(57)【要約】本発明はたとえば顕微鏡に使用するための、物体４のマイクロポジショニング用装置に関する。装置は加速ユニット１および、この加速ユニット１を物体４に接続する中間部分３よりなる。加速ユニット１に対する物体の位置は、物体４の機械的慣性のために、可変である。さらに、中間部分３は、加速ユニット１端部に取付けられる第１端部３′、および実質的に周囲の接触面３ａが設けられた第２端部３″を有し、物体４にはクランプ要素４′が設けられる。これらのクランプ要素４′は、物体４を中間部分３に対し単にクランプ要素４′によって接触面３ａに加えられるクランプ力および摩擦力によって保持するため、中間部分３の周囲にクランプするのに適している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
たとえば顕微鏡に使用するための、物体（４）のマイクロポジショニング用装置であって、前記装置が加速ユニット（１）および前記加速ユニット（１）を前記物体（４）に連結する中間部分（３）を有し、加速ユニット（１）に対するその位置が前記加速ユニット（１）の高加速度または減速度において、物体（４）の機械的慣性のために可変である物体のマイクロポジショニング用装置において、前記中間部分（３）が前記加速ユニット（１）に取付けられる第１端部（３′）、および実質的に周囲の接触面（３ａ）を設けられた、第２端部（３″）を有すること、および前記物体（４）がクランプ要素（４′）を設けられ、それにより前記クランプ要素（４′）が、物体（４）を単に前記接触面（３ａ）に前記クランプ要素（４′）によって加えられるクランプ力および摩擦力によって中間部分（３）に対して保持するため、前記中間部分（３）の前記接触面（３ａ）の周りにクランプするのに適していることを特徴とする物体のマイクロポジショニング用装置。
【請求項２】
加速ユニット（１）と中間部分（３）との間の前記取付けが分離可能である請求項１に記載された装置。
【請求項３】
物体（４）の前記クランプ要素（４′）が中間部分（３）の前記接触面（３ａ）の周りに取外し可能にクランプされている請求項２に記載された装置。
【請求項４】
前記加速ユニット（１）が圧電材料から形成された、管等よりなる請求項１から３のいずれか一項に記載された装置。
【請求項５】
中間部分（３）が絶縁取付け部分（３ｂ）によって圧電管（１）から電気的に絶縁されている請求項４に記載された装置。
【請求項６】
物体（４）、その接触要素（４′）および中間部分（３）が中断されない導電通路を構成する請求項１から５のいずれか一項に記載された装置。
【請求項７】
中間部分（３）の接触面（３ａ）が少なくとも部分的に球面である請求項１から６のいずれか一項に記載された装置。
【請求項８】
物体（４）の接触要素（４′）が物体本体から突出するいくつかの摺動ロッドよりなる請求項１から７のいずれか一項に記載された装置。
【請求項９】
前記摺動ロッド（４′）が実質的に平行で物体本体の周囲に沿って配置されている請求項８に記載された装置。
【請求項１０】
前記摺動ロッド（４′）の少なくとも一つがストッパ（４″）を設けられるている請求項９に記載された装置。
【請求項１１】
物体（４）が測定サンプル等用の保持体として形成されている請求項１から１０のいずれか一項に記載された装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の技術分野）
本発明は、とくにＴＥＭ（透過形電子顕微鏡）、ＳＰＭ（走査形電子顕微鏡）等のような顕微鏡において使用するための、進歩した物体のマイクロポジショニング（位置の微調整）に関するものである。
【０００２】
（背景技術）
多くの分野において、大きい精度を備えた物体の位置決めに対する必要性が存在する。このことは、サンプルおよびプローブが走査開始前互いに動かされなければならない、たとえばプローブ顕微鏡、ＳＰＭにおいてもっとも重要である。そのような移動を実施する技術は、上記記載によれば、慣性形モータを含み、その際圧電管の励起はその伸長およびそれに連結された物体の対応する運動を生じ、その上圧電管は励起が停止するときわめて迅速に収縮し、装置の慣性モーメントのため、動かされるべき物体は圧電管がその励起された位置にあったときに位置していた位置にとどまる．上記型の装置は、たとえば、ケー・スベンソン（Ｋ．Ｓｖｅｎｓｓｏｎ）、エフ・アルトホフ（Ｆ．Ａｌｔｈｏｆｆ）およびエッチ・オリン（Ｈ．Ｏｌｉｎ）の“コンパクト・イナーシャル・スライダ・ＳＴＭ”（Ａ  Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｓｌｉｄｅｒ  ＳＴＭ”、ミース・科学技術（Ｍｅａｓ．  Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎ．）第８号，１３６０〜１３６２ページ（１９９７）に記載されている。この出版物は、サンプルおよび鋭利な走査チップの両方を含む、走査トンネル顕微鏡におけるマイクロポジショニング用装置を記載している。サンプルに対する鋭利な走査チップの位置は、二つの同心圧電管によって制御され、内側管は鋭利な走査チップの操作のため使用され、外側管はサンプルの慣性運動ねために使用される。構造物はまた、外側管に固定される第１部分、およびサンプルを保持する第２部分の二部分を含むポジショニングユニットよりなっている。第２部分は第１部分上に摺動配置され、摺動面は鋭利な走査チップに垂直でない平面内に設置される。たとえば、圧電要素に対して、鋸歯状の波形を適用するとき、これら二つの部分の間の変位は、加速度が各部分の間の静的摩擦の限界を超えるとき発生する。二つの部分は、前記摺動面において向き合って摺動するとき、第２部分上に配置されたサンプルがプロープに接離するように動かされ、一方同時に実際のサンプル面は鋭利な操作チップに対して垂直に連続的に保持されるように配置されている。この構造は、きわめてコンパクトで、低い騒音水準のような多数の好ましい特性を有する。しかしながら、この構造は複雑で二つの圧電要素よりなっている。それゆえ、装置の振動の形式における機械的騒音を減少するため、短い機械的ループを有する、一層簡単な構造のマイクロポジショニング用装置が望ましい。装置の一層簡単な構造は、さらにゴミまたは他の外部干渉が慣性型モータの機能を低下または完全に停止する危険を減少するのに貢献する。さらに、上記従来技術の構造は、走査形トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）にとくに適し、たとえば走査形プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）に関連して使用するための一層一般的の装置および他の応用に関連して使用する一層一般的な装置が望ましい。
【０００３】
（発明の目的）
したがって、本発明の目的は簡単な構造ならびに一般的な、コンパクトなかつ安定した構造を有する、マイクロポジショニング装置を完成することである。
【０００４】
（発明の要約）
本発明によれば、これらのおよび他の目的は、前記中間部分が前記加速ユニットに取付けられる第１端部、および実質的に周囲の接触面を設けられた第２端部を設けられた上記の、マイクロポジショニング装置によって、また前記物体がクランプ要素を設けられ、それにより前記クランプ要素が物体を単に前記接触面に前記クランプ要素によって加えられるクランプ力および摩擦力によって中間部分に対して保持するため、前記中間部分の前記接触面の周りにクランプするのに適することにおいて、達成される。この構造は、製造するのが容易な、簡単な構造を備えた安定かつコンパクトなマイクロポジショニング装置を可能にする。
【０００５】
好適には、加速ユニットと中間部分との間の前記取付けは、分離可能である。このことは、もし異なった形状の中間部分が適用を必要とするならば、またはもし中間部分が損傷もしくは消耗するならば、中間部分の簡単な交換を可能にする。さらに、好適な実施例によれば、物体のクランプ要素は中間部分の前記接触面の周りに取外し可能にクランプされる。このことは物体、ならびに、またはその代わりに中間部分の容易な交換を可能にする。
【０００６】
好適には、前記加速ユニットは、迅速な加速および減速運動を得るための簡単かつよく処理された機構を提供する、圧電材料から形成された、管等よりなっている。
【０００７】
適当なのは、中間部分が絶縁取付け部分によって圧電管から電気的に絶縁されていることである。このようにして、圧電管を作動するのに必要な高電圧は構造の他の部分から有効に絶縁され、物体または装置の他の部分の好ましくない荷電を阻止する。
【０００８】
好適には、物体、接触要素および中間部分は、中断されない導電通路を構成する。この構造は、たとえば導電通路をアース線に接続することによって、物体の有効な放電を可能にする。
【０００９】
好適な実施例によれば、中間部分の接触面は少なくとも部分的に球面である。したがって、物体は力の作用のもとに自由に移動可能であり、かつすべての方向において中間部分に対して廻転可能である。したがって、物体の接触要素は物体本体から突出するいくつかの摺動ロッドよりなり、好適には、前記摺動ロッドは実質的に平行で物体本体の周囲に沿って配置されている。この実施例はさらに物体が圧電管１から前後に自由に変位可能であり、そして、すべての方向に回転可能である。好適には、前記摺動ロッドの少なくとも一つがストッパを設けられている。このことは物体がｚ方向にあまりに遠く変位され、したがって中間部分との接触を緩め落下することを阻止する。
【００１０】
最後に、物体は好適には測定サンプル等用のホルダとして形成される。物体がサンプルホルダでありサンプル自体でないことは、物体が中間の物体との最終的接触のため形成され、同時に、サンプルまたはプローブ用の便利なホルダを構成することを可能にする。
【００１１】
本発明は、添付図面に示された、好適な実施例に基づいて説明される。
【００１２】
（好適な実施例の説明）
本発明によるマイクロポジショニング装置の一実施例が図１に示されている。この実施例は、加速ユニットを形成する、圧電材料の管１を有する。管１の外周面は、管１の長手方向に延長しかつそれぞれ全長の約２５％に対応する管１の円周面の角度部分を保持する、四つの電気的に絶縁された部分１ａ−１ｄ（１ｄは図示されていない）に分割されている。各部分は、（図示されない）電気的接続装置によって、波発生装置に接続され、１ａ，１ｂ，１ｃおよび１ｄは互いに別々に制御される。
【００１３】
圧電管１の一端には、電気絶縁材料の取付け部分３ｂが配置され、この取付け部分３ｂは開口３ｂ′を備えている。取付け部分３ｂが圧電管１の端部に設置されるとき、開口は実質的に圧電管１の長手方向軸線に実質的に同心とされる。さらに、導電材料の接続部分が設けられている。接続部分の第１の端部は取付け部分３ｂに固定されるのに適合し、この場合取付け部分３ｂの開口３ｂ′内に進入し、第２の端部は実質的に円周方向の接触面３ａを設けられ、この場合ボール継手と同様の球面である（図１参照）。その取付けられた位置にあるとき、接続部分は圧電管１の縦方向に圧電管１から突出する。さらに、接触面の遠い端部は、下記に記載されるように、コンパクトなマイクロポジショニング装置を可能にする実質的に平面を形成するため、切取られる。接続部分および取付け部分３ｂは、一緒に、中間部分３を形成する。
【００１４】
さらに、マイクロポジショニング装置は、サンプルホルダとして形成され、測定サンプルを保持するのに適する有効なサンプルホルダ装置５を有した物体４を有する。サンプルホルダ装置５は異なった構造とすることができ、本発明に対して決定的のものでなく、それゆえさらに詳細には記載されない。物体はさらに、ロッド状の形状を有しかつ物体４の実質的に平面とは平行に延長する、複数のクランプ要素４′を設けられ、クランプ要素４′は実質的に円筒面を描くように円周上に取付けられている。クランプ要素は弾性材料から作られ、中間部分３の接触面３ａの周りにクランプされるのに適しており、それにより物体４を単にクランプ作用および摩擦により中間部分３に対して保持する。したがって、物体は力の作用のもとで自由に移動可能であり、すなわち圧電管１から前後に変位可能でありかつすべての方向に回転可能である。クランプ要素４′はさらに、物体４のクランプ要素４′が、中間部分３の接触面とのそれらの接触を失う、物体４がｚ軸方向に過大な運動をすることを防止するストッパ装置４″を設けられている。
【００１５】
作用において、圧電管１の部分１ａ−１ｄは電気波、適当なのは単に一方向に高加速度を発生するためサイクロイド状の電気波を供給されるが、鋸歯状波または他の型の電気波も使用可能である。圧電管１を励起する、作動電圧の波形は物体４の所望の運動を得るため、調節可能である。他の適当な調節パラメータは、振幅および周波数である。圧電管１の所望の運動により、すべての部分１ａ−１ｄが圧電管１の均一な伸長を生ずる同じ波を供給可能であるか、または圧電管１の湾曲運動を生ずるか、または、さらに具体的には、管の一側が伸長するが、管の他側の長さは変化しない異なった波を供給される。サンプルが圧電管１からｚ方向に移動するとき、第１に管の伸長が発生し、最初の長さに戻ることが続く。この変化を圧電管１が比較的高い伸長速度から比較的高い戻り速度に迅速に変化するようにすることにより、圧電管１は比較的高い伸長速度から比較的高い戻り速度に迅速に変化し、すなわち伸長から戻りへ迅速に変化し加速力が一時的に物体４と中間部分の間の複合された摩擦力および弾性を超えるようにすることにより、中間部分に対する物体４の運動が物体の慣性の機械的モーメントのため発生する。サイクロイドパルスを使用することにより、物体の反対方向の運動は、全加速度が一層低くなるため、圧電管の戻りと伸長の間の変化においてさらに防止される。圧電管１に逆サイクロイド波を供給することにより、反対方向運動、すなわち圧電管１に向う物体の運動が達成される。中間部分３に対する物体４の運動を得るため、適当な部分１ａ、または圧電管の部分の対は対応するサイクロイド波を供給され、一方残りの部分１ｂ，１ｃ，１ｄは励起されないままにされる。それゆえ、他方の側に対する圧電管の一方の側の伸長が発生し、それは圧電管の湾曲をもたらす。励起されない位置に戻るとき、加速力はクランプ力４′の部分集合、すなわち励起された部分におけるようにマイクロポジショニング装置の同じ側に配置されるクランプ要素に対してだけ超え、そのことは戻り運動中の中間部分３に対する物体４の回転を生ずる。異なった部分を組合わせることにより、この実施例において物体は三次元において動かされかつ制御される。
【００１６】
上記のように、球状接触面の遠い端部は、実質的に平面を形成するため、切取られ物体の方を向いている（図１参照）。さらに、物体５はその上に突出クランプ要素４′が配置される平面を設けられ、平面は中間部分３の対応する平面の方を向いている。この構造は、構造の操作性を害することなく、ｚ方向のコンパクトな構造をもたらす。
【００１７】
この実施例は、中間部分３と圧電管１との間のならびに中間部分３とクランプ要素４′との間の接続が取外し可能であるため、適用性に関連する重要な利点を有する。このことはマイクロポジショニングに含まれるすべての部分の容易な交換を可能にする。たとえば、物体４（サンプルホルダ）は、新しい実験のため装置を調節するため、物体を異なったサンプルホルダ装置５と交換される。さらに、中間部分は、もし傷等が接触面に出現し、前記接触面３ａ上のクランプ要素４′の自由な運動を劣化しかつ阻害するならば、新しいものと交換される。他の可能性は、マイクロポジショニング装置のこれらの部分の間のクランプ力および摩擦を、たとえば以前よりわずかに大きい半径を備えた球状接触面３ａを備えた中間部分を使用することにより、中間部分３および／または物体４を交換することである。このようにして、中間部分３と物体４との間の運動の容易さが特別の用途に対して設定される。
【００１８】
上記実施例は、例示のために述べられたに過ぎず発明の範囲を限定することを意図していない。この技術に通じた人々に明らかな、多数の変形および構造上の変化が、勿論、請求項１において限定された基本的発明構想から離れることなくなし得るものである。たとえば、クランプ要素４′は異なった形状を有し、上記実施例におけるような、真直ぐなロッドでなければならない必要はない。たとえば、多かれ少なかれ接触面３ａを取巻き、玉継手状接続を形成する、湾曲したロッドが可能である。しかしながら、そのような構造はｚ方向の自然の可動性を有するが、このことはモータまたはたとえば接続部分と中間部分の取付け部分の間の摺動係合によって配置される。
【００１９】
さらに、上記実施例において使用される圧電管は、たとえば、ポジショニングユニットの十分に高い加速度を発生し得る、ステッピングモータと交換可能である。さらに、圧電要素は、ここに記載された管の形状以外の他の形状をもつこともでき、たとえば長方形の形状をもつことができる。しかしながら、その場合二つ以上の接続された圧電要素が三次元における操作性を得るため必要である。
【００２０】
さらに、取付け部分３ｂまたは中間部分３は、図１におけるように、圧電管３の内側または外側に取付けられるが、ｚ方向における付加的運動の可能性を促進するため、圧電管の外面３に摺動可能に配置されることもできる。クランプ要素の数は可変であり、これらのクランプ要素の形状は図１に示されたロッド状に限定されない。クランプ要素は、たとえば金属板の条片、アーチ状要素等から作られることができる。物体の形状は発明に対して本質的でなく、それゆえ多かれ少なかれ所望の用途に対して適合される。最後に、上記のようなすべてのクランプ要素が弾性型のものであるが、多数の離された非弾性要素を使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明実施例の略斜視図。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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