【手続補正書】
【提出日】平成14年6月7日(2002.6.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】顕微鏡の交換マガジンを制御する方法と装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】２つ、あるいは、複数の固定切換位置、モータ駆動装置および一定の把握領域内でそれぞれの休止位置で正確な位置決めを行い、その際、延びた始動および／あるいは制動傾斜路が得られ、低い休止速度で始動しようとする休止位置に達するように切換運動の速度プロファイルＶ（ｘ）が制御される複数の休止装置を備えた顕微鏡用交換マガジンの制御方法。
【請求項２】その際、駆動がステップモータによって行われ、経過したステップ数から工程位置が得られる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】その際、特定の工程増分での数インパルスによって工程位置が求められる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】その際、送信機が数インパルスを供給し、その際、駆動が好ましくはブラシレスモータによって行われ、その制御段階が数インパルスとして評価される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】駆動が、直流モータによって行われ、整流子が発生させた電流衝撃が数インパルスとして評価される、請求項３に記載の方法。
【請求項６】対応するマーキングによって示された、個別に運動経過を決定する工程区画、あるいは工程位置（＝速度プロファイルＶ（ｘ）の支持点）の通過の信号を送出するセンサがある、請求項１に記載の方法。
【請求項７】それぞれ、特定の対応するチャネルでマーキングされた工程区画の信号を送出する複数のセンサチャネルが存在する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】好ましくは、位置を通過した際に送信機が短いインパルスを供給する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】一つ、あるいは、複数の送信機信号が特定の組み合わせで２つの位置間のそれぞれ個別の領域をマーキングする、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】位置に依存したアナログ信号を供給する送信機によって工程位置が求められる、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】ポテンショメータ、あるいは誘導、キャパシタンス、あるいは光学的送信機を備えた、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】駆動モータを制御するカムのように、それぞれの工程位置が直接速度プロファイルに影響を与える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】その際、最後に時間に関する速度がプロファイルＶ（ｘ（ｔ））＝Ｖ（ｔ）として制御されるように、近似的にほぼ知られた速度での走行時間によって工程位置が求められる、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】休止位置への到達の信号を送出する送信機が存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】制動過程が時間位置に到達する前の事前制動と送信機の信号によって休止の把握位置で作動される休止制動分割される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】適切に確定された遅延時間を用いて目標位置に先行する休止信号によって開始される時間関数によって事前制動が制御される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】特定の位置での送信機の信号によって事前制動が始まる、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】電気モータによって駆動が行われ、その速度プロファイルｖ（ｘ）が駆動電圧Ｕ（ｘ）、あるいは、Ｕ（ｔ）によって制御される、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】モータ電圧が走査比に関するパルス幅変調によって制御される、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】モータ電圧が主に影響量として測定され、その結果として得られるモータ速度を正確に計算するために時間的経過の対応する修正と関連させられるか、あるいは、その結果として得られるモータ速度を修正するために追加制御される、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】パルス幅変調、あるいは線形制御可能な電圧低下に基づいた運転電圧が測定される、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】実際にモータに印加される（平均）駆動電圧が測定される、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】その際、発電機電圧によって空転中に実際の走行速度を測定するために、特定の時点までにモータ電流を短時間に切る、先行する請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】実際の路程もしくは時間間隔が、最良の途上位置もしくはノッチ位置の信号間で測定され、後続の移動についての路程目盛もしくは時間目盛を較正するための量として関係づけられる、前出請求項の１項に記載の方法。
【請求項２５】ある把握領域の内部で正確なポジショニングをそれぞれのノッチ位置で行うモータ駆動および機械的ノッチ装置を有する、２個または数個の確定した切り換え位置を有する切り換えマガジンであって、コード化されたマーキング位置を明瞭に識別するための、ならびに、マーキングが決まった位置に存在することによって、移動操作を制御するためのセンサが存在することを特徴とする、切り換えマガジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
交換マガジン（レボルバ、スライダ、送り台等）内に配置されている対物鏡、反射鏡、フィルタ等のような顕微鏡内光学構成要素の切換装置はしばしば極めて高い位置決め精度を必要とする。
【０００２】
【従来の技術】
このような自動的に動かされる切換（装置）を得るためには次の２つの原理が公知である。
【０００３】
１．高精度の駆動装置、例えばマイクロステップ制御装置を有する同期ステップモータによる自由な位置決め装置か、または高解像度の位置センサで制御される駆動装置。
この場合個々の切換位置は前もって確定されており、従ってそれらの位置は別のフィードバック（ブラインド）無しにあらかじめ確定された加速過程および制動過程で特定の目的に合わされ、かつ迅速に運転開始可能である。この場合モータおよび伝動装置への高い必要条件、それらの位置解像度および再現の可能性が位置決め精度を決める欠点がある。
【０００４】
２．機械式の係止装置による位置決め装置はエネルギー蓄積装置、例えばばね部材を用いてある一定の捕捉範囲内で、摩擦力を克服して交換マガジンを精密に再現可能にその限定された係止位置に動かすために充分な力を発生させる。
この場合駆動モータは交換マガジンを係止装置の保持力に抗して、その古い係止位置から動かして目的位置の捕捉範囲内にまで案内しなければならないだけである。
【０００５】
迅速な切換のためには、交換マガジンの慣性質量が目標位置に達する際に、再び充分に制動されねばならない。それによってノッチ（溝）内に出来るだけソフトに静止するようになりかつ都合悪く揺動したり、あるいは全く目標を超えて走行することはない。
【０００６】
制動は最も簡単な場合にはモータの遮断後に空運転で伝動装置の機械的な摩擦によって実現される。有利には付加的に駆動モータの電気短絡によってその電磁制動作用が利用される。逆の電流パルスでモータに積極的に負荷をかけることも可能であるが、しかしながらこの電流パルスは、モータおよび電流供給に著しく負荷をかけ、さらに相対する揺動運動を引き起こさないようにするためには配量することが困難である。
【０００７】
従来公知の解決策では送信器が設けられており、これらの送信器は所期の目標位置で、駆動装置を遮断してかつ制動過程を解放するために捕捉範囲の到達を信号化する。完全なコード化によって個々の係止位置の明白な区別を得るためには付加的な送信器が使用可能であり、それによって初期化の際に係止位置に突き当たって減算されることが避けられる。
【０００８】
送信器による信号化の際に、ようやく係止装置の捕捉範囲内で制動過程が解放されると、交換マガジンの質量慣性のために高い制動力が必要となり、この制動力は、駆動装置に電気的にも機械的にも強い負荷をかけ、かつ全体の装置の不都合な振動の原因となることがある。有効な制動力に比較して走行速度が高過ぎる場合には、運動エネルギーの消費が係止装置内での不都合な揺動運動（跳ね返り）につながり、この運動はシステムの安定化までの立上り過渡振動過程を引き延ばすかあるいはマガジンを再び捕捉範囲からバウンドさせることにさえなる。それによって有効な制動力および捕捉範囲は許される走行速度を限定し、しかも本来の交換の寿命と後続の安定化（立上り過渡振動過程）の全継続時間を決定する。早い交換過程は多くの使用の際に有効寿命もしくはストロークレートに影響を及ぼす。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、駆動装置、係止装置およびセンサのための技術的な必要経費（無駄）を出来るだけ少なく抑えてかつそれにもかかわらず高い走行速度を実現することである。
【００１０】
係止装置の捕捉範囲を拡大しかつそれとつながる信号化を前に移動させるというまず考えられる解決策は技術的な限界がある。なぜならば係止装置は制限されたエネルギー蓄積装置を介してしか使用可能でなく、このエネルギー蓄積装置は、モータ駆動装置なしでも全摩擦力に抗して交換マガジンを確実にその限定された位置に案内するために、捕捉範囲の全区間にわたって充分な力を発生させねばならいからである（ばねエネルギー＝ばね力ｘ捕捉範囲にわたる運動距離の積分）。
【００１１】
動作範囲の直前に停止信号を送ることは不測の事態を招きかねないので問題である。マガジンが動作範囲外の不定の中間位置に留まる時は、送信器は停止信号を送る。従って、停止信号は停止動作範囲内でのみ有効であるべきである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の問題を解決するものであって、それは予め予想できる走行状態により，軌道上の走行速度（Ｖｘ）とそれに対応する予め決められた既知の停止位置Ｘとを結び付けるという単純な停止原理によるものである。従ってブレーキ動作は殆ど動作範囲の直前、即ち停止信号の入力前に行うことができる。ステップモータによる自由な位置決め、または位置制御駆動とは異なり、特別な精度を必要としない。というのは停止位置の動作範囲はより大きい許容誤差を許容できるからである。
【発明の実施の形態】
【００１３】
図１は例として回転式交換マガジンを示す。それは回転軸ＲＡの周囲に回転可能なマガジン本体があり、マガジン本位には対物レンズまたは蛍光カプセルがあり，対物位置ＯＰで交換可能である。
モータ駆動のＭＤは、オプションの例えば速度センサーＳＸに、速度に無関係の信号Ｓｘ加えられる。停止装置（停止メカニズム）ＲＭはマガジン本体の切欠きＲ１．．．Ｒ３にバネＲＦで押しつけられたローラーＲＲから成り、オプションの停止センサーＳＲが停止位置の動作範囲の最初の位置で信号を送る。そこで例えばバネが少し動くと、フォトインタラプターは信号を送り、それは動作範囲の最初の位置決め信号を送る。位置検出は例えばホールセンサーとデコーダーから成り、マガジン内の磁石による標識Ｍ１．．．Ｍ３により、実際の設定停止位置Ｐａ＝１．．．３を認識できる。上述の２つの孔には２つの磁石か、またはその度毎に１つのまたは他の孔に（磁石が）備わっていて、標識Ｍ１−Ｍ３に対して一つの位置を検出できる。
【００１４】
図２は、一回の作動の時間の経過を位置確認と休止センサによって示している。２回の休止位置での交換の実例をあげ、そのときの代表的な信号の出方を示している。２つ目の休止位置を目的地点とするために、１つ目では止まらずに通り過ぎている。
図２ａ．  装置  Ｓｒ（ｔ）のデジタル休止信号の時間経過
図２ｂ．  推進モータの電子操舵装置の時間経過
図２ｃ．  マガジンｖ（ｔ）の動作速度の時間経過の結果
【００１５】
交換の過程は次のように区分される。
１．キャッチ領域を離れるまでの休止段階
２．加速段階
３．運転段階（場合によっては中間地点での休止なしで通過）
４．ブレーキ段階（目的地点のキャッチ領域で終了）
５．休止段階（運転を切る際の休止装置による）
【００１６】
交換時、近接地点でも運転段階ではなくなるため、加速段階はすぐにブレーキ段階に移行する。この段階を回路ｖ（ｘ）上での一定のスピードでコントロールするため、以下のような原則が考慮される。
【００１７】
１．整調（ペースメーカー）モータによって直接コントロールする。このモータのスピードはその位置でのペースによって変化する。休止段階ではモータは電流を切られた空運転状態におかれ、それによって休止装置は正確な位置取りができる。これは自分で目的地点に停止しなければならなかった整調モータによる昔ながらの勝手な位置取りとは根本的に違っている。モータのペース解除に関しての必要条件は少なく、特に操作開始においては必要、正確、絶対のレフェランスは必要なくなる。
【００１８】
２．操作は推進モータ或いは交換マガジン自体の回路計測に基づく。任意の推進モータにおいて、速度計測値の導入により、タコメーターによる回路計測ができる。正確な回路計測は、デジタルの増加送信機を提供する。それにより従来の、求積法エンコーダーのない位置規制領域による操作と違って、インパルス計測には、簡単で一操作段階のみのインパルス送信機で十分なのである。統一された、直流電流のモータでは、その上、切り替えスイッチによって引き起こされる電流推力を有効に使えるだろう。
【００１９】
３．同じように、ブラシなしのモータも利用できる。その場合、操舵段階の計算による別の回路が利用できる。
【００２０】
４．目印付け：
最後にｔｖ時点は、ブレーキ前段階を解消するために、付加的な機器によって決められる。それに相当する、固定され、目印をつけられたマガジンの位置ｘｖで、１つの信号が送られる。ポイント１の下に記されたはっきりとした一時的な操舵の反対側は、遅延インターバルｔａｖで、ブレーキ前段階の始まりがより正確に固定される。特にこの付加的な装置は同じく休止地点をはっきりと区別するためにも用いることができる。
【００２１】
５．「アナログ装置」
回路の位置が、位置によるアナログ信号を送る装置によって教えられる。
（例えば、ポテンシオメーター、インダクト，容量性或いは、光学的装置を機械翻訳によって応用する）
【００２２】
６．完全に時間的な操作においては、回路ｘ（ｔ）における瞬間速度ｖ（ｘ）は時間機能ｖ（ｔ）に代用される。瞬間速度ｖ（ｔ）は、そこで留め置かれるので、時間の合計は、ちょうど出発した休止地点から目的地のキャッチ領域の中までの距離に合致する。
分巻き直流モータは、操作張力によって簡単に速度を操作される。例えばアンプリチュードや振幅モジュレーションなどによって。それによる供給力が大きく揺れ動く場合には、それを計測できる。
【００２３】
フィードバック・センサーなしでの操作
回路操作が十分正確である場合、休止センサーを全く使わずに、休止位置のキャッチ領域内に、直接信号によってたどり着ける、他の特別で安価な方法がある。（例えば、整調モーターによって）そうすれば最後にただ一つのブレーキ段階があるだけで、動作はモーターのスイッチを入れるだけで始まり、休止期間と起動段階を一緒にする。そうなれば一つの交換は区切られた一つの領域でのみ可能となる。なぜならば、積み重なった許容範囲を元にもどすためには、ある決まった走行距離のあとには休止期間を設けなければならないからだ。この実施例はこれによって、ノッチ位置の数が少ないとき、またはそれで十分な場合、一つの位置からそれぞれ次の位置へ段階的に切り換えるのみで足りる。検出器へフィードバックするのを全面的にやめることは、切り換え後の初期化が、機械的に制限された終端位置（行程最適化をやめて線型スライダの終端ストッパもしくは回転レボルバの角度ストッパ）に盲目的に（予測で）達することにより、または外部から制御される設備行程、たとえばユーザによるかまたは自動的な介助手段（「ロボット」）によって手動でしか行うことができないということに制限することにもなる。
【００２４】
１．停止センサを用いた２段階制動過程
ここでは制動過程が捕獲範囲に到達する前に行程を制御する前制動と、それに続く捕獲範囲で間違いなくセンサの信号によって始まる停止制動とに分けられる。
【００２５】
運動の経過ｖ（ｘ）は、図２のように運動ｖ（ｔ）の期間にわたって、定速特性（ｖがＵに比例する）を有する直流モータの駆動電圧Ｕ（ｔ）によって制御することができる。この経過は時点ｔＡで所望の目標位置に先行する停止により引き起こされるセンサ信号により始まる。その際に、その点からの行程は期待どうりに進むことがもともと判っている。適切に設定された遅延時間ｔＡＶののち、前制動が始まる。それから時点ｔＢまでに駆動電圧は値ＵＢまで減少し、それによって速度はそれに対応する残留速度ｖＢとなる。やがて時点ｔＢで停止信号が現われ、通常の停止制動（特に駆動モータを短絡することによって）が始まる。
【００２６】
電圧値ＵＢおよび残留速度ＶＢは、停止制動が理想的には直線的に揺動することなく進行するように設計する。遅延時間ｔＡＶおよび前制動段階ｔＶＢは、停止信号が現われるできるだけ直前に終わるように設計する。前制動段階の終りと停止制動の始まりとの間の空き時間は、起こり得る運動経過のばらつきを調整するもので、必要以上に長くする必要はない。この際に都合悪くばらつきのずれによって前制動段階が完全に終わる前に停止信号が現われてしまった場合にも、ある程度の機能は保証されている。そのときは停止制動は比較的大きな残留速度のところで始まるので、許容はできるにしても若干の行き過ぎが現われることがある。
【００２７】
１つの停止からすぐ次へと変化する際の速度曲線は最初の加速が違うので、１つのあるいは複数の中間位置から行き過ぎたときの速度曲線とは異なる。したがってこれに関して少なくとも遅延時間ｔＡＶが異なることが確認できる。同様のことがそれぞれの停止位置間の距離が異なることが起こる場合についても言える。
【００２８】
停止センサとしての位置の符号化
これまで位置の符号化のためのホール・センサと並んで別の光学式通過センサを停止センサとして使用してきた。これは停止の湾曲部に到達したことを少ないばらつきで発信する。その役目はもっぱらビット符号化の有効性を確保することにある。というのはホール・センサはばらつきの幅があるためいくらか異なる時間でオンするからである。判っている位置関係を考慮して進行状態を「予見する」することによって、次の停止位置に停止するか行過ぎるかがすでに確定している。ビット符号の決定は。場合によっては過渡状態あるいは行過ぎのあとに来る位置の確認に役立つ。このことよって停止センサを追加しなくて済む。
【００２９】
基本原理
１．センサチャネルの一つが信号を発すると、休止位置に達したと見なされる。固定した時間間隔が経過するか、あるいは、緩衝センサ信号がすべてのチャネルで低下すると、離れたと見なされる。（図面、ＯＲゲート結合センサ信号＋緩衝フィルタ）。コード語”ゼロ”は、休止状態を示す（ｎ二進センサチャネルを使用して、最大２ｎ−１位置がコード化される）。
【００３０】
２．休止後にビットコードは、場合によっては、休止状態への振り子運動によって、その位置がセンサの安定応答領域に確実に留まったままであることを通知されるように確定された緩衝時間後に有効となる。
【００３１】
３．休止を無視した場合にも、位置コードを決定するために（例えば、経過の冗長確認の目的で）、センサチャネルを周期的に複数回照会し、個別のセンサチャネルの時間的順番をＯＲ−結合し、数サイクル後に、そのコードビットが送信されたかどうかを確認することができる。
【００３２】
半径問題および様々な有効範囲
１．回転式交換マガジンの場合、コードセンサが十分な大きさの半径に配置されているので、内部センサと外部センサとの間で応答角が過剰に大きく異ならない。位置数が可能なコード語の数よりも少ない場合は、もっとも内部のセンサ（あるいは、複数のｍ内部のセンサ）が休止信号のためにＯＲ−結合から除外され、その際、２ｎ−１コード語のみを放棄しなければならず、その際、残りのビットのいずれもセットされない。その代わりに、既知の再現可能な応答角の区別を対応するそれぞれの位置に応じて適合させた時間間隔によって制動段階の作動まで補償される。
【００３３】
２．様々な位置に関するセンサの応答領域が十分一定である限り、予備制動段階までの時間間隔を、ＯＲ−結合したセンサ信号が低下する（＝休止の打ち切り）時点から測定することができる。そうすることによって、休止の際の（例えば、モータ温度に依存した）様々な加速挙動の影響を抑制することができる。
センサの応答領域が加速挙動よりも一定ではない場合、休止の際、スイッチ投入時点から測定することが好都合である。
休止を無視した場合、開始時点と信号の低下との間の測定点を求めることができる。
【００３４】
その他の用途
この原理は、使用しようとする、例えば、空圧式、油圧式、あるいは、複合電気空圧、油圧、あるいは、その他の線形、あるいは、回転式駆動技術のみならず、電動交換マガジンに限定されない。
用途は、光線路中の光学エレメントの位置決めだけに制約されることなく、迅速に、正確に位置決めしなければならない交換マガジン中の任意の物体、例えば、機械式、あるいは、電気式切換装置、測定ヘッド、工具、ギヤ、成形エレメント、ノズル、あるいは、類似のものを含む。
【００３５】
達成した利点
＊大きな走行速度及び短い揺動持続時間によって、特に複数の位置を介した迅速な交換が可能である。
＊駆動装置及び休止メカニズムの僅かな電気式及び機械式応答により寿命が増大する。
＊電源の僅かな負荷と良好な電気インパルスの抑制（ＥＭＶ）
＊機械的振動および雑音増加を避けること。
＊エレガントな視覚聴覚的全体印象によって特徴付けられる、調和した柔軟な切り換え工程は、高い精度をもたらす。
＊コスト節減。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転式交換マガジン
【図２】一回の作動の時間の経過を位置確認と休止センサによって示す
【符号の説明】
ＲＡ    回転軸
ＯＰ    対物位置
ＭＤ
ＳＸ    速度センサ
ＲＭ    停止装置（停止メカニズム）
Ｒ１．．．Ｒ３    切欠き
ＲＦ    バネ
ＲＲ    ローラー
ＳＲ    停止センサ
Ｍ１．．．Ｍ３    磁石による標識
Ｐａ＝１．．．３    設定停止位置


【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004511010.tif 000001
【図２】
2004511010.tif 000002