(57)【要約】【課題】駆動手段のメンテナンス性を向上した薄型駆動機構を提供する。【解決手段】長軸方向に変位出力部を有する駆動手段を用いて、該長軸と直交する方向に被駆動対象を駆動する機構において、駆動手段の出力変位を被駆動対象の駆動変位に変換するための方向変換用リンク機構を、駆動手段と被駆動対象を駆動する方向に対して略同じ高さに配置し、かつ非駆動対象、方向変換リンク機構、駆動手段の順に並んだ配置とすることで、駆動手段のメンテナンス性を向上する。【選択図】図１
2008203563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学要素を駆動するための光学要素駆動機構において、
第１の方向に延伸する駆動要素と、第１の方向と直交する方向へ変位を方向変換するリンク機構からなる1軸駆動機構を備え、
前記1軸駆動機構は、前記駆動要素と、前記リンク機構が、光軸方向に対して略同じ高さに配置され、
かつ光学要素の光軸からみて半径方向に前記リンク機構、駆動要素の順に配置されていることを特徴とする光学要素駆動機構。
【請求項２】
前記光学要素駆動機構は、３個の前記１軸駆動機構を、光軸周りに略１２０度間隔に配置し、各前記1軸駆動機構の出力部に前記光学要素、もしくは光学要素支持枠が連結されていることを特徴とする請求項１記載の光学要素駆動機構。
【請求項３】
前記リンク機構は、弾性ヒンジを回り対偶として用いたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学要素駆動機構。
【請求項４】
前記光学要素もしくは光学要素の支持部材の位置を計測する計測手段を複数個備えたことを特徴とする請求項１乃至３の少なくともいずれかに記載の光学要素駆動機構。
【請求項５】
前記計測手段の値を基に、正確な結像関係が得られる位置に前記光学要素を位置決めするための制御手段を備えたことを特徴とする請求項４記載の光学要素駆動機構。
【請求項６】
前記第1の方向は前記光学要素の略接線方向にあたることを特徴とする請求項１乃至５の少なくともいずれかに記載の光学要素駆動機構。
【請求項７】
前記第1の方向は前記光学要素の略半径方向にあたることを特徴とする請求項１乃至５の少なくともいずれかに記載の光学要素駆動機構。
【請求項８】
前記光学要素駆動機構は、２個の前記１軸駆動機構を、光軸周りに略１８０度間隔に配置し、各前記1軸駆動機構の出力部に前記光学要素、もしくは光学要素支持枠が連結されており、前記２個の駆動機構とそれぞれ９０度位相のずれた位置で前記光学要素、もしくは光学要素支持枠が固定鏡筒に固定されていることを特徴とする請求項１記載の光学要素駆動機構。
【請求項９】
前記１軸駆動機構の幾何学的な拡大倍率は０．７から２の間であることを特徴とする請求項１記載の光学要素駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層ピエゾアクチュエータ等の駆動手段を用いて被駆動対象を精密に駆動するための駆動機構に関するものである。さらに、半導体露光装置において、レチクル（マスク）の像を基板（シリコンウエハ）に投影露光する際、より正確な結像関係を得るためにレンズやミラー等の光学要素を所望の方向に駆動したり、変形させたりするための光学要素駆動装置に関する。本発明で述べる光学要素とは、レンズ、平行平板ガラス、プリズム、ミラー、あるいはバイナリーオプティクスなどの回折光学素子を含む。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子やマイクロデバイスの製造におけるリソグラフィ工程で使用される半導体露光装置は、数多くの異なる種類のパターンを有する原版を基板に転写する装置である。半導体素子の集積度は年々増す一方であり、この高集積度の回路パターンを作成するためには、投影光学系の収差やディストーションの低減が不可欠である。
【０００３】
投影光学系の収差やディストーションを向上させる方法として、まず一つ目に、投影光学系内の一部の光学要素を光軸方向に正確に変位させたり、傾けたりする方法(光学要素駆動方法)がある。これは、光学要素駆動装置を投影光学系内に少なくとも５個配置することで、装置周囲の環境の変化（圧力／温度変動）や、径時変化、露光熱に起因する光学誤差成分、球面収差、コマ収差、倍率誤差、像面湾曲、ディストーションを調整する方法である。二つ目の方法としては、光学要素の面形状を変形(補正)させる方法（光学要素変形方法）がある。この場合、光学要素駆動装置は、光学要素を支持（保持）する際に発生する光学要素面の自重変形を調整したり、ある特定の照明モードによって発生する露光収差を軽減するように働きかける。
【０００４】
従来、半導体露光装置用の光学要素の駆動機構（上記光学要素駆動方法）としては、以下の技術が開示されている。
【０００５】
特許文献１には、固定鏡筒に相当するアウタリングと、可動レンズ枠に相当するインナーリングの構造が図２に開示されている。当図においては、レンズ駆動機構に相当する光学要素保持装置が、アウタリング上の相対角度１２０の位置に３個配置され、該駆動機構の変位出力部である連結アームが前記インナーリングに結合されている。３個の駆動機構の出力変位を所望の値に制御することで、前記可動レンズを光軸方向にシフト駆動するとともに、光軸と直交する２軸周りにチルト駆動可能な構造が開示されている。そして図１２及び図１３には、前記駆動機構の詳細構造と動作原理図が開示されている。当図においては、駆動源である圧電素子と、剛体リンクと弾性ヒンジからなる変位拡大及び案内機能を有した弾性ヒンジ機構を用いて、前記可動レンズと結合された連結アーム部をレンズの光軸方向に駆動する機構が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−３４３５７５号公報  一方、光学要素の面形状を制御する装置（前記光学要素変形方法）として、以下の技術が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、半径方向に配置した複数のアクチュエータ対と、そのアクチュエータの発生力を光軸方向の変位に変換する伝動装置からなる光学要素面形状制御装置が同文献図１に開示されている。同図では、アクチュエータおよび伝動装置は、それぞれ光軸周りに等間隔に４個配置され、互いに向き合う位置にある駆動部が押し合うように、または引き合うように動作する構造となっている。
【特許文献２】特開２０００−１９５７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上述の公知技術には、以下のような欠点があった。
【０００８】
特許文献１において開示された駆動機構は、アクチュエータと弾性ヒンジ機構がレンズの光軸方向に並列配置されるため、固定鏡筒に相当するアウタリングの光軸方向の厚さが大きくなり、光軸方向に薄いレンズユニットに当機構を収納するのは困難である。従って当機構を搭載するレンズユニットは、光軸方向に厚いユニットに限定されるため、投影光学系全体の収差低減最適化の自由度が制限される。
【０００９】
また小さな入力源の発生変位を拡大し、大きなレンズの駆動範囲を得るため、システムの固有振動数が低下し、鏡筒に与えられる外部からの振動がレンズに伝わりやすいという問題がある。このため、高い像性能を得るために、敏感度の高いレンズや、高速駆動を要求するレンズに適用しにくいと言う問題があった。
【００１０】
さらに、駆動源による力が、鏡筒を変形させ、可動部の位置を計測するセンサ取り付け部が変位し、所望の位置精度が得られないという問題があった。
【００１１】
特許文献２には、半径方向に配置した複数のアクチュエータの張力および／または圧縮力が光軸方向に力−変位変換する伝動装置について、概略図のみが示されており、具体的な構成が開示されていない。仮にこのような構造が装置化できたとしても、光軸方向のみならずピポットを中心とした回転動作となってしまう。（例えば図２の１２の右端部を中心とした回転動作）ため、内側リング（２）は意図しない変形を受けやすく正確な光学性能調整がしにくいと言う問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本願発明の一側面としての光学要素駆動機構は、圧電アクチュエータを代表とするリニアアクチュエータと、弾性ヒンジを用いたリンク機構からなる駆動機構を光学要素の、または前記光学要素と光学要素の支持枠の円周上に略等間隔に複数個配置するものであって、前記リンク機構と前記アクチュエータは光軸に沿った方向には略同一の高さに配置され、前記光学要素の光軸方向からみて半径方向に、前記リンク機構、前記アクチュエータの順に配置され、かつ前記アクチュエータは、鏡筒の外部に配置されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、駆動軸方向に大きな厚みを持つことない薄型の駆動機構を構成できるので、特に光学要素駆動機構に適用した場合、より多くの駆動機構ユニットを搭載した光学系が実現できるなど、高い像性能を持つ光学系が実現できる。さらには駆動源となるアクチュエータを、固定鏡筒の外部に配置が可能となるので、アクチュエータが不慮の故障やずれなど変動を生じた場合でも、交換や調整するなどメンテナンスが容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下の実施例１乃至実施例１０に示される通りである。
【実施例１】
【００１５】
実施例１から実施例５は光学要素を光軸方向に変位させたり、傾けたりするための装置に駆動機構を適用した例を示す。
【００１６】
図１乃至図５は、本発明の実施例１に係わる図である。
【００１７】
図２は、本発明が適用される半導体露光装置の概略構成の一例を示す図である。該装置は、スリット照明下でレチクルをスキャン駆動し、これに同期して半導体ウエハをスキャン駆動しながら露光動作を行なう、スキャナ式露光装置である。同図において、１は本発明の駆動機構を搭載した投影光学系で、レンズ、該レンズの駆動機構、及びこれらを収納する固定鏡筒で構成されたものを個々のレンズユニットとし、複数のレンズユニットが積層されて１本の投影光学系を構成する。
【００１８】
設置される床の振動が投影光学系１、さらにはその内部の各レンズに伝達しないよう、鏡筒定盤２とベースフレーム３は除振機構を介して締結される。４は照明ユニットで、原版となるレチクル５を種々の照明モードにて照明可能な構成となっている。６は前記レチクルをスキャン駆動するレチクルステージである。
【００１９】
８は感光剤が塗布された半導体ウエハ（ウエハ）であり、９は該ウェハを保持するウェハステージである。該ウェハステージ９はウエハ８の光軸方向の位置調整を行なうとともに、前記レチクルステージ６のスキャン動作に同期してウエハをスキャン制御する。１０はレンズ制御手段で、所定の制御フローに従って本発明の光学要素駆動機構を制御する。具体的には、気圧センサ等の各種センサ情報に基づいて計算された結果、及びあらかじめ記憶されたプログラムに基づいて、所定のレンズを調整駆動することで、投影光学系１の光学性能を最適化する。詳しくは図７及び図８にて説明する。
【００２０】
図３は本発明の駆動機構と、該駆動機構を複数個搭載して、レンズを所望の方向に駆動可能な光学要素駆動装置を示した図である。同図（ａ）はレンズ及びレンズ枠を取り除いた平面図、同図（ｂ）はレンズ及びレンズ枠を搭載した平面図、同図（ｃ）はA-A断面図である。同図（ａ）及び（ｃ）において、１０１は固定鏡筒で、後述する駆動機構及びレンズ位置検出手段を固定する平坦部と、上下に隣接する他のレンズユニットと結合するための側壁円筒部を有する。１１０は本発明の駆動機構で、同一の駆動機構３組が固定鏡筒１０１の底面平坦部に設置される。１０２は後述するレンズ枠の光軸方向変位及び光軸と直交する半径方向変位を検出するレンズ位置検出手段で、半導体レーザを用いた干渉型測長器、静電容量変位計、リニアエンコーダ、差動トランス変位計、渦電流変位計など要求精度に応じて好適に用いられる。
【００２１】
同図（ｂ）はレンズとレンズ枠を搭載した状態を示した図で、レンズ１０３を収納するレンズ枠１０４には６箇所に切り欠きが設けられ、そのうちの３箇所は、前記駆動機構１１０の変位出力部にレンズ枠取り付けネジ１０５を用いて締結される。なお３箇所の駆動機構の高さを、駆動機構とレンズ枠の間に設けたスペーサ(不図示)によって相対的に同一にすることで、レンズ枠に、さらにはレンズに不要な変形を伝えないことが可能である。また該切り欠きの他の３箇所はレンズ枠変位検出用のターゲットとして利用される。その様子を同図（ｃ）で説明する。同図（ｃ）は、レンズ位置検出手段１０２にレーザ干渉型の変位センサを用いた場合の例である。レンズ１０３の光軸方向に検出用レーザビームを投射し、その反射光の干渉情報から、レンズ枠１０４の３箇所の光軸方向（Z方向）の変位を検出する。以上の構成において、３組の駆動機構１１０を等量だけ駆動するとレンズ１０３を光軸方向、すなわち同図（ｃ）に示したＺ軸方向に並進駆動することができる。また３組の駆動量に所定の差を設けることで、同図（ｂ）に示したθx及びθy方向のチルト駆動が可能である。この際、前記レンズ位置検出手段１０２の光軸方向の出力をフィードバックすることで、レンズ１０３の並進及びチルト駆動量を正確に制御できる。また、前記レンズ位置検出手段１０２の半径方向の出力をモニタすることで、レンズ１０３の光軸に直交した平面内での平行偏心に伴う像のシフト量を計算する。そして該計算結果を、図２に示したウェハステージの駆動量に加味することで、レンズ偏心に伴うレチクル像のアライメント誤差を解消する。なお、本実施例の光学要素駆動機構では、光学要素としてレンズを用いて説明したが、凹面ミラーや平面ミラーなど他の光学要素を用いることもできる。
【００２２】
上述のレンズ位置検出手段１０２を３個など複数個半径方向の変位測定を可能なように配置して、レンズ１０３のＸ、Ｙ方向の変位計側を行っても良い。本発明の３軸方向に駆動可能な機構にとってこのＸ、Ｙ変位は一般的に光学性能にとって有害なため、変位計測し、他の光学素子の駆動で補正したり、ウエハ、レチクルステージの駆動で補正したりすることで更なる像性能の向上を図ることも可能である。図３ではレンズ位置検出手段１０２がＺ方向も半径方向もともに計測可能に配置してあり、これを３個組合せ、計測軸分離を行うことで、直交三軸、その軸周りの回転三軸の計６軸計測可能に配置してある。
【００２３】
図４は固定鏡筒１０１から突き出した駆動機構１１０の封止方法を示した。図４（a）は斜視図、図４（b）は断面斜視図である。半導体露光装置の投影光学系の場合、コンタミネーションやさまざまな部位から生じるアウトガスから光学素子の汚染を守るなどの理由のために、鏡筒内部を窒素などのガスで置換し外気と遮断する方法がとられる場合が多い。駆動機構１１０が固定鏡筒１０１から突き出た本実施例の場合、固定鏡筒１０１側面に開口があるため、封止が困難である。このため、流体封止手段１２０を固定鏡筒１０１と駆動機構１１０の間に配置することで流体の遮断を実現している。なお流体封止手段１２０はアウトガスのない（もしくは少ない）ゴムのような柔軟なものが駆動機構１１０の動作を阻害しなくて好ましい。図４では、固定鏡筒１０１と駆動機構１１０に流体封止手段１２０が接着することで固定してあるが、金属部品（フランジ）で固定しても良い。
【００２４】
鏡筒を封止するための別の手段としては、固定鏡筒１０１から突き出た部分をすべて覆うようなカバーを、駆動機構１１０それぞれに取り付けることも考えられる。鏡筒周囲のスペースに余裕がある場合等にはこの方法を用いても良い。
【００２５】
図１乃至図５、図６は、本発明の実施例１に係わる図である。
【００２６】
図１は本発明の駆動機構詳細図で、図３に示した駆動機構１１０の詳細構造を示したものである。同図（ａ）はレンズの光軸方向上方から俯瞰した平面図、Ｘ軸及びＹ軸を図示のように定義する。同図（ｂ）はレンズ中心から見た側面図で、Ｘ軸及びＺ軸を図示のように定義する。同図（ｃ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【００２７】
以上の図において、１０１は図３に示した固定鏡筒の平坦部を表わす。１１１は駆動機構本体で、単一の金属ブロックから、ワイヤ放電加工及び切削加工にて形成されたリンク機構をなしている。１１２は積層型ピエゾアクチュエータで、電歪素子と電極が交互に積層された駆動源が伸縮可能な密閉型円筒容器内に封入され、Ｘ軸方向の全長が印加電圧に略比例して増加する。１１３はアクチュエータ１１２の寸法誤差を補正し、かつ与圧を与えるためのピエゾ調整ネジで、前記駆動機構本体１１１と前記アクチュエータ１１２の間に介在される。この調整ネジはナットにより固定することができる。１１４は駆動機構取り付けネジで、前記固定鏡筒１０１に対して駆動機構本体１１１にネジ締結される。図１に示すように、方向変換部材１１５は、その下面の３箇所１１５Ｗで固定鏡筒１０１に取り付けられている。これはアクチュエータによる駆動力が固定鏡筒に伝わり、鏡筒が僅かに変形し、レンズ位置検出手段１０２の取り付け面の変形が生じ、その結果、位置検出の誤差が発生するのを軽減するためである。固定鏡筒１０１の平坦部が厚いなど剛性が十分高い場合には、位置検出手段への影響が小さくなるため、方向変換部材１１５の下面全面で接するようにして固定鏡筒に締め付けてもよい。駆動機構本体１１１と鏡筒との結合については後述する。
【００２８】
図５は駆動機構本体１１１、方向変換部材１１５、ピエゾアクチュエータ１１２、ピエゾ調整ネジ１１３、変換部材結合ネジ１１６の展開図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は斜視図である。図５を用いて駆動機構本体１１１と方向変換部材１１５の製作方法を説明する。
【００２９】
まず駆動機構本体１１１は、母材となる所定厚さの板状金属ブロックから、図５（ａ）に示したリンク機構の外形部をワイヤ放電加工及びフライス加工により形成する。ついで穴あけ加工機を用いて、固定リンク１１１ｈのネジ用丸穴を加工したのち、両側の腕部側面から取り付けネジ穴の下穴およびネジの逃げ穴を加工する。最後にピエゾ調整ネジ１１３を装填するための調整ネジ穴１１１ｍをネジ加工し、加工が完了する。
【００３０】
次いで方向変換部材１１５は、母材となる所定厚さの板状金属ブロックから、図５（ｂ）に示したリンク機構の外形部及びスリット部をワイヤ放電加工、フライス加工により形成する。ついで穴あけ加工機を用いて、同図（ａ）の中央に示したレンズ枠取り付けネジ穴１１５ｊの下穴を加工したのち、両側側面から取り付けネジ穴の下穴およびネジの逃げ穴を加工する。最後にレンズ枠取り付けネジ穴１１５ｊと、水平リンク１１５ａ及び１１５ｂの下穴にネジ加工し、加工が完了する。
【００３１】
次に図１及び図５を用いて実施例１の駆動機構の組み立て手順を説明する。
【００３２】
まず図５（ｃ）の斜視図において、方向変換部材１１５の２箇所の窓部に対して駆動機構本体１１１の両側腕部を挿入し、両者を変換部材結合ネジ１１６にて結合する。次に駆動機構本体１１１にピエゾ受けリンク１１１ｑ、１１１ｒを介してピエゾアクチュエータ１１２を装填する。次いでピエゾ調整ネジ穴１１１ｍのそれぞれ外側からピエゾ調整ネジ１１３をネジ込んでピエゾアクチュエータ１１２の端部１１２ａ、１１２ｂを両側から押し、ピエゾアクチュエータをピエゾ受けリンク１１１ｑ、１１１ｒに圧接させる。ピエゾ調整ネジ１１３によるネジ込み量は、ピエゾアクチュエータの予圧量と概ね比例するが、レンズ枠駆動リンク１１５ｇのＺ軸方向上昇量をダイヤルゲージなど高さ測定器で所望の量になるように調整すると良い。これによって、図３に示すように３個の駆動機構を組み込んだときに個々の特性のばらつきを軽減することができる。ナットで予圧調整ネジが緩まないように、留めておくと良い。これでピエゾアクチュエータ１１２の装着が完了する。なおピエゾ調整ネジ１１３はピエゾ受けリンク１１１ｑ、１１１ｒのいずれか一方の側に設けるだけでも調整は可能である。しかし、駆動機構本体１１１に配置された左右それぞれ３個の弾性ヒンジＨ１０１-Ｈ１０２-Ｈ１０３、およびＨ１０４-Ｈ１０５-Ｈ１０６がＹ軸上に一直線に並ぶのが運動の精度上好ましい。この目的を達成するためには、ピエゾ調整ネジ１１３がピエゾアクチュエータの両側に設けられているほうが容易に調整できる。最後に駆動機構取り付けネジ１１４を用いて、上記リンク機構を固定鏡筒１０１にネジ止めし、組み立てが完了する。
【００３３】
図６は駆動機構本体１１１のリンク動作を説明するための図で、駆動機構本体１１１は図５（ａ）の平面図を模式化したもの、方向変換部材１１５は同図（ｂ）の側面図を模式化したものである。以下に、図５乃至図６を用いて実施例１の駆動機構の動作原理について説明する。
【００３４】
ピエゾアクチュエータ１１２に設けられた２本の電極端子（不図示）に所定電圧を印加すると、ピエゾアクチュエータ１１２の全長ＬはＸ軸方向にｄＬだけ伸張する。すると、図６の上図に示したように、一方のピエゾ受けリンク１１１ｑは左方にｄＸ１＝ｄＬ／２だけ、他方のピエゾ受けリンク１１１ｒは右方にｄＸ２＝ｄＬ／２だけ変位する。すると、弾性ヒンジＨ１０２及びＨ１０５を中心に回動可能に構成され、Ｙ軸方向に延伸した変位取り出しリンク１１１ａ及び１１１ｂは、Ｚ軸まわりに所定の微小角度だけ回動する。よって、連結リンク１１１ｅはｄＸ３だけ変位し、連結リンク１１１ｆはｄＸ４だけ変位する。ここで、リンク１１１ａと１１１ｂの長さを図６（ａ）のように定義する。この場合、連結リンク１１１ｅ及び１１１ｆのＸ軸方向変位量はピエゾアクチュエータ１１２によりピエゾ受けリンク１１１ｑ及び１１１ｒに与えられる変位量ｄｘ１、ｄｘ２のそれぞれおよそｂ／ａ倍に拡大されることになる。ここでこの倍率を、駆動機構本体１１１の幾何倍率と呼び、αと定義する。また変位取り出しリンク１１１ａ及び１１１ｂの撓み変形や弾性ヒンジの伸びなどにより幾何倍率αが低下し、駆動ロスにつながるため、リンクの形状設計には十分注意する必要がある。
【００３５】
上記連結リンク１１１ｅ及び１１１ｆのＸ軸方向の変位は、図６（ｂ）に示したように、方向変換部材１１５の水平リンク１１５ａ及び１１５ｂに伝達される。すると、Ｘ軸に対してθの角度に配置された方向変換リンク１１５ｃ及び１１５ｄが回動し、レンズ枠駆動リンク１１５ｇをＺ軸方向にｄＺ５だけ上昇させる。Ｚ軸方向変位ｄＺ５は、水平リンク１１５ａ及び１１５ｂの変位の概ね平均値のcotθ倍の変位となる。ここでこの倍率を方向変換部材１１５の幾何倍率と呼び、βと定義する。
【００３６】
駆動機構本体１１１と方向変換部材１１５を組み合わせた本機構全体の幾何倍率γは、両機構の幾何倍率の積（γ＝α×β）で表わすことができる。ピエゾアクチュエータ１１２のわずかな発生変位ｄLから大きな変位を取り出し、広範囲な光学要素の駆動量を実現するには、α、及び/またはβを大きくとるのが望ましい。αを大きく取るには変位取り出しリンク１１１ａ、１１１ｂの形状パラメータａを小さくし、ｂを大きくとる必要があり、βを大きくとるにはθを小さくとるのが良い。しかしｂを大きくとると固定鏡筒１０１の大型化（大きな直径）につながり、設計上制約がある。また拡大率を大きくとると、駆動機構１１０の固有振動数の低下につながり、例えば鏡筒外部からの振動をレンズ１０３に伝え、像性能を悪化させる原因になったり、駆動速度の低下につながったりするため、配慮が必要である。光学要素であるレンズを駆動する目的の本機構の場合、この合成幾何倍率γは、0.7以上2以下でとるのが、特に振動特性上好ましい。またZ軸方向のスペースの点から、方向変換部材１１５の方向変換リンク１１５ｃ及び１１５ｄのX軸となす角θは３０から６０度の間でとるのが良い。この場合幾何倍率βはおよそ0.57から1.72の間を取ることになる。
【００３７】
以上のごとく、ピエゾアクチュエータ１１２の伸張に伴ってレンズ枠駆動リンク１１５ｇがＺ方向に変位するが、該リンクはＺ軸方向のみに変位し、Ｘ方向及びＹ方向には変位しないことが望ましい。そこでこのような特性を実現するために、以下のような補助リンクが設けられる。まず、レンズ枠駆動リンク１１５ｇのＸ軸方向の移動を規制するため、その左右両側にサポートリンク１１５ｅ及び１１５ｆが連結される。このリンクにより、レンズ枠駆動リンク１１５ｇはＺ軸方向の変位自由度は有するが、Ｘ軸方向の自由度は規制される。また、レンズ枠駆動リンク１１５ｇのＹ軸方向の移動を規制するため、他のサポートリンク１１５ｓ及び１１５ｔが設けられる。該サポートリンクは水平リンク１１５ａ及び１１５ｂの中央よりに配置され、水平リンクのＸ軸方向の自由度を維持したまま、Ｙ軸方向の自由度を規制している。そこで、水平リンク１１５ａ及び１１５ｂのＹ軸方向の規制効果は、方向変換リンク１１５ｃ及び１１５ｄを介してレンズ枠駆動リンク１１５ｇに伝達される。以上の構成により、レンズ枠取り付けリンク１１５ｇ上のネジ穴１１５ｊの領域はＺ軸方向のみに変位し、Ｘ方向及びＹ方向への自由度が規制されるため、レンズ枠１０４をＺ軸方向に正確に駆動することができる。
【００３８】
本実施例の機構の場合、駆動機構本体１１１は、変位取り出しリンク１１１ａ、及び１１１ｂがそれぞれ弾性ヒンジＨ１０２、Ｈ１０５を中心に回動する機構となっている。そのため、方向変換部材の水平リンク１１５ａ、１１５ｂが厳密にはわずかにＹ軸方向に変位し易く、それにつれてレンズ枠駆動リンク１１５ｇもＹ軸方向に変位し易い。上述の補助リンクによりこの動きは、軽減されているが、要求される駆動精度によってはじゅうぶんでない場合がある。このようなＺ軸方向以外の変位はレンズ枠１０４の変形を引き起こし、さらにはレンズの変形を招き、光学性能の悪化につながる有害な成分になる可能性がある。したがって、レンズ枠駆動リンク１１５ｇのＹ軸方向の動きをできるだけ小さく抑えることが望ましい。
【００３９】
このためには、固定リンク１１１ｈに図９に示すような追加の補助リンクを設けるのが有効である。固定鏡筒１０１との結合は、固定リンク１１１ｈの下部ではなく、新たに設けた固定部１１１ｕ、及び１１１ｖの下部で結合される。固定部１１１ｕ及び１１１ｖと固定リンク１１１ｈとは、固定部リンク１１１ｈの中央部分と左右に設けた板ばね部１１１ｓ、及び１１１ｔで連結されている。また弾性ヒンジＨ１０２及びＨ１０５は固定リンク１１１ｈの中心からわずかにＹ軸方向にずらしてある。この追加の補助リンクによって、固定リンク１１１ｈは撓んだり（Ｙ軸方向に凸や凹に反る）、Ｙ軸方向に並行移動したりすることが可能となり、連結リンク１１１ｅ、および１１１ｆがＹ軸方向に変位するのが軽減される。レンズ枠駆動リンク１１５ｇのＹ軸方向の動きを最小化するためには、弾性ヒンジＨ１０２、Ｈ１０５の固定リンク１１１ｈの中心からのずれ量、板ばね１１１ｓ、１１１ｔの形状パラメータの最適化によって可能となる。
【００４０】
図１０は駆動機構本体１１１の連結リンク１１１ｅまわりの部分拡大図である。レンズ枠駆動リンク１１５ｇのＹ軸方向の変位は、この弾性ヒンジＨ１０３（不図示の反対側の弾性ヒンジはＨ１０６）を連結リンク１１１ｅの中心から僅かにＹ軸方向にずらすことによっても実現できる。このときに、弾性ヒンジＨ１０６の方も同様に配置しなければならない。また連結リンク１１１ｅには、図１０では不図示の変換部材結合ネジ用の穴があるので、このずらす量には制限がある。
【００４１】
ピエゾアクチュエータ１１２は、曲げモーメントを受けると破壊しやすい。本実施例で述べる機構では、Ｚ軸周りのモーメントは弾性ヒンジＨ１０１、及びＨ１０４で軽減できるようになっている。Ｙ軸周りのモーメントについても何らかの手段によって軽減することで、駆動機構の信頼性を向上することが可能となる。図１１は、ピエゾ受けリンク１１１ｑ、または１１１ｒとピエゾ調整ネジ１１３の詳細を示している。ピエゾ調整ネジ１１３の先端円柱状の突起が設けてあり、ピエゾ受けリンクに設けた穴１１１ｘに挿入し位置決めしている。Ｙ軸回りのモーメントを軽減する目的で、ピエゾ受けリンク１１１ｑ、および１１１ｒのピエゾ調整ネジ１１３側の部分には、円筒形状に加工が施されている（１１１ｙ）。そのため、両部品間は理想的には線状に接触することになり、目的のＹ軸回りのモーメントを軽減すると言う目的を達することになる。
【００４２】
図７は図２に示した半導体露光装置の露光動作やレンズ駆動動作を制御するための制御ブロック図である。２１は露光装置全体の動作を制御する本体ＣＰＵ、３１は鏡筒マウント３の除振動作を制御するマウント制御手段である。４１は照明ユニットの照明モードや光量を制御する照明制御手段、６１はレチクルステージの駆動制御を行なうレチクルステージ制御手段、９１はウェハステージ９の駆動制御を行なうウェハステージ制御手段である。
【００４３】
１０はレンズ制御手段で、複数のレンズＣＰＵ１１を有し、各レンズＣＰＵ１１は図３に示した１個のレンズの駆動制御を行なう。各レンズＣＰＵ１１には、３個のピエゾドライバ１２が接続され、各ピエゾドライバは図３の３組の駆動機構に内蔵された各ピエゾアクチュエータ１１２を駆動する。
【００４４】
また各レンズＣＰＵ１１には３個もしくは６個のレンズ位置検出手段１０２が接続されるが、該レンズ位置検出手段１０２は図３に示したレンズ位置検出手段１０２に対応する。該６個の検出手段のうち、３個のレンズ位置検出手段１０２はレンズ枠１０４の光軸方向、すなわちＺ軸方向の変位を検出し、必要に応じて残り３個のレンズ位置検出手段１０２はレンズ枠１０４の半径方向の位置を検出する。他のレンズＣＰＵ１１も同様にピエゾドライバとレンズ位置検出手段が接続される。
【００４５】
図８は前述の各レンズＣＰＵ１１の制御フローを説明する図である。ステップＳ１０１では、本体ＣＰＵ２１との通信により、レンズ駆動ルーチンの実行を開始する。
【００４６】
ステップＳ１０３では、本体ＣＰＵ２１より、駆動対象となるレンズの駆動波形に関するルックアップテーブルを読み込む。該テーブルには、照明モードによるレンズ駆動位置の補正量、レチクルスキャン駆動に伴って発生するレチクル像の各種収差を実時間で補正するための駆動波形、照明光がレンズに吸収されて発熱することによるレンズの光学特性変化を補正するための補正量、等の各種補正パラメータが含まれる
ステップＳ１０５では、不図示の気圧センサ出力よりレンズを取り巻く環境気体の気圧を検出し、その屈折率変動によるレンズ位置補正量を算出する。
【００４７】
ステップＳ１０７では、前記ステップＳ１０３及びステップＳ１０５で取得した情報から、図３に示したレンズ１０３のＺ軸方向の並進駆動波形、及びθａ及びθｂ方向のチルト駆動波形を創生する。
【００４８】
ステップＳ１０９では、前記ステップＳ１０７で創生した３種類のレンズ駆動波形を、図３に示した３組の駆動機構１１０のＺ方向駆動波形Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃに変換する。
【００４９】
ステップＳ１１１では、本体ＣＰＵ２１と通信し、レンズ駆動開始指令を待つ。そして該開始指令が未受信のうちはステップＳ１１１で待機し、該指令を受信したらステップＳ１１３に移行する。
【００５０】
ステップＳ１１３では３組の駆動機構１１０を前記ステップＳ１０９にて作成した駆動波形にて駆動制御すべく、レンズ位置検出手段１０２の出力をモニタしながら、ピエゾドライバ１２を駆動制御する。そしてステップＳ１１５で１回のレンズ駆動が終了し、リターンする。
【００５１】
以上のフローを実行することで、図３のレンズ１０３を所望の波形で駆動制御するが、同様の制御を他のレンズでも行なうことで、図２の投影レンズ１全体の光学系の結像性能を最適化し、レチクル５の像をウエハ８の上に正確に投影することができる。
【００５２】
なお、本実施例では積層ピエゾアクチュエータを駆動手段として用いたが、モータとボールネジを組み合わせた他の直動機構を用いてもよい。
【００５３】
以上のことから、実施例１によると、
積層ピエゾアクチュエータ等の駆動手段は、その発生変位を方向変換するリンク機構の最終出力部から最も遠い位置（固定鏡筒外部よりアクセスしやすい位置）に配置される。そのことにより、該駆動機構を光学要素の周囲に複数配置する光学要素駆動機構を構成した場合に、駆動手段であるアクチュエータを固定鏡筒外部近傍に配置し、交換などメンテナンスが容易で、かつ薄型駆動手段が提供できる。
【００５４】
また、リンク機構の形状が略対称であるため、最終変位出力部の意図した方向以外の変位を極めて少なくすることができる。
【００５５】
また、アクチュエータと当接する変位取り出しリンクは並進運動のみを生じて回動変位は生じないため、アクチュエータに曲げ方向の撓み応力が発生せず、アクチュエータの破壊を回避できる。
【００５６】
また、駆動機構の最終変位出力部の両側に隣接してＸ軸方向の自由度を規制するリンクを設けたため、最終変位出力部のＸ軸方向の不要変位を極小化できるとともに、該方向の剛性を極めて高くできる。
【００５７】
また、変位取り出しリンクに設けられた３箇所の弾性ヒンジ位置の設定自由度が高いため、ピエゾアクチュエータの変位拡大率を所望の値に容易に設定できる。
【００５８】
また、アクチュエータの出力変位取り出し部材と、取り出した変位の方向変換部材を別部材として製作する構造としたため、リンク機構最厚部の寸法をアクチュエータの高さと同等程度に薄くすることが可能である。さらに、最終変位出力方向の寸法を短縮した薄型駆動機構が提供できるという効果が得られる。
【００５９】
よって、駆動軸方向に大きな厚みを持つことない薄型の駆動機構を構成できるので、より多くの駆動機構ユニットを搭載することができ、高い像性能を持つ光学系が実現できる。さらには駆動源となるアクチュエータを、固定鏡筒の外部に配置が可能となるので、アクチュエータが不慮の故障やずれなど変動を生じた場合でも、交換や調整するなどメンテナンスが容易にすることができる。
【実施例２】
【００６０】
前記実施例１では、ピエゾアクチュエータ１１２はその駆動方向が固定鏡筒１０１に対して接線方向に配置してあったが、以下に示す実施例２ではピエゾアクチュエータをレンズ１０３に対して半径方向（Ｙ軸方向）に配置している。
【００６１】
図１２（ａ）は本発明実施例２の駆動機構本体の平面図、同図（ｂ）は断面図、同図（ｃ）は斜視図である。同図（ａ）において、１０１は固定鏡筒の平坦部を示している。２１１は駆動機構本体で、金属ブロックから、ワイヤ放電加工及び切削加工にて形成されたリンク機構をなしている。２１２は積層型ピエゾアクチュエータで、実施例１のピエゾアクチュエータ１１２と同じく、電歪素子と電極が交互に積層された駆動源が伸縮可能な密閉型円筒容器内に封入され、Ｙ軸方向の全長が印加電圧に略比例して増加する。２１３はアクチュエータ２１２の寸法誤差を補正し、かつ予圧を与えるためのピエゾ調整ネジで、ホルダエンド２１８と前記アクチュエータ２１２の間に介在される。この調整ネジはナットにより固定される。
【００６２】
駆動機構本体２１１と固定鏡筒１０１とは、レンズ枠取り付けネジ２１５の下部において、固定鏡筒１０１の裏面から駆動機構取り付けネジで締結する。この締結のみの場合、ピエゾアクチュエータホルダ２１７は片持ち梁となる。そのため、不要な低次の振動モードを持つ場合（駆動機構のストロークを大きく取るために比較的長いピエゾアクチュエータを使用する場合など）があるので、ホルダエンド２１８にて、バネを通じて追加の固定をするのが良い。
【００６３】
図１２（ｂ）を用いて駆動機構本体２１１の製作方法を説明する。
【００６４】
駆動機構本体２１１は、母材となる所定厚さの板状金属ブロックから、図１２（ｂ）に示したリンク機構の外形部をワイヤ放電加工及びフライス加工により形成する。ついでピエゾ受けリンク２１１ｒに結合される連結リンク２１１ｅは、放電加工により駆動機構本体２１１から切り離される。最後に穴あけ加工機を用いて、ネジ用丸穴を加工したのち、取り付けネジ穴の下穴およびネジの逃げ穴を加工し、加工が完了する。
【００６５】
次に駆動機構の組み立て方法を説明する。まず、駆動機構本体２１１に２個のピエゾアクチュエータホルダ２１７、ついでホルダエンド２１８をホルダ結合ネジ２１９により締結する。次にピエゾアクチュエータホルダの中央空間に、２個のピエゾ受けリンク２１１ｒ、２１１ｑに挟んだピエゾアクチュエータ２１２を装填する。次いでホルダエンド２１８の外部からピエゾ調整ネジ穴２１３をネジ込んでピエゾアクチュエータ２１２の底部２１２ｂを左方向に押し、ピエゾアクチュエータ２１２の出力端２１２ａを連結リンク２１１ｅの右端面に圧接させる。ピエゾ調整ネジ２１３によるネジ込み量は、ピエゾアクチュエータの予圧量と概ね比例するが、レンズ枠駆動リンク２１５ｇのＺ軸方向上昇量をダイヤルゲージなど高さ測定器で所望の量になるように調整すると良い。これによって、図３に示すように３個の駆動機構を組み込んだときに個々の特性のばらつきを軽減することができる。ナットで予圧調整ネジが緩まないように、留めておくと良い。これでピエゾアクチュエータ２１２の装着が完了する。
【００６６】
次に図１３を用いてリンク機構の動作を説明する。ピエゾアクチュエータ２１２に設けられた２本の電極端子（不図示）に所定電圧を印加すると、ピエゾアクチュエータ２１２の全長ＬはＹ軸方向にｄＬだけ伸張する。駆動機構本体２１１にピエゾアクチュエータ２１２からｄＬの変位が与えられると、その半径方向の変位がＨ２０１からＨ２０８までの弾性ヒンジにより、Ｚ軸方向の変位に変換される。方向変換時の拡大（縮小）倍率は、４個のリンク（Ｈ２０１−Ｈ２０２、Ｈ２０３−Ｈ２０４、Ｈ２０５−Ｈ２０６、及びＨ２０７−２０８）のなす角度によって決まる。
【００６７】
図１３では、Ｈ２０５−Ｈ２０６のリンク部に水平方向からの角度をθを明示している。他の３個のリンク部のなす角度もθに等しければ、方向変換倍率は２×ｃｏｔθと表すことができる。出力リンク２１５ｇがＹ軸方向に変位すると、それに連結されるレンズ枠１０４、さらにはレンズ１０３がＸＹ面内で変位したり、レンズが変形したりするなどで光学性能が悪化する。これを軽減するために、４個の方向変換リンクのなす角度を僅かに変え、調節することも可能である。
【００６８】
本実施例で示す方向変換の方式は、理想的にはピエゾアクチュエータ２１２が水平の姿勢を保ったまま、Ｚ軸方向運動するのが良い。しかし、これを実現するためにはホルダエンド２１８側を固定鏡筒１０１に固定せず、駆動機構本体２１１側のみで方持ち梁状に支持する構成となるため、固有振動数が低下し、高精度な位置決めを達成するのが困難となる。したがって、前述のようにホルダエンド２１８で固定鏡筒１０１に締結する構成とした。ホルダエンド２１８に設けた弾性ヒンジＨ２１５は、それを支点としてピエゾアクチュエータ２１２が上下運動するように設けてある。
【００６９】
ピエゾアクチュエータ２１２による発生変位ｄＬは、駆動機構本体２１１側だけではなく、ホルダエンド２１８の方向へも発生する。ピエゾアクチュエータ２１２の僅かな変位を効率よくレンズ枠１０４の駆動につなげるために、特にピエゾアクチュエータホルダ２１７の剛性を高くとることが重要である。
【００７０】
弾性ヒンジＨ２０９、Ｈ２１０はレンズ枠駆動リンク２１５ｇが、できるだけ水平に運動可能なように配置した案内である。
【００７１】
Ｈ２１１−Ｈ２１２は連結リンク２１１ｅが略水平に運動するための案内である。
【００７２】
ピエゾアクチュエータ２１２は、曲げモーメントを受けると破壊しやすい。本実施例で述べる機構では、Ｈ２１３およびＨ２１４によって曲げモーメントの影響を軽減できるようになっている。Ｘ軸周り、Ｚ軸周りそれぞれのモーメントに対応するために、二つの弾性ヒンジはＹ軸方向から見て直角に配置してある。
【００７３】
また、実施例２の駆動機構２１１を図３の駆動機構１１０と置き換え、図７及び図８で説明した制御ブロックと制御フローを用いることで、実施例１と同様の作用を得ることができる。
【００７４】
実施例２の場合でも、鏡筒を封止する際には、流体封止手段１２０（不図示）を固定鏡筒１０１と駆動機構２１１の間に配置するか、もしくは固定鏡筒１０１から突き出た部分全体を覆うようなカバーを取り付ければよい。
【００７５】
以上のことから、実施例２によると、実施例１の、
積層ピエゾアクチュエータ等の駆動手段は、その発生変位を方向変換するリンク機構の最終出力部から最も遠い位置（固定鏡筒外部よりアクセスしやすい位置）に配置される。そのため、該駆動機構を光学要素の周囲に複数配置する光学要素駆動機構を構成した場合に、駆動手段であるアクチュエータを固定鏡筒外部近傍に配置し、交換などメンテナンスが容易で、かつ薄型駆動手段が提供できる。
【００７６】
また、リンク機構の形状が略対称であるため、最終変位出力部の意図した方向以外の変位を極めて少なくすることができる。
【００７７】
また、アクチュエータと当接する変位取り出しリンクは並進運動のみを生じて回動変位は生じないため、アクチュエータに曲げ方向の撓み応力が発生せず、アクチュエータの破壊を回避できるという効果に加え、
固定鏡筒側面に設ける、外部からアクセス用の穴を１箇所にできるため、鏡筒の剛性をできるだけ高く保つことができると言う効果が得られる。
【００７８】
よって、駆動軸方向に大きな厚みを持つことない薄型の駆動機構を構成できるので、より多くの駆動機構ユニットを搭載することができ、高い像性能を持つ光学系が実現できる。さらには駆動源となるアクチュエータを、固定鏡筒の外部に配置が可能となるので、アクチュエータが不慮の故障やずれなど変動を生じた場合でも、交換や調整するなどメンテナンスが容易にすることができる。
【実施例３】
【００７９】
実施例２では、ピエゾアクチュエータを半径方向に配置し、駆動機構本体で水平面内の入力変位を光軸方向の変位に変換する構成であった。この機構の場合、接線方向（図１１のＸ軸方向）の剛性が比較的低い。また、3個の駆動機構本体を組み合わせ、光学要素駆動機構を構成した場合には、水平面内の固有振動数が十分高くなく、外乱振動などによって光学要素が振動し、光学性能を満足できない可能性がある。本実施例では、この問題に鑑みて補助リンクを配置した例である。
【００８０】
図１４（ａ）は、本発明の実施例３に係わる斜視図であり、第２の実施例で示した機構に接線方向（Ｘ軸方向）の剛性を補強する補助リンク機構３１５が追加されている。ここでは固定鏡筒は不図示とした。駆動機構本体３１１は第２の実施例で述べた機構と同じであるので、ここでは補助リンク３１５のみについて述べる。
【００８１】
図１４（ｂ）は、補助リンク機構３１５の動作を示す図である。レンズ枠駆動リンク３１５ｇのＸ軸方向の移動を規制するため、その左右両側にサポートリンク３１５ｅ及び３１５ｆが連結される。このリンクにより、レンズ枠駆動リンク３１５ｇはＺ軸方向の変位自由度は有するが、Ｘ軸方向の自由度は規制される。一方、Ｙ軸方向についても、補助リンクのＹ軸方向の剛性が増したため、自由度は規制される。以上の構成により、レンズ枠取り付けリンク３１５ｇ上のネジ穴３１５ｊの領域はＺ軸方向のみに変位し、Ｘ方向及びＹ方向への自由度が規制されるため、レンズ枠１０４をＺ軸方向に正確に駆動することができる。
【００８２】
実施例３の駆動機構３１１を図３の駆動機構１１０と置き換え、図７及び図８で説明した制御ブロックと制御フローを用いることで、実施例１と同様の作用を得ることができる。
【００８３】
実施例３の場合でも、鏡筒を封止する際には、流体封止手段１２０（不図示）を固定鏡筒１０１と駆動機構３１１の間に配置するか、もしくは固定鏡筒１０１から突き出た部分全体を覆うようなカバーを取り付ければよい。
【００８４】
以上のことから、実施例３によると、実施例１の、
積層ピエゾアクチュエータ等の駆動手段は、その発生変位を方向変換するリンク機構の最終出力部から最も遠い位置（固定鏡筒外部よりアクセスしやすい位置）に配置される。そのため、該駆動機構を光学要素の周囲に複数配置する光学要素駆動機構を構成した場合に、駆動手段であるアクチュエータを固定鏡筒外部近傍に配置し、交換などメンテナンスが容易で、かつ薄型駆動手段が提供できる。
【００８５】
また、リンク機構の形状が略対称であるため、最終変位出力部の意図した方向以外の変位を極めて少なくすることができる。
【００８６】
また、アクチュエータと当接する変位取り出しリンクは並進運動のみを生じて回動変位は生じないため、アクチュエータに曲げ方向の撓み応力が発生せず、アクチュエータの破壊を回避できる。
【００８７】
また、アクチュエータの出力変位取り出し部材と、取り出した変位の方向変換部材を別部材として製作する構造としたため、リンク機構最厚部の寸法をアクチュエータの高さと同等程度に薄くすることが可能で、最終変位出力方向の寸法を短縮した薄型駆動機構が提供できるという効果に加え、
固定鏡筒側面に設ける、外部からアクセス用の穴を１箇所にできるため、鏡筒の剛性をできるだけ高く保つことができると言う効果が得られる。
【００８８】
よって、駆動軸方向に大きな厚みを持つことない薄型の駆動機構を構成できるので、より多くの駆動機構ユニットを搭載することができ、高い像性能を持つ光学系が実現できる。さらには駆動源となるアクチュエータを、固定鏡筒の外部に配置が可能となるので、アクチュエータが不慮の故障やずれなど変動を生じた場合でも、交換や調整するなどメンテナンスが容易にすることができる。
【実施例４】
【００８９】
図１５（ａ）は本発明実施例４の駆動機構本体の平面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は断面図である。固定鏡筒１０１は図示していない。４１１は駆動機構本体で、金属ブロックから、ワイヤ放電加工及び切削加工にて形成されたリンク機構をなしている。４１２は積層型ピエゾアクチュエータで、実施例１のピエゾアクチュエータ１１２と同じく、電歪素子と電極が交互に積層された駆動源が伸縮可能な密閉型円筒容器内に封入され、Ｙ軸方向の全長が印加電圧に略比例して増加する。４１３はアクチュエータ４１２の寸法誤差を補正し、かつ予圧を与えるためのピエゾ調整ネジで、ホルダエンド４１８とピエゾ受けリンク４１１ｑの間に介在される。この調整ネジはナットにより固定される。ホルダエンド４１８は、ピエゾホルダ４１７を介して駆動機構本体４１１に連結されている。ホルダエンド４１８の他端は固定鏡筒１０１に固定されるが、その一部に弾性ヒンジを設け、形状パラメータを適当に選択することにより、駆動機構のレンズ枠取り付けネジ穴４１５ｊの領域が、Ｙ軸方向に僅かに変位する量を打ち消してもよい。
【００９０】
図１６に本実施例で示す機構の分解図を示す。同図（ａ）は、平面分解図、同図（ｂ）は側面分解図、同図（ｃ）は斜視分解図である。
【００９１】
図１６（ａ）を用いて駆動機構本体４１１、方向変換部材４１５の製作方法を説明する。まず駆動機構本体４１１は、母材となる所定厚さの板状金属ブロックから、図１６（ａ）に示したリンク機構の外形部をワイヤ放電加工及びフライス加工により形成する。ついで穴あけ加工機を用いて、固定リンク４１１ｈのネジ用丸穴を加工したのち、両側の腕部側面から取り付けネジ穴の下穴およびネジの逃げ穴を加工し、加工が完了する。
【００９２】
次いで方向変換部材４１５は、母材となる所定厚さの板状金属ブロックから、図１６（ｂ）に示したリンク機構の外形部及びスリット部をワイヤ放電加工、フライス加工により形成する。ついで穴あけ加工機を用いて、同図（ａ）の中央に示したレンズ枠取り付けネジ穴４１５ｊの下穴を加工したのち、両側側面から取り付けネジ穴の下穴およびネジの逃げ穴を加工する。最後にレンズ枠取り付けネジ穴４１５ｊと、水平リンク１１５ａ及び１１５ｂの下穴にネジ加工し、加工が完了する。
【００９３】
まず図１６（ｃ）の斜視図において、方向変換部材４１５の２箇所の窓部に対して駆動機構本体４１１の両側腕部を挿入し、両者を変換部材結合ネジ１１６にて結合する。次に駆動機構本体４１１にピエゾホルダ４１７を締結する。ピエゾアクチュエータ４１２は、その出力両端にピエゾ受けリンク４１１ｑ、４１１ｒを固定し、一端は、駆動機構本体４１１へ、他端はピエゾ調整ネジ４１３を備えたホルダエンド４１８と固定する。ホルダエンド４１８は、ピエゾホルダ４１７とネジ締結する。最後に、レンズ枠駆動リンク４１５ｇのＺ軸方向の上昇量をダイヤルゲージなど高さ測定器で計測しながら、ピエゾ調整ネジ４１３の送り量を調整し、ナットで固定する。
【００９４】
次に図１７を用いてリンク機構の動作を説明する。駆動機構本体４１１にピエゾアクチュエータ４１２からｄＬの変位が与えられると、その半径方向（Y軸方向）の変位が連結リンク４１１ｅ及び４１１ｆにより接線方向（Ｘ軸方向）の変位に変換される。このとき水平リンク４１１ａ、および４１１ｂがＸ軸方向に平行運動するように固定リンク４１１ｈから補助リンク４１１ｃ、および４１１ｄを配置しておくのがよい。
【００９５】
駆動機構本体４１１の水平リンク４１１ａ、４１１ｂの変位は、方向変換部材４１５の水平リンク４１５ａ、４１５ｂに伝達される。このＸ軸方向の変位は、方向変換リンク４１５ｃ、４１５ｄの回転運動によって、Ｚ軸方向の変位に変換される。レンズ枠駆動リンク４１５ｇの変位となる。ピエゾアクチュエータ４１２の発生変位ｄＬは、２段の方向変換によりレンズ枠駆動リンク４１５ｇに伝えられ、その変換倍率は、略合計cotα×cotβ倍と表わすことができる。したがって、要求するストロークによって適当にパラメータを選べばよい。
【００９６】
以上のごとく、ピエゾアクチュエータ４１２の伸張に伴ってレンズ枠駆動リンク４１５ｇがＺ方向に変位するが、該リンクはＺ軸方向のみに変位し、Ｘ方向及びＹ方向には変位しないことが望ましい。そこでこのような特性を実現するために、以下のような補助リンクが設けられる。まず、レンズ枠駆動リンク４１５ｇのＸ軸方向の移動を規制するため、その左右両側にサポートリンク４１５ｅ及び４１５ｆが連結される。このリンクにより、レンズ枠駆動リンク４１５ｇはＺ軸方向の変位自由度は有するが、Ｘ軸方向の自由度は規制される。また、レンズ枠駆動リンク４１５ｇのＹ軸方向の移動を規制するため、他のサポートリンク４１５ｓ及び４１５ｔが設けられる。該サポートリンクは水平リンク４１５ａ及び４１５ｂの中央よりに配置され、水平リンクのＸ軸方向の自由度を維持したまま、Ｙ軸方向の自由度を規制している。そこで、水平リンク４１５ａ及び４１５ｂのＹ軸方向の規制効果は、方向変換リンク４１５ｃ及び４１５ｄを介してレンズ枠駆動リンク４１５ｇに伝達される。以上の構成により、レンズ枠取り付けリンク４１５ｇ上のネジ穴４１５ｊの領域はＺ軸方向のみに変位し、Ｘ方向及びＹ方向への自由度が規制されるため、レンズ枠１０４をＺ軸方向に正確に駆動することができる。
【００９７】
また、実施例４の駆動機構４１１を図３の駆動機構１１０と置き換え、図７及び図８で説明した制御ブロックと制御フローを用いることで、実施例１と同様の作用を得ることができる。
【００９８】
実施例４の場合でも、鏡筒を封止する際には、流体封止手段１２０（不図示）を固定鏡筒１０１と駆動機構４１１の間に配置するか、もしくは固定鏡筒１０１から突き出た部分全体を覆うようなカバーを取り付ければよい。
【００９９】
以上のことから、実施例４によると、実施例１の、
積層ピエゾアクチュエータ等の駆動手段は、その発生変位を方向変換するリンク機構の最終出力部から最も遠い位置（固定鏡筒外部よりアクセスしやすい位置）に配置される。そのため、該駆動機構を光学要素の周囲に複数配置する光学要素駆動機構を構成した場合に、駆動手段であるアクチュエータを固定鏡筒外部近傍に配置し、交換などメンテナンスが容易で、かつ薄型駆動手段が提供できる。
【０１００】
また、リンク機構の形状が略対称であるため、最終変位出力部の意図した方向以外の変位を極めて少なくすることができる。
【０１０１】
また、アクチュエータと当接する変位取り出しリンクは並進運動のみを生じて回動変位は生じないため、アクチュエータに曲げ方向の撓み応力が発生せず、アクチュエータの破壊を回避できる。
【０１０２】
また、アクチュエータの出力変位取り出し部材と、取り出した変位の方向変換部材を別部材として製作する構造としたため、リンク機構最厚部の寸法をアクチュエータの高さと同等程度に薄くすることが可能で、最終変位出力方向の寸法を短縮した薄型駆動機構が提供できるという効果に加え、
固定鏡筒側面に設ける、外部からアクセス用の穴を１箇所にできるため、鏡筒の剛性をできるだけ高く保つことができると言う効果が得られる。
【０１０３】
よって、駆動軸方向に大きな厚みを持つことない薄型の駆動機構を構成できるので、より多くの駆動機構ユニットを搭載することができ、高い像性能を持つ光学系が実現できる。さらには駆動源となるアクチュエータを、固定鏡筒の外部に配置が可能となるので、アクチュエータが不慮の故障やずれなど変動を生じた場合でも、交換や調整するなどメンテナンスが容易にすることができる。
【実施例５】
【０１０４】
図１８（ａ）は本発明実施例５の駆動機構本体の平面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は断面図、図１９は分解図である。固定鏡筒１０１は図示していない。
【０１０５】
本実施例５は駆動機構本体５１１のみが実施例４と異なるため、この差異のみ説明する。
【０１０６】
次に図２０を用いてリンク機構の動作を説明する。
【０１０７】
第４の実施例で述べた駆動機構本体４１１と同様に、本実施例の駆動機構本体５１１では、ピエゾアクチュエータ５１２による変位を、連結リンク５１１ｅ、５１１ｆによってＸ軸方向の変位に変換する。このとき水平リンク５１１ａ、および５１１ｂがＸ軸方向に平行運動するように固定リンク５１１ｈから補助リンク５１１ｃ、および５１１ｄを配置しておくのがよい。水平リンク５１１ａ、５１１ｂのＸ軸方向変位は変位拡大リンク５１１ｉおよび５１１ｊの図示した形状パラメータにより、ｂ／ａ倍に拡大され、方向変換部材に伝達される。この方向変換部材に与えられたＸ軸方向の変位は、方向変換リンク５１５ｃ、５１５ｄの回転運動によって、Ｚ軸方向の変位に変換される。レンズ枠駆動リンク５１５ｇの変位となる。ピエゾアクチュエータ５１２の発生変位ｄＬは、２段の方向変換、３段の倍率変換によりレンズ枠駆動リンク５１５ｇに伝えられ、その変換倍率は、略合計cotα×（ｂ／ａ）×cotβ倍と表わすことができる。したがって、要求するストロークによって適当にパラメータを選べばよい。
【０１０８】
以上のごとく、ピエゾアクチュエータ５１２の伸張に伴ってレンズ枠駆動リンク５１５ｇがＺ方向に変位するが、該リンクはＺ軸方向のみに変位し、Ｘ方向及びＹ方向には変位しないことが望ましい。そこでこのような特性を実現するために、以下のような補助リンクが設けられる。まず、レンズ枠駆動リンク５１５ｇのＸ軸方向の移動を規制するため、その左右両側にサポートリンク５１５ｅ及び５１５ｆが連結される。このリンクにより、レンズ枠駆動リンク５１５ｇはＺ軸方向の変位自由度は有するが、Ｘ軸方向の自由度は規制される。また、レンズ枠駆動リンク５１５ｇのＹ軸方向の移動を規制するため、他のサポートリンク５１５ｓ及び５１５ｔが設けられる。該サポートリンクは水平リンク５１５ａ及び５１５ｂの中央よりに配置され、水平リンクのＸ軸方向の自由度を維持したまま、Ｙ軸方向の自由度を規制している。そこで、水平リンク５１５ａ及び５１５ｂのＹ軸方向の規制効果は、方向変換リンク５１５ｃ及び５１５ｄを介してレンズ枠駆動リンク５１５ｇに伝達される。以上の構成により、レンズ枠取り付けリンク５１５ｇ上のネジ穴５１５ｊの領域はＺ軸方向のみに変位し、Ｘ方向及びＹ方向への自由度が規制されるため、レンズ枠１０４をＺ軸方向に正確に駆動することができる。
【０１０９】
また、実施例５の駆動機構５１１を図３の駆動機構１１０と置き換え、図７及び図８で説明した制御ブロックと制御フローを用いることで、実施例１と同様の作用を得ることができる。
【０１１０】
実施例５の場合でも、鏡筒を封止する際には、流体封止手段１２０（不図示）を固定鏡筒１０１と駆動機構５１１の間に配置するか、もしくは固定鏡筒１０１から突き出た部分全体を覆うようなカバーを取り付ければよい。
【０１１１】
以上のことから、実施例５によると、実施例１の、
積層ピエゾアクチュエータ等の駆動手段は、その発生変位を方向変換するリンク機構の最終出力部から最も遠い位置（固定鏡筒外部よりアクセスしやすい位置）に配置される。そのため、該駆動機構を光学要素の周囲に複数配置する光学要素駆動機構を構成した場合に、駆動手段であるアクチュエータを固定鏡筒外部近傍に配置し、交換などメンテナンスが容易で、かつ薄型駆動手段が提供できる。
【０１１２】
また、リンク機構の形状が略対称であるため、最終変位出力部の意図した方向以外の変位を極めて少なくすることができる。
【０１１３】
また、アクチュエータと当接する変位取り出しリンクは並進運動のみを生じて回動変位は生じないため、アクチュエータに曲げ方向の撓み応力が発生せず、アクチュエータの破壊を回避できる。
【０１１４】
また、アクチュエータの出力変位取り出し部材と、取り出した変位の方向変換部材を別部材として製作する構造としたため、リンク機構最厚部の寸法をアクチュエータの高さと同等程度に薄くすることが可能で、最終変位出力方向の寸法を短縮した薄型駆動機構が提供できるという効果に加え、
固定鏡筒側面に設ける、外部からアクセス用の穴を１箇所にできるため、鏡筒の剛性をできるだけ高く保つことができると言う効果が得られる。
【０１１５】
よって、駆動軸方向に大きな厚みを持つことない薄型の駆動機構を構成できるので、より多くの駆動機構ユニットを搭載することができ、高い像性能を持つ光学系が実現できる。さらには駆動源となるアクチュエータを、固定鏡筒の外部に配置が可能となるので、アクチュエータが不慮の故障やずれなど変動を生じた場合でも、交換や調整するなどメンテナンスが容易にすることができる。
【実施例６】
【０１１６】
実施例６から実施例１０は光学要素の面形状を変形させるための装置に駆動機構を適用した例を示す。
【０１１７】
図２１は実施例１で説明した駆動機構を光学要素、特にレンズの面を変形させる装置に適用した例である。駆動機構１１０は実施例１で述べたとおりであるので、適用する装置構成を中心に第1の実施例と異なる部分について述べることにする。
【０１１８】
図２１では駆動機構１１０は光軸回り略１８０度等間隔に２個、固定鏡筒１０１に取り付けられている。レンズ１０３を支持するレンズ枠１０４は、駆動機構１１０と光軸周りに９０度回転した位置において、固定鏡筒１０１と光学要素支持枠固定ネジ１２１によって締結固定されている（図２１（ｃ）参照）。二つの駆動機構１１０の出力部が略光軸に沿った方向に同じ量だけ変位すると、レンズ１０３は、Y軸を中心に折れ曲がるように変形する。この結果、2θ成分の収差補正が可能となる。
【０１１９】
駆動機構１１０の光軸方向の変位は、駆動機構１１０と同様に光軸回りに配置した複数（図２１では２個）のレンズ位置検出手段１０２によって計測を行なう。レンズ位置検出手段１０２は、駆動機構１１０の位置に配置するのが望ましいが、隣り合う（上下の）鏡筒（光学要素）と近接している場合、配置が困難であるので、図２１に示すように駆動機構１１０からある角度だけ光軸周りにずれた位置に配置するのが良い。
【０１２０】
レンズ位置検出手段１０２として用いるセンサは、実施例１から５で述べた手段同様、半導体レーザを用いた干渉型測長器、静電容量変位計、リニアエンコーダ、差動トランス変位計、渦電流変位計など要求される精度に応じて好適に用いられる。
【０１２１】
レンズ位置検出手段１０２の計測結果に基づいて、レンズ１０３の面変形量が所望の値になるように制御手段によって制御する。
【０１２２】
レンズ１０３の面をより高次の変形形状で制御するために、駆動機構１１０をレンズ枠１０４の周囲により多くの数配置ことも可能である。例えば、駆動機構３を光軸周りに等間隔に配置して、いわゆる３θ成分の形状制御が可能となる。図２２は、駆動機構１１０を光軸周りに等間隔４個配置した例（略９０度間隔）であって、向かい合う２個の駆動機構を対として略同量だけ光軸方向に変位させて用いるのが良い。
【０１２３】
以上のごとく、ピエゾアクチュエータ１１２の伸張に伴ってレンズ枠１０４をＺ方向に変位させ、レンズ１０３を所望の形状に変形させ、光学性能の向上を図ることができる。
【０１２４】
以上のことから、実施例６によると、
積層ピエゾアクチュエータ等の駆動手段は、その発生変位を方向変換するリンク機構の最終出力部から最も遠い位置（固定鏡筒外部よりアクセスしやすい位置）に配置される。そのため、該駆動機構を光学要素の周囲に複数配置する光学要素駆動機構を構成した場合に、駆動手段であるアクチュエータを固定鏡筒外部近傍に配置し、交換などメンテナンスが容易で、かつ薄型駆動手段が提供できる。
【０１２５】
また、リンク機構の形状が略対称であるため、最終変位出力部の意図した方向以外の変位を極めて少なくすることができる。
【０１２６】
また、アクチュエータと当接する変位取り出しリンクは並進運動のみを生じて回動変位は生じないため、アクチュエータに曲げ方向の撓み応力が発生せず、アクチュエータの破壊を回避できる。
【０１２７】
また、駆動機構の最終変位出力部の両側に隣接してＸ軸方向の自由度を規制するリンクを設けたため、最終変位出力部のＸ軸方向の不要変位を極小化できるとともに、該方向の剛性を極めて高くできる。
【０１２８】
また、変位取り出しリンクに設けられた３箇所の弾性ヒンジ位置の設定自由度が高いため、ピエゾアクチュエータの変位拡大率を所望の値に容易に設定できる。
【０１２９】
また、アクチュエータの出力変位取り出し部材と、取り出した変位の方向変換部材を別部材として製作する構造としたため、リンク機構最厚部の寸法をアクチュエータの高さと同等程度に薄くすることが可能である。さらに、最終変位出力方向の寸法を短縮した薄型駆動機構が提供できるという効果が得られる。
【０１３０】
よって、駆動軸方向に大きな厚みを持つことない薄型の駆動機構を構成できるので、より多くの駆動機構ユニットを搭載することができ、高い像性能を持つ光学系が実現できる。さらには駆動源となるアクチュエータを、固定鏡筒の外部に配置が可能となるので、アクチュエータが不慮の故障やずれなど変動を生じた場合でも、交換や調整するなどメンテナンスが容易にすることができる。
【実施例７】
【０１３１】
図２３は実施例２で説明した駆動機構２１１を光学要素、特にレンズ面を変形させる装置に適用した例である。
【０１３２】
駆動機構７１１には、実施例２で述べた機構（２１１）を用いても良い。しかし、レンズを変形させるに必要な変位量は実施例２で述べた場合（光学要素の姿勢を変化させる機構）より小さくて済むため、入力源であるピエゾアクチュエータ７１２は実施例２の場合より短いタイプを用いることができる。この結果、ホルダエンド７１８には、実施例２の機構では設けてあった付加ばねＨ２１５や、固定鏡筒との結合が不要となっている（機構の剛性が低く、外乱振動に対して光学要素が共振してしまうような場合は、付加ばねや、固定鏡筒の結合は必要となる）。本駆動機構の７１１動作原理図を図２８（a）に示す。
【０１３３】
図２３（ｂ）は本発明実施例７の駆動機構本体７１１の斜視図である。７１１は駆動機構本体で、金属ブロックから、ワイヤ放電加工及び切削加工にて形成されたリンク機構をなしている。７１２は積層型ピエゾアクチュエータで、実施例１のピエゾアクチュエータ１１２と同じく、電歪素子と電極が交互に積層された駆動源が伸縮可能な密閉型円筒容器内に封入され、Ｙ軸方向の全長が印加電圧に略比例して増加する。７１３はアクチュエータ７１２の寸法誤差を補正し、かつ予圧を与えるためのピエゾ調整ネジで、ホルダエンド７１８と前記アクチュエータ７１２の間に介在される。この調整ネジはナットにより固定される。図２３に示すように、駆動機構７１１の下面の一部のみで固定鏡筒１０１に取り付けられることにより、アクチュエータによる駆動力が固定鏡筒に伝わり、不要な変形を発生させ、さらにはレンズ位置検出手段１０２の誤出力につながるのを軽減している。
【０１３４】
ピエゾアクチュエータと駆動機構との結合は、第２の実施例の場合は、弾性ヒンジを備えたピエゾ受けリンク２１１ｑ、２１１ｒを介して結合することで、ピエゾアクチュエータに有害なモーメントがかかるのを軽減していた。本実施例では、ピエゾアクチュエータ７１２の一端に鋼球７２０を介して駆動機構７１１に結合される。第２の実施例のようにピエゾ受けリンク２１１ｑ、２１１ｒを介して結合しても構わない。
【０１３５】
図２３（ａ）は、駆動機構７１１を２θ成分補正のための光学要素面変形装置に適用した例である。駆動機構７１１は光軸回り略１８０度等間隔に２個、固定鏡筒１０１に配置され、その出力部は、レンズ１０３を支持するレンズ枠１０４に締結されている。レンズ枠１０４は、駆動機構７１１と光軸周りに９０度回転した位置において、すなわち、計２箇所において、固定鏡筒１０１と光学要素支持枠固定ネジ１２１によって締結固定されている。二つの駆動機７２１１の出力部が略光軸に沿った方向に同じだけ駆動すると、レンズ１０３は、Y軸を中心に折れ曲がるように変形する。
【０１３６】
３θ成分や、４θ成分などより高次の収差を補正する場合には、第６の実施例で説明したように、駆動機構７１１を搭載する個数を増やし、自由度をあげればよい。ここでは、説明図を用いて説明するのは省略する。
【０１３７】
駆動機構の変形例としては、図２８（ｂ）に概要図として示す方式がある。駆動機構７１１のＨ７１１、Ｈ７１２をＨ８１１、Ｈ８１２に置き換えてある。
【０１３８】
図２４（ａ）は駆動機構７１１と、レンズ位置検出手段１０２の部分を示した、平面詳細図（一部断面図）であり、（ｂ）は断面図である。
【０１３９】
図に示すように、駆動機構７１１はレンズ１０３の光軸に対して略半径方向に延伸するように配置されている。固定鏡筒１０１をできるだけコンパクト、かつ軽量にするため、及び駆動機構のアクチュエータのメンテナンス性（ピエゾアクチュエータが破壊した場合や、ずれた場合などに交換や、調整を要する）を向上させるために、鏡筒の一部を貫通するように配置されている。
【０１４０】
駆動機構７１１の変位量を計測し、所望の光学要素の面変形を実現するために、駆動機構７１１による変位量を計測するレンズ位置検出手段１０２が駆動機構７１１の近傍に配置されている。レンズ位置検出手段１０２は後述するレンズ枠の光軸方向変位の変位を検出する手段で、半導体レーザを用いた干渉型測長器、静電容量変位計、リニアエンコーダ、差動トランス変位計、渦電流変位計など要求精度に応じて好適に用いられる。
【０１４１】
以上のことから、実施例７によると、実施例１の、
積層ピエゾアクチュエータ等の駆動手段は、その発生変位を方向変換するリンク機構の最終出力部から最も遠い位置（固定鏡筒外部よりアクセスしやすい位置）に配置される。そのため、該駆動機構を光学要素の周囲に複数配置する光学要素駆動機構を構成した場合に、駆動手段であるアクチュエータを固定鏡筒外部近傍に配置し、交換などメンテナンスが容易で、かつ薄型駆動手段が提供できる。
【０１４２】
また、リンク機構の形状が略対称であるため、最終変位出力部の意図した方向以外の変位を極めて少なくすることができる。
【０１４３】
また、アクチュエータと当接する変位取り出しリンクは並進運動のみを生じて回動変位は生じないため、アクチュエータに曲げ方向の撓み応力が発生せず、アクチュエータの破壊を回避できるという効果に加え、
また、固定鏡筒側面に設ける、外部からアクセス用の穴を１箇所にできるため、鏡筒の剛性をできるだけ高く保つことができると言う効果が得られる。
【０１４４】
よって、駆動軸方向に大きな厚みを持つことない薄型の駆動機構を構成できるので、より多くの駆動機構ユニットを搭載することができ、高い像性能を持つ光学系が実現できる。さらには駆動源となるアクチュエータを、固定鏡筒の外部に配置が可能となるので、アクチュエータが不慮の故障やずれなど変動を生じた場合でも、交換や調整するなどメンテナンスが容易にすることができる。
【実施例８】
【０１４５】
図２５は実施例３で説明した駆動機構３１１を光学要素、特にレンズ面を変形させる装置に適用した例である。
【０１４６】
駆動機構９１１には、実施例３で述べた機構（３１１）を用いても良いい。しかし、レンズを変形させるに必要な変位量は実施例３で述べた場合（光学要素の姿勢を変化させる機構）より小さくて済むため、入力源であるピエゾアクチュエータ９１２は実施例３の場合より短いタイプを用いることができる。この結果、ホルダエンド９１８には、実施例３の機構では設けてあった付加ばねや、固定鏡筒との結合が不要となっている（機構の剛性が低く、外乱振動に対して光学要素が共振してしまうような場合は、付加ばねや、固定鏡筒の結合は必要となる）。
【０１４７】
図２５（ｂ）は本発明実施例８の駆動機構本体９１１の斜視図である。９１１は駆動機構本体で、金属ブロックから、ワイヤ放電加工及び切削加工にて形成されたリンク機構をなしている。９１２は積層型ピエゾアクチュエータで、実施例１のピエゾアクチュエータ１１２と同じく、電歪素子と電極が交互に積層された駆動源が伸縮可能な密閉型円筒容器内に封入され、Ｙ軸方向の全長が印加電圧に略比例して増加する。９１３はアクチュエータ９１２の寸法誤差を補正し、かつ予圧を与えるためのピエゾ調整ネジで、ホルダエンド９１８と前記アクチュエータ９１２の間に介在される。この調整ネジはナットにより固定される。図２５に示すように、駆動機構９１１の下面の一部のみで固定鏡筒１０１に取り付けられることにより、アクチュエータによる駆動力が固定鏡筒に伝わり、不要な変形を発生させ、さらにはレンズ位置検出手段１０２の誤出力につながるのを軽減している。
【０１４８】
ピエゾアクチュエータと駆動機構との結合は、第３の実施例の場合は、弾性ヒンジを備えたピエゾ受けリンク３１１ｑ、３１１ｒを介して結合することで、ピエゾアクチュエータに有害なモーメントがかかるのを軽減していた。本実施例では、ピエゾアクチュエータ９１２の一端に鋼球（不図示）を介して駆動機構９１１に結合される。第３の実施例のようにピエゾ受けリンク３１１ｑ、３１１ｒを介して結合しても構わない。
【０１４９】
図２５（ａ）は、駆動機構９１１を２θ成分補正のための光学要素面変形装置に適用した例である。駆動機構９１１は光軸回り略１８０度等間隔に２個、固定鏡筒１０１に配置され、その出力部は、レンズ１０３を支持するレンズ枠１０４に締結されている。レンズ枠１０４は、駆動機構９１１と光軸周りに９０度回転した位置において、すなわち、計２箇所において、固定鏡筒１０１と光学要素支持枠固定ネジ１２１によって締結固定されている。二つの駆動機構９１１の出力部が略光軸に沿った方向に同じだけ駆動すると、レンズ１０３は、Y軸を中心に折れ曲がるように変形する。
【０１５０】
３θ成分や、４θ成分などより高次の収差を補正する場合には、第６の実施例で説明したように、駆動機構９１１を搭載する個数を増やし、自由度をあげればよい。ここでは、説明図を用いて説明するのは省略する。
【０１５１】
駆動機構９１１の変位量を計測し、所望の光学要素の面変形を実現するために、駆動機構９１１による変位量を計測するレンズ位置検出手段１０２が駆動機構９１１の近傍に配置されている。レンズ位置検出手段１０２は後述するレンズ枠の光軸方向変位の変位を検出する手段で、半導体レーザを用いた干渉型測長器、静電容量変位計、リニアエンコーダ、差動トランス変位計、渦電流変位計など要求精度に応じて好適に用いられる。
【０１５２】
以上のことから、実施例８によると、実施例１の、
積層ピエゾアクチュエータ等の駆動手段は、その発生変位を方向変換するリンク機構の最終出力部から最も遠い位置（固定鏡筒外部よりアクセスしやすい位置）に配置される。そのため、該駆動機構を光学要素の周囲に複数配置する光学要素駆動機構を構成した場合に、駆動手段であるアクチュエータを固定鏡筒外部近傍に配置し、交換などメンテナンスが容易で、かつ薄型駆動手段が提供できる。
【０１５３】
また、リンク機構の形状が略対称であるため、最終変位出力部の意図した方向以外の変位を極めて少なくすることができる。
【０１５４】
また、アクチュエータと当接する変位取り出しリンクは並進運動のみを生じて回動変位は生じないため、アクチュエータに曲げ方向の撓み応力が発生せず、アクチュエータの破壊を回避できる。
【０１５５】
また、アクチュエータの出力変位取り出し部材と、取り出した変位の方向変換部材を別部材として製作する構造としたため、リンク機構最厚部の寸法をアクチュエータの高さと同等程度に薄くすることが可能で、最終変位出力方向の寸法を短縮した薄型駆動機構が提供できるという効果に加え、
固定鏡筒側面に設ける、外部からアクセス用の穴を１箇所にできるため、鏡筒の剛性をできるだけ高く保つことができると言う効果が得られる。
【０１５６】
よって、駆動軸方向に大きな厚みを持つことない薄型の駆動機構を構成できるので、より多くの駆動機構ユニットを搭載することができ、高い像性能を持つ光学系が実現できる。さらには駆動源となるアクチュエータを、固定鏡筒の外部に配置が可能となるので、アクチュエータが不慮の故障やずれなど変動を生じた場合でも、交換や調整するなどメンテナンスが容易にすることができる。
【実施例９】
【０１５７】
図２６は実施例４で説明した駆動機構４１１を光学要素、特にレンズ面を変形させる装置に適用した例である。
【０１５８】
駆動機構１０１１には、実施例４で述べた機構（４１１）を用いても良い。しかし、レンズを変形させるに必要な変位量は実施例４で述べた場合（光学要素の姿勢を変化させる機構）より小さくて済むため、入力源であるピエゾアクチュエータ１０１２は実施例４の場合より短いタイプを用いることができる。この結果、ホルダエンド１０１８には、実施例４の機構では設けてあった付加ばねや、固定鏡筒との結合が不要となっている（機構の剛性が低く、外乱振動に対して光学要素が共振してしまうような場合は、付加ばねや、固定鏡筒の結合は必要となる）。
【０１５９】
図２６（ｂ）は本発明実施例９の駆動機構本体１０１１の斜視図である。１０１１は駆動機構本体で、金属ブロックから、ワイヤ放電加工及び切削加工にて形成されたリンク機構をなしている。１０１２は積層型ピエゾアクチュエータで、実施例１のピエゾアクチュエータ１１２と同じく、電歪素子と電極が交互に積層された駆動源が伸縮可能な密閉型円筒容器内に封入され、Ｙ軸方向の全長が印加電圧に略比例して増加する。１０１３はアクチュエータ１０１２の寸法誤差を補正し、かつ予圧を与えるためのピエゾ調整ネジで、ホルダエンド１０１８と前記アクチュエータ１０１２の間に介在される。この調整ネジはナットにより固定される。図２６に示すように、駆動機構１０１１の下面の一部のみで固定鏡筒１０１に取り付けられることにより、アクチュエータによる駆動力が固定鏡筒に伝わり、不要な変形を発生させ、さらにはレンズ位置検出手段１０２の誤出力につながるのを軽減している。
【０１６０】
ピエゾアクチュエータと駆動機構との結合は、第４の実施例の場合は、弾性ヒンジを備えたピエゾ受けリンク４１１ｑ、４１１ｒを介して結合することで、ピエゾアクチュエータに有害なモーメントがかかるのを軽減していた。本実施例では、ピエゾアクチュエータ１０１２の一端に鋼球（不図示）を介して駆動機構１０１１に結合される。第４の実施例のようにピエゾ受けリンク４１１ｑ、４１１ｒを介して結合しても構わない。
【０１６１】
図２６（ａ）は、駆動機構１０１１を２θ成分補正のための光学要素面変形装置に適用した例である。駆動機構１０１１は光軸回り略１８０度等間隔に２個、固定鏡筒１０１に配置され、その出力部は、レンズ１０３を支持するレンズ枠１０４に締結されている。レンズ枠１０４は、駆動機構１０１１と光軸周りに９０度回転した位置において、すなわち、計２箇所において、固定鏡筒１０１と光学要素支持枠固定ネジ１２１によって締結固定されている。二つの駆動機構１０１１の出力部が略光軸に沿った方向に同じだけ駆動すると、レンズ１０３は、Y軸を中心に折れ曲がるように変形する。
【０１６２】
３θ成分や、４θ成分などより高次の収差を補正する場合には、第６の実施例で説明したように、駆動機構１０１１を搭載する個数を増やし、自由度をあげればよい。ここでは、説明図を用いて説明するのは省略する。
【０１６３】
駆動機構１０１１の変位量を計測し、所望の光学要素の面変形を実現するために、駆動機構１０１１による変位量を計測するレンズ位置検出手段１０２が駆動機構１０１１の近傍に配置されている。レンズ位置検出手段１０２は後述するレンズ枠の光軸方向変位の変位を検出する手段で、半導体レーザを用いた干渉型測長器、静電容量変位計、リニアエンコーダ、差動トランス変位計、渦電流変位計など要求精度に応じて好適に用いられる。
【０１６４】
以上のことから、実施例９によると、実施例１の、
積層ピエゾアクチュエータ等の駆動手段は、その発生変位を方向変換するリンク機構の最終出力部から最も遠い位置（固定鏡筒外部よりアクセスしやすい位置）に配置される。そのため、該駆動機構を光学要素の周囲に複数配置する光学要素駆動機構を構成した場合に、駆動手段であるアクチュエータを固定鏡筒外部近傍に配置し、交換などメンテナンスが容易で、かつ薄型駆動手段が提供できる。
【０１６５】
また、リンク機構の形状が略対称であるため、最終変位出力部の意図した方向以外の変位を極めて少なくすることができる。
【０１６６】
また、アクチュエータと当接する変位取り出しリンクは並進運動のみを生じて回動変位は生じないため、アクチュエータに曲げ方向の撓み応力が発生せず、アクチュエータの破壊を回避できる。
【０１６７】
また、アクチュエータの出力変位取り出し部材と、取り出した変位の方向変換部材を別部材として製作する構造としたため、リンク機構最厚部の寸法をアクチュエータの高さと同等程度に薄くすることが可能で、最終変位出力方向の寸法を短縮した薄型駆動機構が提供できるという効果に加え、
固定鏡筒側面に設ける、外部からアクセス用の穴を１箇所にできるため、鏡筒の剛性をできるだけ高く保つことができると言う効果が得られる。
【０１６８】
よって、駆動軸方向に大きな厚みを持つことない薄型の駆動機構を構成できるので、より多くの駆動機構ユニットを搭載することができ、高い像性能を持つ光学系が実現できる。さらには駆動源となるアクチュエータを、固定鏡筒の外部に配置が可能となるので、アクチュエータが不慮の故障やずれなど変動を生じた場合でも、交換や調整するなどメンテナンスが容易にすることができる。
【実施例１０】
【０１６９】
図２７は実施例５で説明した駆動機構５１１を光学要素、特にレンズ面を変形させる装置に適用した例である。
【０１７０】
駆動機構１１１１には、実施例４で述べた機構（５１１）を用いても良い。しかし、レンズを変形させるに必要な変位量は実施例５で述べた場合（光学要素の姿勢を変化させる機構）より小さくて済むため、入力源であるピエゾアクチュエータ１１１２は実施例５の場合より短いタイプを用いることができる。この結果、ホルダエンド１１１８には、実施例５の機構では設けてあった付加ばねや、固定鏡筒との結合が不要となっている（機構の剛性が低く、外乱振動に対して光学要素が共振してしまうような場合は、付加ばねや、固定鏡筒の結合は必要となる）。
【０１７１】
図２７（ｂ）は本発明実施例１０の駆動機構本体１１１１の斜視図である。１１１１は駆動機構本体で、金属ブロックから、ワイヤ放電加工及び切削加工にて形成されたリンク機構をなしている。１１１２は積層型ピエゾアクチュエータで、実施例１のピエゾアクチュエータ１１２と同じく、電歪素子と電極が交互に積層された駆動源が伸縮可能な密閉型円筒容器内に封入され、Ｙ軸方向の全長が印加電圧に略比例して増加する。１１１３はアクチュエータ１１１２の寸法誤差を補正し、かつ予圧を与えるためのピエゾ調整ネジで、ホルダエンド１１１８と前記アクチュエータ１１１２の間に介在される。この調整ネジはナットにより固定される。図２７に示すように、駆動機構１１１１の下面の一部のみで固定鏡筒１０１に取り付けられることにより、アクチュエータによる駆動力が固定鏡筒に伝わり、不要な変形を発生させ、さらにはレンズ位置検出手段１０２の誤出力につながるのを軽減している。
【０１７２】
ピエゾアクチュエータと駆動機構との結合は、第５の実施例の場合は、弾性ヒンジを備えたピエゾ受けリンク５１１ｑ、５１１ｒを介して結合することで、ピエゾアクチュエータに有害なモーメントがかかるのを軽減していた。本実施例では、ピエゾアクチュエータ１１１２の一端に鋼球（不図示）を介して駆動機構１１１１に結合される。第５の実施例のようにピエゾ受けリンク５１１ｑ、５１１ｒを介して結合しても構わない。
【０１７３】
図２７（ａ）は、駆動機構１１１１を２θ成分補正のための光学要素面変形装置に適用した例である。駆動機構１１１１は光軸回り略１８０度等間隔に２個、固定鏡筒１０１に配置され、その出力部は、レンズ１０３を支持するレンズ枠１０４に締結されている。レンズ枠１０４は、駆動機構１１１１と光軸周りに９０度回転した位置において、すなわち、計２箇所において、固定鏡筒１０１と光学要素支持枠固定ネジ１２１によって締結固定されている。二つの駆動機構１１１１の出力部が略光軸に沿った方向に同じだけ駆動すると、レンズ１０３は、Y軸を中心に折れ曲がるように変形する。
【０１７４】
３θ成分や、４θ成分などより高次の収差を補正する場合には、第６の実施例で説明したように、駆動機構１１１１を搭載する個数を増やし、自由度をあげればよい。ここでは、説明図を用いて説明するのは省略する。
【０１７５】
駆動機構１１１１の変位量を計測し、所望の光学要素の面変形を実現するために、駆動機構１１１１による変位量を計測するレンズ位置検出手段１０２が駆動機構１１１１の近傍に配置されている。レンズ位置検出手段１０２は後述するレンズ枠の光軸方向変位の変位を検出する手段で、半導体レーザを用いた干渉型測長器、静電容量変位計、リニアエンコーダ、差動トランス変位計、渦電流変位計など要求精度に応じて好適に用いられる。
【０１７６】
以上のことから、実施例１０によると、実施例１の、
積層ピエゾアクチュエータ等の駆動手段は、その発生変位を方向変換するリンク機構の最終出力部から最も遠い位置（固定鏡筒外部よりアクセスしやすい位置）に配置される。そのため、該駆動機構を光学要素の周囲に複数配置する光学要素駆動機構を構成した場合に、駆動手段であるアクチュエータを固定鏡筒外部近傍に配置し、交換などメンテナンスが容易で、かつ薄型駆動手段が提供できる。
【０１７７】
また、リンク機構の形状が略対称であるため、最終変位出力部の意図した方向以外の変位を極めて少なくすることができる。
【０１７８】
また、アクチュエータと当接する変位取り出しリンクは並進運動のみを生じて回動変位は生じないため、アクチュエータに曲げ方向の撓み応力が発生せず、アクチュエータの破壊を回避できる。
【０１７９】
また、アクチュエータの出力変位取り出し部材と、取り出した変位の方向変換部材を別部材として製作する構造としたため、リンク機構最厚部の寸法をアクチュエータの高さと同等程度に薄くすることが可能で、最終変位出力方向の寸法を短縮した薄型駆動機構が提供できるという効果に加え、
固定鏡筒側面に設ける、外部からアクセス用の穴を１箇所にできるため、鏡筒の剛性をできるだけ高く保つことができると言う効果が得られる。
【０１８０】
よって、駆動軸方向に大きな厚みを持つことない薄型の駆動機構を構成できるので、より多くの駆動機構ユニットを搭載することができ、高い像性能を持つ光学系が実現できる。さらには駆動源となるアクチュエータを、固定鏡筒の外部に配置が可能となるので、アクチュエータが不慮の故障やずれなど変動を生じた場合でも、交換や調整するなどメンテナンスが容易にすることができる。
【０１８１】
なお、以上の各実施例において、駆動手段は全長が変化する積層型ピエゾアクチュエータを例に説明したが、その他の駆動手段を用いてもよい。例えば、モータとボールネジを組み合わせた精密直動機構、油圧、もしくは空気圧シリンダ、ベローズなどの流体封入手段などである。
【図面の簡単な説明】
【０１８２】
【図１】本発明の実施例１における駆動機構の構造図である。
【図２】本発明の駆動機構を搭載する半導体露光装置の全体図である。
【図３】本発明の駆動機構をレンズ駆動装置に応用した図である。
【図４】本発明の駆動機構の封止方法を示した図である。
【図５】本発明の実施例１における駆動機構の構造詳細図である。
【図６】本発明の実施例１における駆動機構の動作説明図である。
【図７】本発明の光学要素駆動装置の制御ブロック図である。
【図８】本発明の光学要素駆動装置の制御フロー図である。
【図９】本発明の実施例１における駆動機構の構造詳細図である。
【図１０】本発明の実施例１における部分拡大図である。
【図１１】本発明の実施例１におけるピエゾ受け部の詳細図である。
【図１２】本発明の実施例２における駆動機構の構造図である。
【図１３】本発明の実施例２における駆動機構の動作説明図である。
【図１４】本発明の実施例３における駆動機構の構造図と動作説明図である。
【図１５】本発明の実施例４における駆動機構の構造図である。
【図１６】本発明の実施例４における駆動機構の構造詳細図である。
【図１７】本発明の実施例４における駆動機構の動作説明図である。
【図１８】本発明の実施例５における駆動機構の構造図である。
【図１９】本発明の実施例５における駆動機構の構造詳細図である。
【図２０】本発明の実施例５における駆動機構の動作説明図である。
【図２１】本発明の実施例６の駆動機構を光学要素変形機構に応用した例である。
【図２２】本発明の実施例６の駆動機構を光学要素変形機構に応用した他の例である。
【図２３】本発明の実施例７の駆動機構を光学要素変形機構に応用した例と構造図である。
【図２４】本発明の実施例７の駆動機構を光学要素変形機構に応用した時の部分拡大図である。
【図２５】本発明の実施例８の駆動機構を光学要素変形機構に応用した例と構造図である。
【図２６】本発明の実施例９の駆動機構を光学要素変形機構に応用した例と構造図である。
【図２７】本発明の実施例１０の駆動機構を光学要素変形機構に応用した例と構造図である。
【図２８】本発明の実施例７の駆動機構の他の例を動作図で示した例である。
【符号の説明】
【０１８３】
１                  投影レンズ
１０                レンズ制御手段
１１                レンズＣＰＵ
１２                ピエゾドライバ
２１                本体ＣＰＵ
１０１              固定鏡筒
１０２              レンズ位置検出手段
１０３              レンズ
１０４              レンズ枠
１１０              駆動機構
１１１、２１１、３１１、４１１、５１１      駆動機構本体
１１２、２１２、３１２、４１２、５１２      ピエゾアクチュエータ
１１３、２１３、３１３、４１３、５１３      ピエゾ調整ネジ
【図１０】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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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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