JP6482002B2 - ステージ装置および顕微鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、位置管理に対応したステージ装置、および、該ステージ装置を備えることで観察位置の高精度な位置管理を実現する顕微鏡システムに関する。

従来より、モータ等で駆動されるリニアステージの軸に取り付けられたリニアスケールとセンサにより、ステージの位置情報を検出し、ＰＣ等コントローラで指令された任意の位置に移動可能なステージ装置が様々な分野で使用されている。この種のステージ装置では、コストや、物理的制限などからインクリメンタルスケールを使用し、特定の位置（原点）でそのカウントを初期化し、カウント数から位置を検出する方式が多い。このような方式では、電源を入れた当初は、原点での初期化が行われていないので現在位置が分からない状態となる。そのため、電源投入後はまず、原点の検出から行う必要がある。

また、光学顕微鏡等において位置管理対応のＸＹステージとしてステージ装置が使用される場合には、装置の小型化のために複数センサによりスケールの読み取りを引き継ぐことにより、スケールの長さを短くするといった工夫をすることが考えられる。すなわち、ステージの可動範囲よりも短いスケールを用いて、スケールの長さより短い間隔で固定された複数のセンサからの位置情報を合成することで、全可動範囲におけるステージの位置を連続的に検出するようにしている。このような、複数の固定センサ位置情報の合成のためには、一対のスケールとセンサによるものより精度の高い原点検出が必要であり、そのためには原点検出時に低速で移動することを要求される。複数センサで乗り継ぐ場合は、初期原点の検知精度が高くないと、乗換ポイントが精確に決まらないからである。

特開昭６２−０９７００４号公報 特開２０００−５６８３４号公報

インクリメンタルスケールでの高速原点検出方法として、特許文献１，２のような方法が提案されている。特許文献１では、移動体が原則基準点で分割される２つの領域のうちの何れに在るかに応じて移動体の移動速度を制御する。しかしながら、特許文献１では、移動体が存在する領域を判断するために、領域を検出するための構成を別途設ける必要がある。また、特許文献２では、原点を検出すると同時に移動体の移動速度を減速する方式が提案されている。しかしながら、特許文献２の方式では、検出に応じた減速によって移動体が機械的な可動範囲内で停止できるような位置に原点を置かなければならないという原点位置の制限が生じる。さらに、特許文献２では、原点検出時の移動体の移動速度が速い場合には精度の高い原点検出を行うことはできない。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ステージ装置における高速かつ高精度な原点位置への復帰を実現することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の一態様によるステージ装置は以下の構成を備える。すなわち、
可動部に固定され、第１の方向に前記可動部の可動距離より短い所定長を有するインクリメンタルのスケールと、
前記第１の方向に前記所定長よりも短い間隔で並ぶ、前記スケールを読み取るための第１および第２のセンサと、
前記可動部の可動範囲に設定された原点位置を検出する検出手段と、
前記可動部を前記原点位置へ移動する原点復帰を行う移動制御手段と、を備え、
前記移動制御手段は、前記原点復帰において、前記可動部が前記第１のセンサと前記第２のセンサの両方によって前記スケールを読み取れる位置にある場合、前記可動部を前記原点位置の方向へ所定距離を移動させる第１の移動と、前記第１の移動の後、前記検出手段により前記原点位置を検出するまで前記可動部を前記第１の移動よりも低速で移動させる第２の移動と、を実行する。

本発明によれば、ステージ装置における高速かつ高精度な原点位置への復帰を実現することができる。

実施形態による位置管理顕微鏡システムの基本構成を示す図。 （ａ）は実施形態の顕微鏡に搭載されるステージの外観を示す図、（ｂ）はステージの上面を示す図、（ｃ）はエリアスケールの一部を拡大して示した図。 （ａ）は位置管理面ステージ（Ｘステージ）を側面から見た図、（ｂ）（ｃ）はＸＹスケール板とＸ軸、Ｙ軸センサの位置関係を説明する図。 （ａ）、（ｂ）はＸ，ＹエリアスケールとＸ軸、Ｙ軸センサ、斜行センサの位置関係を示す図。 （ａ）、（ｂ）は位置管理面ステージを示す図。 （ａ）、（ｂ）はＹステージを示す図。 ステージベースを示す図。 実施形態によるステージ制御部の構成例を示す図。 実施形態による高速移動時の位置管理面ステージの駆動を示す図。 実施形態によるスケールとセンサおよび原点の位置関係を示す図。 実施形態による原点復帰処理を説明するフローチャート。 他の構成によるステージ制御部の構成例を示すブロック図。

以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。

図１は本実施形態による位置管理顕微鏡システム（以下、顕微鏡システム１０）の基本構成を示す図である。顕微鏡システム１０は、顕微鏡本体１００、ステージ２００、カメラ装着用のアダプタ部３００、デジタルカメラ４００、制御ユニット５００を備える。顕微鏡本体１００は、光学顕微鏡である。制御ユニット５００は、コントローラ５０１とディスプレイ５０２を有する。コントローラ５０１はＣＰＵ（不図示）、メモリ（不図示）を含み、ＣＰＵがメモリに格納されたプログラムを実行することにより、デジタルカメラ４００への撮影指示や、撮影された顕微鏡画像の表示、保存、ステージ２００の位置管理等、各種処理を実行する。

顕微鏡本体１００を構成する鏡基１２１は、顕微鏡の各種構造物を取り付ける為の堅牢な本体フレームである。接眼鏡基１２２は鏡基１２１に固定され、接眼鏡筒１２３（本例では双眼）を接続する。光源ボックス１２４は、透過観察用の光源（たとえば、ハロゲンランプまたはＬＥＤなど）を収納し、鏡基１２１に取り付けられる。Ｚ摘み１２５は、Ｚベース１３０をＺ軸方向（上下方向）へ移動させるための摘みである。Ｚベース１３０には、位置管理機能を提供するステージ２００が載置される。Ｚベース１３０は，Ｚ摘み１２５の回転に応じてＺベース１３０をＺ方向に移動するＺベース移動機構１３１により鏡基１２１に装着されている。１２６は対物レンズユニットであり、光学倍率に応じた複数種類のユニットが存在する。リボルバ１２７は、複数種類の対物レンズユニット１２６を取り付けられる構造を有し、リボルバ１２７を回転させる事により、所望の対物レンズユニットを顕微鏡による観察のために選択する事が出来る。

ステージ装置としてのステージ２００は、スライド７００を搭載し、たがいに直交するＸ方向とＹ方向を含むＸＹ面上で移動するＸＹステージを含む。ステージ２００は、ＸＹステージ上にＸＹ方向の高精度スケールを具備したＸＹスケール板２１０を有している。Ｘ摘み２０１、Ｙ摘み２０２はそれぞれステージ２００をＸ方向、Ｙ方向へ手動で移動するための摘みである。ステージ２００は、ＸＹスケール板２１０上のＸ，Ｙスケール（後述）をＸ，Ｙセンサ（後述）により読み取ることでＸＹステージの位置を検出し、これをたとえばＵＳＢケーブル１３を介してコントローラ５０１に通知する。

アダプタ部３００は、接眼鏡基１２２に鏡基マウント１２８を介してデジタルカメラ４００を装着するための装着部として機能する、カメラ装着用のアダプタである。デジタルカメラ４００は、アダプタ部３００及び鏡基マウント１２８により、接眼鏡基１２２と所定の位置関係を保って、着脱可能に顕微鏡本体１００に取り付けられる。デジタルカメラ４００は、顕微鏡本体１００により得られる顕微鏡画像を撮像する。デジタルカメラ４００は、エビデンス記録を目的とするもので、例えば、ＵＳＢインタフェースケーブル１１を介してコントローラ５０１に接続され、コントローラ５０１からの指示により顕微鏡下の観察像を撮影する。撮影された観察像は、コントローラ５０１の制御下でディスプレイ５０２に表示される。デジタルカメラ４００の撮像機能は、イメージセンサの出力をリアルタイムでモニタに表示する所謂ライブビューを行うためのライブ画像撮像機能と、静止画撮像機能を含む。ライブ画像撮像機能は静止画撮像機能よりも低解像度である。また、ライブ画像撮像機能および静止画撮像機能は、撮影された画像（動画、静止画）を所定のインタフェース（本実施形態ではＵＳＢインタフェース）を介して外部装置へ送信することが可能となっている。

図２（ａ）は、位置管理に対応したステージ２００の構成を示す斜視図である。図２（ａ）において、Ｘステージとしての位置管理面ステージ２２０はステージ２００の最上面に位置し、Ｙステージ２４０上をＸ方向に移動する。Ｙステージ２４０は、ステージベース２６０上をＹ方向に移動する。ステージベース２６０は、顕微鏡本体１００のＺベース１３０上に固定される。ステージベース２６０、Ｙステージ２４０、位置管理面ステージ２２０によりＸＹステージが構成されている。位置管理面ステージ２２０には、ＸＹスケール板２１０およびスライド載置部６００が配置、固定されている。

図２（ｂ）は位置管理面ステージ２２０の上面を示す図である。上述したように、位置管理面ステージ２２０の上面には、スライド載置部６００、ＸＹスケール板２１０が配設されている。ＸＹスケール板２１０の上面には、Ｘ方向移動時の位置管理に使われるＸ方向の軸情報を有するＸエリアスケール２１１、及び、Ｙ方向移動時の位置管理に使われるＹ方向の軸情報を有するＹエリアスケール２１２、及び、ＸＹの軸合せ基準としてのＸＹクロスハッチ２１３が極めて高精度に形成されている。なお、高精度位置管理を実現する基準とすべく、ＸＹスケール板２１０の材質には、熱膨張係数が極めて小さい材質、たとえば合成石英が使用され、一体的に構成されている。

また、ＸＹスケール板２１０のＸエリアスケール２１１、Ｙエリアスケール２１２、ＸＹクロスハッチ２１３における各パターンの作製には、半導体露光装置などのナノ技術が用いられる。たとえば、石英ウエハー上に、Ｘ軸及びＹ軸のラインの集合よりなるＸエリアスケール２１１、Ｙエリアスケール２１２、ＸＹクロスハッチ２１３を５ｎｍ〜１０ｎｍの精度でナノ技術により一体的に作製する。なお、Ｘエリアスケール２１１、Ｙエリアスケール２１２、ＸＹクロスハッチ２１３を露光装置で描画することにより作製することも可能であるが、低コスト化を実現するにはナノインプリントを用いることが好適である。その後、機械加工により所定形状に切り出してＸＹスケール板２１０とする。この為、Ｘ軸とＹ軸の直角度はナノレベル台で形成され得る。なお、Ｘエリアスケール２１１、Ｙエリアスケール２１２、ＸＹクロスハッチ２１３の夫々を個別に切り離したり、又は、個別に作製したりして、夫々を位置管理面ステージ上に所定の位置関係になるように配設する事も可能である。しかしながら、その実現には、機械的な誤差を補正する高度な位置合わせ技術が必要になりコスト増の要因になってしまう。

２０５で示される破線の領域は顕微鏡による観察対象領域である。観察対象領域２０５は、対物レンズの中心位置（あるいはデジタルカメラ４００のイメージセンサの中心位置（観察位置））がＸＹステージに対して相対的に移動する範囲である。観察対象領域２０５は、スライド７００とＸＹクロスハッチ２１３とをゆとりを持って包含するサイズとなっている。これにより、どの様な条件下でも、スライド７００およびＸＹクロスハッチ２１３が観察対象領域２０５に入るようにしている。すなわち、スライド７００のみならずＸＹクロスハッチ２１３も、撮像部であるデジタルカメラ４００により撮影可能に配置されている。

また、本実施形態では、観察対象領域２０５の右上端をＸＹクロスハッチ上のクロスハッチ原点としており、これをステージ原点２０６と一致させている。また、対物レンズの中心（あるいはイメージセンサの中心（観察位置））とステージ原点２０６が一致した状態をステージ２００のＸＹ初期化位置（原点位置）とする。ただし、ステージ原点として他の場所を定義しても良い事は言うまでもない。なお、ステージ座標のＸ軸およびＹ軸、即ち、ステージＸ軸２０３及びステージＹ軸２０４は、夫々、ＸＹクロスハッチ２１３のＸ及びＹ軸に平行である。

図２（ｃ）にＸエリアスケール２１１のスケールパターンの例を示す。Ｘエリアスケール２１１は、位置を検出するＸ方向への、透過部と遮光部による透過型回折格子として形成され、例えば、透過部及び遮光部は夫々２μｍ巾のラインであってこのペアが４μｍピッチで配列されている。なお、スケールパターンは、周期的に光路長が異なるように段差が設けられた位相格子であってもよい。また、Ｙエリアスケール２１２は、Ｘエリアスケール２１１をＹ軸方向に９０度回転した形のスケールパターンである。

図３（ａ）は、スライド７００と、ＸＹスケール板２１０上のＸエリアスケール２１１、Ｙエリアスケール２１２、及び、ＸＹクロスハッチ２１３とのＺ方向の位置関係を示す図である。図３（ａ）に示す如く、スライド７００の上面とＸＹスケール板２１０の上面とが、所定精度で同一平面内になるように、位置管理面ステージ２２０及びスライド載置部６００が設計される。したがって、スライド載置部６００の上面は、ＸＹスケール板２１０の上面よりもスライド７００の厚みの分だけ低くなっている。このように、本実施形態では、ＸＹスケール板２１０の上面（Ｘエリアスケール２１１、Ｙエリアスケール２１２、及び、ＸＹクロスハッチ２１３の配置された面）とスライド７００の上面を一致させている（ほぼ同一平面としている）。こうする事により、観察面、即ち、スライド７００の上面部のＸＹ位置を、外部にある位置基準（Ｘエリアスケール２１１及びＹエリアスケール２１２）で高精度に管理する事が可能になる。ＸＹクロスハッチ２１３は、Ｘエリアスケール２１１又はＹエリアスケール２１２を代表する為に、これらと同一平面内に在る事が重要である。なお、実装上は、ＸＹスケール板２１０の上面（マークが配置された面）とスライド７００の上面が、Ｚ方向に概ね０．５ｍｍの範囲内に存在するようにすればよい。

Ｘエリアスケール２１１やＹエリアスケール２１２のスケールパターンは、ステージベース２６０に対して固定された検出センサにより読み出される。検出センサとしては、Ｘ軸センサ２７１ａ、Ｘ軸中間センサ２７１ｂ、Ｙ軸センサ２７２ａ、Ｙ軸中間センサ２７２ｂを有する。Ｘ軸中間センサ２７１ｂおよびＹ軸中間センサ２７２ｂはそれぞれＸ軸センサ２７１ａおよびＹ軸センサ２７２ａよりも原点位置の側に配置されている。なお、以下では、Ｘ軸センサ２７１ａとＸ軸中間センサ２７１ｂを総称してＸ軸センサ２７１ａ，ｂ、Ｙ軸センサ２７２ａとＹ軸中間センサ２７２ｂを総称してＹ軸センサ２７２ａ，ｂのように記載する。

以上のような構造により、ステージ２００のＸＹ座標が観察位置そのものに対して直接的に高精度に取得される。即ち、Ｘステージのリニアエンコーダから得たＸ方向に対する位置情報とＹステージのリニアエンコーダから得たＹ方向に対するＹ位置情報とを合わせてステージのＸＹ座標値を得るような、ＸＹステージの軸（Ｘ軸またはＹ軸）毎の特定の一軸上の座標で座標値を代表する間接的方法は用いられない。本実施形態では、ＸＹ方向に移動する位置管理面ステージ（Ｘステージ）２２０の移動が直接、ＸＹスケール板２１０により計測される。これにより例えば、機械的なあそびあるいは誤差に伴う、位置管理面ステージ２２０がＸ方向に移動する際のＹ方向への微小な位置ずれや、Ｙステージ２４０がＹ方向に移動する際のＸ方向への微小な位置ずれについても検出センサで検出できるため、位置管理の精度を大きく向上させることができる。Ｘエリアスケール２１１及びＹエリアスケール２１２と、Ｘ軸センサ２７１ａ，ｂ及びＹ軸センサ２７２ａ，ｂとのＺ方向の位置関係には、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように二通りの方法がある。第１の方法である図３（ｂ）では、Ｘ軸センサ２７１ａ，ｂ、Ｙ軸センサ２７２ａ，ｂがＸＹスケール板２１０の上側（対物レンズ側）に配置される。この場合、遮光膜２１４をＸＹスケール板２１０の下面に設ける必要がある。第２の方法である図３（ｃ）では、Ｘ軸センサ２７１ａ，ｂ、Ｙ軸センサ２７２ａ，ｂがＸＹスケール板２１０の下側（Ｚベース１３０側）に配置される。この場合、遮光膜２１４はＸＹスケール板２１０の上面に設けられる。なお、ＸＹクロスハッチ２１３はデジタルカメラ４００により観察される必要があるため、ＸＹクロスハッチ２１３の位置には遮光膜は配置されない。

第１の方法では、図３（ｂ）に示されるように、Ｘ軸センサ２７１ａ，ｂ、Ｙ軸センサ２７２ａ，ｂは、ステージベース２６０に固定されたエル型部材２０７を介して位置管理面ステージ２２０上に張り出したセンサ取付け部材２０８の下面に実装される。Ｘ軸センサ２７１ａ，ｂ、Ｙ軸センサ２７２ａ，ｂの各々の検出面は、位置管理面ステージ２２０上のＸエリアスケール２１１、Ｙエリアスケール２１２を読むべく下向きとなる。第２の方法では、図３（ｃ）に示されるように、Ｘ軸センサ２７１ａ，ｂ、Ｙ軸センサ２７２ａ，ｂは、ステージベース２６０上に検出面を上向きにして、検出面が所定の高さとなるように実装される。最下位に位置するステージベース２６０上のＸ軸センサ２７１ａ，ｂ、Ｙ軸センサ２７２ａ，ｂは、Ｙステージ２４０、位置管理面ステージ２２０に設けられた所定サイズの孔を通して最上位にあるＸエリアスケール２１１、Ｙエリアスケール２１２を下側から読む。なお、図３（ｂ）に示した方法、図３（ｃ）に示した方法の何れにも本発明を適用することが可能であるが、以下では、図３（ｃ）に示した第２の方法を用いて実施形態を説明する。

なお、Ｘ軸センサ２７１ａ，ｂ、Ｙ軸センサ２７２ａ，ｂのＸＹ方向の配置は、第１および第２の方法で共通である。Ｘ軸センサ２７１ａ，ｂのＹ方向の取付け位置は、顕微鏡の観察視野の視野中心１７０を通るＸ軸（ステージＸ軸２０３）上とし、Ｘ方向の位置検出精度を担保する。また、Ｙ軸センサ２７２ａ，ｂの取付け位置は、顕微鏡の観察視野の視野中心１７０を通るＹ軸（ステージＹ軸２０４）上とし、Ｙ方向の位置検出精度を担保する。

図４（ａ）、図４（ｂ）にＸＹスケール板２１０と各検出センサとの関係を示す。本実施形態では、Ｘエリアスケール２１１とＹエリアスケール２１２の各々を読み取るＸ軸センサ、Ｙ軸センサを複数にして、中間で引き継ぐ方式とする。こうすることで、エリアスケールのサイズを狭くでき、ステージ２００の小型化が可能になる。図４（ａ）は、視野中心１７０がＸＹ初期化位置に有る場合であり、図４（ｂ）は、視野中心１７０が観察対象領域の左下端に有る場合である。

また、Ｘ軸センサ２７１ａ，ｂおよびＹ軸センサ２７２ａ，ｂは、ステージベース２６０上に固定されていて、ステージベース２６０に対する、位置管理面ステージ２２０のＸ方向及びＹ方向の動きを検出可能である。Ｘエリアスケール２１１は、可動部である位置管理面ステージ２２０に固定され、Ｘ軸方向に位置管理面ステージ２２０のＸ軸方向への可動距離より短い所定長の幅を有するインクリメンタルのスケールである。同様に、Ｙエリアスケール２１２は、可動部である位置管理面ステージ２２０に固定され、Ｙ軸方向に位置管理面ステージ２２０のＹ軸方向への可動距離より短い所定長の幅を有するインクリメンタルのスケールである。また、Ｘ軸センサ２７１ａ，ｂはＸ軸方向に、Ｘエリアスケール２１１のＸ軸方向の幅よりも短い間隔で並び、Ｘエリアスケール２１１を読み取る。Ｙ軸センサ２７２ａ，ｂはＹ軸方向に、Ｙエリアスケール２１２のＹ軸方向の幅よりも短い間隔で並び、Ｙエリアスケール２１２を読み取る。このように、Ｘエリアスケール２１１の幅（Ｘ方向の長さ）は、Ｘ軸センサ２７１ａと２７１ｂの間隔よりわずかに（本実施形態では２ｍｍとする）長くなっている。同様に、Ｙエリアスケール２１２の幅（Ｙ方向の長さ）もＹ軸センサ２７２ａと２７２ｂの間隔よりわずかに長くなっている（本実施形態では２ｍｍとする）。したがって、この２ｍｍの間は、２つのＸ軸センサ（または２つのＹ軸センサ）が同時にＸエリアスケール（またはＹエリアスケール）上に存在するようになる。

次に、ステージ２００の構成について説明する。まず、Ｘステージとしての位置管理面ステージ２２０について、図５を参照して説明する。図５（ａ）は位置管理面ステージ２２０の上面図（対物レンズ側からみた図）であり、図５（ｂ）は位置管理面ステージ２２０の裏面図（Ｚベース１３０側から見た図）である。本実施形態では位置管理面ステージ２２０は、Ｙステージ２４０上をＸ方向に移動するＸステージ機能を有する。

ＸＹスケール板２１０のＸエリアスケール２１１、Ｙエリアスケール２１２に対応する位置に、Ｘ軸センサ２７１ａ，ｂ、Ｙ軸センサ２７２ａ，ｂがエリアスケールをアクセス可能とするための開口２２１、２２２が設けられている。開口２２１，２２２の大きさはそれぞれＸエリアスケール２１１、Ｙエリアスケール２１２を包含する大きさとする。

開口２２３は、コンデンサレンズ用開口２２４（コンデンサレンズを組込んだコンデンサレンズユニットのサイズよりも大きめにゆとりを持たせたサイズを有している）の中心が観察対象領域２０５内の全域にわたってＸＹステージに対して相対的に移動した場合に、コンデンサレンズ用開口２２４が位置管理面ステージ２２０を相対的に移動する範囲に設けられている。この開口２２３により、位置管理面ステージ２２０が観察対象領域２０５のいかなる位置に移動しても、コンデンサレンズユニット（コンデンサレンズを組込んだ筐体）は位置管理面ステージ２２０と干渉しない。

位置管理面ステージ２２０の裏側には、Ｘ軸クロスローラガイド２３１が、Ｘ軸方向と平行に２本配設されている。Ｘ軸クロスローラガイド２３１と対向するようにＹステージ２４０上にＸ軸クロスローラガイド２４１（図６）が取り付けられており、これにより、位置管理面ステージ２２０がＹステージ２４０によりＸ方向に摺動可能に支持される。Ｘスライダ２３２は、Ｙステージ２４０の対向面に組み込まれたＸ軸駆動モータ２４２（図６）の移動体であり、Ｘ軸駆動モータ２４２により位置管理面ステージ２２０はＸ軸方向に駆動される。すなわち、Ｘ軸駆動モータ２４２とＸスライダ２３２とにより、例えば超音波によるリニアモータが構成される。

Ｘ軸ラックギア２３３はＸ摘み２０１と連動して回転するＹステージ２４０上のＸ軸ピニオンギア２４４の回転により位置管理面ステージ２２０をＸ方向に移動する。なお、手動による位置管理面ステージ２２０のＸ方向への移動はラック＆ピニオンに限る訳でなく、例えば、ワイヤ＆プーリー方式などであっても良い。いずれにしろ、本実施形態では手動駆動、及び、電動駆動の両手段により位置管理面ステージ２２０をＸ方向に移動可能である。Ｘ初期位置マーク２３４は、ステージ２００のＸＹ初期化位置であるステージ原点２０６のＸ方向位置に対応している。

次に、図６を参照してＹステージ２４０について説明する。図６（ａ）はＹステージ２４０の上面図（位置管理面ステージ２２０側からみた図）であり、図６（ｂ）はＹステージ２４０の裏面図（Ｚベース１３０側から見た図）である。

図６（ａ）において、Ｘ軸クロスローラガイド２４１は、位置管理面ステージ２２０の裏面に配設されたＸ軸クロスローラガイド２３１とペアをなし、位置管理面ステージ２２０をＸ軸方向に摺動可能に支持する。Ｘ軸駆動モータ２４２は位置管理面ステージ２２０のＸスライダ２３２を介して、位置管理面ステージ２２０をＸ方向に移動する。Ｘ軸ピニオンギア２４４は位置管理面ステージ２２０の裏面に設けられたＸ軸ラックギア２３３と噛み合わさり、その回転により位置管理面ステージ２２０をＸ軸方向へ移動する。Ｘ軸ピニオンギア２４４はＸ摘み２０１の回転にしたがって回転するので、ユーザはＸ摘み２０１を操作することで位置管理面ステージ２２０をＸ軸方向へ移動させることができる。Ｘ初期位置センサ２４３は、位置管理面ステージ２２０の裏面に設けられているＸ初期位置マーク２３４を検出する。本実施形態では、たとえばＸ初期位置センサ２４３は透過型フォトインタラプタで構成され、Ｘ初期位置マーク２３４は透過型フォトインタラプタの光軸を遮光する遮光板で構成される。Ｘ初期位置センサ２４３とＸ初期位置マーク２３４は、可動部である位置管理面ステージ２２０の可動範囲に設定されたＸ軸方向の原点位置を検出する原点検出部を構成する。

開口２４５は、ステージベース２６０に配置されたＸ軸センサ２７１ａ，ｂが、位置管理面ステージ２２０の開口２２１を介してＸエリアスケール２１１にアクセスするための開口である。Ｙステージ２４０はステージベース２６０に対してＸＹ方向のうちのＹ方向に移動するので、開口２４５はＹ方向に延びた形状となっている。同様に、開口２４６は、ステージベース２６０に設けられたＹ軸センサ２７２ａ，ｂが、位置管理面ステージ２２０の開口２２２を介してＹエリアスケール２１２にアクセスするための開口である。また、開口２４７は、コンデンサレンズ用開口２２４（コンデンサレンズを組込んだコンデンサレンズユニットのサイズよりも大きめにゆとりを持たせたサイズを有している）の中心（コンデンサレンズの中心でもある）が観察対象領域２０５を移動した場合の、コンデンサレンズ用開口２２４が移動する領域に対応する。上述したようにＹステージ２４０はＸＹ方向のうちのＹ方向に移動するので、Ｘ軸方向には延びず、Ｙ軸方向に延びた形状を有している。この開口２４７により、Ｙステージ２４０が観察対象領域２０５のＹ方向に移動しても、コンデンサレンズユニットと干渉しない。

Ｙステージ２４０の裏面（図６（ｂ））において、Ｙ軸クロスローラガイド２５１がＹ軸に平行に２本配設されている。Ｙ軸クロスローラガイド２５１と対になるクロスローラガイドはステージベース２６０に取り付けられており、これにより、Ｙステージ２４０は、ステージベース２６０によりＹ方向に摺動可能に支持される。Ｙスライダ２５２は、ステージベース２６０の対向面に組み込まれたＹ軸駆動モータ２６４（図７）の移動体であり、Ｙ軸駆動モータ２６４によりＹステージ２４０はＹ軸方向に駆動される。Ｙ軸駆動モータ２６４とＹスライダ２５２とにより、例えば超音波によるリニアモータが構成される。

Ｙ軸ピニオンギア２５４はＹ摘み２０２の回転にしたがって回転する。Ｙ摘み２０２の回転により、ステージベース２６０上に固定されたＹ軸ラックギア２６３（図７）をＹ軸方向へ移動する。したがって、ユーザはＹ摘み２０２を操作することで手動によりＹステージ２４０をＹ軸方向へ移動することができる。なお、手動によるステージのＹ方向移動はラック＆ピニオンに限る訳でなく、例えば、ワイヤ＆プーリー方式であっても良い。いずれにしろ、本実施形態では手動駆動、及び、電動駆動の両手段によりＹステージ２４０をＹ方向に移動可能である。Ｙステージ２４０は、位置管理面ステージ２２０を支持したままで、ステージベース２６０に対しＹ方向に移動する。Ｙ初期位置マーク２５３は、ステージ原点２０６のＹ方向位置に対応した位置に配置されたマークである。

次に、図７を参照してステージベース２６０について説明する。図７は、ステージベース２６０の上面図（ステージベース２６０をＹステージ２４０側から見た図）である。ステージベース２６０上には、Ｘエリアスケール２１１を読むためのＸ軸センサ２７１ａ，ｂとＹエリアスケール２１２を読むためのＹ軸センサ２７２ａ，ｂが取り付けられている。各センサは、位置管理面ステージ２２０に設けられたＸＹスケール板２１０のＸエリアスケール２１１及びＹエリアスケール２１２に対して所定の距離となるように台座（不図示）により高さ調整が為されている。また、上述のように、Ｘ軸センサ２７１ａ，ｂはステージ原点２０６を通るＸ軸上に設けられ、Ｙ軸センサ２７２ａ，ｂは、ステージ原点２０６を通るＹ軸上に設けられている。

Ｙ軸クロスローラガイド２６２は、Ｙステージ２４０の裏面に配設されたＹ軸クロスローラガイド２５１とペアを為し、Ｙステージ２４０をＹ軸方向に摺動可能に支持する。Ｙ軸駆動モータ２６４はＹステージ２４０（Ｙスライダ２５２）をＹ方向に電動により移動するためのモータである。Ｙ軸ラックギア２６３は、Ｙ軸ピニオンギア２５４の回転によりＹステージ２４０をＹ方向に移動する。Ｙ初期位置センサ２６５は、Ｙステージ２４０の裏面に配置されているＹ初期位置マーク２５３を検出する。本実施形態では、たとえばＹ初期位置センサ２６５は透過型フォトインタラプタで構成され、Ｙ初期位置マーク２５３は透過型フォトインタラプタの光軸を遮光する遮光板で構成される。Ｙ初期位置センサ２６５とＹ初期位置マーク２５３は、可動部である位置管理面ステージ２２０の可動範囲に設定されたＹ軸方向の原点位置を検出する原点検出部を構成する。開口２６１は、コンデンサレンズ用開口２２４（コンデンサレンズ１４７を組込んだコンデンサレンズユニットのサイズよりも大きめにゆとりを持たせたサイズ）に対応する。この開口２６１により、コンデンサレンズユニットはステージベース２６０と干渉しない。

開口２６１、２４７、２２３は、スライド上の観察位置にスライド下面からコンデンサレンズユニットを接近可能にするとともに、コンデンサレンズ１４７により集光された光源光を通過させる。なお、以上説明した各ステージに設けられた、Ｘ軸センサ２７１ａ，ｂ、Ｙ軸センサ２７２ａ，ｂ、コンデンサレンズのための開口のサイズは、機械強度と精度が維持される限り、大きめであっても問題のないことは言うまでもない。

次に、ステージ２００のＸ，Ｙ軸方向の駆動制御の構成を説明する。なお、Ｘ軸方向の駆動制御とＹ軸方向の駆動制御は同様の構成で実現されるため、以下ではＸ軸方向の駆動制御について説明する。図８に、ステージ２００の駆動を制御するステージ制御部のＸ軸制御のブロック図を示す。ステージ制御部は、ステージＭＰＵ２８０（Micro-processing unit）を有し、破線内に示す機能構成は、ＭＰＵ２８０の内部の処理を示している。Ｘ軸駆動モータ２４２はＹステージ２４０に固定されたコイルを有し、Ｘステージとしての位置管理面ステージ２２０に固定された磁石（Ｘスライダ２３２）を移動させる。Ｘ軸駆動回路２８２によりＸ軸駆動モータ２４２のコイルが駆動され、Ｘスライダ２３２を移動することにより位置管理面ステージ２２０をＸ軸方向に駆動する。

Ｘ軸センサ２７１ａおよびＸ軸中間センサ２７１ｂは、位置管理面ステージ２２０上のＸＹスケール板２１０に配されたＸエリアスケール２１１を読む。Ｘ軸センサ２７１ａおよびＸ軸中間センサ２７１ｂの出力は、９０度位相の異なるＡ相、Ｂ相の２つの正弦波である。Ｘ軸センサ２７１ａのＡ相およびＢ相出力の２つのアナログ信号は、センサ近傍に設置された位置信号処理回路２８１ａに入力される。位置信号処理回路２８１ａでは、入力されたアナログ信号をデジタル化して一般的なインクリメンタルエンコーダ処理および分割処理を行なうことにより、スケールピッチ以下の分解能の位置信号であるカウント値を生成する。同様に、Ｘ軸中間センサ２７１ｂのＡ相およびＢ相出力の２つのアナログ信号は、センサ近傍に設置された位置信号処理回路２８１ｂに入力され、位置信号であるカウント値に変換される。これら位置信号処理回路２８１ａ，ｂの出力は、ＵＡＲＴの様なシリアルＩＦ４０５によりステージＭＰＵ２８０と接続され、ステージＭＰＵ２８０からの一定の周期の要求により位置信号を出力する。

また、２つの位置信号処理回路２８１ａ，ｂは、それぞれに接続されたセンサの出力のＡ相、Ｂ相信号の振幅を測定し、所定レベル以下であるかどうかでスケールを読み取れるか否か、すなわち、センサ上にスケールが有るか否かの判断を行う。このスケール有無の判断結果は、シリアルＩＦ４０５により、位置情報が送られるのと同時に、位置信号毎にスケール有無信号としてステージＭＰＵ２８０に送られる。シリアルＩＦ４０５により送られるデータの構造は、例えば、３Ｂｙｔｅ（２４ｂｉｔ）の符号付き位置情報と１ｂｙｔｅ（８ｂｉｔ）のステイタス情報で合計４Ｂｙｔｅ（３２ｂｉｔ）の情報のやり取りとなる。ステイタス情報は、どのセンサから来た位置かを示すＩＤ（２ｂｉｔ）、スケール有無判断論理値（１ｂｉｔ）、その他エラー信号（５ｂｉｔ）を含む。

シリアルＩＦ４０５で送られた位置信号処理回路２８１ａ，ｂの出力の２つの位置信号は、ステージＭＰＵ２８０内の位置信号合成部４０４により、合成した位置信号となり、減算器４０２に出力される。目標位置発生部４０１は、通信部４０８を介してコントローラ５０１から位置管理面ステージ２２０の移動先の指示、シリアルＩＦ４０５で送られた位置信号、Ｘ方向の原点位置を検出する原点センサとしてのＸ初期位置センサ２４３の信号を入力する。目標位置発生部４０１は、たとえばコントローラ５０１から指定された目標位置を出力する。減算器４０２は、目標位置発生部４０１から出力された目標位置から、位置信号合成部４０４の出力である現在位置を減算する。減算器４０２の出力は、駆動信号処理部４０３において、ＰＩＤ等のフィルタ演算が施され、ステージＭＰＵ２８０のＤＡコンバータ（不図示）等により一定の周期でアナログ信号として出力され、Ｘ軸駆動回路２８２に入力される。ここまでの処理は、一定の周期の一周期期間内に行われる。Ｘ軸駆動回路２８２は、駆動信号処理部４０３からの信号に応じてＸ軸駆動モータを駆動する。こうして、位置管理面ステージ２２０が目標位置に移動する。なお、位置信号合成部４０４はＸ軸センサ２７１ａ、Ｘ軸中間センサ２７１ｂの信号に基づいて得られた位置管理面ステージ２２０の位置を通信部４０８を介してコントローラ５０１へ送信する。通信部４０８は、たとえばＵＳＢケーブル１３によりコントローラ５０１と接続されている。

次に、位置信号合成部４０４の内部処理について説明する。位置信号合成部４０４は、２つのセンサ（Ｘ軸センサ２７１ａ，ｂ）からのスケールの読み取り値の引き継ぎ処理を行い、一つの連続した位置出力を行う。引き継ぎ処理は、ステージの原点検出処理の前後で異なり、原点検出処理の後は、ステージの原点から所定の位置（所定カウント値）で、引き継ぎを行う。引き継ぎにおいては、引き継ぐ前のセンサの位置出力に引き継いだ後のセンサ出力の引き継ぎ位置からの増分を加算することで、連続した位置信号とする。また、ステージの原点を検出する前は、上述したスケール有無の判断結果（位置信号処理回路２８１ａ，ｂより送信される）を用いて、乗り継ぎ処理を行う。詳細は原点検出シーケンスと共に後述する。

上述のように、Ｘ軸方向の原点センサであるＸ初期位置センサ２４３は、透過型フォトインタラプタで構成され、Ｙステージ２４０上に固定される。位置管理面ステージ２２０側に取り付けられた遮光板（Ｘ初期位置マーク２３４）が、透過型フォトインタラプタの光路をさえぎることで位置管理面ステージ２２０の原点位置が検出される。なお、原点の位置は、視野中心１７０が、図４（ａ）の状態になるような位置に設定されている。

次に、目標位置発生部４０１の動作について説明する。目標位置発生部４０１は、コントローラ５０１から目標位置が設定されると、目標位置までの距離に応じて、図９（ａ）のように加減速プランを設定する。この加減速プランは、例えば、加速期間、定速期間、減速期間により構成される。定速期間には、例えば、スケールの読み取り精度が維持される範囲で適切な速さの定速度値が設定される。停止状態から定速度になるまでは、一定の加速度で速度を速める。また、定速度の状態から停止までは、一定の加速度で速度を減じて停止する。定速度および加速度をそれぞれ所定の値に設定すると、加速期間で移動する距離（ｄ１）、定速期間で移動する距離（ｄ２）、減速期間で移動する距離（ｄ３）が決まり、これらの移動距離の合計（ｄ１＋ｄ２＋ｄ３）が、目標位置までの移動距離となる。これを図示すると、図９（ｂ）の様になる。図９（ｂ）は、移動時間と移動距離の関係を示す。

図９（ｂ）は、最終目標位置まで、ステージを移動制御する際の制御目標位置を表す制御曲線であって、この曲線上の値を目標位置発生部４０１が随時出力することにより、精確にステージを移動制御し、最終の目標位置までの移動が為される。移動制御を位置で行うのは、位置（移動距離）の値はスケールの読み取り値により高精度に把握できることによる（時間管理は高精度にならない）。なお、図９（ａ）は、台形駆動となっているが、目標位置までの距離が短い時は、一定速度部分がない三角駆動となる（図９（ａ）の一点鎖線）。Ｙ軸方向の位置管理面ステージ２２０の駆動制御については、Ｘ軸方向の制御と同じように構成されている。但し、ステージＭＰＵ２８０は、Ｘ軸、Ｙ軸合わせてひとつで良い。

次に、本実施形態の原点復帰における移動制御のシーケンスについて図１０、図１１を用いて説明する。図１０は、ステージ正面（Ｙ軸方向）から見たＸ軸方向への位置管理面ステージ２２０（ＸＹスケール板２１０）の動きをわかりやすくするために簡易的に表した図である。上述してきたように、ＸＹスケール板２１０上にＸエリアスケール２１１が形成されている。ＸＹスケール板２１０は、位置管理面ステージ２２０上にあるが、この図では、ステージベース２６０に対するＸ軸方向の動きを説明するために省略している。また、Ｙステージ２４０も同様の理由で省略されている。ステージベース２６０上には、Ｘ軸センサ２７１ａおよびＸ軸中間センサ２７１ｂが固定されている。原点センサとしてのＸ初期位置センサ２４３は、Ｙステージ２４０（不図示）上に固定されているが、Ｘ軸方向には動かないので、正面（Ｙ軸方向）からみると、位置管理ステージベース１５８に対していつも同じ位置にある。

ステージの電源を投入した直後の状態では、図１０（ａ）〜（ｄ）の４つの状態が考えられる。図１０（ａ）は、ＸＹスケール板２１０が原点にある場合を示している。これは、図４（ａ）に示したように、視野中心１７０が、ＸＹスケール板２１０の原点になるような位置であり、フォトインタラプタであるＸ初期位置センサ２４３を、位置管理面ステージにある遮光板がさえぎる位置にある場合である。また、図１０（ｂ）は、ＸＹスケール板２１０が、Ｘ軸センサ２７１ａ上にのみある場合を示す。また、図１０（ｃ）は、ＸＹスケール板２１０が、Ｘ軸センサ２７１ａおよびＸ軸中間センサ２７１ｂの両方の上にある場合を示す。さらに、図１０（ｄ）は、ＸＹスケール板２１０が、Ｘ軸中間センサ２７１ｂ上にのみある場合を示している。

図１０（ｅ）は、Ｘ初期位置センサ２４３、Ｘ軸中間センサ２７１ｂ上のスケールの有無信号、Ｘ軸センサ２７１ａ上のスケールの有無信号を２値で示したものである。フォトインタラプタであるＸ初期位置センサ２４３を、位置管理面ステージ２２０にあるＸ初期位置マーク２３４（遮光板）がさえぎる位置にある場合の原点センサの出力をＨレベル、そうでない場合をＬレベルとして表している。また、２つのＸ軸センサ２７１ａ，ｂに関して、スケールがセンサ上にある場合をＨレベル、無い場合Ｌレベルとして表している。スケール有無信号はスケールの有無の判断結果を表す。また、最下段において、ａ領域はＸ初期位置センサ２４３がＨレベルの領域（図１０（ａ）の状態）を示している。また、ｂ領域はＸ軸中間センサ２７１ｂがＬレベル、Ｘ軸センサ２７１ａがＨレベルの領域（図１０（ｂ）の状態）を示している。また、ｃ領域はＸ軸中間センサ２７１ｂとＸ軸センサ２７１ａがともにＨレベルの領域（図１０（ｃ）の状態）を示している。また、ｄ領域はＸ軸中間センサ２７１ｂがＨレベル、Ｘ軸センサ２７１ａがＬレベルの領域（図１０（ｄ）の状態）を示している。どの状態の場合も、図１０の右方向（原点から遠ざかる方向）に進むと、位置カウント値が増加し、逆の場合減少するように動くものとする。

ここで、位置信号合成部４０４の原点検出前の各領域での動きを説明する。位置信号合成部４０４は、電源投入後は、ステージＭＰＵ２８０が所定のプログラムを実行することにより、原点検出モードとなっており、Ｘ軸センサ２７１ａおよびＸ軸中間センサ２７１ｂの出力するスケール有無判断信号によって乗り継ぎを行う。Ｘ軸センサ２７１ａ，ｂのうちの一方のセンサのみがスケール上にある状態から、２つのセンサがスケール上にある状態に変化すると、位置信号合成部４０４は、直前の位置信号に新たにスケール上になったセンサの出力位置を加算することで位置信号を得る。

たとえば、初期に、図１０（ｂ）の状態にあったものが、図１０（ｃ）の状態になった場合を説明する。図１０（ｂ）の状態から位置管理面ステージ２２０を原点方向に移動した場合、Ｘ軸センサ２７１ａによる読み取り位置は減少する方向となる。電源投入時には読み取り位置が０となっているので、原点方向への移動によりマイナスの位置になる。図１０（ｃ）の状態になったとき、つまり、Ｘ軸中間センサ２７１ｂのスケール有無信号がスケール有（Ｈレベル）に変化したときから、Ｘ軸中間センサ２７１ｂの位置が同様にマイナスになっていく。したがって、Ｘ軸中間センサ２７１ｂのスケール有無信号がＬレベルからＨレベルになった瞬間のＸ軸センサ２７１ａにより読み取られた位置にＸ軸中間センサ２７１ｂの読み取り位置を加算していけば、電源投入時の位置からの位置情報となる。同様に、図１０（ｄ）の状態から、図１０（ｃ）の状態になる場合は、Ｘ軸中間センサ２７１ｂにより読み取られる位置はプラスになる。そして、図１０（ｃ）の状態になった瞬間、つまり、Ｘ軸センサ２７１ａのスケール有無信号がスケール有（Ｈレベル）に変化した時からＸ軸センサ２７１ａの読み取り位置もプラスになっていく。したがって、Ｘ軸センサ２７１ａのスケール有無信号がスケール有（Ｈレベル）に変化した時のＸ軸中間センサ２７１ｂによる読み取り位置にＸ軸センサ２７１ａの読み取り位置を加算していけば、電源投入時の位置からの位置情報となる。

次に、ステージＭＰＵ２８０による原点検出のシーケンスを図１１のフローチャートを用いて説明する。なお、以下においても位置管理面ステージ２２０の原点復帰におけるＸ方向への動作を説明するが、Ｙ方向にも同様の動作が実行される。以下の原点復帰は、位置管理面ステージ２２０の位置が不定となった場合に実行されるものであり、最も典型的には電源投入時に実行されるものである。但し、何らかの原因でスケールの読み取り値がリセットされた状態となった場合に原点復帰を実行するようにしてもよい。或いは、ユーザによる原点復帰の指示操作が検出された場合に実行されてもよい。

電源投入後、ステージＭＰＵ２８０は、まず位置管理面ステージ２２０が原点センサとしてのＸ初期位置センサ２４３により検出されているか否か（原点センサの範囲か否か）を確認する（ステップＳ５１）。本実施形態では、透過型フォトインタラプタであるＸ初期位置センサ２４３が遮光板により遮光されている間、Ｘ初期位置センサ２４３の出力はＨレベルとなる。したがて、Ｘ初期位置センサ２４３の出力がＨレベルかどうかにより、図１０（ａ）の状態かどうかが確認される。原点センサの範囲であった場合は、低速で原点（ＨレベルからＬレベルへの切り替わりのタイミング）を探せばよいので、処理はステップＳ５５に進む。この状態から、ステージＭＰＵ２８０は、位置管理面ステージ２２０を原点とは逆の方向へ低速移動させながら（ステップＳ５５）原点検出を行う処理を繰り返す（ステップＳ５６）。本実施形態では、Ｘ初期位置センサ２４３からの信号がＨレベルからＬレベルへの切り替わりのタイミングで位置管理面ステージ２２０が原点位置になったものとし、処理はステップＳ５７へ進む。なお、ＨレベルからＬレベルへの切り替わりを検出した後、再び位置管理面ステージ２２０を原点方向へ移動し、Ｘ初期位置センサ２４３からの信号がＬレベルからＨレベルへ切り替わった位置を原点位置としてもよい。

他方、ステップＳ５１で原点センサの範囲に無いと判定された場合、ステージＭＰＵ２８０は、Ｘ軸センサ２７１ａのスケール有無信号がスケール有（Ｈレベル）かどうかの確認を行う（ステップＳ５２）。これは、シリアルＩＦ４０５から入力される、Ｘ軸センサ２７１ａのシリアル信号により確認できる。Ｘ軸センサ２７１ａ上にスケールがあった（スケール有無信号がＨレベル）場合、ステージＭＰＵ２８０は、さらにＸ軸中間センサ２７１ｂのスケール有無信号がスケール有（Ｈレベル）かどうかの確認を行う（ステップＳ５３）。これも、シリアルＩＦ４０５から入力される、Ｘ軸中間センサ２７１ｂのシリアル信号により確認できる。

ステップＳ５３によりＸ軸中間センサ２７１ｂ上にスケールがある（スケール有無信号がＨレベル）と判定された場合、スケールは図１０（ｃ）の状態にある。すなわち、可動部としての位置管理面ステージ２２０が、Ｘ軸センサ２７１ａとＸ軸中間センサ２７１ｂの両方によってＸエリアスケール２１１を読み取れる位置にある。Ｘ軸センサ２７１ａとＸ軸中間センサ２７１ｂの間隔は、Ｘエリアスケール２１１のＸ方向の幅よりもわずかに（本実施形態では、たとえば２ｍｍとする）短い間隔になっているので、この状態のＸＹスケール板２１０の位置はある程度の精度で限定される。したがって、この状態から原点までの距離も設計値によりある程度の精度（例えば、２ｍｍ以下）で決まる。そこで、Ｘ軸センサ２７１ａとＸ軸中間センサ２７１ｂの両方によりＸエリアスケール２１１が検出されている状態のうち、位置管理面ステージ２２０が最も原点位置に近い状態にある場合の原点位置までの距離から、原点位置の機械的なばらつきを減じた距離を所定距離としてあらかじめ設定する。ここで、最も原点位置に近い状態にある場合の原点位置までの距離とは、Ｘ軸センサ２７１ａのスケール有無信号がＨレベルからＬレベルに変わる直前の位置から原点までの距離、つまり図１０（ｅ）に示される領域ｄの距離である。

ステージＭＰＵ２８０は、以上のようにして設定された所定距離を、Ｘ軸中間センサ２７１ｂが出力する現在位置から減じた位置を目標位置に設定する。そして、ステージＭＰＵ２８０は、Ｘ軸中間センサ２７１ｂの出力を用いて位置制御を行い、図９（ａ）に示したような台形駆動により、位置管理面ステージ２２０を目標位置へ高速移動する（ステップＳ５４）。すなわち、位置管理面ステージ２２０を原点位置の方向へ所定距離移動させる。このとき、位置管理面ステージ２２０のＸ方向位置は、Ｘ軸中間センサ２７１ｂにより取得される。

ステップＳ５４で設定された距離（目標位置）は、必ず原点手前までの距離となるので、原点を越えて機械的な端部にぶつかり機器を損傷するようなことはない。ステップＳ５４における高速移動を終えると位置管理面ステージ２２０は原点手前で停止した状態となる。この状態から、ステージＭＰＵ２８０は、位置管理面ステージ２２０を原点方向へ低速移動しながら（ステップＳ５５）原点検出を行う処理を繰り返す（ステップＳ５６）。すなわち、Ｘ初期位置センサ２４３により位置管理面ステージ２２０が原点位置に到達したことを検出するまで、位置管理面ステージ２２０をステップＳ５４における移動よりも低速で移動させる。Ｘ初期位置センサ２４３からの信号が変化（ＬレベルからＨレベルもしくはその逆）したら、原点位置が検出されたとして位置管理面ステージ２２０の移動を停止する。そして、ステージＭＰＵ２８０は、Ｘ軸センサ２７１ａ，ｂによる位置カウンタを原点検出点で初期化（カウンタを０にする）し（ステップＳ５７）、原点検出終了となる。

次に、ステップＳ５３のＸ軸中間センサ２７１ｂのスケール有無信号がスケール有（Ｈレベル）かどうかの確認で、スケール無し（Ｌレベル）であった場合を説明する。この場合、スケールは、図１０（ｂ）の状態にあり、Ｘ軸センサ２７１ａのみがスケール上にある状態にある。この場合、ステージＭＰＵ２８０は、目標位置を定めずに原点方向に、位置管理面ステージ２２０の高速移動を開始する（ステップＳ５８）。なお、位置管理面ステージ２２０の位置は、Ｘ軸センサ２７１ａにより得られる。つまり、図９（ａ）の台形駆動の加速度で加速を始めて、速度がＶｍａｘに達したら等速駆動を行うように、位置管理面ステージ２２０を移動する駆動を行う。

ステージＭＰＵ２８０は、位置管理面ステージ２２０を移動しながら、Ｘ軸中間センサ２７１ｂがスケール上にあるかどうかの確認を行う（ステップＳ５３）。ここで、ステップＳ５２からステップＳ５３に遷移した場合との違いは、位置管理面ステージ２２０がすでに高速に移動中であるということである。Ｘ軸中間センサ２７１ｂがスケール上にあることが検出される（スケール有無信号がＨレベル）と、原点位置までのおおよその距離がわかる。ステージＭＰＵ２８０は、目標を定めない高速移動からで所定位置を目標にしたＸ軸中間センサ２７１ｂを用いた位置の読み取りによる高速移動に切り替え、位置管理面ステージ２２０を原点手前まで移動する（ステップＳ５４）。以降は、ステップＳ５５、Ｓ５６、Ｓ５７と前に説明した通りの処理を行い終了する。

次に、ステップＳ５２においてＸ軸センサ２７１ａがスケール無し（Ｌレベル）を出力していた場合を説明する。この場合、ステージＭＰＵ２８０は、Ｘ軸中間センサ２７１ｂのスケール有無信号がスケール有（Ｈレベル）かどうかの確認を行う（ステップＳ６０）。ここで、スケールが無いと判断された場合、本来はあり得ない状態であり、何かしらの不具合が生じている可能性があるのでエラーとして終了する（ステップＳ５９）。

Ｘ軸中間センサ２７１ｂのスケール有無信号からスケールがあると判断された場合は、図１０（ｄ）の状態にあり、Ｘ軸中間センサ２７１ｂのみがスケール上にある。この状態は、位置管理面ステージ２２０の現在の位置から原点位置までの距離がどれくらいあるかわからないので、原点に向けての高速移動は危険である。他方、原点と反対方向であれば、長い可動範囲がある。そこで、ステージＭＰＵ２８０は、目標位置をさだめずに原点とは逆方向に高速移動を行いながら（ステップＳ６１）、Ｘ軸センサ２７１ａのスケール有無信号がスケール有（Ｈレベル）かどうかを確認する（ステップＳ６２）。Ｘ軸センサ２７１ａがスケール上にない（Ｌレベル）場合は、高速移動を続ける（ステップＳ６１）。Ｘ軸センサ２７１ａのスケール有無信号がスケール有（Ｈレベル）になると、直ちに減速処理を行い位置管理面ステージ２２０の移動を停止する（ステップＳ６３）。初期にどの位置にいたかで、高速移動中の速度が異なるため、また、減速処理により停止する位置が異なるので、位置管理面ステージ２２０の停止位置は、図１０（ｃ）もしくは図１０（ｂ）の状態になる。したがって、処理はステップＳ５３へ進み、上述のように、位置管理面ステージ２２０の現在位置に応じた原点復帰処理を行う。

以上のように、実施形態のステージ装置、ステージ制御方法によれば、電源投入時におけるステージの初期位置がどの状態にあっても、高速に原点手前に移動し、低速に切り替えて原点検出を行うことができる。したがって、原点検出を高速にかつ精度を高く実行することができる。また、本実施形態では、引き継ぎによりスケール値を読み取る複数のセンサを用いて、位置管理面ステージ２２０の原点までのおおよその距離を判断し、原点近傍へ高速に移動し、原点近傍への移動後に低速で精度の高い原点検出を行う。そのため、原点復帰のための特別な構成を追加することなく、原点検出動作を高速にかつ正確に行うことができる。これにより、位置管理面ステージ２２０が使用できるまでの時間を短縮することが可能となり、たとえば電源投入時における顕微鏡の立ち上がり時間が短縮される。

なお、上記実施形態では、Ｘ軸方向の原点復帰について説明したが、Ｙ軸方向についても同様である。また、上記実施形態では、Ｘ軸センサ２７１ａ，ｂの位置信号処理をセンサ毎に行い、ステージＭＰＵ２８０にシリアルＩＦで位置信号を送っているがこれに限られるものではない。たとえば、図１２のように、Ｘ軸センサ２７１ａ，ｂの各々のアナログ出力を、ステージＭＰＵ２８０のＡＤコンバータ４０７でデジタル信号に変換し、位置信号処理部４０６で処理するようにしてもよい。このようにした場合、外部の処理回路を減らすことができ、コスト削減が可能となる。

その他の実施形態として、Ｘ初期位置センサ２４３がＸ初期位置マーク２３４を検出するまで、高速で（例えばＶmax：安全に実行可能な最大の速さで）移動させ、Ｘ初期位置センサ２４３がＸ初期位置マーク２３４を検出した場合に、急減速させることとしてもよい。この場合、急減速によってステージを停止させたとしても、Ｘ初期位置マーク２３４はＸ初期位置センサ２４３で検出可能な位置からは所定距離Δだけ離れた位置となる。そのため、ステージをＸ初期位置センサ２４３がＸ初期位置マーク２３４を検出可能な位置まで戻すこととなる。ステージを減速させるための加速度をa-とすると、Ｘ初期位置センサ２４３がＸ初期位置マーク２３４を検出してから時間ｔ1＝Ｖmax／|a-|の経過後にステージは停止する。したがって、その後、距離Δ＝(Ｖmax^2)／2|a-|だけステージをそれまでとは逆向きに移動させることで、原点復帰が実現される。ここで加速度a-の大きさを、印加可能な最大の加速度とすることで高速な原点復帰が実現できる（実際には、a-は負値を取ることに留意されたい）。少なくとも、上述の実施形態（例えば図９を参照）のように原点の位置が正確に特定できていない場合に比べて、より急減速させることができるため、かかる制御は原点復帰の高速化に貢献することとなる。ステージをこのような制御で移動させることによって、上述の実施形態よりも原点復帰をより高速に行うことできる可能性がある。なおこの場合、Ｘ方向に対して、原点から少なくとも±Δの範囲で、ステージを移動させることが可能であるという機械的な要件を満たす必要がある。

なお、上述の、Ｘ初期位置マーク２３４がＸ初期位置センサ２４３の位置まで高速移動させる制御（以下「特定の制御」とする）はＸ方向について行うこととしたが、これに限らず、Ｙ方向についても上記特定の制御を行うようにしてもよい。また別の実施形態では、Ｙ方向については、上述した実施形態のようにセンサを複数設けるが、Ｘ方向については、特定の制御を行い、かつ、上述した実施形態のようにセンサを複数設けず、センサを１つとする構成（乗り継ぎを行わない構成）としてもよい。要は、特定の制御は、ステージの移動可能範囲と原点との位置関係、ステージを移動させる加速度の大きさ、ステージの最大移動速度、等の関係から、適宜利用することとしてもよい。

また別の実施形態では、上記特定の制御を別の形で実現する。上記特定の制御は、Ｘ初期位置センサ２４３がＸ初期位置マーク２３４を検出することに応じてステージを急減速させかつステージをそれまでとは逆向きに移動させるというものであった。これに対し本実施形態では、Ｘ初期位置センサ２４３が、Ｘ初期位置マーク２３４と既知の位置関係にあるその他のマークを検出した場合にステージを急減速させるというものである。ここで、既知の位置関係として、Ｘ初期位置マーク２３４と当該その他のマークとの距離を既知の値Δ´とすることができる。このようにすることで、上記特定の制御では急減速後少なくとも２Δだけステージを移動させる必要があるところ、急減速後少なくともΔ´の移動で原点に復帰させることができる。Δ´を２Δよりも小さい値とすれば、上記特定の制御よりも高速な原点復帰を実現可能となる。当該Δ´を上述の距離Δかそれよりも少し大きい値とすることで、原点復帰はより高速化できる。Ｘ初期位置マーク２３４と当該その他のマークとの距離Δ´をΔに近づければ近づけるほど、原点復帰に要する時間を短くすることができる。本実施形態では、上記特定の制御で必要であったような、「Ｘ方向に対して、原点から少なくとも±Δは、ステージが移動可能である」という要件を満たす必要はなくなる。なお、当該その他のマークを検出するセンサを、Ｘ初期位置センサ２４３とはまた別に設けることとしてもよい。一方で、上記特定の制御によれば、マークまたはセンサの数を増やすことなく、高速な原点復帰の制御を実現可能であるというメリットがある。

なお、上記実施形態では、顕微鏡に適用されるステージ装置を説明したがこれに限られるものではない。インクリメンタルスケールをセンサで読み取って位置管理を行うステージ装置であれば、本発明の適用が可能である。また、上記実施形態では、ステージベース２６０にＸ軸センサとＹ軸センサを搭載し、共通のＸＹスケール板２１０に形成されたＸエリアスケール２１１、Ｙエリアスケール２１２を読み取る構成としたがこれに限られるものではない。たとえば、ＹステージにＸステージのスケールを読み取るセンサを搭載し、ベースステージにＹステージのスケールを読み取るセンサを搭載した、通常のＸＹステージにも本発明は適用可能である。

なお、本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

２２０：位置管理面ステージ、２１０：ＸＹスケール板、２１１：Ｘエリアスケール、２１２：Ｙエリアスケール、２７１ａ：Ｘ軸センサ、２７２ａ：Ｙ軸センサ、２７１ｂ：Ｘ軸中間センサ、２７２ｂ：Ｙ軸中間センサ

Claims (14)

1. 可動部に固定され、第１の方向に前記可動部の可動距離より短い所定長を有するインクリメンタルのスケールと、
   前記第１の方向に前記所定長よりも短い間隔で並ぶ、前記スケールを読み取るための第１および第２のセンサと、
   前記可動部の可動範囲に設定された原点位置を検出する検出手段と、
   前記可動部を前記原点位置へ移動する原点復帰を行う移動制御手段と、を備え、
   前記移動制御手段は、前記原点復帰において、前記可動部が前記第１のセンサと前記第２のセンサの両方によって前記スケールを読み取れる位置にある場合、前記可動部を前記原点位置の方向へ所定距離を移動させる第１の移動と、前記第１の移動の後、前記検出手段により前記原点位置を検出するまで前記可動部を前記第１の移動よりも低速で移動させる第２の移動と、を実行することを特徴とするステージ装置。
2. 前記第１のセンサが前記第２のセンサよりも前記原点位置の側に配置されており、
   前記移動制御手段は、前記第１のセンサにより前記スケールを読み取ることで前記第１の移動を実行することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記移動制御手段は、前記第２のセンサが前記スケールを読み取れるが前記第１のセンサは前記スケールを読み取れない場合には前記原点位置へ向かって前記可動部を移動する第３の移動を実行し、前記可動部が前記第１のセンサと前記第２のセンサの両方によって前記スケールを読み取れる位置に来ると前記第１の移動を実行することを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
4. 前記第３の移動の速度は、前記第１の移動における速度であることを特徴とする請求項３に記載のステージ装置。
5. 前記移動制御手段は、前記第１のセンサが前記スケールを読み取れるが前記第２のセンサは前記スケールを読み取れない場合に、前記可動部を前記原点位置とは反対の方向へ前記可動部を移動する第４の移動を実行し、前記可動部が前記第１のセンサと前記第２のセンサの両方によって前記スケールを読み取れる位置に来ると前記第１の移動を実行することを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
6. 前記移動制御手段は、前記原点位置へ前記可動部を移動させた後、前記第１のセンサと前記第２のセンサが前記スケールを読み取れる間に、前記第１のセンサと前記第２のセンサとの間で前記スケールの読み取りの引き継ぎを行うことにより前記可動部の位置を管理することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のステージ装置。
7. 前記移動制御手段は、電源投入時に前記原点復帰を実行することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のステージ装置。
8. 前記移動制御手段は、前記第１のセンサまたは前記第２のセンサによる前記スケールの読み取り値がリセットされた状態となった場合に前記原点復帰を実行することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のステージ装置。
9. 前記第１および第２のセンサからの信号を処理し位置信号を生成する位置信号処理回路を備え、
   前記移動制御手段は、ＭＰＵがプログラムを実行することにより実現され、前記可動部の位置を前記位置信号処理回路から取得することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のステージ装置。
10. 前記第１および第２のセンサからの信号をデジタル信号に変換する変換手段を備え、
    前記移動制御手段は、ＭＰＵがプログラムを実行することにより実現され、前記可動部の位置を前記変換手段から取得することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のステージ装置。
11. 可動部に固定され、第１の方向に前記可動部の可動距離より短い所定長を有するインクリメンタルのスケールと、
    前記第１の方向に前記所定長よりも短い間隔で並ぶ、前記スケールを読み取るための第１および第２のセンサと、
    前記可動部の可動範囲に設定された原点位置を検出する検出手段と、を備えたステージ装置の制御方法であって、
    前記可動部を前記原点位置へ移動する原点復帰において、前記可動部が前記第１のセンサと前記第２のセンサの両方によって前記スケールを読み取れる位置にある場合、前記可動部を前記原点位置の方向へ所定距離を移動させる第１の移動工程と、
    前記第１の移動工程による移動の後、前記検出手段により前記原点位置を検出するまで前記可動部を前記第１の移動工程よりも低速で移動させる第２の移動工程と、を有することを特徴とするステージ装置の制御方法。
12. 可動部に固定され、第１の方向に前記可動部の可動距離より短い所定長を有するインクリメンタルのスケールと、
    前記第１の方向に前記所定長よりも短い間隔で並ぶ、前記スケールを読み取るための第１および第２のセンサと、
    前記可動部の可動範囲に設定された原点位置を検出する検出手段と、を備えたステージ装置を制御するコンピュータに、
    前記可動部を前記原点位置へ移動する原点復帰において、前記可動部が前記第１のセンサと前記第２のセンサの両方によって前記スケールを読み取れる位置にある場合、前記可動部を前記原点位置の方向へ所定距離を移動させる第１の移動工程と、
    前記第１の移動工程による移動の後、前記検出手段により前記原点位置を検出するまで前記可動部を前記第１の移動工程よりも低速で移動させる第２の移動工程と、を実行させるためのプログラム。
13. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載されたステージ装置を、スライドを載置するステージとして備える顕微鏡システム。
14. 顕微鏡本体と、
    観察対象のスライドを載置して互いに直交するＸ方向およびＹ方向に移動するＸＹステージを有し、前記顕微鏡本体に装着されたステージと、
    前記ＸＹステージに固定され、前記Ｘ方向および前記Ｙ方向のそれぞれについて前記ＸＹステージの可動距離より短い所定長を有するインクリメンタルのスケールを有するＸＹスケール板と、を備え、
    前記Ｘ方向および前記Ｙ方向のそれぞれについて、
    前記所定長よりも短い間隔で並ぶ、前記スケールを読み取るための第１および第２のセンサと、
    前記ＸＹステージの可動範囲に設定された原点位置を検出する検出手段と、
    前記ＸＹステージを前記原点位置へ移動する原点復帰において、前記ＸＹステージが前記第１のセンサと前記第２のセンサの両方によって前記スケールを読み取れる位置にある場合、前記ＸＹステージを前記原点位置の方向へ所定距離を移動させる第１の移動と、前記第１の移動の後、前記検出手段により前記原点位置を検出するまで前記ＸＹステージを前記第１の移動よりも低速で移動させる第２の移動と、を実行する移動制御手段と、を備えることを特徴とする顕微鏡システム。

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