JPH06241779A - 微小位置決め装置 - Google Patents
微小位置決め装置Info
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- JPH06241779A JPH06241779A JP5032360A JP3236093A JPH06241779A JP H06241779 A JPH06241779 A JP H06241779A JP 5032360 A JP5032360 A JP 5032360A JP 3236093 A JP3236093 A JP 3236093A JP H06241779 A JPH06241779 A JP H06241779A
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- shaft
- piezoelectric element
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
- B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
- B23Q1/26—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
- B23Q1/34—Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、微小位置決め装置の移動に伴うガ
タつきをなくすことを目的とする。 【構成】 固定部材と、前記固定部材に相関し可動に配
置されたシャフトと、前記シャフトと同心の円筒型で前
記固定部材に一部が固定され前記シャフトの軸方向に伸
縮可能な第１の圧電素子と、前記第１の圧電素子に積層
固定して前記シャフトに対向し前記シャフトを固定・開
放可能に形成された第２、および第３の圧電素子とを備
え、前記第２、および第３の圧電素子によるシャフトの
固定、第１の圧電素子の伸縮、第３の圧電素子によるシ
ャフトの固定、第２の圧電素子のシャフト固定の開放、
第１の圧電素子の伸縮の一連の制御により位置決めを行
なう微小位置決め装置。
タつきをなくすことを目的とする。 【構成】 固定部材と、前記固定部材に相関し可動に配
置されたシャフトと、前記シャフトと同心の円筒型で前
記固定部材に一部が固定され前記シャフトの軸方向に伸
縮可能な第１の圧電素子と、前記第１の圧電素子に積層
固定して前記シャフトに対向し前記シャフトを固定・開
放可能に形成された第２、および第３の圧電素子とを備
え、前記第２、および第３の圧電素子によるシャフトの
固定、第１の圧電素子の伸縮、第３の圧電素子によるシ
ャフトの固定、第２の圧電素子のシャフト固定の開放、
第１の圧電素子の伸縮の一連の制御により位置決めを行
なう微小位置決め装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、走査型トンネル顕微鏡
における粗動機構などに関する。
における粗動機構などに関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電素子を用いた微小位置決め装置とし
ては、米国バーレー社（Ｂｕｒｌｅｉｇｈ Ｉｎｓｔｒ
ｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．，Ｂｕｒｌｅｉｇｈ Ｐａｒ
ｋ，Ｆｉｓｈｅｒｓ，Ｎ．Ｙ．１４４５３）のインチワ
ーム（ＵＳＰ３，９０２，０８４）が広く用いられてい
る。この装置は、簡単な構造を持ちながら、ナノメータ
ーの精度と、センチの移動可能距離を持っている点、ま
た超高真空仕様のものは、超高真空中での使用が容易で
ある点などで、他の原理に基づく位置決め機構に比べて
優れている。しかしながら、その移動の仕方において
は、単調に一方向に移動して行くのではなく、進行方向
に対して、おおよそサブミクロン程度前後に振れるガタ
つきを伴っている。バーレー社はその後、走査型トンネ
ル顕微鏡（ＳＴＭ）に応用できるインチワームとして、
ガタつきが小さくなるように構造に改良を加えたインチ
ワームを発表した（ＵＳＰ４，８７４，９７９、特開平
２−１８６２０４）が、残念ながら、ガタつきは十分減
少したとはいえない。図５にバーレー社のその改良に加
えたインチワームを駆動した場合の、そのシャフトの動
きを示した。ガタつき１９、２０が測定されている。
ては、米国バーレー社（Ｂｕｒｌｅｉｇｈ Ｉｎｓｔｒ
ｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．，Ｂｕｒｌｅｉｇｈ Ｐａｒ
ｋ，Ｆｉｓｈｅｒｓ，Ｎ．Ｙ．１４４５３）のインチワ
ーム（ＵＳＰ３，９０２，０８４）が広く用いられてい
る。この装置は、簡単な構造を持ちながら、ナノメータ
ーの精度と、センチの移動可能距離を持っている点、ま
た超高真空仕様のものは、超高真空中での使用が容易で
ある点などで、他の原理に基づく位置決め機構に比べて
優れている。しかしながら、その移動の仕方において
は、単調に一方向に移動して行くのではなく、進行方向
に対して、おおよそサブミクロン程度前後に振れるガタ
つきを伴っている。バーレー社はその後、走査型トンネ
ル顕微鏡（ＳＴＭ）に応用できるインチワームとして、
ガタつきが小さくなるように構造に改良を加えたインチ
ワームを発表した（ＵＳＰ４，８７４，９７９、特開平
２−１８６２０４）が、残念ながら、ガタつきは十分減
少したとはいえない。図５にバーレー社のその改良に加
えたインチワームを駆動した場合の、そのシャフトの動
きを示した。ガタつき１９、２０が測定されている。
【０００３】図５にバーレー社のインチワームの構造を
示した。図５は、円筒状の構造を、直径を通り軸に平行
な面で切断した断面図である。ガタつきの原因を図６を
用いて簡単に説明する。インチワームのシャフト１２の
固定は、圧電素子１３のクランプ電極１５とコモン電極
１６で挟まれた部分に電圧を印加することで、この部分
の圧電素子が、内方に向けて径方向に拡張すると同時に
円周方向に縮小するように歪み、圧電素子１３に接着さ
れたスペーサ１８を介して、シャフト１２を締め付ける
ことで実現される。しかしこの時、圧電素子１３の歪め
られた部分は、上述のような変形と共に、軸方向へ縮小
する。すなわち圧電素子１３の右端は、圧電素子固定部
材１７に向かって移動しようとする。従って、シャフト
１２は、圧電素子１３によって径方向に締め付けられる
と同時に、軸方向にも力を受ける。これが、図６に見ら
れるガタつき１９、２０の主な原因である。
示した。図５は、円筒状の構造を、直径を通り軸に平行
な面で切断した断面図である。ガタつきの原因を図６を
用いて簡単に説明する。インチワームのシャフト１２の
固定は、圧電素子１３のクランプ電極１５とコモン電極
１６で挟まれた部分に電圧を印加することで、この部分
の圧電素子が、内方に向けて径方向に拡張すると同時に
円周方向に縮小するように歪み、圧電素子１３に接着さ
れたスペーサ１８を介して、シャフト１２を締め付ける
ことで実現される。しかしこの時、圧電素子１３の歪め
られた部分は、上述のような変形と共に、軸方向へ縮小
する。すなわち圧電素子１３の右端は、圧電素子固定部
材１７に向かって移動しようとする。従って、シャフト
１２は、圧電素子１３によって径方向に締め付けられる
と同時に、軸方向にも力を受ける。これが、図６に見ら
れるガタつき１９、２０の主な原因である。
【０００４】位置決めを行おうとする物体の、最終的な
位置のみを問題とする位置決めに応用する場合は、この
ようなガタつきは問題とならない。しかし、その物体の
最終的な位置へ到達する際の、途中の位置も問題となる
ような位置決めに応用する場合には、このガタつきに対
する配慮が必要となることがある。ＳＴＭにおける探
針、試料間の位置決め機構として応用する場合がその例
である。ＳＴＭにより観察を行うためには、探針と試料
をトンネル電流が流れる距離まで近づけなくてはならな
い。これをインチワームによって行う場合、インチワー
ムのガタつきによる探針と試料の衝突が問題となる。従
来の方法においては、インチワームの他にもう一つの位
置決め機構を設けることでガタつきによる衝突を回避し
ている。
位置のみを問題とする位置決めに応用する場合は、この
ようなガタつきは問題とならない。しかし、その物体の
最終的な位置へ到達する際の、途中の位置も問題となる
ような位置決めに応用する場合には、このガタつきに対
する配慮が必要となることがある。ＳＴＭにおける探
針、試料間の位置決め機構として応用する場合がその例
である。ＳＴＭにより観察を行うためには、探針と試料
をトンネル電流が流れる距離まで近づけなくてはならな
い。これをインチワームによって行う場合、インチワー
ムのガタつきによる探針と試料の衝突が問題となる。従
来の方法においては、インチワームの他にもう一つの位
置決め機構を設けることでガタつきによる衝突を回避し
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＳＴＭの探
針試料間の位置決めなどの応用におけるような、物体の
最終的な位置へ到達する際の、途中の位置も問題となる
ような位置決めにそのまま応用できる、ガタつきのない
インチワームを提供することを目的とする。
針試料間の位置決めなどの応用におけるような、物体の
最終的な位置へ到達する際の、途中の位置も問題となる
ような位置決めにそのまま応用できる、ガタつきのない
インチワームを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る微小位置決
め装置は、固定部材と、前記固定部材に相関し可動に配
置されたシャフトと、前記シャフトと同心の円筒型で前
記固定部材に一部が固定され前記シャフトの軸方向に伸
縮可能な第１の圧電素子と、前記第１の圧電素子に積層
固定して前記シャフトに対向し前記シャフトを固定・開
放可能に形成された第２、および第３の圧電素子とを備
え、前記第２、および第３の圧電素子によるシャフトの
固定、第１の圧電素子の伸縮、第３の圧電素子によるシ
ャフトの固定、第２の圧電素子のシャフト固定の開放、
第１の圧電素子の伸縮の一連の制御により位置決めを行
なうものである。
め装置は、固定部材と、前記固定部材に相関し可動に配
置されたシャフトと、前記シャフトと同心の円筒型で前
記固定部材に一部が固定され前記シャフトの軸方向に伸
縮可能な第１の圧電素子と、前記第１の圧電素子に積層
固定して前記シャフトに対向し前記シャフトを固定・開
放可能に形成された第２、および第３の圧電素子とを備
え、前記第２、および第３の圧電素子によるシャフトの
固定、第１の圧電素子の伸縮、第３の圧電素子によるシ
ャフトの固定、第２の圧電素子のシャフト固定の開放、
第１の圧電素子の伸縮の一連の制御により位置決めを行
なうものである。
【０００７】例えば、固定部材と、前記固定部材に相関
し可動に配置されたシャフトと、前記シャフトと同心の
円筒型で前記固定部材に一部が固定され外周面と内周面
に電極を有する第１の圧電素子と、前記第１の圧電素子
における前記シャフトとの対向面の両端部に第１の圧電
素子の電極と非接触の各電極を介して積層形成された第
２、および第３の圧電素子と、前記第２、および第３の
圧電素子と前記シャフトとの対向面間に介挿され一部が
前記固定部材に固着されたスペーサを具備し、前記各圧
電素子は電極への電圧印加により、第１の圧電素子が軸
方向に拡張または縮小することと、第２、および第３の
圧電素子が径方向に拡張すると同時に円周方向に縮小す
る如く歪み前記スペーサを介して前記シャフトを押圧す
ることの選択的組合わせ手段を有する構成となる。
し可動に配置されたシャフトと、前記シャフトと同心の
円筒型で前記固定部材に一部が固定され外周面と内周面
に電極を有する第１の圧電素子と、前記第１の圧電素子
における前記シャフトとの対向面の両端部に第１の圧電
素子の電極と非接触の各電極を介して積層形成された第
２、および第３の圧電素子と、前記第２、および第３の
圧電素子と前記シャフトとの対向面間に介挿され一部が
前記固定部材に固着されたスペーサを具備し、前記各圧
電素子は電極への電圧印加により、第１の圧電素子が軸
方向に拡張または縮小することと、第２、および第３の
圧電素子が径方向に拡張すると同時に円周方向に縮小す
る如く歪み前記スペーサを介して前記シャフトを押圧す
ることの選択的組合わせ手段を有する構成となる。
【０００８】
【作用】本発明の微小位置決め装置は、シャフトを固定
する圧電素子が、シャフト軸方向に伸縮する圧電素子に
固定されているため、シャフト固定・開放時に軸方向の
伸縮がなく、かかる部分がシャフトの固定時に軸方向に
縮小する際、軸方向の力をシャフトに対して与えないの
で、ガタつき無しに微小な位置決めを行うことができ
る。
する圧電素子が、シャフト軸方向に伸縮する圧電素子に
固定されているため、シャフト固定・開放時に軸方向の
伸縮がなく、かかる部分がシャフトの固定時に軸方向に
縮小する際、軸方向の力をシャフトに対して与えないの
で、ガタつき無しに微小な位置決めを行うことができ
る。
【０００９】
【実施例】図１は、本発明の実施例に係わる微小位置決
め装置の断面図である。固定部材１、ドライブ用圧電素
子２、スペーサ３、シャフト４、クランプ用圧電素子
５、６は全て円筒状の形状をしており、同心状に配置さ
れている。バーレー社のインチワームと異なる点は、以
下の２点である。まず、クランプ用圧電素子５、６が、
ドライブ用圧電素子２の内側に電極を挟んで積層されて
いる。また、シャフト４とクランプ用圧電素子５、６の
間に挿入された円筒状スペーサ３は、クランプ用圧電素
子５、６に接着されているのではなく、スペーサ固定部
材７を用いて、ドライブ用圧電素子２の中央に固定され
ており、クランプ用圧電素子５、６が径方向に配置され
ている。これらの相違により、クランプ用圧電素子５、
６がシャフト４をクランプする際に、シャフト４にガタ
つきの生じないことを次に説明する。図２は、本発明の
微小位置決め装置の部分の断面の拡大図であり、シャフ
ト４がクランプ用圧電素子６によりクランプされる様子
を示している。クランプ用電極６ａ，６ｂ間に電圧を印
加すると、クランプ用圧電素子６は径方向に拡張し、同
時に軸方向、円周方向に縮小する。しかしながら、その
外周面は、ドライブ用圧電素子２にクランプ用電極６ａ
を介して積層されているため、歪むことが出来ない。従
って、クランプ用圧電素子６の軸方向の歪みは、その外
周面を径方向に２等分する面に対して対称に歪むことに
なり、その内周面を径方向に２等分する中心線は、軸方
向に関して不動である。従って、クランプ用圧電素子６
は、スペーサ３を介して、シャフト４に軸方向の力を加
えることなく押圧する。また、クランプの際に、ドライ
ブ用圧電素子２のクランプ用圧電素子６を積層した部分
が、僅かに歪んでしまうことにより、クランプ用圧電素
子６の内周面の中心線が、僅かに軸方向へ移動しても、
その移動は、スペーサ３の滑らかな表面を滑って、シャ
フト４には伝わらない。従ってスペーサ３の材料として
はある程度の潤滑性を有するりん青銅、ステンレス等を
用いることが好ましい。
め装置の断面図である。固定部材１、ドライブ用圧電素
子２、スペーサ３、シャフト４、クランプ用圧電素子
５、６は全て円筒状の形状をしており、同心状に配置さ
れている。バーレー社のインチワームと異なる点は、以
下の２点である。まず、クランプ用圧電素子５、６が、
ドライブ用圧電素子２の内側に電極を挟んで積層されて
いる。また、シャフト４とクランプ用圧電素子５、６の
間に挿入された円筒状スペーサ３は、クランプ用圧電素
子５、６に接着されているのではなく、スペーサ固定部
材７を用いて、ドライブ用圧電素子２の中央に固定され
ており、クランプ用圧電素子５、６が径方向に配置され
ている。これらの相違により、クランプ用圧電素子５、
６がシャフト４をクランプする際に、シャフト４にガタ
つきの生じないことを次に説明する。図２は、本発明の
微小位置決め装置の部分の断面の拡大図であり、シャフ
ト４がクランプ用圧電素子６によりクランプされる様子
を示している。クランプ用電極６ａ，６ｂ間に電圧を印
加すると、クランプ用圧電素子６は径方向に拡張し、同
時に軸方向、円周方向に縮小する。しかしながら、その
外周面は、ドライブ用圧電素子２にクランプ用電極６ａ
を介して積層されているため、歪むことが出来ない。従
って、クランプ用圧電素子６の軸方向の歪みは、その外
周面を径方向に２等分する面に対して対称に歪むことに
なり、その内周面を径方向に２等分する中心線は、軸方
向に関して不動である。従って、クランプ用圧電素子６
は、スペーサ３を介して、シャフト４に軸方向の力を加
えることなく押圧する。また、クランプの際に、ドライ
ブ用圧電素子２のクランプ用圧電素子６を積層した部分
が、僅かに歪んでしまうことにより、クランプ用圧電素
子６の内周面の中心線が、僅かに軸方向へ移動しても、
その移動は、スペーサ３の滑らかな表面を滑って、シャ
フト４には伝わらない。従ってスペーサ３の材料として
はある程度の潤滑性を有するりん青銅、ステンレス等を
用いることが好ましい。
【００１０】シャフト４の固定部材１に対する移動方法
を図１に従って説明する。まず、クランプ用圧電素子６
によりシャフト４をクランプする。続いて、ドライブ用
電極２ａ，２ｂ間に電圧を印加することで、ドライブ用
圧電素子２を軸方向に縮小させる。すると、シャフト４
は、ドライブ用圧電素子２の縮小した分だけ左側へ移動
する。
を図１に従って説明する。まず、クランプ用圧電素子６
によりシャフト４をクランプする。続いて、ドライブ用
電極２ａ，２ｂ間に電圧を印加することで、ドライブ用
圧電素子２を軸方向に縮小させる。すると、シャフト４
は、ドライブ用圧電素子２の縮小した分だけ左側へ移動
する。
【００１１】次に、クランプ用圧電素子５によりシャフ
ト４をクランプした後、クランプ用圧電素子６のクラン
プを開放する。続いて、ドライブ用電極２ａ，２ｂ間へ
印加した電圧をゼロに戻すことで、ドライブ用圧電素子
２に生じた歪を開放し、元の長さに戻すが、シャフト４
は、クランプ用圧電素子５によってクランプされている
ため、不動である。最後に、クランプ用圧電素子６によ
りシャフト４をクランプし、続いてクランプ用圧電素子
５のクランプを開放すれば、シャフト４の移動を除い
て、装置は動作の初期の状態に戻る。この動作を繰り返
すことにより、シャフト４を固定部材１に対する移動が
実現する。その移動距離は、シャフトの長さの許す限り
制限がなく、またドライブ用電極２ａ，２ｂ間への印加
電圧を調節することで、移動の精度をナノメーター・レ
ベルまで調節することが出来る。本実施例による微小位
置決め装置の動作を測定した結果を図３に示す。
ト４をクランプした後、クランプ用圧電素子６のクラン
プを開放する。続いて、ドライブ用電極２ａ，２ｂ間へ
印加した電圧をゼロに戻すことで、ドライブ用圧電素子
２に生じた歪を開放し、元の長さに戻すが、シャフト４
は、クランプ用圧電素子５によってクランプされている
ため、不動である。最後に、クランプ用圧電素子６によ
りシャフト４をクランプし、続いてクランプ用圧電素子
５のクランプを開放すれば、シャフト４の移動を除い
て、装置は動作の初期の状態に戻る。この動作を繰り返
すことにより、シャフト４を固定部材１に対する移動が
実現する。その移動距離は、シャフトの長さの許す限り
制限がなく、またドライブ用電極２ａ，２ｂ間への印加
電圧を調節することで、移動の精度をナノメーター・レ
ベルまで調節することが出来る。本実施例による微小位
置決め装置の動作を測定した結果を図３に示す。
【００１２】さらに、実際に位置決めを行う場合の工夫
について述べる。二つの物体間の微小な位置決めを行う
場合、両者の距離をセンサによりモニタしながら、本実
施例の微小位置決め装置を上述の駆動方法によって駆動
して、装置に装着された片方の物体と、他方の物体の距
離の調節を、行っていく。モニタが望む距離を示した時
点で、ドライブ用圧電素子２（図１参照）への印加電圧
をホールドし、装着した物体により近い方のクランプ用
圧電素子５（図１参照）を用いてシャフト４（図１参
照）をクランプする。このクランプ用圧電素子５によ
る、観察直前の最後のクランプにおいては、位置決めに
ナノメーターよりも高い精度が要求されているのであれ
ば、その精度以下のガタつきが存在してはいけないこと
になる。構造上、本実施例の微小位置決め装置は、ガタ
つきは皆無に近いが、製作上の僅かな誤差が極微小なガ
タつきを発生させる可能性がある。安全のために、この
最後のクランプにおいては、クランプ用圧電素子５への
印加電圧を増加させるのと同時に、クランプ用圧電素子
６への印加電圧も増加させる。クランプ用圧電素子５へ
の印加電圧を増加させることによって発生する微小なガ
タつきと、クランプ用圧電素子６への印加電圧を増加さ
せることによって発生する微小なガタつきは、方向が反
対であり、同時に印加電圧を増加させることで、両者を
相殺することができる。
について述べる。二つの物体間の微小な位置決めを行う
場合、両者の距離をセンサによりモニタしながら、本実
施例の微小位置決め装置を上述の駆動方法によって駆動
して、装置に装着された片方の物体と、他方の物体の距
離の調節を、行っていく。モニタが望む距離を示した時
点で、ドライブ用圧電素子２（図１参照）への印加電圧
をホールドし、装着した物体により近い方のクランプ用
圧電素子５（図１参照）を用いてシャフト４（図１参
照）をクランプする。このクランプ用圧電素子５によ
る、観察直前の最後のクランプにおいては、位置決めに
ナノメーターよりも高い精度が要求されているのであれ
ば、その精度以下のガタつきが存在してはいけないこと
になる。構造上、本実施例の微小位置決め装置は、ガタ
つきは皆無に近いが、製作上の僅かな誤差が極微小なガ
タつきを発生させる可能性がある。安全のために、この
最後のクランプにおいては、クランプ用圧電素子５への
印加電圧を増加させるのと同時に、クランプ用圧電素子
６への印加電圧も増加させる。クランプ用圧電素子５へ
の印加電圧を増加させることによって発生する微小なガ
タつきと、クランプ用圧電素子６への印加電圧を増加さ
せることによって発生する微小なガタつきは、方向が反
対であり、同時に印加電圧を増加させることで、両者を
相殺することができる。
【００１３】すなわち、本実施例によれば、移動の際に
ガタつきを全く伴わずに、ナノメーター・レベル以下の
精度で位置決めを達成することが出来る。
ガタつきを全く伴わずに、ナノメーター・レベル以下の
精度で位置決めを達成することが出来る。
【００１４】最後に、本実施例をＳＴＭへ応用する場合
について説明する。図４は、本実施例をＳＴＭへ応用す
る場合を説明する図である。試料２１を本実施例の微小
位置決め装置２２に装着し、対抗する位置にＳＴＭ匡体
２３に走査用ピエゾ素子２４を介して探針２５を固定す
る。試料２１をＳＴＭ観察するためには、探針２５を試
料２１に１ナノメーター以下にまで接近させて、両者の
間に真空または大気を介してトンネル電流を流し得る状
態にする必要がある。そこで、試料２１と探針２５の相
対位置を調節するのに、本実施例の微小位置決め装置２
２を用いる。上述の方法で、微小位置決め装置２２を、
探針に向けて駆動する。駆動中は、試料２１と探針２５
の間には、図示されない直流電源を用いて１００ｍＶの
バイアス電圧を印加しておき、両者の間に流れる電流を
図示されない電流計によりモニタしておく。電流が検出
された時点で、ドライブ用圧電素子２（図１参照）への
印加電圧をホールドし、試料２１により近い方のクラン
プ用圧電素子５（図１参照）を用いてシャフト４（図１
参照）をクランプする。この状態で走査用ピエゾ素子２
４を用いて探針２５を、試料２１の表面に沿って走査す
ることで、ＳＴＭ観察が開始される。ガタつきのある微
小位置決め装置を用いている場合には、安全のために、
１Ｖ以上の高いバイアスを印加しておき、探針と試料が
より離れた位置で電流が検出されるように配慮すること
が行われている（たとえばＢｕｒｌｅｉｇｈ社が自社の
インチワームをＳＴＭへ応用する場合にこのことを推奨
している）が、高いバイアス電圧で試料と探針を接近さ
せると、トンネル電流ではなく、電界放出による電流が
流れてしまう危険がある。電界放出による電流が流れる
と、探針の先が局所的に加熱され、その先端の先鋭さは
失われ、観察時の精度を劣化させる結果となりかねな
い。本実施例の微小位置決め装置を用いれば、ガタつき
による試料と探針の衝突の危険が無いばかりか、このよ
うに観察精度に犠牲を払うような処置も不要である。
について説明する。図４は、本実施例をＳＴＭへ応用す
る場合を説明する図である。試料２１を本実施例の微小
位置決め装置２２に装着し、対抗する位置にＳＴＭ匡体
２３に走査用ピエゾ素子２４を介して探針２５を固定す
る。試料２１をＳＴＭ観察するためには、探針２５を試
料２１に１ナノメーター以下にまで接近させて、両者の
間に真空または大気を介してトンネル電流を流し得る状
態にする必要がある。そこで、試料２１と探針２５の相
対位置を調節するのに、本実施例の微小位置決め装置２
２を用いる。上述の方法で、微小位置決め装置２２を、
探針に向けて駆動する。駆動中は、試料２１と探針２５
の間には、図示されない直流電源を用いて１００ｍＶの
バイアス電圧を印加しておき、両者の間に流れる電流を
図示されない電流計によりモニタしておく。電流が検出
された時点で、ドライブ用圧電素子２（図１参照）への
印加電圧をホールドし、試料２１により近い方のクラン
プ用圧電素子５（図１参照）を用いてシャフト４（図１
参照）をクランプする。この状態で走査用ピエゾ素子２
４を用いて探針２５を、試料２１の表面に沿って走査す
ることで、ＳＴＭ観察が開始される。ガタつきのある微
小位置決め装置を用いている場合には、安全のために、
１Ｖ以上の高いバイアスを印加しておき、探針と試料が
より離れた位置で電流が検出されるように配慮すること
が行われている（たとえばＢｕｒｌｅｉｇｈ社が自社の
インチワームをＳＴＭへ応用する場合にこのことを推奨
している）が、高いバイアス電圧で試料と探針を接近さ
せると、トンネル電流ではなく、電界放出による電流が
流れてしまう危険がある。電界放出による電流が流れる
と、探針の先が局所的に加熱され、その先端の先鋭さは
失われ、観察時の精度を劣化させる結果となりかねな
い。本実施例の微小位置決め装置を用いれば、ガタつき
による試料と探針の衝突の危険が無いばかりか、このよ
うに観察精度に犠牲を払うような処置も不要である。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように本発明の微小位置決
め装置によれば、従来のインチワームのようなガタつき
無しに位置決めを行うことができ、例えば、ＳＴＭにお
ける粗動機構に応用した場合、他の補助的位置決め手段
を併用しなくても、探針と試料間の距離の調節を探針や
試料を損なうことなく行うことができる。
め装置によれば、従来のインチワームのようなガタつき
無しに位置決めを行うことができ、例えば、ＳＴＭにお
ける粗動機構に応用した場合、他の補助的位置決め手段
を併用しなくても、探針と試料間の距離の調節を探針や
試料を損なうことなく行うことができる。
【図１】本発明の実施例に係わる微小位置決め装置の断
面図。
面図。
【図２】本発明の実施例に係わる微小位置決め装置の部
分の断面図
分の断面図
【図３】本発明の実施例に係わる微小位置決め装置の動
作の測定結果を示す線図。
作の測定結果を示す線図。
【図４】本発明をＳＴＭへ応用した例を説明するための
正面図。
正面図。
【図５】従来例のバーレー社インチワームの断面図。
【図６】従来例のバーレー社インチワームにおける動作
の測定結果を示す線図。
の測定結果を示す線図。
１ 固定部材 ２ ドライブ用圧電素子 ３ スペーサ ４ シャフト ５，６ クランプ用圧電素子 ７ スペーサ固定部材 ８，９ ドライブ用電極 １０，１１ クランプ用電極 １２ シャフト １３ 圧電素子 １４ 固定部材 １６ コモン電極 １７ 圧電素子固定部材 １８ スペーサ １９，２０ ガタつき ２１ 試料 ２２ 本発明の微小位置決め装置 ２３ ＳＴＭ匡体 ２４ 走査用ピエゾ素子 ２５ 探針
Claims (1)
- 【請求項１】 固定部材と、前記固定部材に相関し可動
に配置されたシャフトと、前記シャフトと同心の円筒型
で前記固定部材に一部が固定され前記シャフトの軸方向
に伸縮可能な第１の圧電素子と、前記第１の圧電素子に
積層固定して前記シャフトに対向し前記シャフトを固定
・開放可能に形成された第２、および第３の圧電素子と
を備え、前記第２、および第３の圧電素子によるシャフ
トの固定、第１の圧電素子の伸縮、第３の圧電素子によ
るシャフトの固定、第２の圧電素子のシャフト固定の開
放、第１の圧電素子の伸縮の一連の制御により位置決め
を行なう微小位置決め装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5032360A JPH06241779A (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | 微小位置決め装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5032360A JPH06241779A (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | 微小位置決め装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06241779A true JPH06241779A (ja) | 1994-09-02 |
Family
ID=12356795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5032360A Pending JPH06241779A (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | 微小位置決め装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06241779A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103616532A (zh) * | 2013-11-06 | 2014-03-05 | 中国科学技术大学 | 低回差高重复扫描探针显微镜独立扫描器 |
| US9772394B2 (en) | 2010-04-21 | 2017-09-26 | Faro Technologies, Inc. | Method and apparatus for following an operator and locking onto a retroreflector with a laser tracker |
| US9967545B2 (en) | 2011-04-15 | 2018-05-08 | Faro Technologies, Inc. | System and method of acquiring three-dimensional coordinates using multiple coordinate measurment devices |
| US10119805B2 (en) | 2011-04-15 | 2018-11-06 | Faro Technologies, Inc. | Three-dimensional coordinate scanner and method of operation |
| US10267619B2 (en) | 2011-04-15 | 2019-04-23 | Faro Technologies, Inc. | Three-dimensional coordinate scanner and method of operation |
| US10302413B2 (en) | 2011-04-15 | 2019-05-28 | Faro Technologies, Inc. | Six degree-of-freedom laser tracker that cooperates with a remote sensor |
| CN114799992A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-07-29 | 华中科技大学 | 一种机床用精密y轴位移调节台 |
-
1993
- 1993-02-23 JP JP5032360A patent/JPH06241779A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10209059B2 (en) | 2010-04-21 | 2019-02-19 | Faro Technologies, Inc. | Method and apparatus for following an operator and locking onto a retroreflector with a laser tracker |
| US10480929B2 (en) | 2010-04-21 | 2019-11-19 | Faro Technologies, Inc. | Method and apparatus for following an operator and locking onto a retroreflector with a laser tracker |
| US9772394B2 (en) | 2010-04-21 | 2017-09-26 | Faro Technologies, Inc. | Method and apparatus for following an operator and locking onto a retroreflector with a laser tracker |
| US9885771B2 (en) | 2010-04-21 | 2018-02-06 | Faro Technologies, Inc. | Method and apparatus for following an operator and locking onto a retroreflector with a laser tracker |
| US9885559B2 (en) | 2010-04-21 | 2018-02-06 | Faro Technologies, Inc. | Method and apparatus for following an operator and locking onto a retroreflector with a laser tracker |
| US10119805B2 (en) | 2011-04-15 | 2018-11-06 | Faro Technologies, Inc. | Three-dimensional coordinate scanner and method of operation |
| US9967545B2 (en) | 2011-04-15 | 2018-05-08 | Faro Technologies, Inc. | System and method of acquiring three-dimensional coordinates using multiple coordinate measurment devices |
| US10267619B2 (en) | 2011-04-15 | 2019-04-23 | Faro Technologies, Inc. | Three-dimensional coordinate scanner and method of operation |
| US10302413B2 (en) | 2011-04-15 | 2019-05-28 | Faro Technologies, Inc. | Six degree-of-freedom laser tracker that cooperates with a remote sensor |
| US10578423B2 (en) | 2011-04-15 | 2020-03-03 | Faro Technologies, Inc. | Diagnosing multipath interference and eliminating multipath interference in 3D scanners using projection patterns |
| CN103616532A (zh) * | 2013-11-06 | 2014-03-05 | 中国科学技术大学 | 低回差高重复扫描探针显微镜独立扫描器 |
| CN103616532B (zh) * | 2013-11-06 | 2015-10-28 | 中国科学技术大学 | 低回差高重复扫描探针显微镜独立扫描器 |
| CN114799992A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-07-29 | 华中科技大学 | 一种机床用精密y轴位移调节台 |
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