JP2000098257A - Stage for microscope - Google Patents

Stage for microscope

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JP2000098257A
JP2000098257A JP10270162A JP27016298A JP2000098257A JP 2000098257 A JP2000098257 A JP 2000098257A JP 10270162 A JP10270162 A JP 10270162A JP 27016298 A JP27016298 A JP 27016298A JP 2000098257 A JP2000098257 A JP 2000098257A
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drive
linear motor
link
ultrasonic linear
movable
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Takeshi Warabe
毅 童
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stage for a microscope of a flat parallel link type which has a compact structure and of which the moving capability has at three degrees of freedom. SOLUTION: This stage has a rectilinear actuator 12 which moves a movable member 16 relatively to a base 11 by means of respectively at least three drive links 12 and movable links 14 to rectilinearly move the drive links 12b and is mounted at the base surface of the base 11 in parallel therewith or with inclination therewith and a control means which controls the rectilinear actuator 12 by detecting the position and speed of the drive links 12b.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、パラレルリンク機
構を用いた顕微鏡用ステージに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microscope stage using a parallel link mechanism.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、パラレルリンク機構には、図6に
示すように、スチュアート・プラットフォーム方式とし
てよく知られたものがある。図6において、上部の可動
板101と下部の固定板102とは、流体圧シリンダな
どのアクチュエータ103により伸縮自在にした6本の
リンク104により連結されている。アクチュエータ1
03と固定板102とはボールジョイント105aによ
り連結されている。また、リンク104と可動板101
とはボールジョイント105bにより連結されている。
各リンク104は、アクチュエータ103の伸縮動作に
伴い、そのストロークを変化させる。各リンク104の
ストロークを協調して制御することにより、可動板10
1が固定板102に対して「並進3自由度」、「回転3
自由度」の計6自由度の相対運動が行えるものとなって
いる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in FIG. 6, there is a well-known parallel link mechanism as a Stuart platform system. In FIG. 6, an upper movable plate 101 and a lower fixed plate 102 are connected by six links 104 which can be extended and contracted by an actuator 103 such as a fluid pressure cylinder. Actuator 1
03 and the fixed plate 102 are connected by a ball joint 105a. Also, the link 104 and the movable plate 101
Are connected by a ball joint 105b.
Each link 104 changes its stroke as the actuator 103 expands and contracts. By controlling the stroke of each link 104 in a coordinated manner, the movable plate 10
1 is “translation 3 degrees of freedom”, “rotation 3
6 degrees of freedom in total.

【0003】また、特開平7−60678号公報(新日
本製鉄)および特開平7−116983号公報(東芝機
械)にて開示された「パラレルリンク・マニプレータ」
は、上記スチュアート・プラットフォーム方式のパラレ
ルリンク機構の改良型であり、上部の可動板と下部の固
定板との間に6本の伸縮自在なリンクが配置されてい
る。そして、リンクの伸縮の駆動手段としては、回転モ
ータ、減速機、ボールネジ、ラックおよびピニオンから
なる回転−直線変換機構が用いられている。
A "parallel link manipulator" disclosed in JP-A-7-60678 (Nippon Steel Corporation) and JP-A-7-116983 (Toshiba Machine)
Is an improved version of the Stuart platform type parallel link mechanism, in which six telescopic links are arranged between an upper movable plate and a lower fixed plate. As the link expansion / contraction drive means, a rotation / linear conversion mechanism including a rotary motor, a speed reducer, a ball screw, a rack, and a pinion is used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかるに、顕微鏡用ス
テージでは、対物レンズが接近するため、ステージの垂
直方向の寸法に制限がある。上記従来のパラレルリンク
機構の構成では、6基のアクチュエータおよびリンク
が、固定板に対してほぼ垂直方向に配設されているた
め、顕微鏡用ステージに適用した場合、ステージ全体を
薄くすることができないという問題点があった。また、
アクチュエータ自体が動いたり、リンクそのものが大型
化し、さらに、回転モータを用いた場合には、減速機や
回転−直線変換機構を使用するため、装置全体が大型に
なるという問題点もあった。
However, in the microscope stage, the size of the stage in the vertical direction is limited due to the approach of the objective lens. In the configuration of the above-described conventional parallel link mechanism, since six actuators and links are arranged in a direction substantially perpendicular to the fixed plate, the entire stage cannot be thinned when applied to a microscope stage. There was a problem. Also,
When the actuator itself moves, the link itself becomes large, and when a rotary motor is used, there is a problem that the entire device becomes large because a reduction gear and a rotation-linear conversion mechanism are used.

【0005】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、請求項1、2または3に係る発明の課題
は、コンパクトな構造で、かつ運動能力が少なくとも3
自由度を有する偏平なパラレルリンク型の顕微鏡用ステ
ージを提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention according to claims 1, 2 and 3 is to have a compact structure and at least 3 athletic abilities.
An object of the present invention is to provide a flat parallel link microscope stage having a degree of freedom.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1、2または3に係る発明は、それぞれ少な
くとも3本の駆動リンクと可動リンクとによって、基台
に対して可動部材を相対的に移動する顕微鏡用ステージ
において、前記駆動リンクを直進運動させ前記基台の底
面に対して平行またはやや傾斜して取着した直進アクチ
ュエータと、前記駆動リンクの位置および速度を検出し
て前記直進アクチュエータを制御する制御手段とを備え
た。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1, 2 or 3 has a structure in which a movable member is attached to a base by at least three drive links and movable links. In the stage for the microscope that moves relatively, the drive link is moved in a straight line to move the drive link in parallel or slightly inclined to the bottom surface of the base, and the position and speed of the drive link are detected. Control means for controlling the linear actuator.

【0007】請求項1、2または3に係る発明の顕微鏡
用ステージでは、駆動リンクを直進運動させ基台の底面
に対してやや傾斜して取着した直進アクチュエータと、
駆動リンクの位置および速度を検出して直進アクチュエ
ータを制御する制御手段とを備えたことにより、平行ま
たはやや傾斜して取着した直進アクチュエータがステー
ジの高さを低くさせ、制御手段が駆動リンクの直進運動
を制御する。
In the microscope stage according to the first, second, or third aspect of the present invention, a linear actuator which linearly moves a drive link and is attached at a slight inclination to the bottom surface of the base;
Control means for detecting the position and speed of the drive link to control the linear actuator, so that the linear actuator mounted parallel or slightly inclined lowers the height of the stage, and the control means Controls linear motion.

【0008】請求項2または3に係る発明の顕微鏡用ス
テージでは、上記作用に加え、直進アクチュエータに超
音波リニアモータを用い、該超音波リニアモータの本体
を前記基台に固定し、超音波リニアモータのスライダを
駆動リンクとして可動リンクの基端に連結し、可動リン
クの先端を可動部材に連結したことにより、超音波リニ
アモータのスライダが可動リンクを動かし、可動リンク
が可動部材を移動させる。
In the microscope stage according to the second or third aspect of the present invention, in addition to the above-described operation, an ultrasonic linear motor is used for a linear actuator, and the main body of the ultrasonic linear motor is fixed to the base. By connecting the slider of the motor as a drive link to the base end of the movable link and connecting the distal end of the movable link to the movable member, the slider of the ultrasonic linear motor moves the movable link, and the movable link moves the movable member.

【0009】請求項3に係る発明の顕微鏡用ステージで
は、上記作用に加え、制御手段は、軌道指令生成部、逆
運動学演算部、位置比較器、各軸間補間演算部、速度比
較器、駆動周波数制御部、駆動波形作成部、駆動信号振
幅制御部、乗算器、移相器、およびアンプを備え、超音
波リニアモータの駆動信号の波形および周波数または振
幅を可変制御するものであることにより、超音波リニア
モータのスライダの変位および速度を自在に制御する。
In the microscope stage according to the third aspect of the present invention, in addition to the above operation, the control means includes a trajectory command generation unit, an inverse kinematics operation unit, a position comparator, an inter-axis interpolation operation unit, a speed comparator, A drive frequency control unit, a drive waveform creation unit, a drive signal amplitude control unit, a multiplier, a phase shifter, and an amplifier, which variably control the waveform and frequency or amplitude of the drive signal of the ultrasonic linear motor. And the displacement and speed of the slider of the ultrasonic linear motor are freely controlled.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態で説明するパ
ラレルリンク型の顕微鏡用ステージは、6本の伸縮自在
な駆動リンクと、6本の固定した長さの可動リンクとを
有する。しかし、6本という本数は好ましい要件ではあ
るが、必須の要件ではなく3本であってもよい。ただ
し、自由度は制約され、6自由度から3自由度となり、
特定の用途向けとなる。直進アクチュエータには、小型
超音波リニアモータが用いられ、伸縮自在な駆動リンク
として、小型超音波リニアモータのスライダが用いられ
ている。小型超音波リニアモータは、基台の底面に対し
て平行または0度〜45度、望ましくは30度に傾斜し
て取着されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A microscope stage of a parallel link type described in an embodiment of the present invention has six telescopic drive links and six fixed length movable links. However, although the number of six is a preferable requirement, it is not an essential requirement and may be three. However, the degree of freedom is restricted, and from 6 degrees of freedom to 3 degrees of freedom,
For specific applications. A small ultrasonic linear motor is used for the linear actuator, and a slider of the small ultrasonic linear motor is used as a telescopic drive link. The small ultrasonic linear motor is mounted parallel or at an angle of 0 to 45 degrees, preferably 30 degrees with respect to the bottom surface of the base.

【0011】小型超音波リニアモータを基台の底面に対
して0度〜45度傾斜して取着することにより、機構を
偏平化し、ステージ全体の高さを小さくすることができ
る。また、小型超音波リニアモータを用いることによ
り、減速機等の回転−直線変換機構が一切不要となり、
顕微鏡用ステージをコンパクトな構造にすることができ
る。以下、具体的な実施の形態について説明する。
By mounting the small ultrasonic linear motor at an angle of 0 to 45 degrees with respect to the bottom of the base, the mechanism can be flattened and the height of the entire stage can be reduced. In addition, the use of a small ultrasonic linear motor eliminates the need for a rotation-linear conversion mechanism such as a reduction gear at all.
The microscope stage can have a compact structure. Hereinafter, specific embodiments will be described.

【0012】(実施の形態1)図1〜図4は実施の形態
1を示し、図1は顕微鏡用ステージの本体の斜視図、図
2は超音波リニアモータの位置および速度の検出装置の
構成図、図3は顕微鏡用ステージの制御系のブロック
図、図4は顕微鏡用ステージの空間ベクトルを示す斜視
図、図5は超音波リニアモータの速度−駆動周波数特性
図である。
(Embodiment 1) FIGS. 1 to 4 show Embodiment 1, FIG. 1 is a perspective view of a main body of a microscope stage, and FIG. 2 is a configuration of a position and speed detecting device of an ultrasonic linear motor. FIG. 3 is a block diagram of a control system of the microscope stage, FIG. 4 is a perspective view showing a space vector of the microscope stage, and FIG. 5 is a speed-drive frequency characteristic diagram of the ultrasonic linear motor.

【0013】図1において、顕微鏡用ステージの本体1
には、基台11の上面に、基台11の中心軸周りの円周
上に2基を一組として計6基の超音波リニアモータ12
が、120度の等間隔に配設されている。超音波リニア
モータ12はモータ本体12aとスライダ12bとから
なり、駆動リンクとしてのスライダ12bはモータ本体
12aに対して前後に直進駆動される。モータ本体12
aは基台11の底面に対して傾斜角αをなして取着され
ている。傾斜角αは0度〜45度に設定される。この傾
斜角αは、傾斜角調整機構を設けて、その上にモータ本
体12aを取着し、可変にしてもよい。超音波リニアモ
ータ12のスライダ12bの先端は、ボールジョイント
からなる下ジョイント13を介して長さが一定の可動リ
ンク14の基端に連結され、可動リンク14の先端は、
同様にボールジョイントからなる上ジョイント15を介
して可動部材16に連結されている。
In FIG. 1, a main body 1 of a microscope stage is shown.
On the upper surface of the base 11, there are a total of six ultrasonic linear motors 12 as a set of two on a circumference around the central axis of the base 11.
Are arranged at equal intervals of 120 degrees. The ultrasonic linear motor 12 includes a motor body 12a and a slider 12b, and the slider 12b as a drive link is driven straight forward and backward with respect to the motor body 12a. Motor body 12
a is attached to the bottom surface of the base 11 at an inclination angle α. The inclination angle α is set to 0 degree to 45 degrees. The tilt angle α may be variable by providing a tilt angle adjusting mechanism, mounting the motor body 12a thereon. The distal end of the slider 12b of the ultrasonic linear motor 12 is connected to the base end of a movable link 14 having a fixed length via a lower joint 13 formed of a ball joint.
Similarly, it is connected to a movable member 16 via an upper joint 15 composed of a ball joint.

【0014】図2に示すように、超音波リニアモータ1
2のモータ本体12aには、光学スケール17が固着さ
れている。この光学スケール17に対向して、光学式変
位センサ18(図2参照)のセンサヘッド18aがセン
サヘッド調整機構19を介して超音波リニアモータ12
のスライダ12bに取着されている。センサヘッド調整
機構19は、光学スケール17に対して一定の角度を保
ち、センサヘッド18aの出射光が光学スケール17上
に焦点を結ぶように、光学スケール17とセンサヘッド
18aとの間隔および位置を自由に調整することができ
るようになっている。この光学式変位センサ18は、超
音波リニアモータ12のスライダ12bのストローク変
化(位置および速度)を検出して、顕微鏡用ステージの
制御手段としての制御系2(図3参照)にその信号を入
力する。
As shown in FIG. 2, the ultrasonic linear motor 1
The optical scale 17 is fixed to the second motor body 12a. Opposite to the optical scale 17, a sensor head 18 a of an optical displacement sensor 18 (see FIG. 2) is connected to the ultrasonic linear motor 12 via a sensor head adjusting mechanism 19.
Is attached to the slider 12b. The sensor head adjusting mechanism 19 keeps a constant angle with respect to the optical scale 17 and adjusts the distance and position between the optical scale 17 and the sensor head 18a so that the light emitted from the sensor head 18a is focused on the optical scale 17. It can be adjusted freely. The optical displacement sensor 18 detects a change in stroke (position and speed) of the slider 12b of the ultrasonic linear motor 12, and inputs the signal to a control system 2 (see FIG. 3) as control means for the microscope stage. I do.

【0015】図3に示すように、顕微鏡用ステージの制
御系2は、軌道指令生成部21と、逆運動学演算部22
と、位置比較器23と、各軸間補間演算部24と、速度
比較器25と、駆動周波数演算部26と、駆動波形作成
部27と、駆動信号振幅制御部28と、乗算器29と、
移相器30と、アンプa31と、アンプb32と、本体
1の超音波リニアモータ12に付設された光学式変位セ
ンサ18の位置検出部18bおよび速度検出部18cと
から構成されている。なお、図3では、1基の超音波リ
ニアモータを制御する制御系の構成を示しているが、他
の5基の超音波リニアモータの制御系も同一の構成とな
っている。
As shown in FIG. 3, the control system 2 for the microscope stage includes a trajectory command generator 21 and an inverse kinematics calculator 22.
A position comparator 23, an inter-axis interpolation calculator 24, a speed comparator 25, a drive frequency calculator 26, a drive waveform generator 27, a drive signal amplitude controller 28, a multiplier 29,
It comprises a phase shifter 30, an amplifier a31, an amplifier b32, and a position detector 18b and a speed detector 18c of the optical displacement sensor 18 attached to the ultrasonic linear motor 12 of the main body 1. Although FIG. 3 shows the configuration of a control system for controlling one ultrasonic linear motor, the control system of the other five ultrasonic linear motors has the same configuration.

【0016】パラレルリンク型の顕微鏡用ステージの作
動時に、超音波リニアモータ12を制御するためには、
逆運動学の計算を必要とする。上記構成の顕微鏡用ステ
ージの場合、超音波リニアモータ12の制御量は、図4
に示す空間ベクトル図を用いて幾何的に求められる。計
算方法を以下に示す。空間ベクトル図から以下の関係が
成立する。 ki i =p+Rphi −pbi (1) ki i =Li i +czi (2) 式(1)(2)の関係から、
In order to control the ultrasonic linear motor 12 when operating the parallel link type microscope stage,
Inverse kinematics calculations are required. In the case of the microscope stage having the above configuration, the control amount of the ultrasonic linear motor 12 is as shown in FIG.
Is obtained geometrically using the space vector diagram shown in FIG. The calculation method is shown below. The following relationship is established from the space vector diagram. k i w i = p + Rph i -pb i (1) k i w i = L i a i + cz i (2) the formula from the relationship of (1) (2),

【0017】[0017]

【数1】 (Equation 1)

【0018】ここで、 R :姿勢指令への回転変換行列## EQU1 ## where: R is a rotation conversion matrix to a posture command

【0019】[0019]

【数2】 (Equation 2)

【0020】p :位置指令を含む可動部材の中心位
置 phi :可動部材と各可動リンクの結合点を可動部材座
標で表した空間位置ベクトル(iは、可動リンクの順番
1〜6) pbi :超音波リニアモータのスライダが一番下に位置
する時、スライダと各可動リンクとの結合点を基台座標
で表した空間位置ベクトル c :各可動リンクの長さ ki :上ジョイントと下ジョイントとの間の距離 ai :各超音波リニアモータのスライダの単位方向ベ
クトル wi :上ジョイントと下ジョイントとの間の単位方向
ベクトル zi :各可動リンクの単位方向ベクトル lmax :超音波リニアモータのスライダの最大移動距離 α :超音波リニアモータの傾斜角度 Li :超音波リニアモータのスライダの制御量、得ら
れたLi の値は0≦Li ≦lmax ・ :ベクトルの内積
P: the center position of the movable member including the position command ph i : a spatial position vector representing the connection point of the movable member and each movable link in the movable member coordinates (i is the order of the movable links 1 to 6) pb i : When the slider of the ultrasonic linear motor is located at the bottom, a spatial position vector expressing the connection point between the slider and each movable link in base coordinates c: Length of each movable link ki : Upper joint and lower Distance between joints a i : unit direction vector of slider of each ultrasonic linear motor w i : unit direction vector between upper joint and lower joint z i : unit direction vector of each movable link l max : ultrasonic wave maximum travel distance of the linear motor slider alpha: ultrasonic linear motor of the tilt angle L i: control of the slider of the ultrasonic linear motor, the obtained value of L i 0 ≦ L i ≦ l max ·: vector Le of the inner product

【0021】逆運動学によって求められる顕微鏡用ステ
ージの制御量は、2次式で表示される。この機構の場
合、2次式が示すように、解が2つとも有効である場合
が存在する。解の判別式や超音波リニアモータのスライ
ダの最大移動距離などで制限しても解が2つになる場合
は、どちらの解も成立するが、連続性や特異点通過の問
題があるため、物理的な制限により一方の解に限定する
必要がある。上記顕微鏡用ステージの制御は、逆運動学
を用いて目標とする可動部材の位置・姿勢に対する各超
音波リニアモータの運動を求め、それを基に各超音波リ
ニアモータを制御するという方法を用いる。
The control amount of the microscope stage obtained by inverse kinematics is expressed by a quadratic expression. In the case of this mechanism, there are cases where both solutions are valid, as shown by the quadratic equation. If there are two solutions even if limited by the discriminant of the solution or the maximum moving distance of the slider of the ultrasonic linear motor, both solutions are valid, but there are problems of continuity and singularity passing, Due to physical limitations, it is necessary to limit to one solution. The control of the microscope stage uses a method of obtaining the motion of each ultrasonic linear motor with respect to the target position / posture of the movable member using inverse kinematics, and controlling each ultrasonic linear motor based on the motion. .

【0022】つぎに、上記構成の顕微鏡用ステージの動
作について説明する。図3において、軌道指令生成部2
1から可動部材16の位置指令と姿勢指令とを逆運動学
演算部22に与え、逆運動学演算部22でロボット工学
の逆運動学より各駆動リンク(超音波リニアモータ12
のスライダ12b)の目標とする長さ(スライダ12b
の移動距離)を計算し、6基の超音波リニアモータ12
への指令値Li * (i=1〜6)を求める。逆運動学演
算部22で式(3)を用いて計算した6基の超音波リニ
アモータ12への指令値Li * (i=1〜6)を位置比
較器23に与える。位置比較器23では、逆運動学演算
部22からの指令値Li * と、超音波リニアモータ12
の光学式変位センサ18の位置検出部18bから検出さ
れた実際のスライダ12bの伸縮距離Li (i=1〜
6)とを比較し、その偏差信号ΔL i を各軸間補間演算
部24に入力する。各軸間補間演算部24では、各超音
波リニアモータ12のスライダ12bの速度を制御する
ため、下記の式(4)で計算されたスライダ12bへの
速度指令値vi * を演算して、速度比較器25に入力す
る。
Next, the operation of the microscope stage having the above configuration will be described.
The work will be described. In FIG. 3, the trajectory command generation unit 2
Inverse kinematics of position command and posture command of movable member 16 from 1
Provided to the operation unit 22, and the inverse kinematics operation unit 22
Each drive link (ultrasonic linear motor 12
Length of the slider 12b) (slider 12b)
Of the ultrasonic linear motors 12
Command value Li *(I = 1 to 6). Reverse kinematics performance
Calculation unit 22 calculates six ultrasonic linear motions using equation (3).
Command value L to the motor 12i *(I = 1 to 6) is the position ratio
To the comparator 23. In the position comparator 23, an inverse kinematics operation is performed.
Command value L from unit 22i *And the ultrasonic linear motor 12
Is detected from the position detector 18b of the optical displacement sensor 18 of FIG.
The actual expansion / contraction distance L of the slider 12bi(I = 1 ~
6) and the deviation signal ΔL iIs interpolated between each axis
Input to the section 24. In each inter-axis interpolation calculation unit 24, each supersonic
The speed of the slider 12b of the wave linear motor 12
Therefore, the slider 12b calculated by the following equation (4)
Speed command value vi *And input to the speed comparator 25.
You.

【0023】[0023]

【数3】 (Equation 3)

【0024】ここで、 vmax :超音波リニアモータの最大速度 max(ΔLi ) :各制御周期毎の偏差信号ΔLi の最大値 速度比較器25では、式(4)で求められた6基の超音
波リニアモータ12の速度指令値vi * と、超音波リニ
アモータ12の光学式変位センサ18の速度検出部18
cで検出された実際のスライダ12bの速度vi とを比
較し、その偏差信号Δvi を周波数制御部26と駆動信
号振幅制御部28とに入力する。
Here, v max : the maximum speed of the ultrasonic linear motor max (ΔL i ): the maximum value of the deviation signal ΔL i for each control cycle The speed comparator 25 calculates the six signals obtained by the equation (4). The speed command value v i * of the ultrasonic linear motor 12 and the speed detector 18 of the optical displacement sensor 18 of the ultrasonic linear motor 12
comparing the velocity v i of the actual slider 12b which is detected by c, inputs the deviation signal Delta] v i to a frequency control unit 26 and the drive signal amplitude control section 28.

【0025】周波数制御部26では、駆動周波数fi
作成する。図5に示すように、超音波リニアモータ12
の速度vは、共振周波数f0 より小さい側では、速度変
化が急激であるため、ここで、共振周波数f0 より高い
駆動周波数fi を使用する。超音波リニアモータ12の
共振周波数f0 を境にして、超音波リニアモータ12の
速度を増加させるには、駆動周波数fi を共振周波数f
0 或いはf0 の近くに設定する。超音波リニアモータ1
2の速度を減少させる場合は、駆動周波数fiを共振周
波数f0 から遠く設定する。設定された駆動周波数fi
が駆動波形作成部27に入力される。
[0025] The frequency controller 26 generates a drive frequency f i. As shown in FIG.
Velocity v, in the resonance frequency f 0 is less than the side, the velocity change is abrupt, wherein, using a higher than the resonance frequency f 0 driving frequency f i. And the resonance frequency f 0 of the ultrasonic linear motor 12 as a boundary, in order to increase the speed of the ultrasonic linear motor 12, the driving frequency f i the resonance frequency f
0 or set near f 0 . Ultrasonic linear motor 1
When decreasing the second velocity is set farther the driving frequency f i from the resonance frequency f 0. Set drive frequency f i
Is input to the drive waveform creation unit 27.

【0026】駆動波形作成部27では、周波数制御部2
6から入力された駆動周波数fi を有する駆動波形を合
成する。駆動波形が正弦波波形か、パルス波形か、また
は正弦波とパルスとが組み合わされた包絡線波形かを決
定する。例えば、微動時または遅い速度が要求される場
合には、包絡線波形駆動を行い、粗動時または速い速度
が要求される場合には、連続正弦波波形駆動を行う。合
成した駆動波形信号u i は乗算器29に出力する。
The drive waveform generator 27 includes a frequency controller 2
Drive frequency f input from 6iDrive waveforms
To achieve. Whether the drive waveform is sinusoidal or pulsed,
Determines whether the waveform is an envelope waveform that combines a sine wave and a pulse.
Set. For example, during fine movement or when a slow speed is required
In this case, the envelope waveform drive is performed.
Is required, a continuous sinusoidal waveform drive is performed. Combination
The generated drive waveform signal u iIs output to the multiplier 29.

【0027】速度比較器25から偏差信号Δvi を入力
されるもう一方の駆動信号振幅制御部28では、超音波
リニアモータ12の駆動信号ui の振幅Ai を決定す
る。例えば、超音波リニアモータ12の駆動周波数fi
を変えて、速度制御を行う場合には、振幅Ai を一定に
保ったまま、乗算器29に出力する。一方、周波数制御
部26からの駆動周波数fi を一定にして、駆動電圧の
大きさすなわち、振幅A i のみを変えて超音波リニアモ
ータの速度制御を行う場合には、下記の式(5)によ
り、比例積分演算を行い、駆動波形信号ui の振幅Ai
を作成し、乗算器29へ出力する。 Ai =(Kp +Ki /s)*Δvi (s) (5) ここで、 Ai :駆動信号の振幅 Kp :比例ゲイン Ki :s域上の積分ゲイン
The deviation signal Δv from the speed comparator 25iEnter
In the other drive signal amplitude control unit 28 to be
Drive signal u of linear motor 12iAmplitude A ofiDetermine
You. For example, the driving frequency f of the ultrasonic linear motor 12i
When speed control is performed by changingiConstant
The signal is output to the multiplier 29 while being kept. Meanwhile, frequency control
Drive frequency f from unit 26iAnd keep the drive voltage
Magnitude, that is, amplitude A iOnly change the ultrasonic linear model
When controlling the speed of the motor, the following equation (5) is used.
And performs a proportional-integral operation to obtain the drive waveform signal uiAmplitude A ofi
Is generated and output to the multiplier 29. Ai= (Kp+ Ki/ S) * Δvi(S) (5) where Ai: Amplitude of drive signal Kp: Proportional gain Ki: Integral gain on s range

【0028】乗算器29では、駆動波形作成部27から
出力された駆動波形信号ui と駆動信号振幅制御部28
からの出力された振幅Ai とを乗算して、駆動信号Ui
を合成し、出力する。乗算器29からの駆動信号Ui
移相器30とアンプa31とに入力される。移相器30
は、駆動信号Ui の位相を±90°移相することができ
るもので、乗算器29からの駆動信号Ui は、移相器3
0を経て、±90°ずれた信号に変わりアンプb32に
入力される。アンプaから出力される信号uaiとアンプ
bから出力される信号ubiとは、互いに90度ずれた信
号であり、この互いに90度ずれた信号uaiと信号ubi
とが、超音波リニアモータ12に印加され、所要の変位
と速度で超音波リニアモータ12を駆動し、スライダ1
2bの変位と移動速度とを制御する。
The multiplier In 29, a drive waveform signal u i output from the drive waveform creation unit 27 a drive signal amplitude control section 28
An output amplitude A i from by multiplying the drive signal U i
Are combined and output. The drive signal U i from the multiplier 29 is input to the phase shifter 30 and the amplifier a31. Phase shifter 30
Can shift the phase of the drive signal U i by ± 90 °, and the drive signal U i from the multiplier 29 is
After passing through 0, the signal is shifted by ± 90 ° and input to the amplifier b32. The signal u ai output from the amplifier a and the signal u bi output from the amplifier b are signals shifted from each other by 90 degrees, and the signal u ai and the signal u bi shifted from each other by 90 degrees.
Is applied to the ultrasonic linear motor 12 to drive the ultrasonic linear motor 12 at a required displacement and speed.
2b is controlled.

【0029】上記顕微鏡ステージの構成および動作で説
明したように、6基の超音波リニアモータのスライダの
変位と速度とを同時に且つ協調的に制御することによっ
て、3次元空間で、可動部材の方向と角度とを自由自在
に制御することができる。
As described in the configuration and operation of the microscope stage, by simultaneously and cooperatively controlling the displacement and the speed of the sliders of the six ultrasonic linear motors, the direction of the movable member in the three-dimensional space is controlled. And the angle can be controlled freely.

【0030】本実施の形態によれば、コンパクトな構造
で、かつ運動能力が6自由度を有する偏平なパラレルリ
ンク型の顕微鏡用ステージを得ることができる。
According to the present embodiment, it is possible to obtain a flat parallel-link type microscope stage having a compact structure and a six-degree-of-freedom exercise capability.

【0031】本実施の形態では、超音波リニアモータの
スライダの位置および速度の検出に光学式変位センサを
用いたが、これに替えて、磁気センサを用いても良い。
In this embodiment, the optical displacement sensor is used for detecting the position and speed of the slider of the ultrasonic linear motor, but a magnetic sensor may be used instead.

【0032】[0032]

【発明の効果】請求項1、2または3に係る発明によれ
ば、平行またはやや傾斜して取着した直進アクチュエー
タがステージの高さを低くさせ、制御手段が駆動リンク
の直進運動を制御するので、コンパクトな構造で、かつ
運動能力が少なくとも3自由度を有する偏平なパラレル
リンク型の顕微鏡用ステージを得ることができる。
According to the first, second or third aspect of the present invention, the linear actuator mounted parallel or slightly inclined lowers the height of the stage, and the control means controls the linear movement of the drive link. Therefore, it is possible to obtain a flat parallel link type microscope stage having a compact structure and at least three degrees of freedom in athletic ability.

【0033】請求項2または3に係る発明によれば、上
記効果に加え、超音波リニアモータのスライダが可動リ
ンクを動かし、可動リンクが可動部材を移動させるの
で、基台に対する可動部材の位置と姿勢を自由自在に変
化させることができる。
According to the second or third aspect of the present invention, in addition to the above effects, the slider of the ultrasonic linear motor moves the movable link, and the movable link moves the movable member. The posture can be freely changed.

【0034】請求項3に係る発明によれば、上記効果に
加え、超音波リニアモータのスライダの変位および速度
を自在に制御するので、可動部材の位置と姿勢とを所望
の位置および姿勢に変化させることができる。
According to the third aspect of the invention, in addition to the above effects, the displacement and speed of the slider of the ultrasonic linear motor are freely controlled, so that the position and posture of the movable member are changed to desired positions and postures. Can be done.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施の形態1の顕微鏡用ステージの本体の斜視
図である。
FIG. 1 is a perspective view of a main body of a microscope stage according to a first embodiment.

【図2】実施の形態1の超音波リニアモータの位置およ
び速度の検出装置の構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of a position and speed detection device of the ultrasonic linear motor according to the first embodiment.

【図3】実施の形態1の顕微鏡用ステージの制御系のブ
ロック図である。
FIG. 3 is a block diagram of a control system of the microscope stage according to the first embodiment.

【図4】実施の形態1の顕微鏡用ステージの空間ベクト
ルを示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a space vector of the microscope stage according to the first embodiment.

【図5】実施の形態1の超音波リニアモータの速度−駆
動周波数特性図である。
FIG. 5 is a speed-drive frequency characteristic diagram of the ultrasonic linear motor according to the first embodiment.

【図6】従来技術のパラレルリンク機構の斜視図であ
る。
FIG. 6 is a perspective view of a conventional parallel link mechanism.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基台 12 超音波リニアモータ 12b スライダ 14 可動リンク 16 可動部材 Reference Signs List 11 base 12 ultrasonic linear motor 12b slider 14 movable link 16 movable member

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 それぞれ少なくとも3本の駆動リンクと
可動リンクとによって、基台に対して可動部材を相対的
に移動する顕微鏡用ステージにおいて、 前記駆動リンクを直進運動させ前記基台の底面に対して
平行またはやや傾斜して取着した直進アクチュエータ
と、前記駆動リンクの位置および速度を検出して前記直
進アクチュエータを制御する制御手段とを備えたことを
特徴とする顕微鏡用ステージ。
1. A microscope stage in which a movable member is relatively moved with respect to a base by at least three drive links and at least three movable links, wherein the drive link is caused to move linearly to a bottom surface of the base. 1. A microscope stage comprising: a linear actuator mounted parallel or slightly inclined; and control means for detecting the position and speed of the drive link and controlling the linear actuator.
【請求項2】 前記直進アクチュエータに超音波リニア
モータを用い、該超音波リニアモータの本体を前記基台
に固定し、前記超音波リニアモータのスライダを前記駆
動リンクとして前記可動リンクの基端に連結し、前記可
動リンクの先端を前記可動部材に連結したことを特徴と
する請求項1記載の顕微鏡用ステージ。
2. An ultrasonic linear motor is used for the linear actuator, a main body of the ultrasonic linear motor is fixed to the base, and a slider of the ultrasonic linear motor is used as the drive link at a base end of the movable link. The microscope stage according to claim 1, wherein the movable link is connected, and a distal end of the movable link is connected to the movable member.
【請求項3】 前記制御手段は、軌道指令生成部、逆運
動学演算部、位置比較器、各軸間補間演算部、速度比較
器、駆動周波数制御部、駆動波形作成部、駆動信号振幅
制御部、乗算器、移相器、およびアンプを備え、前記超
音波リニアモータの駆動信号の波形および周波数または
振幅を可変制御するものであることを特徴とする請求項
2記載の顕微鏡用ステージ。
3. The control means includes a trajectory command generator, an inverse kinematics calculator, a position comparator, an inter-axis interpolation calculator, a speed comparator, a drive frequency controller, a drive waveform generator, and a drive signal amplitude controller. The microscope stage according to claim 2, further comprising a unit, a multiplier, a phase shifter, and an amplifier, and variably controls a waveform and a frequency or an amplitude of a drive signal of the ultrasonic linear motor.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003027748A1 (en) * 2001-09-19 2003-04-03 Siemens Aktiengesellschaft Device and method for plane-parallel orientation of a the surface of an object to be examined in relation to a focus plane of a lens
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