JPH04259015A - 微動駆動装置 - Google Patents
微動駆動装置Info
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- JPH04259015A JPH04259015A JP3042490A JP4249091A JPH04259015A JP H04259015 A JPH04259015 A JP H04259015A JP 3042490 A JP3042490 A JP 3042490A JP 4249091 A JP4249091 A JP 4249091A JP H04259015 A JPH04259015 A JP H04259015A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric element
- displacement
- movable part
- fine movement
- drive device
- Prior art date
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- Pending
Links
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
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- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
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- LJCNRYVRMXRIQR-OLXYHTOASA-L potassium sodium L-tartrate Chemical compound [Na+].[K+].[O-]C(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O LJCNRYVRMXRIQR-OLXYHTOASA-L 0.000 description 1
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Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば走査型トンネル
顕微鏡に用いられ、圧電素子によって微小距離を駆動す
るための微動駆動装置に関するものである。
顕微鏡に用いられ、圧電素子によって微小距離を駆動す
るための微動駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】圧電素子を用いた微小変位アクチュエー
タは、電界を与えられた圧電素子の歪みを変位として動
作するものであり、変位精度が良く、変位発生力が大き
く、しかも応答速度が早い。その構造は、電界誘起歪み
の縦及び横効果をそのまま利用した単純型素子と、他の
弾性材料などと組合わせて変位量を空間的に拡大する複
合型素子の２つに大別される。前者として代表的な積層
型は変位の拡大率は小さいが、変位発生力、応答速度が
大きく、耐久性に富むという特長を有し、後者として代
表的なバイモルフ型は変位の拡大率が大きい反面で変位
発生力と応答周波数が低い。
タは、電界を与えられた圧電素子の歪みを変位として動
作するものであり、変位精度が良く、変位発生力が大き
く、しかも応答速度が早い。その構造は、電界誘起歪み
の縦及び横効果をそのまま利用した単純型素子と、他の
弾性材料などと組合わせて変位量を空間的に拡大する複
合型素子の２つに大別される。前者として代表的な積層
型は変位の拡大率は小さいが、変位発生力、応答速度が
大きく、耐久性に富むという特長を有し、後者として代
表的なバイモルフ型は変位の拡大率が大きい反面で変位
発生力と応答周波数が低い。
【０００３】圧電素子では、必ず図３に示すように供給
電圧の増加時の変位と減少時の変位により偏差つまりヒ
ステリシスが生ずる。このヒステリシスによる非線型特
性は、例えば走査型トンネル顕微鏡においては像の歪み
の原因となる。そこで、従来では圧電素子による変位を
レーザー干渉計等で測定し駆動系にフィードバックする
方法や、圧電素子に供給する電圧ではなく、電荷を制御
することにより圧電素子の変位ヒステリシスを解消して
いる。
電圧の増加時の変位と減少時の変位により偏差つまりヒ
ステリシスが生ずる。このヒステリシスによる非線型特
性は、例えば走査型トンネル顕微鏡においては像の歪み
の原因となる。そこで、従来では圧電素子による変位を
レーザー干渉計等で測定し駆動系にフィードバックする
方法や、圧電素子に供給する電圧ではなく、電荷を制御
することにより圧電素子の変位ヒステリシスを解消して
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来例
のレーザー干渉計などを用いたものでは、装置全体が大
きくなってしまうという問題点があり、圧電素子に供給
される電荷を制御する方法では必ずしも正確な線形変位
特性が得られない。
のレーザー干渉計などを用いたものでは、装置全体が大
きくなってしまうという問題点があり、圧電素子に供給
される電荷を制御する方法では必ずしも正確な線形変位
特性が得られない。
【０００５】本発明の目的は、可動部の位置決めをより
精密に、かつより簡素な構成で行う微動駆動装置を提供
することにある。
精密に、かつより簡素な構成で行う微動駆動装置を提供
することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係る微動駆動装置は、ガイド部材により固
定部に対して１軸方向に移動可能に支持した可動部を駆
動用圧電素子によって駆動する微動駆動装置において、
前記可動部と前記固定部の間に変位検出用圧電素子を設
け、該変位検出用圧電素子の静電容量の変化から求めた
変位量と目標値との差を駆動系にフィードバックし、前
記可動部を所定位置に制御するようにしたことを特徴と
するものである。
めの本発明に係る微動駆動装置は、ガイド部材により固
定部に対して１軸方向に移動可能に支持した可動部を駆
動用圧電素子によって駆動する微動駆動装置において、
前記可動部と前記固定部の間に変位検出用圧電素子を設
け、該変位検出用圧電素子の静電容量の変化から求めた
変位量と目標値との差を駆動系にフィードバックし、前
記可動部を所定位置に制御するようにしたことを特徴と
するものである。
【０００７】
【作用】上述の構成を有する微動駆動装置は、変位検出
用圧電素子の静電容量の変化から可動部の変位量を求め
、この変位量が目標値に一致するように駆動用圧電素子
により可動部を駆動することによって、可動部が所定の
位置に移動する。
用圧電素子の静電容量の変化から可動部の変位量を求め
、この変位量が目標値に一致するように駆動用圧電素子
により可動部を駆動することによって、可動部が所定の
位置に移動する。
【０００８】
【実施例】本発明を図１、図２に図示の実施例に基づい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【０００９】図１は微動駆動装置の構成図であり、可動
部１は複数の弾性ヒンジばね２を介してフレーム３に支
持され、フレーム３に対して可動部１はｘ方向に可動と
なっている。可動部１とフレーム３の間には、入力電圧
によってｘ方向の変位を生ずる駆動用圧電素子４と、ｘ
方向の変位により静電容量が変化する変位検出用圧電素
子５が取り付けられている。変位検出用圧電素子５の電
極は、圧電素子５の静電容量の変化を可動部１の変位量
に比例した電圧として出力する容量・電圧変換器６に結
線されている。２つの入力電圧の差を出力する比較器７
には、一方に容量・電圧変換器６の出力が入力されてい
る。他方は目標としている変位量に比例した電圧を出力
する基準電圧回路８の出力が入力される。比較器７の出
力は、入力に応じて出力電圧を制御するｘ方向駆動用制
御回路９に接続され、ｘ方向駆動用制御回路９の出力は
駆動用圧電素子４に供給されている。
部１は複数の弾性ヒンジばね２を介してフレーム３に支
持され、フレーム３に対して可動部１はｘ方向に可動と
なっている。可動部１とフレーム３の間には、入力電圧
によってｘ方向の変位を生ずる駆動用圧電素子４と、ｘ
方向の変位により静電容量が変化する変位検出用圧電素
子５が取り付けられている。変位検出用圧電素子５の電
極は、圧電素子５の静電容量の変化を可動部１の変位量
に比例した電圧として出力する容量・電圧変換器６に結
線されている。２つの入力電圧の差を出力する比較器７
には、一方に容量・電圧変換器６の出力が入力されてい
る。他方は目標としている変位量に比例した電圧を出力
する基準電圧回路８の出力が入力される。比較器７の出
力は、入力に応じて出力電圧を制御するｘ方向駆動用制
御回路９に接続され、ｘ方向駆動用制御回路９の出力は
駆動用圧電素子４に供給されている。
【００１０】また、フレーム３の外側には更にフレーム
１０が配置され、フレーム３は弾性ヒンジばね１１によ
りフレーム１０に支持され、ｙ方向に可動とされている
。フレーム３、１０間に駆動用圧電素子１２、変位検出
用圧電素子１３が取り付けられ、ｙ方向の変位を制御す
るようにされている。なお、ｙ方向の駆動制御用電気回
路については図示を省略している。
１０が配置され、フレーム３は弾性ヒンジばね１１によ
りフレーム１０に支持され、ｙ方向に可動とされている
。フレーム３、１０間に駆動用圧電素子１２、変位検出
用圧電素子１３が取り付けられ、ｙ方向の変位を制御す
るようにされている。なお、ｙ方向の駆動制御用電気回
路については図示を省略している。
【００１１】駆動用圧電素子４がｘ方向駆動用制御回路
９の出力電圧に応じて変位すると、駆動用圧電素子４に
取り付けられた可動部１が駆動される。このとき、可動
部１の変位量に応じて変位検出用圧電素子５の静電容量
が変化し、容量・電圧変換器６からその変化量に比例し
た電圧が出力され、比較器７から目標値との差が検出さ
れる。ここで、変位が目標値よりも少なければｘ方向駆
動用制御回路９から駆動用圧電素子４に供給される電圧
は増加され、多ければ減少される。これにより、フレー
ム３に対して可動部１がｘ方向に精密に駆動されること
になる。
９の出力電圧に応じて変位すると、駆動用圧電素子４に
取り付けられた可動部１が駆動される。このとき、可動
部１の変位量に応じて変位検出用圧電素子５の静電容量
が変化し、容量・電圧変換器６からその変化量に比例し
た電圧が出力され、比較器７から目標値との差が検出さ
れる。ここで、変位が目標値よりも少なければｘ方向駆
動用制御回路９から駆動用圧電素子４に供給される電圧
は増加され、多ければ減少される。これにより、フレー
ム３に対して可動部１がｘ方向に精密に駆動されること
になる。
【００１２】なお、フレーム１０に対するフレーム３の
ｙ方向の駆動は、駆動用圧電素子１２、変位検出用圧電
素子１３により同様になされる。
ｙ方向の駆動は、駆動用圧電素子１２、変位検出用圧電
素子１３により同様になされる。
【００１３】実験では、変位と容量・電圧変換器６から
の電圧の関係は１ｍＶ／ｎｍとなり、可動部１の移動量
を干渉計で測定しながら基準電圧回路８の基準電圧を変
えていったところ、図２に示すようなデータが得られた
。基準電圧は５０ｍＶずつ変化させ、容量・電圧変換器
６の出力が目標値に達したときの可動部１の変位を干渉
計で測定したものであり、±０．２％の精度で直線性が
確認された。また、最小分解能は干渉計によれば５ｎｍ
であった。
の電圧の関係は１ｍＶ／ｎｍとなり、可動部１の移動量
を干渉計で測定しながら基準電圧回路８の基準電圧を変
えていったところ、図２に示すようなデータが得られた
。基準電圧は５０ｍＶずつ変化させ、容量・電圧変換器
６の出力が目標値に達したときの可動部１の変位を干渉
計で測定したものであり、±０．２％の精度で直線性が
確認された。また、最小分解能は干渉計によれば５ｎｍ
であった。
【００１４】走査型トンネル顕微鏡に用いた場合に、従
来の圧電素子に加えた電圧で位置制御を行う走査型トン
ネル顕微鏡よりも像の歪が少なく、特に原子オーダより
も広い範囲の１μｍ角などの走査型トンネル顕微鏡像に
おける効果が大きかった。また、情報記録再生装置に用
いた場合に、従来のものよりも書き込み、読み出しエラ
ーが改善された。
来の圧電素子に加えた電圧で位置制御を行う走査型トン
ネル顕微鏡よりも像の歪が少なく、特に原子オーダより
も広い範囲の１μｍ角などの走査型トンネル顕微鏡像に
おける効果が大きかった。また、情報記録再生装置に用
いた場合に、従来のものよりも書き込み、読み出しエラ
ーが改善された。
【００１５】なお、図１では変位の検出に積層型圧電素
子を用いたものを示したが、積層型圧電素子に限らず、
圧電特性を示すものであれば水晶、ロッシェル塩などの
結晶を用いたものでもよい。
子を用いたものを示したが、積層型圧電素子に限らず、
圧電特性を示すものであれば水晶、ロッシェル塩などの
結晶を用いたものでもよい。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る微動駆
動装置は、変位検出用圧電素子により変位を測定するた
め、フィードバックにより正確な位置決めができ、構成
が簡素で小型となる。
動装置は、変位検出用圧電素子により変位を測定するた
め、フィードバックにより正確な位置決めができ、構成
が簡素で小型となる。
【図１】実施例の構成図である。
【図２】実施例の動作例のグラフ図である。
【図３】従来例の動作例の説明図である。
１ 可動部
２、１１ 弾性ヒンジばね
３、１０ フレーム
４、１２ 駆動用圧電素子
５、１３ 変位検出用圧電素子
６ 容量・電圧変換器
７ 比較器
８ 基準電圧回路
９ 駆動用制御回路
Claims (4)
- 【請求項１】 ガイド部材により固定部に対して１軸
方向に移動可能に支持した可動部を駆動用圧電素子によ
って駆動する微動駆動装置において、前記可動部と前記
固定部の間に変位検出用圧電素子を設け、該変位検出用
圧電素子の静電容量の変化から求めた変位量と目標値と
の差を駆動系にフィードバックし、前記可動部を所定位
置に制御するようにしたことを特徴とする微動駆動装置
。 - 【請求項２】 前記ガイド部材を平行ばねとした請求
項１に記載の微動駆動装置。 - 【請求項３】 前記平行ばねを弾性ヒンジばねとした
請求項２に記載の微動駆動装置。 - 【請求項４】 前記平行ばねを平行板ばねとした請求
項２に記載の微動駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3042490A JPH04259015A (ja) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | 微動駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3042490A JPH04259015A (ja) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | 微動駆動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04259015A true JPH04259015A (ja) | 1992-09-14 |
Family
ID=12637507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3042490A Pending JPH04259015A (ja) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | 微動駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04259015A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0864181A1 (en) * | 1995-11-29 | 1998-09-16 | Klony Lieberman | Flat scanning stage for scanned probe microscopy |
| EP0938144A2 (en) * | 1998-02-20 | 1999-08-25 | Seiko Instruments Inc. | Stage utilizing ultrasonic motor and printer utilizing the stage |
| JP2008522187A (ja) * | 2004-11-30 | 2008-06-26 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | プローブ顕微鏡用スキャナー |
| JP2008216074A (ja) * | 2007-03-05 | 2008-09-18 | Yaskawa Electric Corp | 高分子アクチュエータの伸縮量センシング方法および伸縮量センシング装置 |
| CN102245348A (zh) * | 2008-10-09 | 2011-11-16 | 纽卡斯尔创新有限公司 | 定位系统和方法 |
| CN105158519A (zh) * | 2015-08-24 | 2015-12-16 | 扬州大学 | 一种利用量子隧穿效应来实现纳米级跟进的装置 |
-
1991
- 1991-02-13 JP JP3042490A patent/JPH04259015A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0864181A1 (en) * | 1995-11-29 | 1998-09-16 | Klony Lieberman | Flat scanning stage for scanned probe microscopy |
| EP0864181A4 (en) * | 1995-11-29 | 2000-08-02 | Klony Lieberman | FLAT SCANNING FLOOR FOR SCANNED PROBE MICROSCOPY |
| EP0938144A2 (en) * | 1998-02-20 | 1999-08-25 | Seiko Instruments Inc. | Stage utilizing ultrasonic motor and printer utilizing the stage |
| EP0938144A3 (en) * | 1998-02-20 | 2001-01-17 | Seiko Instruments Inc. | Stage utilizing ultrasonic motor and printer utilizing the stage |
| JP2008522187A (ja) * | 2004-11-30 | 2008-06-26 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | プローブ顕微鏡用スキャナー |
| JP2008216074A (ja) * | 2007-03-05 | 2008-09-18 | Yaskawa Electric Corp | 高分子アクチュエータの伸縮量センシング方法および伸縮量センシング装置 |
| CN102245348A (zh) * | 2008-10-09 | 2011-11-16 | 纽卡斯尔创新有限公司 | 定位系统和方法 |
| JP2012505447A (ja) * | 2008-10-09 | 2012-03-01 | ニューカッスル イノベイション リミテッド | 位置決めシステムおよび方法 |
| US8610332B2 (en) | 2008-10-09 | 2013-12-17 | Newcastle Innovation Limited | Positioning system and method |
| KR101494046B1 (ko) * | 2008-10-09 | 2015-02-16 | 뉴캐슬 이노베이션 리미티드 | 포지셔닝 시스템 및 방법 |
| CN105158519A (zh) * | 2015-08-24 | 2015-12-16 | 扬州大学 | 一种利用量子隧穿效应来实现纳米级跟进的装置 |
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