３ａ２〜第４保持部３ａ４の保持面は、例えば、円形の断面形状を有しており、第１保持部３ａ１〜第４保持部３ａ４の高さは段差部２５の段差面に比べて高くなるように形成されている。ＸＹスケール板２を段差部２５の段差面上に直接載置する場合に比べて、第１保持部３ａ１〜第４保持部３ａ４でＸＹスケール板２を保持することにより、ＸＹスケール板２とＸステージ板３とが接触する部分の接触長を短くすることができる。このような構成することで、温度変化による物体の長さの変化を低減することが可能になる。 A plurality of holding portions (first holding portion 3 a 1 to fourth holding portion 3 a 4) for holding the XY scale plate 2 are formed on the step surface of the step portion 25. The reference surface of the first holding unit 3a1 and the holding surfaces of the second holding unit 3a2 to the fourth holding unit 3a4 have, for example, a circular cross-sectional shape, and the first holding unit 3a1 to the fourth holding unit 3a4. The height is formed to be higher than the step surface of the step portion 25. Compared with the case where the XY scale plate 2 is directly placed on the step surface of the step portion 25, the XY scale plate 2 and the X-type scale plate 2 and X are held by holding the XY scale plate 2 with the first holding portion 3a1 to the fourth holding portion 3a4. The contact length of the portion where the stage plate 3 contacts can be shortened. With such a configuration, it is possible to reduce the change in the length of the object due to the temperature change.
また、温度変化による物体の長さの変化を低減することにより、熱伸縮の差による応力をＸＹスケール板２に発生させることなく、高精度にＸＹスケール板２をＸステージ板３に保持（固定）することが可能になる。このようなＸＹスケール板２の保持構造により、ＸＹガラススケール２ｓに対する光軸方向（Ｚ方向）における焦点位置を高精度に保持することが可能になる。 Further, by reducing the change in the length of the object due to the temperature change, the XY scale plate 2 is held (fixed) to the X stage plate 3 with high accuracy without causing the XY scale plate 2 to generate stress due to the difference in thermal expansion and contraction. ). Such a holding structure of the XY scale plate 2 makes it possible to hold the focal position in the optical axis direction (Z direction) with respect to the XY glass scale 2s with high accuracy.
第１保持部３ａ１〜第３保持部３ａ３の保持面には、接続部材４ｂ、４ｃ、４ｄ（雄ねじ部）と接続可能な雌ねじ部が形成されている。接続部材４ｂ、４ｃ、４ｄ（雄ねじ部）と第１保持部３ａ１〜第３保持部３ａ３の雌ねじ部との締結により、ＸＹスケール板２はＸステージ板３上にガタ無く一体的に保持（固定）される。 On the holding surfaces of the first holding part 3a1 to the third holding part 3a3, female screw parts that can be connected to the connection members 4b, 4c, and 4d (male screw parts) are formed. The XY scale plate 2 is integrally held (fixed) on the X stage plate 3 without looseness by fastening the connecting members 4b, 4c, and 4d (male screw portion) and the female screw portions of the first holding portion 3a1 to the third holding portion 3a3. )
第４保持部３ａ４の保持面には、ＸＹスケール板２の一端に設けられた押圧部材５を保持するための開口部１３が形成されている。押圧受け材１８は、押圧部材５を覆うように配置され、押圧受け材１８は、接続部材９（雄ねじ部）によりＸステージ板３に固定される。押圧受け材１８は、ＸＹスケール板２におけるＺ方向（鉛直方向）の移動（浮き上がり）を拘束する。また、ＸＹスケール板２は、押圧受け材１８および第４保持部３ａ４の保持面の間で、ＸＹ平面内において移動可能に支持されている。第１保持部３ａ１〜第４保持部３ａ４の断面構造については、図４Ｂ〜図４Ｅを参照して後に詳細に説明する。 An opening 13 for holding the pressing member 5 provided at one end of the XY scale plate 2 is formed on the holding surface of the fourth holding portion 3a4. The pressure receiving member 18 is disposed so as to cover the pressing member 5, and the pressure receiving member 18 is fixed to the X stage plate 3 by the connection member 9 (male screw portion). The pressure receiving member 18 restrains the movement (lifting) of the XY scale plate 2 in the Z direction (vertical direction). The XY scale plate 2 is supported so as to be movable in the XY plane between the pressure receiving member 18 and the holding surface of the fourth holding portion 3a4. The cross-sectional structures of the first holding unit 3a1 to the fourth holding unit 3a4 will be described in detail later with reference to FIGS. 4B to 4E.
図４Ａは、ステージ装置２００を構成するＸステージ２１０を上面から見た図である。ＸＹスケール板２は、Ｘステージ板３に対して、接続部材４ｂ、接続部材４ｃ、接続部材４ｄにより保持（固定）されている。ＸＹスケール板２は、押圧受け材１８および押圧部材５の付勢力によりＸステージ板３に押し付けられる。また、ＸＹスケール板２は、押圧受け材１８および第４保持部３ａ４の間で、ＸＹ平面内において移動可能に支持されている。 4A is a view of the X stage 210 constituting the stage apparatus 200 as viewed from above. The XY scale plate 2 is held (fixed) to the X stage plate 3 by a connection member 4b, a connection member 4c, and a connection member 4d. The XY scale plate 2 is pressed against the X stage plate 3 by the urging force of the pressure receiving member 18 and the pressing member 5. Further, the XY scale plate 2 is supported so as to be movable in the XY plane between the pressure receiving member 18 and the fourth holding portion 3a4.
４つの保持部（３ａ１〜３ａ４）のうち、基準位置Ｓ０に最も近い位置に配置されている第１保持部３ａ１の保持面（基準面）の中心位置を、ＸＹスケール板２上におけるＸＹ軸の原点とする（図中Ｇ）。第１保持部３ａ１における保持面の中心位置は、第１の方向および第２の方向の基準位置であり、ＸＹ軸の原点Ｇと接続部材４ｂの中心は一致している。接続部材４ｂは、ＸＹ軸の原点Ｇにおいて、ＸＹスケール板２とＸステージ板３とを固定する。 Four retaining portions (3A1～3a4) of the holding surface of the first holding portion 3a1 which is disposed at a position closest to the reference position S 0 the center position (reference plane), XY axis in XY scale board 2 (G in the figure). The center position of the holding surface in the first holding part 3a1 is the reference position in the first direction and the second direction, and the origin G of the XY axes and the center of the connecting member 4b are coincident. The connecting member 4b fixes the XY scale plate 2 and the X stage plate 3 at the origin G of the XY axis.
第２保持部３ａ２の保持面の中心は、原点Ｇを通るＸ軸（第１の方向軸）上に配置されている。第３保持部３ａ３の保持面の中心は原点Ｇを通り、Ｘ軸（第１の方向軸）と交差する方向のＹ軸（第２の方向軸）上に配置されている。そして、第４保持部３ａ４の保持面の中心は原点Ｇに対して対角線上の近傍位置に配置されている。 The center of the holding surface of the second holding unit 3a2 is disposed on the X axis (first direction axis) passing through the origin G. The center of the holding surface of the third holding part 3a3 passes through the origin G and is arranged on the Y axis (second direction axis) in the direction intersecting the X axis (first direction axis). The center of the holding surface of the fourth holding part 3a4 is arranged at a position on the diagonal line with respect to the origin G.
（第１保持部の構造）
図４Ｂは、図４Ａのｂｂ断面における第１保持部３ａ１の断面構造を示す図である。第１保持部３ａ１は、ステージ板上でＸＹスケール板２（板状部材）を保持する。第１保持部３ａ１では、接続部材４ｂによりＸＹスケール板２がＸステージ板３に保持（固定）される。
(Structure of the first holding part)
4B is a diagram showing a cross-sectional structure of the first holding portion 3a1 in the bb cross section of FIG. 4A. The first holding unit 3a1 holds the XY scale plate 2 (plate member) on the stage plate. In the first holding portion 3a1, the XY scale plate 2 is held (fixed) on the X stage plate 3 by the connecting member 4b.
ＸＹガラススケール２ｓはＸＹスケール板２上に配置されている。ＸＹスケール板２には、接続部材４ｂを挿入するための穴部２ｂが形成されている。また、ＸＹスケール板２を保持する第１保持部３ａ１の保持面にはＸステージ板座グリ穴３ｂが形成されている。接続部材４ｂは、穴部２ｂおよびＸステージ板座グリ穴３ｂと、ガタなく勘合可能に構成されている。これにより、接続部材４ｂを精度よく原点Ｇに位置合わせすることができる。接続部材４ｂは第１保持部３ａ１の雌ねじ部と締結して、ＸＹスケール板２とＸステージ板３とを原点Ｇにおいて一体的に固定する。 The XY glass scale 2s is disposed on the XY scale plate 2. The XY scale plate 2 is formed with a hole 2b for inserting the connecting member 4b. An X stage plate countersunk hole 3b is formed in the holding surface of the first holding portion 3a1 that holds the XY scale plate 2. The connecting member 4b is configured to be able to be fitted with the hole 2b and the X stage plate countersunk hole 3b without play. Thereby, the connecting member 4b can be accurately aligned with the origin G. The connecting member 4b is fastened to the female thread portion of the first holding portion 3a1 to integrally fix the XY scale plate 2 and the X stage plate 3 at the origin G.
（第２保持部の構造）
図４Ｃは、図４Ａのｃｃ断面における第２保持部３ａ２の断面構造を示す図である。第２保持部は、第２の方向の剛性より第１の方向の剛性が低い保持構造によりＸＹスケール板２（板状部材）を保持し、線膨張係数の相違に基づいてＸステージ板３とＸＹスケール板２（板状部材）との間に生じた第１の方向の変形を第２保持部の周辺部に構成された保持構造の弾性変形により吸収する。第２保持部３ａ２では、接続部材４ｃによりＸＹスケール板２がＸステージ板３に保持（固定）される。接続部材４ｃは、第２保持部３ａ２の雌ねじ部と締結して、ＸＹスケール板２とＸステージ板３とを一体的に固定する。図４Ｃに示すように、第２保持部３ａ２の周辺部には、複数の穴部（穴部３１、３２）が形成されている。
(Structure of the second holding part)
FIG. 4C is a diagram showing a cross-sectional structure of the second holding portion 3a2 in the cc cross section of FIG. 4A. The second holding unit holds the XY scale plate 2 (plate member) with a holding structure whose rigidity in the first direction is lower than the rigidity in the second direction, and based on the difference in linear expansion coefficient, The deformation in the first direction generated between the XY scale plate 2 (plate-like member) is absorbed by the elastic deformation of the holding structure formed in the peripheral portion of the second holding portion. In the second holding portion 3a2, the XY scale plate 2 is held (fixed) on the X stage plate 3 by the connecting member 4c. The connecting member 4c is fastened to the female thread portion of the second holding portion 3a2, and integrally fixes the XY scale plate 2 and the X stage plate 3. As shown in FIG. 4C, a plurality of holes (holes 31, 32) are formed in the peripheral part of the second holding part 3a2.
図５は、Ｘステージ板３の構造を示す図である。図５に示すように、第２保持部３ａ２の周辺部には複数の穴部（穴部３１〜３４）が形成されている。Ｘ軸（第１の方向軸）軸上に、穴部３１、３２が形成されている。穴部３１、３２は、第２保持部３ａ２の位置を中心として、左右対称の位置に形成されている。また、第２保持部３ａ２の周辺部には、穴部３３、３４がＹ軸（第２の方向軸）方向に形成されている。穴部３３、３４は、第２保持部３ａ２の位置を中心として、上下対称の位置に形成されている。 FIG. 5 is a diagram showing the structure of the X stage plate 3. As shown in FIG. 5, a plurality of holes (holes 31 to 34) are formed in the peripheral part of the second holding part 3 a 2. Holes 31 and 32 are formed on the X-axis (first direction axis) axis. The holes 31 and 32 are formed at symmetrical positions about the position of the second holding portion 3a2. Further, holes 33 and 34 are formed in the Y-axis (second direction axis) direction in the peripheral portion of the second holding portion 3a2. The holes 33 and 34 are formed at symmetrical positions with the position of the second holding portion 3a2 as the center.
図６(ａ)は第２保持部３ａ２の周辺部の拡大図である。穴部３１と穴部３３との間に形成された弾性保持構造３５は、バネ構造として機能して、Ｘステージ板３と第２保持部３ａ２とを接続する。また、穴部３２と穴部３３との間に形成された弾性保持構造３６は、バネ構造として機能して、Ｘステージ板３と第２保持部３ａ２とを接続する。 FIG. 6A is an enlarged view of the peripheral portion of the second holding portion 3a2. The elastic holding structure 35 formed between the hole portion 31 and the hole portion 33 functions as a spring structure and connects the X stage plate 3 and the second holding portion 3a2. Further, the elastic holding structure 36 formed between the hole portion 32 and the hole portion 33 functions as a spring structure, and connects the X stage plate 3 and the second holding portion 3a2.
穴部３１と穴部３４との間に形成された弾性保持構造３７は、バネ構造として機能して、Ｘステージ板３と第２保持部３ａ２とを接続する。そして、穴部３２と穴部３４との間に形成された弾性保持構造３８は、バネ構造として機能して、Ｘステージ板３と第２保持部３ａ２とを接続する。 The elastic holding structure 37 formed between the hole portion 31 and the hole portion 34 functions as a spring structure, and connects the X stage plate 3 and the second holding portion 3a2. And the elastic holding structure 38 formed between the hole part 32 and the hole part 34 functions as a spring structure, and connects the X stage board 3 and the 2nd holding part 3a2.
すなわち、第２保持部３ａ２は、周辺部に形成された４つの弾性保持構造３５〜３８（バネ構造）により、Ｘステージ板３に接続され、支持される。 That is, the second holding portion 3a2 is connected to and supported by the X stage plate 3 by four elastic holding structures 35 to 38 (spring structure) formed in the peripheral portion.
穴部は、Ｘステージ板３の剛性を低下させる剛性低減部として機能する。また、４つの弾性保持構造３５〜３８（バネ構造）は、剛性の低下により発生した変形をバネ構造の弾性変形により吸収する。 The hole functions as a stiffness reducing unit that reduces the stiffness of the X stage plate 3. Further, the four elastic holding structures 35 to 38 (spring structure) absorb deformation caused by the decrease in rigidity by elastic deformation of the spring structure.
Ｘステージ板３の第２保持部３ａ２の周辺部において穴部３１、３２を形成することで、周辺部の剛性は低下して、局所的に変形しやすくなる。例えば、穴部３１、３２が形成されることにより、Ｘステージ板３における第２保持部３ａ２の周辺部は、穴部が形成されていない第１保持部３ａ１の周辺部に比べて変形しやすくなる。 By forming the holes 31 and 32 in the peripheral part of the second holding part 3a2 of the X stage plate 3, the rigidity of the peripheral part is lowered and it becomes easy to deform locally. For example, by forming the holes 31, 32, the peripheral part of the second holding part 3a2 in the X stage plate 3 is more easily deformed than the peripheral part of the first holding part 3a1 in which no hole is formed. Become.
第２保持部３ａ２の周辺部において、Ｘ軸方向の穴部３１、３２の開口幅は、Ｙ軸方向の穴部３３、３４の開口幅より大きく、第２保持部３ａ２の周辺部のＸ軸成分の剛性は、Ｙ軸成分の剛性より小さくなっている。穴部を形成することにより、Ｘステージ板３の各方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向およびＺ軸方向）に応じて、異なる剛性（剛性異方性）を与えることができる。 In the peripheral part of the second holding part 3a2, the opening width of the hole parts 31 and 32 in the X-axis direction is larger than the opening width of the hole parts 33 and 34 in the Y-axis direction, and the X-axis of the peripheral part of the second holding part 3a2 The stiffness of the component is smaller than the stiffness of the Y-axis component. By forming the hole, different rigidity (stiffness anisotropy) can be given according to each direction (X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction) of the X stage plate 3.
図５に示すＸステージ板３の構成において、接続部材４ｃによりＸＹスケール板２がＸステージ板３に固定される第２保持部の周辺部の構造は、Ｘ軸方向に形成された穴部３１〜３４および４つの弾性保持構造３５〜３８（バネ構造）により、Ｘ軸方向へ弾性変形し易いバネ構造になっている。 In the configuration of the X stage plate 3 shown in FIG. 5, the structure of the periphery of the second holding portion where the XY scale plate 2 is fixed to the X stage plate 3 by the connecting member 4 c is a hole portion 31 formed in the X axis direction. 34 and four elastic holding structures 35 to 38 (spring structure) form a spring structure that is easily elastically deformed in the X-axis direction.
例えば、Ｘステージ板３とＸＹスケール板２とに熱ドリフトが発生した場合に、第２保持部３ａ２の周辺部の構造は、Ｘステージ板３とＸＹスケール板２との差分の変形（伸縮長差）を４つの弾性保持構造３５〜３８（バネ構造）で低減（吸収）することができる。 For example, when a thermal drift occurs between the X stage plate 3 and the XY scale plate 2, the structure of the peripheral portion of the second holding unit 3 a 2 is a deformation (extension / contraction length) of the difference between the X stage plate 3 and the XY scale plate 2. The difference) can be reduced (absorbed) by the four elastic holding structures 35 to 38 (spring structure).
Ｘステージ板３とＸＹスケール板２との位置関係は、接続部材４ｃにより固定された状態で維持されるが、熱変形をバネ構造で吸収することにより、応力の発生を抑制し、応力により生じ得るＸＹスケール板２の歪の発生を抑制することが可能になる。 The positional relationship between the X stage plate 3 and the XY scale plate 2 is maintained in a state where it is fixed by the connecting member 4c. However, the thermal deformation is absorbed by the spring structure, thereby suppressing the generation of stress and causing the stress. It is possible to suppress the occurrence of distortion of the obtained XY scale plate 2.
（第３保持部の構造）
図４Ｄは、図４Ａのｄｄ断面における第３保持部３ａ３の断面構造を示す図である。第３保持部は、第１の方向（Ｘ方向）の剛性より第２の方向（Ｙ方向）の剛性が低い保持構造によりＸＹスケール板２（板状部材）を保持し、線膨張係数の相違に基づいてＸステージ板３とＸＹスケール板２（板状部材）との間に生じた第２の方向（Ｙ方向）の変形を第３保持部の周辺部に構成された保持構造の弾性変形により吸収する。第３保持部３ａ３では、接続部材４ｄによりＸＹスケール板２がＸステージ板３に保持（固定）される。接続部材４ｄは、第３保持部３ａ３の雌ねじ部と締結して、ＸＹスケール板２とＸステージ板３とを一体的に固定する。図４Ｄに示すように、第３保持部３ａ３の周辺部には、複数の穴部（穴部４１、４２）が形成されている。
(Structure of the third holding part)
FIG. 4D is a diagram showing a cross-sectional structure of the third holding portion 3a3 in the dd cross section of FIG. 4A. The third holding unit holds the XY scale plate 2 (plate member) with a holding structure whose rigidity in the second direction (Y direction) is lower than the rigidity in the first direction (X direction), and the difference in linear expansion coefficient. The elastic deformation of the holding structure configured in the peripheral portion of the third holding portion is the deformation in the second direction (Y direction) generated between the X stage plate 3 and the XY scale plate 2 (plate-like member) based on To absorb. In the third holding portion 3a3, the XY scale plate 2 is held (fixed) on the X stage plate 3 by the connecting member 4d. The connecting member 4d is fastened to the female thread portion of the third holding portion 3a3, and fixes the XY scale plate 2 and the X stage plate 3 integrally. As shown in FIG. 4D, a plurality of holes (holes 41 and 42) are formed in the peripheral part of the third holding part 3a3.
図５に示すように、第３保持部３ａ３の周辺部には複数の穴部（穴部４１〜４４）が形成されている。Ｘ軸（第１の方向軸）方向に、穴部４３、４４が形成されている。穴部４３、４４は、第３保持部３ａ３の位置を中心として、左右対称の位置に形成されている。また、第３保持部３ａ３の周辺部には、穴部４１、４２がＹ軸（第２の方向軸）軸上に形成されている。穴部４１、４２は、第３保持部３ａ３の位置を中心として、上下対称の位置に形成されている。 As shown in FIG. 5, a plurality of hole portions (hole portions 41 to 44) are formed in the peripheral portion of the third holding portion 3 a 3. Holes 43 and 44 are formed in the X-axis (first direction axis) direction. The hole portions 43 and 44 are formed at symmetrical positions around the position of the third holding portion 3a3. In addition, holes 41 and 42 are formed on the Y-axis (second direction axis) axis in the peripheral portion of the third holding portion 3a3. The holes 41 and 42 are formed at positions that are vertically symmetrical about the position of the third holding portion 3a3.
図６(ｂ)は第３保持部３ａ３の周辺部の拡大図である。穴部４１と穴部４３との間に形成された弾性保持構造４５は、バネ構造として機能して、Ｘステージ板３と第３保持部３ａ３とを接続する。また、穴部４２と穴部４３との間に形成された弾性保持構造４７は、バネ構造として機能して、Ｘステージ板３と第３保持部３ａ３とを接続する。 FIG. 6B is an enlarged view of the peripheral portion of the third holding portion 3a3. The elastic holding structure 45 formed between the hole 41 and the hole 43 functions as a spring structure and connects the X stage plate 3 and the third holding part 3a3. Further, the elastic holding structure 47 formed between the hole portion 42 and the hole portion 43 functions as a spring structure, and connects the X stage plate 3 and the third holding portion 3a3.
穴部４１と穴部４４との間に形成された弾性保持構造４６は、バネ構造として機能して、Ｘステージ板３と第３保持部３ａ３とを接続する。そして、穴部４２と穴部４４との間に形成された弾性保持構造４８は、バネ構造として機能して、Ｘステージ板３と第３保持部３ａ３とを接続する。 The elastic holding structure 46 formed between the hole portion 41 and the hole portion 44 functions as a spring structure, and connects the X stage plate 3 and the third holding portion 3a3. The elastic holding structure 48 formed between the hole portion 42 and the hole portion 44 functions as a spring structure and connects the X stage plate 3 and the third holding portion 3a3.
すなわち、第３保持部３ａ３は、周辺部に形成された４つの弾性保持構造４５〜４８（バネ構造）により、Ｘステージ板３に接続され、支持される。 That is, the third holding part 3a3 is connected to and supported by the X stage plate 3 by four elastic holding structures 45 to 48 (spring structure) formed in the peripheral part.
穴部は、Ｘステージ板３の剛性を低下させる剛性低減部として機能する。また、４つの弾性保持構造４５〜４８（バネ構造）は、剛性の低下により発生した変形をバネ構造の弾性変形により吸収する。 The hole functions as a stiffness reducing unit that reduces the stiffness of the X stage plate 3. Further, the four elastic holding structures 45 to 48 (spring structure) absorb deformation caused by a decrease in rigidity by elastic deformation of the spring structure.
Ｘステージ板３において穴部を形成することで、穴部周辺部の剛性は低下して、局所的に変形しやすくなる。例えば、穴部が形成されることにより、Ｘステージ板３における第３保持部３ａ３の周辺部は、穴部が形成されていない第１保持部３ａ１の周辺部に比べて変形しやすくなる。 By forming the hole in the X stage plate 3, the rigidity of the peripheral portion of the hole is lowered and is likely to be locally deformed. For example, when the hole is formed, the peripheral part of the third holding part 3a3 in the X stage plate 3 is more easily deformed than the peripheral part of the first holding part 3a1 in which no hole is formed.
第３保持部３ａ３の周辺部において、Ｙ軸方向の穴部４１、４２の開口幅は、Ｘ軸方向の穴部４３、４４の開口幅より大きく、第３保持部３ａ３の周辺部のＹ軸成分の剛性は、Ｘ軸成分の剛性より小さくなっている。穴部を形成することにより、Ｘステージ板３の各方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向およびＺ軸方向）に応じて、異なる剛性（剛性異方性）を与えることができる。 In the peripheral part of the third holding part 3a3, the opening width of the hole parts 41, 42 in the Y-axis direction is larger than the opening width of the hole parts 43, 44 in the X-axis direction, and the Y-axis of the peripheral part of the third holding part 3a3 The rigidity of the component is smaller than the rigidity of the X-axis component. By forming the hole, different rigidity (stiffness anisotropy) can be given according to each direction (X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction) of the X stage plate 3.
図５に示すＸステージ板３の構成において、接続部材４ｄによりＸＹスケール板２がＸステージ板３に固定される第３保持部の周辺部の構造は、Ｙ軸方向に形成された穴部４１〜４４および４つの弾性保持構造４５〜４８（バネ構造）により、Ｙ軸方向へ弾性変形し易いバネ構造になっている。 In the configuration of the X stage plate 3 shown in FIG. 5, the structure of the peripheral portion of the third holding portion where the XY scale plate 2 is fixed to the X stage plate 3 by the connecting member 4d is a hole 41 formed in the Y-axis direction. ~ 44 and the four elastic holding structures 45 to 48 (spring structure) form a spring structure that is easily elastically deformed in the Y-axis direction.
例えば、Ｘステージ板３とＸＹスケール板２とに熱ドリフトが発生した場合に、第３保持部３ａ３の周辺部の構造は、Ｘステージ板３とＸＹスケール板２との差分の変形（伸縮長差）を４つの弾性保持構造４５〜４８（バネ構造）で低減（吸収）することができる。 For example, when a thermal drift occurs between the X stage plate 3 and the XY scale plate 2, the structure of the peripheral portion of the third holding portion 3a3 is a deformation (extension / contraction length) of the difference between the X stage plate 3 and the XY scale plate 2. (Difference) can be reduced (absorbed) by the four elastic holding structures 45 to 48 (spring structure).
Ｘステージ板３とＸＹスケール板２との位置関係は、接続部材４ｄにより固定された状態で維持されるが、熱変形をバネ構造で吸収することにより、応力の発生を抑制し、応力により生じ得るＸＹスケール板２の歪の発生を抑制することが可能になる。 The positional relationship between the X stage plate 3 and the XY scale plate 2 is maintained in a state of being fixed by the connecting member 4d. However, the thermal deformation is absorbed by the spring structure, thereby suppressing the generation of stress and causing the stress. It is possible to suppress the occurrence of distortion of the obtained XY scale plate 2.
（第４保持部の構造）
図４Ｅは、図４Ａのｅｅ断面を示しており、第４保持部３ａ４の断面構造を示す図である。第４保持部３ａ４で保持されるＸＹスケール板２（板状部材）の端部において、第１の方向（Ｘ方向）および第２の方向（Ｙ方向）に交差する第３の方向（Ｚ方向）に付勢力を発生させる押圧部材５（付勢部）が設けられている。図４Ｅに示すように押圧部材５は、例えば、ボールプランジャとして構成することが可能である。押圧部材５は、Ｘステージ板３の上面に対して、鉛直方向に付勢力を発生させる弾性部材５ｂ（圧縮ばね）と、弾性部材５ｂを保持するハウジング５ｃと、球形状の部材５ａ（ボール部材）とを有する。弾性部材５ｂ（圧縮ばね）の一端（下端）はハウジング５ｃと固定されており、弾性部材５ｂ（圧縮ばね）の他端（上端）に球形状の部材５ａ（ボール部材）が接続されている。
(Structure of the fourth holding part)
FIG. 4E shows the ee cross section of FIG. 4A and shows the cross sectional structure of the fourth holding portion 3a4. A third direction (Z direction) intersecting the first direction (X direction) and the second direction (Y direction) at the end of the XY scale plate 2 (plate member) held by the fourth holding unit 3a4. ) Is provided with a pressing member 5 (biasing portion) for generating an urging force. As shown in FIG. 4E, the pressing member 5 can be configured as a ball plunger, for example. The pressing member 5 includes an elastic member 5b (compression spring) that generates an urging force in the vertical direction with respect to the upper surface of the X stage plate 3, a housing 5c that holds the elastic member 5b, and a spherical member 5a (ball member). ). One end (lower end) of the elastic member 5b (compression spring) is fixed to the housing 5c, and a spherical member 5a (ball member) is connected to the other end (upper end) of the elastic member 5b (compression spring).
ＸＹスケール板２には、ハウジング５ｃを固定するためのハウジング固定部１４が形成されている。ハウジング固定部１４の内周面には、例えば、雌ねじ部が形成されており、ハウジング５ｃの外周面には、例えば、雄ねじ部が形成されている。雄ねじ部および雌ねじ部の係合により、押圧部材５をＸＹスケール板２に固定することができる。押圧受け材１８がＸステージ板３に固定された状態で、弾性部材５ｂ（圧縮ばね）により付勢された部材５ａ（ボール部材）は押圧受け材１８の下面凹部１８ａを押圧する。押圧受け材１８は、付勢力に基づいて、ＸＹスケール板２（板状部材）を第３の方向（Ｚ−方向）に押下して、Ｘステージ板３に対するＸＹスケール板２（板状部材）の第３の方向の変形を拘束する。押圧により押圧部材５が受ける反力はＸＹスケール板２に伝わり、第４保持部３ａ４の保持面にＸＹスケール板２は押し付けられる。弾性部材５ｂの付勢力を用いて、ＸＹスケール板２のＺ方向（鉛直方向）の移動（浮き上がり）は拘束される。 The XY scale plate 2 is formed with a housing fixing portion 14 for fixing the housing 5c. For example, a female screw portion is formed on the inner peripheral surface of the housing fixing portion 14, and a male screw portion is formed on the outer peripheral surface of the housing 5c. The pressing member 5 can be fixed to the XY scale plate 2 by the engagement of the male screw portion and the female screw portion. In a state where the pressure receiving member 18 is fixed to the X stage plate 3, the member 5 a (ball member) biased by the elastic member 5 b (compression spring) presses the lower surface recess 18 a of the pressure receiving member 18. The pressure receiving member 18 presses the XY scale plate 2 (plate-like member) in the third direction (Z-direction) based on the urging force, and the XY scale plate 2 (plate-like member) with respect to the X stage plate 3. The deformation in the third direction is constrained. The reaction force received by the pressing member 5 by the pressure is transmitted to the XY scale plate 2, and the XY scale plate 2 is pressed against the holding surface of the fourth holding portion 3a4. Using the biasing force of the elastic member 5b, the movement (lifting) of the XY scale plate 2 in the Z direction (vertical direction) is restrained.
第４保持部３ａ４の保持面の上にＸＹスケール板２は載置されており機械的に拘束されていないため、ＸＹスケール板２およびＸステージ板３は、相対的にＸＹ方向に移動することが可能である。第４保持部３ａ４の保持面に形成されている開口部１３とハウジング固定部１４との間には隙間が設けられており、ＸＹスケール板２およびＸステージ板３におけるＸＹ方向の相対的な移動が許容される。ＸＹスケール板２およびＸステージ板３のＸＹ方向の移動は、部材５ａ（ボール部材）と押圧受け材１８との点接触による転がり抵抗と、ＸＹスケール板２と第４保持部３ａ４の保持面との摩擦抵抗を受けるが、これらの抵抗成分は、十分小さく無視できるものである。 Since the XY scale plate 2 is placed on the holding surface of the fourth holding unit 3a4 and is not mechanically restrained, the XY scale plate 2 and the X stage plate 3 are relatively moved in the XY direction. Is possible. A gap is provided between the opening 13 formed on the holding surface of the fourth holding portion 3a4 and the housing fixing portion 14, and the XY scale plate 2 and the X stage plate 3 move relative to each other in the XY direction. Is acceptable. The movement of the XY scale plate 2 and the X stage plate 3 in the XY direction is caused by rolling resistance due to point contact between the member 5a (ball member) and the pressure receiving member 18, the holding surface of the XY scale plate 2 and the fourth holding portion 3a4. However, these resistance components are sufficiently small and can be ignored.
図４Ｅに示す例では、押圧部材５の構成として、ボールプランジャを使用しているが、板ばね構造や、磁石吸引力利用する構成で付勢力を与えて、ＸＹスケール板２をＸステージ板３の第４保持部３ａ４の保持面に対して押しつけることも可能である。尚、第４保持部３ａ４は補助的に機能するもので、例えば、ステージのサイズが小型でありＸＹスケール板２の浮きや、ばたつきが無視できる構成では、第４保持部３ａ４を用いずに、先に説明した第１保持部３ａ１〜第３保持部３ａ３によりＸＹスケール板２をＸステージ板３に保持（固定）することも可能である。 In the example shown in FIG. 4E, a ball plunger is used as the configuration of the pressing member 5. However, an urging force is applied by a leaf spring structure or a configuration using a magnet attracting force, and the XY scale plate 2 is replaced with the X stage plate 3. It is also possible to press against the holding surface of the fourth holding portion 3a4. The fourth holding part 3a4 functions in an auxiliary manner. For example, in a configuration in which the stage size is small and the floating or fluttering of the XY scale plate 2 can be ignored, the fourth holding part 3a4 is not used. It is also possible to hold (fix) the XY scale plate 2 on the X stage plate 3 by the first holding portion 3a1 to the third holding portion 3a3 described above.
（保持部の変形状態の例示）
図７は、第２保持部３ａ２の周辺部の変形状態を例示的に示す図である。熱ドリフトにより、Ｘステージ板３とＸＹスケール板２との間の相対的な変形（伸縮長差ΔＬ：熱伸縮の差）が発生した状態を例示している。
(Exemplary deformation state of holding part)
FIG. 7 is a diagram exemplarily showing a deformed state of the peripheral portion of the second holding portion 3a2. The state which the relative deformation | transformation (expansion / contraction length difference (DELTA) L: difference of thermal expansion / contraction) between the X stage board 3 and the XY scale board 2 generate | occur | produced by the thermal drift is illustrated.
図７において、破線で示した４ｃ’の位置は、本実施形態が適用されない場合に、Ｘステージ板３とＸＹスケール板２との間の伸縮長差ΔＬにより変形した接続部材の位置を示している。 In FIG. 7, the position 4c ′ indicated by a broken line indicates the position of the connecting member deformed by the expansion / contraction length difference ΔL between the X stage plate 3 and the XY scale plate 2 when the present embodiment is not applied. Yes.
第２保持部３ａ２の周辺部に形成された、穴部３１〜３４は第２保持部３ａ２の周辺部のＸ方向（第１の方向）の剛性を低減させ、Ｘステージ板３の面内において第２保持部３ａ２をＸ方向（第１の方向）に変形しやすくする。そして、第２保持部３ａ２の周辺部に形成された、４つの弾性保持構造３５〜３８（バネ構造）は、ＸＹスケール板２とＸステージ板３との間で生じた伸縮長差ΔＬを吸収する。 The holes 31 to 34 formed in the peripheral part of the second holding part 3a2 reduce the rigidity in the X direction (first direction) of the peripheral part of the second holding part 3a2, and in the plane of the X stage plate 3 The second holding portion 3a2 is easily deformed in the X direction (first direction). And the four elastic holding structures 35-38 (spring structure) formed in the peripheral part of the 2nd holding part 3a2 absorb the expansion-contraction length difference (DELTA) L which arose between the XY scale board 2 and the X stage board 3. To do.
図７において、実線で示した４ｃの位置は、本実施形態による接続部材の位置を示している。温度変化によりＸＹスケール板２とＸステージ板３との間で発生し得る伸縮長差ΔＬは４つの弾性保持構造３５〜３８（バネ構造）により吸収され、ＸＹスケール板２において接続部材４ｃが挿入されている穴位置にならい、破線で示した４ｃ’の位置は紙面の右側にΔＬ分だけ戻される。 In FIG. 7, the position 4c indicated by a solid line indicates the position of the connecting member according to the present embodiment. The expansion / contraction length difference ΔL that can occur between the XY scale plate 2 and the X stage plate 3 due to the temperature change is absorbed by the four elastic holding structures 35 to 38 (spring structure), and the connection member 4c is inserted into the XY scale plate 2. The position 4c ′ indicated by the broken line is returned by ΔL to the right side of the page, following the hole position.
第２保持部３ａ２の周辺部は、ΔＬ分だけ紙面の右側に変形するため、第２保持部３ａ２の周辺部の左側に形成されている穴部３１の開口幅は拡大する。例えば、穴部の初期開口幅をＨ０、変形後の穴部３１の開口幅をＨ１とすると、変形後の穴部３１の開口幅Ｈ１はＨ１＝Ｈ０＋ΔＬとなる。一方、第２保持部３ａ２の周辺部の右側に形成されている穴部３２の開口幅は縮小する。例えば、変形後の穴部３２の開口幅をＨ２とすると、変形後の穴部３２の開口幅Ｈ２はＨ２＝Ｈ０−ΔＬとなる。 Since the peripheral portion of the second holding portion 3a2 is deformed to the right side of the paper by ΔL, the opening width of the hole portion 31 formed on the left side of the peripheral portion of the second holding portion 3a2 is enlarged. For example, assuming that the initial opening width of the hole is H0 and the opening width of the hole 31 after deformation is H1, the opening width H1 of the hole 31 after deformation is H1 = H0 + ΔL. On the other hand, the opening width of the hole portion 32 formed on the right side of the peripheral portion of the second holding portion 3a2 is reduced. For example, when the opening width of the hole 32 after deformation is H2, the opening width H2 of the hole 32 after deformation is H2 = H0−ΔL.
ΔＬの変形を発生させるための４つの弾性保持構造３５〜３８（バネ構造）のバネ力Ｆ（弾性力）は、穴部３１〜３４が第２保持部３ａ２を中心として左右および上下において対称に形成されているため、Ｘ軸に対し対称に作用する。バネ力Ｆ（弾性力）の作用により接続部材４ｃは常にＸ軸上を変形する。４つの弾性保持構造３５〜３８（バネ構造）のバネ力Ｆ（弾性力）は、Ｘ軸に対し対称に作用するため、ＸＹスケール板２をＸＹ原点Ｇまわりに回転させる回転力を発生させない。 The spring force F (elastic force) of the four elastic holding structures 35 to 38 (spring structure) for causing the deformation of ΔL is such that the holes 31 to 34 are symmetrical on the left and right and top and bottom around the second holding part 3a2. Since it is formed, it acts symmetrically with respect to the X axis. The connection member 4c is always deformed on the X axis by the action of the spring force F (elastic force). Since the spring force F (elastic force) of the four elastic holding structures 35 to 38 (spring structure) acts symmetrically with respect to the X axis, a rotational force that rotates the XY scale plate 2 around the XY origin G is not generated.
図７は第２保持部３ａ２を例示的に示しているが、第３保持部３ａ３においても同様である。第３保持部３ａ３では、４つの弾性保持構造４５〜４８（バネ構造）のバネ力（弾性力）は、穴部４１〜４４が第３保持部３ａ３を中心として上下および左右において対称に形成されているため、Ｙ軸に対し対称に作用する。バネ力（弾性力）の作用により接続部材４ｄは常にＹ軸上を変形する。４つの弾性保持構造４５〜４８（バネ構造）のバネ力（弾性力）はＹ軸に対し対称に作用するため、ＸＹスケール板２をＸＹ原点Ｇまわりに回転させる回転力を発生させない。 FIG. 7 exemplarily shows the second holding portion 3a2, but the same applies to the third holding portion 3a3. In the third holding portion 3a3, the spring forces (elastic force) of the four elastic holding structures 45 to 48 (spring structure) are formed so that the holes 41 to 44 are symmetrical in the vertical and horizontal directions around the third holding portion 3a3. Therefore, it acts symmetrically with respect to the Y axis. The connection member 4d is always deformed on the Y axis by the action of the spring force (elastic force). Since the spring force (elastic force) of the four elastic holding structures 45 to 48 (spring structure) acts symmetrically with respect to the Y-axis, no rotational force that rotates the XY scale plate 2 around the XY origin G is generated.
ＸＹガラススケール２ｓの線膨張係数と、ＸＹスケール板２の線膨張係数とは、同等であるため、温度変化による相対的な変形（伸縮長差）の影響は、ＸＹスケール板２とＸステージ板３との伸縮長差（ΔＬ）に比べて、十分に小さく無視できる。また、ＸＹ原点ＧまわりにＸＹスケール板２を回転させる回転力（モーメント）はＸＹスケール板２に作用しないため、ＸＹスケール板２およびＸＹガラススケール２ｓが回転移動して、Ｘ方向スケール８、及び、Ｙ方向スケール７の位置が変動することはない。このため、Ｘ方向スケール８、及び、Ｙ方向スケール７によるセンサの読み取り精度が保障される。 Since the linear expansion coefficient of the XY glass scale 2s and the linear expansion coefficient of the XY scale plate 2 are the same, the influence of relative deformation (expansion / contraction length difference) due to temperature change is affected by the XY scale plate 2 and the X stage plate. Compared with the expansion / contraction length difference (ΔL) from 3, it is negligibly small. Further, since the rotational force (moment) that rotates the XY scale plate 2 around the XY origin G does not act on the XY scale plate 2, the XY scale plate 2 and the XY glass scale 2s rotate and move, and the X direction scale 8 and The position of the Y-direction scale 7 does not fluctuate. For this reason, the reading accuracy of the sensor by the X direction scale 8 and the Y direction scale 7 is ensured.
弾性保持構造３５〜３８（バネ構造）において、穴部３１と穴部３３との間の幅をｂとする。他の穴部間の幅、例えば、穴部３２と穴部３３の間、穴部３１と穴部３４の間、穴部３２と穴部３４の間も同様にｂとする。Ｘステージ板３の板厚をｈとする。Ｘステージ板３の板厚ｈと、穴部間の幅ｂとの関係は、ｈ＞＞ｂとなる。弾性保持構造３５〜３８（バネ構造）における断面二次モーメントＩは、Ｉ＝ｂｈ３／１２となる。 In the elastic holding structures 35 to 38 (spring structure), the width between the hole 31 and the hole 33 is b. The width between other holes, for example, b between the holes 32 and 33, between the holes 31 and 34, and between the holes 32 and 34 is also set to b. Let the thickness of the X stage plate 3 be h. The relationship between the plate thickness h of the X stage plate 3 and the width b between the holes is h >> b. Moment of inertia of area I in the elastic retaining structure 35-38 (spring structure) becomes I = bh 3/12.
弾性保持構造３５〜３８（バネ構造）により、Ｘ方向（第１の方向）の剛性は低減される。一方、Ｚ方向（第３の方向）の剛性（曲げ剛性ＥＩ：ＥはＸステージ板３の弾性係数、Ｉは断面二次モーメント）は、弾性保持構造３５〜３８（バネ構造）の影響を受けず、Ｘ方向（第１の方向）に比べて高い剛性が維持される。すなわち、Ｚ方向（第３の方向）の剛性はＸ方向（第１の方向）の剛性よりも大きくなり、Ｘステージ板３におけるＺ方向の変形は抑制される。すなわち、Ｚ軸方向におけるＸＹガラススケール２ｓの平面精度も保障される。 The rigidity in the X direction (first direction) is reduced by the elastic holding structures 35 to 38 (spring structure). On the other hand, the rigidity in the Z direction (third direction) (bending rigidity EI: E is the elastic coefficient of the X stage plate 3 and I is the secondary moment of section) is affected by the elastic holding structures 35 to 38 (spring structure). However, high rigidity is maintained as compared with the X direction (first direction). That is, the rigidity in the Z direction (third direction) is larger than the rigidity in the X direction (first direction), and deformation of the X stage plate 3 in the Z direction is suppressed. That is, the planar accuracy of the XY glass scale 2s in the Z-axis direction is also ensured.
（バネ構造の構成例）
図６では、第２保持部３ａ２の周辺部に形成された４つの弾性保持構造３５〜３８（バネ構造）と、第３保持部３ａ３の周辺部に形成された４つの弾性保持構造４５〜４８（バネ構造）について説明した。
(Configuration example of spring structure)
In FIG. 6, four elastic holding structures 35 to 38 (spring structure) formed in the peripheral part of the second holding part 3a2 and four elastic holding structures 45 to 48 formed in the peripheral part of the third holding part 3a3. (Spring structure) has been described.
バネ構造の構成例は、図６で説明した構成に限定されるものではなく、例えば、一方向に弾性変形し易く、Ｘステージ板３と一体に形成されたバネ機能を実現する図８に示す構成でもよい。 The configuration example of the spring structure is not limited to the configuration described with reference to FIG. 6. For example, FIG. 8 shows a spring function that is easily elastically deformed in one direction and is formed integrally with the X stage plate 3. It may be configured.
図８は、第２保持部３ａ２の周辺部に形成されたバネ構造の構成例を例示する図である。図８に示すように、第２保持部３ａ２の周辺部には複数の穴部（穴部７１、７２）が形成されている。Ｘ軸（第１の方向軸）軸上に、穴部７１、７２が形成されている。穴部７１、７２は、第２保持部３ａ２の位置を中心として、左右対称の位置に形成されている。 FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of a spring structure formed in the peripheral portion of the second holding portion 3a2. As shown in FIG. 8, a plurality of holes (holes 71 and 72) are formed in the peripheral part of the second holding part 3a2. Holes 71 and 72 are formed on the X-axis (first direction axis) axis. The holes 71 and 72 are formed at symmetrical positions around the position of the second holding portion 3a2.
穴部７１と穴部７２との間に形成された弾性保持構造７３は、バネ構造として機能して、Ｘステージ板３と第２保持部３ａ２とを接続する。また、弾性保持構造７４は、バネ構造として機能して、Ｘステージ板３と第２保持部３ａ２とを接続する。図８に示す構成において、第２保持部３ａ２は、周辺部に形成された２つの弾性保持構造７３、７４（バネ構造）により、Ｘステージ板３に接続され、支持される。 The elastic holding structure 73 formed between the hole portion 71 and the hole portion 72 functions as a spring structure and connects the X stage plate 3 and the second holding portion 3a2. Further, the elastic holding structure 74 functions as a spring structure and connects the X stage plate 3 and the second holding portion 3a2. In the configuration shown in FIG. 8, the second holding portion 3a2 is connected to and supported by the X stage plate 3 by two elastic holding structures 73 and 74 (spring structure) formed in the peripheral portion.
穴部７１、７２は、Ｘステージ板３の剛性を低下させる剛性低減部として機能する。また、２つの弾性保持構造７３、７４（バネ構造）は、剛性の低下により発生した変形をバネ構造の弾性変形により吸収する。 The holes 71 and 72 function as a rigidity reducing section that reduces the rigidity of the X stage plate 3. In addition, the two elastic holding structures 73 and 74 (spring structure) absorb deformation caused by a decrease in rigidity by elastic deformation of the spring structure.
Ｘステージ板３の第２保持部３ａ２の周辺部において穴部７１、７２を形成することで、周辺部の剛性は低下して、局所的に変形しやすくなる。例えば、穴部７１、７２が形成されることにより、Ｘステージ板３における第２保持部３ａ２の周辺部は、穴部が形成されていない第１保持部３ａ１の周辺部に比べて変形しやすくなる。 By forming the holes 71 and 72 in the peripheral part of the second holding part 3a2 of the X stage plate 3, the rigidity of the peripheral part is lowered and it becomes easy to deform locally. For example, by forming the holes 71 and 72, the peripheral part of the second holding part 3a2 in the X stage plate 3 is more easily deformed than the peripheral part of the first holding part 3a1 in which no hole is formed. Become.
第２保持部３ａ２の周辺部において、Ｙ軸方向には、弾性保持構造７３、７４が形成されているため、Ｙ軸方向の剛性はＸ軸方向の剛性に比べて大きい。Ｘ軸方向には、弾性保持構造７３、７４に対応する構成が設けられていないため、Ｘ軸方向の剛性はＹ軸方向の剛性に比べて小さい。図８の構成においても、Ｚ方向（第３の方向）の剛性は、弾性保持構造７３、７４（バネ構造）の影響を受けず、Ｘ方向（第１の方向）に比べて高い剛性が維持される。すなわち、Ｚ方向の剛性はＸ方向の剛性よりも大きくなり、Ｘステージ板３におけるＺ方向の変形は抑制される。すなわち、Ｚ軸方向におけるＸＹガラススケール２ｓの平面精度も保障される。 Since the elastic holding structures 73 and 74 are formed in the Y-axis direction in the peripheral part of the second holding part 3a2, the rigidity in the Y-axis direction is larger than the rigidity in the X-axis direction. Since the configuration corresponding to the elastic holding structures 73 and 74 is not provided in the X-axis direction, the rigidity in the X-axis direction is smaller than the rigidity in the Y-axis direction. In the configuration of FIG. 8 as well, the rigidity in the Z direction (third direction) is not affected by the elastic holding structures 73 and 74 (spring structure), and high rigidity is maintained compared to the X direction (first direction). Is done. That is, the rigidity in the Z direction is larger than the rigidity in the X direction, and deformation in the Z direction on the X stage plate 3 is suppressed. That is, the planar accuracy of the XY glass scale 2s in the Z-axis direction is also ensured.
穴部７１、７２を形成することにより、Ｘステージ板３の各方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向およびＺ軸方向）に応じて、異なる剛性（剛性異方性）を与えることができる。図８に示す穴部７１、７２を、例えば、第３保持部３ａ３の位置を中心として、紙面上下方向に対称となるように配置すれば、第３保持部３ａ３の周辺部に同様のバネ構造を設けることが可能である。 By forming the holes 71 and 72, different rigidity (stiffness anisotropy) can be given according to each direction (X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction) of the X stage plate 3. For example, if the holes 71 and 72 shown in FIG. 8 are arranged so as to be symmetrical in the vertical direction on the paper surface with the position of the third holding portion 3a3 as the center, a similar spring structure is provided around the third holding portion 3a3. Can be provided.
先に説明した構成は、Ｘステージ板３の第２保持部３ａ２の周辺部および第３保持部３ａ３の周辺部に、Ｘステージ板３と一体のバネ構造を設ける構成を説明したが、これらの一体のばね構造をＸＹスケール板２側に設けても同様の効果を得ることが可能である。 In the configuration described above, the configuration in which the spring structure integrated with the X stage plate 3 is provided in the peripheral portion of the second holding portion 3a2 of the X stage plate 3 and the peripheral portion of the third holding portion 3a3 has been described. A similar effect can be obtained even if an integral spring structure is provided on the XY scale plate 2 side.
本実施形態によれば、熱膨張により生じた部材の伸縮による歪の発生を抑制し、高精度な位置管理が可能になる。 According to the present embodiment, the occurrence of distortion due to expansion and contraction of the member caused by thermal expansion is suppressed, and highly accurate position management becomes possible.
熱ドリフトの原因として、光学顕微鏡の周囲環境の温度変化や人体の体温またはモータや駆動軸の発熱によるものがある。顕微鏡ステージに熱ドリフトが生じても、保持部の周辺部のバネ構造が変形を吸収する。これにより、保持部で保持されたＸＹスケール板に生じる歪の発生を抑制することが可能になる。 As a cause of the thermal drift, there are a temperature change in the surrounding environment of the optical microscope, a body temperature of the human body, or a heat generation of the motor and the drive shaft. Even if thermal drift occurs in the microscope stage, the spring structure around the holding portion absorbs deformation. As a result, it is possible to suppress the occurrence of distortion in the XY scale plate held by the holding unit.
本実施形態のステージ装置は、熱変形の影響を受けず、ＸＹスケール板をＸＹ基準面に対して安定して保持することがでる。これにより、顕微鏡接眼レンズのＸＹ基準面と垂直に交差する光軸（Ｚ方向）の焦点位置を安定させることが可能になり、焦点のずれによる画像ぼけを防止することができる。 The stage apparatus of this embodiment is not affected by thermal deformation and can stably hold the XY scale plate with respect to the XY reference plane. This makes it possible to stabilize the focal position of the optical axis (Z direction) perpendicular to the XY reference plane of the microscope eyepiece, and to prevent image blur due to defocusing.
Ｘ軸上に配置されている第２保持部においてＸ軸方向に弾性変形し易いバネ構造を設け、Ｙ軸上に配置されている第３保持部においてＹ軸方向に弾性変形し易いバネ構造を設けることで、熱ドリフトによる熱膨張差が発生しても各支持部の応力を抑制することができる。 A spring structure that is easily elastically deformed in the X-axis direction is provided in the second holding part arranged on the X-axis, and a spring structure that is easily elastically deformed in the Y-axis direction in the third holding part arranged on the Y-axis. By providing, even if the thermal expansion difference by a thermal drift generate | occur | produces, the stress of each support part can be suppressed.
これによりＸＹスケール自体の歪を抑えることができる。また、ＸＹスケールに設けられた位置決めの基準となる目盛に歪を発生させることなく、ステージの移動方向とＸＹスケール（目盛）の平行度を維持できるので、ステージ装置において、高精度な位置決めが可能になる。また、対物レンズとコンデンサレンズの限られた空間に、コンパクトで、測定精度が安定したＸＹスケールの保持構造を有するステージ装置を位置管理顕微鏡システムに配置することが可能になる。 Thereby, distortion of the XY scale itself can be suppressed. In addition, the stage movement direction and the parallelism of the XY scale (scale) can be maintained without causing distortion in the scale serving as the positioning reference provided on the XY scale, enabling highly accurate positioning in the stage device. become. In addition, a stage device having an XY scale holding structure that is compact and has stable measurement accuracy can be arranged in the position management microscope system in a limited space between the objective lens and the condenser lens.
（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
(Other embodiments)
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read and execute the program This process can be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
２：ＸＹスケール板、２ｓ：ＸＹガラススケール、３：Ｘステージ板、
３ａ１：第１保持部、３ａ２：第２保持部、３ａ３：第３保持部、
３ａ４：第４保持部、５：押圧部材、８：押圧受け材
2: XY scale plate, 2s: XY glass scale, 3: X stage plate,
3a1: first holding unit, 3a2: second holding unit, 3a3: third holding unit,
3a4: 4th holding part, 5: Pressing member, 8: Press receiving material
Claims (15)
前記ステージ板とは異なる線膨張係数を有する板状部材と、
前記ステージ板上で前記板状部材を保持する第１保持手段と、
前記第２の方向の剛性より前記第１の方向の剛性が低い保持構造により前記板状部材を保持し、前記線膨張係数の相違に基づいて前記ステージ板と前記板状部材との間に生じた第１の方向の変形を前記保持構造の弾性変形により吸収する第２保持手段と、
前記第１の方向の剛性より前記第２の方向の剛性が低い保持構造により前記板状部材を保持し、前記線膨張係数の相違に基づいて前記ステージ板と前記板状部材との間に生じた第２の方向の変形を前記保持構造の弾性変形により吸収する第３保持手段と、
を備えることを特徴とするステージ装置。 A plate-like stage plate having a spread in a first direction and a second direction intersecting the first direction;
A plate-like member having a linear expansion coefficient different from that of the stage plate ;
A first holding means for holding the plate-like member on the stage plate,
The plate-like member is held by a holding structure whose rigidity in the first direction is lower than the rigidity in the second direction, and is generated between the stage plate and the plate-like member based on the difference in the linear expansion coefficient. Second holding means for absorbing deformation in the first direction by elastic deformation of the holding structure;
The plate-like member is held by a holding structure whose rigidity in the second direction is lower than the rigidity in the first direction, and is generated between the stage plate and the plate-like member based on the difference in the linear expansion coefficient. Third holding means for absorbing deformation in the second direction by elastic deformation of the holding structure;
A stage apparatus comprising:
前記第１の方向および前記第２の方向および、前記第１の方向および前記第２の方向に交差する第３の方向において、前記ステージ板に対する前記板状部材の移動を拘束する
ことを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。 The first holding means is
The movement of the plate-like member with respect to the stage plate is restrained in the first direction, the second direction, and a third direction intersecting the first direction and the second direction. The stage apparatus according to claim 1.
前記第２保持手段は、前記基準位置を通る第１の方向の軸上に配置されており、
前記第３保持手段は、前記基準位置を通る第２の方向の軸上に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のステージ装置。 The center position of the holding surface in the first holding means is a reference position in the first direction and the second direction,
The second holding means is disposed on an axis in a first direction passing through the reference position;
The stage apparatus according to claim 1, wherein the third holding unit is disposed on an axis in a second direction passing through the reference position.
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のステージ装置。 The holding structure of the second holding means has a plurality of holes formed at symmetrical positions on the axis in the first direction with the position of the second holding means as a center. The stage apparatus according to any one of 1 to 3.
前記第１の方向に形成された前記複数の穴部の開口幅は、前記第２の方向に形成された前記複数の穴部の開口幅より大きく構成されている
ことを特徴とする請求項４に記載のステージ装置。 The holding structure of the second holding means further includes a plurality of holes formed at symmetrical positions in the second direction around the position of the second holding means,
The opening width of the plurality of hole portions formed in the first direction is configured to be larger than the opening width of the plurality of hole portions formed in the second direction. The stage apparatus described in 1.
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のステージ装置。 The holding structure of the third holding means has a plurality of holes formed at symmetrical positions on the axis in the second direction with the position of the third holding means as the center. The stage apparatus according to any one of 1 to 3.
前記第２の方向に形成された前記複数の穴部の開口幅は、前記第１の方向に形成された前記複数の穴部の開口幅より大きく構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載のステージ装置。 The holding structure of the third holding means further includes a plurality of holes formed at symmetrical positions in the first direction around the position of the third holding means,
The opening width of the plurality of hole portions formed in the second direction is configured to be larger than the opening width of the plurality of hole portions formed in the first direction. The stage apparatus described in 1.
前記第４保持手段で保持される端部において、前記第１の方向および前記第２の方向に交差する第３の方向に付勢力を発生させる付勢手段を備える
ことを特徴とする請求項１０に記載のステージ装置。 The plate-like member is
The biasing means for generating a biasing force in a third direction intersecting the first direction and the second direction at the end held by the fourth holding means is provided. The stage apparatus described in 1.
前記付勢力に基づいて、前記板状部材を前記第３の方向に押下して、前記ステージ板に対する前記板状部材の前記第３の方向の変形を拘束する押圧受け部材を備える
ことを特徴とする請求項１１に記載のステージ装置。 The fourth holding means is
A pressure receiving member that presses down the plate-like member in the third direction based on the urging force and restrains the deformation of the plate-like member in the third direction relative to the stage plate; The stage apparatus according to claim 11.
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