(57)【要約】【課題】可動部の質量の変化や、駆動素子の特性の変化等に影響されずに、振動の発生を低減できる走査型プローブ装置における駆動ステージ、走査型プローブ装置を提供する。【解決手段】支持体１０１と、前記支持体に固定された少なくとも２つ以上の複数の可動部１０２、１０３と、前記複数の可動部を駆動する２つ以上の駆動素子１０６、１０７と、を備え、  前記駆動素子の駆動時に、前記複数のそれぞれの可動部の慣性力が互いに相殺される方向に駆動される走査型プローブ装置における駆動ステージにおいて、  複数の可動部の慣性力の差を検出する慣性力差検出手段１９０と、前記加速度センサの検出出力に基づいて、前記複数の可動部の慣性力の差異を減ずるように調整する慣性力調整手段１９２と、を有する構成とする。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体と、前記支持体に固定された少なくとも２つ以上の複数の可動部と、
前記複数の可動部を駆動する２つ以上の駆動素子と、を備え、前記駆動素子の駆動時に、前記複数のそれぞれの可動部の慣性力が互いに相殺される方向に駆動される走査型プローブ装置における駆動ステージにおいて、
複数の可動部の慣性力の差を検出する慣性力差検出手段と、
前記慣性力差検出手段の検出出力に基づいて、前記複数の可動部の慣性力の差異を減ずるように調整する慣性力調整手段と、
を有することを特徴とする走査型プローブ装置における駆動ステージ。
【請求項２】
前記慣性力調整手段は、前記可動部を駆動する駆動信号の増幅率を、前記複数の可動部の慣性力の差異に応じて調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の走査型プローブ装置における駆動ステージ。
【請求項３】
前記駆動素子は、それぞれ圧電素子で構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の走査型プローブ装置における駆動ステージ。
【請求項４】
前記駆動素子は円筒形の圧電素子からなり、前記駆動素子を構成する第１の円筒形の圧電素子の内側に、前記可動部を構成する第２の円筒形の圧電素子が同心円状に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の走査型プローブ装置における駆動ステージ。
【請求項５】
前記慣性力差検出手段は、前記支持体に設けられた３軸加速度センサであることを特徴とする請求項１に記載の走査型プローブ装置における駆動ステージ。
【請求項６】
支持体と、前記支持体に固定された少なくとも２つ以上の複数の可動部と、
前記複数の可動部を駆動する２つ以上の駆動素子と、を備え、
前記駆動素子の駆動時に、前記複数のそれぞれの可動部の慣性力が互いに相殺される方向に駆動される走査型プローブ装置における駆動ステージにおいて、
前記２つ以上の駆動素子におけるいずれかの駆動素子を駆動した状態で、他の非駆動状態にある駆動素子から出力される出力信号を受けて、前記複数の可動部の慣性力の差を検出すると共に、
前記検出した検出出力に基づいて、前記複数の可動部の慣性力の差異を減ずるように調整する慣性力調整手段を有することを特徴とする走査型プローブ装置における駆動ステージ。
【請求項７】
前記慣性力調整手段は、前記出力信号を受けて増幅率を設定し出力する増幅率設定手段であることを特徴とする請求項６に記載の走査型プローブ装置における駆動ステージ。
【請求項８】
試料に対し探針を相対的に駆動する駆動ステージを備え、前記試料の情報を取得し、または前記試料に情報を記録し、または前記試料を加工する走査型プローブ装置において、
前記駆動ステージとして、請求項１乃至７のいずれかに記載の駆動ステージを有することを特徴とする走査型プローブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通常、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）と呼ばれる技術を応用した走査型プローブ装置における駆動ステージ、走査型プローブ装置に関する。
特に、探針と試料とを相対的に移動させながら、試料の情報を取得し、または情報記録を行い、または試料を加工する走査型プローブ装置における駆動ステージ、に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノメートル以下の分解能で導電性物質表面を観察可能な走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）が開発され、更に絶縁物質等の表面をＳＴＭと同様の分解能で観察可能な原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等が開発されてきた。
さらに別の発展形として、尖鋭なプローブ先端の微小開口からしみ出すエバネッセント光を利用して試料表面状態を調べる走査型近接場光顕微鏡（ＳＮＯＭ）等が開発されてきた。
また、これら以外にも走査型磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）、走査型電気容量顕微鏡（ＳＣａＭ）、走査型熱顕微鏡（ＳＴｈＭ）、等が開発されている。
このように、現在では探針（プローブ）もしくは試料を走査し、上記した試料表面の種々の物理量を高い分解能で測定できる顕微鏡が開発されているが、これらの顕微鏡は走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）と総称されている。
【０００３】
これらのＳＰＭでは、駆動ステージで探針を試料や媒体の表面に対して相対的に駆動し、探針と試料の物理相互作用を検出することで、像を取得し、あるいは情報の記録再生等が行われる。
その際、上記物理相互作用等を高精度に検出するため、上記駆動ステージの駆動に伴う振動の発生を抑制することが求められる。
【０００４】
このような振動の発生を抑制するため、従来においては、例えば特許文献１のように、アクチュエータの駆動時に、前記複数のそれぞれの可動部の生じる慣性力が互いに相殺する方向に駆動するように構成した駆動ステージが提案されている。
つぎに、これを図１１を用いて説明する。この図において、支持体３０１の内側に、移動台３０２、３０３がそれぞれ４本の平行ヒンジバネ３０４、３０５で、図中で水平方向に移動できるように支持されている。
また、圧電素子３０６、３０７は、一端を支持体３０１に結合され、他方がそれぞれ移動台３０２、３０３に結合されている。
２つの圧電素子３０６、３０７は、電圧を印加すると長さが図中で左右方向に伸びるように分極処理が施されている。
また、駆動信号は、それぞれ増幅器３１０、３１１で増幅されて圧電素子３０６、３０７に与えられている。ここで、増幅器３１０、３１１の信号増幅率Ａ１、Ａ２は、移動台３０２、３０３を駆動した時の慣性力が逆向きで等しくなるように設定されている。
つまり、移動台３０２、３０３の質量と駆動加速度をそれぞれｍ１、ｍ２と、ａ１、ａ２としたときに、ｍ１×ａ１＝ｍ２×ａ２となるように設定されている。また、移動台３０２、３０３を駆動する際の周波数特性が異なっている場合には、これらの増幅率を駆動周波数に応じて設定することができる。
また、移動台に搭載されるものの質量に応じて増幅率を制御することで、移動台上に搭載するものの質量によらず振動が生じないようにすることができる。
また、上記図に示された構成例では駆動される移動台が２つあるが、どちらか一方の移動台のみを試料を搭載する試料台として使用するようにしてもよいし、その両方を試料台として使用するようにしてもよい。
以上のような構成例のステージでは、駆動信号を入力すると移動台３０２、３０３が相対する方向に、かつ慣性力が等しくなるように駆動されるので、支持体３０１に伝わる慣性力が相殺される。
そのため、高速な走査を行っても振動の少ない駆動ステージを提供することができる。
【特許文献１】特開２０００−０８８９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来例のものでは、移動台に搭載される試料を変更して測定する場合や、圧電素子の特性の経時変化があった場合等は、複数の可動部である移動台の慣性力に差異が生じてくる。この場合には、慣性力を互いにキヤンセルすることができず、必ずしも満足の得られない場合が生じる。
すなわち、上記した従来例の駆動ステージでは、駆動素子の駆動時に、それぞれの移動台の慣性力が互いに相殺される方向に駆動することで、振動の発生を少なくするものである。したがって、振動の発生を無くすためにはこれら移動台の慣性力が等しくなるように駆動することが必要である。
【０００６】
これに対して、上記従来例では、例えば、図６の一方の移動台に搭載された試料を取り替えた際等において、他方の移動台との間で質量が変化する場合が生じる。
このような場合、上記試料の取り替え前に相互の移動台との間で慣性力が等しくなるように設定されていたとしても、上記質量の変化によって相殺される慣性力のバランスが崩れるため、等しい慣性力により互いにキヤンセルすることができなくなる場合が生じる。
このような現象は、圧電素子の特性の変化等によっても生じる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、可動部の質量の変化や、駆動素子の特性の変化等に影響されずに、振動の発生を低減できる走査型プローブ装置における駆動ステージ、走査型プローブ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を達成するために、以下のように構成した走査型プローブ装置における駆動ステージ、走査型プローブ装置を提供するものである。
本発明の駆動ステージは、支持体と、前記支持体に固定された少なくとも２つ以上の複数の可動部と、前記複数の可動部を駆動する２つ以上の駆動素子と、を備え、
前記駆動素子の駆動時に、前記複数のそれぞれの可動部の慣性力が互いに相殺される方向に駆動される走査型プローブ装置における駆動ステージにおいて、
複数の可動部の慣性力の差を検出する慣性力差検出手段と、前記慣性力差検出手段の検出出力に基づいて、前記複数の可動部の慣性力の差異を減ずるように調整する慣性力調整手段と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の駆動ステージは、前記慣性力調整手段が、前記可動部を駆動する駆動信号の増幅率を、前記複数の可動部の慣性力の差異に応じて調整可能に構成されていることを特徴とする。
また、本発明の駆動ステージは、前記駆動素子が、それぞれ圧電素子で構成されていることを特徴とする。本発明に用いられる圧電素子としては、スタック型あるいは円筒形の圧電素子（ピエゾ素子）が好ましく用いられる。
また、本発明の駆動ステージは、前記圧電素子が円筒型の圧電素子からなり、前記駆動素子を構成する第１の円筒型の圧電素子の内側に、前記可動部を構成する第２の円筒型の圧電素子が同心円状に配置されていることを特徴とする。また、本発明の駆動ステージは、前記慣性力差検出手段が、前記支持体に設けられた３軸加速度センサであることを特徴とする。
また、本発明の駆動ステージは、支持体と、前記支持体に固定された少なくとも２つ以上の複数の可動部と、
前記複数の可動部を駆動する２つ以上の駆動素子と、を備え、
前記駆動素子の駆動時に、前記複数のそれぞれの可動部の慣性力が互いに相殺される方向に駆動される走査型プローブ装置における駆動ステージにおいて、
前記２つ以上の駆動素子におけるいずれかの駆動素子を駆動した状態で、他の非駆動状態にある駆動素子から出力される出力信号を受けて、前記複数の可動部の慣性力の差を検出すると共に、
前記検出した検出出力に基づいて、前記複数の可動部の慣性力の差異を減ずるように調整する慣性力調整手段を有することを特徴とする。
また、本発明の駆動ステージは、前記慣性力調整手段が、前記出力信号を受けて増幅率を設定し出力する増幅率設定手段であることを特徴とする。
また、本発明の走査型プローブ装置は、試料に対し探針を相対的に駆動する駆動ステージを備え、前記試料の情報を取得し、または前記試料に情報を記録し、または前記試料を加工する走査型プローブ装置において、
前記駆動ステージとして、上記いずれかに記載の駆動ステージを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、試料の取り替え等による質量の変化や、駆動素子の特性の変化等に影響されずに、振動の発生を低減することが可能となる走査型プローブ装置における駆動ステージ、走査型プローブ装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例により説明する。本発明に用いられる駆動素子としては、圧電素子（電気機械変換体）である、スタック型あるいは円筒形の圧電素子（ピエゾ素子）が好ましく用いられる。ここでいう円筒形とは、図示した形態に限定されることはなく、隣接する電極間で互いにピエゾ結晶が分断された、アセンブリであってもよい。
【実施例】
【００１１】
［実施例１］
つぎに、本発明を適用した実施例１における駆動ステージについて説明する。図１に、本実施例の駆動ステージの構成を説明する図を示す。支持体１０１の内側に、複数の可動部となる移動台１０２、１０３がそれぞれ４本の平行ヒンジバネ１０４、１０５で、図中で水平方向に移動できるように固定され支持されている。
また、駆動素子としての圧電素子１０６、１０７は、一端を支持体１０１に結合され、他方がそれぞれ移動台１０２、１０３に結合されている。
２つの圧電素子１０６、１０７は、電圧を印加すると長さが図中で左右方向に伸びるように分極処理が施されている。
本実施例においては、本発明における前記慣性力差検出手段の検出出力に基づいて、前記複数の可動部の慣性力の差異を減ずるように調整する慣性力調整手段が、つぎのように構成されている。
１０６、１０７の支持体１０１に結合されている場所の近くに少なくとも一方向の加速度を検出するための、ジャイロのような加速度センサ１９０が配置されている。
この加速度センサ１９０が、複数の可動部の慣性力の差を検出する慣性力差検出手段であり、ここでは支持体の振動に因る支持体の加速度を駆動素子の駆動中に検知することにより、複数の可動部の慣性力の差を検出する。
信号発生回路のような駆動信号発生手段１９１は、駆動信号ａを発生する。駆動信号発生手段１９１により生成された駆動信号ａは、増幅器１１０で増幅され、圧電素子１０７を駆動する。
一方、駆動信号ａは、掛算器１９３において増幅率設定手段１９２の出力ｄと掛け合わされ、掛算器出力ｂとなる。掛算器１９３と増幅率設定手段１９２とは、慣性力調整手段を構成している。
掛算器出力ｂは、増幅器１１１で増幅され、圧電素子１０６を駆動する。増幅率設定手段１９２は、駆動信号ａと加速度センサ１９０の出力ｃに基づき、増幅率を設定し出力する。
このように、慣性力調整手段は、前記可動部を駆動する駆動信号の増幅率を、前記複数の可動部の慣性力の差異に応じて調整可能に構成されており、これにより、複数の可動部の慣性力の差異を減ずるように、その差異に応じて少なくとも一方の可動部の慣性力を調整する。
【００１２】
つぎに、本実施例の駆動ステージの動作について説明する。
図２に、本実施例の駆動ステージの動作を説明する各信号の時間経過を示す図を示す。
図２において、ステージ駆動信号ａは、移動台が往復移動をするようなノコギリ波であり、不図示の信号発生回路から発生される。
当初、アナログ電子回路などで構成される増幅率設定手段１９２の出力ｄは、移動台１０２と１０３の慣性力が互いにキャンセルする値に設定されている。そのため、加速度センサ出力ｃは出力を生じない。
ここで、図２に示すように、Ｔ２〜Ｔ３の間において、一方の移動台１０２に搭載された試料の取り替え等により、移動台１０２の質量が増加したとする。
すると、Ｔ３の移動台の移動方向が切り替わる際に発生する加速度が大きくなり、キャンセルしきれなくなるため、加速度センサに出力が生じる。
そこで、増幅率設定手段１９２は、加速度センサ出力ｃおよび駆動信号ａの値に基づいて、増幅率を設定しなおす。
この構成例においては、反力が大きくなる方向に加速度が生じたので、反力をキャンセルするように増幅率が大きくなるように再設定を行なう。
次のＴ４の移動方向が切り替わる際にも、まだ加速度が生じるため、増幅率設定手段１９２は、さらに増幅率を大きく再設定する。
以上の動作により、増幅率が適切に再設定されるので、Ｔ５以降は、加速度センサに出力は生じなくなる。
ここでは、質量が増加することにより、反力が増加する構成を採り挙げたが、取り替えられた試料の種類等によって質量が減少すれば、反力も減少する。
また、圧電素子の特性変化等によっても、反力は増減しうる可能性がある。
本実施例によれば、これらの変動に対しても適切に増幅率を再設定することが可能である。
【００１３】
本実施例の駆動ステージは、駆動される移動台が２つの移動台で構成されているが、これらはどちらか一方の移動台のみを試料台として使用してもよいし、両方を試料台として使用してもよい。
以上のように構成した本実施例のステージでは、移動台１０２、１０３が相対する方向に、かつ慣性力が等しくなるように駆動されるので、支持体１０１に伝わる慣性力が相殺される。
そのため、高速な走査を行っても振動の少ない駆動ステージを提供することができる。
また、増幅率設定手段１９２が、加速度センサ１９０と駆動信号に基づき増幅率を設定するので、ステージの質量が変化しても振動が増加することのない駆動ステージを提供することができる。
また、経時変化等により圧電素子の特性が変化しても振動が増加することのない駆動ステージを提供することができる。
本発明においては、上記実施例及び後述する実施例のいずれにおいても、増幅率の設定動作は、走査プローブ装置本体の校正スイッチ或いは電源スイッチに応答して、開始されるように、ＣＰＵのような制御回路により設定動作開始を制御してもよい。
例えば、試料を交換したり、駆動ステージを装置本体に対して交換可能とし、新品の駆動ステージに交換した後などに、設定動作が開始される。具体的には、校正スイッチや電源スイッチをオンにすると、駆動信号発生手段、慣性力調整手段が動作を開始する。こうして、複数の可動部の慣性力の差を検出すると共に、検出した検出出力に基づいて、複数の可動部の慣性力の差異を減ずるように慣性力調整手段の調整機能が働く。
この機能は、校正スイッチや電源スイッチのオン時だけではなく、装置の動作中においても適当な時間間隔をおいて複数回実行されてもよい。
【００１４】
［実施例２］
実施例２においては、実施例１とは別の形態の駆動ステージについて説明する。
図３に、本実施例の駆動ステージの斜視図を示す。
本実施例の駆動ステージは、図３に示すように駆動素子としての円筒形の圧電素子を有する駆動ステージが２つ同心円状に重った構造を備えている。
第１の円筒形の圧電素子２００の内側に第２の円筒形の圧電素子２１０が同心円状に配置されている（図３では分解して表示）。
第１の円筒形の圧電素子２００の外周には、４分割された電極２０１〜２０４が配置されており（但し、２０４は図３では裏側にあたるため不図示）、内周には、共通電極２０９が配置されている。
第１の円筒形の圧電素子２００の上部には可動部としての移動台２０５が接合されており（図３では分解して表示）、下部は圧電素子固定部２８１、２８２を介して支持部２８０に接合され固定されている。
また、第２の円筒形の圧電素子２１０の周囲には、４分割された電極２１１〜２１４が配置されており（但し、２１４は図３では裏側にあたるため不図示）、内周には共通電極２１９が配置されている。
上部には可動部としての重り２１５が接合されており（図３では分解して表示）、下部は圧電素子固定部２８１、２８２を介して支持部２８０に接合されている。
そして、圧電素子固定部２８２には、互いに直交するＸＹＺ軸に対する加速度を測定可能な３軸加速度センサ２９０が配置されている。
【００１５】
この３軸加速度センサ２９０は、複数の可動部の慣性力の差を検出する慣性力差検出手段であり、ここでは支持体（支持部）の振動に因る支持体（支持部）の加速度を駆動素子の駆動中に検知することにより、複数の可動部の慣性力の差を検出する。３軸加速度センサ２９０の出力は増幅率設定手段２９２（図４）に入力される。
増幅率設定手段２９２は、実施例１の増幅率設定手段１９２と同様に、３軸加速度センサ２９０の３つの出力信号と駆動信号ｘ、ｙ、ｚから、３軸方向の慣性力がキャンセルされるように、増幅率Ａｘ、Ａｙ，Ａｚを設定するように働く。掛算器２９３、２９４、２９５と増幅率設定手段２９２とは、慣性力調整手段を構成している。こうして、慣性力調整手段は、複数の可動部の慣性力の差異を減ずるように、その差異に応じて少なくとも一方の可動部の慣性力を調整する。
第１、第２の円筒形の圧電素子２００、２１０は、共通電極２０９と２１９を電気的に接地し、相対する電極（２０１と２０３、２０２と２０４、２１１と２１３、２１２と２１４）の電圧を制御する。
これにより、一方が伸び他方が縮むようにすることにより、屈曲させることができる。
また、４つの電極に同じように電圧を印加することで長軸方向に伸縮させることができる。つまり、この圧電素子２００、２１０の屈曲、伸縮を各電圧に印加する電圧で制御できる。それゆえ、この圧電素子の上部に配置した移動台２０５と重り２１５をそれぞれ３次元方向に駆動することができる。
【００１６】
図４は、本実施例における駆動ステージの結線図を示した図である。
このように結線したときの駆動信号ｘ、ｙ、ｚと各電極の電圧の関係は、電極２０１〜２０４に印加する電圧をａ〜ｄ、電極２１１〜２１４に印加する電圧をａ’〜ｄ’とすると、以下のように表される。下記の式では、駆動信号ｘ、ｙ、ｚの電圧をＸ、Ｙ、Ｚで示す。
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【００１７】
図５は、駆動時の変形の様子を示す断面図である。図中で、円筒形の圧電素子２００は、左向きに曲がってかつ上方向に伸びており、円筒形の圧電素子２１０は、右向きに曲がって下方向に縮んでいる。
このとき、増幅率Ａｘ、Ａｙ、Ａｚはそれぞれ、円筒形の圧電素子２００と２１０の発生する慣性力がキャンセルするように設定されている。
本実施例によれば、駆動部の質量や、圧電素子の特性が変化しても、加速度センサ２９０が支持部の加速度を検出し、増幅率設定手段２９２が、増幅率を適切に設定することで常に複数の可動部による慣性力がキャンセルされた状態で駆動することができる。
【００１８】
［実施例３］
図６は、本発明の実施例３の移動ステージを説明する図である。支持体１０１の内側に、移動台１０２、１０３がそれぞれ４本の平行ヒンジバネ１０４、１０５で、図中で水平方向に移動できるように支持され固定されている。
また、圧電アクチュエータ１０６、１０７は、一端を支持体１０１に結合され、他方がそれぞれ移動台１０２、１０３に結合されている。
２つの圧電アクチュエータ１０６、１０７は、電圧を印加すると長さが図中で左右方向に伸びるように分極処理が施されている。
【００１９】
本実施例においては、本発明におけるいずれかの駆動素子を駆動した状態で、他の非駆動状態にある駆動素子から出力される出力信号を受けて、複数の可動部の慣性力の差を検出すると共に、
前記検出した検出出力に基づいて、前記複数の可動部の慣性力の差異を減ずるように調整する慣性力調整手段の構成が、つぎのように構成されている。
本実施例では、駆動信号発生手段１９１において、駆動信号ａを発生するように構成されている。
そして、駆動信号発生手段１９１により生成された駆動信号ａは、増幅器１１０で増幅され、圧電アクチュエータ１０７を駆動する。
一方、駆動信号ａは、掛算器１９３において増幅率設定手段１９２の出力ｄと掛け合わされ、掛算器出力ｂとなる。掛算器出力ｂは、増幅器１１１で増幅され、圧電アクチュエータ１０６を駆動する。
増幅率設定手段１９２は、圧電アクチュエータ１０６の非駆動時に同アクチュエータに生じた電圧に基づき、増幅率を設定し出力する。切り替えスイッチ１９４は増幅器１１１と増幅率設定手段１９２のいずれかを圧電アクチュエータ１０６に接続する。
【００２０】
つぎに、各信号の時間経過を示す図７を用いて本実施例の移動ステージの動作を詳しく説明する。
ステージ駆動信号ａは、移動台が往復移動をするようなノコギリ波である。当初、掛算器１９３の設定値は０に設定され、かつ圧電アクチュエータ１０６は増幅率設定手段１９２に接続される。移動台１０２及びその搭載物の移動の反力は支持体１０１を介して、移動台１０３に移動を生じさせる。この結果、圧縮又は伸長された圧電アクチュエータ１０６には電圧が生じ、増幅率設定手段１９２により検出値ｃとして検出される。この値に応じて移動台１０２及びその搭載物の移動の反力をキャンセルする増幅率が決定される。
次に圧電アクチュエータ１０６を増幅器１１１に接続し、増幅率設定手段１９２は掛算器１９３の設定値を前述の増幅率になるように徐々に上げてゆく。このように増幅率を徐々に変化させることで、圧電アクチュエータ１０６に急激な電圧がかかることによる損傷や機構上の損傷を防ぐことが出来る。なお、ステージ駆動信号ａが０になる点で前述の増幅率に設定する事や、同駆動信号をいったん停止して増幅率の設定を行うことでも同様の効果を得られる。
【００２１】
本実施例のステージは、駆動される移動台が２つある。どちらか一方の移動台のみを使用してもよいし、両方を使用してもよい。
以上のように構成した本実施例のステージでは、移動台１０２、１０３が相対する方向に、かつ慣性力が等しくなるように駆動されるので、移動台が移動可能に固定支持されている支持体１０１に伝わる慣性力が相殺される。
そのため、高速な走査を行っても振動の少ない駆動ステージを提供することができる。また、増幅率設定手段１９２が、片方のステージを駆動した結果、他方のステージに生じた慣性力に応じて増幅率を設定するので、搭載物の質量が変化しても振動が増加することのない移動ステージを提供することができる。
【００２２】
［実施例４］
図８に実施例４の駆動ステージの斜視図を示す。本ステージは、図８に示すように円筒形の圧電素子からなる駆動ステージが２つ同心円状に重った構造をしている。
第１の円筒形の圧電素子５００の内側に第２の円筒形の圧電素子５１０が同心円状に配置されている（図９では分解して表示）。
第１の円筒形の圧電素子５００の外周には、４分割された電極５０１〜５０４が配置されており（ただし５０４は図８では裏側にあたるため不図示）、内周には、共通電極５０９が配置されている。
第１の円筒形の圧電素子５００の上部には移動台５０５が接合されており（図８では分解して表示）、下部は圧電素子固定部５８１を介して支持部５８０に接合され固定されている。
また、第２の円筒形の圧電素子５１０の周囲には、４分割された電極５１１〜５１４が配置されており（ただし、５１４は図９では裏側にあたるため不図示）、内周には共通電極５１９が配置されている。
上部には重り５１５が接合されており（図８では分解して表示）、下部は圧電素子固定部５８２を介して支持部５８０に接合されている。
【００２３】
第１、第２の円筒形の圧電素子５００、５１０は、共通電極５０９と５１９を電気的に接地されている。
そして、相対する電極（５０１と５０３、５０２と５０４、５１１と５１３、５１２と５１４）の電圧を制御して、一方が伸び他方が縮むようにすることにより、屈曲させることができるように構成されている。
また、４つの電極に同じように電圧を印加することで長軸方向に伸縮させることができる。
つまり、この圧電素子５００、５１０の屈曲、伸縮を各電圧に印加する電圧で制御できる。それゆえ、この圧電素子の上部に配置した移動台５０５と重り５１５をそれぞれ３次元方向に駆動することができる。
図１０のように結線したときの駆動信号ｘ、ｙ、ｚと各電極の電圧の関係は、電極５０１〜５０４に印加する電圧をａ〜ｄ、電極５１１〜５１４に印加する電圧をａ’〜ｄ’とすると、以下のように表される。
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【００２４】
図１０は、駆動時の変形の様子を示す断面図である。図中で、円筒形の圧電素子５００は、左向きに曲がってかつ上方向に伸びており、円筒形の圧電素子５１０は、右向きに曲がって下方向に縮んでいる。このとき、増幅率Ａｘ、Ａｙ、Ａｚはそれぞれ、円筒形の圧電素子５００と５１０の発生する慣性力がキャンセルするように設定されている。
【００２５】
増幅率設定手段５９２は、実施例１の増幅率設定手段１９２と同様に、第１の円筒形の圧電素子５１０非駆動時に同素子に生じた電圧に基づき、駆動信号ｘ、ｙ、ｚから、３軸方向の慣性力がキャンセルされる増幅率Ａｘ、Ａｙ，Ａｚを演算、設定するように働く。また、切り替えスイッチ５９６から５９９により電極５１１から５１４の接続先をそれぞれ切り替える点も実施例１と同様である。
【００２６】
電極５１１から５１４に生じたを電圧をａ”からｄ”とするとこれらは以下のように３軸方向の成分に分解できる。ここでｘ、ｙ、ｚの成分をそれぞれＳｘ、Ｓｙ、Ｓｚとする。これらに適宜定数をかけてＡｘ、Ａｙ、Ａｚを生成可能である。
Ｓｚ＝（ａ”＋ｃ”）／２
Ｓｘ＝Ｓｚ−ａ”
Ｓｙ＝Ｓｚ−ｂ”
なお、使用する電圧値の組み合わせは適宜選択可能であることはいうまでもない。
また、平均化による精度向上のため、より多くの電圧値を組み合わせて使用することも可能である。
さらに、前述の駆動信号のように回路により演算を行ってもかまわない。
【００２７】
本発明によれば、増幅率設定手段５９２が第２の円筒形の圧電素子５１０に生じた電圧に基づき、増幅率を適切に設定可能である。よって、駆動部の質量が変化する、あるいは第１の円筒形の圧電素子５００を交換した場合においても、常に慣性力がキャンセルされた状態で駆動することができる。そのため、高速に駆動しても振動の少ないステージを提供することができる。
【００２８】
以上に説明した、上記各実施例の試料に対し探針を相対的に駆動する駆動ステージを走査型プローブ装置に適用することで、高速に鮮明な像を取得できるＳＰＭを実現することができる。
また、高速に情報の記録再生を行っても振動によるエラーの生じにくい情報記録再生装置や、高速に加工を行っても精度の低下しない加工装置等を実現することができる。
また、本発明の駆動ステージは、試料が可動部に載置され、試料を探針に対して走査移動させる試料用の駆動ステージだけではなく、探針を可動部に取り付けて探針を試料に対して走査移動させる探針用の駆動ステージに用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例１における駆動ステージの構成を説明する図。
【図２】本発明の実施例１における駆動ステージの動作を説明するための各信号の時間経過を示す図。
【図３】本発明の実施例２における駆動ステージの構成を説明する図。
【図４】本発明の実施例２における駆動ステージの結線を示す図。
【図５】本発明の実施例２における駆動ステージの動作を説明する図。
【図６】本発明の実施例３における駆動ステージの構成を説明する図。
【図７】本発明の実施例３における駆動ステージの動作を説明するための各信号の時間経過を示す図。
【図８】本発明の実施例４における駆動ステージの構成を説明する図。
【図９】本発明の実施例４における駆動ステージの結線を示す図。
【図１０】本発明の実施例４における駆動ステージの動作を説明する図。
【図１１】従来例の走査型プローブ装置等における駆動ステージの構成を説明する図。
【符号の説明】
【００３０】
１０１：支持体
１０２、１０３：移動台
１０４、１０５：平行ヒンジバネ
１０６、１０７：圧電素子
１１０：増幅器
１１１：増幅器
１９０：加速度センサ
１９１：駆動信号発生手段
１９２：増幅率設定手段
１９３：掛算器
１９４：切り換えスイッチ
２００：第１の円筒形の圧電素子
２０１〜２０４：４分割された電極
２０５：移動台
２１０：第２の円筒形の圧電素子
２１１〜２１４：４分割された電極
２１５：重り
２８０：支持部
２８１、２８２：圧電素子固定部
２９０：３軸加速度センサ
２９２：増幅率設定手段
５００：第１の円筒形の圧電素子
５０１〜５０４：４分割された電極
５０５：移動台
５１０：第２の円筒形の圧電素子
５１１〜５１４：４分割された電極
５１５：重り
５８０：支持部
５８１、５８２：圧電素子固定部
５９２：増幅率設定手段
【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１０】
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【図１１】
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