JPH11136966A

JPH11136966A - 物品用ステージ

Info

Publication number: JPH11136966A
Application number: JP9312930A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Ito; 喜之伊藤
Original assignee: Kanetec KK
Current assignee: Kanetec KK
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 1999-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】高さ寸法の小さい二次元的なステージに
することにある。【解決手段】物品用ステージは、搭載台を支持台に対
し搭載面と平行の面内で互いに交差する第１及び第２の
方向へ移動させる複数の移動手段を含む。少なくとも１
つの移動手段及び少なくとも１つの他の移動手段は、そ
れぞれ、搭載台を第１及び第２の方向に移動させるべく
支持台の側部に組み付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物品を二次元的に
微動させるステージに関し、特に、光学機器に用いる微
動機構として好適なステージに関する。

【０００２】

【従来の技術】光学顕微鏡、光学実験機器等の光学機器
における試料微動機構の１つとして、圧電素子をアクチ
ュエータに用いたステージがある（特開平３−１２９３
１２号公報）。この従来のステージにおいて、アクチュ
エータは、第１のプレートを伸縮手段に組み付け、伸縮
手段を第１のプレートと平行な第２のプレートに移動可
能に配置している。

【０００３】上記従来のステージにおいて、試料を一方
向へ移動させる一次元ステージの場合は１つのアクチュ
エータが用いられ、試料を二次元的に移動させるＸＹス
テージの場合は２つのアクチュエータが用いられる。

【０００４】しかし、上記従来のステージでは、一対の
アクチュエータをそれらの伸縮方向が直角となるように
重ねることによりＸＹステージに組み立てているため、
ステージ自体の高さ寸法が大きくなり、したがって光学
顕微鏡自体のステージと対物レンズとの間に配置するス
テージとしては不向きであり、また光学顕微鏡で必要な
採光を試料の下方から得ることができない。

【０００５】

【解決しようとする課題】高さ寸法の小さい二次元的な
ステージにすることが望まれる。

【０００６】

【解決手段、作用及び効果】本発明の物品用ステージ
は、物品を搭載する搭載面を有する搭載台と、該搭載台
を搭載面と平行の面内で互いに交差する第１及び第２の
方向へ移動可能に受ける支持台と、搭載台を第１又は第
２の方向へ移動させる複数の移動手段とを含む。少なく
とも１つの移動手段及び少なくとも１つの他の移動手段
はそれぞれ搭載台を第１及び第２の方向に移動させるべ
く支持台の側部に組み付けられている。

【０００７】搭載台は、少なくとも１つの移動手段によ
り支持台に対して第１の方向へ移動され、少なくとも１
つの他の移動手段により支持台に対して第２の方向へ移
動される。このため、搭載台は、移動手段により搭載面
と平行な面内で、二次元的に移動される。各移動手段を
搭載台の側部に組み付けると、移動手段と搭載台とを高
さ方向に組み付けた場合に比べ、ステージ全体の高さ寸
法が小さくなる。

【０００８】本発明によれば、少なくとも１つの移動手
段及び少なくとも１つの他の移動手段をそれぞれ搭載台
を第１及び第２の方向に移動させるように支持台の側部
に組み付けたから、搭載台を二次元的に移動可能である
にもかかわらず、ステージの高さ寸法が小さくなる。

【０００９】各移動手段として電気又は磁気により伸縮
する伸縮素子を用いた伸縮手段並びに該伸縮手段に連結
された少なくとも１つの重りを備える伸縮アクチュエー
タを用い、少なくとも１つの伸縮アクチュエータ及び少
なくとも１つの他の伸縮アクチュエータをそれぞれ伸縮
方向を第１及び第２の方向とした状態に支持台の側部に
組み付けることができる。この場合、搭載台は、少なく
とも１つの伸縮アクチュエータ及び少なくとも１つの他
の伸縮アクチュエータの伸縮によりそれぞれ第１及び第
２の方向へ移動される。

【００１０】少なくとも１つの伸縮アクチュエータ及び
少なくとも１つの他の伸縮アクチュエータを伸縮手段の
一端部において支持台の側面に組み付け、また重りを伸
縮手段の他端部に組み付けることができる。

【００１１】各移動手段として、非対称的に一方向へ振
動するリニア振動アクチュエータを用い、少なくとも１
つのリニア振動アクチュエータ及び少なくとも１つの他
のリニア振動アクチュエータをそれらの振動方向をそれ
ぞれ第１及び第２の方向とした状態に支持台の側部に組
み付けることができる。このようにすれば、伸縮素子を
作動させるに必要な電圧に比べ小さい電圧でリニア振動
アクチュエータを作動させることができるから、制御装
置が小型になる。また、一回のストロークが伸縮素子に
比べて著しく大きいから、一回の作動で大きなストロー
クを得ることができる。

【００１２】支持台及び搭載台は、それらを厚さ方向へ
貫通する開口であって互いに連通する開口を中央部に有
することができる。これにより、当該ステージを光学顕
微鏡用の試料ステージに適用したとき、ステージの下方
からそれらの開口を介して採光をすることができる。

【００１３】支持台は搭載台に当接する部位に配置され
た耐摩耗性材料層を有し、搭載台は支持台に当接する部
位に配置された耐摩耗性材料層を有することができる。
これにより、支持台及び搭載台の接触面の摩耗を防止す
ることができるから、搭載台の安定した移動を長期にわ
たって得ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１及び図２を参照するに、物品
用ステージ１０は、物品を搭載する搭載台１２と、搭載
台１２に組み付けられた４組の移動装置１４と、搭載台
１２を二次元的に移動可能に受ける支持台１６とを含
む。

【００１５】搭載台１２は、強磁性材料又は非磁性材料
からなる板材により四角形状に形成されており、また搭
載台１２を厚さ方向へ貫通する開口１８を中央部に有す
る。搭載台１２の上面２０は、試料のような物品を搭載
する搭載面として用いられる。

【００１６】各移動装置１４は、電気又は磁気により少
なくとも一方向へ伸縮する伸縮素子を用いた伸縮アクチ
ュエータ（作動装置）である。伸縮アクチュエータ１４
は、伸縮器２２と、その端部に取り付けられた重り２４
とにより構成されている。図示の例では、２つずつ４組
の伸縮アクチュエータ１４が、搭載台１２をその搭載面
２０内で互いに直行する第１および第２の方向へ移動さ
せるように、搭載台１２の辺に対応して配置されてい
る。

【００１７】伸縮器２２は、電歪素子、磁歪素子のよう
に電気又は磁気により伸縮する複数の伸縮素子をその伸
縮方向に積層した積層体と、それらの素子に電界又は磁
界を作用させる電極又はコイルとを備えたものである。
このような伸縮器２２は、市販されている公知のもので
あり、たとえば特開平３−１２９３１２号公報に記載さ
れている。以下、圧電素子を伸縮素子として用いるもの
として説明する。

【００１８】四角形の対向する２つの辺に配置された２
組４つの振動アクチュエータ１４は、搭載台１２を第１
の方向へ移動させるように、伸縮器２２の伸縮方向を第
１の方向とした状態に伸縮器２２の伸縮方向における一
端面において接着剤のような適宜な手段により搭載台１
２の外側面に組み付けられている。

【００１９】四角形の対向する他の２つの辺に配置され
た他の２組４つの振動アクチュエータ１４は、搭載台１
２を第２の方向へ移動させるように、伸縮器２２の伸縮
方向を第２の方向とした状態に伸縮器２２の伸縮方向に
おける一端面において接着剤のような適宜な手段により
搭載台１２の外側面に組み付けられている。

【００２０】各重り２４は、対応する伸縮器２２の他端
面に組み付けられている。伸縮アクチュエータ１４は、
支持台１６に接触しないように、搭載台１２に支持され
ており、また、共通の制御装置２６により同期して通電
される。

【００２１】支持台１６は、矩形の固定プレート２８を
四角筒状の枠部材３０の下端面に固定した上方開放の箱
の形をしている。補助プレート３６を枠部材３０の上端
面に固定している。固定プレート２８と枠部材３０と
は、接着剤、複数のねじ部材等により固定されている。

【００２２】固定プレート２８は、強磁性材料又は非磁
性材料で製作されており、また固定プレート２８を厚さ
方向に貫通する開口３２を中央部に有する。開口３２
は、搭載台１２の開口１８と共通の軸線を有しており、
また開口１８より大きい。搭載台１２は、その搭載面２
０が枠部材３０からわずかに突出する状態に、滑動可能
に固定プレート２８に受けられている。

【００２３】搭載台１２は支持台１６に当接する面に配
置されたセラミックのような耐摩耗性材料層３４を有し
ており、また、支持台１６は搭載台１２に当接する面に
配置されたセラミックのような耐摩耗性材料層３６を有
する。耐摩耗性材料層３４，３６の当接面は、支持台１
６に対する搭載台１２の移動が円滑となるように、平滑
面とされている。開口１８及び３２は、それぞれ、耐摩
耗性材料層３４及び３６をも貫通する。

【００２４】各伸縮アクチュエータ１４は、図３（Ａ）
又は（Ｃ）に示す電圧が制御装置２６から伸縮器２２の
圧電素子に印加されることにより、図３（Ｂ）又は
（Ｄ）に示すように、伸縮される。

【００２５】図３（Ａ）に示す電圧が圧電素子に印加さ
れると、伸縮器２２は、図３（Ｂ）に示すように急激に
伸びた後、ゆっくりと収縮する。これに対し、図３
（Ｃ）に示す電圧が圧電素子に印加されると、伸縮器２
２は、図３（Ｂ）に示すようにゆっくりと伸びた後、急
激に収縮する。

【００２６】重り２４は、伸縮器２２が急激に伸長また
は収縮するとき急激に変位されるのに対し、伸縮器２２
がゆっくり伸長または収縮するときにゆっくり変位され
る。重り２４を変位させる力が重り２４に作用したと
き、その反力が伸縮器２２に作用する。重り２４が急激
に変位されるときの反力は、重り２４がゆっくり変位さ
れるときの反力より小さい。

【００２７】このため、搭載台１２は、図３（Ａ）に示
す電圧が四角形の共通の辺に配置された１組２つのアク
チュエータ１４の圧電素子に同時に印加されると、両ア
クチュエータ１４の伸縮器２２の伸長時に伸長方向と反
対の側へ移動され、図３（Ｃ）に示す電圧が同じ組の両
アクチュエータ１４の圧電素子に同じ波形の電圧が同時
に印加されると、アクチュエータ１４の伸縮器２２の収
縮時に収縮方向と反対の側へ移動される。

【００２８】上記の結果、ステージ１０においては、図
３（Ａ）又は（Ｂ）に示す電圧を１組２つのアクチュエ
ータ１４の圧電素子に同時に繰り返し印加することによ
り、搭載台１２を両アクチュエータ１４の伸縮方向へ漸
次移動させることができる。

【００２９】同様に、図３（Ａ）に示す電圧を１組２つ
のアクチュエータ１４の圧電素子に同時に印加するとと
もに、図３（Ｃ）に示す電圧を対向する他の１組２つの
アクチュエータ１４の圧電素子に同時に繰り返し印加す
ることにより、搭載台１２をそれらのアクチュエータの
伸縮方向へ漸次移動させることができる。

【００３０】また、図１において、各組のアクチュエー
タ１４のうち、開口１８の軸線の周りにあって周方向に
関して同じ側に配置された各アクチュエータ１４の圧電
素子に図３（Ａ）又は（Ｂ）に示す電圧を繰り返し印加
することにより、搭載台１２を開口１８の軸線の周りに
漸次回転させることができる。

【００３１】同様に、各組のアクチュエータ１４のう
ち、開口１８の軸線の周りにあって周方向に関して同じ
側に配置された各アクチュエータ１４の圧電素子に図３
（Ａ）に示す電圧を繰り返し印加し、他の各アクチュエ
ータ１４の圧電素子に図３（Ｂ）に示す電圧を印加して
も、搭載台１２を開口１８の軸線の周りに漸次回転させ
ることができる。

【００３２】上記のように、搭載台１２及び移動装置
（伸縮アクチュエータ）１４は、図３（Ａ）又は（Ｃ）
に示す電圧がアクチュエータ１４の圧電素子に印加され
たとき、支持台１６に対し二次元的に移動するから、可
動部分３８として作用する。

【００３３】ステージ１０は、各振動アクチュエータ１
４を搭載台１２の側面部に組み付けているから、振動ア
クチュエータ１４と搭載台１２とを高さ方向に組み付け
る必要がなく、したがってステージ１０全体の高さ寸法
が小さい。また、搭載台１２及び支持台１６の当接面の
摩耗が耐摩耗性材料層３４及び３６により防止されるか
ら、安定な移動を長期にわたって得ることができる。さ
らに、ステージ１０を光学顕微鏡用の試料ステージに適
用したとき、ステージ１０の下方から開口１８及び３２
を介して採光をすることができる。

【００３４】図４は、各振動アクチュエータ１４をその
伸縮方向が対応する四角形の辺と平行となるように配置
した可動部分４０の第２の実施例を示す。可動部分４０
は、支持台を除いた部分であり、したがって搭載台１２
及び２つずつ４組の移動装置（伸縮アクチュエータ）１
４からなる。

【００３５】図４に示す実施例も、各組の伸縮アクチュ
エータ１４は、搭載台１２の各辺に対応されている。各
組の両伸縮アクチュエータ１４は、搭載台１２の側面か
ら側方へ突出する突出部４２に伸縮器２２の一端面を対
向させた状態に、接着剤のような適宜な手段により組み
付けられている。

【００３６】図４の実施例において、対向する２組のア
クチュエータ１４のうち、同じ側の２つのアクチュエー
タの圧電素子に図３（Ａ）又は（Ｃ）に示す電圧を繰り
返し印加することにより、搭載台１２をアクチュエータ
１４の伸縮方向へ漸次移動させることができる。

【００３７】同様に、対向する２組の両アクチュエータ
１４のうち、一方の両アクチュエータの圧電素子に図３
（Ａ）に示す電圧を繰り返し印加するとともに、他方の
両アクチュエータの圧電素子に図３（Ｃ）に示す電圧を
繰り返し印加することにより、搭載台１２をアクチュエ
ータ１４の伸縮方向へ漸次移動させることができる。

【００３８】また、図４の実施例においては、各組のア
クチュエータ１４のうち、開口１８の軸線の周りにあっ
て周方向に関して同じ側に配置された各アクチュエータ
１４の圧電素子に図３（Ａ）又は（Ｃ）に示す電圧を繰
り返し印加することにより、搭載台１２を開口１８の軸
線の周りに漸次回転させることができる。

【００３９】同様に、各組のアクチュエータ１４のう
ち、開口１８の軸線の周りにあって周方向に関して同じ
側に配置された各アクチュエータ１４の圧電素子に図３
（Ａ）に示す電圧を繰り返し印加し、他の各アクチュエ
ータ１４の圧電素子に図３（Ｃ）に示す電圧を繰り返し
印加しても、搭載台１２を開口１８の軸線の周りに漸次
回転させることができる。

【００４０】図５は、四角形の各辺に１つの振動アクチ
ュエータ１４をその伸縮方向が対応する辺と直角となる
ように配置した可動部分４４の第３の実施例を示す。図
５に示す実施例において、各伸縮アクチュエータ１４
は、その伸縮器２２の一端面において搭載台１２の外側
面に接着剤のような適宜な手段により組み付けられてい
る。

【００４１】図５の実施例において、対向する２つのア
クチュエータ１４のうち、一方のアクチュエータの圧電
素子に図３（Ａ）又は（Ｃ）に示す電圧を繰り返し印加
することにより、搭載台１２をそのアクチュエータ１４
の伸縮方向へ漸次移動させることができる。

【００４２】同様に、対向する２つのアクチュエータ１
４のうち、一方のアクチュエータの圧電素子に図３
（Ａ）に示す電圧を繰り返し印加するとともに、他方の
アクチュエータの圧電素子に図３（Ｃ）に示す電圧を繰
り返し印加することにより、搭載台１２を両アクチュエ
ータ１４の伸縮方向へ漸次移動させることができる。

【００４３】図６は、リニア振動アクチュエータを各移
動装置として用いた可動部分５０の第４の実施例を示
す。図６に示す例では、４つのリニア振動アクチュエー
タ５２が備えられている。

【００４４】図７に示すように、各移動装置すなわち各
リニア振動アクチュエータ５２は、一対のヨーク５４を
非磁性材料製のスペーサ５６を間にして軸線方向に同軸
的に配置し、コイル５８を各ヨーク５４内に配置し、両
コイル５８を貫通した鉄心すなわち振動子６０を軸線方
向へ往復移動可能に配置している。

【００４５】両ヨーク５４とスペーサ５６とは接着剤の
ような手段により同軸的に結合されており、各コイル５
８は充填材のような手段により対応するヨーク５４に移
動不能に結合されている。振動子６０は、ヨーク５４及
びコイル５８に対し２ｄの長さ範囲にわたって移動可能
である。

【００４６】リニア振動アクチュエータ６２は、図８
（Ｂ）に示す高い電圧を一方のコイル５８に印加し、次
いで図８（Ｃ）に示す低い電圧を他方のコイル５８に印
加することにより、振動子６０を往復移動させることが
できる。振動子６０は、高い電圧がコイルに印加された
とき、そのコイルの側に急激に移動され、低い電圧がコ
イルに印加されたときそのコイルの側にゆっくり移動さ
れる。

【００４７】また、リニア振動アクチュエータ６２は、
同じ電圧を、図８（Ｄ）に示すように長い時間一方のコ
イル５８に印加し、次いで図８（Ｅ）に示すように短い
時間他方のコイル５８に印加することによっても、振動
子６０を一方向へ急激に移動させ、他方へゆっくり移動
させることができる。

【００４８】いずれの場合も、振動子６０が急激に移動
されるときにヨーク５４に作用する反力は、振動子６０
がゆっくり移動されるときときにヨーク５４に作用する
反力より大きい。

【００４９】それゆえに、図８（Ｂ）又は（Ｄ）に示す
電圧を一方のコイルに印加することと、図８（Ｃ）又は
（Ｅ）に示す電圧を他方のコイルに印加することとを繰
り返すことにより、振動子６０を図８（Ａ）に示すよう
に左右非対称に振動させることができる。

【００５０】各リニア振動アクチュエータ５２は、その
振動子の往復移動の方向（振動方向）が四角形の対応す
る辺と平行となる状態に搭載台１２の外面に組み付けら
れる。

【００５１】図６に示す実施例においては、対向する一
対のリニア振動アクチュエータ５２を上記のように繰り
返し作動させることにより搭載台１２を第１の方向に漸
次移動させることができ、対向する他の一対のリニア振
動アクチュエータ５２を上記のように繰り返し作動させ
ることにより搭載台１２を第２の方向に漸次移動させる
ことができる。また、リニア振動アクチュエータ５２の
振動子６０を開口１８の軸線の周りに同じ方向に非対称
に繰り返し振動させることにより、搭載台１２を開口の
軸線の周りに漸次回転させることができる。

【００５２】リニア振動アクチュエータは、一般に、圧
電素子を作動させるに必要な電圧（１００ボルト程度）
に比べ、小さい電圧（１０ボルト以下、数ボルト）で作
動するから、制御装置を小型にすることができる。ま
た、振動子が一回往復移動したときのアクチュエータの
変位量（ストローク）が圧電素子を用いた伸縮器に比べ
て著しく大きいから、一回の作動で大きなストロークを
得ることができる。

【００５３】市販されているリニア振動アクチュエータ
としては図７に示すものが多い。しかし、リニア振動ア
クチュエータとして、コイルに電圧を印加することによ
り図８（Ａ）に示すように左右非対称の振動を発生する
ものであれば、２つのコイルを用いる代わりに永久磁石
とコイルとを用いたアクチュエータのような他のアクチ
ュエータを用いてもよい。

【００５４】本発明は、上記実施例に限定されない、た
とえば、搭載台の下面（支持台側の面）及び支持台の上
面（搭載台側の面）の一方に永久磁石を配置し、他方を
強磁性材料製とすることにより、搭載台と支持台との間
に磁気的吸着力を作用させて、大きな摩擦力を搭載台と
支持台とに発生させるとともに永久磁石を固定手段とし
てもよい。このようにすれば、ステージを水平以外の状
態下においても、重力の作用を受けることなく、可動部
分を支持台に対して移動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のステージの一実施例を示す平面図であ
る。

【図２】図１の２−２線に沿って得た断面図である

【図３】伸縮アクチュエータに供給する電気信号の波形
と伸縮器の伸縮状態を説明するための図である。

【図４】本発明のステージで用いる可動部分の第２の実
施例を示す平面図である。

【図５】可動部分の第３の実施例を示す平面図である。

【図６】可動部分の第４の実施例を示す平面図である。

【図７】図６の第４の実施例で用いるリニア振動アクチ
ュエータの一実施例を示す縦断面図である。

【図８】図７に示すリニア振動アクチュエータに供給す
る電気信号の波形と、振動子の振動状態とを説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１０ステージ１２搭載台１４移動装置（伸縮アクチュエータ）１６支持台１８，３２開口２０搭載面２２伸縮器２４重り２８固定プレート３０枠部材３４，３６耐摩耗性材料層３８，４０，４４，５０可動部分４２固定プレ−トの突出部５２移動装置（リニア振動アクチュエ−タ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物品を搭載する搭載面を有する搭載台
と、該搭載台を前記搭載面と平行の面内で互いに交差す
る第１及び第２の方向へ移動可能に受ける支持台と、前
記搭載台を前記第１又は第２の方向へ移動させる複数の
移動手段とを含み、少なくとも１つの前記移動手段及び
少なくとも１つの他の前記移動手段はそれぞれ前記搭載
台を前記第１及び第２の方向に移動させるべく前記支持
台の側部に組み付けられている、物品用ステージ。
【請求項２】各移動手段は電気又は磁気により伸縮す
る伸縮素子を用いた伸縮手段並びに該伸縮手段に連結さ
れた少なくとも１つの重りを備える伸縮アクチュエータ
であり、少なくとも１つの前記伸縮アクチュエータ及び
少なくとも１つの他の前記伸縮アクチュエータはそれぞ
れ伸縮方向を前記第１及び第２の方向とした状態に前記
支持台の側部に組み付けられている、請求項１に記載の
ステージ。
【請求項３】少なくとも１つの前記伸縮アクチュエー
タ及び少なくとも１つの他の前記伸縮アクチュエータ
は、前記伸縮手段の一端部において前記支持台の側面に
組み付けられており、また前記重りを前記伸縮手段の他
端部に組み付けている、請求項２に記載のステージ。
【請求項４】前記各移動手段は非対称的に一方向へ振
動するリニア振動アクチュエータであり、少なくとも１
つの前記リニア振動アクチュエータ及び少なくとも１つ
の他の前記リニア振動アクチュエータはそれぞれ振動方
向を前記第１及び第２の方向とした状態に前記支持台の
側部に組み付けられている、請求項１に記載のステー
ジ。
【請求項５】前記支持台及び前記搭載台は、それらを
厚さ方向へ貫通する開口であって互いに連通する開口を
中央部に有する、請求項１から４のいずれか１項に記載
のステージ。
【請求項６】前記支持台は前記搭載台に当接する部位
に配置された耐摩耗性材料層を有し、前記搭載台は前記
支持台に当接する部位に配置された耐摩耗性材料層を有
する、請求項１から５のいずれか１項に記載のステー
ジ。