JP2003254746A - 駆動装置および駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定子を微小変位させる微動機構と測定子を
大変位させる粗動機構とをそれぞれ安定に駆動制御でき
る測定機の駆動装置および測定機の駆動方法を提供す
る。 【解決手段】 測定子１を被測定物７に対して微小変位
させる微動機構２１と、測定子１を被測定物７に対して
大変位させる粗動機構２２と、測定子１と被測定物７と
の間の測定力を検出する測定力検出手段４と、測定子１
の位置を検出する位置検出手段３と、測定力が所定値に
なるように微動機構２１および粗動機構２２を駆動させ
る制御手段５と、微動機構２１の変位量を求める微動変
位量分離算出手段５２１と、粗動機構２２の変位量を求
める粗動変位量分離算出手段５２２とを備え、微動変位
量分離算出手段５２１および粗動変位量分離算出手段５
２２によって求められた微動機構２１および粗動機構２
２の変位量を位置フィードバック量として粗動機構２２
を駆動制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動装置および駆
動方法に関する。例えば、測定機本体に対して移動可能
な可動部材を有し、この可動部材を移動させながら被測
定物の測定を行う測定機において、可動部材を移動させ
るための駆動装置および駆動方法に関する。

【０００２】

【背景技術】測定機本体に対して移動可能な可動部材を
有し、この可動部材を移動させながら被測定物の測定を
行う測定機、たとえば、被測定物の測定表面に沿ってス
タイラスを移動させ、そのときのスタイラスの変位を検
出して被測定物の表面粗さを測定する表面粗さ測定機な
どが知られている。

【０００３】このような測定機において、測定子を被測
定物に対して接近および離隔する方向へ微小変位させる
微動機構と、この微動機構とともに測定子を被測定物に
対して接近および離隔する方向へ大変位させる粗動機構
とを備えた測定機の駆動機構が知られており、例えば、
特開2001−264050公報で開示される測定機の駆動機構が
ある。

【０００４】この測定機の駆動機構は、図７に示される
ように、被測定物７に接触する測定子１と、測定子１を
上下方向に移動させる駆動機構２とを備えて構成されて
いる。駆動機構２は、測定子１を微小範囲で移動させる
微動機構２１と、この微動機構２１とともに測定子１を
大変位させる粗動機構２２とを備えて構成されている。
微動機構２１は、粗動機構２２の可動部２２４に固定さ
れる固定部２１１と、この固定部２１１の下面に設けら
れた圧電素子２１２とを備えて構成されている。ちなみ
に固定部２１１の上面には下面側の圧電素子２１２と反
対側に駆動される圧電素子２１３が設けられ、粗動機構
２２に対して圧電素子２１２の発生力を相殺している。
粗動機構２２は、測定機本体に固定されたヨーク２２１
および永久磁石２２２と、永久磁石２２２による磁界中
を上下方向に移動する可動コイル２２３とを備えた電磁
アクチュエータから構成されている。

【０００５】このような構成において、測定子１と被測
定物７との間に作用する測定力を一定にするように、微
動機構２１と粗動機構２２はそれぞれ駆動される。圧電
素子２１２に電圧を印加すると、圧電素子２１２は伸縮
され、また、可動コイル２２３に電圧を印加すると、可
動コイル２２３は上下に移動されるので、圧電素子２１
２および可動コイル２２３に印加する電圧を制御するこ
とによって、微動機構２１と粗動機構２２は駆動制御さ
れる。このとき、被測定物７の表面形状の微小変位に対
しては微動機構２１による変位によって測定子１は移動
され、被測定物７の表面形状の大変位に対しては、微動
機構２１の変位量が微小範囲になるように粗動機構２２
によって測定子１は大変位される。

【０００６】このように、微動機構２１と粗動機構２２
を組み合わせることによって、例えば、半導体ウエハ等
の表面のように、ナノメートルオーダの微小凹凸と、マ
イクロメートルオーダの大凹凸を有する被測定物７に対
しても効率よく測定することが可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】微小変位能力を有する
微動機構２１と大変位能力を有する粗動機構２２が設け
られたとしても、それぞれを制御する制御信号をどのよ
うに発生させるかが問題となる。しかしながら、微動機
構２１と粗動機構２２をそれぞれどのように駆動させる
のかは、前記公報（特開2001−264050公報）では明らか
にされていないので、微動機構２１と粗動機構２２それ
ぞれに印加する電圧をどのように決定するのか問題が残
る。

【０００８】本発明の目的は、測定子を微小変位させる
微動機構と測定子を大変位させる粗動機構とを駆動させ
る測定機の駆動装置において、微動機構と粗動機構とを
それぞれ安定に駆動制御できる測定機の駆動装置および
測定機の駆動方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の駆動装
置は、可動部材を微小変位させる微動機構と、前記微動
機構とともに前記可動部材を大変位させる粗動機構と、
前記可動部材の位置を検出する位置検出手段と、前記微
動機構および前記粗動機構のうち少なくとも一方を駆動
させる制御手段とを備える駆動装置において、前記微動
機構の挙動を示す演算モデルおよび前記微動機構の駆動
制御量より前記微動機構の変位量を求める微動変位量分
離算出手段と、前記位置検出手段からの検出値より前記
微動機構の変位量を差し引いて前記粗動機構の変位量を
求める粗動変位量分離算出手段とが設けられ、前記制御
手段は、前記微動変位量分離算出手段および粗動変位量
分離算出手段によって求められた前記粗動機構の変位量
をフィードバック量として前記粗動機構を駆動制御する
ことを特徴とする。

【００１０】このような構成によれば、可動部材が微動
機構によって微小範囲で駆動されるとともに、粗動機構
によって大変位される。微動機構の変位量は、微動変位
量分離算出手段において微動機構の挙動を示す演算モデ
ルおよび微動機構の駆動制御量から求められる。微動変
位量分離算出手段で求められた微動機構の変位量は粗動
変位量分離算出手段に送られる。粗動変位量分離算出手
段では、位置検出手段によって検出された可動部材の位
置、つまり、微動機構と粗動機構の合成変位量から微動
機構の変位量を減じることにより、粗動機構の変位量が
算出される。よって、この粗動機構の変位量でサーボロ
ックをかけるとともに、微動機構の変位量が微小範囲と
なるように粗動機構を駆動制御することができる。

【００１１】微動機構の変位を微小範囲とし、微動機構
の変位では足りない分を粗動機構で補完するように粗動
機構を駆動制御するには、制御対象である微動機構の変
位量と、粗動機構の変位量を逐次算出して求めることが
必要である。しかしながら、位置検出手段で検出される
変位は微動機構と粗動機構の合成変位なので、微動機構
と粗動機構のそれぞれの変位量は従来求めることができ
なかった。そのため、微動機構を補完するように粗動機
構を駆動制御することができなかった。しかし、本発明
においては、微動変位量分離算出手段によって、微動機
構の変位量が求められる。位置検出手段で検出される微
動機構と粗動機構との合成変位量から微動機構の変位量
Dを引くと、粗動機構の変位量を求めることができる。
よって、この粗動機構の変位量と微動機構の変位量か
ら、微動機構の変位量が微小範囲となるように粗動機構
をフィードバック制御することができる。

【００１２】このように、微動機構の変位量と粗動機構
の変位量を独立して抽出することにより、この値を用い
たフィードバック制御により粗動機構を駆動制御するこ
とができるので、粗動機構の大変位能力により、微動機
構の変位を微小範囲にするように粗動機構を駆動制御す
ることができる。なお、ここで意味するフィードバック
制御の形態は、後述する（数２６）によって表現され、
厳密には、位置および速度フィードバック制御である。

【００１３】請求項２に記載の測定機の駆動装置は、測
定子を被測定物に対して接近または離隔する方向へ微小
変位させる微動機構と、前記微動機構とともに前記測定
子を前記被測定物に対して接近および離隔する方向へ前
記微動機構よりも大変位させる粗動機構と、前記測定子
が前記被測定物と関与した際に変化する状態量を検出す
る状態量検出手段と、前記測定子の位置を検出する位置
検出手段とを有し、前記状態量検出手段の出力が所定値
になるように前記微動機構および前記粗動機構のうちの
少なくとも一方を駆動させる制御手段とを備える測定機
の駆動装置において、前記微動機構の挙動を示す演算モ
デルおよび前記微動機構の駆動制御量より前記微動機構
の変位量を求める微動変位量分離算出手段と、前記位置
検出手段からの検出値より前記微動機構の変位量を差し
引いて前記粗動機構の変位量を求める粗動変位量分離算
出手段とが設けられ、前記制御手段は、前記微動変位量
分離算出手段および粗動変位量分離算出手段によって求
められた前記粗動機構の変位量をフィードバック量とし
て前記粗動機構を駆動制御することを特徴とする。

【００１４】このような構成において、測定子が被測定
物に関与したときの状態量が状態量検出手段で検出され
る。すると、この状態量が所定値になるように制御手段
によって微動機構および粗動機構が駆動制御され、測定
子が被測定物表面の形状に沿って変位される。状態量検
出手段で検出される状態量が所定値を示したときの測定
子の位置を位置検出手段によって検出すると、被測定物
の形状を測定できる。微動機構は、状態量検出手段から
の出力に応答して制御手段によって駆動され、測定子を
被測定物に対して微小範囲で変位させる。微動機構の変
位量は、微動変位量分離算出手段において微動機構の挙
動を示す演算モデルおよび微動機構の駆動制御量から求
められる。

【００１５】微動変位量分離算出手段で求められた微動
機構の変位量は粗動変位量分離算出手段に送られる。粗
動変位量分離算出手段では、位置検出手段によって検出
された測定子の位置、つまり、微動機構と粗動機構の合
成変位量から微動機構の変位量を減じることにより、粗
動機構の変位量が算出される。よって、この粗動機構の
変位量でサーボロックをかけるとともに、微動機構の変
位量が微小範囲となるように粗動機構を駆動制御するこ
とができる。

【００１６】微動機構の変位を微小範囲とし、微動機構
の変位では足りない分を粗動機構で補完するように粗動
機構を駆動制御するには、制御対象である微動機構の変
位量と、粗動機構の変位量を逐次算出して求めることが
必要である。しかしながら、位置検出手段で検出される
変位は微動機構と粗動機構の合成変位なので、微動機構
と粗動機構のそれぞれの変位量は従来求めることができ
なかった。そのため、微動機構を補完するように粗動機
構を駆動制御することができなかった。しかし、本発明
においては、微動変位量分離算出手段によって、微動機
構の変位量が求められる。位置検出手段で検出される微
動機構と粗動機構との合成変位量から微動機構の変位量
Dを引くと、粗動機構の変位量を求めることができる。
よって、この粗動機構の変位量と微動機構の変位量か
ら、微動機構の変位量が微小範囲となるように粗動機構
をフィードバック制御することができる。

【００１７】このように、微動機構の変位量と粗動機構
の変位量を独立して抽出することにより、この値を用い
た位置フィードバック制御により粗動機構を駆動制御す
ることができるので、粗動機構の大変位能力により、微
動機構の変位を微小範囲にするように粗動機構を駆動制
御することができる。また、微動機構および粗動機構を
同時に安定駆動制御することによって、測定力を一定と
しつつ測定子を被測定物の表面形状に沿って、微細形状
に対しては高速で、かつ、広い測定範囲で変位させるこ
とができる。よって、被測定物の表面の微細形状と粗面
形状を同時に測定できる。

【００１８】請求項３に記載の測定機の駆動装置は、請
求項２に記載の測定機の駆動装置において、前記微動機
構は圧電素子を含んで構成され、前記微動機構の駆動制
御量は前記圧電素子に印加される印加電圧であり、前記
微動変位量分離算出手段は、微動機構の変位量Dを算出
するための演算モデルとして微動変位量演算式を記憶し
ており、前記微動変位量演算式は、前記圧電素子の変位
量をD、前記微動機構の駆動制御量である前記圧電素子
への印加電圧をV₁、前記位置検出手段による検出値であ
る前記微動機構と前記粗動機構の合成変位量をX₁、前記
微動機構の可動部分の質量をm₁、前記圧電素子の特性定
数をα、前記圧電素子のばね定数をk_p、前記被測定物と
前記微動機構可動部との間の弾性定数をk_h、前記微動機
構へのフィードバック係数をγ、前記状態量検出手段の
出力の所定値をV_c1とすると、

【００１９】

【数４】

【００２０】で表されることを特徴とする。

【００２１】このような微動変位量演算式によって、微
動機構の変位量Dを求めることができる。すると、位置
検出手段によって検出される測定子の位置から微動機構
と粗動機構の合成変位量X₁を求めることができるので、
粗動変位量分離算出手段において、合成変位量X₁から微
動機構の変位量Dを減じることによりX₂が求められる。
具体的に、この粗動機構の変位量X₂は、

【００２２】

【数５】

【００２３】である。

【００２４】上記演算式において、X₁は位置検出手段に
よって検出可能であり、V₁は圧電素子に印加される電圧
であるので、DとX₂は既知である状態量を用いて算出可
能である。よって、このDとX₂を用いて、Dが微小範囲と
なるように、DとX₂を位置フィードバック量として粗動
機構を駆動制御することができる。

【００２５】請求項４に記載の測定機の駆動装置は、請
求項３に記載の測定機の駆動装置において、前記微動変
位量演算式が

【００２６】

【数６】

【００２７】で近似されることを特徴とする。

【００２８】微動変位量演算式を上記のように近似する
と、粗動機構の変位量X₂は

【００２９】

【数７】

【００３０】のように近似される。このような式によれ
ば、複雑な演算、例えば２回微分等を含むような演算で
はないので、アナログ回路でもD、X₂を出力できる。よ
って、制御手段をアナログ回路で構成することが可能と
なる。

【００３１】請求項５に記載の測定機の駆動装置は、請
求項２に記載の測定機の駆動装置において、前記微動機
構は、一端に測定子を有する可動部と、前記可動部の他
端に設けられた第１電極と、粗動機構に連結された支持
体と、前記支持体に設けられ前記第１電極と対を成す第
２電極と、前記支持体と前記可動部を連結するばねとを
備えて構成される静電力アクチュエータであって、前記
微動機構の駆動制御量は前記静電力アクチュエータに印
加される印加電圧であり、前記微動変位量分離算出手段
は、微動機構の変位量D_1vを算出するための微動変位量
演算式を記憶しており、前記微動変位量演算式は、前記
電極間の距離をD_1s、前記電極間隔の初期値をD_1s0、前
記電極間隔の初期値からの変位量をD_1v、前記可動部の
質量をm_1s、前記電極の対向面積をS、誘電率をε₀、前
記静電力アクチュエータへの印加電圧をV₁、前記ばねの
ばね定数をk_psとすると、

【００３２】

【数８】

【００３３】で表されることを特徴とする。

【００３４】このような微動変位量演算式によって、微
動機構の変位量D_1vを求めることができる。すると、位
置検出手段によって検出される測定子の位置から微動機
構と粗動機構の合成変位量X₁を求めることができるの
で、粗動変位量分離算出手段において、この合成変位量
X₁から微動機構の変位量D_1vを減じることにより粗動機
構の変位量X₂が求められる。X₁は位置検出手段によって
検出可能であり、V₁は静電力アクチュエータに印加され
る電圧であるので、D_1vとX₂は既知である状態量を用い
て算出可能である。よって、このD_1vとX₂を用いて、D_1v
が微小範囲となるように、D_1vとX₂を位置フィードバッ
ク量として粗動機構を駆動制御することができる。

【００３５】請求項６に記載の駆動方法は、可動部材を
微小変位させる微動機構と、前記微動機構とともに前記
可動部材を大変位させる粗動機構と、前記可動部材の位
置を検出する位置検出手段と、前記微動機構および前記
粗動機構のうち少なくとも一方を駆動させる制御手段を
備える駆動装置を駆動させる駆動方法において、前記微
動機構の挙動を示す演算モデルおよび前記微動機構の駆
動制御量より前記微動機構の変位量を求める微動変位量
分離算出工程と、前記位置検出手段からの検出値より前
記微動機構の変位量を差し引いて前記粗動機構の変位量
を求める粗動変位量分離算出工程と、前記微動変位量分
離算出工程および粗動変位量分離算出工程によって求め
られた前記粗動機構の変位量をフィードバック量として
前記粗動機構を駆動制御する粗動機構制御工程とを備え
ることを特徴とする。

【００３６】このような構成によれば、可動部材が微動
機構によって微小範囲で駆動されるとともに、粗動機構
によって大変位される。微動機構の変位量は、微動変位
量分離算出工程において微動機構の挙動を示す演算モデ
ルおよび微動機構の駆動制御量から求められる。この微
動変位量分離算出工程において求められた微動機構の変
位量が微小範囲となるように、制御手段によって粗動機
構が駆動される。

【００３７】微動変位量分離算出工程で求められた微動
機構の変位量を用いて、粗動変位量分離算出工程では、
位置検出手段によって検出された測定子の位置、つま
り、微動機構と粗動機構の合成変位量から微動機構の変
位量を減じることにより、粗動機構の変位量を算出す
る。粗動機構制御工程において、この粗動機構の変位量
でサーボロックをかけるとともに、微動機構の変位量が
微小範囲となるように粗動機構を駆動制御する。

【００３８】微動機構の変位を微小変位の範囲とし、微
動機構の変位では足りない分を粗動機構で補完するよう
に粗動機構を駆動制御するには、制御対象である微動機
構の変位量と、粗動機構の変位量を逐次算出して求める
ことが必要である。しかしながら、位置検出手段で検出
される変位は微動機構と粗動機構の合成変位なので、微
動機構と粗動機構のそれぞれの変位量は従来求めること
ができなかった。そのため、微動機構を補完するように
粗動機構を駆動制御することができなかった。しかし、
本発明においては、微動変位量分離算出工程によって、
微動機構の変位量が求められ、粗動変位量分離算出工程
によって、位置検出手段で検出される微動機構と粗動機
構との合成変位量から微動機構の変位量Dを引くと、粗
動機構の変位量が求められる。よって、粗動機構制御工
程により、粗動機構の変位量と微動機構の変位量から、
微動機構の変位量が微小範囲となるように粗動機構をフ
ィードバック制御することができる。

【００３９】請求項７に記載の測定機の駆動方法は、測
定子を被測定物に対して接近または離隔する方向へ微小
変位させる微動機構と、前記微動機構とともに前記測定
子を前記被測定物に対して接近および離隔する方向へ前
記微動機構よりも大変位させる粗動機構と、前記測定子
が前記被測定物と関与した際に変化する状態量を検出す
る状態量検出手段と、前記測定子の位置を検出する位置
検出手段とを有し、前記状態量検出手段の出力が所定値
になるように前記微動機構および前記粗動機構のうちの
少なくとも一方を駆動させる制御手段とを備える測定機
の駆動装置を駆動させる測定機の駆動方法において、前
記微動機構の挙動を示す演算モデルおよび前記微動機構
の駆動制御量より前記微動機構の変位量を求める微動変
位量分離算出工程と、前記位置検出手段からの検出値よ
り前記微動機構の変位量を差し引いて前記粗動機構の変
位量を求める粗動変位量分離算出工程と、前記微動変位
量分離算出工程および粗動変位量分離算出工程によって
求められた前記粗動機構の変位量をフィードバック量と
して前記粗動機構を駆動制御する粗動機構制御工程とを
備えることを特徴とする。

【００４０】このような構成において、測定子が被測定
物に関与したときの状態量が状態量検出手段で検出され
る。すると、この状態量が所定値になるように制御手段
によって微動機構および粗動機構が駆動制御され、測定
子が被測定物表面の形状に沿って走査される。状態量検
出手段で検出される状態量が所定値を示したときの測定
子の位置を位置検出手段によって検出すると、被測定物
の形状を測定できる。

【００４１】微動機構は、状態量検出手段からの出力に
応答して制御手段によって駆動され、測定子を被測定物
に対して微小範囲で変位させる。この微動機構の変位量
は、微動変位量分離算出工程において微動機構の挙動を
示す演算モデルおよび微動機構の駆動制御量から求めら
れる。この微動変位量分離算出工程において求められた
微動機構の変位量が微小範囲となるように、制御手段に
よって粗動機構が駆動される。微動変位量分離算出工程
で求められた微動機構の変位量を用いて、粗動変位量分
離算出工程では、位置検出手段によって検出された測定
子の位置、つまり、微動機構と粗動機構の合成変位量か
ら微動機構の変位量を減じることにより、粗動機構の変
位量を算出する。粗動機構制御工程において、この粗動
機構の変位量でサーボロックをかけるとともに、微動機
構の変位量が微小範囲となるように粗動機構を駆動制御
する。

【００４２】微動機構の変位を微小変位の範囲とし、微
動機構の変位では足りない分を粗動機構で補完するよう
に粗動機構を駆動制御するには、制御対象である微動機
構の変位量と、粗動機構の変位量を逐次算出して求める
ことが必要である。しかしながら、位置検出手段で検出
される変位は微動機構と粗動機構の合成変位なので、微
動機構と粗動機構のそれぞれの変位量は従来求めること
ができなかった。そのため、微動機構を補完するように
粗動機構を駆動制御することができなかった。しかし、
本発明においては、微動変位量分離算出工程によって、
微動機構の変位量が求められ、粗動変位量分離算出工程
によって、位置検出手段で検出される微動機構と粗動機
構との合成変位量から微動機構の変位量Dを引くと、粗
動機構の変位量が求められる。よって、粗動機構制御工
程により、粗動機構の変位量と微動機構の変位量から、
微動機構の変位量が微小範囲となるように粗動機構をフ
ィードバック制御することができる。

【００４３】請求項８に記載の測定機の駆動装置は、測
定子を被測定物に対して接近または離隔する方向へ微小
変位させる微動機構と、前記微動機構とともに前記測定
子を前記被測定物に対して接近および離隔する方向へ前
記微動機構よりも大変位させる粗動機構と、前記測定子
が前記被測定物と関与した際に変化する状態量を検出す
る状態量検出手段と、前記測定子の位置を検出する位置
検出手段とを有し、前記状態量検出手段の出力が所定値
になるように前記微動機構および前記粗動機構のうちの
少なくとも一方を駆動させる制御手段とを備える測定機
の駆動装置において、前記微動機構の変位量を検出する
微動変位量検出手段と、前記位置検出手段からの検出値
より前記微動機構の変位量を差し引いて前記粗動機構の
変位量を求める粗動変位量分離算出手段とが設けられ、
前記制御手段は、前記微動変位量検出手段および粗動変
位量分離算出手段によって求められた前記粗動機構の変
位量をフィードバック量として前記粗動機構を駆動制御
することを特徴とする。

【００４４】このような構成において、測定子が被測定
物に関与したときの状態量が状態量検出手段で検出され
る。すると、この状態量が所定値になるように制御手段
によって微動機構および粗動機構が駆動制御され、測定
子が被測定物表面の形状に沿って走査される。状態量検
出手段で検出される状態量が所定値を示したときの測定
子の位置を位置検出手段によって検出すると、被測定物
の形状を測定できる。

【００４５】微動機構は、状態量検出手段からの出力に
応答して制御手段によって駆動され、測定子を被測定物
に対して微小範囲で変位させる。この微動機構の変位量
は、微動変位量検出手段において検出される。この微動
変位量検出手段において求められた微動機構の変位量が
微動機構の駆動範囲を超えないように、制御手段によっ
て粗動機構が駆動される。微動変位量検出手段で求めら
れた微動機構の変位量は粗動変位量分離算出手段に送ら
れる。粗動変位量分離算出手段では、位置検出手段によ
って検出された測定子の位置、つまり、微動機構と粗動
機構の合成変位量から微動機構の変位量を減じることに
より、粗動機構の変位量が算出される。よって、この粗
動機構の変位量でサーボロックをかけるとともに、微動
機構の変位量が微小範囲となるように粗動機構を駆動制
御することができる。

【００４６】微動機構の変位を微小変位の範囲とし、微
動機構の変位では足りない分を粗動機構で補完するよう
に粗動機構を駆動制御するには、制御対象である微動機
構の変位量と、粗動機構の変位量を逐次算出して求める
ことが必要である。しかしながら、位置検出手段で検出
される変位は微動機構と粗動機構の合成変位なので、微
動機構と粗動機構のそれぞれの変位量は従来求めること
ができなかった。そのため、微動機構を補完するように
粗動機構を駆動制御することができなかった。しかし、
本発明においては、微動変位量検出手段によって、微動
機構の変位量を検出することができる。位置検出手段で
検出される微動機構と粗動機構との合成変位量から微動
機構の変位量Dを引くと、粗動機構の変位量を求めるこ
とができる。よって、この粗動機構の変位量と微動機構
の変位量から、微動機構の変位量が微小範囲となるよう
に粗動機構をフィードバック制御することができる。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。 （第1実施形態）図１には、本発明の測定機の駆動装置
にかかる第1実施形態が示されている。この測定機の駆
動装置は、被測定物７に接触される可動部材としての測
定子１を変位させる駆動機構２と、測定子１の位置を検
出する位置検出手段３と、測定子１が被測定物に接触し
た際に変化する状態量を検出する状態量検出手段として
の測定力検出手段４と、駆動機構２の駆動を制御するた
めの制御手段５とを備えて構成されている。

【００４８】この測定機の駆動装置において、駆動機構
２は背景技術で前述したのと同様の構成のものを用いる
ことができる。位置検出手段３は従来知られている光電
式または静電式のリニアエンコーダや渦電流センサ等を
用いることができる。測定力検出手段４は、測定子１と
被測定物７との接触の状態を検出できるものであれば種
々の構成のものを用いることができる。例えば、測定子
１に圧電素子を設けて、この圧電素子が押圧されたとき
の電圧変化を検出するものや、測定子に加振用圧電素子
と測定子１の振動変化を検出する検出用圧電素子を設け
て、測定子１と被測定物が接触した際の検出用圧電素子
の振動変化に応じて変化される電圧変化を検出するもの
でもよい。この場合、検出される電圧変化が測定子１と
被測定物７とが関与されたときの状態量となる。

【００４９】制御手段５は、微動機構制御手段５１と、
変位量分離算出手段５２と、粗動機構制御手段５３とを
備えて構成されている。微動機構制御手段５１は、微動
機構２１へ印加する電圧V₁を制御変量として発生させる
ことにより、測定子１と被測定物７との間の測定力を一
定とし、かつ、測定子１が被測定物７の表面の凹凸に倣
って変位されるように、微動機構２１の変位量を制御対
象とするものである。

【００５０】微動機構制御手段５１で発生される電圧V₁
は、目標とする測定力に相当する電圧をV_c1、測定力検
出手段４で検出される測定力に相当する電圧をV_m、微動
機構２１へのフィードバック係数をγ₀とすると、

【００５１】

【数９】

【００５２】であらわされる。この電圧V₁は微動機構２
１の圧電素子２１２に印加されて圧電素子２１２を駆動
させるとともに、微動機構２１の駆動制御量として後述
する変位量分離算出手段５２に送られる。変位量分離算
出手段５２は、微動変位量分離算出手段５２１と粗動変
位量分離算出手段５２２とを備えて構成されている。微
動変位量分離算出手段５２１は、微動機構２１の変位量
Dを算出するための演算モデルとして微動変位量演算式
を記憶している。この微動変位量演算式は、圧電素子２
１２の変位量をD、圧電素子２１２への印加電圧をV₁、
位置検出手段３による検出値である微動機構２１と粗動
機構２２の合成変位量をX₁、微動機構２１の可動部分の
質量をm₁、圧電素子２１２の特性定数をα、圧電素子２
１２のばね定数をk_p、被測定物７と微動機構２１の可動
部との間の弾性定数をk_h、微動機構２１へのフィードバ
ック係数をγ、測定力検出手段４の出力の所定値をV_c1
とすると、

【００５３】

【数１０】

【００５４】で表される。微動変位量分離算出手段５２
１は、この微動変位量演算式と微動機構２１に印加され
る電圧V₁とから微動機構２１の変位量Dを求める微動変
位量分離算出工程を行う。この微動機構２１の変位量D
は粗動機構制御手段５３に送られる。粗動変位量分離算
出手段５２２は、粗動機構２２の変位量X₂を演算する演
算式を記憶している。この演算式は

【００５５】

【数１１】

【００５６】で表される。粗動変位量分離算出手段５２
２は、この演算式を用いて粗動機構２２の変位量を求め
る粗動変位量分離算出工程を行う。具体的にDの値を代
入して示せば、

【００５７】

【数１２】

【００５８】となる。このX₂は粗動機構制御手段５３に
送られる。

【００５９】粗動機構制御手段５３は、粗動機構２２へ
印加する電圧V₂を制御変量として発生させることによ
り、粗動機構２２の変位量X₂を制御対象として制御する
ものである。粗動機構２２は、微動機構２１の変位量が
微小範囲となるように駆動される。つまり、被測定物７
の凹凸が大きい場合、粗動機構２２を大きく駆動させる
ことにより、微動機構２１の駆動を微小範囲にとどめる
ようにする。

【００６０】粗動機構２２で発生される電圧V₂は、微動
機構２１の変位量Dに従って決定される関数をf(D)、粗
動機構２２の変位量をX₂、粗動機構２２へのフィードバ
ック係数をΔ_p、Δ_vとすると、

【００６１】

【数１３】

【００６２】で表される。DおよびX₂は変位量分離算出
手段５２によって算出されたものである。

【００６３】このように粗動機構制御手段５３は、粗動
機構２２を、粗動機構２２の変位量X₂でサーボロックす
るとともに、微動機構２１の変位量Dに従って駆動制御
する騒動機構制御工程を行う。このような構成におい
て、駆動機構２の駆動について説明する。図２に微動機
構２１をモデル化した図を示す。図２において、測定子
１の変位量をX₁、測定子１をばねと等価とみなすときの
ばね定数をk_h、圧電素子２１２の発生力を含む微動機構
２１に作用する力をF、被測定物７の表面の凹凸に相当
する変化量をY、微動機構２１の質量をm₁とすると、微
動機構２１の運動方程式は、

【００６４】

【数１４】

【００６５】で表される。測定子１の変位量X₁は微動機
構２１の変位量Dと粗動機構２２の変位量X₂との合成変
位量なので、

【００６６】

【数１５】

【００６７】である。圧電素子２１２への印加電圧V
₁と、圧電素子２１２の変位量Dと、圧電素子２１２に作
用する力Fとの関係は、圧電素子２１２の特性定数を
α、圧電素子２１２のばね定数をk_pとして、

【００６８】

【数１６】

【００６９】と表される。以上三式より、

【００７０】

【数１７】

【００７１】となる。

【００７２】前述したように、微動機構制御手段５１で
発生され圧電素子２１２に印加される電圧V₁は、V₁＝V
_c1−γ₀V_mと表される。V_mは、測定子１と被測定物７と
の間に作用する力に比例し、測定子１をばねと等価とみ
なすと、V_mは(X₁−Y)に比例する。微動機構２１へのフ
ィードバック係数を改めてγとおくと、

【００７３】

【数１８】

【００７４】と表される。このV₁を（数１７）に代入す
ると、

【００７５】

【数１９】

【００７６】が成り立つ。この式から、測定子１の変位
量X₁が被測定物７の表面の凹凸に相当する変位量Yに追
従することが示される。ここで、フィードバック係数γ
は、X₁とYがなるべく高い周波数まで安定に比例するよ
うに決定される。また、（数１４）と（数１６）と（数
１８）から微動機構２１の変位量は

【００７７】

【数２０】

【００７８】と表されるので、これを微動変位量分離算
出手段５２１において微動変位量演算式として記憶する
ことにより、測定子１の変位量X₁と圧電素子２１２への
印加電圧V₁とから微動機構２１の変位量Dを求めること
ができる。この（数２０）を（数１１）に代入すること
によって、粗動機構２２の変位量は

【００７９】

【数２１】

【００８０】と表されるので、粗動変位量分離算出手段
５２２において、粗動機構２２の変位量を求めることが
できる。

【００８１】図３に粗動機構２２をモデル化した図を示
す。粗動機構２２の支持機構をばねと等価とみなしたと
きのばね定数をK、粗動機構２２の可動部の質量をM、電
磁アクチュエータの発生力をF₂とすると、粗動機構２２
の運動方程式は、比較的低周波域において近似的に、

【００８２】

【数２２】

【００８３】と表される。電磁アクチュエータに流れる
電流をi、粗動機構２２の可動コイル２２３のトルク定
数をK_tとすると、電磁アクチュエータの発生力F₂は

【００８４】

【数２３】

【００８５】と表される。

【００８６】粗動機構２２の可動コイル２２３の電圧定
数をK_s、可動コイル２２３のインダクタンスをLとする
と、

【００８７】

【数２４】

【００８８】が成り立つ。以上（数２２）、（数２
３）、（数２４）より粗動機構２２の変位量X₂と電磁ア
クチュエータへの印加電圧V₂との関係が

【００８９】

【数２５】

【００９０】として表される。この（数２５）より、粗
動機構２２の変位量X₂は、電磁アクチュエータへの印加
電圧V₂によって決定されることがわかる。前述したよう
に、粗動機構制御手段５３で発生され、粗動機構２２に
印加される電圧V₂は、

【００９１】

【数２６】

【００９２】で表される。また、（数２６）を（数２
５）に代入することにより、

【００９３】

【数２７】

【００９４】が成り立つ。つまり、粗動機構２２は、粗
動機構２２の変位量X₂でサーボロックされるとともに、
微動機構２１の変位に従って駆動されることがわかる。
ここで、DおよびX₂は変位量分離算出手段５２によって
算出された値である。f(D)は、Dに関する関数であり、
最適に決定されればよい。例えば、Dに比例する関数で
も、Dの微分値または積分値でもよく、またこれらの和
であってもよい。

【００９５】以上により、本実施形態の測定機の駆動装
置によれば、測定子１と被測定物７との測定力を一定と
するように微動機構２１を駆動させるとともに、微動機
構２１の変位量を微小範囲内にするように粗動機構２２
を駆動制御することができることがわかる。本実施形態
の測定機の駆動装置は、制御手段５に、微動機構２１を
駆動制御するための微動機構制御手段５１と粗動機構２
２を駆動制御する粗動機構駆動手段５３がそれぞれ設け
られ、微動機構２１と粗動機構２２はそれぞれ独立の制
御信号によって制御される。よって、微動機構２１と粗
動機構２２はこのような二段階制御によるため、微動機
構２１と粗動機構２２とが相互干渉を生じることなく、
それぞれ安定して駆動制御される。

【００９６】微動機構２１は、測定力検出手段４からの
検出信号を受けて即座に微動機構制御手段５１によって
駆動制御されるので、微動機構２１は被測定物７の表面
形状に沿って高速応答することができる。変位量分離算
出手段５２によって、微動機構２１の変位量と粗動機構
２２の変位量を独立して抽出して、この値を用いたフィ
ードバック制御により粗動機構２２が駆動制御されるの
で、粗動機構２２の大変位能力により、微動機構２１の
変位を微小範囲にするように粗動機構２２を駆動制御す
ることができる。

【００９７】このように微動機構２１および粗動機構２
２を同時に安定駆動制御することによって、測定力を一
定としつつ測定子１を被測定物７の表面形状に沿って、
微細形状に対しては高速で、かつ、広い測定範囲で変位
させることができる。よって、被測定物７の表面の微細
形状と粗面形状を同時に測定できる。

【００９８】ところで、変位量分離算出手段５２におい
て、（数２０）および（数２１）を

【００９９】

【数２８】

【０１００】

【数２９】

【０１０１】と近似してもよい。このように近似するこ
とにより、DおよびX₂をアナログ回路によって出力する
ことができる。この近似は対象とする制御系の周波数特
性が、、制御対象である駆動機構２の固有角周波数ω_p

【０１０２】

【数３０】

【０１０３】より十分小さければ可能である。

【０１０４】このような構成による駆動機構の駆動の例
を図４に示す。微動機構２１は微動機構制御手段５１に
よって被測定物７の表面形状の凹凸のうち小さな凹凸に
倣って駆動される。同時に、粗動機構２２は、被測定物
７の表面形状の凹凸のうち大きな凹凸に倣って駆動され
る。すると、この微動機構２１と粗動機構２２の合成変
位により、被測定物７の表面形状の凹凸に従って測定子
１が変位され、この測定子１の位置が位置検出手段３に
よって検出されることによって被測定物７の表面形状が
測定される。

【０１０５】（第２実施形態）本発明の測定機の駆動装
置において、微動機構２１として静電力アクチュエータ
を利用したものを第２実施形態として示す。第２実施形
態は、微動機構２１が静電力アクチュエータであること
に伴って、微動変位量分離算出手段５２１が変更される
点を除いて第１実施形態と同様である。図５に微動機構
２１として用いられる静電力アクチュエータを示す。こ
の静電力アクチュータは、一端に測定子１を有する可動
部６１と、この可動部６１の他端に設けられた第1電極
６４と、粗動機構２２に連結された支持体６２と、この
支持体６２に設けられ第1電極６４と対を成す第２電極
６５と、支持体６２と可動部６１とを連結する板ばね６
３とを備えて構成されている。

【０１０６】微動変位量分離算出手段５２１は、微動機
構２１の変位量D_1vを算出するための演算モデルとして
微動変位量演算式を記憶している。この微動変位量演算
式は、静電力アクチュエータの可動部６１の質量を
m_1s、電極間の対向面積をS、電極への印加電圧をV₁、電
極間の距離をD_1s、電極間距離の初期値をD_1s0、センサ
部を支持する板ばね６３のばね定数をk_psとすると、

【０１０７】

【数３１】

【０１０８】で表される。この微動機構２１の変位量D
_1vは粗動機構制御手段５３に送られる。以後第１実施形
態と同様に粗動機構２２が駆動制御される。上記構成に
おける静電力アクチュエータの運動方程式は、第１電極
６４と第２電極６５との間に発生する静電力をＦ_1sとす
ると、

【０１０９】

【数３２】

【０１１０】で表される。

【０１１１】また、静電力アクチュエータに、微動機構
制御手段５１から電圧V₁が印加されると、電極間に働く
静電力F_1sは、

【０１１２】

【数３３】

【０１１３】で表される。ここで、電極間距離D_1sと、
電極間距離の初期値D_1s0と、電極間変位量D_1vは

【０１１４】

【数３４】

【０１１５】の関係を有するが、電極間距離の初期値D
_1sに対して電極間変位量D_1vは微小であるとみなして、D
_1s0＞＞D_1vとするとき、静電力F_1sは、

【０１１６】

【数３５】

【０１１７】と近似される。よって、（数３４）、（数
３５）、（数１８）を（数３２）に代入してD_1vについ
て求めると、

【０１１８】

【数３６】

【０１１９】を得ることができるので、これを微動変位
量演算式として微動変位量分離手段５２１に記憶させて
おけば、微動機構２１の変位量D_1vを求めることができ
る。

【０１２０】従って、以後、第１実施形態と同様に、微
動変位量D_1vは、粗動変位量分離算出手段５２２に送ら
れて、粗動変位量X₂が求められる。この微動変位量D_1v
および粗動変位量X₂は粗動機構制御手段５３に送られ
て、粗動機構２２が駆動制御される。このような構成に
よる第2実施形態においても第1実施形態と同様の効果を
奏することができる。つまり、微動機構２１および粗動
機構２２を同時に安定駆動制御することによって、測定
力を一定としつつ測定子１を被測定物７の表面形状に沿
って、微細形状に対しては高速で、かつ、広い測定範囲
で変位させることができる。よって、被測定物７の表面
の微細形状と粗面形状を同時に測定できる。

【０１２１】（第３実施形態）図６に本発明の測定機の
駆動装置にかかる第３実施形態を示す。この第３実施形
態が前述の第１および第２実施形態と異なる点は、微動
機構２１の変位量を検出する微動変位量検出手段８が設
けられている点である。微動変位量検出手段８が設けら
れたことに伴って、変位量分離算出手段５２は、粗動変
位量分離算出手段５２２から構成されている。微動変位
量検出手段８は、従来知られている光電式または静電式
のリニアエンコーダや渦電流センサ等を用いて構成さ
れ、微動機構２１の変位量のみを検出する。粗動機構２
２、微動機構２１は第１および第２実施形態と同様の構
成を用いることができ、粗動機構２２としては例えば電
磁アクチュエータを用い、微動機構２１は例えば圧電素
子や静電力アクチュエータを用いることができる。

【０１２２】このような構成において、前述の第１実施
形態で述べたように測定力検出手段４の出力に応じ、微
動機構制御手段５１を介して微動機構２１が駆動制御さ
れる。すると、この微動機構２１の変位量が微動変位量
検出手段８によって検出され、微動機構２１の変位量が
求められる。この微動機構２１の変位量は粗動変位量分
離算出手段５２２に送られて、以後、第１および第２実
施形態と同様に粗動機構２２が駆動制御される。

【０１２３】このような構成からなる第３実施形態によ
れば、第１および第2実施形態の効果に加えて、次の効
果を奏することができる。つまり、第３実施形態によれ
ば、微動変位量検出手段８が設けられているので、微動
機構２１の変位量を直接に検出することができる。よっ
て、微動機構２１の変位量を演算によって求めなくても
よい。

【０１２４】なお、本発明の測定機の駆動装置は、上記
実施形態のみの限定されるものではない。例えば、微動
機構２１のアクチュエータは、圧電素子や静電力アクチ
ュエータに限らず、磁歪素子等、駆動電圧に対する変位
にヒステリシスや不感帯などの非線形性がないアクチュ
エータであれば利用できる。粗動機構２２のアクチュエ
ータとしては、ムービングコイル型の電磁アクチュエー
タに限らず、ムービングマグネット型の電磁アクチュエ
ータや可動鉄片型等の電気モータや流体モータ等であっ
てもよい。

【０１２５】測定子１は、特願２０００−７０２１６に
示されるような加振型のセンサや、AFM（原子間力顕微
鏡）等で用いられるようなカンチレバー型のセンサであ
っても良い。または、被測定物７に接触するものでなく
とも、光や超音波や静電力を利用した非接触式のセンサ
であってもよい。このような非接触式のセンサの例は特
願２００１−２７５５７８に示されている。

【０１２６】駆動装置は測定機の測定子を移動させる駆
動装置に限らず、バイトや砥石を移動させる加工装置で
もよく、ロボットのアーム等を駆動させるようなもので
もよい。第１実施形態において、微動機構２１に印加さ
れる電圧V₁から変位量Dを求めているが、これに限ら
ず、この電圧V₁に関連する制御変量ｘ（例えば、増幅し
てV₁を得る前の電圧）を用いて、変位量Dを求めてもよ
い。すなわち、V₁=f(x)の関係から、（数１０）のV₁をf
(x)に置き換えて、制御変量xから変位量Dを求めてもよ
い。また、第２実施形態における静電アクチュエータの
電極への印加電圧V₁に換えて、同様に関数V₁=f(x)を用
いて、（数３１）から変位量D_1vを求めてもよい。

【０１２７】図１に示す第１実施形態および図６に示す
第３実施形態では、測定力検出手段４の出力は微動機構
制御手段５１にのみフィードバックする例を示したが、
粗動機構制御手段５３にもフィードバックする構成であ
ってもよい。この場合であっても、請求項３から請求項
５に記載の（数１）から（数３）を適用することができ
る。各実施形態における微動機構２１または粗動機構２
２は、それらの変位によって生じる反力を打ち消すため
に、変位方向とは反対側に移動するバランス用可動部材
を有するバランス機構を備えていてもよい。

【０１２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の測定機の
駆動装置および測定機の駆動方法によれば、測定子を微
小変位させる微動機構と測定子を大変位させる粗動機構
とを駆動させる測定機の駆動装置において、微動機構と
粗動機構とをそれぞれ安定に駆動制御できるという優れ
た効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の測定機の駆動装置にかかる第１実施形
態を示す図である。

【図２】前記実施形態において、微動機構をモデル化し
た図である。

【図３】前記実施形態において、粗動機構をモデル化し
た図である。

【図４】前記実施形態において、駆動機構の駆動の例を
示す図である。

【図５】本発明の測定機の駆動装置にかかる第2実施形
態として、微動機構に用いられる静電力アクチュエータ
を示す図である。

【図６】本発明の測定機の駆動装置にかかる第３実施形
態を示す図である。

【図７】微動機構と粗動機構を備えて構成される駆動機
構を示す図である。

【符号の説明】

１ 測定子（可動部材） ２ 駆動機構 ３ 位置検出手段 ４ 測定力検出手段（状態量検出手段） ５ 制御手段 ７ 被測定物 ８ 微動変位量検出手段 ２１ 微動機構 ２２ 粗動機構 ５２１ 微動変位量分離算出手段 ５２２ 粗動変位量分離算出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松木 薫 茨城県つくば市上横場430−１ 株式会社 ミツトヨ内 (72)発明者 齋藤 章憲 茨城県つくば市上横場430−１ 株式会社 ミツトヨ内 (72)発明者 西村 国俊 茨城県つくば市上横場430−１ 株式会社 ミツトヨ内 Ｆターム(参考） 2F069 AA51 MM32 MM38 5H303 AA01 AA06 AA10 BB01 BB06 BB11 CC03 DD01 DD04 DD11 DD14 GG11 KK22 KK35

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動部材を微小変位させる微動機構と、
   前記微動機構とともに前記可動部材を大変位させる粗動
   機構と、前記可動部材の位置を検出する位置検出手段
   と、前記微動機構および前記粗動機構のうち少なくとも
   一方を駆動させる制御手段とを備える駆動装置におい
   て、 前記微動機構の挙動を示す演算モデルおよび前記微動機
   構の駆動制御量より前記微動機構の変位量を求める微動
   変位量分離算出手段と、前記位置検出手段からの検出値
   より前記微動機構の変位量を差し引いて前記粗動機構の
   変位量を求める粗動変位量分離算出手段とが設けられ、 前記制御手段は、前記微動変位量分離算出手段および粗
   動変位量分離算出手段によって求められた前記粗動機構
   の変位量をフィードバック量として前記粗動機構を駆動
   制御することを特徴とする駆動装置。
2. 【請求項２】 測定子を被測定物に対して接近または離
   隔する方向へ微小変位させる微動機構と、前記微動機構
   とともに前記測定子を前記被測定物に対して接近および
   離隔する方向へ前記微動機構よりも大変位させる粗動機
   構と、前記測定子が前記被測定物と関与した際に変化す
   る状態量を検出する状態量検出手段と、前記測定子の位
   置を検出する位置検出手段とを有し、前記状態量検出手
   段の出力が所定値になるように前記微動機構および前記
   粗動機構のうちの少なくとも一方を駆動させる制御手段
   とを備える測定機の駆動装置において、 前記微動機構の挙動を示す演算モデルおよび前記微動機
   構の駆動制御量より前記微動機構の変位量を求める微動
   変位量分離算出手段と、前記位置検出手段からの検出値
   より前記微動機構の変位量を差し引いて前記粗動機構の
   変位量を求める粗動変位量分離算出手段とが設けられ、 前記制御手段は、前記微動変位量分離算出手段および粗
   動変位量分離算出手段によって求められた前記粗動機構
   の変位量をフィードバック量として前記粗動機構を駆動
   制御することを特徴とする測定機の駆動装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の測定機の駆動装置にお
   いて、 前記微動機構は圧電素子を含んで構成され、前記微動機
   構の駆動制御量は前記圧電素子に印加される印加電圧で
   あり、 前記微動変位量分離算出手段は、微動機構の変位量Dを
   算出するための演算モデルとして微動変位量演算式を記
   憶しており、 前記微動変位量演算式は、前記圧電素子の変位量をD、
   前記微動機構の駆動制御量である前記圧電素子への印加
   電圧をV₁、前記位置検出手段による検出値である前記微
   動機構と前記粗動機構の合成変位量をX₁、前記微動機構
   の可動部分の質量をm₁、前記圧電素子の特性定数をα、
   前記圧電素子のばね定数をk_p、前記被測定物と前記微動
   機構可動部との間の弾性定数をk_h、前記微動機構へのフ
   ィードバック係数をγ、前記状態量検出手段の出力の所
   定値をV_C1とすると、 【数１】 で表されることを特徴とする測定機の駆動装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の測定機の駆動装置にお
   いて、 前記微動変位量演算式が、 【数２】 で近似されることを特徴とする測定機の駆動装置。
5. 【請求項５】 請求項２に記載の測定機の駆動装置にお
   いて、 前記微動機構は、一端に測定子を有する可動部と、前記
   可動部の他端に設けられた第１電極と、粗動機構に連結
   された支持体と、前記支持体に設けられ前記第１電極と
   対を成す第２電極と、前記支持体と前記可動部を連結す
   るばねとを備えて構成される静電力アクチュエータであ
   って、前記微動機構の駆動制御量は前記静電力アクチュ
   エータに印加される印加電圧であり、 前記微動変位量分離算出手段は、微動機構の変位量D_1v
   を算出するための微動変位量演算式を記憶しており、 前記微動変位量演算式は、前記電極間の距離をD_1s、前
   記電極間隔の初期値をD _1s0、前記電極間隔の初期値から
   の変位量をD_1v、前記可動部の質量をm_1s、前記電極の対
   向面積をS、誘電率をε₀、前記静電力アクチュエータへ
   の印加電圧をV₁、前記ばねのばね定数をk_psとすると、 【数３】 で表されることを特徴とする測定機の駆動装置。
6. 【請求項６】 可動部材を微小変位させる微動機構と、
   前記微動機構とともに前記可動部材を大変位させる粗動
   機構と、前記可動部材の位置を検出する位置検出手段
   と、前記微動機構および前記粗動機構のうち少なくとも
   一方を駆動させる制御手段を備える駆動装置を駆動させ
   る駆動方法において、 前記微動機構の挙動を示す演算モデルおよび前記微動機
   構の駆動制御量より前記微動機構の変位量を求める微動
   変位量分離算出工程と、前記位置検出手段からの検出値
   より前記微動機構の変位量を差し引いて前記粗動機構の
   変位量を求める粗動変位量分離算出工程と、 前記微動変位量分離算出工程および粗動変位量分離算出
   工程によって求められた前記粗動機構の変位量をフィー
   ドバック量として前記粗動機構を駆動制御する粗動機構
   制御工程とを備えることを特徴とする駆動方法。
7. 【請求項７】 測定子を被測定物に対して接近または離
   隔する方向へ微小変位させる微動機構と、前記微動機構
   とともに前記測定子を前記被測定物に対して接近および
   離隔する方向へ前記微動機構よりも大変位させる粗動機
   構と、前記測定子が前記被測定物と関与した際に変化す
   る状態量を検出する状態量検出手段と、前記測定子の位
   置を検出する位置検出手段とを有し、前記状態量検出手
   段の出力が所定値になるように前記微動機構および前記
   粗動機構のうちの少なくとも一方を駆動させる制御手段
   とを備える測定機の駆動装置を駆動させる測定機の駆動
   方法において、 前記微動機構の挙動を示す演算モデルおよび前記微動機
   構の駆動制御量より前記微動機構の変位量を求める微動
   変位量分離算出工程と、前記位置検出手段からの検出値
   より前記微動機構の変位量を差し引いて前記粗動機構の
   変位量を求める粗動変位量分離算出工程と、 前記微動変位量分離算出工程および粗動変位量分離算出
   工程によって求められた前記粗動機構の変位量をフィー
   ドバック量として前記粗動機構を駆動制御する粗動機構
   駆動制御工程と備えることを特徴とする測定機の駆動方
   法。
8. 【請求項８】 測定子を被測定物に対して接近または離
   隔する方向へ微小変位させる微動機構と、前記微動機構
   とともに前記測定子を前記被測定物に対して接近および
   離隔する方向へ前記微動機構よりも大変位させる粗動機
   構と、前記測定子が前記被測定物と関与した際に変化す
   る状態量を検出する状態量検出手段と、前記測定子の位
   置を検出する位置検出手段とを有し、前記状態量検出手
   段の出力が所定値になるように前記微動機構および前記
   粗動機構のうちの少なくとも一方を駆動させる制御手段
   とを備える測定機の駆動装置において、 前記微動機構の変位量を検出する微動変位量検出手段
   と、前記位置検出手段からの検出値より前記微動機構の
   変位量を差し引いて前記粗動機構の変位量を求める粗動
   変位量分離算出手段とが設けられ、 前記制御手段は、前記微動変位量検出手段および粗動変
   位量分離算出手段によって求められた前記粗動機構の変
   位量をフィードバック量として前記粗動機構を駆動制御
   することを特徴とする測定機の駆動装置。