JP2005266985A

JP2005266985A - 位置決め方法および位置決め装置

Info

Publication number: JP2005266985A
Application number: JP2004075458A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Abe; 浩阿部
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2024-03-17
Also published as: JP3959071B2; CN1670562A; CN100365464C

Abstract

【課題】移動体を目標位置に精度良く移動停止させることが可能な位置決め方法および位置決め装置を提供する。
【解決手段】移動体３を目標位置２０に向かって移動させ、前記移動体３の位置と前記目標位置２０との差分Ｌを測定し、前記差分Ｌに基づく前記移動体３の移動量が基準値未満になったときに、前記移動体３を基準移動量未満の移動量で前記目標位置２０方向に移動させる。前記移動体３の位置が前記目標位置２０に対して許容範囲以内となったときに前記移動体３を停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステージなどの移動体を目標位置に精度良く移動停止させることが可能な位置決め方法、およびこの位置決め方法を用いた位置決め装置に係り、特に磁気ヘッドの研磨面の干渉縞を検視するための顕微鏡用ステージを、磁気ヘッドの検視位置に向かって移動させる際に、検視位置に対して精度良く、且つ短時間で位置決めできる位置決め方法、および位置決め装置に関する。

磁気ヘッドの記録媒体対向面は湾曲した曲面のクラウン形状に形成されているが、このクラウン形状が設計したとおりに形成されているかを検査するために、異なった角度から観察した磁気ヘッドの記録媒体対向面について、前記クラウン形状の干渉縞を観察し、この干渉縞によって生じる光強度分布から、面全体の相対的な位相分布をもとめ、三次元的な高さに変換する、いわゆる位相シフト法と呼ばれる方法が用いられる。この際、各角度の記録媒体対向面ごとに任意の測定点の光強度を測定し、この高さ位置をもとに計算を行って位相を求める。

この位相シフト法によって前記クラウン形状の検査を行う際、前記測定点の高さ位置は前記位相を求めるためのデータとなるため、前記測定点の高さ位置を正確に把握し、この位置に正確に顕微鏡を停止させる必要がある。

ここで、前記磁気ヘッドのクラウン形状を検査するときは、顕微鏡を顕微鏡用ステージに固定し、このステージを移動することによって顕微鏡を移動して任意の位置に位置決めする。このため、従来より前記ステージをモータとこのモータの駆動力を前記ステージに伝達するための螺子を有する駆動手段とで構成された位置決め装置が用いられている。

このような位置決め装置では、前記位置決めを行う際、使用者が指定した位置までのステージの移動量に比較し、実際に前記ステージの移動量が、前記指定した位置までの移動量よりも小さくなるという、いわゆるロストモーションと呼ばれる現象が発生する。

以下に示す特許文献１には、パルスモータの回転駆動力を、複数の歯車や、ラックおよびピニオンを介してステージを移動させる顕微鏡用ステージが開示されている。この顕微鏡用ステージでは、前記パルスモータをマイクロステップ制御し、１パルスで微小な量の駆動量で前記ステージを移動できるように構成されている。前記ステージを移動させて所定位置に位置決めする際、歯車やラックなどに生じるロストモーションを抑制し、前記ステージの正確な位置決めを行うために、前記歯車やラックを、弾性部材である引っ張りバネによって一定方向へ付勢することにより、歯車やラックの噛み合わせの際に生じるガタつきを少なくするという技術思想が開示されている。

また以下に示す特許文献２には、ロストモーションの発生量以上の駆動量を加えた量でマイクロステップ制御されたパルスモータを駆動し、搬送ローラから排紙ローラへの駆動伝達ギア列のロストモーションを歯車の一方向に片寄らせることによって、ロストモーションの影響を少なくして移動体（被搬送物）を適切に移動させるという技術思想が開示されている。
特開２００３−１０７３６３号公報特開２００２−０６８５１９号公報

しかし、前記特許文献１および２に開示された技術思想は、前記ロストモーションを制御してステージや移動体を正確又は適切に移動させるものではあるが、前記ステージや前記移動体の移動量は前記パルスモータの１ステップの駆動量に依存した状態で前記ステージや前記移動体するため、前記ステージや前記移動物の位置決め精度も前記パルスモータの１パルスの移動量が限界であった。したがって、前記ステージや移動体の位置決めを高精度で行うことはできなかった。

本発明は前記従来の課題を解決するものであり、ステージなどの移動体の位置決めを精度良く行うことができる位置決め方法、および位置決め装置を提供することを目的とする。

本発明の位置決め方法は、移動体を目標位置に向かって移動させ、前記移動体位置と前記目標位置との差分を測定し、前記移動体の位置と前記目標位置との差分に基づく前記移動体の移動量が基準値未満になったときに、前記移動体を基準移動量未満の移動量で前記目標位置方向に移動させ、前記移動体の位置が前記目標位置に対して許容範囲以内となったときに前記移動体を停止させることを特徴とするものである。

この場合、前記移動体を、前記目標位置に向かって第１の方向へ移動させて前記目標位置を通過させた後、前記移動体を目標位置に向かって前記第１の方向と反対方向である第２の方向へ移動させるものとして構成することや、前記移動体を、前記目標位置に向かって前記第１の方向へ前記基準移動量で移動する状態で移動させて前記目標位置の手前で停止させた後、前記停止位置から前記基準移動量未満の移動量で前記移動体を移動させるものとして構成することができる。

また、前記移動体の位置と前記目標位置との差分が前記基準値以上のとき、前記移動体の移動量を基準移動量で除算することにより算出するものとして構成することが好ましい。

また、前記移動体の移動速度が、前記基準値未満の場合よりも前記基準値以上の場合の方が大きいものとして構成することが好ましい。

この場合、前記移動体をパルスモータの回転駆動力で移動させ、前記基準移動量は前記パルスモータの１パルスの移動量であり、ロストモーションによって前記基準移動量未満の移動量で前記移動体を移動するものとして構成することができる。

また本発明の位置決め装置は、移動体と、前記移動体と目標位置との差分を検出する位置検出手段と、前記移動体を移動させる駆動手段とを有し、前記位置検出方法を用いた位置決め装置において、
前記移動体を前記駆動手段によって目標位置に向かって移動させ、前記位置検出手段で検出した前記差分が基準値未満になったときに、前記駆動手段によって前記移動体を基準移動量未満の移動量で前記目標位置方向に移動させ、前記位置検出手段で検出した前記差分が許容範囲以内となったときに、前記駆動手段を停止し、前記移動手段が停止されることを特徴とするものである。

この場合、前記駆動手段はパルスモータを有し、前記パルスモータにマイクロステップ制御を施すものとして構成することが好ましい。

また、前記パルスモータのマイクロステップ制御を、前記基準値以上の場合は２５分割で行い、前記基準値未満の場合は２５０分割で行うことができる。

この場合、前記駆動手段のロストモーションによって前記移動体を前記基準移動量未満で移動させるものとして構成することが好ましい。
また、前記移動体に顕微鏡が固定されるものとして構成することに好適である。

本発明の位置決め方法および位置決め装置では、移動体を移動させる際、前記移動体を駆動手段などの理論値未満の移動量で移動させるものである。したがって、前記移動体を高精度で位置決め可能とすることができる。

本発明の位置決め方法および位置決め装置では、特にロストモーションを利用することによって、前記移動体が駆動手段などによって移動される際の理論的な最小移動量として規定される基準移動量よりも、はるかに少ない移動量で前記移動体を移動することを適切に行うことが可能となる。これにより、前記移動体を前記基準移動量で定まる精度よりも高精度で位置決めできることとなる。

また、前記移動体の位置と前記目標位置との差分が前記基準値以上のとき、前記移動体の移動量を基準移動量で除算することにより算出する場合には、前記移動体を位置決めするための移動を、小刻みに複数回に亘って前記移動体の位置決め動作がなされるので、前記移動体の位置決めを精度良く行うことが可能となる。

位置決め装置の前記駆動手段としてパルスモータ使用し、前記パルスモータにマイクロステップ制御を施すものとして構成された場合には、高精度の位置決めを行うことが可能となる。

また、前記移動体の移動速度が、前記基準値未満の場合よりも前記基準値以上の場合の方が大きいものとして構成された場合、特に前記位置決め装置として具体化された場合に、前記パルスモータのマイクロステップ制御を、前記基準値以上の場合は２５分割で行い、前記基準値未満の場合は２５０分割で行うことにより前記移動体の速度を設定すると、高精度の位置決めを迅速に行うことが可能となる。

本発明の位置決め方法および位置決め装置では、移動体を移動させる際、前記移動体を駆動手段などの理論値未満の移動量で移動させるものである。したがって、前記移動体を高精度で位置決め可能とすることができる。特にロストモーションを利用することによって、前記移動体が駆動手段などによって移動される際の理論的な最小移動量として規定される基準移動量よりも、はるかに少ない移動量で前記移動体を移動することを適切に行うことが可能となる。これにより、前記移動体を前記基準移動量で定まる精度よりも高精度で位置決めできることとなる。

図１は本発明の実施例である位置決め装置の構成を示す説明図、図２は図１に示す位置決め装置を用いて検査を行う磁気ヘッドを示す斜視図である。

図２に示す磁気ヘッドＨ１は、例えば記録媒体に記録信号を記録し、再生する映像機器の磁気記録再生装置、またはコンピュータ用のデータ磁気記録再生装置などを構成する摺動型磁気ヘッドである。前記磁気ヘッドＨ１は、第１コア１０１上に再生用のＭＲ型薄膜磁気ヘッド１０２、記録用のインダクティブヘッド１０３、及び保護膜である絶縁層１０４が形成されており、前記絶縁層１０４上に第２コア１０５が接着されている。符号１０６は電極である。

前記磁気ヘッドＨ１は、アルミナチタンカーバイドからなる第１コア１０１の磁気再生ヘッドの形成面上に、Ａｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２などの絶縁性材料からなる下地層（図示せず）を介して、薄膜磁気ヘッド１０２、および保護膜であるＡｌ_２Ｏ_３からなる絶縁層１０４が薄膜形成プロセスによって形成されている。

図２に示すように、前記磁気ヘッドＨ１は、ＭＲ型薄膜磁気ヘッド１０２とインダクティブヘッド１０３との複合型薄膜磁気ヘッドである。

図２に示すように第１コア１０１及び第２コア１０２の記録媒体対向面Ｈ１Ａは、記録媒体の進行方向である図示Ｚ方向にＲ形状（クラウン形状）に湾曲形成されている。

図１に示す位置決め装置１は、図２に示す磁気ヘッドＨ１の前記記録媒体対向面Ｈ１Ａの前記クラウン形状が、設計した形状の許容範囲内の形状に形成されているか否かを検査するために使用されるものである。

図３に示すように、前記磁気ヘッドＨ１の記録媒体対向面Ｈ１Ａを顕微鏡５０によって観察する。このとき、前記顕微鏡５０を上下方向（図示Ｙ１およびＹ２方向）に移動させながら任意の観察点を中心として観察する。このとき、前記記録媒体対向面Ｈ１Ａを前記顕微鏡５０で観察すると、図４ないし図７に示すように前記クラウン形状に基く干渉縞６０を観察することができる。ここで、図４ないし図７に示す点ａ，ｂ，ｃ，ｄは、前記顕微鏡５０の観察点である。

前記干渉縞６０は１／２周期で明暗が繰り返されるため、前記顕微鏡５０を前記干渉縞６０の周期の１／４の距離で移動させて複数の画像を得て、各画像の干渉縞６０を観察する。

このようにして観察した前記クラウン形状の干渉縞６０を観察し、この干渉縞６０によって生じる光強度分布から、面全体の相対的な位相分布をもとめ、三次元的な高さに変換する、いわゆる位相シフト法と呼ばれる方法が用いられる。この際、各画像ごとに前記観察点の光強度を測定し、この光強度をもとに計算を行って位相を求める。

この位相シフト法によって前記クラウン形状の検査を行う際、前記観察点の位置は前記位相を求めるためのきわめて重要なデータとなるため、前記観察点の位置を高精度に把握し、この観察点の位置に正確に顕微鏡を停止させる必要がある。

図１に示す位置決め装置１では、前記顕微鏡５０の位置を極めて高精度に位置決めできるものである。したがって、前記位置決め装置１は前記磁気ヘッドＨ１の記録媒体対向面Ｈ１Ａのクラウン形状を位相シフト法によって検査するのに好適なものである。

図１に示すように、前記位置決め装置１は、コントローラ２と、本発明の移動体であるステージ３と、スケール４と、駆動手段であるパルスモータ５、および前記駆動手段であるパルスモータ５の駆動力を、前記移動体であるステージ３に伝達するための伝達手段として機能する螺子６とを有して構成されている。

前記コントローラ２はＣＰＵ７とドライバ８とを有して構成されている。
前記位置決め装置１では、前記ステージ３は螺子６を介して前記パルスモータ５と接続されており、前記ステージ３は前記パルスモータ５の駆動力が前記螺子６を介して、図示Ｙ１方向およびＹ２方向に移動可能とされている。前記ステージ３の上には前記顕微鏡５０が固定される。そして、この顕微鏡５０により前記磁気ヘッドＨ１の前記クラウン形状に基づく干渉縞６０を観察するのである。

前記パルスモータ５はステップ角０．３６°であり、１回転させるのに１０００パルスが必要となるものである。そして、１ステップを２５０分割したマイクロステップ駆動がなされるように前記ドライバ８で制御されている。また、前記螺子６の１ピッチは１ｍｍに構成されている。

したがって、前記パルスモータ５を１パルス出力させた場合、前記ステージ３の移動量は１ｍｍ／１０００パルス／２５０分割＝４ｎｍとなるように構成されている。この４ｎｍという移動量が、前記位置決め装置１では、前記ステージ３の基準移動量となる。また、前記パルスモータ５を２５０分割したときが、前記ステージ３の移動速度のうち低速時となる。この低速時における後記する位置決めサイクルの１サイクル当たりの最大移動量がＶ１であり、この低速時の前記ステージ３の最大移動速度と相関する。このＶ１は、前記パルスモータ５のマイクロステップが２５０分割の時にはステージ３の負荷による限界よりも、電気的にドライバに入力可能な周波数によって決定される。

なお、前記ドライバ８によって、前記パルスモータ５は２５分割のマイクロステップ制御もなされるように構成されている。このように前記パルスモータ５を２５分割したときが、前記ステージ３の移動速度のうち高速時となる。この高速時における後記する位置決めサイクルの１サイクル当たりの最大移動量がＶ２であり、この高速時の前記ステージ３の最大移動速度と相関する。このＶ２はステージ３の負荷と前記パルスモータ５のトルクとの関係によって決まり、パルスモータ５特有の脱調現象を起こさないようにするために、制御に必要となるパラメータである。

前記パルスモータ５の１パルス出力時の前記ステージ３の基準移動量は４ｎｍであるため、前記ステージ３を目標位置に移動させて停止させる場合、前記ステージ３の目標位置に対する位置決め精度は４ｎｍが限界となるのが普通である。

しかし、本発明の前記位置決め装置１では、前記ステージ３を４ｎｍよりも小さい距離（精度）で位置決め可能なものである。その原理を以下に説明する。

図８は基準点から前記ステージ３を何処まで移動させるのかを指令したときの指令位置（ｎｍ）と、前記指令に基いて実際に前記ステージ３が移動したときの前記基準点からの移動位置（ｎｍ）を示したグラフ、図９は図８に示すグラフを前記指令位置が５０ｎｍまで拡大して示したグラフである。

図８に示す「ステージＮｏ．１」は、前記パルスモータ５に前記螺子６として１ｍｍ／ピッチのものを使用したときのステージを表すもので、１パルス当たり４ｎｍの基準移動量である。一方「ステージＮｏ．２」は、前記パルスモータ５に、前記螺子６として０．５ｍｍ／ピッチのものを使用したときのステージを表したもので、１パルス当たり２ｎｍの基準移動量である。

図８に示すように、指令どおり動いた場合のグラフと比較すると、指令位置に対して、前記「ステージＮｏ．１」および「ステージＮｏ．２」が実際に移動した距離は短くなっていることが分かる。これはロストモーションと呼ばれる現象で、前記「ステージＮｏ．１」「ステージＮｏ．２」を駆動させるための部材（例えば螺子６など）が弾性変形することにより生じるものと考えられ、前記位置決め装置１においては前記ステージ３を位置決めする際に位置決め精度の低下をもたらす原因である。図８において、「ステージＮｏ．１」および「ステージＮｏ．２」では、「指令どおりに動いた場合」のグラフからの差分がロストモーションになっている。

また図８に示すように、指令位置の値が小さいほど、実際の移動量は小さくなっており、ロストモーションは指令位置の値が小さいほど、大きくなるということがいえるのである。これは特に、漸増型ロストモーションと呼ばれるものである。

本発明の前記位置決め装置１では、前記ロストモーションが大きい領域、即ち前記指令位置の値が小さい領域で前記ステージを動かすことによって、前記ステージ３を前記パルスモータ５の１パルスにおける前記ステージ３の移動量よりも少ない量で前記ステージ３を動かすものである。即ち、前記ステージの指令移動量を、例えば前記パルスモータ５の１パルスでの移動量よりも小さい値で指令すると、図８および図９から分かるように、指令移動量よりも非常に少ない量でしか前記ステージ３が移動しないため、理論的なステージの最小移動量４ｎｍよりも小さい値での移動が可能となるのである。
なお、前記位置決め装置１では、後述するように指令移動量を１ｎｍとしている。

次に、前記位置決め装置１の前記ステージ３の位置決め動作について、図１、図１０および図１１を用いて説明する。ここで図１０は、前記ステージ３の中心線Ｏ−Ｏを、目標位置２０にある磁気ヘッドＨ１の破線２１と同一線上に移動させる際の位置決め動作を説明する模式図である。また、図１１は前記コントローラ２の内部処理を示す図である。なお、図１０に示す前記磁気ヘッドＨ１の前記破線２１上に、前記磁気ヘッドＨ１の前記測定点ａ，ｂ，ｃ，若しくはｄが存在する。

まず図１に示すように、前記ＣＰＵ２に内蔵されたパルスカウンター（ＰＣ）９に、パルス発生器１１により、前記ステージ３を図１０に示す目標位置２０まで移動させるための信号となる信号Ｓ１を入力する（手順１）。この信号Ｓ１は前記ステージ３の目標位置２０までの移動指令について、１パルス当たりどの位の最低移動量で前記ステージ３を移動させれば良いかを規定するためのものである。このとき、前記パルスカウンター９によって、１パルスでの前記パルスモータ５の駆動が可能となり、前記ステージ３の最小移動量が規定される。この最小移動量は、前記パルスモータの１パルス当たりでの前記基準移動量よりも少ない移動量であり、本実施形態の位置決め装置１では、１ｎｍ単位で指令可能となっている。この理由は、前記ロストモーションを利用して、前記パルスモータ５の１パルスにおける前記ステージ３の移動量を微小に行うことができるからである。

次に、図１０に示すように位置Ａにある前記ステージ３のＯ−Ｏ線から、前記目標位置２０の中心線Ｏ´−Ｏ´線までの差分である距離Ｌを、本発明の位置検出手段である前記スケール４で測定する。このスケール４は例えばガラスと格子上の網を有して構成される公知の光スケールなどで構成できる。そして、前記スケール４で測定した前記距離Ｌの距離信号Ｓ２を、図１に示すパルスカウンター（ＰＣ）１０を介して前記ＣＰＵ７に入力する（手順２）。この信号Ｓ２はパルス信号であり、前記パルスカウンター１０によってスケール４の位置をステージ３とともに１パルスごとに移動させることができる。本実施形態の位置決め装置１では、前記スケール４は前記信号Ｓ１に基いて１ｎｍ単位で移動可能となっているため、１ｎｍの位置検出精度で前記ステージ３の位置を検出できるものである。

そして、前記信号Ｓ１およびＳ２は、前記パルスカウンター９および１０を介して前記ＣＰＵ７の回転方向判断手段１２に入力される（手順３）。

前記回転方向判断手段１２は、前記信号１と前記信号Ｓ２との距離に基いて、図１０に示す目標位置２０に対して前記ステージ３を、第１の方向であるＹ１方向へ移動させるべきか、第２の方向（前記第１の方向と反対方向）であるＹ２方向へ移動させるべきかを判断し、この判断に基いた方向信号Ｓ３を、前記ＣＰＵ７のＰＩＤ制御（比例積分微分制御）手段１３に入力する（手順４）。このとき前記信号Ｓ３は、前記ステージ３をＹ１方向へ移動させる場合には、後記する制御量Ｃが正値となる。一方、前記ステージ３をＹ２方向へ移動させる場合には、後記する制御量Ｃが負値となる。

前記ＰＩＤ制御手段１３では、前記信号Ｓ３に基いて、前記ステージ３を前記目標位置２０に近づけるべく、ＰＩＤ制御を行う（手順５）。

前記ＰＩＤ制御手段１３は、前記パルス発生器１１からの信号Ｓ１、前記スケール４からの距離信号Ｓ２、および前記回転方向判断手段１２から出力された前記信号Ｓ３に基いて、前記ステージ３の必要な制御量（即ち前記ステージ３の必要移動量）Ｃを算出し、これを信号Ｓ４として、前記ＣＰＵ７の移動制御手段１４に入力する（手順６）。

前記移動制御手段１４は、前記ＰＩＤ制御手段１３で計算された前記信号Ｓ４に基いて、前記ステージ３を移動させるための前記パルスモータ５の駆動を制御するものである。

図１１には前記移動制御手段１４における制御方法を示している。ここで図１４において「Ｍａｘ」とは、前記ドライバ８で前記パルスモータ５のマイクロステップを２５分割したときの、後記する位置決めサイクルの１サイクル当たりの移動量と同じ値である。また「Ａ」とは、前記高速時のパルスモータ５の分割数と前記低速時のパルスモータ５の分割数との比を表したものであるあり、前記位置決め装置では２５０／２５＝１０となる。「Ｐｉｔｃｈ」とは、前記低速時速度の１パルス当たりの前記ステージ３の移動量、即ち前記基準移動量であり、前記位置決め装置１では４ｎｍである。

図１１に示すように、前記ＰＩＤ制御手段１３が算出した前記制御量Ｃが信号Ｓ４として前記移動制御手段１４に入力される。

前記制御量Ｃの絶対値｜Ｃ｜が、｜Ｃ｜＞「Ｍａｘ」の場合には、｛Ｍａｘ／（Ａ×（Ｐｉｔｃｈ）｝のパルス数で前記パルスモータ５を駆動させるように、前記ドライバ８に信号Ｓ５ａを出力する。このとき、前記ドライバ８は、前記パルスモータ５を２５分割のマイクロステップで駆動させるように信号６ａを出力する（手順７ａ）。このとき、前記Ｃが正値の場合には、前記パルスモータ５を時計方向（ＣＷ）へ回転駆動させて前記ステージ３を図１０に示すＹ１方向へ向かって移動させ、負値の場合には、前記パルスモータ５を反時計方向（ＣＣＷ）へ回転駆動させて前記ステージ３を図１０に示すＹ２方向へ向かって移動させる。なお、前記パルスモータ５を時計方向（ＣＷ）へ回転駆動させて前記ステージ３を図１０に示すＹ２方向へ向かって移動させ、前記パルスモータ５を反時計方向（ＣＣＷ）へ回転駆動させて前記ステージ３を図１０に示すＹ１方向へ向かって移動させるように構成しても良い。

前記絶対値｜Ｃ｜が、｜Ｃ｜＞Ｖ１の場合には、｛Ｃ／（Ａ×（Ｐｉｔｃｈ）｝のパルス数で前記パルスモータ５を駆動させるように、前記ドライバ８に信号Ｓ５ｂを出力する。このとき、前記ドライバ８は、前記パルスモータ５を２５分割のマイクロステップで駆動させるように信号６ｂを出力する（手順７ｂ）。このとき、前記Ｃが正値の場合には、前記パルスモータ５を時計方向（ＣＷ）へ回転駆動させて前記ステージ３を図１０に示すＹ１方向へ向かって移動させ、負値の場合には、前記パルスモータ５を反時計方向（ＣＣＷ）へ回転駆動させて前記ステージ３を図１０に示すＹ２方向へ向かって移動させる。なお、前記パルスモータ５を時計方向（ＣＷ）へ回転駆動させて前記ステージ３を図１０に示すＹ２方向へ向かって移動させ、前記パルスモータ５を反時計方向（ＣＣＷ）へ回転駆動させて前記ステージ３を図１０に示すＹ１方向へ向かって移動させるように構成しても良い。

前記絶対値｜Ｃ｜が、｜Ｃ｜≧「Ｐｉｔｃｈ」の場合には、｛Ｃ／Ｐｉｔｃｈ｝のパルス数で前記パルスモータ５を駆動させるように、前記ドライバ８に信号Ｓ５ｃを出力する。このとき、前記ドライバ８は、前記パルスモータ５を２５０分割のマイクロステップで駆動させるように信号６ｃを出力する（手順７ｃ）。このとき、前記Ｃが正値の場合には、前記パルスモータ５を時計方向（ＣＷ）へ回転駆動させて前記ステージ３を図１０に示すＹ１方向へ向かって移動させ、負値の場合には、前記パルスモータ５を反時計方向（ＣＣＷ）へ回転駆動させて前記ステージ３を図１０に示すＹ２方向へ向かって移動させる。なお、前記パルスモータ５を時計方向（ＣＷ）へ回転駆動させて前記ステージ３を図１０に示すＹ２方向へ向かって移動させ、前記パルスモータ５を反時計方向（ＣＣＷ）へ回転駆動させて前記ステージ３を図１０に示すＹ１方向へ向かって移動させるように構成しても良い。

前記絶対値｜Ｃ｜が、｜Ｃ｜＜「Ｐｉｔｃｈ」であり、かつ｜Ｃ｜＞０の場合には、１パルスで前記パルスモータ５を駆動させるように、前記ドライバ８に信号Ｓ５ｄを出力する。この「Ｐｉｔｃｈ］、すなわち基準移動量が、本発明の「基準値」となる。このとき、前記ドライバ８は、前記パルスモータ５を２５０分割のマイクロステップで駆動させるように信号６ｃを出力する（手順７ｄ）。このとき、前記Ｃが正値の場合には、前記パルスモータ５を時計方向（ＣＷ）へ回転駆動させて前記ステージ３を図１０に示すＹ１方向へ向かって移動させ、負値の場合には、前記パルスモータ５を反時計方向（ＣＣＷ）へ回転駆動させて前記ステージ３を図１０に示すＹ２方向へ向かって移動させる。なお、前記パルスモータ５を時計方向（ＣＷ）へ回転駆動させて前記ステージ３を図１０に示すＹ２方向へ向かって移動させ、前記パルスモータ５を反時計方向（ＣＣＷ）へ回転駆動させて前記ステージ３を図１０に示すＹ１方向へ向かって移動させるように構成しても良い。

このようにして、前記手順１から手順７を位置決めサイクルの１サイクルとし、前記｜Ｃ｜が１ｎｍ未満になったときに、前記ステージ３を停止させ、前記ステージ３の位置決めが終了する。この１ｎｍは前記信号Ｓ１に基いて規定されたものである。したがって、この１ｎｍが本発明の「許容範囲」となる。前記１サイクルごとに、前記ステージ３の位置が前記目標位置２０に対し１ｎｍ以上の距離に位置している場合には、前記位置決めサイクルを繰り返して行い、前記｜Ｃ｜が１ｎｍ未満になったときに、前記ステージ３の位置決めが終了する。なお、前記位置決めサイクルの２度目以降では、前記手順１および２を記憶させておき、前記手順３から始まるものとすると、ステージ３の位置決めを簡単に行うことが可能となる。

なお、前記位置決めサイクルの途中で、前記ステージ３を、前記手順１から手順７によって図１０に示すＡの位置から図示矢印方向へ移動させた際、前記位置決めサイクルの１サイクル終了時に、前記ステージ３が前記目標位置２０の手前（図示Ｙ２方向）に位置する停止位置Ａ´に停止するように構成しても良く、または前記ステージ３が前記目標位置２０の図示Ｙ１方向に位置する停止位置Ａ´´に停止するように構成しても良い。

本発明の位置決め装置１では、前記手順７ａから前記手順７ｂでは、前記ステージ３の移動量Ｃを前記位置決めサイクルの１サイクルに移動可能な移動量（Ｖ１、Ｖ２）で比較している。これにより、前記パルスモータ５を脱調させずに最大限の速度と精度で、前記ステージ３の移動を行うことが可能となる。

一方、手順７ｃおよび７ｄでは、前記制御量Ｃを「Ｐｉｔｃｈ」に基いて比較している。これにより、必要な前記ステージ３の移動量が「Ｐｉｔｃｈ」未満になった場合は、出力可能な最小パルスによって前記パルスモータ５を駆動させて、前記ステージ３を移動させることによって、前記ステージ３に位置の微調整を行うことが可能となる。

本発明の前記位置決め装置１では、前記手順７ａ，７ｂ，７ｃで、前記制御量Ｃを、前記Ｐｉｔｃｈ、すなわち前記基準移動量で除した値で決定している。したがって、前記ステージ３を位置決めするために図１０に示すＹ１方向、またはＹ２方向に移動させる際、ロストモーションと同じ量だけ不足分として、目標位置２０の手前で前記ステージ３が停止し、次の位置決めサイクルで、この不足分を補うように小刻みに前記ステージ３を移動させることが可能となるため、前記ステージ３の位置決めを精度良く行うことが可能となる。

しかし、前記ステージ３の移動を小刻みに行うと、位置決めまでの前記位置決めサイクル数が多くなってしまい、位置決めに要する時間も多くなってしまう。これを抑制するために、前記位置決め装置１では、前記ステージ３の制御量Ｃが大きくなる手順７ａおよび７ｂの場合には、前記パルスモータ５を２５分割のマイクロステップで制御することにより、パルスモータ５の前記１パルスの駆動量を大きくし、前記ステージ３の移動速度を早くすることによって、前記ステージ３の位置決めを迅速に行うことができるように構成している。

また、前記ステージ３の制御量Ｃが大きい場合には、前記制御量Ｃを前記「Ｐｉｔｃｈ」で徐した値で決定し、前記「Ｐｉｔｃｈ」から計算した前記基準移動量分の出力とすることで、前記ステージ３が前記目標位置２０を通り過ぎないように構成している。

ただし前記したように、更に制御量Ｃが大きい手順７ａおよび７ｂの場合には、前記パルスモータ５のマイクロステップ分割を、２５０分割から２５分割に切り替える。これは、前記ステージ３の微小な移動を行って位置決めを行うためには、前記パルスモータ５のマイクロステップを２５０分割とすることが必要であるが、位置決めサイクルの１サイクルで出力できる前記パルスモータ５のパルス数が、前記ドライバ８の回路仕様などによって制限されることから、前記マイクロステップを２５０分割としたときに、前記ステージ３の移動速度が遅くなってしまうことを回避するためであり、前記パルスモータ５のマイクロステップを２５分割とすることによって、前記パルスモータ５の最大トルク域を使用することができ、前記したように、前記ステージ３の移動速度を大きくすることが可能となる。

一方、前記ステージ３の制御量Ｃが小さい手順７ｃおよび７ｄの場合には、前記パルスモータ５を２５０分割のマイクロステップで制御することにより、パルスモータ５の１パルスの駆動量を小さくすることによって前記ステージ３を微小に移動可能とし、前記ステージ３の位置決め精度を向上させているのである。

前記位置決め装置１では、前記したように前記パルスモータ５を２５０分割のマイクロステップで制御した場合、理論的な前記ステージ３の移動量、即ち前記基準移動量は４ｎｍである。これにも拘らず、前記位置決め装置では、前記信号Ｓ１で、ステージ３の移動量を１ｎｍに設定し、前記信号Ｓ２で、前記スケール４の測定精度を１ｎｍに設定することによって、前記ステージ３の位置決め精度を１ｎｍの精度で行うこととしている。

これは前記したように、本発明の前記位置決め装置１では、ロストモーションが大きい領域で前記ステージ３を移動させるため、前記パルスモータ５を１パルス駆動させても、前記ステージ３を４ｎｍ未満の移動量で移動させることができる。ここで、図９において前記位置決め装置１で使用したステージ３に相当する示す「ステージ１」のみを書き写したのが図１２である。図１２に示すように、前記「ステージ１」のグラフでは、２５０分割マイクロステップ制御時のパルスモータ５の１パルス分である４ｎｍを指令した場合、前記「ステージ１」が実際に移動する移動量を１ｎｍ未満とすることが可能となる。したがって、前記位置決め装置１では、前記ステージ３の移動量指令を１パルス、即ち４ｎｍとしても、前記ステージ３を１ｎｍ未満で移動させることが可能となるのである。そして、１ｎｍ未満で移動する前記ステージ３を、前記スケール４で位置計測し、その信号Ｓ２を前記コントローラ２にフィードバックすることによって、前記ステージ３を１ｎｍの精度で位置決め可能となるのである。

このように、本発明の位置決め装置１では、前記ロストモーションを利用して、本来前記ステージ３の理論的な最小移動量である基準移動量よりも、はるかに少ない移動量で前記ステージ３を移動可能とすることによって、前記ステージ３を前記基準移動量で定まる精度よりも高精度で位置決めできるのである。

また本発明の位置決め装置１では、前記ロストモーションを利用して、本来前記ステージ３の理論的な最小移動量である基準移動量よりも、はるかに少ない移動量で前記ステージ３を移動可能としているため、理論的な最小移動量自体が非常に小さな高精度な寸法で形成されたステージ３や螺子６などの構成部材を使用する必要がないため、使用するステージ３や螺子６などの構成部材のコストを低廉に抑えることが可能となる。

なお、前記手順７ｃでは、｜Ｃ｜≧「Ｐｉｔｃｈ」とする場合、手順７ｄでは、｜Ｃ｜＜「Ｐｉｔｃｈ」とする場合を例にして、すなわち前記制御量｜Ｃ｜を前記基準移動量との比較によって前記パルスモータ５を駆動させるためのパルス数を算出しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記基準移動量に換えて、例えば図８に示すステージ３の始動特性に基いた任意の数で前記比較を行って、前記パルスモータ５を駆動させるためのパルス数を算出しても良い。このようにすると、位置決めの条件に合わせて、前記ステージ３の移動速度、ひいては位置決め速度を調整することが可能となる。この場合には、前記手順７ｄにおける本発明の「基準値」は前記任意の数となる。

また、前記位置決め装置１の説明では、前記手順１における前記信号Ｓ１を１ｎｍとして入力する例で説明したが、本発明ではこれ以外の任意の数値で指令することも可能であり、この数値が本発明の「許容範囲」となる。この場合、前記手順２での前記信号２も、前記信号Ｓ１と同じ任意の数値で合わせることにより、ステージの位置検出精度を移動量の精度と一致させることができ、正確な位置決めが可能となる。

また、以上のような前記ステージ３の１ｎｍ精度での位置決めを、モータ制御で行う場合、従来では、モータ自体の分解能の制限がないため、ボイスコイルモータやサーボモータなどの連続で駆動可能なものを使用するのが一般的であった。しかし、このような連続駆動が可能なモータの場合、電流の大きさと極性によって一方向にトルクが発生するため、目標位置２０に前記ステージ３が到達したときには、電流値が非常に小さい値となり、保持トルクを持たないか、または前記スケールの最小分解能の値で微小に振動している状態になる。

これに対し、本願発明の前記位置決め装置１では、モータとしてパルスモータ５を使用しているため、目標位置２０に前記ステージ３が到達したときでも、電流を定格状態で流し続けることができることから、前記パルスモータ５による前記ステージ３の保持トルクを維持することができるため、前記ステージ３を目標位置２０で静止状態にできる。

また、ボイスコイルモータやサーボモータなどの連続で駆動可能なモータを使用した場合には、電流を切断して制御を止めてしまうと、前記ステージ３に加わっている力などの影響でモータが回転してしまい、前記ステージ３が動いてしまうが、前記パルスモータ５を使用することで、制御を止めた後でも、前記ステージ３が動いてしまうことを抑制することが可能となる。

本発明の実施例である位置決め装置の構成を示す説明図、図１に示す位置決め装置を用いて検査を行われる磁気ヘッドを示す斜視図、図２に示す磁気ヘッドの記録媒体対向面を光学的顕微鏡によって観察する状態を示す側面図、図２に示す磁気ヘッドの記録媒体対向面を図３に示す顕微鏡で観察した状態を示す平面図、図２に示す磁気ヘッドの記録媒体対向面を図３に示す顕微鏡で観察した状態を示す平面図、図２に示す磁気ヘッドの記録媒体対向面を図３に示す顕微鏡で観察した状態を示す平面図、図２に示す磁気ヘッドの記録媒体対向面を図３に示す顕微鏡で観察した状態を示す平面図、図１に示す位置決め装置を構成するステージの始動特性を示すグラフ、図８に示すグラフの部分拡大グラフ、図１に示す位置決め装置の位置決め動作を説明する模式図、図１に示す位置決め装置の制御方法を示す説明図、図９に示すグラフの一部分のみを示したグラフ、

符号の説明

１位置決め装置
２コントローラ
３ステージ
４スケール
５パルスモータ
６螺子
７ＣＰＵ
８ドライバ
９パルスカウンタ
１０パルスカウンタ
１１パルス発生器
１２回転方向判断手段
１３ＰＩＤ制御手段
１４移動制御手段
５０顕微鏡

Claims

移動体を目標位置に向かって移動させ、前記移動体位置と前記目標位置との差分を測定し、前記移動体の位置と前記目標位置との差分に基づく前記移動体の移動量が基準値未満になったときに、前記移動体を基準移動量未満の移動量で前記目標位置方向に移動させ、前記移動体の位置が前記目標位置に対して許容範囲以内となったときに前記移動体を停止させることを特徴とする位置決め方法。
前記移動体を、前記目標位置に向かって第１の方向へ移動させて前記目標位置を通過させた後、前記移動体を目標位置に向かって前記第１の方向と反対方向である第２の方向へ移動させる請求項１記載の位置決め方法。
前記移動体を、前記目標位置に向かって前記第１の方向へ前記基準移動量で移動する状態で移動させて前記目標位置の手前で停止させた後、前記停止位置から前記基準移動量未満の移動量で前記移動体を移動させる請求項１記載の位置決め方法。
前記移動体の位置と前記目標位置との差分が前記基準値以上のとき、前記移動体の移動量を基準移動量で除算することにより算出する請求項１ないし３のいずれかに記載の位置決め方法。
前記移動体の移動速度が、前記基準値未満の場合よりも前記基準値以上の場合の方が大きい請求項１ないし４のいずれかに記載の位置決め方法。
前記移動体をパルスモータの回転駆動力で移動させ、前記基準移動量は前記パルスモータの１パルスの移動量であり、ロストモーションによって前記基準移動量未満の移動量で前記移動体を移動する請求項１ないし５のいずれかに記載の位置決め方法。
移動体と、前記移動体と目標位置との差分を検出する位置検出手段と、前記移動体を移動させる駆動手段とを有し、請求項１ないし６に記載の位置検出方法を用いた位置決め装置において、
前記移動体を前記駆動手段によって目標位置に向かって移動させ、前記位置検出手段で検出した前記差分が基準値未満になったときに、前記駆動手段によって前記移動体を基準移動量未満の移動量で前記目標位置方向に移動させ、前記位置検出手段で検出した前記差分が許容範囲以内となったときに、前記駆動手段を停止し、前記移動手段が停止されることを特徴とする位置決め装置。
前記駆動手段はパルスモータを有し、前記パルスモータにマイクロステップ制御を施す請求項７記載の位置決め装置。
前記パルスモータのマイクロステップ制御を、前記基準値以上の場合は２５分割で行い、前記基準値未満の場合は２５０分割で行う請求項８記載の位置決め装置。
前記駆動手段のロストモーションによって前記移動体を前記基準移動量未満で移動させる請求項７ないし９のいずれかに記載の位置決め装置。
前記移動体に顕微鏡が固定される請求項７ないし１０のいずれかに記載の位置決め装置。