(57)【要約】【課題】  構成成分が少なく、低重量・小体積で、外部ノイズの影響を受けにくい、安価な位置決め装置および方法を提供する。【解決手段】  位置決め装置は、第１の面と、縦軸と、第１の端に位置する第１の端面とを有するチューブ体であり、第１の端面が、第１の面に接して配置されているチューブ体と、第１の端面に沿う第１の方向に、第１の端面の第１の部分（２１１）に沿って伝播する第１の伝播表面波（Ａ１）を、第１の端面に発生させ、かつ、第１の伝播表面波が、第１の端面の第１の部分に沿って伝播している間、第１の端面に沿う第２の方向に、第１の端面の第２の部分（２１２）に沿って伝播する第２の伝播表面波（Ａ２）を、第１の端面に発生させるように構成されている表面波発生手段（１、２、３）であって、第２の方向が、第１の方向に対して逆回りである表面波発生手段とを備えている。第１の面と、第１および第２の伝播表面波との間の相互作用が、第１の面とチューブ体との間の相対的移動を生み出す。【選択図】図１８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と、
縦軸と、第１の端に位置する第１の端面とを有し、前記第１の端面が、前記第１の面に接して配置されているチューブ体と、
前記第１の端面に沿う第１の方向に、前記第１の端面の第１の部分に沿って伝播する第１の伝播表面波を、前記第１の端面に発生させ、かつ、前記第１の伝播表面波が、前記第１の端面の前記第１の部分に沿って伝播している間、前記第１の端面をめぐる第２の方向に、前記第１の端面の第２の部分に沿って伝播する第２の伝播表面波を、前記第１の端面に発生させるように構成され、前記第２の方向は、前記第１の方向に対して逆回りである表面波発生手段、
とを備えてなり、
前記第１の面と、前記第１および前記第２の伝播表面波との間の相互作用により、前記第１の面と前記チューブ体とを相対的移動させるようになっている位置決め装置。
【請求項２】
前記チューブ体は、円環状断面の中空円筒体である、請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記チューブ体は、固体である、請求項１または２に記載の位置決め装置。
【請求項４】
前記チューブ体は、圧電材料を備えており、また、前記表面波発生手段は、複数の電極と、あらかじめ定められたやり方で、前記電極に電圧を印加するように構成されている制御手段とを備えており、前記電極は、前記印加された電圧が、前記圧電材料に印加されて、寸法変化を生み出し、かつ、前記第１および前記第２の伝播表面波を発生させる電界をもたらすように、前記チューブ体に対して配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項５】
前記チューブ体は、圧電材料から成るチューブである、請求項１〜４のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項６】
前記圧電材料は、多結晶である、請求項４または５に記載の位置決め装置。
【請求項７】
前記圧電材料は、前記縦軸に関して半径方向に分極化されている、請求項４〜６のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項８】
前記表面波発生手段は、前記チューブ体の外側表面を囲んで、間隔を置いて配置されている複数の電極を備えている、請求項４〜７のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項９】
前記表面波発生手段は、前記チューブ体の内側表面を囲んで、間隔を置いて配置されている複数の電極を備えている、請求項４〜８のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項１０】
前記表面波発生手段は、前記圧電材料内に寸法変化を生み出して、前記第１および前記第２の伝播表面波を発生させるように、あらかじめ定められた順序で、前記間隔を置いて配置されている電極に電圧を印加するように構成された制御手段を備えている、請求項８または９に記載の位置決め装置。
【請求項１１】
前記間隔を置いて配置されている電極は、前記チューブ体の第１のセクションを囲んで延在している第１の電極グループであって、前記第１の端面の第１の部分が、前記第１のセクションの端面である、第１の電極グループと、前記チューブ体の第２のセクションを囲んで延在している第２の電極グループであって、前記第１の端面の前記第２の部分が、前記第２のセクションの端面である第２の電極グループとを備えている、請求項８〜１０のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項１２】
前記間隔を置いて配置されている電極は、前記チューブ体の第１の縦方向セグメントを囲んで配置されており、この第１の縦方向セグメントは、前記第１の端に接している、請求項８〜１１のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項１３】
前記チューブ体の第２の縦方向セグメントを囲んで配置されている電極のアレイであって、この第２の縦方向セグメントは、前記第１の端に向かって、前記第１の縦方向セグメントの反対側にある電極のアレイと、前記縦軸と直交する少なくとも１つの方向の、前記第１の端面の変位をもたらす、前記圧電材料の寸法変化を生み出すために、前記アレイの前記電極に電圧を印加するように構成されている変位制御手段とをさらに備えてなる、請求項１２に記載の位置決め装置。
【請求項１４】
前記電極のアレイは、前記第２の縦方向セグメントを囲んで、間隔を置いて配置されている４つの電極を備えており、これら４つの電極は、直径方向に対向している第１の対と、直径方向に対向している第２の対とを備えており、前記変位制御手段は、前記縦軸に直角な第１の方向の、前記第１の端面の変位を生み出すために、前記第１の対の前記電極に電圧を印加するように、また、前記縦軸に直角な第２の方向の、前記第１の端面の変位を生み出すために、前記第２の対の前記電極に電圧を印加するように構成されている、請求項１３に記載の位置決め装置。
【請求項１５】
前記第１は、面が平坦である、請求項１〜１４のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項１６】
前記第１および前記第２の伝播波は、前記チューブ体と前記第１の面との間の相対的並進を含む相対的移動を生み出すように、前記第１の面と相互作用するようになっている、請求項１５に記載の位置決め装置。
【請求項１７】
前記第１の面は、球状である、請求項１〜１４のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項１８】
前記第１の面は、円柱状である、請求項１〜１４のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項１９】
前記第１および前記第２の伝播波は、前記縦軸に直角な軸の周りの、前記チューブ体と前記第１の面との間の相対的回転を含む相対的移動を生み出すように、前記第１の面と相互作用するようになっている、請求項１７または１８に記載の位置決め装置。
【請求項２０】
前記第１の端面は、該第１の端面が接する、前記第１の面の部分の形状と一致するように形作られている、請求項１５〜１９のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項２１】
前記第１の端面と前記第１の面とを互いに付勢するようになっている付勢手段をさらに備えてなる、請求項１〜２０のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項２２】
前記第１の面と前記第１の端面とのうちの少なくとも一方は、耐摩耗性材料を備えている、請求項１〜２１のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項２３】
前記第１の面と前記第１の端面とのうちの少なくとも一方は、耐摩耗性材料の塗膜または層を備えている、請求項２２に記載の位置決め装置。
【請求項２４】
前記第１および前記第２の伝播表面波は、レイリータイプの表面波である、請求項１〜２３のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項２５】
前記第１の部分と前記第２の部分とが、いっしょになって、前記第１の端面全体を構成している、請求項１〜２４のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項２６】
前記第１の部分と前記第２の部分とが、いっしょになって、前記第１の端面全体の一部分しか構成していない、請求項１〜２４のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項２７】
前記第１の部分と前記第２の部分とは、直径方向に、互いに対向し合っている、請求項２６に記載の位置決め装置。
【請求項２８】
前記チューブ体によって支持されている物体を備えてなり、前記第１の面は、該支持されている物体の表面である、請求項１〜２７のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項２９】
前記チューブ体を支持しているベースをさらに備えてなる、請求項１〜２８のいずれかに記載の位置決め装置であって、ベースはベース表面を備え、前記チューブ体は、前記チューブ体の第２の端に第２の端面を有し、この第２の端面は、前記ベース表面に接して配置されており、前記表面波発生手段は、さらに、前記第２の端面をめぐる第１の方向に、前記第２の端面の第１の部分に沿って伝播する第３の伝播表面波を前記第２の端面に発生させ、かつ、前記第３の伝播表面波を、前記第２の端面の前記第１の部分に沿って伝播している間、前記第２の端面をめぐる第２の方向に、前記第２の端面の第２の部分に沿って伝播する第４の伝播表面波を、前記第２の端面に発生させるように構成されており、それによって、前記第３および前記第４の伝播表面波が、前記ベースに相対的な前記チューブ体の移動を生み出すように、前記ベース表面と相互作用するようになっている、位置決め装置。
【請求項３０】
前記チューブ体は、圧電材料から成るチューブであり、また、前記表面波発生手段は、前記チューブ体の前記第２の端に接している第３の縦方向セグメントを囲んで配置されている複数の電極と、前記圧電材料に寸法変化を生み出し、かつ、前記第３および前記第４の伝播表面波を発生させるように、あらかじめ定められた順序で、前記第３の縦方向セグメントの電極に電圧を印加するように構成されている制御手段とを備えてなる、請求項２９に記載の位置決め装置。
【請求項３１】
前記第２の端面と前記ベース表面とを互いに付勢するように構成された付勢手段をさらに備えてなる、請求項２９または３０に記載の位置決め装置。
【請求項３２】
前記第２の端面と前記ベース表面とのうちの少なくとも一方は、耐摩耗性材料を備えている、請求項２９〜３１のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項３３】
前記第２の端面および前記ベース表面は平坦であり、前記チューブ体と前記ベースとの間に生み出される前記移動は、前記ベース表面上における前記チューブ体の並進を含んでいる、請求項２９から３２のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項３４】
第１の面とチューブ体との間の相対的移動を生み出す方法であって、前記チューブ体は、縦軸とこのチューブ体の１つの端に位置する端面とを有している方法において、
前記端面を、前記第１の面に接して配置するステップと、
前記端面に第１の伝播表面波を発生させるステップであって、前記第１の伝播表面波が、前記端面に沿う第１の方向に、前記端面の第１の部分に沿って伝播するステップと、
前記第１の伝播表面波が、前記端面の前記第１の部分に沿って伝播している間、前記端面に第２の伝播表面波を発生させるステップであって、前記第２の伝播表面波が、前記端面に沿う第２の方向に、前記端面の第２の部分に沿って伝播し、前記第２の方向は、前記第１の方向に対して逆回りであるステップ、
とを含んでなる方法。
【請求項３５】
前記チューブ体は固体であり、前記第１および前記第２の伝播表面波は、レイリータイプの表面波である、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１の部分と前記第２の部分とは、直径方向に、互いに対向し合っている、請求項３４または３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１の面および前記端面は平坦であり、前記第１および前記第２の伝播表面波は、前記縦軸に対して横向きの方向に、前記第１の面と前記端面との間の相対的並進を生じさせるように、前記第１の面と相互作用するようになっている、請求項３４〜３６のいずれかに記載の方法。
【請求項３８】
前記第１の面は曲面であり、前記第１および前記第２の伝播表面波は、前記縦軸と異なる軸の周りに、前記第１の面と前記端面との間の相対的回転を生じさせるように、前記第１の面と相互作用するようになっている、請求項３４〜３６のいずれかに記載の方法。
【請求項３９】
前記チューブ体は、圧電材料から成るチューブであり、前記第１および前記第２の伝播表面波を発生させる前記ステップは、前記端面の前記第１の部分に近接して、電極の第１のグループを配置するステップと、前記端面の前記第２の部分に近接して、電極の第２のグループを配置するステップと、あらかじめ定められた順序で、前記第１および前記第２のグループの前記電極に電圧を印加するステップとを含んでなる、請求項３４〜３８のいずれかに記載の方法。
【請求項４０】
前記第１の面と前記端面とを互いに付勢する付勢手段を用いるステップをさらに含んでなる、請求項３４〜３９のいずれかに記載の方法。
【請求項４１】
ベースと、
前記ベースに結合され、縦軸に沿って、前記ベースから遠位端まで延在している圧電部材であって、前記遠位端に第１の端面を有する圧電部材と、
前記第１の端面によって支持されている可動部材であって、前記第１の端面に接して配置された第１の面を有する可動部材と、
前記縦軸と平行な方向に、前記ベースに相対的に、前記可動部材の位置調整を与えるために、前記圧電部材を、前記縦軸と平行な方向に、制御された伸長をさせるように構成されている部材移動手段と、
回転軸の周りの、前記可動部材の制御された回転を与えるために、前記圧電部材の前記第１の端面に、少なくとも１つの伝播表面波を発生させるように構成されている部材回転手段、
とを備えてなる位置決め装置。
【請求項４２】
前記部材移動手段は、さらに、前記縦軸に対して横向きの、少なくとも１つの方向に、前記第１の端面の制御された変位を与えるために、前記圧電部材の制御された湾曲を与えるように構成されている、請求項４１に記載の位置決め装置。
【請求項４３】
前記部材移動手段は、前記圧電部材に付けられている複数の電極と、前記部材移動手段の該電極に電圧を印加するように構成されている制御手段とを備えている、請求項４１または４２に記載の位置決め装置。
【請求項４４】
前記部材回転手段は、前記圧電部材に付けられている複数の電極と、前記部材回転手段の該電極に電圧を印加するように構成されている制御手段とを備えている、請求項４１〜４３のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項４５】
前記回転軸は、前記縦軸に対して横向きである、請求項４１〜４４のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項４６】
前記第１の面は、球状である、請求項４１〜４５のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項４７】
前記第１の面は、円柱状である、請求項４１〜４５のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項４８】
前記第１の端面は、この第１の端面が接する、前記第１の面の部分の形状に一致するように形作られている、請求項４１〜４７のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項４９】
前記圧電部材は、圧電材料から成るチューブであり、前記縦軸は、チューブの縦軸である、請求項４１〜４８のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項５０】
前記第１の端面は、実質的に環状である、請求項４９に記載の位置決め装置。
【請求項５１】
前記部材回転手段は、前記第１の端面をめぐる第１の方向に、前記第１の端面の第１の部分に沿って伝播する第１の伝播表面波を、前記第１の端面に発生させ、かつ、前記第１の伝播表面波が、前記第１の端面の前記第１の部分に沿って伝播している間、前記第１の端面をめぐる第２の方向に、前記第１の端面の第２の部分に沿って伝播する第２の伝播表面波を、前記第１の端面に発生させるように構成されており、前記第２の方向は、前記第１の方向に対して逆回りであり、それによって、前記第１の面と、前記第１および前記第２の伝播表面波との間の相互作用が、前記縦軸と異なる軸の周りの前記可動部材の回転を生み出すようになっている、請求項４９または５０に記載の位置決め装置。
【請求項５２】
前記第１および前記第２の伝播表面波は、レイリー・タイプの表面波である、請求項５１に記載の位置決め装置。
【請求項５３】
前記部材回転手段は、前記チューブの第１の縦方向セグメントを囲んで配置されている第１の複数の電極と、前記第１および前記第２の伝播表面波を発生させるために、前記第１の複数の電極に電圧を印加するように構成されている制御手段とを備えており、前記第１の縦方向セグメントは、前記第１の端に接している、請求項５１または５２に記載の位置決め装置。
【請求項５４】
前記部材移動手段は、前記チューブの第２の縦方向セグメントを囲んで配置されている第２の複数の電極と、前記チューブの制御された湾曲を与えるために、前記第２の複数の電極に電圧を印加するように構成されている制御手段とを備えており、前記第２の縦方向セグメントは、前記第１の端面に向かって、前記第１の縦方向セグメントの反対側にある、請求項５３に記載の位置決め装置。
【請求項５５】
前記第２の複数の電極および制御手段は、前記縦軸に対して横向きの、２つの互いに直交し合う方向に、前記第１の端面を、制御された変位をさせるように構成されている、請求項５４に記載の位置決め装置。
【請求項５６】
前記チューブは、前記遠位端の反対側の第２の端と、第２の端にある第２の端面とを有し、この第２の端面は、前記ベースの表面に接して配置されている、請求項４９〜５５のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項５７】
前記第２の端面をめぐる第１の方向に、前記第２の端面の第１の部分に沿って伝播する第３の伝播表面波を、前記第２の端面に発生させ、かつ、前記第３の伝播表面波が、前記第２の端面の前記第１の部分に沿って伝播している間、前記第２の端面をめぐる第２の方向に、前記第２の端面の第２の部分に沿って伝播する第４の伝播表面波を、前記第２の端面に発生させるように構成されているチューブ並進手段をさらに備えてなり、それによって、前記ベース表面と、前記第３および前記第４の伝播表面波との間の相互作用により、前記ベース表面上における前記チューブの並進を生み出すようになっている、請求項５６に記載の位置決め装置。
【請求項５８】
前記ベース表面および前記第２の端面が平坦である、請求項５７に記載の位置決め装置。
【請求項５９】
前記チューブ並進手段は、前記チューブの第３の縦方向セグメントを囲んで配置されている第３の複数の電極と、前記第３および前記第４の伝播表面波を発生させるために、前記第３の複数の電極に電圧を印加するように構成されている制御手段とを備えており、前記第３の縦方向セグメントは、前記第２の端面に接している、請求項５７または５８に記載の位置決め装置。
【請求項６０】
前記第２の端面を、前記ベース表面に対して付勢するように構成されている付勢手段をさらに備えてなる、請求項５６〜５９のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項６１】
前記ベース表面と前記第２の端面とのうちの少なくとも一方は、耐摩耗性材料を備えている、請求項５６〜６０のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項６２】
前記第１の端面を、前記第１の面に対して付勢するように構成されている付勢手段をさらに備えている、請求項４１〜６１のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項６３】
前記第１の面と前記第１の端面とのうちの少なくとも一方は、耐摩耗性材料を備えている、請求項４１〜６２のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項６４】
前記可動部材は、プローブを備えている、請求項４１〜６３のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項６５】
前記可動部材は、ミラーを備えている、請求項４１〜６４のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項６６】
前記可動部材は、サンプルを搭載するための搭載手段を備えている、請求項４１〜６５のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項６７】
ベースに対して、可動部材を位置決めする方法であって、
前記ベースに結合され、縦軸に沿って、前記ベースから遠位端まで延在し、この遠位端に、第１の端面を有する圧電部材を用意するステップと、
前記第１の端面に接している第１の面を有する前記可動部材を、前記第１の端面上に支持するステップと、
前記ベースに相対的に、前記縦軸に平行な方向の、前記可動部材の位置調整を与えるために、前記圧電部材を、前記縦軸に平行な方向に、制御された伸長をさせるステップと、
回転軸の周りの前記可動部材の制御された回転を与えるために、前記圧電部材の前記第１の端面に、少なくとも１つの伝播表面波を発生させるステップ、
とを含んでなる方法。
【請求項６８】
前記圧電部材は、圧電材料から成るチューブであり、前記第１の面は、曲面であり、前記発生させるステップは、前記縦軸と異なる軸の周りに、前記可動部材を回転させるために、前記第１の端面をめぐって、互いに逆回りの方向に同時に伝播する２つの伝播表面波を、前記第１の端面のそれぞれの部分に沿って発生させるステップを含んでいる、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
前記チューブは、第２の端、および、この第２の端に位置する第２の端面を有し、前記圧電部材を用意する前記ステップは、前記第２の端面を、前記ベースの表面に接して配置するステップを含んでいる、請求項６８に記載の方法であって、前記ベース表面上において、前記チューブを並進させるために、前記第２の端面をめぐって、互いに逆回りの方向に同時に伝播する２つの伝播表面波を、前記第２の端面のそれぞれの部分に沿って発生させるステップをさらに含んでなる方法。
【請求項７０】
前記縦軸に対して横向きの、少なくとも１つの方向に、前記第１の端面の移動を与えるために、前記チューブを湾曲させるステップをさらに含んでなる、請求項６８または６９に記載の方法。
【請求項７１】
第１の面と、縦軸および端面を持つ、圧電材料から成るチューブとの間の相対的移動を生み出す方法であって、
複数の電極を、前記チューブ上に設けるステップと、
前記第１の面を、前記端面に接して配置するステップと、
前記端面を変形させて、前記第１の面と前記チューブとの間の相対的移動を生み出すように、前記電極を励起するステップであって、
前記相対的移動は、並進と、前記チューブの前記縦軸と異なる軸の周りの回転とのうちの少なくとも一方を有するステップとを含んでなる方法。
【請求項７２】
ベースと、
前記ベースに結合されている圧電体と、
前記圧電体の表面に接して配置されている第１の面を持つ可動部材と、
前記可動部材によって支えられているプローブと、
前記圧電体の表面に、少なくとも１つの伝播表面波を発生させるように構成されている表面波発生システムであって、前記少なくとも１つの伝播表面波が、前記可動部材と前記圧電体との間の相対的移動を生み出して、前記ベースと相対的な、前記プローブの位置制御を行うように、前記可動部材と相互作用する表面波発生システム、
とを備えてなる位置決め装置。
【請求項７３】
前記圧電体に制御された歪みを与えて、前記ベースに相対的な、前記プローブのさらなる位置制御を与えるために、前記圧電体に電界を印加するように構成されている歪み制御システムをさらに備えてなる、請求項７２に記載の装置。
【請求項７４】
前記圧電体は、チューブ状である、請求項７２または７３に記載の装置。
【請求項７５】
前記表面波発生システムは、少なくとも１つの伝播表面波を発生させて、前記ベースに向かう、および、前記ベースから離れる、前記圧電体の制御された並進を与えるように動作可能であるように、前記圧電体の前記表面が構成されている、請求項７２〜７４のいずれかに記載の装置。
【請求項７６】
前記圧電体はスロットを備えており、前記可動部材は、前記スロット内に受け止めされており、前記圧電体の表面は、前記スロットの側面である、請求項７２〜７５のいずれかに記載の装置。
【請求項７７】
前記圧電体の表面は、環状の端面である、請求項７４に記載の装置。
【請求項７８】
前記圧電体は、さらに、前記ベースの表面に接して配置されているベース面を備えており、前記表面波発生システムは、さらに、前記ベース面に、前記ベースと相互作用する少なくとも１つの伝播表面波を発生させて、前記圧電体と前記ベースとの間の相対的移動を生み出すように構成されている、請求項７２〜７７のいずれかに記載の装置。
【請求項７９】
前記第１の面と前記圧電体の前記表面とを互いに付勢するように構成されている付勢手段を、さらに備えてなる、請求項７２〜７８のいずれかに記載の装置。
【請求項８０】
前記圧電体と前記ベースとを互いに付勢するように構成されている付勢手段を、さらに備えてなる、請求項７２〜７９のいずれかに記載の装置。
【請求項８１】
前記可動部材は、複数のプローブを支えている、請求項７２〜８０のいずれかに記載の装置。
【請求項８２】
可動部材の、互いに独立した、相対的に精細な位置制御と、相対的に粗い位置制御とを供給する方法であって、
前記可動部材を、圧電材料から成る物体に結合させるステップと、前記物体に制御された歪みを与えて、前記可動部材の相対的に精細な位置制御を与えるように、前記物体に電界を印加するステップと、
前記可動部材の表面を、圧電材料から成る物体の表面に接して配置するステップと、前記圧電材料から成る物体の前記表面に、少なくとも１つの伝播表面波を発生させるステップであって、前記少なくとも１つの伝播表面波が、前記両表面間の相対的移動を生み出して、前記可動部材の相対的に粗い位置制御を与えるように、前記可動部材と相互作用するステップ、
とを含んでなる方法。
【請求項８３】
前記相対的に粗い位置制御、および、前記相対的に精細な位置制御を供給するために、共通の圧電体が用いられる、請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
前記共通の圧電体で、前記可動部材を支持するステップを含んでなる、請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】
ベースと、
前記ベースに結合されている圧電部材と、
前記圧電部材によって支持されている可動部材であって、前記圧電部材の表面に接して配置された第１の表面を有する可動部材と、
前記圧電部材に制御された歪みを与えて、前記ベースに相対的な、前記可動部材の相対的に精細な位置制御を与えるために、前記圧電部材に電界を印加するように構成されている歪み制御システムと、
前記両表面間の相対的移動を生み出し、それによって、前記ベースに相対的な、前記可動部材の相対的に粗い位置制御を与えるために、前記圧電部材の前記表面に、前記可動部材と相互作用する、少なくとも１つの伝播表面波を発生させるように構成されている表面波発生システム、
とを備えてなる位置決め装置。
【請求項８６】
前記圧電部材は、さらに、前記ベースの表面に接して配置されているベース面を備えており、前記表面波発生システムは、さらに、前記ベース面に、前記ベースと相互作用する少なくとも１つの伝播表面波を発生させて、前記圧電部材と前記ベースとの間の相対的移動を生み出すように構成されている、請求項８５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の位置決めを行うための装置および方法、詳細には、限定するものではないが、ナノメートルスケールで、または、それよりもさらに精細に、物体の精密な位置決めを行うための装置および方法に関するものである。この位置決め装置および方法を、マニピュレーション装置および方法として呼ぶこともある。
【背景技術】
【０００２】
種々様々の応用面において、何らかの他の物体または基準面に対して、物体の精密な位置制御を行う必要性に遭遇することがある。これらの応用には、ナノメートルスケール、または、それよりもさらに精細である微細スケールにより、精密な位置制御を行うことが望ましい。
【０００３】
精細な位置制御を必要とする例には、記憶媒体に対する読み出し／書き込みヘッドの位置決め、サンプルおよびサンプル表面に対する顕微鏡プローブまたはチップの位置決め、顕微鏡検査または処理のためのサンプルの位置決め、および、単一生体細胞または微細な細胞群を操るか、または、処置するためのツールの操作が含まれる。印加電界に応答して、材料がわずかに寸法変化を起こすことを利用して、位置決め装置およびマニピュレーション装置に圧電材料を用いることが知られている。
【０００４】
多くの応用例において、相対的に広い範囲の全長移動（例えば、センチメートルスケールの)と、その範囲内での、より精細な位置制御（例えば、マイクロメートルスケールまたはナノメートルスケールの解像度、または、より優れた解像度）と、の両方を与えることができる位置決めシステムを持つことが望ましい。
【０００５】
このような位置決めシステムの１つの公知のタイプが、図１に示されている。この装置は、３つの圧電並進器のスタック（積み重なった層）を有しており、各並進器は、一種のリニアモータと見なすことができ、ベース部材と、１自由度を有する可動部材とを備えている。３つの直交方向（図における名目Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）のうちの１つの方向に沿って、この可動部材に、「粗い」移動（この例においては、粗い移動は、１ミクロンから１センチメートルの範囲の移動と見なされている）を与えるように、各並進器を制御可能である。
【０００６】
この移動（すなわち、１次元の並進）は、「スリップ−スティック」として一般に知られている手法を用いて実現される。スリップ−スティック手法においては、ベースは、圧電部材を有し、可動部材の表面が、適切なクランプ手段によって、圧電部材の表面上にクランプされる。このクランプ手段は、摩擦力を調整するように調整可能であってもよい。圧電部材は、適切な制御電圧によって、その可動部材と接している表面が、目指している並進方向に沿って、のこぎり歯状の振動を行う。すなわち、目指している並進方向に、一連の緩やかな移動を、合間に、反対方向への急速な移動を伴いながら、受けるように制御される。このとき、クランプ力が、適切に設定されていれば、緩やかな移動中、２つの表面が「スティックして（ぴったりとはりついて離れず）」、可動部材が移動するが、急速な移動中には、スリップが生じて、可動部材は、移動しない。したがって、一方向におけるスリップと、反対方向におけるスティッキングを起こす、非対称な振動によって、可動部材の並進がもたらされる。したがって、スリップ-スティック・サイクルの各「スティック」部分の比較的小さな並進から、インクリメンタルに、大きな並進を構築することができる。
【０００７】
図１において、１番目の並進器、すなわち、ステージＸＣは、その可動部材のＸ方向の粗い移動制御を可能にする。２番目の並進器ＹＣは、そのベースを、１番目のステージの可動部材上に搭載されており、自身の可動部材の、Ｙ方向の、独立した粗い移動制御を可能にする。同様に、３番目のステージＺＣは、２番目のステージ上に搭載されており、粗いＺ方向の移動制御を可能にする。したがって、３番目の並進器のベースと可動部との間の界面は、垂直であり、この垂直な界面のため、図示の装置においては、３番目のステージによって支えられる、任意の構造物の重量が制限されるという欠点がある。
【０００８】
３つの、積み重ねられた並進器で実現できる粗いＸ、Ｙ、Ｚ制御に加えて、精細な位置制御を実現するために、最後の並進器ＺＣは、１ナノメートルスケール〜１ミクロンスケールの精細な移動のためのデバイスを支えている。この精細な移動デバイスは、３自由度の移動（ＸＹＺファイン）が可能な圧電チューブである。そのチューブは、図８に示されているような（同じ目的のために、すなわち、３方向の精細な位置制御を可能にするために、本発明の実施形態における使用にも適している）電極構成を備えていることが知られている。
【０００９】
このような構成において、チューブは、外側と内側とに電極を持ち、外側電極は、チューブ上に、４つの独立に駆動可能なセクタを形成するようにセグメント化されている。Ｚ方向の精細な移動制御は、内側電極に相対的に、外側電極に共通に印加される電圧を制御して、チューブの縦方向の伸長または収縮を生じさせることによって実現することができる。Ｘ方向の、チューブの上端面の精細な移動は、外側電極のうちの相対向する１対の電極間に、電位差を印加する（その結果、縦軸に関して、１つの電極下の材料が伸長し、対向する電極下の材料が収縮するために、チューブが曲がる）ことによって実現することができる。同様に、Ｙ方向の、端面の精細な変位制御を生じさせるために、外側電極のうちの他方の対の電極間に差動電圧を印加することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
３つの粗い並進器、および１つの圧電チューブを備えた、図１の構成は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の精細な移動制御と粗い移動制御との両方を可能にするが、それに伴う、いくつかの欠点がある。例えば、構成成分が多数であることは、ユニットを高価なものにし、そして、何らかの故障が生じる確率を増大させる。第２に、そのアセンブリは、相対的に大きなサイズおよび質量を有し、それは、低温での位置決め、または、操作を必要とするいくつかの応用面において、冷却問題を引き起こす場合がある。
【００１１】
サイズが大きいということは、それに相応する大きな体積を冷やし、そして、低温に保たなければならないということを意味し、質量が大きいということは、位置決め装置を、所望の温度まで低下させるために、相対的に大きな熱量を取り除かなければならないということを意味する。質量が大きいということは、さらに、ある１つの安定した温度から、別の所望の安定した温度への変化が、ゆっくりとしか実現することができないということを意味する。
【００１２】
さらに、チューブが３つの並進器のスタック上にあるという構成により、極めて外部振動の影響を受けやすい。また相対的に大きなサイズは、その構成が、機械的（音響的）ノイズへの感受性を示すという結果をもたらす。さらに、この相対的に大きな全体サイズによって、マニピュレータのアクセスのしやすさが制限され、また、マニピュレータに対する熱印加が制限されるから、熱ドリフトも問題になる。
【００１３】
したがって、本発明のいくつかの実施形態の１つの目的は、従来技術に伴う上述の問題の少なくとも１つを取り除くか、または、軽減する位置決め装置（この用語は、マニピュレータを含むものである）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の態様によれば、
第１の面と、
縦軸と、第１の端に位置する第１の端面とを有し、第１の端面が、第１の面に接して配置されているチューブ体と、
第１の端面に沿う第１の方向に、第１の端面の第１の部分に沿って伝播する第１の伝播表面波を、第１の端面に発生させ、かつ、第１の伝播表面波が、第１の端面の第１の部分に沿って伝播している間、第１の端面をめぐる第２の方向に、第１の端面の第２の部分に沿って伝播する第２の伝播表面波を、第１の端面に発生させるように構成され、前記第２の方向は、第１の方向に対して逆回りである表面波発生手段、
とを備えてなり、
第１の面と、第１および第２の伝播表面波との間の相互作用により、第１の面とチューブ体とを相対的移動させるようになっている、位置決め装置が提供される。
【００１５】
第１の面の形状に依存して、２つの伝播波と第１の面との間の相互作用によって生み出される相対的移動は、縦軸に対して横向きの方向の並進、または、縦軸と異なる軸の周りの回転（例えば、縦軸に直交する軸の周りの回転）を含むことがある。互いに逆回りに伝播する表面波を発生させ続けることによって、継続的な並進、または、横軸の周りの継続的な回転を実現することができる。
【００１６】
したがって、この位置決め装置は、単独のチューブ体で、すなわち、そのチューブ体を、さらなる１つ以上の粗い位置決めステージ上に搭載することを必要とすることなく、大スケールの（粗い）位置決めに適した、大きな並進移動、および、横軸の周りに大きな回転をさせることができるという利点を備えている。
【００１７】
いくつかの好適な実施形態において、チューブ体は、圧電材料から成るチューブであり、また、表面波は、適切に配置された電極への制御電圧の印加によって発生する。これらの実施形態は、粗い位置決めを生み出すように、圧電チューブを制御可能であり、それを、精細な制御を実現するための公知のチューブの使用と合わせることができるという利点を備えている。
【００１８】
圧電チューブは、いくつかの応用例においては好適であるが、本発明のこの第１の態様は、そのような材料に限定されない。例えば、代替実施形態において、チューブは、磁歪材料であってもよく、その場合には、波発生システムは、適切な磁界の印加のための手段を含んでいる。しかしながら、圧電材料と磁歪材料とは、単なる例にすぎず、一般に、波発生システムが、必要な表面波を発生させることができるのであれば、チューブは、いかなる構成または構造であってもよい。
【００１９】
表面波発生手段は、端面変形手段、表面波発生装置、または、表面波発生システムとして記述されることもある。第１および第２の部分は、第１および第２のセグメントとして記述されることもあり、また、チューブ体は、チューブ部材と呼ばれることもある。第１および第２の伝播表面波は、伝播変形波として記述されることもある。
【００２０】
波が端面に沿って伝播しているときの端面の変形には、少なくとも、縦軸と平行な方向の変形、すなわち、波の伝播方向に対して横向きの変形または変位（この変形は、そのまま、適切に形作られた第１の面を移動させるために用いることができる）が含まれる。いくつかの好適な実施形態において、この変形には、さらに、伝播方向に対して縦方向の変形が含まれる。循環経路（例えば楕円経路）をたどる、面上の複数の点に帰着する伝播表面波を発生させることによって、チューブの端面は、平坦な第１の面に対してさえ、摩擦駆動を与えることができる。
【００２１】
チューブ体は、チューブ状であるから、第１の端面は、一般に、環状であり、平坦面であってもよく、または、例えば、円錐面、円柱面、または、球面の一断片であってもよい。一般に、第１の端面は、チューブ体から見て、縦軸に沿って外方を向いている。
【００２２】
いくつかの好適な実施形態において、チューブ体は、円環断面の中空円筒であるが、それに代わる断面形状のチューブであってもよい。
【００２３】
チューブ体は、固体であるのが好ましく、また、上述のように、圧電材料を備えていてもよい。その圧電材料は、多結晶であってもよい。その場合には、その材料に電界を印加して、寸法変化を生み出し、そして、第１および第２の伝播表面波を発生させてもよい。
【００２４】
いくつかの実施形態においては、チューブは、完全に圧電材料からできているが、代替実施形態においては、複合材料、または、材料の組み合わせにより、チューブを形成することもある。
【００２５】
圧電チューブを使用する実施形態において、表面波発生手段は、チューブ体の外側表面または内側表面を囲んで、円周方向に間隔を置いて配置された複数の電極を備えていてもよい。この場合には、波発生手段は、通常、さらに、圧電材料に寸法変化を生み出して（言い換えると、その材料に歪みを生じさせて）、第１の端面に第１および第２の伝播表面波を発生させるために、あらかじめ定められたやり方（例えば、あらかじめ定められた順序）で、間隔を置いて配置されている電極に、電圧を印加するように構成されている制御手段を備えている。
【００２６】
間隔を置いて配置されている電極は、チューブ体の第１のセクション（セグメント）を囲んで延在している第１の電極グループであり、第１の端面の第１の部分が、第１のセクションの端面である第１の電極グループと、チューブ体の第２のセクション（セグメント）を囲んで延在している第２の電極グループであって、第１の端面の第２の部分が第２のセクションの端面である第２の電極グループとを備えているのがよい。したがって、波発生のための電極は、２つの波が発生する表面の両部分に近接して位置していてもよい。第１の端における波発生のためのこの電極は、チューブ体の第１の端部縦方向セグメントに制限されていてもよい。
【００２７】
いくつかの好適な実施形態において、間隔を置いて配置されている電極は、チューブ体の外側表面または内側表面に直接設けられている。
【００２８】
この装置は、さらに、チューブ体の第２の縦方向セグメントを囲んで配置されている電極のアレイであって、第２の縦方向セグメントが、第１の端に向かって、第１の縦方向セグメントの反対側にある電極のアレイと、縦軸に直角な少なくとも１つの方向の、第１の端面の変位をもたらす、圧電材料の寸法変化を生み出すために、アレイの電極に電圧を印加するように構成されている変位制御手段とを備えていてもよい。
【００２９】
言い換えると、第２の縦方向セグメント上の電極のアレイは、チューブに制御された湾曲を生じさせるために用いることができる。この電極のアレイは、いくつかの好適な実施形態において、４つの電極を備えており、それら４つの電極は、第２の縦方向セグメントを囲んで間隔を置いて配置されており、かつ、第１の、直径方向に対向している対と、第２の、直径方向に対向している対とを備えている。
【００３０】
変位制御手段は、縦軸に直角な第１の方向の、第１の端面の変位を生み出すために、第１の対の電極に電圧を印加するように、また、縦軸に直角な第２の方向の、第１の端面の変位を生み出すために、第２の対の電極に電圧を印加するように構成されている。
【００３１】
湾曲を生じさせるために、第２の縦方向セグメントの電極を用いることに加えて、または、その一代替例として、第２の縦方向セグメントの全電極に一斉に印加される電圧を用いて、縦軸と平行な方向の変位（端面の）を生み出させてもよい。
【００３２】
いくつかの実施形態において、縦軸と平行な方向の変位を生み出すために、単独の円環状電極が用いられる。例えば、１対の円環状電極を、チューブ体の１つの縦方向セクションの内側表面と外側表面の上に、それぞれ配置してもよく（図２、図３および図５１を参照して、以下に記述されるように）、縦軸に沿った伸長／収縮を制御するために、これらの内側電極「リング」と外側電極「リング」との間に、差動電圧を印加してもよい。
【００３３】
いくつかの実施形態において、第１の面は平坦であり、第１および第２の伝播波は、チューブ体と第１の面との間の相対的並進を含む相対的移動を生み出すように、第１の面と相互作用するようになっている。
【００３４】
それに代えて、第１の面は、球状または円柱状であってもよく、第１および第２の伝播波は、縦軸に直交する軸の周りの、チューブ体と第１の面との間の相対的回転を含む相対的移動を生み出すように、第１の面と相互作用してもよい。
【００３５】
第１の端面は、第１の端面が接する第１の面の部分の形状と一致するように形作られているのが好ましい。言い換えると、第１の端面は、第１の面に対する座部となるように形作られる。第１の端面は、第１の面にぴったりと合うように形作られる。
【００３６】
いくつかの実施形態において、表面のうちの少なくとも一つが、くず及び汚染物質を取り込むための表面パターンを備えている。いくつかの実施形態においては、そのパターンは、溝を備えている。表面に十分多数の接触点がある限り、パターンは、デバイスの性能に影響を与えない。いくつかの実施形態において、円周の溝の数は、円周を囲む電極の数の倍数である。
【００３７】
この装置は、第１の端面と第１の面とを互いに付勢するように構成された付勢手段をさらに備えていると有利である。したがって、そのような配置においては、第１の面とチューブとを、重力がそれらを互いに付勢するように配置する必要は必ずしもない。付勢手段を用いることによって、第１の面とチューブを、様々な向きで結合させることができる。
【００３８】
１つの極端な例として、チューブを、第１の面から吊してもよい。付勢手段は、種々の形態をとってもよく、例えば、１つ以上のばね、真空吸引手段、または、磁石を含んでいてもよい。
【００３９】
いくつかの好適な実施形態において、第１の面と第１の端面とのうちの少なくとも一方は、耐摩耗性材料を備えている。例えば、第１の面と第１の端面とのうちの一方または両方が、耐摩耗性材料の塗膜または層を備えていてもよい。
【００４０】
第１および第２の伝播表面波は、レイリー表面波、またはレイリー・タイプの表面波のように、波が通過するときに、表面上の点が楕円運動を受ける表面波であるのが好ましい。
【００４１】
いくつかの実施形態において、第１の部分と第２の部分とが、いっしょになって、第１の端面全体を構成している。しかしながら、代替実施形態においては、第１の部分と第２の部分とが、いっしょになって、第１の端面全体の一部分しか構成していない。そのような例においては、端面の残りの部分は、無制御であってもよく、または、それに代えて、この装置は、端面の他の１つ以上の部分に、さらなる１つ以上の表面波を発生させるように、さらに構成されていてもよい。
【００４２】
例えば、第１の部分と第２の部分は、直径方向に対向し合っていてもよく、そして、この装置は、第１の端面の、さらなる一対の直径方向に対向し合っている部分に、さらなる１対の互いに逆回りに伝播する表面波を発生させるための手段を含んでいてもよい。その場合には、第１および第２の表面波を、例えばＸ方向の並進を発生させるために用い、そして、さらなる波を、Ｙ方向の並進を発生させるために用いてもよい。
【００４３】
いくつかの好適な実施形態において、第１の面は、チューブによって支持されている物体の表面である。その場合には、この装置は、さらに、チューブ体を支持するベースを備えていてもよい。ベースは、ベース表面を備えており、チューブ体は、その第２の端に第２の端面を有しており、第２の端面は、ベース表面に接して配置されている。その場合には、表面波発生手段は、さらに、第２の端面をめぐる第１の方向に、第２の端面の第１の部分に沿って伝播する第３の伝播表面波を、第２の端面に発生させ、かつ、第３の伝播表面波が、第２の端面の第１の部分に沿って伝播している間、第２の端面をめぐる第２の方向に、第２の端面の第２の部分に沿って伝播する第４の伝播表面波を、第２の端面に発生させるように構成されており、それによって、第３および第４の伝播表面波が、ベースに相対的なチューブ体の移動を生み出すようにベース表面と相互作用する。
【００４４】
これを実現するために、いくつかの実施形態において、チューブ体は、圧電材料から成るチューブであり、また、表面波発生手段は、チューブ体の第３の縦方向セグメントを囲んで配置されている複数の電極を備えている。第３の縦方向セグメントは、第２の端に接しており、制御手段は、圧電材料に寸法変化を生み出し、第３および第４の伝播表面波を発生させるために、あらかじめ定められた順序で、第３の縦方向セグメントの電極に電圧を印加するように構成されている。
【００４５】
したがって、チューブの各端に、移動を生み出すための手段が設けられている。一方の端において、被支持体を並進または回転させるための表面波を発生させてもよい。また、反対側の端において、支持面上でチューブを並進させるための表面波を発生させてもよい。
【００４６】
位置決め装置は、さらに、第２の端面とベース表面とを互いに付勢するように構成された付勢手段を、例えば、それらをしっかりと結合させておくために、または、様々な向きでの装置の使用を可能にするために、備えているのが好ましい。
【００４７】
この場合にも、第２の端面とベース表面とのうちの少なくとも一方は、耐摩耗性材料を備えているのが好ましい。
【００４８】
いくつかの実施形態において、第２の端面およびベース表面は平坦であり、チューブ体とベースとの間に生み出される移動は、ベース表面上におけるチューブ体の並進を備えている。
【００４９】
本発明の第２の態様によれば、第１の面とチューブ体との間の相対的移動を生み出す方法であって、前記チューブ体は、縦軸とチューブ体の１つの端に位置する端面とを有している方法において、
端面を、第１の面に接して配置するステップと、
端面に第１の伝播表面波を発生させるステップであって、第１の伝播表面波が、端面に沿う第１の方向に、端面の第１の部分に沿って伝播するステップと、
第１の伝播表面波が、端面の第１の部分に沿って伝播している間、端面に第２の伝播表面波を発生させるステップであって、第２の伝播表面波が、端面に沿う第２の方向に、端面の第２の部分に沿って伝播し、第２の方向は、第１の方向に対して逆回りであるステップ、
とを含んでなる方法が提供される。
【００５０】
第１の面および端面は、平坦であって、第１の面と端面との間の相対的並進を生じさせてもよく、または、第１の面が曲面であって、縦軸と異なる軸の周りに、第１の面と端面との間の相対的回転を生じさせてもよい。
【００５１】
チューブ体は、圧電材料から成るチューブであり、第１および第２の伝播表面波を発生させるステップは、端面の第１の部分に近接して、電極の第１のグループを配置するステップと、端面の第２の部分に近接して、電極の第２のグループを配置するステップと、あらかじめ定められた順序で、第１および第２のグループの電極に電圧を印加するステップとを含んでいるのが好ましい。
【００５２】
本発明のさらなる一態様によれば、
ベースと、
ベースに結合され、縦軸に沿って、ベースから遠位端まで延在している圧電部材であって、遠位端に第１の端面を有する圧電部材と、
第１の端面によって支持されている可動部材であって、第１の端面に接して配置された第１の面を有する可動部材と、
縦軸と平行な方向に、ベースに相対的に、可動部材の位置調整を与えるために、縦軸と平行な方向に、圧電部材を制御された伸長をさせるように構成されている部材移動手段と、
回転軸の周りの、可動部材の制御された回転を与えるために、圧電部材の第１の端面に、少なくとも１つの伝播表面波を発生させるように構成されている部材回転手段、
とを備えてなる位置決め装置が提供される。
【００５３】
この場合にも、その伝播表面波または各伝播表面波は、伝播変形波として記述されることもある。部材移動手段は、部材移動システムとして記述されることもあり、また、部材回転手段は、部材回転システムとして記述されることもある。圧電部材は、可動部材を支持している。
【００５４】
部材移動手段は、さらに、圧電部材の制御された湾曲または伸長させるように構成されているのが好ましい。その場合には、部材移動手段は、縦軸に対して横向きの、少なくとも１つの方向へ、第１の端面を制御して変位をさせることができる。
【００５５】
部材移動手段は、圧電部材に付けられている複数の電極と、部材移動手段の電極に電圧を印加するように構成されている制御手段とを備えているのがよい。同様に、部材回転手段は、圧電部材に付けられている複数の電極と、部材回転手段の電極に電圧を印加するように構成されている制御手段とを備えているのがよい。
【００５６】
いくつかの好適な実施形態において、回転軸は、縦軸に対して横向きであり、第１の面は、球状または円柱状である。
【００５７】
いくつかの例において、圧電部材は、圧電材料から成るチューブであり、また、第１の端面は、実質的に環状である。その場合には、部材回転手段は、第１の端面に沿う第１の方向に、第１の端面の第１の部分に沿って伝播する第１の伝播表面波を、第１の端面に発生させ、かつ、第１の伝播表面波が、第１の端面の第１の部分に沿って伝播している間、第１の端面に沿う第２の方向に、第１の端面の第２の部分に沿って伝播する第２の伝播表面波を、第１の端面に発生させるように構成されており、第２の方向は、第１の方向に対して逆回りであり、それによって、第１の面と、第１および第２の伝播表面波との間の相互作用が、縦軸と異なる軸の周りの可動部材の回転を生み出すようになっているのが好ましい。
【００５８】
部材回転手段は、チューブの第１の縦方向セグメントを囲んで配置されている第１の複数の電極と、第１および第２の伝播表面波を発生させるために、第１の複数の電極に電圧を印加するように構成されている制御手段とを備えているのがよく、第１の縦方向セグメントは、第１の端に接している。部材移動手段は、チューブの第２の縦方向セグメントを囲んで配置されている第２の複数の電極と、チューブの制御された湾曲を与えるために、第２の複数の電極に電圧を印加するように構成されている制御手段とを備えているのがよく、第２の縦方向セグメントは、第１の端面に向かって、第１の縦方向セグメントの反対側にある。
【００５９】
第２の複数の電極および制御手段は、縦軸に対して横向きの、２つの互いに直交する方向に、第１の端面を制御された変位をさせるように、または、縦軸に平行な方向に、制御された変位をさせるように構成されているのが好ましい。
【００６０】
いくつかの好適な実施形態において、チューブは、遠位端の反対側の第２の端と、第２の端にある第２の端面とを持っており、第２の端面は、ベースの表面に接して配置されている。その場合には、この装置は、第２の端面のそれぞれの部分に沿って、第２の端面をめぐる互いに逆回りの方向に伝播する、別の１対の伝播表面波を、第２の端面に発生させるように構成されているチューブ並進手段をさらに備えているのがよい。第２の端面の、この第２の１対の波は、ベース表面上におけるチューブの並進を生み出すように、ベース表面と相互作用する。
【００６１】
いくつかの実施形態において、ベース表面および第２の端面は、平坦である。チューブ並進手段は、チューブの第３の縦方向セグメントを囲んで配置されている第３の複数の電極と、第３の複数の電極に電圧を印加するように構成されている制御手段とを備えているのがよく、第３の縦方向セグメントは、第２の端面に接している。
【００６２】
いくつかの実施形態において、付勢手段が、第２の端面を、ベース表面に対して付勢するように、または、第１の端面を、第１の面に対して付勢するように構成されている。
【００６３】
ベース表面、第２の端面、第１の面、および第１の端面のうちの少なくとも１つは、例えば、塗膜、層、または、チューブの組成中の含有物の形態で、耐摩耗性材料を備えているのがよい。
【００６４】
いくつかの実施形態において、可動部材は、プローブ、カンチレバー、作業チップ、または、何らかの他のツールを備えていても、または、支えていてもよい。それに代えて、または、それに加えて、可動部材は、ミラー、または、サンプルを搭載するための手段を備えているのがよい。
【００６５】
本発明の別の１つの態様は、ベースに相対的に可動部材の位置決めを行う方法であって、
ベースに結合された圧電部材を用意するステップであって、圧電部材が、縦軸に沿って、ベースから遠位端まで延在し、遠位端に第１の端面を備えている
可動部材を、第１の端面上に支持するステップであって、可動部材が、第１の端面に接して配置される第１の面を持っているステップと、
ベースに相対的に、縦軸に平行な方向の、可動部材の位置調整を行わせるために、縦軸に平行な方向に、圧電部材を制御された伸長を行わせるステップと、
回転軸の周りの可動部材の制御された回転を行わせるために、圧電部材の第１の端面に、少なくとも１つの伝播表面波を発生させるステップ、
とを含んでなる方法を提供する。
【００６６】
この方法において、圧電部材は、圧電材料から成るチューブであってもよく、第１の面は、曲面であってもよく、発生させるステップは、縦軸と異なる軸の周りに、可動部材を回転させるために、第１の端面をめぐって、互いに逆回りの方向に同時に伝播する２つの伝播表面波を、第１の端面のそれぞれの部分に沿って発生させるステップを含んでいてもよい。
【００６７】
チューブは、第２の端、および、第２の端に位置する第２の端面を持っていてもよく、その場合には、圧電部材を用意するステップが、第２の端面を、ベースの表面に接して配置するステップを含んでおり、この方法は、ベース表面上において、チューブを並進させるために、第２の端面をめぐって、互いに逆回りの方向に同時に伝播する２つの伝播表面波を、第２の端面のそれぞれの部分に沿って発生させるステップをさらに含んでいる。
【００６８】
この方法は、縦軸に対して横向きの、少なくとも１つの方向に、第１の端面を移動させるために、チューブを湾曲させるステップをさらに含んでいるのが好ましい。
【００６９】
本発明の別の１つの態様は、第１の面と、縦軸および端面を有する、圧電材料から成るチューブとの間の相対的移動を生み出す方法であって、
複数の電極を、チューブ上に設けるステップと、
第１の面を、端面に接して配置するステップと、
端面を変形させて、第１の面とチューブとの間の相対的移動を生み出すように、電極を励起するステップであって、
相対的移動が、並進と、チューブの縦軸と異なる軸の周りの回転とのうちの少なくとも一方を有するステップ、
とを含んでなる方法を提供する。
【００７０】
いくつかの実施形態において、チューブの外側表面は、伝播波を供給するためにセグメント化されており（すなわち、適切な電極のアレイを備えており）、一方、内側表面は、チューブの湾曲または伸長を与えるためにセグメント化されている。伝播波を発生させている間、内側電極を、接地していてもよいし、または、制御電子回路によって一定電位に保っていてもよい。湾曲／伸長の間、外側電極を、一定電位に保っていてもよい。圧電材料の変形に影響を与えるのは、圧電材料を横切る電位差であるから、同時の独立の制御を実現することができる。
【００７１】
例えば、内側表面は、図４および図５に示されているように、２つの電極でセグメント化してもよいし、または、より多数、例えば４つ以上、の電極でセグメント化してもよい。外側表面は、添付図面に示すような具合に、電極でセグメント化してもよい。さらに、チューブの相異なる縦方向セグメント（または、部分）を、必要条件および個々の用途に適するように、同じように、または、相異なるように、セグメント化してもよいことは明らかである。したがって、内側電極または外側電極の数および構成は、縦方向セグメント毎に異なっていてもよい。
【００７２】
本発明の別の１つの態様では、
ベースと、
ベースに結合されている圧電体と、
圧電体の表面（作用面と呼ぶこともある）に接して配置されている第１の面を有する可動部材と、
可動部材によって支えられているプローブと、
圧電体の表面に、少なくとも１つの伝播表面波を発生させるように構成されている表面波発生システムであって、少なくとも１つの伝播表面波が、可動部材と圧電体との間の相対的移動を生み出して、ベースに相対的な、プローブの位置制御を与えるように、可動部材と相互作用する表面波発生システム、
とを備えてなる位置決め装置が提供される。
【００７３】
本発明の別の特徴を、対応する利点とともに、この態様、および、以下に要約されるさらなる態様に組み入れることもできる。
【００７４】
例えば、表面波発生システムは、複数の電極（圧電体に付けられていてもよい）、および、それらの電極に電位を印加するように構成されている制御システムを備えているのが好都合である。
【００７５】
いくつかの実施形態においては、さらに、圧電体に制御された歪みを与えて、ベースに相対的な、プローブのさらなる位置制御を与えるために、圧電体に電界を印加するように構成されている歪み制御システムが設けられている。
【００７６】
圧電体は、いくつかの実施形態においては、実質的にチューブ状であるが、他の形状および構造としてもよいことを認識されたい。
【００７７】
表面波発生システムが、少なくとも１つの伝播表面波を発生させて、ベースに向かい、かつ、ベースから離れるように、圧電体を制御された運動を行わせるように、圧電体の表面を構成してよい（すなわち、「作用」面すなわち伝播表面波が発生する圧電体の面を、いくつかの例において、ベースに対して傾けても、または、実質的に直角にしてもよい）。
【００７８】
いくつかの実施形態において、圧電体は、スロットを備えており、可動部材は、スロット内に受け止められており、圧電体の作用面は、スロットの側面である。可動部材は、複数のそのような作用面に係合していてもよい。
【００７９】
いくつかの代替実施形態において、圧電体はチューブ状であり、圧電体の作用面は、環状の端面である。可動部材を回転させるために、端面をめぐる共通方向の伝播波を発生させてもよい。可動部材を回転または並進させるために、端面の相異なる部分に沿う、互いに逆回りの方向の伝播波を用いてもよい。
【００８０】
圧電体は、さらに、ベースの表面に接して配置されているベース面を備えていてもよく、表面波発生システムは、さらに、ベース面に、ベースと相互作用する少なくとも１つの伝播表面波を発生させて、圧電体とベースとの間の相対的移動を生み出すように構成されていてもよい。そのようにすると、圧電体を、ベース上で回転させることができ、また、ベース上を並進させることができる（言い換えると、圧電体のベース面を、ベース上を「歩く」ように制御することができる。したがって、ベースに相対的な可動部材を、支えられているプローブを相対的に粗く移動をさせるように制御することができる）。
【００８１】
いくつかの実施形態において、この装置（例えば、マイクロマニピュレーション装置またはナノマニピュレーション装置と呼ばれることもある）は、第１の面と圧電体の作用面とを互いに付勢するように構成されている付勢手段、または、圧電体とベースとを互いに付勢するように構成されている付勢手段をさらに備えている。
【００８２】
可動部材は、複数のプローブを支えていてもよい。
【００８３】
本発明の別の１つの態様によると、可動部材の、互いに独立した、相対的に精細な位置制御と、相当に粗い位置制御とを供給する方法であって、
可動部材を、圧電材料から成る物体に結合させるステップと、物体に制御された歪みを与えて、可動部材の相対的に精細な位置制御を与えるように、物体に電界を印加するステップと、
可動部材の表面を、圧電材料から成る物体の表面に接して配置するステップと、圧電材料から成る物体の表面に、少なくとも１つの伝播表面波を発生させるステップであって、少なくとも１つの伝播表面波が、両表面間の相対的移動を生み出して、可動部材を粗く位置制御するように、可動部材と相互作用するステップ、
とを含む方法が提供される。
【００８４】
相当に粗い位置制御と、相当に精細な位置制御とを供給するために、別々の圧電体を用いることもできるが、いくつかの実施形態においては、共通の圧電体が用いられる。この共通の圧電体を、可動部材（それ自身が、１つ以上のツール、プローブ、チップ、ミラー、他の光学部品、サンプルなどを支えていてもよい）を支持するように構成してもよい。
【００８５】
別の１つの態様によると、
ベースと、
ベースに結合されている圧電部材と、
圧電部材によって支持されており、圧電部材の表面に接して配置された第１の表面を有する可動部材と、
圧電部材に制御された歪みを与えて、ベースに相対的な、可動部材の相対的に精細な位置制御を与えるために、圧電部材に電界を印加するように構成されている歪み制御システムと、
両表面間の相対的移動を生み出し、それによって、ベースに相対的な、可動部材の相対的に粗い位置制御を与えるために、圧電部材の表面に、可動部材と相互作用する、少なくとも１つの伝播表面波を発生させるように構成されている表面波発生システム、
とを備えてなる位置決め装置が提供される。
【００８６】
この場合にも、圧電部材は、さらに、ベースの表面に接して配置されているベース面を備えていてもよく、また、表面波発生システムは、さらに、ベース面に、ベースと相互作用する少なくとも１つの伝播表面波を発生させて、圧電部材とベースとの間の相対的移動を生み出すように構成されていてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８７】
次に本発明の実施形態を、添付図面を参照して、例示の目的で述べる。
【００８８】
図２および図３は、Ｚ方向の精細な移動を生じさせるために、圧電材料から成るチューブを用いる方法を示している。この方法は、本発明の一実施形態において通用することができる。チューブは、ベース５の表面５１に結合されている。第１の円環電極Ｅ１が、チューブの外側表面に付けられており、第２の円環電極ＥＣが、チューブの内側表面に付けられている。チューブの圧電材料は、半径方向に分極化されており、電圧Ｖが、チューブの外側と内側とにデポジットされた電極間に印加される。この電圧は、圧電材料に電界を印加して、チューブの縦軸に平行な方向の（すなわち、図における名目Ｚ方向の）、チューブの伸長または収縮（印加電位差の符号に応じて）をもたらす。図１では、円環（またはリング）電極が、チューブの全長にわたって延在するように示されているが、本発明の実施形態において、これらの電極は、チューブの縦方向の１セグメントだけに（すなわち、その長さの一部分だけに）限定されていてもよい。
【００８９】
図４および図５は、圧電チューブを用いて、名目Ｘ方向の精細な移動を行わせるために、本発明の実施形態で用いることができる別の１つの手法を示している。この場合には、４つの電極が、チューブに付けられている。これら４つの電極は、第１の外側電極Ｅ１および第１の内側電極ＥＣ１（それらは、チューブの半分の、それぞれ、外側表面および内側表面全体にわたって延在するように配置されている)、および、第２の外側電極Ｅ２および第２の内側電極ＥＣ２（それらは、チューブの反対側の半分全体にわたって延在するように配置されている)である。
【００９０】
この場合、チューブの２つの半分に、互いに反対符号の電圧が、印加される。これによって、チューブの一方の半分は伸長し、他方の半分は収縮する。これにより、チューブは微小に湾曲し、それによって、端面２１は、図において「Ｘファイン」と標示された矢印によって示されているように、Ｘ方向に移動する。
【００９１】
図６および図７は、チューブの湾曲して、Ｘ方向の、端面の精細な変位を生じさせる一つの代替手法を示している。この手法においては、単一の内側電極ＥＣが用いられ、外側表面だけが、第１の外側電極Ｅ１と第２の外側電極Ｅ２とにセグメント化されている。内側電極電位は、フロート状態のままにしておかれる場合もあるし、接地される場合もある。チューブの湾曲は、第１の外側電極Ｅ１と第２の外側電極Ｅ２との間に差動電圧を印加することによって、行わせることができる。さらに、一方の電圧だけを変化させて、他方の外側電極への電圧を一定に保てば、チューブの２つの半分を、互いに独立に駆動させることができる。さらに、精細なＸ制御を行わせるために、単一の内側電極と２つの外側電極とを用いるのではなく、セグメント化された内側電極とともに、単一の円環状の外側電極を用いることができることも認識されたい。
【００９２】
図８および図９は、３つの互いに直交する方向（図におけるＸ、Ｙ、Ｚ方向であって、Ｚ方向は、ベース５の表面５１に直交し、Ｘ方向およびＹ方向は、ベース表面５１と平行である）の精細な移動制御を行わせるための一手法を示している。
【００９３】
この手法においては、４つの電極Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、およびＥ４が、チューブの外側表面を囲んで配置されており、共通の内側電極が、チューブの内側表面を囲んで配置されている。この電極構成は、チューブを、４つの独立に制御可能なチューブ・セグメントに効果的に分割している。対向し合う電極Ｅ１とＥ３の間に電位差を印加することによって、チューブは湾曲させられ、端面がＹ方向に変位し、また、電極Ｅ２とＥ４の間に電位差を印加することによって、チューブは湾曲して、端面２１が、名目Ｘ方向に変位する。
【００９４】
湾曲を行わせるために差動電圧を印加することに加えて、または、一代替例として、縦方向の、チューブの伸長または収縮を制御するために、すなわち、Ｚ方向の、端面２１の精細な移動制御を実現するために、共通の内側電極に相対的に、４つの外側電極の全てに、同時に、電圧を印加することができる。したがって、プローブまたはサンプルが、端面２１に結合されると、電極に適切な電圧を印加することによって、このチューブおよび電極構成を用いて、ベース５に相対的に、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の、プローブまたはサンプルの精細な位置決めを実現することができる。
【００９５】
図１０および図１１は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の、端面２１の精細な位置決めを行わせる一代替手法を示している。この構成では、チューブの外側表面を囲んで、外側電極Ａ、Ｂ、およびＯだけが配置されており、内側表面上には、単一の内側電極Ｃが設けられている。したがって、この電極構成は、３つの独立したセグメントしか制御しない。この場合にも、精細なＺ移動制御を行わせるために、内側電極に対して相対的に、３つの外側電極全てへの共通電圧の印加を用いることができる。Ｘ、Ｙ方向の、端面２１の精細な移動制御は、外側電極Ａ、Ｂ、およびＯの間に、適切な電位差を印加することによって実現される。
【００９６】
図１２ａ〜図１２ｇ図は、圧電材料体の表面に伝播表面波を生じさせるための手法を示している。この手法は、本発明の実施形態において利用するのに適している。簡単化のために、図１２ａ〜図１２ｇにおいて、圧電体は、上端面２１を有する、平坦な圧電シートＰＳである。これらの図は、３つの電極Ｅ１、Ｅ２、およびＥ３を備えた、シートＰＳの１つの側を示している。シートの裏面側は、図示されていないが、裏面の表面全体にわたってひろがっていて、かつ、一定電位に保たれる単一の電極を備えている。シートの前面上の３つの電極は、シートを、いくつかの独立に制御可能なセグメントに分割していると考えることができる。
【００９７】
この例においては、裏面の電極の電位よりも大きな電圧を、前面の電極のうちの１つに印加することによって、セグメントが、図の垂直方向および水平方向の両方に伸長するように、それぞれのセグメントの圧電材料に、寸法変化が発生する。したがって、電極に対して、選択した方向に順次に電圧を印加することにより、上面２１に沿って伝播する上面２１の波が生じる。この波は、上面２１を変形させる。
【００９８】
図１２ａ〜図１２ｇは、伝播表面波を発生させるサイクルの一連のステップを示している。図１２ａでは、３つの電極のいずれもが励起されていない、サイクルの始まりを示している。シートの表面２１上の、ある質点Ｎが、初期の開始位置Ｏに示されている。図１２ｂは、励起電圧（すなわち電位）が、第１の電極Ｅ１だけに印加されている、サイクルの次のステップを示している。第１の電極に印加された電圧は、それによって生じた電界にさらされた圧電材料に寸法変化を生み出し、その結果、シートの対応するセグメントが、図の垂直方向および水平方向の両方に伸長している。
【００９９】
第１の電極Ｅ１上に重ね合わされている矢印は、シート伸長の方向を示している。第１のセグメントのこの伸長は、開始位置Ｏに相対的に、質点Ｎ（端上の点として記述することもできる）の、図の右側への移動をもたらしている。
【０１００】
図１２ｃは、励起電圧が、第１の電極Ｅ１と第２の電極Ｅ２との両方に印加されているが、第３の電極には印加されていない、サイクルの次のステップを示している。第１の電極に加えて、第２の電極に電圧を印加することによって、質点Ｎは上方へ持ち上がり、その結果、質点Ｎは、開始位置Ｏから、上方および右方に変位している。
【０１０１】
図１２ｄは、励起電圧が、３つの電極の全てに印加されている、サイクルの次のステップを示している。第３の電極の励起は、質点Ｎの、図の左側への移動をもたらし、その結果、質点Ｎは、今や、その開始位置Ｏの真上に位置している（すなわち、第３の電極の励起は、質点Ｎの、図１２ｃにおけるその位置に比して、左方への移動をもたらしている）。
【０１０２】
サイクルの次のステップにおいては、図１２ｅに示されているように、第１の電極Ｅ１は、その初期電圧に戻されている（すなわち、それは、もはや励起されていない）が、第２および第３の電極は、励起されたままである。第１の電極の電圧を、その初期値に戻すことによって、質点Ｎの、前ステップにおけるその位置に比しての、わずかの落下と、左方への移動が行わされている。
【０１０３】
次のステップにおいては、図１２ｆに示されているように、励起電圧が、第２の電極Ｅ２から取り除かれており、したがって、第３の電極Ｅ３だけが、励起されたままである。表面上の質点Ｎは、さらに落下している。
【０１０４】
最後に、図１２ｇに示されているように、第３の電極Ｅ３が、その初期電圧に戻されており、その結果、いずれの電極も、今や、励起されておらず、シートは、サイクルの始まり時のように、その初期状態に戻っている。表面上の質点Ｎは、その初期位置Ｏに戻っている。したがって、あらかじめ定められた順序での、一連の電極への制御電圧の印加が、シートの表面２１上に伝播表面波を発生させている。この表面波は、表面を、垂直方向と水平方向との両方の成分を持つように変形させる。表面２１上の質点Ｎは、伝播波が、そのそばを通るときに、周期運動を行う。
【０１０５】
図１３は、図１２ａ〜図１２ｇに示されている波発生サイクル中に電極に印加される、３つの制御電圧のタイミング列を示している。各電極に対して、励起電圧は、Ｖ２で示されており、また、初期（非励起）電圧は、Ｖ１で示されている。
【０１０６】
したがって、本発明の実施形態において、方形波制御電圧を適切に印加することによって、圧電体の表面上に、伝播表面波を発生させることができる。それに代えて、別の形状の制御電圧を用いてもよい。例えば、図１４に示されているように、正弦波制御電圧を用いてもよい。この制御電圧を、三相発電機によって発生させて、表面２１に適切な伝播表面波を発生させるために、図１２ａ〜図１２ｇに示されている構成の３つの電極Ｅ１、Ｅ２、およびＥ３に印加してもよい。図１３に示されている制御電圧を用いることができるときには、上面２１に「キャタピラ運動」を駆動すると考えることができる。
【０１０７】
図１４の制御電圧を、３電極構成に印加することによって、伝播波は、シートの端に沿って伝播し、シートの端上の全ての点は、ほぼ楕円状の運動を受ける。したがって、端は、キャタピラ状の運動を行い、また、圧電シートの端に押し付けられている（すなわち、表面２１上に静止して置かれている）平坦な物体は、そのキャタピラ波によって移動させられる。
【０１０８】
伝播表面波の発生を、三相システムを引用して記述したが、代替実施形態として、異なる相数を用いてもよいことを認識されたい。用いることができる最小の相数は２であり、その例を、以下に記述する。さらに、３を超過する相数を用いることもできる。したがって、伝播波の一周期を作り上げるセグメントの数は、２つ、３つ、または、それ以上であり得る。
【０１０９】
図１２ａ〜図１２ｇに示されている、圧電体の表面２１に発生する伝播波は、本発明の実施形態において用いることができる、固体上の表面波の一例である。電極に印加される制御電圧（例えば、図１４の電圧）の周波数が高ければ高いほど、その表面波は、より高速に伝播する。圧電体の幾何学形状、および、電極の構成に応じて、ある周波数において、共振が発生する。その場合、表面波は、レイリー波と同様に考えることができる。
【０１１０】
共振周波数において最良に作動する圧電モータとは対照的に、本発明を具体化するデバイスは、共振周波数よりも幾分低い周波数において最良に作動する。これは、２つの伝播波（表面の、分離したそれぞれの部分に沿って伝播している）が、互いに侵入し合ってはいけないからである。共振においては、波は、その電極によって定められているエリアの外へ伝播する（力学における慣性の現象と同様）。
【０１１１】
本発明の一実施形態における、固体Ｂの表面に沿って伝播する表面波のスナップショットが、図１５に極めて概略的に示されている。波の単一のピークが示されており、また、伝播表面波の伝搬の方向が、矢印Ｗによって示されている。この表面波の特徴は、固体Ｂの表面上の質点が、そのそばを伝播波が通るときに、楕円運動を受けるということである。そのため、この表面波は、レイリータイプであると見なすことができる。表面上の単一の質点Ｎが、示されており、その楕円軌道が、符号Ｅによって示されている。このスナップショットの質点Ｎは、伝播波のピークに位置しており、その瞬間運動が、矢印Ｍによって示されている。
【０１１２】
図から見ることができるように、この運動（楕円軌道の頂点における）は、波の伝搬方向Ｗと逆向きの方向である。したがって、ある１つの面が、固体Ｂの上端に、その上面と摩擦係合する状態で置かれると、伝播表面波と、その被支持面との間の相互作用によって、被支持面が、波の伝搬方向Ｗと逆向きの方向に駆動される。極端に単純化して言うと、伝播波の各ピークが、被支持面を持ち上げて、それを、波の伝搬方向Ｗに対して逆向きの方向に駆り立てる。そのような表面波は、種々の形状の固体で発生させることができるし、圧電材料に制限されるものでもない。
【０１１３】
電極のアレイに適切な制御電圧を印加することによって、圧電体内に伝播表面波を生じさせることを、図１２ａ〜図１２ｇに示したが、本発明の代替実施形態においては、圧電材料以外の材料を利用してもよいし、また、異なるやり方で、それらの表面に表面波を発生させてもよい。例えば、本発明の実施形態において、磁歪材料体（チューブのような）を利用してもよく、その場合には、その材料体表面上の伝播表面波の発生は、磁界の適切な印加によって実現させることができる。圧電材料および磁歪材料は、単に例であるにすぎず、本発明の実施形態においては、これらの使用だけに制限されないということを認識されたい。
【０１１４】
上記のことから認識されるように、圧電体の表面の一部分を、３つのセグメントに分割するように、電極を配置し、それらのセグメントを、適切な制御電圧で励起することによって、その部分に沿って、伝播表面波を発生させることができる。
【０１１５】
しかしながら、その部分を、３つを超過するセグメントに分割することもできることを認識されたい。そのような場合には、制御電圧間の時間遅れは、３６０°を、１周期内のセグメント数によって割ったものであってもよい。セグメントは、いくつかの実施形態において、１周期を超過する周期を形成してもよい。伝播波が発生する個々の表面部分に沿って、３周期の伝播波が定まるような電極構成を有すると有利である。それは、このことによって、いつ何時でも、３つの支持点（伝播波のピーク）を与えていることができるからである。
【０１１６】
圧電体の表面の一部分に沿って、適切な伝播表面波を発生させるために、その部分が電極によって分割される最少セグメント数は、２つである。そのような場合には、第１の電極に印加される制御電圧と、第２の電極に印加される制御電圧との間の時間遅れは、１８０°とは異なるべきである。第１のセグメントが、最大限に持ち上げられているときに、第２の電極が、最大伸長速度を有するから、９０°の時間遅れが有利である。これは、第１のセグメントの端の最大横方向速度を高める。圧電シートの端が下がって、もとに戻るときに、支持されている移動物体が、その端にスティックすることを防止するのに十分なほど、波の周波数は、高くなければならない。
【０１１７】
単純化のために、図１２ａ〜図１２ｇは、圧電材料の直線的なシートの表面における伝播表面波の発生を示している。しかしながら、本発明のいくつかの実施形態においては、圧電チューブが用いられ、チューブと、チューブが接している、ある１つの面との間の相対運動が、チューブの端面に沿って、互いに逆回りの方向に伝播する伝播波を発生させることによって実現されることを認識されたい。各伝播波は、端面のそれぞれの部分に沿って伝播する。
【０１１８】
圧電チューブは、例えば、図１２ａ〜図１２ｇに示されているシートであるが、逆向きに曲げられて、２つのヘミチューブ（半分のチューブ）を形成している２枚の圧電シートと見なすことができる。各ヘミチューブ上の電極の適切な構成、および、適切な制御電圧を用いることによって、一方のヘミチューブの表面波は、右回りの方向に伝播するように構成され、他方のヘミチューブの表面波は、左回りの方向に伝播するように構成される。
【０１１９】
図１６および図１７は、圧電チューブ２が、いかにして、２枚の圧電シートＳ１、Ｓ２から形成された、２つのヘミチューブＣ１、Ｃ２の組み合わせと見なし得るかを示している。これらの図は、理解を助けるためだけのものであって、組み立て方法を表わすものと見なされるべきではない。
【０１２０】
本発明の実施形態において用いるのに適した圧電チューブは、通常通りに、円筒形状に成型された、または、より大きな材料母材から機械加工で作製された、多結晶の圧電材料によって形成されることを認識されたい。
【０１２１】
本発明のいくつかの実施形態において、１つの物体が、図１６および図１７に示されているタイプの圧電チューブ２の端面２１に押し付けられている。しかし、端面２１をめぐって、チューブのそれぞれの半分に沿って、互いに逆回りの方向に伝播する伝播表面波の発生により、チューブ端面２１が接している物体の表面の形状に応じて、物体の側方移動、または、チューブの縦軸Ｌではない１つの軸の周りの物体の回転がもたらされる。
【０１２２】
例えば、物体は、平板状、球状、または、円柱状であってもよい。それに代えて、物体は、異なる全体形状を持っていてもよく（また、いくつかの異なる成分を有していてもよく）、その場合、物体は、チューブ２の端面２１と摩擦係合するための作用面を持っており、この作用面は、平面状、球面状、または、円柱面状である（「球面状」または「円柱面状」によって、作用面は、球面または円柱面の１セクションまたは一部分を有しているのでもよいということが意味されていること、言い換えると、作用面は、必ずしも完全な球面または円柱面ではないことを認識されたい。
【０１２３】
いくつかの好適な実施形態において、物体の作用面の形状と、チューブの端面２１の形状とが、可能な限りぴったりと、互いに一致しているという意味で、物体と圧電チューブとは、適合している。言い換えれば、支持面２１の形状は、それが係合する物体表面の形状にぴったりと合っているべきである。物体表面とチューブ表面との間の適合は、それらの間の空隙（または、理想的な形状からの、その他のずれ）が、チューブ表面２１に発生する伝播表面波の振幅よりも大きくならないように構成されているのが好ましい。
【０１２４】
いくつかの実施形態において、数ミリメートルから数センチメートルまでの範囲の長さ、および、数ミリメートルから数センチメートルまでの範囲の直径を持つ圧電チューブが用いられ、チューブ表面に発生する伝播波の振幅は、数マイクロメートルの領域にある。このような実施形態、および、別のいくつかの実施形態において、チューブの端面２１に接する物体の作用面を、研磨ペーストでラッピングすることによって、チューブと、被支持物体との適切な適合を実現してもよい（すなわち、研磨によって、良好な適合を実現してもよい）。
【０１２５】
次に、図１８は、本発明の一実施形態における、互いに逆回りの伝播表面波の発生を示している。図は、極めて概略的で、圧電チューブの端面２１を示している。１２個の電極のリングが、チューブの外側表面を囲んで配置されている。図示されていないが、単一の共通中央電極を用いてもよい。電極は、チューブの選択されたセグメントへの電界の印加を可能にするために、チューブの円周を囲んで、均等な間隔を置いて配置されている。この例においては、チューブを１２個のセグメントに分割する１２個の電極があり、各電極３は、３相発電機からのそれぞれの出力に接続されている。
【０１２６】
電極の隣の番号（１、２、３）は、それらの電極が、表面２１に適切な伝播波を発生させるために励起される順序を示している。この番号は、また、波発生サイクルにおける、それぞれ、第１、第２、および第３の時点の伝播表面波のピークの位置を示していると考えることもできる。
【０１２７】
１２個の電極への制御電圧の印加は、端面２１の第１の部分２１１をめぐって、左回り方向に伝播する第１の伝播表面波と、同時に、端面２１の第２の部分２１２をめぐって、右回り方向に伝播する第２の伝播表面波の発生と、をもたらす。第１の伝播表面波の運動が、矢印Ａ１によって、大まかに示されており、また、第２の波の運動が、矢印Ａ２によって、大まかに示されている。
【０１２８】
この例において、第１の部分２１１と第２の部分２１２とは、重なり合っておらず、そして、各々は、端面２１の半分を表わしており、したがって、それらは合わさって、全端面２１を構成する。本発明のいくつかの実施形態において、１つの物体を、端面２１上に支持してもよく、その物体は、端面２１に接して配置される平坦な面を有している。
【０１２９】
このような実施形態においては、第１および第２の伝播波は、物体を、いかなる回転も起こさずに、Ｘ方向に並進させるように、物体表面と相互作用する。代替実施形態として、物体は、端面２１に接して配置される球面を持っていてもよい。このような場合には、伝播波は、その物体をＹ軸に平行な軸の周りに回転させるように、球面と相互作用する。
【０１３０】
図１９は、図１８による同じ圧電チューブおよび電極構成を用いて、被支持物体を、異なる方向に移動させるのに好適な伝播波を生じさせることを図解している。見て取ることができるように、電極が、異なる順序で励起され、そのため、伝播波が発生する、端面の第１の部分２１１と、第２の部分２１２とが、図１８の場合のようにＹ軸に沿ってではなく、Ｘ軸に沿って直径方向に対向している。電極の隣の番号１、２、３は、この場合にも、サイクルの、それぞれ、第１、第２、および第３の時点における、伝播波のピークの位置を表わしている。
【０１３１】
図１９において発生した伝播表面波は、平坦な物体表面と相互作用して、その物体を、図の負のＹ方向に並進させ、また、球状物体表面と相互作用して、その物体を、Ｘ軸と平行な軸の周りに回転させる。
【０１３２】
図１８および図１９から、第１の伝播波の発生が、チューブ円周の１つのセクションを囲んで間隔を置いて配置されている、第１のグループの電極の適切な順次励起によって実現され、第２の伝播波が、円周のもう１つのセクションを囲んで間隔を置いて配置されている、第２のグループの電極の適切な励起によって発生することを認識されたい。これらの例において、第１と第２のグループの電極は、２つの電極を、共通に持っている（図１８においては、共有電極は、上端電極と下端電極であり、また、図１９においては、それらのグループによって共有されている電極は、最左端と最右端の電極である）。しかしながら、代替実施形態においては、２つの伝播波を生じさせるために用いられる電極のグループは、完全に分離していてもよい。
【０１３３】
図１８および図１９から、１２個の電極の使用（すなわち、１２セグメント構成）は、それが、被支持物体の垂直方向の位置決めを可能にするため、特に有利であることを認識されたい。等価的に、端面２１がベース表面に接した状態で、圧電チューブが、ベース上に静止して置かれていたとしたら、１２セグメント構成は、ベース表面の上方、垂直方向の、チューブの並進を可能にする。
【０１３４】
図１８および図１９に示されている１２電極構成の、さらなる利点は、波発生サイクル中、常に、被支持物体表面またはベース表面に係合するための４つの波のピーク（すなわち、高い点）が存在するということである。
【０１３５】
次に、図２０および図２１は、チューブの端面２１のそれぞれの部分に沿う、互いに逆回りの伝播表面波を発生させるために、１０個の電極（すなわち、１０セグメント構成）を用いる手法を示している。図２０に示されている励起順序では、波発生サイクルの初め（ステップ１）に、表面上に３つのピークが存在する。第２のステップ（ステップ２）では、この場合にも、３つのピークが存在する。しかしながら、サイクルの第３および第４のステップ（ステップ３、４）では、２つのピークしか存在しない。
【０１３６】
それとは対照的に、図２１に示されている励起順序を用いると、サイクルの任意の時点において、少なくとも３つのピークが存在する。３つ以上のピーク（すなわち、伸長しているセグメント)は、被支持（被移動）物体に対して、または、端面２１がベース表面上に静止して置かれている場合には、チューブ自体に対して、安定した支持を与えるから、これは、望ましいことである。常に、少なくとも３つのピークを持てば、チューブ、または、被支持物体の安定性の悪化を伴うことなく、制御電圧サイクルの周波数を、好きなだけ低くすることができる。
【０１３７】
図２２ａ〜図２２ｄは、１２セグメント構成を有し、かつ、図１９に図解されている手法にしたがって励起されるチューブの表面の、逐次時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４における波のピーク位置Ｐを示している。
【０１３８】
図２２ａ〜図２２ｄにおいて、矢印は、ピークＰの大まかな伝播方向を示している。
【０１３９】
図２２ｅ〜図２２ｈは、図２２ａ〜図２２ｄにピークの運動が描かれている伝播波との相互作用の結果としての、被支持体１の回転を示している。図２２ｅ〜図２２ｈにおいて、被支持体１は、チューブの上面２１上に静止して配置されている球状の第１の面１１を有している。伝播波が発生すると、球面１１は、ピークＰだけに支持される。その伝播波は、各ピークの頂点におけるチューブ材料の運動が、ピーク自身の伝播方向に対して逆向きの方向になるようなものである。したがって、時刻が、Ｔ１から、Ｔ２へ、Ｔ３へ、Ｔ４へと進行するにつれて、ピークＰが、次第に、図の右方に伝播するから、被支持体１は、矢印Ｒによって大まかに指示されている方向に回転する。
【０１４０】
この例において、被支持体１は、ミラー１２を有している。したがって、チューブ表面に、適切な、互いに逆回りの伝播波を発生させることによって、被支持体１の精細な位置決め制御を実現することができ、それによって、広範な応用に対して、ミラーの精細なチルト制御を供給することができる。
【０１４１】
図２３および図２４は、圧電チューブの表面に、第１および第２の伝播波を発生させるために、４セグメント構成（すなわち、４つの、間隔を置いて配置された、相隔たる電極）を用いる手法を示している。この場合にも、電極３の隣の数字１、２、３は、励起順序を示している。
【０１４２】
図１８の場合のように、平坦な物体面が、図２３に示されている表面２１に接して置かれると、逐次的な電極励起は、その物体を、正のＸ方向に並進させる。それに代えて、端面２１上に静止して置かれた、球面を持つ物体は、Ｙ方向と平行な軸の周りに回転する。
【０１４３】
図２４において発生する相互作用に起因する被支持物体の移動は、図１９に関して記述された被支持物体の移動と同じである。４電極（すなわち、４セグメント）構成は、それが、従来の、圧電チューブによる精細なＸ、Ｙ、Ｚ位置決めに用いられているのと同じセグメント化を用いているから便利である。この構成は、直交し合う移動軸を可能にする。
【０１４４】
図２５および図２６は、圧電チューブの端面のそれぞれの部分に、第１および第２の伝播波を発生させるために、３セグメント構成を用いる手法を示している。３セグメント構成は、チューブと、チューブが接している面との間の相対的な並進、すなわち移動を行わせるか、または、チューブと、チューブが接している面との間の、チューブの縦軸ではない軸の周りの、相対的な回転を行わせることができる、最少のセグメント数を備えている。
【０１４５】
チューブ部材を利用し、そのチューブ部材の端面に互いに逆回りの伝播表面波を発生させる、本発明の実施形態において、端面に接して配置される面は、種々の形状を有していてもよい。その面は、チューブによって移動させられる物体（例えば、チューブによって支持された）の表面であってもよいし、または、それに代えて、チューブが上を移動する面（例えば、ベース表面)であってもよい。適切な面の例としては、２方向の曲率がゼロである面（平坦面）；１つの方向の曲率がゼロであり、かつ、他の１つの方向の曲率が一定であって、ゼロでない面（円柱面）、および、２方向の曲率が等しく、ゼロでない面（球面）が含まれる。
【０１４６】
図２７は、ベース部材５の平坦な上面５１上に静止して置かれた平坦な環状端面２１を有する圧電チューブを備える、本発明の一実施形態を示す。ベース５が、チューブを支持している。図示していないが、複数の電極が、チューブに設けられており、これらの電極は、電極への適切な制御電圧の印加によって、端面２１に伝播波を発生させることができ、その伝播表面波が、支持面５１と相互作用して、支持面５１上におけるチューブ２に、制御可能な並進を行わせるようになっている。
【０１４７】
言い換えると、電極への制御電圧の適切な印加によって、チューブは、支持面５１の平面と平行な第１の方向（すなわち、図のＸ方向）に進むことができ、また、さらに、支持面に平行な第２の直交方向（すなわち、図のＹ方向）に制御可能な移動を与えるように、チューブを制御することもできる。したがって、端面２１に互いに逆回りの伝播波を発生させることによって、キャタピラタイプの運動を実現させることができる。チューブは、直立状態のままで、支持面５１上を「歩く」ことができる。この例においては、チューブ２は、重力だけによって、平坦な支持面５１に押し付けられている。
【０１４８】
いくつかの代替実施形態において、端面２１と支持面５１とを互いに付勢する付勢手段を設けてもよい。そのようにすれば、非水平面上を歩くように、チューブを配置することができる。
【０１４９】
図２７においては、電極の構成は示されていないが、チューブの外側表面２０または内側表面２３に配置された、電極の組み合わせを有する、種々の電極構成を用いることができる。チューブの端面２１に、第１および第２の伝播波を発生させ続けることによって、チューブは、支持面５１上を「歩き」続ける。そのため、適切な制御によって、Ｘ方向およびＹ方向に、大きな移動（並進）を実現することができる。したがって、図２７の構成は、２つの方向に粗い運動を実現するための位置決め装置に利用することができる。
【０１５０】
図２８は、本発明の一代替実施形態を示しており、球状物体１が、チューブの端面２１に押し付けられている。したがって、物体１は、チューブによって支持されている。この場合にも、図示されていないが、上述の手法を用いて、上面２１に伝播表面波を発生させることを可能にするように、複数の電極が、チューブ上に配置されている。例えば、球体１と相互作用して、互いに直交し合う２つの軸（それら自体がチューブの縦軸に直交している）の周りの、互いに独立な回転制御を生じさせる表面波を発生させるために、１２個の電極のアレイを用いてもよい。この独立的な回転が、図に、アルファおよびベータで示されている。
【０１５１】
図２９は、本発明を具体化するマニピュレーション装置を示している。この装置は、ベース５、および、ベース上に搭載されたサンプルＳを備えている。圧電材料から成るチューブ２が、ベース５によって支持されており、チューブの下端面２２が、平坦なベース表面５１上に静止して載置されている。チューブの上端面２１は、球体１と、その球体に固定され、かつ、球体から突き出しているカンチレバー１３とを有する可動体を支持している。球体は、チューブの上端面２１に接している、球状の作用面１１を備えている。
【０１５２】
チューブの上端縦方向端部４１は、第１の電極アレイを備えており、第１のアレイは、上述のように、適切な制御電圧の印加によって、上面に、互いに逆回りの伝播表面波を発生させることができるように構成されている。チューブの下縦方向端部４３は、上述のように、適切な制御電圧の印加によって、下端面２２に、互いに逆回りの伝播表面波を発生させることができるように構成されている第２の電極アレイを備えている。したがって、チューブの上端部４１と下端部４３とは、互いに独立にセグメント化されている。
【０１５３】
コントローラ（図示せず）が、表面２１に伝播表面波を発生させるように、上端縦方向セグメント４１上の電極に制御電圧を供給して、矢印Ｒによって大まかに指示されている方向に、球体１の制御可能な回転を与える。これは、図のＹ軸に平行な軸の周りの球体の回転に対応する。球体が、このように回転するにつれて、カンチレバーの先端が移動し、その移動は、Ｚ方向の運動を含んでいる。したがって、球体に固定されているカンチレバーは、被支持球体の角運動を、カンチレバー先端の粗いＺ運動に変換する。
【０１５４】
コントローラは、さらに、Ｘ方向およびＹ方向の、支持ベース表面５１上のチューブ２の制御された並進移動をさせるための伝播表面波を、下端面２２に発生させるように構成されている。したがって、下縦方向セグメント４３上の電極の制御によって、Ｘ方向およびＹ方向の、カンチレバー先端の粗い運動をさせることができ、また、上縦方向端部４１の電極の制御によって、球体を回転させることにより、カンチレバー先端の粗いＺ運動制御を与えることができる。
【０１５５】
コントローラは、さらに、チューブ２の制御可能な湾曲、および、Ｚ軸に沿ってのチューブの制御された伸長または収縮をさせるために、上端縦方向部４１と下端縦方向部４３との両方の電極に適切な制御電圧を印加し、それによって、上面２１の精細なＸ、Ｙ、Ｚ移動をさせ、したがって、被支持球体に結合されているカンチレバー先端の精細なＸ、Ｙ、Ｚ移動をさせるように構成されていると有利である。
【０１５６】
このように、この装置は、サンプルＳに相対的に、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向全てにおける、先端の精細な位置決めと粗い位置決めとの両方を与えることができる。３方向全てにおける、この精細な位置決め制御および粗い位置決め制御は、少数の成分だけで実現できていることが、都合のよいところである。この装置の単純性、小サイズ、および低質量は、従来技術の位置決め手法に優る、著しい利点を備えている。
【０１５７】
図３０は、図２９に示されている装置の一変更例を図解している。この場合にも、圧電チューブは、ベース５によって支持され、それ自体が、カンチレバー１３（プローブとして記述されることもある）を支えている球体を支持している。しかし、図３０においては、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の精細な運動制御は、チューブの中央縦方向部４２に付けられた複数の電極への、適切な制御電圧の印加によって実現される。
【０１５８】
被支持球体の制御された回転を与えるのに必要な伝播波を発生させるために、個別の電極セットが、上端セグメント４１上に配置されており、また、支持面５１上におけるチューブの並進を与えるのに必要な伝播波を発生させるために、別の複数の電極が、下端セグメント４３上に配置されている。図３０に示す装置において用いるのに適した圧電チューブと電極構成との一例が、図３１に示されている。
【０１５９】
図３１は、本発明の実施形態において用いるのに適したチューブ部材を示している。このチューブ部材は、圧電材料から成る円筒チューブを備えており、このチューブは、円環断面を有している。チューブは、上端面２１上に短い矢印Ｐによって示されているように、半径方向に分極化されている。この例においては、上端面２１は、環状で、かつ平坦である。
【０１６０】
チューブは、その反対側の端に、第２の環状で平坦な端面２２を有している。チューブの上端縦方向セクション４１は、その外側表面２０上に、チューブの円周（すなわち、周縁）を囲んで、等しい間隔を置いて配置された１２個の電極３１のアレイを備えている。チューブのこの上端端部４１および１２電極構成の概略的な断面を、図３３に示してある。
【０１６１】
電極は、チューブの上端部を、１２個のセグメントに分割しており、それらは、上端面２１に伝播表面波を発生させるために、上述のような手法を用いて、制御電圧によって励起される。必要条件に適合するように、上端部の１２個の電極を、様々なやり方で、例えば、端面に２つ以上の伝播表面波を与えるように、励起してもよいことを認識されたい。
【０１６２】
伝播表面波は、必ずしも、端面の完全な半分をめぐって伝播する必要はない。例えば、各々、端面の４分の１だけをめぐって伝播する第１および第２の伝播波を発生させるために、３つの電極から成る、直径方向に対向し合うグループを励起してもよい。
【０１６３】
チューブの下端セグメント４３は、上面２１に波を生じさせるために用いた手法と同じ手法を用いて、下端端面２２に伝播波を発生させるために励起することができる、１２個の電極３３から成る同様の構成を有している。したがって、上面２１に伝播波を発生させて、被支持体を並進または回転させるために、電極３１の上部セットを用いることができ、一方、下面２２に伝播波を発生させて、チューブが支持されている面上におけるチューブの並進移動に、分離すなわち独立した制御を与えるために、電極３３の下部セットを用いることができる。
【０１６４】
さらに、Ｚ軸の周りの、チューブの回転を生じさせるために、異なるやり方で、電極の下部セットを制御できることを認識されたい。これを実現するために、下面のそれぞれの部分に沿って、互いに逆回りの伝播波を発生させるのではなく、下面をめぐって同一方向に伝播する１つ以上の伝播波を下面に発生させるように、電極を用いてもよい。
【０１６５】
図３１のチューブの中央縦方向セグメント４２は、４つの、より大きな電極３２のアレイを備えている。それらの電極３２の４つ全てに、共通電圧を印加して、Ｚ方向の、チューブの伸長または収縮を制御する（すなわち、上面２１の位置の精細なＺ制御を与える）ことができる。これらの電極のうちの、第１の半径方向に対向している１対３２ａの間に、差動電圧を印加して、１つの方向において、チューブを制御可能に湾曲させ、それによって、例えば名目Ｘ方向における、端面２１の精細な移動制御を与えることができる。
【０１６６】
中央部電極のうちの、第２の対向している１対３２ｂ間に、差動電圧を印加して、直交する方向の湾曲を実現し、端面２１の例えばＹ位置の精細な制御を与えることができる。
【０１６７】
したがって、図３１〜図３３に示す電極構成の場合には、３つの異なる電極グループが、上端面２１上の被支持体の移動、支持面上におけるチューブ自体の移動、および、チューブ自体の湾曲および伸長に対して、独立した制御を与えるために使用される。チューブが、例えばプローブを支えている物体を支持するために用いられている場合には、プローブ先端の精細なＸ、Ｙ、Ｚ運動を、粗いＸ、Ｙ、Ｚ運動から独立して実現することができる。
【０１６８】
図３４は、本発明の一代替実施形態による位置決め装置を示している。簡単にするために、チューブ２上の電極構成は示していない。しかし、図３１に示されているような電極構成を使用してもよい。
【０１６９】
この実施形態においては、チューブ２によって支持されている可動部材１は、２つのカンチレバー１３ａおよび１３ｂを備えている。それらは、物体１の球状部分に固定されている。上面２１に伝播波を適切に発生させることによって、可動部材を回転させて、カンチレバーの一方または他方を、サンプルＳに近づけることができる。
【０１７０】
この構成により、２つの異なるカンチレバーのどちらかを選ぶか、または、破損または汚染したカンチレバーを迅速に交換することができるようになる。例えば、本発明のいくつかの実施形態において、一方のカンチレバーは、原子間力顕微鏡チップを保持することができ、また、他方のカンチレバーは、走査トンネル顕微鏡チップを保持することができる。
【０１７１】
これらは、単に例であるにすぎず、チューブ上に支持される可動部材は、１つ、２つ、または、より多くのカンチレバー、プローブ、チップ、または、その他同様のものを備えていてもよい。例えば、別の一実施形態において、可動部材（レンズのような）は、例えば１０個のプローブのカルーセルを保持することができる。
【０１７２】
図３５は、本発明を具体化した代替位置決め装置を示している。圧電チューブ２は、チューブの上面２１に接する半球面１１、および、サンプルＳを支持するように構成された平坦上面１４を持つ物体を支持している。言い換えると、被支持体１は、回転可能なサンプル・ステージである。この場合にも、チューブは、上述の手法による電極構成を備えていてもよい。
【０１７３】
電極の適切な構成によって、上面２１に伝播波を発生させて、図の矢印アルファおよびベータによって表示されている直交方向における、サンプルのチルトを制御することができる。この電極構成は、チューブの下端面２２に伝播波を発生させて、ベース５に相対的にチューブの並進を与え、それによって、支持されているサンプルの粗いＸ、Ｙ位置決めを与えることができるようになっている。この電極構成は、さらに、チューブに制御可能な伸長、および、制御可能な湾曲を与えることによって、サンプルのＸ、Ｙ、Ｚ位置の精細な制御を行うことができる。
【０１７４】
図３６は、本発明の実施形態における圧電材料から成るチューブの端面２１に、伝播表面波２１１および２１２を生じさせるための一代替電極構成を示している。電極３１は、チューブの全円周を囲んで、等しい間隔を置いて配置されているのではなく、それらは、方位セグメント２０１ａおよび２０１ｂに制限されている。電極は、さらに、チューブの端部縦方向セグメント４１に制限されている、すなわち、それらは、それらを用いて伝播表面波を発生させる面２１に近接して配置されている。
【０１７５】
電極は、第１の方位セグメント２０１ｂを囲んで延在する、６つの電極３１ｂから成る第１のグループを有する。したがって、それらは、端面２１の第１の部分２１１に近接して配置されている。電極３１ｂから成るこの第１のアレイは、チューブの外側表面２０上に配置されている。それに対応する共通電極３１１ｂが、チューブの内側表面２３上に配置されており、この場合にも、第１の方位セグメント２０１ｂを囲んで延在している。外側表面電極３１ａから成る第２のグループ、および、それに対応する内側表面電極３１１ａが、第１のグループの位置と直径方向に対向する位置で、チューブの縦方向端部セクション４１上に配置されている。
【０１７６】
図３７は、縦軸に沿って見た、図３６のチューブおよび電極構成の略端面図であり、また、外側表面電極の隣の番号１、２、３は、一般的に、励起順序を表わしている。言い換えると、番号１、２、３は、波発生サイクルの逐次時刻において、上面２１の第１の部分２１１および第２の部分２１２に発生する伝播表面波のピークの位置を表示している。この例においては、第１の方位セグメント２０１ｂは、第２の方位セグメント２０１ａの角度範囲Ａと同じ角度範囲Ｂを有している。しかしながら、代替実施形態において、これらの角度ＡとＢとは、必ずしも同じではない。
【０１７７】
したがって、三相電源によって、図３６および図３７に示されている電極の横列を制御して、上面の部分２１１に沿って、右回りの方向に伝播する第１の伝播波を発生させ、かつ、同時に、部分２１２に沿って、左回りの方向に伝播する第２の伝播波を発生させることができる。各方位セグメント上の６つの外側電極を、図に示されているように用いることによって、それらの伝播波は、各々、常に、２つのピークＰを持つことができる。
【０１７８】
図３８ａ〜図３８ｃは、波発生サイクルの３つの逐次時刻における、それらのピークの運動の極めて概略的な図である。
【０１７９】
図３８ａ〜図３８ｃに示されているピークＰの高さは、非常に誇張してあることを認識されたい。これは、単に、動作原理の理解を助けるためだけのものである。
【０１８０】
したがって、図３６〜図３８に示されている構成においては、第１および第２の伝播表面波は、全端面をめぐって伝播するわけではなくて、単に、その面の比較的短く、直径方向に対向しているセクションをめぐって伝播するだけである。この手法により、チューブによって支持されている平坦な面の並進、または、チューブの縦軸ではない軸の周りの、被支持物体の回転を与えることができる。
【０１８１】
また一方、この手法によると、被支持面を互いに逆方向に押そうとする、第１と第２の伝播波の成分が非常に小さいから、支持面２１と被支持面との間での摩耗が低減するという、さらなる利点が得られる。これは、第１および第２の伝播波が、端面のそれぞれの半分をめぐって発生し、それらの半分同士の合流点において、伝播波同士が、被支持面を完全に逆方向に押そうとする実施形態と対照的である。
【０１８２】
図３９〜図４２図は、圧電チューブではなくて、圧電材料から成るシート２が用いられている、本発明の一代替実施形態を示している。シート２の一端は、支持面５１に結合されており、上端面２１上に、可動円柱部材１を支持している。上端面２１は、被支持体１の円柱外側表面１１にぴったり合うように円柱状である。
【０１８３】
複数の電極３１が、上端面２１に近接して、シートの上端部４１上に配置されている。上端面２１に伝播表面波を発生させて、回転軸ＲＡの周りに被支持体１を回転させるために、制御電圧が、これらの電極３１に印加される。より大きな電極３２が、より、支持面５１に近接したシート２の、相対向する両側に配置されており、それらの電極３２間に制御電圧を印加し、それによって、シートを湾曲させ、回転軸ＲＡに沿って、支持面２１（したがって、被支持円柱）を移動させることができ、また、回転軸ＲＡに直角な方向である、図の垂直方向において、シート２を、制御された伸長および収縮をさせることができる。
【０１８４】
したがって、互いに直交し合う２つの方向における、被支持円柱の精細な位置決めを与えるために、下部電極３２を用いることができ、また、円柱の回転を制御するために、電極３１から成る上部セットの制御を用いることができる。シート材料は、前面２８および後面２９に直交する方向Ｐに分極化されている。
【０１８５】
図４３ａ〜図４３ｃは、面２１に、２つのピークＰを持つ伝播波を生じさせるための、電極３１から成る上部セットの逐次励起を示している。それらの伝播波は、レイリー表面波である。波の伝播の方向が、圧電体の前面２８上の矢印によって示されており、また、波のピークＰにある圧電材料と円柱との間の相互作用は、円柱が矢印Ｒによって示されている方向に回転するようなものである。
【０１８６】
図４４および図４５は、本発明の代替実施形態において用いるのに適した、圧電部材より成るチューブ、および、電極構成を示している。この例におけるチューブの断面は、概略正方形であり、上端面２１は、円柱面のための座部を備えている。チューブの各外側面は、上端の近傍の（すなわち、上面２１に近接して）位置する、電極３１のそれぞれの横列を備えている。
【０１８７】
チューブの対向し合う側面上の電極３１ａと３１ｂへの制御電圧の適切な印加によって、上面２１の対応する部分に伝播波を発生させて、被支持円柱面を、その縦軸の周りに回転させることができる。チューブの、もう一方の対の側面上の電極３１ｃと３１ｄのセットへの適切な制御電圧の印加によって、被支持円柱面の、その縦軸と平行な方向の移動の独立した制御を行わせることができる。
【０１８８】
図４６は、本発明を具体化した代替位置決め装置を示している。球体１は、ベース５に支持されている円筒圧電チューブ２によって支持されている。チューブの上端面は、耐摩耗性材料の塗膜または層２１０を備えている。球体が据えられるのは、その表面２１である。
【０１８９】
球体も、耐摩耗性材料の外側塗膜または層１１０を備えている。したがって、球体１の作用面１１は、この塗膜または層１１０の表面である。上部座部面２１は、それが係合する球面１１の部分にぴったりと合うように形作られている。アンカー部材７０が、チューブ２の内側に堅く固定されている。そして、作用面１１を支持面２１に付勢するために、ばね７１が、このアンカー部材７０と被支持体とに接続されている。言い換えると、球体が、チューブ上に引き下ろされる。
【０１９０】
チューブの下端面は、ベース５の上部支持面５１を形成している耐摩耗性塗膜５０１上に静止して設けられた、耐摩耗性材料の別の塗膜または層２２０を備えている。磁石７２が、アンカー部材７０に取り付けられている。ベース５は、鉄鋼材を含み、そのため、磁石とベースとの間の引力により、チューブとベースは結合させられる。したがって、この位置決め装置を水平配置で用いる必要はない。
【０１９１】
圧電チューブには、図３１を参照して述べたタイプの電極が設けられている。また、制御システム６は、被支持体の制御された回転、およびベース５上におけるチューブの運動を行わせるために、チューブの上部、中央部、下部の縦方向セクションの電極に、適切な制御電圧６１を供給する。
【０１９２】
図４７は、本発明の別の一実施形態の非常に概略的な図であり、圧電チューブは、物体１００の球面１１上を「歩く」ように構成されている。この相対的移動は、圧電チューブ上の電極構成への制御電圧の適切な印加によって行われる。制御電圧６１は、コントローラ６によって供給され、また、電極構成は、３０によって概略的に示されている。その構成は、上述の手法を用いて、物体１００に接しているチューブの表面に伝播波を発生させるようになっているものである。
【０１９３】
図４８は、本発明を具体化した関節式マニピュレーション装置の概略図である。この装置は、支持面５１上に支持されている第１の圧電チューブ２ａを有する。第１の球体１ａｂが、第１のチューブ２ａ上に支持され、それは、第２の圧電チューブ２ｂを支持している。第２の球体１ｂｃが、第２のチューブ２ｂ上に支持され、それは、第３のチューブ２ｃを支持している。各チューブは、それぞれの電極構成３０ａ、３０ｂ、３０ｃを備えている。それらの構成は、コントローラ６からの適切な制御電圧の印加によって、各チューブの各端に、互いに独立して、伝播表面波が発生することができるようなものである。
【０１９４】
図４９は、本発明の実施形態において用いるのに適した圧電部材の一構成を示している。この構成は、圧電材料から成る４つの平板２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを備えている。それらの部材の上面２１は、可動部材に対する支持部を備えている。各平板は、下端面に沿って伝播表面波を発生させるための下部電極３３を備えている。各平板は、平板の制御された湾曲、および、図と直交する方向における制御された伸長および収縮を与えるための中央電極３２を備えている。
【０１９５】
各平板は、さらに、上面に沿って伝播表面波を発生させるように制御することができる上部電極３１を備えている。例えば、この上面に、平坦な物体を支持することができる。上面２１ａおよび２１ｂに伝播波を発生させて、１つの方向に物体を並進させることができる。また、表面２１ｃおよび２１ｄに伝播波を発生させて、直交する方向に被支持物体を移動させることができる。
【０１９６】
図５０は、本発明の実施形態において用いるための一代替チューブ部材を示している。このチューブは、圧電材料から成るセグメント２０１と、非圧電材料から成るセグメント２００とを備えているという点で、複合構造となっている。使用時には、圧電セグメントだけに、上述のような電極構成を設け、それらの圧電セグメントと対応する上面の部分に、伝播表面波を発生させることができる。
【０１９７】
図５１は、本発明の実施形態において用いるための圧電チューブ２、および、電極構成を示している。チューブの上部４１は、その外側表面２０上に、外側リング電極３２０、およびその内側表面２３上に、内側リング電極３２３を備えている。したがって、これらのリング電極３２０と３２３とは同心であって、チューブの伸長を精細に制御するために用いられる。言い換えると、内側円環状電極３２０と外側円環状電極３２３との間に、適切な電圧を印加して、下端面２２に相対的に、上端面２１の縦方向位置を調整することができる。
【０１９８】
チューブの下部セグメント４３は、複数の電極３３（この例では、４つの電極）によってセグメント化されている。これらの下部電極は、チューブに制御された湾曲を与えるように、また、下端面２２に伝播波を発生させるように制御される。下部セグメントの内側表面に対する、種々の適切な電極構成は、前記から明らかである。
【０１９９】
図５２は、一つの代替のチューブ、および電極構成を示している。内側表面２３は、各々が、チューブの上側部分４１および下側部分４３の両方にわたって延在している、４つの内側電極３１０によってセグメント化されている。外側表面においては、上側部分４１が、１つの電極グループ３１によってセグメント化されており、また、下側部分４３が、もう１つのグループ３３によって、同様にセグメント化されている。
【０２００】
前記から認識されるように、種々のやり方で、電極に制御電圧を印加することができる。例えば、上端面２１に伝播波を発生させるためには、内側電極３１０を共通電位に保持し、さらに、上部グループの電極３１を、適切な順序で励起してもよい。同様に、内側電極を一定に保って、下側電極グループ３３を励起することによって、下面に伝播波を発生させてもよい。
【０２０１】
伸長を実現するためには、内側電極と外側電極とのどちらかに、共通電位を印加すればよい。湾曲を制御するためには、内側電極３１０の対向し合う対の間、または、外側電極３１、３３の対向し合う対、または、対向し合うグループの間に、差動電圧を印加すればよい。もちろん、制御電圧の適切な印加によって、変形および波発生の種々のモードを、組み合わせてもよい。したがって、特定の時刻に、特定の電極に印加される電圧は、いくつかの異なる成分を含むこととなる。
【０２０２】
上記したところにより、本発明のいくつかの実施形態において、圧電チューブは、６自由度、すなわち、Ｘ、Ｙ、Ｚの粗い位置決め、および、Ｘ、Ｙ、Ｚの精細な位置決めに対して用いられるものである。１つのデバイスで、６自由度全てを実現することによって、そのデバイスは、従来技術の装置よりも小さく、軽く、信頼度が高く、外部振動の影響を受けにくく、そして安価になる。
【０２０３】
いくつかの実施形態において、粗いＸおよびＹの移動が、チューブの１つの端に近接して位置している、少なくとも３つの、互いに独立に駆動されるセクタによって行われる。それらのセクタへの駆動電圧の逐次印加によって、その端はキャタピラ状運動させられる。
【０２０４】
チューブは、固定平面上に置かれ、重力、ばね、磁力または真空吸引によって、その固定平面に押し付けられているのであってもよく、固定平面上を、キャタピラ運動によって決められる方向に「歩く」ことができる。チューブの他方の端に近接して位置する、少なくとも３つの互いに独立に駆動されるセクタによって、粗いＺ移動を行わせることができる。これらのセクタへの駆動電圧の逐次印加によって、端のキャタピラ状運動がもたらされる。
【０２０５】
チューブの端上に置かれて、重力、ばね、磁力、または真空吸引によって端に押し付けられている球体、または、部分的に球形状を持つ物体（例えば、レンズ）は、キャタピラ運動によって決められる方向に回転することができる。球体に取り付けられているカンチレバー（ビーム、ウイング、ウィスカ）が、回転を、その終端のＺコース運動に変換する。圧電チューブの精細な移動のために従来用いられている任意のやり方で、セグメント化（３つ以上の、互いに独立に駆動されるセクタ）されている、チューブの中央部を用いて、精細なＸ、Ｙ、Ｚ制御を行わせることができる。
【０２０６】
それに代えて、粗いＸ、Ｙ運動のために用いられるのと同じセクタ、または、粗いＺ運動のために用いられるのと同じセクタを用いて、精細な位置決めを行わせることができる。
【０２０７】
したがって、本発明の態様には、物体を横方向に移動させるために、圧電チューブを用いることが含まれており、その物体は、１つの方向に、一定の曲率の表面を有し、他の１つの方向に、一定の曲率の表面を有している。それらには、平坦面の横移動、および、球体の極線回転が含まれる。チューブ上に置かれた半球体またはレンズは、サンプルを傾ける働きをすることができる。これは、走査電子顕微鏡内のサンプルの位置決めに対して、特に有用である。
【０２０８】
さらに、少なくとも１つの被支持体（部分的に平坦な形状、円柱形状、球形状の）の回転および直線移動、または、そのような被支持体と反対方向の移動が可能であるマニピュレーション／位置決めデバイスが提供される。
【０２０９】
本発明を具体化するいくつかのデバイスの能動的部品は、圧電材料で作られたチューブであり、２つの変形波が、その内側および外側の電極によって、その円筒体に励起される。それらの波は、チューブの端を、キャタピラ状に変形させる。反対方向に移動させられるか、または、反対方向に移動させられている被支持体は、摩擦によって円筒端に係合させられる。
【０２１０】
本発明のいくつかの実施形態を、マイクロマニピュレータ、ナノマニピュレータ、位置決めデバイス、および、アクチュエータとして記述することがある。それらの実施形態には、例えば、走査トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、およびナノマニピュレータシステムにおいて、多種多様の応用例がある。
【０２１１】
図５３は、本発明の実施形態において用いるのに適した、別の１つのチューブ状圧電体２の略図である。圧電体２は、実質的に平らではなくて、複数のスロットまたは溝を有する第１の端面２１を備えている。したがって、端面２１は、おおむね城郭風であると見なすことができる。
【０２１２】
この例においては、チューブの円周をめぐる溝の数（１２個）は、円周を囲む電極の数と等しい。しかし、代替実施形態において、異なる溝の数が存在してもよいことを認識されたい。例えば、溝の数は、電極の数の１倍でない倍数であってもよい。さらに、代替実施形態における溝は、異なる形状を有していてもよい。
【０２１３】
パターンのある端面は、くず及び汚染物質を、溝内に捕捉することを可能にし、したがって、隣接し合う溝間のランド（山の部分）を清浄に保つことができる。したがって、可動部材を、上面２１のランド上に支持して、チューブの上部４１の電極３１への適切な制御電圧の印加により、ランドに発生した伝播表面波によって、チューブ体に相対的に移動させることができる。
【０２１４】
この例においては、チューブの下端面２２が、同様にパターン化されており、また、下部４３の電極３３への制御電圧の印加によって、下面に伝播表面波を発生させることができる。
【０２１５】
図５４および図５５は、本発明の別の一実施形態を示している。名目垂直方向の相対的に粗い移動（Ｚコース移動と記載することもある）を遂行する異なる方法を採用している。このプローブ位置決め装置は、おおむねチューブ状の圧電体２を含み、チューブ両端のうちの少なくとも一方は、１対の対向し合うスリット２２２を有している。
【０２１６】
平板形状の可動部材１が、プローブ１３を支えて、１対のスリット（スロット）２２２内に受け止められている。可動部材１の表面は、この例においては、ばねによって圧電体２の作用面２２３（その作用面は、スロットの側面である、すなわち、それらはスリット壁によって提供される）に係合している。
【０２１７】
ばね７１は、各々、それぞれのスリット２２２の非作用面２２４に係合しており、可動部材１を、スリットの反対側の作用面２２３に対して付勢している。ばねが示されているが、代替実施形態として、例えば磁力を用いる付勢手段を用いてもよい。作用面に伝播波を発生させて、板１を垂直方向に移動させるために、電極が、両スリットに沿って配置されている。それらは、各スリットの作用側面に隣接するチューブの外側表面２０上の複数の外側電極３１と、それに対応する、スリットの作用側面に隣接する、チューブの内側表面上に配置された複数の電極３１０とを備えている。
【０２１８】
電極に逐次電圧を印加して、同一方向に伝播する（すなわち、両方とも上方に伝播するか、または、両方とも下方に伝播する）２つの波（各作用面２２３に１つずつ）を発生させることによって、可動部材は、縦方向（この例においては、垂直）に移動する。図示していないが、圧電体２の下端面２２を、ベース上に支持していてもよく、その場合には、レイリータイプの伝播表面波を発生させて、ベースに向かうか、またはベースから離れる、可動部材１およびプローブ１３の移動を制御するために、作用面に近接した電極に印加される電圧の制御を利用することができる。
【０２１９】
下面に伝播表面波を発生させて、ベースと相対的に、圧電体を並進または回転させるために、圧電体２は、さらに、下面２２に近接する複数の電極を備えていてもよい。
【０２２０】
上述のように、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向における被支持板１の制御された歪み、したがって、精細な位置制御を与えるために、さらなる電極を、圧電体に設けてもよい。ばね７１が、板の両側に配置されている図５４および図５５に描かれている構成は、チューブ中心軸に対して対称であるということから、利益を得ることができることを認識されたい。この対称性は、ナノメートルスケールでの安定性（例えば、熱ドリフト）には、極めて重要である。
【０２２１】
しかし、複数のばね、または、１つのばねが、片側だけにしか配置されていない構成も、条件が合えば正常に機能する。さらに、本発明の実施形態において、異なる形状の板、およびスリット（すなわち、平坦以外の）を用いることができることも認識されたい。例えば、円柱形状の板およびスリットは、板の回転自由度を禁じ、それによって、板の速度が両方のスリットに沿って確実に同一になるようにする。さらに、他の案内形状または制限形状も、可能である。図５６および図５７は、可動部材１が曲面板（すなわち、円柱体の一部と見なすことができる）である一実施形態を示しているだけである。
【０２２２】
図５８および図５９に示されている、別の一実施形態において、互いに逆方向を向く波を適用することを可能にする例が示されている。これによって、この例では、複数のプローブ１３ａ、１３ｂ、および１３ｃを支えている可動部材１が回転させられる。このように、スロット作用面２２４に近接する内側電極３１０または外側電極３１への適切な電圧印加によって、圧電体２の一方の側に、上向きの伝播波を発生させることができ、かつ、他方の側に、下向きの伝播波を発生させることができる。これにより、これらの波と可動部材１との間の相互作用によって、可動部材は、回転することができる（図では、両頭矢印によって描かれているように、水平軸の周りに）。
【０２２３】
プローブの粗い位置決めを与えるために、または、プローブの変更を可能にするために（例えば、走査トンネル顕微鏡プローブを、予備のプローブに、または、原子間力顕微鏡プローブに交換するために）、この回転を用いることができる。
【０２２４】
本発明の実施形態において、チューブ以外の形状の圧電体を用いることができる。やかん形状の圧電体２を組み込んだ装置が、図６０および図６１に示されている。電極３１が、圧電体の「上部の」ドーム形の端部上に、その端部のスロット２２２の作用面２２３に沿って配置されている。プローブ１３ａ〜１３ｃを支えている可動部材１は、スロット２２２の内部に受け止められており、中空体の内部のばね７１が、可動部材１を、作用面２２３に対して付勢している。電極３１への電圧の印加によって発生する１つ以上の伝播波の方向に応じて、回転または並進を行なうように、可動部材１を作ることができる。
【０２２５】
いくつかの実施形態において、スリットの幅を、板の幅よりもわずか（５〜５０ミクロン）に小さくすることができる。そのようにすると、ばねを要することなく、可動部材を保持することができる。この場合には、摩擦力を調整するのが、簡単ではない。しかしながら、スリップ-スティック手法と対照的に、本発明の実施形態において用いられている伝播波原理は、摩擦に、それほど強く依存しない。
【０２２６】
この場合に、よりよく圧力を供給する圧電体の１つの形状が、図６２〜図６４に示されている。ここで、可動部材１は、スロット２２２内で締りばめを形成しており、したがって、しっかりと保持されている。したがって、各スリットの両側面は、各スリットの両側の外側電極３１を含む発生システムによって、伝播波が発生する作用面を与えている。
【０２２７】
前述の実施形態の場合と同様に、圧電体２の下面２２を、ベース（その上で、圧電体２を「歩く」ように制御することができる）上に支持することができる。また、４つの作用面２２３の伝播波と、可動部材１との間の相互作用を、ベースに向かい、かつ、ベースから離れる、プローブ１３の粗い位置制御を行わせるために用いることができる。
【０２２８】
さらに、圧電体の制御された歪み（例えば、伸長または湾曲）、したがって、プローブ（ツール、チップ、カンチレバーなどと呼ばれることもある）の精細な位置制御を与えるための、歪み制御システム（さらなる電極および制御電圧印加手段を含む）を採用してもよい。
【０２２９】
図６５は、図６２〜図６４に示されている実施形態と同様ではあるが、横方向に突き出した可動部材（板）が、下方に、すなわち、圧電体のベース表面２２の方に向いているチップを支えている実施形態を示している。
【図面の簡単な説明】
【０２３０】
【図１】従来技術による位置決め装置の略図。
【図２】名目Ｚ方向に精細な移動を与えるための圧電チューブの使用法を示す図。
【図３】図２のチューブ上の電極の配置の略図。
【図４】名目Ｘ方向に精細な移動を与えるための圧電チューブの使用法を示す図。
【図５】図４のチューブ上の電極の略図。
【図６】名目Ｘ方向に精細な移動を与えるための圧電チューブの別の使用法を示す図。
【図７】図６のチューブ上の電極構成の略図。
【図８】名目Ｘ方向および名目Ｙ方向に精細な移動を与えるための圧電チューブの使用法を示す図。
【図９】図８のチューブ上の電極構成の略図。
【図１０】名目Ｘ方向および名目Ｙ方向に精細な移動を生じさせるために圧電チューブを用いる代替手法を示す図。
【図１１】図１０のチューブ上の電極構成の略図。
【図１２ａ】本発明の実施形態において用いるのに好適なタイプの伝播表面波の、圧電材料のシートの１つの面における発生を示す図。
【図１２ｂ】本発明の実施形態において用いるのに好適なタイプの伝播表面波の、圧電材料のシートの１つの面における発生を示す図。
【図１２ｃ】本発明の実施形態において用いるのに好適なタイプの伝播表面波の、圧電材料のシートの１つの面における発生を示す図。
【図１２ｄ】本発明の実施形態において用いるのに好適なタイプの伝播表面波の、圧電材料のシートの１つの面における発生を示す図。
【図１２ｅ】本発明の実施形態において用いるのに好適なタイプの伝播表面波の、圧電材料のシートの１つの面における発生を示す図。
【図１２ｆ】本発明の実施形態において用いるのに好適なタイプの伝播表面波の、圧電材料のシートの１つの面における発生を示す図。
【図１２ｇ】本発明の実施形態において用いるのに好適なタイプの伝播表面波の、圧電材料のシートの１つの面における発生を示す図。
【図１３】伝播表面波を発生させるために、図１２ａ〜図１２ｇの電極に印加される電圧を示す図。
【図１４】伝播表面波を発生させるために、図１２ａ〜図１２ｇに示されている電極に印加するのに好適な制御電圧の別のセットを示す図。
【図１５】固体表面に沿って伝播するレイリー表面波、および、固体表面上の質点の運動を示す図。
【図１６】本発明の実施形態において用いるのに好適な圧電チューブの構成を示す図。
【図１７】本発明の実施形態において用いるのに好適な圧電チューブの構成を示す図。
【図１８】圧電チューブを囲む電極構成、および、圧電チューブの端面をめぐる、互いに逆回りの方向に伝播する伝播表面波対を発生させるための電極の励起順序を示す図。
【図１９】圧電チューブを囲む電極構成、および、圧電チューブの端面をめぐる、互いに逆回りの方向に伝播する伝播表面波対を発生させるための電極の励起順序を示す図。
【図２０】圧電チューブを囲む電極構成、および、圧電チューブの端面をめぐる、互いに逆回りの方向に伝播する伝播表面波対を発生させるための電極の励起順序を示す図。
【図２１】圧電チューブを囲む電極構成、および圧電チューブの端面をめぐる、互いに逆回りの方向に伝播する伝播表面波対を発生させるための電極の励起順序を示す図。
【図２２ａ】図１９にしたがって発生する伝播表面波のピークの移動を示す図。
【図２２ｂ】図１９にしたがって発生する伝播表面波のピークの移動を示す図。
【図２２ｃ】図１９にしたがって発生する伝播表面波のピークの移動を示す図。
【図２２ｄ】図１９にしたがって発生する伝播表面波のピークの移動を図解する図
【図２２ｅ】図１９にしたがって励起される電極を備えた圧電チューブの端面上に支持されている物体に生じる回転を示す図。
【図２２ｆ】図１９にしたがって励起される電極を備えた圧電チューブの端面上に支持されている物体に生じる回転を示す図。
【図２２ｇ】図１９にしたがって励起される電極を備えた圧電チューブの端面上に支持されている物体に生じる回転を示す図。
【図２２ｈ】図１９にしたがって励起される電極を備えた圧電チューブの端面上に支持されている物体に生じる回転を示す図。
【図２３】本発明の実施形態において用いることができる代替電極構成および励起順序を示す図。
【図２４】本発明の実施形態において用いることができる代替電極構成および励起順序を示す図。
【図２５】本発明の実施形態において用いることができる代替電極構成および励起順序を示す図。
【図２６】本発明の実施形態において用いることができる代替電極構成および励起順序を示す図。
【図２７】本発明の一実施形態による位置決め装置を示す図。
【図２８】本発明による別の位置決め装置を示す図。
【図２９】本発明を具体化する位置決め装置を示す図。
【図３０】本発明を具体化する代替位置決め装置を示す図。
【図３１】本発明の実施形態において用いるのに好適な圧電チューブおよび電極構成を示す図（なお、便宜上、図３２と図３３が入っている）。
【図３２】図３１のチューブの中央セクションおよび電極構成の略断面図（なお、便宜上、図３１と図３３が入っている）。
【図３３】図３１のチューブの端部および電極構成の略断面図（なお、便宜上、図３１と図３２が入っている）。
【図３４】本発明を具体化する位置決め装置の略図。
【図３５】本発明を具体化するサンプル位置決め装置の略図。
【図３６】本発明の実施形態において用いるのに好適な圧電チューブの端部および電極構成を示す図。
【図３７】図３６のチューブおよび電極構成の略端面図。
【図３８ａ】図３７に図解されている順序に従って励起される電極を備えた、図３６および図３７のチューブの表面に生じる伝播表面波の概略図。
【図３８ｂ】図３７に図解されている順序に従って励起される電極を備えた、図３６および図３７のチューブの表面に生じる伝播表面波の概略図。
【図３８ｃ】図３７に図解されている順序に従って励起される電極を備えた、図３６および図３７のチューブの表面に生じる伝播表面波の概略図。
【図３９】本発明を具体化する位置決め装置の略斜視図。
【図４０】図３９の装置の略端面図。
【図４１】Ａ−Ａ線に沿う、図４０の装置の略断面図。
【図４２】Ｂ−Ｂ線に沿う、図４０の装置の略断面図。
【図４３ａ】支持体の表面に発生した伝播表面波による、図３９の被支持体の回転を示す図。
【図４３ｂ】支持体の表面に発生した伝播表面波による、図３９の被支持体の回転を示す図。
【図４３ｃ】支持体の表面に発生した伝播表面波による、図３９の被支持体の回転を示す図。
【図４４】本発明の実施形態において用いるのに好適な代替圧電チューブおよび電極構成の概略図。
【図４５】図４４のチューブおよび電極構成の略端面図。
【図４６】本発明の一実施形態による位置決め装置の概略断面図。
【図４７】本発明を具体化する代替位置決め装置の概略図。
【図４８】本発明を具体化する、さらに別の位置決め装置の概略図。
【図４９】本発明の実施形態において用いるのに好適な圧電支持部材の略構成図。
【図５０】本発明の実施形態において用いるのに好適なチューブ体の略図。
【図５１】本発明の実施形態において用いるのに好適な別の圧電チューブおよび電極構成を示す図。
【図５２】本発明の実施形態において用いるのに好適なさらに別の圧電チューブおよび電極構成を示す図。
【図５３】本発明の実施形態において用いるのに好適なさらに別の圧電チューブ、および電極構成を示す図。
【図５４】本発明を具体化するプローブ位置決め装置の略平面図。
【図５５】本発明を具体化するプローブ位置決め装置の略側面図。
【図５６】本発明を具体化する別のプローブ位置決め装置の略平面図。
【図５７】本発明を具体化する別のプローブ位置決め装置の略側面図。
【図５８】本発明を具体化するマルチプローブ位置決め装置の略平面図。
【図５９】本発明を具体化するマルチプローブ位置決め装置の略正面図。
【図６０】本発明を具体化する別のマルチプローブ位置決め装置の略平面図。
【図６１】本発明を具体化する別のマルチプローブ位置決め装置の略正面図。
【図６２】本発明を具体化する別のプローブ位置決め装置の略平面図。
【図６３】本発明を具体化する別のプローブ位置決め装置の略正面図。
【図６４】本発明を具体化する別のプローブ位置決め装置の略側面図（なお、便宜上、説明上、図６５が入っている）。
【図６５】本発明を具体化する別のプローブ位置決め装置の略正面図（なお、便宜上、説明上、図６４が入っている）。
【符号の説明】
【０２３１】
１  可動部材
２、２ａ〜２ｃ  チューブ
３、３０、３０ａ〜３０ｃ、３１、３１ａ〜３１ｄ、３２、３２ａ、３２ｂ、３３、Ａ、Ｂ、Ｏ  電極
５  ベース
６  制御システム
１１  第１の面
２０  外側表面
２１  上端面
２２  下端面
２３  内側表面
４１  上端縦方向セグメント
４２  中央縦方向セグメント
４３  下端縦方向セグメント
５１  ベースの表面
６１  制御電圧
２１１  第１の部分
２１２  第２の部分
２２２  スロット
３１０、３１１ａ、３１１ｂ、Ｃ  内側電極
３２０  外側リング電極
３２３  内側リング電極
Ｌ  縦軸
Ｐ  波のピーク
【図１】
2008539486.tif 000003
【図２】
2008539486.tif 000004
【図３】
2008539486.tif 000005
【図４】
2008539486.tif 000006
【図５】
2008539486.tif 000007
【図６】
2008539486.tif 000008
【図７】
2008539486.tif 000009
【図８】
2008539486.tif 000010
【図９】
2008539486.tif 000011
【図１０】
2008539486.tif 000012
【図１１】
2008539486.tif 000013
【図１２ａ】
2008539486.tif 000014
【図１２ｂ】
2008539486.tif 000015
【図１２ｃ】
2008539486.tif 000016
【図１２ｄ】
2008539486.tif 000017
【図１２ｅ】
2008539486.tif 000018
【図１２ｆ】
2008539486.tif 000019
【図１２ｇ】
2008539486.tif 000020
【図１３】
2008539486.tif 000021
【図１４】
2008539486.tif 000022
【図１５】
2008539486.tif 000023
【図１６】
2008539486.tif 000024
【図１７】
2008539486.tif 000025
【図１８】
2008539486.tif 000026
【図１９】
2008539486.tif 000027
【図２０】
2008539486.tif 000028
【図２１】
2008539486.tif 000029
【図２２ａ】
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【図２２ｂ】
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【図２２ｃ】
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【図２２ｄ】
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【図２２ｅ】
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【図２２ｆ】
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【図２２ｇ】
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【図２２ｈ】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８ａ】
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【図３８ｂ】
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【図３８ｃ】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３ａ】
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【図４３ｂ】
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【図４３ｃ】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【国際調査報告】
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