JP2012500406A - 位置決めシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、対象物（１１）を技術的機器、特に、観察、計測、または処理システム等に対して相対的に位置決めする位置決めシステム（１０）に関し、位置決めされる対象物を受けるオブジェクトキャリア装置（１３）、および上記オブジェクトキャリア装置を位置決めする位置決め装置（１２）、を含み、上記位置決め装置は、オブジェクトキャリア装置を駆動する駆動機構を有し、上記駆動機構は、オブジェクトキャリア装置の２軸方向の位置決めが可能になるように配置された２つのリニアモータ（２１，２２）を有し、上記位置決め装置は、計測機構（２３）を有し、上記駆動機構と計測機構とが、位置決め装置の参照基部（２６）とオブジェクトキャリア装置との間に介在するように配置されている。

Description

本発明は、対象物を技術的機器（technical facility）、特に、観察、計測、または処理システム等に対して相対的に位置決めする位置決めシステムに関し、位置決めされる対象物を受けるオブジェクトキャリア装置、および上記オブジェクトキャリア装置を位置決めする位置決め装置を含み、上記位置決め装置は、オブジェクトキャリア装置を駆動する駆動機構（drive facility）を有し、上記駆動機構は、オブジェクトキャリア装置の２軸方向の位置決めが可能になるように配置された２つのリニアモータを有し、上記位置決め装置は、計測機構（measurement facility）を有する。

２軸方向に移動可能な位置決め対象物の位置決めシステムは長らく知られ、通例、複合テーブル、またはＸＹテーブルとも呼ばれている。複合テーブルは、位置決めされる対象物を受けるために設けられたオブジェクトキャリア装置を位置決め装置に結合する、互いに直交するように配置された２つのガイドを有する。このように、複合テーブルは、また、特に高い精度の要求が適用される他の応用分野の中で、顕微鏡検査、および計測システムにも用いられる。対象物またはサンプルを伴ったサンプルホルダは、観察または計測のために、複合テーブルを用いて、顕微鏡の対物レンズまたは計測センサに対して相対的に１つ以上の位置に移動される。高い精度の要求を満足するために、従来の公知の複合テーブルは、一般に、例えばスピンドルドライブ、ラックアンドピニオン、ボーデンケーブル（Bowden cable）、または歯付ベルトドライブなどの機械的アクチュエータを含む。自動化された位置決め動作を可能にするために、他の公知の技術は、これらのドライバに回転タイプの電動モータが設けられる。さらに、リニアモータの形式で構成された電動モータベースのドライバもまた知られ、モータの動作から移動動作への直接変換を可能にする。

位置決めされる対象物の動きと同様に、特に計測が行われる場合や特定の位置に繰り返しセットされる必要がある場合には、実際の位置の決定がとりわけ重要である。そこで、通常、上記のような位置決めシステムには、比較的正確な位置の決定ができる補助的な計測装置が設けられる。しかし、計測装置は通常インクリメンタル計測装置の形式で構成され、つまり、通常、計測装置の電源が投入された後に、計測装置のレファレンスのために、計測システムのゼロポイントが訪れられ、または複合テーブルの座標系が定義されなければならない。そして、スケールユニットが目的の位置または長さを決定するために、ゼロポイントから開始されてカウントされる。

従来から知られた位置決めシステムの欠点は、駆動装置が複合テーブルに付加的なコンポーネントとして配置されていることである。特に、複合テーブルの外縁の領域に配置された電動モータの重量は、荷重負荷のアンバランスを引き起こし、複合テーブルの重心の変移となる。したがって、位置決めシステムの支持は、好ましくないトルク負荷の影響を受け、位置決めシステムの計測精度に不利な影響を与える。これは、特に、回転モータが、複合テーブルの一側面に突出して用いられ、または複合テーブルの底面にフランジで取り付けられる場合の一例である。回転モータは、さらに、回転動作から移動動作への必要な変換のために、機械的コンポーネントが種々のノイズおよび振動を発生させ、計測結果に不都合な影響を与え得るという欠点を有している。

特に、位置決めシステムが顕微鏡と伴に用いられる場合には、構造上の理由で位置決めシステムの配置のために小さなスペースしか許容されない標準的な市販の顕微鏡上で位置決めシステムが使用を意図されるので、位置決めシステムの組み付け高さは、できるだけ低いことが重要である。光が透過する顕微鏡検査では（In transmitted light microscopy）、顕微鏡の光学コンポーネントは、対象物に両側から非常に近づくように移動できなければならない。したがって、複合テーブルをできるだけ薄く構成することが望ましい。従来知られた複合テーブルは、駆動機構および／または計測装置が、平坦で比較的薄いオブジェクトキャリア装置の縁部に配置されることによって、これを達成している。しかし、この配置は、対応する計測結果へのネガティブな効果と伴に、前記のような重量分散の欠点をもたらす。

したがって、本発明の目的は、簡潔な手段によって作製できる、精度の向上した位置決めシステムを提供することである。この問題は、位置決めシステムの請求項１の特徴によって解決される。

本発明の、対象物を技術的機器、特に、観察、計測、または処理システム等に対して相対的に位置決めする位置決めシステムは、位置決めされる対象物を受けるオブジェクトキャリア装置、および上記オブジェクトキャリア装置を位置決めする位置決め装置を含み、上記位置決め装置は、オブジェクトキャリア装置を駆動する駆動機構を有し、上記駆動機構は、オブジェクトキャリア装置の２軸方向の位置決めが可能になるように配置された２つのリニアモータを有し、上記位置決め装置は、計測機構を有し、上記駆動機構と計測機構とが、位置決め装置の参照基部とオブジェクトキャリア装置との間に横たわるように配置されている。

特に電動モータベースの駆動機構としてのリニアモータの使用は、特に平坦な位置決めシステムの構築を容易にする。位置決め装置の参照基部は、技術的機器に相対的に不動、または強固に固定され、対象物を伴うオブジェクトキャリア装置は、２つのリニアモータによって複合テーブルのように互いに相対的にＸ軸およびＹ軸方向に移動することができる。駆動機構、および計測装置が、位置決め装置の参照基部と、オブジェクトキャリア装置との間に配置されていることにより、位置決めシステムの荷重分布は、質量の中心が、オブジェクトキャリア装置の図心に相対的に比較的近く配置される結果となる。このことは、位置決め装置の参照基部上、または位置決め装置の参照基部とオブジェクトキャリア装置との間に配置された計測装置上で重力による不利なトルクが加わることがないので、向上した計測精度が達成されることを意味する。さらに、計測装置の重心に近い、またはオブジェクトキャリア装置と位置決め装置との接続に近い配置は、オブジェクトキャリア装置の縁部に配置された計測装置に比べて、トルクの揺れ動き（torque-induced tilting movements）が、計測装置からオブジェクトキャリア装置の回転中心への長い距離に亘って増幅されることがほとんどないので、特に正確な計測結果を支持する。

位置決め装置の参照基部に対するオブジェクトキャリア装置の明示されていない（unspecified）位置の絶対値が計測装置によって直ちに決定できるならば、特に有利である。公知のインクリメンタル計測装置と比べて、スケールユニットのインクリメンタルカウンティングの絶対的な計測が算出されるのに先立ってオブジェクトキャリア装置により最初に移動されることが必要なゼロポイントも、定義される座標系のリファレンスポイントも存在しないことは有利である。このように、位置決めシステムは、スイッチオンされた直後に、対象物の位置の絶対的な計測値をもたらすことができる。特に、位置決めシステムが処理の自動化のために用いられる場合には、装置がスイッチオンされた後にレファレンスポイントに移動する必要性が排除されるので、時間の短縮が可能になる。

一実施例では、計測装置は、磁気計測装置であってもよい。磁気計測装置は、匹敵する要求精度の光学計測装置に比べて安価に製造することができ、磁気計測装置の組み付けサイズは、光学計測装置に比べて小さい。特にガラススケールとレンズ、および必要な光路は、光学計測装置の小型化に対して不利である。

他の実施例では、計測装置は、複数の計測ユニットを含んでもよい。第１の計測ユニットはＸ軸に割り当てられ、第２の計測ユニットはＹ軸に割り当てられ得る。それぞれの計測ユニットの位置の評価によって、対象物の位置が容易に決定できる。

また、計測ユニットは、互いに相対的に移動可能なセンサユニットとスケールとを備えてもよい。スケールまたはセンサユニットは、位置決め装置の参照基部に接続され得、センサユニットまたはスケールはオブジェクトキャリア装置に接続され、オブジェクトキャリア装置が移動する間、センサユニットとスケールとの間で相対的な動きが生じる。計測ユニットは、また、参照基部とオブジェクトキャリア装置との間に特に容易に配置することができる。

もし、スケールが複数の磁気トラックを有する場合には、それぞれのトラックがセンサによってスキャンされ得る。それらのトラックのうちの１つは、磁極の正確な配置を有し得、インクリメンタルスケールの形式でスケールユニットを提供する。そして１つ以上の追加のトラックは、第１のトラックに対して位相がずれた磁極を有し得、絶対的な位置の決定が可能になる。したがって、以前のゼロポイントの定義なしに、絶対的な位置の即座の算出が行われ得る。例えば３つの磁気トラックが形成され得る。

リニアガイドおよびリニアモータのために、位置決めシステムは、位置決めシステムへの軸方向の外力に大きな抵抗で抗することができないので、オブジェクトキャリア装置が位置決め装置の固定装置によって固定され得ることは特に有利である。固定装置は、搬送またはサービス中断の間、オブジェクトキャリア装置を位置決め装置の参照基部に相対的に固定でき、オブジェクトキャリア装置の好ましくない動き、および適当な場合には位置決めシステムの損傷を防止できる。このことは、動作が中断（break）した後に、対象物の観察または計測が、最後の位置から開始して、継続して（without interruption）続け得ることを意味する。

さらに、固定装置は、２つの安定なエンド位置に移動し得る電磁石を含んでもよい。１つのエンド位置では、オブジェクトキャリア装置は、意図された範囲内で、参照基部に相対的に自由に動くことができる。他のエンド位置では、位置決め装置またはオブジェクトキャリア装置の可動コンポーネントは、圧力ばめまたは確実な嵌合（force fit or positive fit）で固定される。電磁石または固定装置は、単に、例えば、位置決めシステムのオフまたはオン時に、短い電圧パルスによって活性化され得る。

一実施例では、位置決め装置を制御する制御装置が、位置決め装置に組み込まれ得る。制御装置は、例えばリニアモータを駆動でき、計測装置を解析できる。制御装置は、リニアモータと計測装置との組み合わせにマッチすることが好ましい。制御装置が位置決め装置に直接組み込まれるのと同様に、位置決め装置の外への制御装置の配置も考えられ、制御装置は、位置決め装置にデータ交換手段を介して接続され得る。

対象物の破損を防止するために、対象物を技術的機器または位置決めシステムに、力が制限された形で位置させることも好ましい。それは、特に、駆動機構によって加えられる力が制御装置によって制限され得る場合に有利である。リニアモータの場合には、これは、制御装置を用いてモータ電流を制限することによって、特に簡単に達成できる。

他の実施例では、駆動装置、計測装置、および制御装置の接続ケーブルが、固定的に配置されてもよい。この実施例は、特に、位置決め装置の参照基部とオブジェクトキャリア装置との間に設けられる駆動機構と計測装置の統合によって達成され得る。このようにして、駆動機構または計測装置にフレキシブルに供給され、またはオブジェクトキャリア装置に移動可能に接続されるケーブルは必要がない。よって、ケーブルが、繰り返される動きによってストレスを受けることもなく、ケーブルに作用する力による計測結果の破損も防止され得る。

位置決め装置は、計測装置または制御装置による位置の解析が行われ得るように構成してもよい。これは、絶対的な位置の直接決定が、計測装置自体内または制御装置内で例えばソフトウェアを用いて容易に行われ得ることを意味する。

オブジェクトキャリア装置のエンド位置において、対象物が自動的に位置決めシステムによって掴まれる（handled）ようにしてもよい。エンド位置では、例えば、オブジェクトキャリア装置が自動的に対象物にフィットされ得る。関連するエンド位置においてインクリメンタルな計測値の決定のためにゼロポイントに移動する必要性が排除される場合に、特に簡単に実施され得る。

オブジェクトキャリア装置が顕微鏡テーブルを含む場合には、位置決めシステムは顕微鏡において有利に使用することができる。

オブジェクトキャリア装置がさらにサンプルホルダを含む場合には、観察または計測されるサンプルまたは対象物が、オブジェクトキャリア装置の顕微鏡テーブルに対して定義された位置に容易に位置決めされ得る。

サンプルホルダが駆動装置のリニアモータに直接結合される場合、サンプルホルダまたは対象物は、顕微鏡テーブル上を軸に沿って移動し得る。これは、位置決め装置のためのガイドの構造を簡潔にする。

以下、添付図を参照して、発明がより詳細に述べられる。

位置決めシステムの実施例の平面図である。 ベースプレートを除去した位置決めシステムの底面図である。 オブジェクトキャリア装置を除去した位置決めシステムの平面図である。 オブジェクトキャリア装置を除去した位置決めシステムの斜視図である。 図１の位置決めシステムのV-V断面側面図である。

図１から図５の対比は、透過光顕微鏡による可能な観察または計測のために、図示しない対象物またはサンプルを受けるサンプルキャリア１１を有する位置決めシステム１０を示す。位置決めシステム１０は、位置決め装置１２とオブジェクトキャリア装置１３とから形成されている。オブジェクトキャリア装置１３は、顕微鏡テーブル１４と、サンプルホルダ１５とを含み、サンプルホルダ１５は、移動アーム１６と固定アーム１７とを有する１対のトングの形で構成されている。アーム１７の２つの接触表面１８，１９は、サンプルキャリア１１のための定義されたホルダを形成している。顕微鏡テーブル１４は、Ｘ軸に沿って移動可能であり、サンプルホルダ１５は互いに相対的に９０°の角度を成すＹ軸に沿って移動可能である。さらに、顕微鏡テーブル１４には、サンプルの照明または観察を容易にするために開口２０が設けられている。

位置決め装置１２は、共に駆動装置を形成する２つのリニアモータ２１，２２を含む。さらに、実質的に磁気ストリップ２４とセンサヘッド２５とから構成される計測装置２３が設けられている。ベースプレート２６は、位置決め装置１２の参照基部を形成する。上記ベースプレート２６は、顕微鏡上の、位置決めシステム１０の固定されたアセンブリのための、より詳しくは示されない顕微鏡および固定装置の照明または観察装置のための開口２７を含む。

さらに、位置決め装置１２に、顕微鏡テーブル１４の結合、および長手方向の移動のための２つのリニアガイド２８，２９、ならびにサンプルホルダ１５の連結および長手方向の移動のためのリニアガイド３０が設けられている。移動は、リニアモータ２１，２２によって行われ、それぞれのリニアモータ２１，２２は、中間コイル３５，３６、上磁気部３１，３２、および下磁気部３３，３４を備えている。計測装置２３によって出力される計測信号は、位置決めシステム１０に組み込まれた制御装置３７に記録される。リニアモータ２１，２２、および双安定電磁石３８の制御は、制御装置３７によって達成され、それはブレーキロッド３９と伴に固定装置を形成する。特に、計測装置２３と伴に顕微鏡テーブル１４とベースプレート２６との間に設けられるリニアモータ２１，２２の組み込みによって、位置決めシステム１０の特にコンパクトでフラットな実施例が可能になり、リニアモータ２１，２２だけの配置によって、オブジェクトキャリア装置１３のエンド位置においてもバランスウェイトの分散が確保される。

Claims (16)

1. 対象物（１１）を技術的機器、特に、観察、計測、または処理システム等に対して相対的に位置決めする位置決めシステム（１０）であって、
   位置決めされる対象物を受けるオブジェクトキャリア装置（１３）、および
   上記オブジェクトキャリア装置を位置決めする位置決め装置（１２）、
   を含み、
   上記位置決め装置は、オブジェクトキャリア装置を駆動する駆動機構を有し、
   上記駆動機構は、オブジェクトキャリア装置の２軸方向の位置決めが可能になるように配置された２つのリニアモータ（２１，２２）を有し、
   上記位置決め装置は、計測機構（２３）を有し、
   上記駆動機構と計測機構とが、位置決め装置の参照基部（２６）とオブジェクトキャリア装置との間に横たわるように配置されていることを特徴とする位置決めシステム。
2. 請求項１の位置決めシステムであって、
   位置決め装置（１２）の参照基部（２６）に対するオブジェクトキャリア装置（１３）の明示されていない位置の絶対値が、計測装置（２３）によって直接決定され得ることを特徴とする位置決めシステム。
3. 請求項１および請求項２のうち何れか１項の位置決めシステムであって、
   計測装置（２３）は、磁気計測装置であることを特徴とする位置決めシステム。
4. 請求項１から請求項３のうち何れか１項の位置決めシステムであって、
   計測装置は２つの計測ユニットを含むことを特徴とする位置決めシステム。
5. 請求項４の位置決めシステムであって、
   計測ユニットは、互いに相対移動可能なセンサユニット（２５）と、スケール（２４）とを含むことを特徴とする位置決めシステム。
6. 請求項５の位置決めシステムであって、
   スケール（２４）は、複数の磁気トラックを含むことを特徴とする位置決めシステム。
7. 請求項１から請求項６のうち何れか１項の位置決めシステムであって、
   オブジェクトキャリア装置（１３）は、位置決め装置（１２）の固定装置によって固定され得ることを特徴とする位置決めシステム。
8. 請求項７の位置決めシステムであって、
   固定装置は、電磁石（３８）を含むことを特徴とする位置決めシステム。
9. 請求項１から請求項８のうち何れか１項の位置決めシステムであって、
   位置決め装置を制御するための制御装置（３７）が位置決め装置（１２）に組み込まれていることを特徴とする位置決めシステム。
10. 請求項９の位置決めシステムであって、
    駆動機構によって加えられる力が制御装置（３７）によって制限され得ることを特徴とする位置決めシステム。
11. 請求項９および請求項１０のうち何れか１項の位置決めシステムであって、
    駆動機構、計測装置（２３）、および制御装置（３７）の接続ケーブルが固定的に配置されていることを特徴とする位置決めシステム。
12. 請求項９および請求項１１のうち何れか１項の位置決めシステムであって、
    位置決め装置（１２）は、計測装置（２３）または制御装置（３７）によって位置の解析が行われ得るように構成されていることを特徴とする位置決めシステム。
13. 請求項１から請求項１２のうち何れか１項の位置決めシステムであって、
    オブジェクトキャリア装置（１３）のエンド位置において、対象物（１１）が自動的に位置決めシステム（１０）によって掴まれ得る事を特徴とする位置決めシステム。
14. 請求項１から請求項１３のうち何れか１項の位置決めシステムであって、
    オブジェクトキャリア装置（１３）は、顕微鏡テーブル（１４）を含むことを特徴とする位置決めシステム。
15. 請求項１４の位置決めシステムであって、
    オブジェクトキャリア装置（１３）がサンプルホルダ（１５）を含むことを特徴とする位置決めシステム。
16. 請求項１５の位置決めシステムであって、
    サンプルホルダ（１５）が駆動機構のリニアモータ（２１）に直接結合されていることを特徴とする位置決めシステム。

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