JP5840404B2 - ステージ装置およびこれを用いた観察装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施例1として、指令電圧の可変出力タイミング機能を持つピエゾモータを用いたステージ装置について説明する。
〔ピエゾモータの駆動原理〕
次に、ウォーキング型ピエゾモータの動作原理について説明する。図2に示すように、ウォーキング型ピエゾモータは、貼り合わせた左右一対のピエゾ素子7への印加電圧差を利用して屈曲するバイモルフ型のピエゾ素子を2本以上用いたピエゾモータである。特に2足歩行動作を行う可動体ユニットについて説明する。
〔変位応答と速度応答〕
図4は、指令電圧生成部302から指令電圧波形を一定の出力タイミングで4周期分入力した際のピエゾモータの速度応答波形を示す。図4から可動体の速度が指令速度に対して変動が大きいことがわかる。その理由は、ピエゾ素子の角度や長さ、特に屈曲量にばらつきが生じるために速度安定性が悪化するためである。
〔指令電圧出力タイミングの補正〕
ここで、指令電圧標準波形データの分割数をn、指令電圧出力タイミング補正データの分割タイミング(D/A出力タイミング)をΔt、分割点iの計測変位をy
[i]、分割点iの計測速度をv[i]とする。速度安定性が高い駆動を実現するために、分割点iの速度が指令速度v(一定値)に一致するように、指令電圧出力タイミング補正データを次式により求める。
〔数1〕
Δt[i]=(y[i+1]−y[i])/v ・・・(1)
図7に、上記式(1)によって、1周期分の指令電圧出力タイミング補正データを求める方法のフローチャートを示す。指令電圧標準波形データを一定の出力タイミングで1周期分以上ピエゾステージに入力し、その変位または速度を計測器で測定し(ステップS10)、各分割点間での移動距離(y[i+1]−y[i])を求めて指令速度v(一定値)で除算し(S40)、各分割点での指令電圧出力タイミング補正データを求める。この計算を最初の分割点i=0から1周期分の分割点nまで求め(S20、S30、S50)、指令電圧出力タイミング補正データのテーブルを生成する(S60)。
[本実施例に係る効果]
本実施例によれば、以下に記す(a)〜(c)のうちの一つ又は複数の効果を奏する。
(a)ステージ装置において、ピエゾステージのウォーキング形ピエゾモータを駆動する指令電圧標準データと、ウォーキング形ピエゾモータの出力に一定速度を与える様に予め測定した指令電圧出力タイミング補正データと、少なくとも指令電圧標準波形データおよび指令電圧出力タイミング補正データからウォーキング形ピエゾモータを駆動する指令電圧を生成する指令電圧生成部を有するステージ制御装置を備えることにより、位置決めする際にステージの速度を一定に安定させ、高精度な位置決めを行うことができるステージ装置を提供することができる。
(b)モータ駆動部に与えるアナログ電圧を可変タイミング出力することにより、位置決めする際に搬送部材のステージの速度を一定に安定させ、高精度な位置決めを行うことができる。
(c)ステージ制御装置が、指令電圧出力タイミング補正データに基づいて、一定出力タイミングでウォーキング形ピエゾモータに与えられモータ出力を一定速度とする指令電圧補正波形データを生成し、指令電圧生成部は指令電圧標準波形データおよび指令電圧補正波形データからウォーキング形ピエゾモータを駆動する指令電圧を生成することにより、位置決めする際に搬送部材のステージの速度を一定に安定させ、高精度な位置決めを行うことができる。
また、本発明において、図8に示したような直線的変位を得られるように補正された指令電圧波形(以下、指令電圧補正波形)でウォーキング型ピエゾモータを駆動すれば同じ効果が得られる。そこで、得られた指令電圧補正波形を一定の出力タイミングでD/A出力することによっても、速度安定性が高い駆動を実現できる。
なお、指令電圧標準データとして、指令電圧標準波形データを用いると、ステージ速度変動との対応がオシロスコープなどで測定することにより、対応させやすいなどの利点がある。
[本実施例に係る効果]
本実施例によれば、実施例1に記載の効果、又は、以下に記す(a)のうちの一つ又は複数の効果を奏する。
(a)ステージ装置において、ピエゾステージのウォーキング形ピエゾモータを駆動する指令電圧標準データと、ウォーキング形ピエゾモータの出力に一定速度を与える様に予め測定した指令電圧出力タイミング補正データと、少なくとも指令電圧標準波形データおよび指令電圧出力タイミング補正データからウォーキング形ピエゾモータを駆動する指令電圧を生成する指令電圧生成部を有するステージ制御装置を備えることにより、位置決めする際にステージの速度を一定に安定させ、高精度な位置決めを行うことができる。
[本実施例に係る効果]
本実施例によれば、実施例1、実施例2に記載の効果、又は、以下に記す(a)のうちの一つ又は複数の効果を奏する。
(a)本発明のステージ装置を搭載した荷電粒子装置、光学式顕微鏡の操作性向上を図ることができる。
[本発明の好ましい態様]
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
前記ステージ制御装置は、前記ピエゾステージの前記ウォーキング形ピエゾモータを駆動する指令電圧標準データと、前記ウォーキング形ピエゾモータの出力に一定速度を与える様に予め測定した指令電圧出力タイミング補正データと、少なくとも前記指令電圧標準データおよび前記指令電圧出力タイミング補正データから前記ウォーキング形ピエゾモータを駆動する指令電圧を生成する指令電圧生成部を有するステージ装置である。
前記ステージ制御装置は、前記ピエゾステージの前記ウォーキング形ピエゾモータを駆動する指令電圧標準データと、前記ウォーキング形ピエゾモータの出力に一定速度を与える様に予め測定した指令電圧出力タイミング補正データと、少なくとも前記指令電圧標準データおよび前記指令電圧出力タイミング補正データから指令電圧出力タイミングを変化させた、前記ウォーキング形ピエゾモータを駆動する指令電圧を生成する指令電圧生成部を有するステージ装置である。
前記ステージ制御装置は、前記ピエゾステージの前記ウォーキング形ピエゾモータを駆動する指令電圧標準波形データと、前記ウォーキング形ピエゾモータの出力に一定速度を与える様に予め測定した指令電圧出力タイミング補正データと、少なくとも前記指令電圧標準波形データおよび前記指令電圧出力タイミング補正データから前記ウォーキング形ピエゾモータを駆動する指令電圧を生成する指令電圧生成部を有するステージ装置である。
前記ステージ制御装置は、前記ステージの前記モータを駆動する指令電圧標準データと、前記モータに一定速度の出力を与える様に予め測定した指令電圧出力タイミング補正データと、少なくとも前記指令電圧標準データおよび前記指令電圧出力タイミング補正データから前記モータを駆動する指令電圧を生成する指令電圧生成部を有するステージ装置である。
前記ステージ制御装置は、前記ステージの前記モータを駆動する指令電圧標準データと、前記モータに一定速度の出力を与える様に予め測定した指令電圧出力タイミング補正データと、少なくとも前記指令電圧標準データおよび前記指令電圧出力タイミング補正データから指令電圧出力タイミングを変化させた、前記モータを駆動する指令電圧を生成する指令電圧生成部を有するステージ装置である。
前記ステージ制御装置は、前記ステージの前記モータを駆動する指令電圧標準波形データと、前記モータに一定速度の出力を与える様に予め測定した指令電圧出力タイミング補正データと、少なくとも前記指令電圧標準波形データおよび前記指令電圧出力タイミング補正データから前記モータを駆動する指令電圧を生成する指令電圧生成部を有するステージ装置である。
101 可動テーブル
102 ウォーキング型ピエゾモータ
103 固定子
2 モータ駆動部
3 ステージ制御装置
301 コマンド処理部
302 指令電圧生成部
303 指令電圧出力部
304 指令電圧標準波形データ
305 指令電圧出力タイミング補正データ
306 指令電圧補正波形データ
4 補正データ生成部
5 測定データ処理部
6 上位計算機
7 ピエゾ素子
8 固定子
10 観察サンプル
11 対物レンズ
12 XYステージ
13 可動テーブル
14 SEM
C 測定装置
Claims (6)
- 観察サンプルを載置する可動テーブルをウォーキング形ピエゾモータにより駆動するピエゾステージと、前記ピエゾステージの移動を制御するステージ制御装置を有するステージ装置において、
前記ステージ制御装置は、前記ピエゾステージの前記ウォーキング形ピエゾモータを駆動する指令電圧標準データと、前記ウォーキング形ピエゾモータの出力に一定速度を与える様に予め測定した前記ピエゾモータの変位または速度から求めた指令電圧出力タイミング補正データと、少なくとも前記指令電圧標準データおよび前記指令電圧出力タイミング補正データから指令電圧出力タイミングを変化させた、前記ウォーキング形ピエゾモータを駆動する指令電圧を生成する指令電圧生成部を有するとともに、前記指令電圧出力タイミング補正データを、指令電圧標準波形データを一定の出力タイミングで1周期分以上ピエゾステージに入力し、その変位または速度を計測器で測定し、各分割点間での移動距離を求めて指令速度v(一定値)で除算し、各分割点での指令電圧出力タイミング補正データを最初の分割点i=0から1周期分の分割点nまで求め、指令電圧出力タイミング補正データのテーブルを生成することにより求めることを特徴とするステージ装置。 - 請求項1に記載のステージ装置において、前記ステージ制御装置は、さらに前記指令電圧生成部からの指令電圧を出力する指令電圧出力部を有することを特徴とするステージ装置。
- 請求項1又は2に記載のステージ装置において、前記ステージ制御装置は、さらに上位計算機からのコマンドを処理するコマンド処理部を有することを特徴とするステージ装置。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載のステージ装置において、前記ステージ装置は、前記観察サンプルの変位を測定する変位測定器と、前記ウォーキング形ピエゾモータの出力を一定速度に補正する補正データ生成部を有することを特徴とするステージ装置。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載のステージ装置において、前記ステージ装置は、前記ピエゾステージと前記ステージ制御装置の間にフィードバック制御手段を設け、該フィードバック制御手段は、可動質量変化若しくは経年劣化に基づき、前記指令電圧出力タイミング補正データ、または前記指令電圧補正波形データを更新することを特徴とするステージ装置。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載のステージ装置を備え、前記観察サンプルを観察する観察部を有することを特徴とする荷電粒子装置又は光学顕微鏡からなる観察装置。
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