(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波モータを駆動源とするステージを手動操作に応じて移動させる際の移動量に関する移動量信号を所定のサンプリング間隔Ｔｓ毎に取り込む移動量信号取込手段と、
前記移動量信号取込手段による取り込みと同期して当該取り込み時点における前記ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込むこと、及び、任意の時点における前記ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込むこと、を行う位置信号取込手段と、
前記移動量信号取込手段により取り込まれた移動量信号を前記ステージの移動量に換算する移動量換算手段と、
前記移動量換算手段により換算された移動量を、当該移動量に対応する前記移動量信号が取り込まれた時点における目標位置Ｘｔに積算して、当該目標位置Ｘｔを更新する目標位置算出手段と、
前記目標位置算出手段により更新された目標位置Ｘｔと、当該目標位置Ｘｔの更新で使用された前記移動量に対応する前記移動量信号が取り込まれた時点において取り込まれた前記ステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘｓとの差から前記ステージの目標移動距離Ｄを算出する目標移動距離算出手段と、
前記サンプリング間隔Ｔｓ、前記目標移動距離Ｄ、及び係数α（但し、α＜１）を用いて、前記ステージの目標速度Ｖｔを、Ｖｔ＝α・Ｄ／Ｔｓという式により、算出する目標速度算出手段と、
前記目標速度算出手段により算出された目標速度Ｖｔで前記ステージを移動させるように前記ステージの速度制御を行う速度制御手段と、
任意の時点において前記位置信号取込手段により取り込まれたステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘａと、当該時点における前記目標位置Ｘｔとを比較する位置比較手段と、
を備え、
前記位置比較手段による比較の結果、比較された前記ステージ位置Ｘａ及び前記目標位置Ｘｔと、所定の停止距離Δｄとの間で、｜Ｘｔ−Ｘａ｜＜Δｄという条件式が成立した場合、
又は、前記サンプリング間隔Ｔｓ毎に前記移動量信号取込手段により取り込まれた移動量信号が所定数回連続して０の移動量に対応する信号であった場合に、
前記速度制御手段は、前記ステージを停止させるように前記ステージの速度制御を行い、前記位置信号取込手段は、前記ステージが停止した時点におけるステージ位置信号を取り込み、前記目標位置算出手段は、当該時点における前記目標位置Ｘｔを、前記停止した時点におけるステージ位置信号に対応するステージ位置として、当該目標位置Ｘｔを更新する、
ことを特徴とするステージ制御装置。
【請求項２】
超音波モータを駆動源とするステージを手動操作に応じて移動させる際の目標位置に関する目標位置信号を所定のサンプリング間隔Ｔｓ毎に取り込む目標位置信号取込手段と、
前記目標位置信号取込手段による取り込みと同期して当該取り込み時点における前記ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込むこと、及び、任意の時点における前記ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込むこと、を行う位置信号取込手段と、
前記目標位置信号取込手段により取り込まれた目標位置信号を前記ステージの目標位置Ｘｔに換算する目標位置換算手段と、
前記目量位置換算手段により換算された目標位置Ｘｔと、当該目標位置Ｘｔの換算で使用された前記目標位置信号が取り込まれた時点において取り込まれた前記ステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘｓとの差から前記ステージの目標移動距離Ｄを算出する目標移動距離算出手段と、
前記サンプリング間隔Ｔｓ、前記目標移動距離Ｄ、及び係数α（但し、α＜１）を用いて、前記ステージの目標速度Ｖｔを、Ｖｔ＝α・Ｄ／Ｔｓという式により、算出する目標速度算出手段と、
前記目標速度算出手段により算出された目標速度Ｖｔで前記ステージを移動させるように前記ステージの速度制御を行う速度制御手段と、
任意の時点において前記位置信号取込手段により取り込まれたステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘａと、当該時点における前記目標位置Ｘｔとを比較する位置比較手段と、
を備え、
前記位置比較手段による比較の結果、比較された前記ステージ位置Ｘａ及び前記目標位置Ｘｔと、所定の停止距離Δｄとの間で、｜Ｘｔ−Ｘａ｜＜Δｄという条件式が成立した場合、
又は、前記サンプリング間隔Ｔｓ毎に前記目標位置信号取込手段により取り込まれた目標位置信号が所定数回連続して同じ位置に対応する信号であった場合に、
前記速度制御手段は、前記ステージを停止させるように前記ステージの速度制御を行い、前記位置信号取込手段は、前記ステージが停止した時点におけるステージ位置信号を取り込み、更に、当該時点における前記目標位置Ｘｔを、前記停止した時点におけるステージ位置信号に対応するステージ位置として、当該目標位置Ｘｔを更新する、
ことを特徴とするステージ制御装置。
【請求項３】
前記所定のサンプリング間隔Ｔｓは０．０５秒以下である、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のステージ制御装置。
【請求項４】
前記所定数回は２回である、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のステージ制御装置。
【請求項５】
前記目標速度算出手段により算出された目標速度Ｖｔの値が所定の下限速度Ｖｍｉｎの値以下の場合、前記速度制御手段は、前記目標速度Ｖｔの値を前記下限速度Ｖｍｉｎの値として処理を行う、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のステージ制御装置。
【請求項６】
所定のサンプリング間隔Ｔｓ毎に、
超音波モータを駆動源とするステージを手動操作に応じて移動させる際の移動量に関する移動量信号を取り込み、
前記取り込みと同期して当該取り込み時点における前記ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込み、
前記取り込まれた移動量信号を前記ステージの移動量に換算し、
前記換算された移動量を、当該移動量に対応する前記移動量信号が取り込まれた時点における目標位置Ｘｔに積算して、当該目標位置Ｘｔを更新し、
前記更新された目標位置Ｘｔと、当該目標位置Ｘｔの更新で使用された前記移動量に対応する前記移動量信号が取り込まれた時点において取り込まれた前記ステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘｓとの差から前記ステージの目標移動距離Ｄを算出し、
前記サンプリング間隔Ｔｓ、前記目標移動距離Ｄ、及び係数α（但し、α＜１）を用いて、前記ステージの目標速度Ｖｔを、Ｖｔ＝α・Ｄ／Ｔｓという式により算出し、
前記算出された目標速度Ｖｔで前記ステージを移動させるように前記ステージの速度制御を行い、
という処理を繰り返し、
任意の時点において、前記ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込み、当該ステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘａと当該時点における前記目標位置Ｘｔとを比較した結果、比較された前記ステージ位置Ｘａ及び前記目標位置Ｘｔと、所定の停止距離Δｄとの間で、｜Ｘｔ−Ｘａ｜＜Δｄという条件式が成立した場合、
又は、前記サンプリング間隔Ｔｓ毎に取り込まれた移動量信号が所定数回連続して０の移動量に対応する信号であった場合に、
前記ステージを停止させるように前記ステージの速度制御を行い、前記ステージが停止した時点における当該ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込み、当該時点における前記目標位置Ｘｔを、前記停止した時点におけるステージ位置信号に対応するステージ位置として、当該目標位置Ｘｔを更新する、
ことを特徴とするステージ制御方法。
【請求項７】
所定のサンプリング間隔Ｔｓ毎に、
超音波モータを駆動源とするステージを手動操作に応じて移動させる際の目標位置に関する目標位置信号を取り込み、
前記取り込みと同期して当該取り込み時点における前記ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込み、
前記取り込まれた目標位置信号を前記ステージの目標位置Ｘｔに換算し、
前記換算された目標位置Ｘｔと、当該目標位置Ｘｔの換算で使用された前記目標位置信号が取り込まれた時点において取り込まれた前記ステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘｓとの差から前記ステージの目標移動距離Ｄを算出し、
前記サンプリング間隔Ｔｓ、前記目標移動距離Ｄ、及び係数α（但し、α＜１）を用いて、前記ステージの目標速度Ｖｔを、Ｖｔ＝α・Ｄ／Ｔｓという式により算出し、
前記算出された目標速度Ｖｔで前記ステージを移動させるように前記ステージの速度制御を行い、
という処理を繰り返し、
任意の時点において、前記ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込み、当該ステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘａと当該時点における前記目標位置Ｘｔとを比較した結果、比較された前記ステージ位置Ｘａ及び前記目標位置Ｘｔと、所定の停止距離Δｄとの間で、｜Ｘｔ−Ｘａ｜＜Δｄという条件式が成立した場合、
又は、前記サンプリング間隔Ｔｓ毎に取り込まれた目標位置信号が所定数回連続して同じ位置に対応する信号であった場合に、
前記ステージを停止させるように前記ステージの速度制御を行い、前記ステージが停止した時点における当該ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込み、当該時点における前記目標位置Ｘｔを、前記停止した時点におけるステージ位置信号に対応するステージ位置として、当該目標位置Ｘｔを更新する、
ことを特徴とするステージ制御方法。
【請求項８】
前記サンプリング間隔Ｔｓは０．０５秒以下である、
ことを特徴とする請求項６又は７記載のステージ制御方法。
【請求項９】
前記所定数回は２回である、
ことを特徴とする請求項６乃至８の何れか一項に記載のステージ制御方法。
【請求項１０】
前記算出された目標速度Ｖｔの値が所定の下限速度Ｖｍｉｎの値以下の場合には、前記目標速度Ｖｔの値を前記下限速度Ｖｍｉｎの値として処理を行う、
ことを特徴とする請求項６乃至９の何れか一項に記載のステージ制御方法。
【請求項１１】
コンピュータに以下の機能を実現させるためのステージ制御プログラムであって、
超音波モータを駆動源とするステージを手動操作に応じて移動させる際の移動量に関する移動量信号を所定のサンプリング間隔Ｔｓ毎に取り込む移動量信号取込機能と、
前記移動量信号取込機能による取り込みと同期して当該取り込み時点における前記ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込むこと、及び、任意の時点における前記ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込むこと、を行う位置信号取込機能と、
前記移動量信号取込機能により取り込まれた移動量信号を前記ステージの移動量に換算する移動量換算機能と、
前記移動量換算機能により換算された移動量を、当該移動量に対応する前記移動量信号が取り込まれた時点における目標位置Ｘｔに積算して、当該目標位置Ｘｔを更新する目標位置算出機能と、
前記目標位置算出機能により更新された目標位置Ｘｔと、当該目標位置Ｘｔの更新で使用された前記移動量に対応する前記移動量信号が取り込まれた時点において取り込まれた前記ステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘｓとの差から前記ステージの目標移動距離Ｄを算出する目標移動距離算出機能と、
前記サンプリング間隔Ｔｓ、前記目標移動距離Ｄ、及び係数α（但し、α＜１）を用いて、前記ステージの目標速度Ｖｔを、Ｖｔ＝α・Ｄ／Ｔｓという式により、算出する目標速度算出機能と、
前記目標速度算出機能により算出された目標速度Ｖｔで前記ステージを移動させるように前記ステージの速度制御を行う速度制御機能と、
任意の時点において前記位置信号取込機能により取り込まれたステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘａと、当該時点における前記目標位置Ｘｔとを比較する位置比較機能と、
を備え、
前記位置比較機能による比較の結果、比較された前記ステージ位置Ｘａ及び前記目標位置Ｘｔと、所定の停止距離Δｄとの間で、｜Ｘｔ−Ｘａ｜＜Δｄという条件式が成立した場合、
又は、前記サンプリング間隔Ｔｓ毎に前記移動量信号取込機能により取り込まれた移動量信号が所定数回連続して０の移動量に対応する信号であった場合に、
前記速度制御機能は、前記ステージを停止させるように前記ステージの速度制御を行い、前記位置信号取込機能は、前記ステージが停止した時点におけるステージ位置信号を取り込み、前記目標位置算出機能は、当該時点における前記目標位置Ｘｔを、前記停止した時点におけるステージ位置信号に対応するステージ位置として、当該目標位置Ｘｔを更新する、
ことを特徴とするステージ制御プログラム。
【請求項１２】
コンピュータに以下の機能を実現させるためのステージ制御プログラムであって、
超音波モータを駆動源とするステージを手動操作に応じて移動させる際の目標位置に関する目標位置信号を所定のサンプリング間隔Ｔｓ毎に取り込む目標位置信号取込機能と、
前記目標位置信号取込機能による取り込みと同期して当該取り込み時点における前記ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込むこと、及び、任意の時点における前記ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込むこと、を行う位置信号取込機能と、
前記目標位置信号取込機能により取り込まれた目標位置信号を前記ステージの目標位置Ｘｔに換算する目標位置換算機能と、
前記目量位置換算機能により換算された目標位置Ｘｔと、当該目標位置Ｘｔの換算で使用された前記目標位置信号が取り込まれた時点において取り込まれた前記ステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘｓとの差から前記ステージの目標移動距離Ｄを算出する目標移動距離算出機能と、
前記サンプリング間隔Ｔｓ、前記目標移動距離Ｄ、及び係数α（但し、α＜１）を用いて、前記ステージの目標速度Ｖｔを、Ｖｔ＝α・Ｄ／Ｔｓという式により、算出する目標速度算出機能と、
前記目標速度算出機能により算出された目標速度Ｖｔで前記ステージを移動させるように前記ステージの速度制御を行う速度制御機能と、
任意の時点において前記位置信号取込機能により取り込まれたステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘａと、当該時点における前記目標位置Ｘｔとを比較する位置比較機能と、
を備え、
前記位置比較機能による比較の結果、比較された前記ステージ位置Ｘａ及び前記目標位置Ｘｔと、所定の停止距離Δｄとの間で、｜Ｘｔ−Ｘａ｜＜Δｄという条件式が成立した場合、
又は、前記サンプリング間隔Ｔｓ毎に前記目標位置信号取込機能により取り込まれた目標位置信号が所定数回連続して同じ位置に対応する信号であった場合に、
前記速度制御機能は、前記ステージを停止させるように前記ステージの速度制御を行い、前記位置信号取込機能は、前記ステージが停止した時点におけるステージ位置信号を取り込み、更に、当該時点における前記目標位置Ｘｔを、前記停止した時点におけるステージ位置信号に対応するステージ位置として、当該目標位置Ｘｔを更新する、
ことを特徴とするステージ制御プログラム。
【請求項１３】
前記所定のサンプリング間隔Ｔｓは０．０５秒以下である、
ことを特徴とする請求項１１又は１２記載のステージ制御プログラム。
【請求項１４】
前記所定数回は２回である、
ことを特徴とする請求項１１乃至１３の何れか一項に記載のステージ制御プログラム。
【請求項１５】
前記目標速度算出機能により算出された目標速度Ｖｔの値が所定の下限速度Ｖｍｉｎの値以下の場合、前記速度制御機能は、前記目標速度Ｖｔの値を前記下限速度Ｖｍｉｎの値として処理を行う、
ことを特徴とする請求項１１乃至１４の何れか一項に記載のステージ制御プログラム。
【請求項１６】
ステージと、
前記ステージを移動させる超音波モータと、
前記ステージの位置を計測し、当該ステージの位置に関するステージ位置信号を出力する計測手段と、
前記ステージを手動操作に応じて移動させる際の移動量を受け付け、当該移動量に関する移動量信号を出力する受付手段と、
前記受付手段により出力された移動量信号を所定のサンプリング間隔Ｔｓ毎に取り込む移動量信号取込手段と、
前記移動量信号取込手段による取り込みと同期して当該取り込み時点における前記計測手段により出力されたステージ位置信号を取り込むこと、及び、任意の時点における前記計測手段により出力されたステージ位置信号を取り込むこと、を行う位置信号取込手段と、
前記移動量信号取込手段により取り込まれた移動量信号を前記ステージの移動量に換算する移動量換算手段と、
前記移動量換算手段により換算された移動量を、当該移動量に対応する前記移動量信号が取り込まれた時点における目標位置Ｘｔに積算して、当該目標位置Ｘｔを更新する目標位置算出手段と、
前記目標位置算出手段により更新された目標位置Ｘｔと、当該目標位置Ｘｔの更新で使用された前記移動量に対応する前記移動量信号が取り込まれた時点において取り込まれた前記ステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘｓとの差から前記ステージの目標移動距離Ｄを算出する目標移動距離算出手段と、
前記サンプリング間隔Ｔｓ、前記目標移動距離Ｄ、及び係数α（但し、α＜１）を用いて、前記ステージの目標速度Ｖｔを、Ｖｔ＝α・Ｄ／Ｔｓという式により、算出する目標速度算出手段と、
前記目標速度算出手段により算出された目標速度Ｖｔで前記ステージを移動させるように前記ステージの速度制御を行う速度制御手段と、
任意の時点において前記位置信号取込手段により取り込まれたステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘａと、当該時点における前記目標位置Ｘｔとを比較する位置比較手段と、
を備え、
前記位置比較手段による比較の結果、比較された前記ステージ位置Ｘａ及び前記目標位置Ｘｔと、所定の停止距離Δｄとの間で、｜Ｘｔ−Ｘａ｜＜Δｄという条件式が成立した場合、
又は、前記サンプリング間隔Ｔｓ毎に前記移動量信号取込手段により取り込まれた移動量信号が所定数回連続して０の移動量に対応する信号であった場合に、
前記速度制御手段は、前記ステージを停止させるように前記ステージの速度制御を行い、前記位置信号取込手段は、前記ステージが停止した時点における前記計測手段により出力されたステージ位置信号を取り込み、前記目標位置算出手段は、当該時点における前記目標位置Ｘｔを、前記停止した時点におけるステージ位置信号に対応するステージ位置として、当該目標位置Ｘｔを更新する、
ことを特徴とするステージ制御システム。
【請求項１７】
ステージと、
前記ステージを移動させる超音波モータと、
前記ステージの位置を計測し、当該ステージの位置に関するステージ位置信号を出力する計測手段と、
前記ステージを手動操作に応じて移動させる際の目標位置を受け付け、当該目標位置に関する目標位置信号を出力する受付手段と、
前記受付手段により出力された目標位置信号を所定のサンプリング間隔Ｔｓ毎に取り込む目標位置信号取込手段と、
前記目標位置信号取込手段による取り込みと同期して当該取り込み時点における前記計測手段により出力されたステージ位置信号を取り込むこと、及び、任意の時点における前記計測手段により出力されたステージ位置信号を取り込むこと、を行う位置信号取込手段と、
前記目標位置信号取込手段により取り込まれた目標位置信号を前記ステージの目標位置Ｘｔに換算する目標位置換算手段と、
前記目量位置換算手段により換算された目標位置Ｘｔと、当該目標位置Ｘｔの換算で使用された前記目標位置信号が取り込まれた時点において取り込まれた前記ステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘｓとの差から前記ステージの目標移動距離Ｄを算出する目標移動距離算出手段と、
前記サンプリング間隔Ｔｓ、前記目標移動距離Ｄ、及び係数α（但し、α＜１）を用いて、前記ステージの目標速度Ｖｔを、Ｖｔ＝α・Ｄ／Ｔｓという式により、算出する目標速度算出手段と、
前記目標速度算出手段により算出された目標速度Ｖｔで前記ステージを移動させるように前記ステージの速度制御を行う速度制御手段と、
任意の時点において前記位置信号取込手段により取り込まれたステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘａと、当該時点における前記目標位置Ｘｔとを比較する位置比較手段と、
を備え、
前記位置比較手段による比較の結果、比較された前記ステージ位置Ｘａ及び前記目標位置Ｘｔと、所定の停止距離Δｄとの間で、｜Ｘｔ−Ｘａ｜＜Δｄという条件式が成立した場合、
又は、前記サンプリング間隔Ｔｓ毎に前記目標位置信号取込手段により取り込まれた目標位置信号が所定数回連続して同じ位置に対応する信号であった場合に、
前記速度制御手段は、前記ステージを停止させるように前記ステージの速度制御を行い、前記位置信号取込手段は、前記ステージが停止した時点における前記計測手段により出力されたステージ位置信号を取り込み、更に、当該時点における前記目標位置Ｘｔを、前記停止した時点におけるステージ位置信号に対応するステージ位置として、当該目標位置Ｘｔを更新する、
ことを特徴とするステージ制御システム。
【請求項１８】
前記所定のサンプリング間隔Ｔｓは０．０５秒以下である、
ことを特徴とする請求項１６又は１７記載のステージ制御システム。
【請求項１９】
前記所定数回は２回である、
ことを特徴とする請求項１６乃至１８の何れか一項に記載のステージ制御システム。
【請求項２０】
前記目標速度算出手段により算出された目標速度Ｖｔの値が所定の下限速度Ｖｍｉｎの値以下の場合、前記速度制御手段は、前記目標速度Ｖｔの値を前記下限速度Ｖｍｉｎの値として処理を行う、
ことを特徴とする請求項１６至１９何れか一項に記載のステージ制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料を載せてその観察や測定のために顕微鏡等で使用される電動ステージの制御を行う技術に関し、特に、使用者が手動の操作装置等を介して試料上の観察視野を所望の位置へ正確に移動させること等ができる、電動ステージの制御を行う装置、方法、プログラム、及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、顕微鏡用のステージ等では、手動のハンドルの回転軸とステージの可動軸とを機械的に接続し、手動によるハンドル操作でステージ上の観察位置を移動させる手動ステージが広く使用されている。
【０００３】
一方、ステージの可動軸の駆動源としてモータを用いた電動ステージの制御装置が知られている。このような電動ステージの制御装置では、ステージの可動軸の位置を、別途指定した位置に移動させるという使い方だけではなく、従来の手動ステージのように使用者が試料を観察しながら手動入力用の機器を用いて操作し、目的の位置で停止させるという使い方がある。
【０００４】
例えば特許文献１に開示されている電動微動装置では、回転つまみに取り付けたロータリーエンコーダの出力パルスをカウントした値、若しくは、そのカウントした値を整数倍した値と、ステージを移動させるための回転モータに取り付けられたロータリーエンコーダの出力パルスをカウントした値とが、一致するようにモータを駆動することで、回転つまみの操作に応じたステージの移動が可能になるとされている。また、例えば特許文献２に開示されている試料微動装置の制御方法も上記装置とほぼ同様の制御方法であるが、こちらの装置では、電子顕微鏡において回転つまみの操作量と像のみかけの移動量とが拡大倍率にかかわらず一定になるようにすることが目的である。
【０００５】
また、例えば特許文献３に開示されている装置では、一定のサンプリング時間内に与えられた手動パルス発生器のパルス数を工作機械の送り量に換算してサーボモータを制御するが、入力パルス数と送り量の関係を入力パルス数に応じて変化させることが特徴で、入力パルス数が多いときほど送り量も多くなるようにしている。これは、工作機械を手動で操作する場合、目標位置から離れた箇所ではできるだけ速く動かし、目標位置の近くの箇所ではゆっくりと動かして位置決めを行いたいという意図によるものである。
【０００６】
また、例えば特許文献４に開示されている装置は、上記の特許文献３の装置と類似する技術を備えたものであり、その特許文献４には、手動でハンドルを回転させたときの回転数（回転速度）とサーボモータの回転数（回転速度）の関係の決め方について述べられている。
【０００７】
また、例えば特許文献５、特許文献６、及び特許文献７には、ステージの駆動源としてステッピングモータを使用した場合の、モータへの駆動パルスの与え方について述べられている。
【０００８】
また、例えば特許文献８には、ステージの駆動源としてステッピングモータと送りねじ等を組み合わせて使用した場合のロストモーションを抑えるための技術が提案されている。
一方、近年においては、従来のモータの代替として多くの機器において超音波モータが使用されるようになっている。超音波モータは、稼動時の消費電力が少ないこと、摩擦により被駆動体を保持するためステッピングモータのような停止時の励磁が必要なく消費電力が必要ないこと、歯車や送りねじなどの複雑な機械的構成要素が不要でバックラッシュがないこと、及び、ステッピングモータなどに比べて音の発生が少ないこと、等といった特徴がある。そして、位置測定システムと併用すれば、位置測定システムの分解能に応じた位置制御が可能である。
【０００９】
このような特徴を持つ超音波モータを顕微鏡用ステージに適用した技術としては、例えば特許文献９に開示されている装置等がある。また、例えば特許文献１０には、超音波モータを使用してサブミクロン単位の位置決めを行う装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６１−２３５９１３号公報
【特許文献２】特開平２−１７４０４６号公報
【特許文献３】特開平８−３３９２２８号公報
【特許文献４】特開平１１−１１００４３号公報
【特許文献５】特開平８−１２４５１０号公報
【特許文献６】特許２６７５２４８号公報
【特許文献７】特開２００４−２１７７９号公報
【特許文献８】特開２００８−２５７１２２号公報
【特許文献９】特開２００８−１４９１３号広報
【特許文献１０】特開２００９−２７８６５号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
顕微鏡用の電動ステージを手動入力装置の操作により制御する用途においては、従来の手動ステージと同等の操作感、即ち、手動入力装置の操作に対し素早く応答（追従）すること、目視による観察下で振動やぎくしゃくした動きがないこと、停止時のオーバーシュートが無いこと、及び、サブミクロン程度の微小な距離の移動を確実に操作できること、等が求められる。
【００１２】
上記の従来技術では、ステージや送り装置の駆動源としてステッピングモータを使用するものとそれ以外のモータを使用するものとに大別できるが、いずれの場合でも歯車や送りねじ等によってモータの回転運動をステージの直線運動に変換する必要があり、その際に必ずロストモーションが発生する。
【００１３】
上記の特許文献のうち、特許文献１、特許文献２、特許文献４、及び、特許文献７に提案されている方法は、いずれもモータにエンコーダなどの位置検出機能が取り付けられており、モータを精度良く位置決めできたとしても、ステージ等の被駆動体の位置はロストモーションによる誤差が発生する虞がある。また、それと同時に、反転時等にはモータが動作しても被駆動体が動かない、或いは、移動すべき距離を動かないという問題が発生し、目視による観察では動作に違和感を与える原因となる。上記の特許文献６の実施例で述べられているステッピングモータを用いた装置においても同様の問題が起こり得る。
【００１４】
また、ロストモーションの影響を抑えるには、上記の特許文献８に提案されているような複雑な制御を必要としてしまうのが難点である。
上記の特許文献３の装置では、一定のサンプリング間隔毎の手動入力装置からの入力量を被駆動体の移動量に換算してサーボ系を制御している。この方法では、サンプリング間隔以内の時間で該移動量を動かすが、次のサンプリング間隔で手動入力装置の入力量を確認するまで引き続き被駆動体を動かすのか停止させるのかの判断ができない。仮に滑らかな動きを優先すると、移動量をサンプリング間隔で割った値を移動速度として制御することになるが、停止を判断したときには既に目標位置に到達しているので、正確な位置決めを行うにはオーバーシュートが発生してしまう。一方、位置決めを優先すると、サンプリング間隔毎に目標位置で停止しないと上記のような問題があるため、移動と停止を繰り返す間欠的な制御にならざるを得ない。いずれの場合も、目視で観察する際には問題となるため、顕微鏡用のステージには採用できない。また、上記の特許文献６にも、位置検出とサーボモータとを組み合わせた装置が変形例として述べられているが、これと全く同様の問題が起こり得る。
【００１５】
上記の特許文献５、特許文献６、及び特許文献７の装置におけるステッピングモータを使用する方法では、ステッピングモータに与えるパルス数のみで被駆動体の移動制御を行うが、上記のロストモーションの問題に加えて、ステッピングモータの脱調を補償する手段がないため、脱調すると精度良く位置決めを行うことが困難になるという問題がある。
【００１６】
一方、超音波モータを使用した場合、被駆動体との位置関係や、超音波モータを被駆動体に押し付ける力である押圧力、或いは、被移動体との接触面の磨耗などによって、被移動体との間の摩擦力が変化するため、ステッピングモータのように駆動信号と移動量の関係は定まらない。図２３は、超音波モータを使用した場合のステージ位置に対するステージ移動量の測定結果の一例を示す図である。同図の測定結果は、後述する実施例で実際に使用するステージにおいて、超音波モータを同一の駆動信号で一定時間動作させたときのステージの移動量を、ステージの位置を変えて測定した結果を示したものである。同図に示したように、同条件で動作させても位置によっては３倍以上もの移動量の開きがあり、駆動信号と移動量とを一対一で対応させることは不可能である。また、同図に示したような測定結果を予め記憶させておき、ステージの位置に応じて駆動信号を変更するといった方法も考えられるが、接触面の磨耗やごみの付着による摩擦力の変化など時間的に変化する要因もあるため、このような方法も採用することはできない。従って、顕微鏡用ステージ等のサブミクロン単位での動作性能が要求される用途において、超音波モータを駆動源とし、これを手動入力装置で操作しようとする場合、従来のステッピングモータやサーボモータの場合と同様の方法では十分な性能が得られず、上記の従来技術の欠点以外にも解決すべき課題がある。そのため、位置制御に関しては、上記の特許文献１０の装置のような方法が必要になるが、この方法では、ステージの整定に少なくとも０．１秒程度の時間を要し、更に１ミクロン程度のオーバーシュートが発生する場合もあることが実験により確認されており、手動ステージと同等の操作性が得られない虞がある。
【００１７】
本発明は、上記実情に鑑み、超音波モータを駆動源として用いる電動ステージを手動による入力装置を用いて操作する際に、手動ステージと同等の操作性を保ちつつ、且つ、手動での移動操作が確実に行える、ステージの制御を行う装置、方法、プログラム、及びシステム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】
【００１８】
本発明の第１の態様に係るステージ制御装置は、超音波モータを駆動源とするステージを手動操作に応じて移動させる際の移動量に関する移動量信号を所定のサンプリング間隔Ｔｓ毎に取り込む移動量信号取込手段と、前記移動量信号取込手段による取り込みと同期して当該取り込み時点における前記ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込むこと、及び、任意の時点における前記ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込むこと、を行う位置信号取込手段と、前記移動量信号取込手段により取り込まれた移動量信号を前記ステージの移動量に換算する移動量換算手段と、前記移動量換算手段により換算された移動量を、当該移動量に対応する前記移動量信号が取り込まれた時点における目標位置Ｘｔに積算して、当該目標位置Ｘｔを更新する目標位置算出手段と、前記目標位置算出手段により更新された目標位置Ｘｔと、当該目標位置Ｘｔの更新で使用された前記移動量に対応する前記移動量信号が取り込まれた時点において取り込まれた前記ステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘｓとの差から前記ステージの目標移動距離Ｄを算出する目標移動距離算出手段と、前記サンプリング間隔Ｔｓ、前記目標移動距離Ｄ、及び係数α（但し、α＜１）を用いて、前記ステージの目標速度Ｖｔを、Ｖｔ＝α・Ｄ／Ｔｓという式により、算出する目標速度算出手段と、前記目標速度算出手段により算出された目標速度Ｖｔで前記ステージを移動させるように前記ステージの速度制御を行う速度制御手段と、任意の時点において前記位置信号取込手段により取り込まれたステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘａと、当該時点における前記目標位置Ｘｔとを比較する位置比較手段と、を備え、前記位置比較手段による比較の結果、比較された前記ステージ位置Ｘａ及び前記目標位置Ｘｔと、所定の停止距離Δｄとの間で、｜Ｘｔ−Ｘａ｜＜Δｄという条件式が成立した場合、又は、前記サンプリング間隔Ｔｓ毎に前記移動量信号取込手段により取り込まれた移動量信号が所定数回連続して０の移動量に対応する信号であった場合に、前記速度制御手段は、前記ステージを停止させるように前記ステージの速度制御を行い、前記位置信号取込手段は、前記ステージが停止した時点におけるステージ位置信号を取り込み、前記目標位置算出手段は、当該時点における前記目標位置Ｘｔを、前記停止した時点におけるステージ位置信号に対応するステージ位置として、当該目標位置Ｘｔを更新する、ことを特徴とする。
【００１９】
本発明の第２の態様に係るステージ制御装置は、超音波モータを駆動源とするステージを手動操作に応じて移動させる際の目標位置に関する目標位置信号を所定のサンプリング間隔Ｔｓ毎に取り込む目標位置信号取込手段と、前記目標位置信号取込手段による取り込みと同期して当該取り込み時点における前記ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込むこと、及び、任意の時点における前記ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込むこと、を行う位置信号取込手段と、前記目標位置信号取込手段により取り込まれた目標位置信号を前記ステージの目標位置Ｘｔに換算する目標位置換算手段と、前記目量位置換算手段により換算された目標位置Ｘｔと、当該目標位置Ｘｔの換算で使用された前記目標位置信号が取り込まれた時点において取り込まれた前記ステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘｓとの差から前記ステージの目標移動距離Ｄを算出する目標移動距離算出手段と、前記サンプリング間隔Ｔｓ、前記目標移動距離Ｄ、及び係数α（但し、α＜１）を用いて、前記ステージの目標速度Ｖｔを、Ｖｔ＝α・Ｄ／Ｔｓという式により、算出する目標速度算出手段と、前記目標速度算出手段により算出された目標速度Ｖｔで前記ステージを移動させるように前記ステージの速度制御を行う速度制御手段と、任意の時点において前記位置信号取込手段により取り込まれたステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘａと、当該時点における前記目標位置Ｘｔとを比較する位置比較手段と、を備え、前記位置比較手段による比較の結果、比較された前記ステージ位置Ｘａ及び前記目標位置Ｘｔと、所定の停止距離Δｄとの間で、｜Ｘｔ−Ｘａ｜＜Δｄという条件式が成立した場合、又は、前記サンプリング間隔Ｔｓ毎に前記目標位置信号取込手段により取り込まれた目標位置信号が所定数回連続して同じ位置に対応する信号であった場合に、前記速度制御手段は、前記ステージを停止させるように前記ステージの速度制御を行い、前記位置信号取込手段は、前記ステージが停止した時点におけるステージ位置信号を取り込み、更に、当該時点における前記目標位置Ｘｔを、前記停止した時点におけるステージ位置信号に対応するステージ位置として、当該目標位置Ｘｔを更新する、ことを特徴とする。
【００２０】
本発明の第３の態様に係るステージ制御装置は、上記第１又は第２の態様において、前記所定のサンプリング間隔Ｔｓは０．０５秒以下である、ことを特徴とする。
本発明の第４の態様に係るステージ制御装置は、上記第１乃至第３の何れか一つの態様において、前記所定数回は２回である、ことを特徴とする。
【００２１】
本発明の第５の態様に係るステージ制御装置は、上記第１乃至第４の何れか一つの態様において、前記目標速度算出手段により算出された目標速度Ｖｔの値が所定の下限速度Ｖｍｉｎの値以下の場合、前記速度制御手段は、前記目標速度Ｖｔの値を前記下限速度Ｖｍｉｎの値として処理を行う、ことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、上記のステージ制御装置の他、ステージを制御する方法及びプログラムとして構成することもできるし、上記のステージ制御装置を含むステージ制御システムとして構成することも可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、超音波モータを駆動源として用いる電動ステージを手動による入力装置を用いて操作する際に、手動ステージと同等の操作性を保ちつつ、且つ、手動での移動操作を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一実施例に係るステージ制御システムの全体構成を模式的に示す図である。
【図２】可動軸を２軸とした場合のステージ制御システムの主要構成例を模式的に示す図である。
【図３】使用者が手動入力装置の回転つまみを操作したときの、ステージの目標位置及びステージ位置の時間的変化を模式的に示す図である。
【図４】図３の一部拡大図である。
【図５】時刻６Ｔｓでのステージ位置Ｘｓと目標位置Ｘｔとの差ｄと、目標速度Ｖｔとの関係を示す図である。
【図６】停止時の動作例を拡大して示した第１の図である。
【図７】停止時の動作例を拡大して示した第２の図である。
【図８】一実施例に係るステージ制御システムの動作をフローチャートとして表した図である。
【図９】Ｓ２００で行われるハンドル読み込み処理のフローチャートを示す図である。
【図１０】Ｓ３００で行われるステージ位置チェック処理のフローチャートを示す図である。
【図１１】Ｓ６００で行われる目標位置設定処理のフローチャートを示す図である。
【図１２】手動入力装置の出力信号の代わりに、目標速度Ｖｔが０．５ｕｍ／ｓｅｃに相当するインクリメンタル信号をハンドルカウンタに与えたときの、ステージの目標位置Ｘｔと実際のステージ位置とをプロットした結果を示す図である。
【図１３】手動入力装置の出力信号の代わりに、目標速度Ｖｔが５ｕｍ／ｓｅｃに相当するインクリメンタル信号をハンドルカウンタに与えたときの、ステージの目標位置Ｘｔと実際のステージ位置とをプロットした結果を示す図である。
【図１４】手動入力装置の出力信号の代わりに、目標速度Ｖｔが５０ｕｍ／ｓｅｃに相当するインクリメンタル信号をハンドルカウンタに与えたときの、ステージの目標位置Ｘｔと実際のステージ位置とをプロットした結果を示す図である。
【図１５】手動入力装置の出力信号の代わりに、目標速度Ｖｔが５００ｕｍ／ｓｅｃに相当するインクリメンタル信号をハンドルカウンタに与えたときの、ステージの目標位置Ｘｔと実際のステージ位置とをプロットした結果を示す図である。
【図１６】手動入力装置の出力信号の代わりに、目標速度Ｖｔが１ｍｍ／ｓｅｃに相当するインクリメンタル信号をハンドルカウンタに与えたときの、ステージの目標位置Ｘｔと実際のステージ位置とをプロットした結果を示す図である。
【図１７】手動入力装置の出力信号の代わりに、目標速度Ｖｔが５ｍｍ／ｓｅｃに相当するインクリメンタル信号をハンドルカウンタに与えたときの、ステージの目標位置Ｘｔと実際のステージ位置とをプロットした結果を示す図である。
【図１８】手動入力装置の出力信号の代わりに、目標速度Ｖｔが１０ｍｍ／ｓｅｃに相当するインクリメンタル信号をハンドルカウンタに与えたときの、ステージの目標位置Ｘｔと実際のステージ位置とをプロットした結果を示す図である。
【図１９】使用者が実際に手動入力装置の回転つまみを手で操作したときの、ステージの目標位置Ｘｔとステージ位置とをプロットした結果を示す第１の図である。
【図２０】使用者が実際に手動入力装置の回転つまみを手で操作したときの、ステージの目標位置Ｘｔとステージ位置とをプロットした結果を示す第２の図である。
【図２１】使用者のゆっくりとした操作に対する移動量を複数回測定したときの、その測定値の分布をヒストグラムとして示した第１の図である。
【図２２】使用者のゆっくりとした操作に対する移動量を複数回測定したときの、その測定値の分布をヒストグラムとして示した第２の図である。
【図２３】超音波モータを使用した場合のステージ位置に対するステージ移動量の測定結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施例に係るステージ制御システムの全体構成を模式的に示す図である。
【００２６】
同図に示したように、本実施例に係るステージ制御システムは、固定台１１と、ステージ１２と、超音波モータ１３と、リニアエンコーダ１４と、手動入力装置（ハンドル）１５と、ステージ制御装置１６とを含む。
【００２７】
ここで、ステージ１２は、固定台１１に対して一軸方向に移動可能に支持されている。超音波モータ１３は、ステージ１２の駆動源であり、ステージ制御装置１６から出力される駆動信号に応じてステージ１２を移動させる。リニアエンコーダ１４は、ステージ１２の位置を計測し、ステージ１２の位置に関するステージ位置信号をステージ制御装置１６へ出力する計測手段の一例である。より具体的には、リニアエンコーダ１４は、ステージ１２に取り付けられた図示しないリニアスケールとの位置関係をリサージュ信号に変換してステージ制御装置１６へ出力する。手動入力装置１５は、ステージ１２を手動操作に応じて移動させる際の移動量を受け付け、当該移動量に関する移動量信号を出力する受付手段の一例である。より具体的には、手動入力装置１５は、使用者による手動操作が行われる回転つまみと、その回転つまみが操作されたときの回転量をインクリメンタル信号として出力するためのロータリーエンコーダと、が同一の回転軸に取り付けられており、そのロータリーエンコーダの出力信号をステージ制御装置１６へ出力する。ステージ制御装置１６は、当該システムの全体を制御する。
【００２８】
ステージ制御装置１６は、更に、超音波モータ駆動回路２１と、エンコーダ処理部２２と、ハンドルカウンタ２３と、演算部２４とを含む。
ここで、超音波モータ駆動回路２１は、演算部２４から出力される制御信号に応じて超音波モータ１３を駆動するための信号を発生させ、その駆動信号を超音波モータ１３へ出力する回路で、例えば特開２００８−３０１５６３号公報に開示されている回路を使用することができる。エンコーダ処理部２２は、リニアエンコーダ１４から出力されるリサージュ信号をステージ位置信号に変換する。ハンドルカウンタ２３は、手動入力装置１５から出力されるインクリメンタル信号を計数するカウンタである。演算部２４は、一般にマイクロコントローラ等と称される組み込み機器用のマイクロプロセッサであり、内蔵メモリ２４ａに格納されているステージ制御プログラムを読み出し実行することにより、当該システムの全体を制御する。
【００２９】
なお、演算部２４は、そのステージ制御プログラムの実行により、次のような手段及び機能を実現することができる。例えば、ハンドルカウンタ２３を用いて、手動入力装置１５から出力される移動量信号を所定のサンプリング間隔Ｔｓ毎に取り込む移動量信号取込手段及びその機能を実現することができる。また、例えば、エンコーダ処理部２２を用いて、その取り込みと同期して当該取り込み時点におけるリニアエンコーダ１４により出力されたステージ位置信号を取り込むこと、及び、任意の時点におけるリニアエンコーダ１４により出力されたステージ位置信号を取り込むこと、を行う位置信号取込手段及びその機能を実現することができる。また、例えば、取り込まれた移動量信号をステージ１２の移動量に換算する移動量換算手段及びその機能を実現することができる。また、例えば、換算された移動量を、当該移動量に対応する移動量信号が取り込まれた時点における目標位置Ｘｔに積算して、当該目標位置Ｘｔを更新する目標位置算出手段及びその機能を実現することができる。また、例えば、更新された目標位置Ｘｔと、当該目標位置Ｘｔの更新で使用された移動量に対応する移動量信号が取り込まれた時点において取り込まれたステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘｓとの差からステージ１２の目標移動距離Ｄを算出する目標移動距離算出手段及びその機能を実現することができる。また、例えば、サンプリング間隔Ｔｓ、目標移動距離Ｄ、及び係数α（但し、α＜１）を用いて、ステージ１２の目標速度Ｖｔを、Ｖｔ＝α・Ｄ／Ｔｓという式により、算出する目標速度算出手段及びその機能を実現することができる。また、例えば、超音波モータ駆動回路２１を用いて、算出された目標速度Ｖｔでステージ１２を移動させるようにステージ１２の速度制御を行う速度制御手段及びその機能を実現することができる。また、例えば、任意の時点において取り込まれたステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘａと、当該時点における前記目標位置Ｘｔとを比較する位置比較手段及びその機能を実現することができる。また、例えば、その比較の結果、比較されたステージ位置Ｘａ及び目標位置Ｘｔと、所定の停止距離Δｄとの間で、｜Ｘｔ−Ｘａ｜＜Δｄという条件式が成立した場合、又は、サンプリング間隔Ｔｓ毎に取り込まれた移動量信号が所定数回連続して０の移動量に対応する信号であった場合に、ステージ１２を停止させるようにステージ１２の速度制御を行い、ステージ１２が停止した時点におけるリニアエンコーダ１４により出力されたステージ位置信号を取り込み、当該時点における目標位置Ｘｔを、その停止した時点におけるステージ位置信号に対応するステージ位置として、当該目標位置Ｘｔを更新する手段及び機能を実現することができる。なお、本明細書において、｜Ｘｔ−Ｘａ｜＜Δｄとは、目標位置Ｘｔからステージ位置Ｘａを差し引いた値の絶対値がΔｄよりも小さい、すなわち、目標位置Ｘｔとステージ位置Ｘａとの差分がΔｄよりも小さい、ことを意味する。
【００３０】
本実施例に係るステージ制御システムでは、説明の便宜のため、ステージの可動軸を１軸のみとして説明するが、顕微鏡等で使用されるステージでは直交する２つの可動軸を用いてＸＹステージとするのが一般的であり、このようにして使用する場合には、上記の各構成要素を可動軸の数の分だけ設けるようにすればよい。図２は、このように可動軸を２軸とした場合のシステムの主要構成例を模式的に示す図である。同図において、ステージ１２、超音波モータ１３、及びリニアエンコーダ１４は、Ｘ軸用であり、ステージ１２´、超音波モータ１３´、及びリニアエンコーダ１４´は、Ｙ軸用である。なお、同図では、説明の便宜のため、超音波モータ１３及びリニアエンコー１ダ４と、超音波モータ１３´及びリニアエンコーダ１４´を、一つのユニットとして示している。また、手動入力装置１５及びステージ制御装置１６は、それぞれ一つのユニットとして示されているが、内部構成においてはＸ軸用の構成とＹ軸用の構成が設けられている。なお、手動入力装置１５において、回転つまみ１５ａはＸ軸用であり、回転つまみ１５ｂはＹ軸用である。このような構成により、顕微鏡等で使用されるＸＹステージとして使用することもできる。
【００３１】
次に、上述の図１に示した本実施例に係るステージ制御システムにおいて、使用者が手動入力装置１５の回転つまみを操作してステージ１２を移動させる場合の動作について説明する。但し、ここでは、説明の便宜のため、ステージ１２を正の方向（＋Ｘ方向）に移動させる場合を例に、その動作を説明する。なお、本動作は、演算部２４が内蔵メモリ２４ａに格納されているステージ制御プログラムを読み出し実行することによって、行われるものである。
【００３２】
まず、本動作の概要を図３乃図７を用いて説明する。
図３は、使用者が手動入力装置１５の回転つまみを操作したときの、ステージ１２の目標位置及びステージ位置の時間的変化を模式的に示す図である。図４は、図３の一部拡大図である。
【００３３】
図３及び図４において、縦軸はステージ１２のＸ方向の位置を示す。横軸は、時間を示し、演算部２４がハンドルカウンタ２３を介して手動入力装置１５の回転つまみの回転量を読み込むサンプリング間隔Ｔｓを基準としている。
【００３４】
また、実線３１は、使用者が手動入力装置１５の回転つまみを操作したときの、その回転量に対応するハンドルカウンタ２３のカウント値を、ステージ１２の目標位置に換算したものである。ここでは、時刻０でのハンドルカウンタ２３のカウント値を０とし、１サンプリング時間後つまり時刻１Ｔｓでのハンドルカウンタ２３のカウント値に対応する目標位置をＸ１、２サンプリング時間後つまり時刻２Ｔｓでのハンドルカウンタ２３のカウント値に対応する目標位置をＸ２、以下同様にして、ｎサンプリング時間後つまり時刻ｎＴｓでのハンドルカウンタ２３のカウント値に対応する目標位置をＸｎとする。
【００３５】
また、一点鎖線３２は、演算部２４が認識するステージ１２の目標位置Ｘｔを示すものである。演算部２４がハンドルカウンタ２３からカウント値を取得するのはサンプリング間隔Ｔｓ毎であるので、実際に演算部２４が認識するステージ１２の目標位置Ｘｔは、その一点鎖線３２に示すように、時間に対して階段状の値になる。
【００３６】
また、点線３３は、エンコーダ処理部２２によって得られたステージ位置信号に対応するステージ位置を示すものである。なお、ここでは、時刻０でのステージ位置を０とし、時刻０においてステージ１２は停止しているものとする。
【００３７】
図３及び図４に示したように、時刻１Ｔｓにおいて、演算部２４は、目標位置ＸｔがＸ１であり（一点鎖線３２参照）、ステージ位置Ｘｓが０である（点線３３参照）ことから、ステージ１２の目標移動距離Ｄを、Ｘｔ−Ｘｓ＝Ｘ１−０より算出し、Ｘ１を得る。次に、ステージ１２の目標速度Ｖｔを、係数α（但し、本例では０．９≦α＜１とする）を用いて、Ｖｔ＝α・Ｄ／Ｔｓ＝α・Ｘ１／Ｔｓにより計算する。そして、これを目標速度Ｖｔとして速度制御の演算を行い、超音波モータ駆動回路２１に対して超音波モータ１３に出力する駆動信号の設定を行う。
【００３８】
これにより、時刻１Ｔｓにて目標速度Ｖｔ＝α・Ｘ１／Ｔｓでのステージ１２の移動が開始され、時刻２Ｔｓに達した時のステージ位置Ｘｓはα・Ｘ１となる（点線３３参照）。ここで、係数αは１未満の値であるので、時刻２Ｔｓでは目標位置ＸｔであるＸ１には到達しない。
【００３９】
この時刻２Ｔｓにおいて、演算部２４は、時刻１Ｔｓから時刻２Ｔｓの間にハンドルカウンタ２３によりカウントされた値に対応するステージ１２の移動量を、この時点での目標位置Ｘｔ（＝Ｘ１）に積算することにより、当該目標位置Ｘｔの値をＸ２へ更新する。これにより、目標位置ＸｔがＸ２となり（一点鎖線３２参照）、この時点のステージ位置Ｘｓがα・Ｘ１である（点線３３参照）ことから、ステージ１２の目標移動距離Ｄを、Ｘｔ−Ｘｓより算出し、Ｘ２−α・Ｘ１を得る。次に、ステージ１２の目標速度Ｖｔを、Ｖｔ＝α・Ｄ／Ｔｓ＝α・（Ｘ２−α・Ｘ１）／Ｔｓにより計算する。そして、これを目標速度Ｖｔとして速度制御の演算を行い、超音波モータ駆動回路２１に対して超音波モータ１３に出力する駆動信号の設定を行う。
【００４０】
これにより、時刻２Ｔｓにて目標速度Ｖｔ＝α・（Ｘ２−α・Ｘ１）／Ｔｓでのステージ１２の移動が開始され、時刻３Ｔｓに達した時のステージ位置Ｘｓは、α・（Ｘ２−α・Ｘ１）＋α・Ｘ１＝Ｘ２−（１−α）・（Ｘ２−α・Ｘ１）となる（点線３３参照）。当然のことながら、時刻３Ｔｓでは目標位置ＸｔであるＸ２には到達しない。
【００４１】
なお、このようにしてステージ１２の移動が行われたときのステージ位置の軌跡をプロットしたものが点線３３である。但し、ここでは、説明の便宜のため、超音波モータ駆動回路２１に対して超音波モータ１３に出力する駆動信号の設定を行ってから即座にステージ１２が目標速度Ｖｔに達するものとして示している。
【００４２】
その後、時刻３Ｔｓ、時刻４Ｔｓ、及び時刻５Ｔｓのそれぞれの時刻において、上記の時刻２Ｔｓで行われた処理と同様の処理が行われる。
なお、図３に示したように、時刻５Ｔｓより少し手前の時点で手動入力装置（ハンドル）１５の操作が停止したため、時刻５Ｔｓにおいて、ステージ１２の目標位置Ｘｔは、その停止した時点までのＸ５に更新される。一方、時刻４Ｔｓにて更新された時刻５Ｔｓまでのステージ１２の目標位置ＸｔはＸ４であり、時刻５Ｔｓに達した時のステージ位置Ｘｓは、上述と同様に、目標位置ＸｔであるＸ４には到達しない。そして、時刻５Ｔｓで更新されたステージ１２の目標位置ＸｔがＸ５として時刻６Ｔｓまでステージ１２の移動が行われる。時刻６Ｔｓでは、上述と同様に、ステージ１２は、目標位置ＸｔであるＸ５には到達しない。
【００４３】
一方、時刻５Ｔｓから時刻６Ｔｓの間は手動入力装置１５の操作が行われていないことからステージ１２の目標位置ＸｔはＸ５のままであり、時刻６Ｔｓにて得られる、時刻５Ｔｓから時刻６Ｔｓの間にハンドルカウンタ２３によりカウントされた値に対応するステージ１２の移動量は０である。よって、演算部２１は、時刻６Ｔｓにて手動入力装置１５の操作が停止したと判断することができる。ここで、手動入力装置１５の操作に対するステージ１２の追従性を重視すると、手動入力装置１５の操作が停止したと判断した時点、つまり時刻６Ｔｓにてステージ１２を停止することが望ましい。しかしながら、この時点ではステージ１２の目標位置ＸｔであるＸ５に到達していないために、手動入力装置１５の操作量（回転つまみの回転量）に対応した移動距離と、ステージ１２の実際の移動距離との間に誤差が生じてしまう。そこで、この問題を解決するために、本実施例では、手動入力装置１５の操作が停止したと判断した時点から更に時間１Ｔｓだけステージ１２の移動を続けることで、より目標位置Ｘｔに近づけることを可能にしている。
【００４４】
ここで、時刻６Ｔｓでのステージ位置Ｘｓと目標位置ＸｔであるＸ５との差をｄとする（図３参照）。つまり、Ｘｓ（６Ｔｓ）＝Ｘ５−ｄとすると、時刻６Ｔｓで求められるステージ１２の目標速度ＶｔはＶｔ＝α・ｄ／Ｔｓとなり、これが時刻６Ｔｓから時刻７Ｔｓまでの目標速度Ｖｔとなる。従って、上述と同様に、時刻６Ｔｓから時刻７Ｔｓでのステージ１２の移動距離はα・ｄとなり、目標位置ＸｓであるＸ５との間にｄ−α・ｄ＝（１−α）・ｄの差が残る。そこで、本実施例では、ステージ１２の目標速度Ｖｔの算出において、速度の下限値Ｖｍｉｎを設け、算出された目標速度Ｖｔの値が下限速度Ｖｍｉｎの値よりも低い場合には、目標速度Ｖｔの値を下限速度Ｖｍｉｎの値としてステージ１２の移動を行うようにしている。
【００４５】
図５は、上述の時刻６Ｔｓでのステージ位置Ｘｓと目標位置Ｘｔとの差ｄと、目標速度Ｖｔとの関係を示す図である。
上記の差ｄがｄ＜Ｖｍｉｎ・Ｔｓの条件を満たす場合、つまり同図の範囲（１）では、時刻７Ｔｓまでにステージ１２は目標位置Ｘｔ（＝Ｘ５）に到達することになる。このときは、時刻７Ｔｓまでステージ１２の移動を行うと目標位置Ｘｔを通過してしまう。そこで、演算部２１は、時刻６Ｔｓから時刻７Ｔｓにかけて、ステージ１２の目標位置Ｘｔとエンコーダ処理部２２を介して得られるステージ位置Ｘｓとを随時比較して、ステージ１２の停止時の慣性力を考慮した停止距離Δｄだけ目標位置Ｘｔの手前の位置にステージ１２が到達したときに停止するように制御する。これにより、ほぼ目標位置Ｘｔでステージ１２を停止させることができる。このような停止時の動作が行われたときの様子を拡大して示したものが図６である。
【００４６】
一方、上記の差ｄがｄ≧Ｖｍｉｎ・Ｔｓの条件を満たす場合、つまり同図の範囲（２）及び（３）では、時刻７Ｔｓにおいて目標位置Ｘｔ（＝Ｘ５）に到達することはない。この場合、目標位置Ｘｔまでの不足する距離は、上記の差ｄがｄ＜Ｖｍｉｎ・Ｔｓ／αの条件を満たす場合、つまり同図の領域（２）では、ｄ−Ｖｍｉｎ・Ｔｓとなる。また、上記の差ｄがｄ≧Ｖｍｉｎ・Ｔｓ／αの条件を満たす場合、つまり同図の領域（３）では、（１−α）・ｄとなる。このとき、不足する距離を補うために、手動入力装置１５の操作が停止した後も長時間ステージ１２を移動し続けると、使用者に対して手動入力装置１５の操作を停止したのにステージ１２が動くという違和感を与えることになる。そこで、このような場合は、操作性を重視してステージ１２も停止する方が都合がよいことから、演算部２４は、そのように制御する。このような停止時の動作が行われたときの様子を拡大したものが図７である。同図に示したように、時刻７Ｔｓにおいてステージ１２は目標位置Ｘｔ（＝Ｘ５）に到達していないが、時刻６Ｔｓ及び時刻７Ｔｓという２つのサンプリング間隔Ｔｓ毎の時刻で連続して目標位置Ｘｔに変化が無いので強制的にステージ１２を停止するように制御している。なお、２つの連続するサンプリング間隔Ｔｓ毎の時刻で目標位置Ｘｔに変化が無いとは、サンプリング間隔Ｔｓ毎に取り込まれた移動量信号が２回連続して０の移動量に対応する信号であったということである。
【００４７】
ところで、図７に示した制御が行われた場合は、目標位置Ｘｔとステージ１２の停止位置に差が生じることは確実であるが、図６に示した制御が行われた場合においても、ステージ１２の停止位置が目標位置Ｘｔに一致するという保証は無い。この差を放置しておくと、次に手動入力装置１５が操作されてステージ１２の移動が開始されたときに、この差が目標移動距離Ｄに積算されて、手動入力装置１５の操作量とステージ１２の移動量との間にずれが生じてしまう。この問題は、ステージ１２の停止後、ステージ１２の目標位置Ｘｔをステージ１２の停止位置と同じ位置に設定し直すことで回避することができる。一方で、図６に示した制御が行われた場合のようにｄ＜Ｖｍｉｎ・Ｔｓに対応する入力が手動入力装置１５の操作によって連続的に行われた場合、ステージ１２の位置が後述の図１２のように時間に対して階段状に変化し、手動操作装置１５の操作量から決まる移動量と階段状の各段それぞれの実際の移動量との間に誤差が発生する場合がある。そこで、この誤差の発生を抑制するという観点から、このような場合に、その階段状の各段の移動終了後（停止後）に目標位置Ｘｔを停止時のステージ１２の位置に設定し直す、という制御方法も考えられる。しかしながら、この制御方法では、その階段状の各段で発生した誤差が蓄積され、結果として手動入力装置１５の操作量とステージ１２の移動量との差を大きくさせる可能性がある。例えば、目標位置Ｘｔへの移動量が１ｕｍのときにステージ１２が実際に１．１ｕｍ移動してしまうと仮定する。このとき、サンプリング間隔Ｔｓ毎に１ｕｍずつ移動させようとした場合、１Ｔｓ経過してステージ１２が実際に１．１ｕｍ移動して停止した後すぐに目標位置Ｘｔを設定し直すとすると、次の目標位置Ｘｔは、停止位置から１ｕｍ離れた位置になるので、最初の位置（移動開始位置）からは２．１ｕｍ離れた位置になる。そして、更に１Ｔｓが経過するとステージ１２が実際に更に１．１ｕｍ移動して停止し、結果として、本来は最初の位置から２ｕｍ移動しようとしたところ実際には２．２ｕｍ移動してしまうことになる。
【００４８】
そこで、この問題を回避するために、本実施例では、ステージ１２の停止後すぐに目標位置Ｘｔを設定し直すのではなく、ステージ１２の停止という条件として、サンプリング間隔Ｔｓ毎の２つの連続する時刻で目標位置Ｘｔに変化が無いこと（手動入力装置１５の操作が無いこと）を追加して制御を行うようにしている。つまり、目標位置Ｘｔへの移動が行われてステージ１２が一旦停止したときに、引き続き手動入力装置１５の操作があった場合は、目標位置Ｘｔの設定し直しを行わずに、目標位置Ｘｔを維持したまま新しい目標位置Ｘｔを設定（新しい目標位置へ更新）することで、手動入力装置１５の操作量とステージ１２の移動量との乖離を抑えるようにしている。このような制御を、上記の例に適用すると、１Ｔｓ経過してステージ１２が実際に１．１ｕｍ移動した後も目標位置Ｘｔは１ｕｍの位置のままなので、次の目標位置Ｘｔは、それに１ｕｍ積算した値、すなわち、最初の位置から２ｕｍの位置となる。つまり、次の目標位置Ｘｔへの移動量（目標移動距離Ｄ）は、２ｕｍ−１．１ｕｍより０．９ｕｍという設定になるので、目標位置Ｘｔと実際の位置とのずれを小さくすることができる。
【００４９】
以上、本実施例に係るステージ制御システムの動作の概要を説明したが、その動作をフローチャートとして表したものが図８である。なお、同図に示したフローチャートは、演算部２４が、内蔵メモリ２４ａに格納されているステージ制御プログラムを読み出し実行することによって行われるものである。
【００５０】
本動作では、サンプリング間隔Ｔｓ毎に、超音波モータ１３を駆動源とするステージ１２を手動操作に応じて移動させる際の移動量に関する移動量信号を取り込むこと、その取り込みと同期して当該取り込み時点におけるステージ１２の位置に関するステージ位置信号を取り込むこと、その取り込まれた移動量信号をステージ１２の移動量に換算すること、その換算された移動量を、当該移動量に対応する移動量信号が取り込まれた時点における目標位置Ｘｔに積算して、当該目標位置Ｘｔを更新すること、その更新された目標位置Ｘｔと、当該目標位置Ｘｔの更新で使用された移動量に対応する移動量信号が取り込まれた時点において取り込まれたステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘｓとの差からステージ１２の目標移動距離Ｄを算出すること、サンプリング間隔Ｔｓ、目標移動距離Ｄ、及び係数α（但し、α＜１）を用いて、ステージ１２の目標速度Ｖｔを、Ｖｔ＝α・Ｄ／Ｔｓという式により算出すること、その算出された目標速度Ｖｔでステージ１２を移動させるようにステージ１２の速度制御を行うこと、を繰り返す。そして、任意の時点において、ステージ１２の位置に関するステージ位置信号を取り込み、当該ステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘａと当該時点における目標位置Ｘｔとを比較した結果、比較されたステージ位置Ｘａ及び目標位置Ｘｔと、所定の停止距離Δｄとの間で、｜Ｘｔ−Ｘａ｜＜Δｄという条件式が成立した場合、又は、サンプリング間隔Ｔｓ毎に取り込まれた移動量信号が所定数回連続して０の移動量に対応する信号であった場合に、ステージ１２を停止させるようにステージ１２の速度制御を行い、ステージ１２が停止した時点における当該ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込み、当該時点における目標位置Ｘｔを、停止した時点におけるステージ位置信号に対応するステージ位置として、当該目標位置Ｘｔを更新する。
【００５１】
より具体的には、図８に示したように、本動作が開始すると、まず、ステップ（以下単に「Ｓ」という）１００において、サンプリング間隔Ｔｓが経過したか否かの判定が行われ、その判定結果がＹｅｓの場合にはＳ２００へ移行し、Ｎｏの場合にはＳ２００をスキップしてＳ３００へ移行する。
【００５２】
Ｓ２００では、ハンドル読み込み処理が行われる。
図９は、そのＳ２００で行われるハンドル読み込み処理のフローチャートを示す図である。同図に示したように、このハンドル読み込み処理では、まず、Ｓ２１０において、当該時点までの１サンプリング間隔Ｔｓの間にハンドルカウンタ２３によりカウントされた値が読み込まれる。Ｓ２２０では、上述の目標位置Ｘｔ、目標移動距離Ｄ、及び目標速度Ｖｔが算出される。Ｓ２３０では、目標位置Ｘｔが２つの連続するサンプリング間隔Ｔｓ毎の時刻で同じ値であったか否かが判定される。すなわち、サンプリング間隔Ｔｓ毎に取り込まれた移動量信号が２回連続して０の移動量に対応する信号であったか否かが判定される。この判定結果がＹｅｓの場合には、Ｓ２４０へ移行して、移動フラグが０に設定されると共に、目標位置設定フラグが１に設定される。一方、その判定結果がＮｏの場合には、Ｓ２５０へ移行して、移動フラグが１に設定されると共に、目標位置設定フラグが０に設定される。
【００５３】
なお、移動フラグは、ステージ１２を移動させるか停止させるかを判定するためのフラグである。また、目標位置設定フラグは、目標位置Ｘｔを設定し直すか否かを判定するためのフラグである。
【００５４】
Ｓ２４０又はＳ２５０が終了すると、当該ハンドル読み込み処理が終了し、図８のＳ３００へ移行する。
Ｓ３００では、目標位置Ｘｔと実際のステージ位置との比較が行われるステージ位置チェック処理が行われる。
【００５５】
図１０は、そのＳ３００で行われるステージ位置チェック処理のフローチャートを示す図である。同図に示したように、このステージ位置チェック処理では、まず、Ｓ３１０において、エンコーダ処理部２２を介してステージ１２のステージ位置Ｘａが取得される。Ｓ３２０では、そのステージ位置Ｘａと当該時点における目標位置Ｘｔとの比較が行われ、ステージ位置Ｘａが、目標位置ＸｔのΔｄ手前か否か、すなわち、Ｘｔ−Ｘａ＜Δｄであるか否かが判定される。なお、ここでは、ステージ１２が正方向に移動する場合を想定しているので、Ｘｔ−Ｘａ＜Δｄであるか否かの判定が行われるが、ステージ１２が負方向に移動した場合には、その判定が、Ｘａ−Ｘｔ＜Δｄであるか否かの判定に置き換えられる。Ｓ３２０の判定の結果がＹｅｓの場合には、Ｓ３３０へ移行して、移動フラグが０に設定される。一方、その判定結果がＮｏの場合には、Ｓ３３０をスキップする。Ｓ３３０の後、又は、Ｓ３２０がＮｏになると、当該ステージ位置チェック処理が終了し、図８のＳ４００へ移行する。
【００５６】
Ｓ４００では、移動フラグが１であるか否かが判定される。
Ｓ４００の判定結果がＮｏの場合（移動フラグが０であった場合）には、Ｓ５００へ移行して、ステージ１２が移動中であるか否かが判定される。なお、ステージ１２が移動中であるか否かの判定は、例えば、エンコーダ処理部２２を介して取得するステージ位置に基づいて行うことができる。Ｓ５００の判定結果がＹｅｓの場合には、Ｓ６００へ移行して、ステージ１２を停止させる処理が行われる。一方、その判定結果がＮｏの場合には、Ｓ６００をスキップする。
【００５７】
Ｓ６００の後、又は、Ｓ５００の判定結果がＮｏになると、Ｓ７００へ進み、目標位置設定処理が行われる。
図１１は、そのＳ６００で行われる目標位置設定処理のフローチャートを示す図である。同図に示したように、この目標位置設定処理では、まず、Ｓ６１０において、目標位置設定フラグが１であるか否かが判定される。ここで、その判定結果がＹｅｓの場合には、Ｓ６２０へ移行して、ステージ１２の目標位置Ｘｔの値が、当該時点にエンコーダ処理部２２を介して取得したステージ位置の値に設定し直されると共に、目標位置設定フラグが０に設定される（クリアされる）。一方、その判定結果がＮｏの場合には、Ｓ６２０をスキップする。
【００５８】
Ｓ６２０の後、又は、Ｓ６１０の判定結果がＮｏになると、当該目標位置設定処理が終了する。
一方、図８のＳ４００の判定結果がＹｅｓの場合には、Ｓ８００へ移行して、算出されている目標速度Ｖｔでステージ１２を移動させる速度制御処理が行われる。
【００５９】
Ｓ７００又はＳ８００の処理が終了すると、Ｓ１００へ戻り、再び上述の処理が繰り返される。
以上が、本実施例に係るステージ制御システムの動作を示すフローチャートの説明であるが、この動作の処理形式は、このフローチャートに示したように時間的に順次実行されるものに限定されず、例えば、このフローチャートの処理を複数に分割して、それぞれをマルチタスクの中の一つのタスクとして個々に処理するように構成することも可能である。
【００６０】
ここで、本実施例に係るステージ制御システムを実際に動作させたときの具体例を説明する。但し、使用される各種パラメータは、次のとおりとする。
・サンプリング間隔Ｔｓ：３０ｍｓｅｃ
・エンコーダ処理部２２によるステージ１２の位置分解能：２０ｎｍ
・係数α：０．９３７５
・停止距離Δｄ：２０ｎｍ
・下限速度Ｖｍｉｎ：１００ｕｍ／ｓｅｃ
・ハンドルカウンタ２３の１カウントあたりの目標移動距離：０．１ｕｍ又は１ｕｍ
・手動入力装置１５の回転つまみの１回転あたりのハンドルカウンタ２３のカウント数：１０００
図１２乃至図１８は、手動入力装置１５の出力信号の代わりに、目標速度Ｖｔが０．５ｕｍ／ｓｅｃ、５ｕｍ／ｓｅｃ、５０ｕｍ／ｓｅｃ、５００ｕｍ／ｓｅｃ、１ｍｍ／ｓｅｃ、５ｍｍ／ｓｅｃ、１０ｍｍ／ｓｅｃに相当するインクリメンタル信号をハンドルカウンタ２３に与えたときの、ステージ１２の目標位置Ｘｔと実際のステージ位置とをプロットした結果を示す図である。
【００６１】
なお、図１２乃至図１８において、縦軸はステージ１２の位置を示し、横軸は時間である。また、実線はステージ１２の目標位置Ｘｔを示し、破線は実際のステージ位置を示している。
【００６２】
図１２乃至図１８に示したように、いずれの場合にも、目標位置Ｘｔに対してステージ位置が約３０ｍｓｅｃ（サンプリング間隔Ｔｓ相当）遅れで追従していることが確認できる。また、それと同時に停止時のオーバーシュートがほとんど無いことも確認できる。
【００６３】
なお、図１２等では、多少のオーバーシュートが見られる。これは、超音波モータ１３やその周辺部が駆動信号の停止後もわずかの時間振動しているためであり、オーバーシュートの距離、時間ともに短く、実使用上（例えばステージ１２を顕微鏡用ステージとして使用した場合等であっても）問題になるような値ではない。
【００６４】
また、１００ｕｍ／ｓｅｃ未満相当の信号を付与した場合には、図１２乃至図１４（特に図１２参照）に示したように、ステージ位置が階段状に変化していることも確認できる。これは、サンプリング間隔Ｔｓ内でステージ１２が目標位置Ｘｔに到達するためであり、図６に示したような停止時の動作（図６の６Ｔｓから７Ｔｓの間に行われる動作に相当）が連続的に行われていることを意味している。
【００６５】
図１２においては、ステージ１２が目標位置Ｘｔの変化に従ってほぼ０．１ｕｍステップで移動していることが確認できる。また、目標位置Ｘｔよりもステージ位置の方が先行している傾向にあるが、これは目標位置Ｘｔの手前Δｄ（ここでは２０ｎｍ）にて駆動信号を停止した後、ステージ１２の慣性力や超音波モータ１３やその周辺部の残留振動のためにステージ１２が僅かに進んでしまうためである。しかしながら、例えばステージ１２を顕微鏡用ステージとして使用し、仮に総合倍率２０００倍（接眼レンズの倍率を２０倍とし対物レンズの倍率を１００倍とする等）のような高倍率で観察した場合であっでも、０．１ｕｍと０．２ｕｍの移動距離の違いを目視で確実に認識するのは難しく、また、かなり注意して観察しないと判別が難しい量であるので、通常の光学顕微鏡と共に使用する場合においては問題にならない。
【００６６】
また、ステージ１２の目標速度Ｖｔが大きくなるとステージ１２の運動量も大きくなるため、超音波モータ１３の駆動信号を停止してから実際にステージ１２が止まるまでに進む距離も目標速度Ｖｔによって異なる。図１２乃至図１８の各図では判別が難しいので、以下に、各図における最終的な実際の停止位置と目標位置Ｘｔとの差を示す。
・図１２（０．５ｕｍ／ｓｅｃ相当の信号を付与）の例では、その差が０ｕｍ。
・図１３（５ｕｍ／ｓｅｃ相当の信号を付与）の例では、その差が０．０２ｕｍ。
・図１４（５０ｕｍ／ｓｅｃ相当の信号を付与）の例では、その差が０．０８ｕｍ。
・図１５（５００ｕｍ／ｓｅｃ相当の信号を付与）の例では、その差が０ｕｍ。
・図１６（１ｍｍ／ｓｅｃ相当の信号を付与）の例では、その差が０．７ｕｍ。
・図１７（５ｍｍ／ｓｅｃ相当の信号を付与）の例では、その差が３．４２ｕｍ。
・図１８（１０ｍｍ／ｓｅｃ相当の信号を付与）の例では、その差が２６．３８ｕｍ。
【００６７】
このように、５００ｕｍ／ｓｅｃ以下相当の信号を付与した例では、その差がサブミクロン程度しか生じないが、速度（目標速度Ｖｔ）が大きくなるに従ってその差が大きくなることが確認できる。そこで、これを抑えるために、目標速度Ｖｔによって停止距離Δｄを変えるという方法も考えられる。しかしながら、ステージ１２を顕微鏡用ステージとして使用しているときにステージ１２を高速で移動させる場合には、観察倍率を低くしないとステージ上の試料の動きを目視で確認することができないので、位置決め精度が低下しても使用者はそれを認識できない。従って、停止距離Δｄを固定としても不都合は生じない。また、使用者が微細な位置設定を行う際には、手動入力装置１５の回転つまみをゆっくり操作するので、必然的に目標速度Ｖｔも低い値となり細かい位置設定が可能となる。
【００６８】
図１９及び図２０は、使用者が手動入力装置１５の回転つまみを手で操作したときの、ステージ１２の目標位置Ｘｔとステージ位置とをプロットした結果を示す図である。
但し、図１９に示した結果は、ハンドルカウンタ２３の１カウントあたりの目標移動距離を０．１ｕｍとして得られたものであり、例えば、手動入力装置１５の回転つまみが１回転した場合には、その１回転がハンドルカウンタ２３の１０００カウントに対応することから、１００ｕｍの移動距離が指示されたことになる。また、図２０に示した結果は、それを１ｕｍとして得られたものであり、例えば、手動入力装置１５の回転つまみが１回転した場合には、１ｍｍの移動距離が指示されたことになる。
【００６９】
なお、図１９及び図２０の各図において、上段は、使用者の手動入力装置１５の操作による目標位置Ｘｔ（実線参照）と実際のステージ位置（破線参照）とをプロットしたものである。但し、説明の便宜のため、破線で示すステージ位置については、サンプリング間隔Ｔｓ（ここでは３０ｍｓｅｃ）分だけ前にずらして示している。なお、上段において、縦軸はステージ１２の位置を示し、横軸は時間を示す。下段は、目標位置Ｘｔとステージ位置との差をプロットしたものである。なお、下段において、縦軸はその差を示し、横軸は時間を示す。
【００７０】
図１９及び図２０に示したように、使用者の手動入力装置１５の操作に対して非常に良く追従していることが確認できる。また、手動入力装置１５の回転つまみが反転（右回転から左回転へ又は左回転から右回転へ反転）されたときに、一時的に目標位置Ｘｔが停止しているところでは（目標位置Ｘｔに変化が無いところでは）、目標位置Ｘｔとステージ位置との差が、図１９に示した結果では０．５ｕｍ以下、図２０に示した結果では５ｕｍ以下となっており、ほぼ目標位置Ｘｔ付近に到達していることが確認できる。
【００７１】
なお、この結果は、特に位置決めを意識せずに使用者が手動入力装置１５の回転つまみを手で大きく速く回転させた場合の結果であり、例えばステージ１２を顕微鏡用ステージとして使用した場合に実際に顕微鏡下で位置決めを行う際には、停止時の操作は更にゆっくりとしたものになる。
【００７２】
図２１及び図２２は、使用者のゆっくりとした操作に対する移動量を複数回測定したときの、その測定値の分布をヒストグラムとして示したものである。ここでは、そのゆっくりとした操作に対する移動量を確認するために、ハンドルカウンタ２３の１カウントあたりの目標移動距離を０．１ｕｍとした場合（図２１参照）と１ｕｍとした場合（図２２参照）のそれぞれの場合において、ハンドルカウンタ２４に１カウント相当の信号を入力したときのステージ１２の移動距離を４００回測定し、その分布をヒストグラムとして示している。また、それぞれの場合における、測定値の平均値と標準偏差は次のとおりである。
・図２１（目標移動距離：０．１ｕｍ）の場合、
平均値：０．１０１４ｕｍ、標準偏差：０．０１８４ｕｍである。
・図２２（目標移動距離：１ｕｍ）の場合、
平均値：１．０５１７ｕｍ、標準偏差：０．０２５２ｕｍである。
【００７３】
このように、手動入力装置１５の回転つまみをゆっくり操作した場合には、ほぼ設定した１カウント相当の移動量が得られていることが確認できる。
よって、図１９乃至図２２に示した測定結果から、手動入力装置１５を速く操作した場合には、その回転つまみの動きに対して素早い応答をし、且つ、ゆっくり操作した場合には、サブミクロンオーダーの高い位置決めが可能となることが確認できる。
【００７４】
以上のように、本実施例に係るステージ制御システムでは、所定のサンプリング間隔Ｔｓ毎に手動入力装置１５から出力される移動量信号を取り込み、ステージ１２の移動すべき目標位置Ｘｔとその位置までの目標移動距離Ｄとを算出する。そして、この目標移動距離Ｄをサンプリング間隔Ｔｓで割った値に係数α（但し、α＜１）を乗じたものをステージ１２の目標速度Ｖｔとして、速度制御によりステージ１２を移動させ、ステージ１２の位置が目標位置Ｘｔから別途定める誤差範囲内（停止距離Δｄ内）に入るか、又は、手動入力装置１５からの移動量信号が移動量０に相当する移動量信号となって一定時間が経過したら、超音波モータ１３の駆動を停止してステージ１２を停止させる。これにより、オーバーシュートを発生させること無く、目標位置Ｘｔ近傍でステージ１２を停止させることができる。
【００７５】
また、連続する複数のサンプリング間隔Ｔｓの時間に渡って手動入力装置１５の回転つまみの操作が続けられた場合に、係数αを１以上とすると、サンプリング間隔Ｔｓ内で目標位置Ｘｔに到達してしまうため、サンプリング間隔Ｔｓ毎にステージ１２の停止処理を行うことになり間欠的な動きになってしまう。そこで、本実施例に係るステージ制御システムでは、係数αを１未満とすることで、滑らかなステージ１２の移動を可能としている。
【００７６】
一方、手動入力装置１５の操作に対するステージ１２の追従性を重視すると、手動入力装置１５の操作停止が確認されたときに速やかにステージ１２も停止することが望ましい。しかしながら、本実施例に係るステージ制御システムでは、係数αを１未満としているため、サンプリング間隔Ｔｓの間にステージ１２が目標位置Ｘｔに到達することはなく、手動入力装置１５の操作停止が確認されたときにステージ１２を停止すると、目標位置Ｘｔとの誤差が大きくなってしまう。そこで、本実施例に係るステージ制御システムでは、次のサンプリング間隔Ｔｓの間だけ引き続きステージ１２を動かすことで、目標位置Ｘｔとの誤差を小さくすることを可能としている。
【００７７】
以上、本実施例に係るステージ制御システムによれば、超音波モータ１３を駆動源として用いる電動のステージ１２を手動入力装置１５を用いて操作する際に、手動ステージと同等の操作性を保ちつつ、且つ、手動での移動操作を確実に行うことができ、更に、停止時のオーバーシュートが無く、サブミクロンオーダーの優れた動作性能を実現することができる。よって、ステージ１２を顕微鏡用ステージとして使用した場合には、使用者が手動入力装置１５を介して試料上の観察視野を所望の位置へ正確に移動させること等が可能になる。
【００７８】
なお、本実施例に係るステージ制御システムにおいて、サンプリング間隔Ｔｓは０．０５秒以下、若しくは、より好ましくは０．０３秒以下とするのが好ましい。これにより、ステージ１２を顕微鏡用ステージとして使用したときに、目視による観察下でのぎくしゃくした動きを抑えることが可能になる。
【００７９】
また、本実施例に係るステージ制御システムでは、サンプリング間隔Ｔｓ毎に取り込まれた移動量信号が２回連続して０の移動量に対応する信号であった場合にステージ１２を停止させるように制御したが、それが３回以上連続して０の移動量に対応する信号であった場合にステージ１２を停止させるように制御するよう構成することも可能である。
【００８０】
また、本実施例に係るステージ制御システムにおいて、設定可能な目標移動距離Ｄの最小値をＤｍｉｎとするとき、即ち手動入力装置１５の回転つまみの最小操作量に対応するステージ１２の移動距離をＤｍｉｎとするとき、目標速度Ｖｔの下限値となる下限速度Ｖｍｉｎの値をＤｍｉｎ／Ｔｓより大きくすることで、その最小の移動距離Ｄｍｉｎを確実に移動させることが可能になる。
【００８１】
また、本実施例に係るステージ制御システムでは、手動入力装置１５として、回転つまみとロータリーエンコーダとを組み合わせたものを使用したが、同じくロータリーエンコーダを使用するマウスやトラックボール等のような他の手動の入力装置を使用することも可能である。
【００８２】
また、本実施例に係るステージ制御システムでは、手動入力装置１５からのインクリメンタル信号がステージ制御装置１６に入力され、それに基づいて演算部２４による目標位置Ｘｔの算出が行われるものであったが、使用者の手動操作に応じてステージ制御装置１６に入力される信号はインクリメンタル信号に限らず、その他の信号とすることも可能である。例えば、インクリメンタル信号の代わりに、直接、目標位置に関する信号をステージ制御装置１６に入力させるように構成することも可能である。この場合は、エンコーダ処理部２３の代わりにＲＳ−２３２ＣやＵＳＢ等のインターフェースをステージ制御装置１６に追加し、このインターフェースを介して目標位置に関する信号を取り込むように構成することも可能である。このように構成することで、ステージ１２を顕微鏡用ステージとして使用する場合には、試料を撮影するためのカメラ装置とタッチパネルディスプレイ装置とを組み合わせて、試料の映像をタッチパネルディスプレイ装置に表示し、これに使用者がタッチすることで操作したり、或いは、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）と接続して、ＰＣのＧＵＩ（グラフィカルユーザーインターフェース）の画面上に仮想的な操作部を配置して、ステージ１２を動作させたりすることも可能である。ここで、タッチパネルディスプレイ装置やＰＣは、ステージ１２を手動操作に応じて移動させる際の目標位置を受け付け、当該目標位置に関する目標位置信号を出力する受付手段の一例である。
【００８３】
なお、このように、使用者の手動操作に応じた目標位置に関する信号がステージ制御装置１６に入力されるように構成した場合、演算部２４は、内蔵メモリ２４ａに格納されているステージ制御プログラムの実行により、少なくとも次のような手段及び機能を実現するように構成される。つまり、ステージ１２を手動操作に応じて移動させる際の目標位置に関する目標位置信号を所定のサンプリング間隔Ｔｓ毎に取り込む目標位置信号取込手段及びその機能と、その取り込みと同期して当該取り込み時点におけるステージ１２の位置に関するステージ位置信号を取り込むこと、及び、任意の時点におけるステージ１２の位置に関するステージ位置信号を取り込むこと、を行う位置信号取込手段及びその機能と、取り込まれた目標位置信号をステージ１２の目標位置Ｘｔに換算する目標位置換算手段及びその機能と、換算された目標位置Ｘｔと、当該目標位置Ｘｔの換算で使用された目標位置信号が取り込まれた時点において取り込まれたステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘｓとの差からステージ１２の目標移動距離Ｄを算出する目標移動距離算出手段及びその機能と、サンプリング間隔Ｔｓ、目標移動距離Ｄ、及び係数α（但し、α＜１）を用いて、ステージ１２の目標速度Ｖｔを、Ｖｔ＝α・Ｄ／Ｔｓという式により、算出する目標速度算出手段及びその機能と、算出された目標速度Ｖｔでステージ１２を移動させるようにステージ１２の速度制御を行う速度制御手段及びその機能と、任意の時点において取り込まれたステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘａと、当該時点における目標位置Ｘｔとを比較する位置比較手段及びその機能と、その比較の結果、比較されたステージ位置Ｘａ及び目標位置Ｘｔと、所定の停止距離Δｄとの間で、｜Ｘｔ−Ｘａ｜＜Δｄという条件式が成立した場合、又は、サンプリング間隔Ｔｓ毎に取り込まれた目標位置信号が所定数回連続して同じ位置に対応する信号であった場合に、ステージ１２を停止させるようにステージ１２の速度制御を行い、ステージ１２が停止した時点におけるステージ位置信号を取り込み、更に、当該時点における目標位置Ｘｔを、停止した時点におけるステージ位置信号に対応するステージ位置として、当該目標位置Ｘｔを更新する手段及びその機能である。
【００８４】
また、このような構成では、演算部２４が内蔵メモリ２４ａに格納されているステージ制御プログラムの実行により、少なくとも次のような動作が行われる。つまり、サンプリング間隔Ｔｓ毎に、超音波モータ１３を駆動源とするステージ１２を手動操作に応じて移動させる際の目標位置に関する目標位置信号を取り込むこと、その取り込みと同期して当該取り込み時点におけるステージ１２の位置に関するステージ位置信号を取り込むこと、その取り込まれた目標位置信号をステージ１２の目標位置Ｘｔに換算すること、その換算された目標位置Ｘｔと、当該目標位置Ｘｔの換算で使用された目標位置信号が取り込まれた時点において取り込まれたステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘｓとの差からステージ１２の目標移動距離Ｄを算出すること、サンプリング間隔Ｔｓ、目標移動距離Ｄ、及び係数α（但し、α＜１）を用いて、ステージ１２の目標速度Ｖｔを、Ｖｔ＝α・Ｄ／Ｔｓという式により算出すること、その算出された目標速度Ｖｔでステージ１２を移動させるようにステージ１２の速度制御を行うこと、を繰り返す。そして、任意の時点において、ステージ１２の位置に関するステージ位置信号を取り込み、当該ステージ位置信号に対応するステージ位置Ｘａと当該時点における目標位置Ｘｔとを比較した結果、比較されたステージ位置Ｘａ及び目標位置Ｘｔと、所定の停止距離Δｄとの間で、｜Ｘｔ−Ｘａ｜＜Δｄという条件式が成立した場合、又は、サンプリング間隔Ｔｓ毎に取り込まれた目標位置信号が所定数回連続して同じ位置に対応する信号であった場合に、ステージ１２を停止させるようにステージ１２の速度制御を行い、ステージ１２が停止した時点における当該ステージの位置に関するステージ位置信号を取り込み、当該時点における目標位置Ｘｔを、停止した時点におけるステージ位置信号に対応するステージ位置として、当該目標位置Ｘｔを更新する。
【００８５】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は、上述した実施例に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１１    固定台
１２    ステージ
１３    超音波モータ
１４    リニアエンコーダ
１５    手動入力装置
１６    ステージ制御装置
２１    超音波モータ駆動回路
２２    エンコーダ処理部
２３    ハンドルカウンタ
２４    演算部
２４ａ  内蔵メモリ
３１    実線
３２    一点鎖線
３３    点線
【図７】
0005466965.tif 000002
【図８】
0005466965.tif 000003
【図９】
0005466965.tif 000004
【図１０】
0005466965.tif 000005
【図１１】
0005466965.tif 000006
【図１】
0005466965.tif 000007
【図２】
0005466965.tif 000008
【図３】
0005466965.tif 000009
【図４】
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【図５】
0005466965.tif 000011
【図６】
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【図１２】
0005466965.tif 000013
【図１３】
0005466965.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0005466965.tif 000018
【図１８】
0005466965.tif 000019
【図１９】
0005466965.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
0005466965.tif 000022
【図２２】
0005466965.tif 000023
【図２３】
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