(57)【要約】【課題】小型かつ簡単な構成で移動の直進性を確保した光学装置の可動部の駆動装置を提供する。【解決手段】光学装置の可動部の駆動装置は、可動部を駆動する駆動部と、駆動部の駆動力を可動部に伝達する駆動力伝達部と、駆動力伝達部を直線移動させるための案内部とを有し、案内部は、駆動力伝達部が直線上を移動するために、直線上の移動方向に対し直角方向に働く付勢状態の弾性部を有する。【選択図】図１
2009186517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部を駆動する駆動部と、
前記駆動部の駆動力を前記可動部に伝達する駆動力伝達部と、
該駆動力伝達部を直線移動させるための案内部とを有し、
前記案内部は、前記駆動力伝達部が前記直線上を移動するために、該直線上の移動方向に対し直角方向に働く付勢状態の弾性部を有していることを特徴とする光学装置の可動部の駆動装置。
【請求項２】
前記可動部が、参照ミラー、対物レンズ又は検査台のいずれかであることを特徴とする、請求項１の光学装置の可動部の駆動装置。
【請求項３】
前記弾性部が、前記直線状の移動方向に沿って前記駆動力伝達部を支持する少なくとも２つのばね装置からなることを特徴とする、請求項１の光学装置の可動部の駆動装置。
【請求項４】
各ばね装置が複数のばねを備え、該複数のばねが、前記駆動力伝達部から放射状に配置されることにより、前記駆動力伝達部に対して均等な付勢力を与えることを特徴とする、請求項３の光学装置の可動部の駆動装置。
【請求項５】
各ばねが、板バネからなることを特徴とする、請求項４の光学装置の可動部の駆動装置。
【請求項６】
前記駆動部が、圧電素子又はボイスコイルを備えることを特徴とする、請求項１の光学装置の可動部の駆動装置。
【請求項７】
前記駆動部と前記駆動力伝達部とが点接触することを特徴とする、請求項１の光学装置の可動部の駆動装置。
【請求項８】
さらに、枠体を備えていて、前記駆動部が前記枠体の側面と点接触することを特徴とする、請求項１の光学装置の可動部の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、被検査物を三次元的に検査する光学検査装置、光学顕微鏡等の光学装置に用いることのできる可動部の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細な被検査物を測定するために、例えば、干渉方式三次元顕微鏡や共焦点方式三次元顕微鏡等の光学装置が用いられている。
【０００３】
典型的な例としては、そのような顕微鏡は、可視光のような第１光と特定の波長の第２光とを用いており、第１光では被検査物の色彩のある画像を得、第２光では被検査対象の高さに関する情報を得ている。第２光は、そのため、対物レンズ系を通過する際に検査光と参照光とに分離されて、検査光と参照光とのそれぞれの反射光の経路に沿った光軸の長さの相違を利用して高さ方向のデータを表す干渉縞を得るように使用されている。
【特許文献１】特開２００３−１４８９２１号公報  特許文献１は、  その光軸の長さの相違を得るために、被検査物を載せる検査台を上下に駆動する構成を開示する。
【０００４】
特許文献１のような装置では、検査台を駆動する装置を配置する空間の大きさに比較的制約がなく、複雑な装置を用いて正確に検査台の上下移動を行わせることが可能である。
【特許文献２】特開２００１−２０１３２５号公報  特許文献２は、参照光を反射するための平面鏡をピエゾ素子によって移動する構成を開示する。
【特許文献３】特開２００７−２５６０８号公報  特許文献３は、反射ミラーに板ばね状の梁部が連結され、さらにその梁部に圧電素子が接続されていて、圧電素子に交流電圧を印加することによって梁部の張力を変化させて共振周波数を移動する構成を開示する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
検査台を上下に駆動する装置は比較的大きいため、そのような装置を光学検査の参照ミラーの駆動に用いることは困難である。
【０００６】
平面鏡にピエゾ素子が直結された構成では、平面鏡を一定方向に向けて常に安定して移動させことは困難である。
【０００７】
そのため、光学検査装置の参照ミラーを安定して移動させるために、小型かつ簡単な構成の装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明に係る光学装置の可動部の駆動装置は、可動部を駆動する駆動部と、駆動部の駆動力を可動部に伝達する駆動力伝達部と、駆動力伝達部を直線移動させるための案内部とを有し、案内部は、駆動力伝達部が前記直線上を移動するために、直線上の移動方向に対し直角方向に働く付勢状態の弾性部を有していることを特徴とする。
【０００９】
可動部は、参照ミラー、対物レンズ又は検査台のいずれでもよい。
【００１０】
弾性部は、直線状の移動方向に沿って駆動力伝達部を支持する少なくとも２つのばね装置からなるようにしてもよい。
【００１１】
各ばね装置が複数のばねを備え、複数のばねが、駆動力伝達部から放射状に配置されることにより、駆動力伝達部に対して均等な付勢力を与えるようにしてもよい。
【００１２】
各ばねは、板バネであってもよい。
【００１３】
また、駆動部が、圧電素子又はボイスコイルを備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る光学装置の可動部の駆動装置によると、例えば圧電素子のような駆動部によって、参照ミラー、対物レンズ又は検査台の可動部を移動させる際に、直進方向に対して均一な力を常時負荷することができる。そのため、それらの移動の直進性を常に確保することができる。
【００１５】
また、本発明に係る光学装置の可動部の駆動装置によると、例えば、光学装置の光学検査装置や光学顕微鏡の寸法に影響を与えることのない、小型かつ簡単な構成の光学装置の可動部の駆動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る光学装置の可動部の駆動装置の望ましい実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、図中、同じ要素に対しては同じ符号を付して、重複した説明を省略する。また、部材の板厚や間隔は理解の容易なために誇張して描いている。
【００１７】
［光学装置の可動部の駆動装置の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る光学装置の可動部の駆動装置３０の拡大一部断面側面図である。
【００１８】
駆動装置３０は、例えば、図示せぬ光学検査装置、光学顕微鏡等の光学装置の可動部である参照ミラー２５３を駆動するように使用される。
【００１９】
例えば、光学装置は、可視光のような第１光と特定の波長の第２光とを用いて、第１光で被検査物の色彩のある画像を得て、第２光で被検査対象の高さに関する情報を得て、それらの情報に基づいて被検査物を三次元で検査する装置である。
【００２０】
図１に示すように、駆動装置３０は、枠体３２の内部に駆動部としての圧電素子３４を備える。圧電素子としては、例えば、ピエゾ素子を用いることができる。また、圧電素子に代えて、電流に比例して直進運動を行うボイスコイルを用いてもよい。圧電素子３４は、その圧電素子で発生した駆動力を参照ミラー２５３に伝達するための伝達部材３６に結合されており、伝達部材３６は、参照ミラー２５３に結合されている。
【００２１】
圧電素子３４と伝達部材３６は、点接触で接続されている。点接触をするために、図１では、圧電素子３４が湾曲面を有するように形成されている。図１の構成に代えて、圧電素子３４を伝達部材３６に固定して、圧電素子の湾曲面が枠体３２と点接触するようにしてもよい。
【００２２】
図１に示すように、伝達部材３６には、詳しくは後述するばね装置組立体４０が環装されていて固定されている。ばね装置組立体４０は、２つのばね装置４２，４４から構成されていて、それらの外縁部４５，４８がリング状部材４６に固定されるとともに、内縁部４３，４７が伝達部材３６に固定されている。
【００２３】
図２Ａは、ばね装置組立体４０の正面図である。図２Ａにおいて、図示せぬ駆動装置３０とばね装置組立体４０との位置関係を説明すると、駆動装置３０は、図２Ａの表側に取り付けられる。図２Ｂは、図２Ａのばね装置組立体４０の右側から見た中央断面図である。
【００２４】
ばね装置組立体４０の各ばね装置４２，４４は、約０．２ｍｍの厚さの弾性のある金属板を直径約１４ｍｍの円盤状に形成したもので、中央部に開口部４２ｈ、４４ｈを有する。また、図２Ａに示すように、ばね装置４２においては、その開口部４２ｈから外側に向かって、内縁部４３のある円周部と、３つの板ばね部４２ａ，４２ｂ，４２ｃのある円周部と、外縁部４５のある円周部とが同心円状に配置されている。
【００２５】
板ばね部４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、ばね装置４２から所定のスリット４２Ｓをエッチング等することによって形成されていて、各板ばね部は、概略、折り返し形状の板ばねを構成している。板ばね部は、コイルスプリング状のばねに比べて、スリットをエッチング加工することによってきわめて容易に作製できるという点で有利である。ただし、板ばね部の形成はエッチング加工に限定されるものではなく、その他にも、例えば、金型プレスやワイヤーカット加工等によって行うこともできる。
【００２６】
また、本実施形態では、板ばね部４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、３つであるため、各ばね装置４２，４４の円周上に沿って均等に１２０度の間隔で配置されている。
【００２７】
板ばね部をそのように均等な間隔で配置することによって、内縁部４３と外縁部４５との間で放射状方向に発生するばねの付勢力を均等にすることができる。
【００２８】
２つのばね装置４２，４４は、ともに同じ形状に成形されていて、対向して平行に配置されている。また、それらは、それぞれの開口部４２ｈ，４４ｈを中心に、相対的に６０度回転させることによって、対応する板ばね部が６０度ずらされていて、その状態で、外縁部４５，４８が、リング状部材４６に固定されている。また、開口部４２ｈ，４４ｈには伝達部材３６が挿入されていて、伝達部材３６は、ばね装置４２，４４の内縁部４３，４７に固定されている。そのため、圧電素子３４は、伝達部材３６に接続されているというよりも、ばね装置４２のほぼ中心に接触した状態で、ばね装置４２を動かすことができるようになる。
【００２９】
そのように構成することによって、２つのばね装置４２，４４は、一定距離を置いて離隔されて配置されることになる。また、伝達部材３６が、その一定距離離隔された２つのばね装置４２，４４のそれぞれの内縁部４３，４７によって保持されるため、伝達部材３６は、開口部４２ｈ，４４ｈの中心を通る長手方向の軸線に沿って一定の水準の位置に保持されることになり、さらに、２つのばね装置４２，４４の各ばね装置によって放射状方向に均等に引っ張られるように付勢されることになる。すなわち、２つのばね装置４２，４４は、間隔を置いて伝達部材３６を保持し、さらに、伝達部材３６の進行方向と直交する方向に均等な付勢力を発揮するため、伝達部材３６を直進方向に移動させる案内部として機能する。また、各ばね部は、伝達部材３６の進行方向に対して、伝達部材を元の位置に戻す付勢力を発揮する。そのため、たとえ、電圧素子３４が、伝達部材３６の中心を押さなかったとしても、また、均一の力で伝達部材３６を押さなったとしても、伝達部材は、まっすぐに進むことができる。
【００３０】
図３は、２つのばね装置４２，４４からなるばね装置組立体４０によって保持された伝達部材３６の動きの概略を説明するための側面から見た簡略図である。
【００３１】
図３において、白抜きの矢印は、駆動装置３０（図１）によって生じた駆動力の方向を示す。その図に示すように、矢印の向きの駆動力が発生すると、その駆動力によって伝達部材３６が一点鎖線の位置から二点鎖線の位置に押されて移動するものとする。そのように伝達部材３６が移動すると、ばね装置組立体４０の２つのばね装置４２，４４の内縁部４３が伝達部材３６に固定されているため、内縁部４３は、伝達部材３６の動きとともに移動することになる。
【００３２】
一方、外縁部４５は、枠体３２に固定されているため（図１）、伝達部材３６が移動しても、その伝達部材３６とともには移動しない。その結果、板ばね部４２ａ（４４ａ），４２ｂ，４２ｃは、それぞれの折り返し形状の部分が引き伸ばされて二点鎖線の位置に移動することになる。例えば、図３において、その移動した距離をＬで示す。それにより、板ばね部４２ａ（４４ａ），４２ｂ，４２ｃには、伝達部材３６を元の位置に引き戻す付勢力が発生する。
【００３３】
駆動装置３０の駆動力が消滅すると、その付勢力によって、伝達部材３６が、二点鎖線の位置から元の位置の一点鎖線の位置に戻される。
【００３４】
上記のように、円周上に等間隔で配置した板ばね部４２ａ，４２ｂ，４２ｃで均等な引っ張り力によってバランスをとって伝達部材３６を保持するとともに、同じ構成の一定距離離隔した２つのばね装置４２，４４を用いてその伝達部材３６を保持するようにしたため、伝達部材３６は、長手方向の軸線に沿った一定水準の位置を直進性を保って往復移動するように案内される。それにより、伝達部材３６に対し直交する方向に、例えば、図１に示すように参照ミラー２５３が固定されている場合には、その参照ミラー２５３は平行に移動することができる。
【００３５】
また、圧電素子３４と伝達部材３６が点接触で接続され、上記のばね装置を具備していることにより、圧電素子３４の押圧方向が斜め方向であった場合でも、確実に伝達部材３６を直線的に移動させることができる。
【００３６】
［光学装置の可動部の駆動装置の概念］
図４は、図１の駆動装置３０の機能を説明するための概念図である。その図の左側に示す構成は側面から見た状態を示しており、右側に示す構成は、それを正面から見た状態を示す。その図において、「’」を付した符号は、他の図においてそれが付していない符号の要素に対応する。
【００３７】
図４は、伝達部材３６’が、一定距離だけ離隔されて配置された２つのばね装置４２’，４４’によって保持されている構成を示す。ばね装置４２’，４４’は、それぞれ、３つのばね部４２ａ’，４２ｂ’，４２ｃ’及び３つのばね部４４ａ’，４４ｂ’，４４ｃ’からなる。各ばね部は、同じ大きさの付勢力を発生するものであればどのようなものでもよく、この図では、例えば、スプリングのばね部からなるとする。
【００３８】
３つのばね部４２ａ’，４２ｂ’，４２ｃ’は、図４の右側に示すように、約１２０度の均等な間隔を置いて配置されている。３つのばね部４４ａ’，４４ｂ’，４４ｃ’も同じように、約１２０度の均等な間隔を置いて配置されている。これにより、各ばね部は、伝達部材３６’を放射状方向に均等な力で保持することになる。
【００３９】
伝達部材３６’は、ばね部４２ａ’，４２ｂ’，４２ｃ’と、ばね部４４ａ’，４４ｂ’，４４ｃ’とよって、均等なばね力で引っ張られているため、図４の左側の側面から見た図に示すように、伝達部材３６’が、二点鎖線で示された位置に動かされると、その動かされている間、同じ水準の位置を直進することになる。言い換えると、伝達部材３６’は、自己の長手方向軸線に沿って移動することができる。
【００４０】
また、伝達部材３６’が、二点鎖線で示された位置に動かされた状態では、伝達部材３６’は、ばね部４２ａ’，４２ｂ’，４２ｃ’と、ばね部４４ａ’，４４ｂ’，４４ｃ’とによって、放射状方向に元の位置に戻そうとする均等な付勢力を受ける。そのため、伝達部材３６’が、二点鎖線の位置から実線の位置に戻る間も、伝達部材３６’は、同じ水準の位置を直進することになる。言い換えると、伝達部材３６’は、自己の長手方向軸線に沿って戻ることになる。
【００４１】
そのように、伝達部材３６’は、２つの離れたばね装置４２’，４４’で保持されている上に、各ばね装置のばね部が均等な力で放射状方向に付勢力を発揮させるため、移動する間、直進性が保たれることになる。
【００４２】
［他の実施形態］
上記の実施形態では、光学装置の参照ミラーを駆動装置３０によって駆動した。光学装置には、可動部として、参照ミラー以外に、被検査対象に測定光を集束する対物レンズや被検査対象を載せる検査台等がある。
【００４３】
図５は、駆動装置３０を用いて被検査対象１８を載せる検査台１７を駆動する構成例を示す。また、図５は、駆動装置３０と同様の構成の駆動装置３００を用いて対物レンズ５０を駆動する構成例を示す。
【００４４】
図５に示すように、駆動装置３０は、検査台１７の面と直交するようにその下方に置かれていて、その伝達部材３６が検査台１７の下面の中央に結合されている。
【００４５】
そのように構成された状態で、駆動装置３０の圧電素子３４（図１）に所定の電圧が加えられると、その圧電素子によって伝達部材３６が図５に向かって上方に直進移動するように押される。その駆動力によって伝達部材３６が検査台１７を上方に向けて動かす。
【００４６】
その際に、上記のとおり、伝達部材３６の移動は直進性に優れているため、検査台１７上の被検査物は、正確に、面を一定方向、例えば、水平方向に維持した状態で、上方又は下方に移動することができる。
【００４７】
また、駆動装置３００は、ばね装置組立体４００を備えており、ばね装置組立体４００は、２つの離隔されて平行に保持された円板状のばね装置４２０，４４０を備える。ばね装置４２０，４４０は、上記のばね装置４２，４４と同様の形状に形成されていて、リング状部材４６０及び円筒形状の伝達部材３６０に固定されている。
【００４８】
また、ばね装置４２０，４４０は、上記のばね装置４２，４４と同様の板ばね部を備える。図５では、単に板ばね部が動くということを表すために、ばね装置４２０，４４０の一部を破線で示しているが、それは具体的な構成や形状を示すものではない。
【００４９】
ばね装置４２０と枠体３２０との間において、圧電素子３４０が、伝達部材３６０の上に均等の間隔を置いて複数個配置されている。例えば、３個の圧電素子３４０を１２０度の間隔を置いて配置してもよい。図５には、３つの圧電素子３４０を配置した構成を示しており、例示的に、実線で１つの圧電素子３４０を示し、破線で他の圧電素子の中の１つの圧電素子３４０を示す。また、圧電素子３４０は、伝達部材３６０に対し点接触している。
【００５０】
図５において、３つの均等の間隔を置いて配置された圧電素子３４０が同時にばね装置４２０を下方に向かって押し下げると、伝達部材３６０がばね装置４４０を下方に押し下げることになる。それによって、ばね装置４４０に保持された対物レンズ５０が下方に動かされることになる。
【００５１】
その際、圧電素子３４０は伝達部材３６０に対し点接触した状態で伝達部材を押し下げており、また、離隔されて配置されたばね装置４２０，４４０によって直進性が発揮されるため、たとえ圧電素子３４０が鉛直下方からずれた方向に伝達部材３６０を押したとしても、対物レンズ５０は、正確に、レンズ面を一定方向、例えば、水平方向に維持した状態で、下方に移動することができる。
【００５２】
この図５に示す駆動装置３００では、同一特性の圧電素子３４０を３個用いており、それらを均等な間隔で配置したが、上記の理由から明らかなように、１つの圧電素子３４０によって伝達部材３６０を駆動するようにしても、対物レンズ５０の上下方向への直進性は確保することができる。
【００５３】
［その他の実施形態］
上記の実施態様では、駆動部として、圧電素子又はボイスコイルを使用した例を示したが、それ以外の素子であっても、電圧や電流の大きさに応じて駆動力を発生するものやボールねじなどを用いてもよい。
【００５４】
また、上記の実施態様では、ばね装置組立体が２つのばね装置を備えるが、伝達部材の直進移動を達成できるのであれば、それ以上の数のものを用いてもよい。また、各ばね装置が、３つの板ばね部を備えるが、円周上に均等な間隔で配置されて各ばね部が均等な付勢力を発揮することができるのであれば、２つであってもまたは４つ以上であってもよい。また、小型化に反しない限り、板ばねでなく他の弾性部材を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る光学装置の可動部の駆動装置の拡大一部断面側面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１に示す光学装置の可動部の駆動装置のばね装置組立体の正面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａのばね装置組立体の右側から見た中央断面図である。
【図３】図３は、図２に示す光学装置の可動部の駆動装置のばね装置組立体の動作を説明するための簡略化した側面図である。
【図４】図４は、図２に示す光学装置の可動部の駆動装置のばね装置組立体の機能を説明するための概念図である。
【図５】図５は、図１に示す光学装置の可動部の駆動装置及び他の実施例に係る光学装置の可動部の駆動装置を用いて検査台及び対物レンズを駆動する実施形態を説明するための簡略化した側面図である。
【符号の説明】
【００５６】
３０，３００：光学装置の可動部の駆動装置
３２，３２０：枠体
３４，３４０：圧電素子
３６，３６０：伝達部材
４０，４００：ばね装置組立体
４２，４４，４２０，４４０：ばね装置
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ：板ばね部
４３：内縁部
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ：板ばね部
４５：外縁部
【図１】
2009186517.tif 000003
【図２Ａ】
2009186517.tif 000004
【図２Ｂ】
2009186517.tif 000005
【図３】
2009186517.tif 000006
【図４】
2009186517.tif 000007
【図５】
2009186517.tif 000008