JP7185576B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置に関する。

従来、電子顕微鏡において、試料ステージの駆動用モータの動作または室温の変化により発生する試料ドリフトを抑制する技術が提案されている。
例えば、特許文献１に記載された走査型電子顕微鏡は、試料移動時と停止時にモータへの供給電流を同じないし、供給電流の差を２０％以下とすることによりモータの熱量変化を小さくすることで、試料ステージの温度をコントロールして観察時の試料ドリフトを低減することを特徴とする。

国際公開第２０１１／１４５２９０号

例えば高分解能の電子顕微鏡において、試料を載せるテーブルを移動させるためのアクチュエータとして、低速駆動中の動きも滑らかであるＡＣサーボモータを用いることが考えられる。このＡＣサーボモータを用いる電子顕微鏡のように、高精度の位置決め駆動が必要となる装置に用いられるモータを制御するにあたっては、モータに生じる熱による温度変化に起因する試料の位置ずれを抑制することが望まれる。
本発明は、モータの駆動によって移動させられる対象物の位置決めを精度高く行うことができる制御装置を提供することを目的とする。

以下、本発明について説明する。以下の説明では、本発明の理解を容易にするために実施の形態中の構成要素の符号等を括弧書きで付記するが、それによって本発明が実施の形態に記載した内容に限定されるものではない。
上記目的のもと完成させた本発明は、対象物を移動させるために駆動する三相のモータ（１１０）の制御装置（１００）であって、前記モータ（１１０）に供給する目標電流として、ｄ－ｑ座標系のｄ軸目標電流（Ｉｄｔ）及びｑ軸目標電流（Ｉｑｔ）を設定する目標電流設定手段（１２０）を有し、前記目標電流設定手段（１２０）は、前記ｑ軸目標電流（Ｉｑｔ）を小さくする場合に、前記ｄ軸目標電流（Ｉｄｔ）を大きくする制御装置（１００）である。

ここで、前記目標電流設定手段（１２０）は、前記ｑ軸目標電流（Ｉｑｔ）を零ではない値から零にした場合に、前記ｄ軸目標電流（Ｉｄｔ）を予め定められた所定電流（Ｉｄｔ０）まで大きくしても良い。
また、前記目標電流設定手段（１２０）は、前記ｑ軸目標電流（Ｉｑｔ）を零にしたときから予め定められた所定増加時間（Ｔｉ）経過後に前記所定電流（Ｉｄｔ０）となるように徐々に前記ｄ軸目標電流（Ｉｄｔ）を大きくしても良い。
また、前記目標電流設定手段（１２０）は、位置指令速度（Ｖｐｔ）が零かつ位置偏差（ｐｔ－θｄ）が零となったときに、前記ｑ軸目標電流（Ｉｑｔ）を零にし、前記ｄ軸目標電流（Ｉｄｔ）を零から大きくしても良い。

他の観点から捉えると、本発明は、対象物を移動させるために駆動する三相のモータ（１１０）の制御装置（１００）であって、前記モータ（１１０）に供給する目標電流として、ｄ－ｑ座標系のｄ軸目標電流（Ｉｄｔ）及びｑ軸目標電流（Ｉｑｔ）を設定する目標電流設定手段（１２０）を有し、前記目標電流設定手段（１２０）は、前記ｑ軸目標電流（Ｉｑｔ）を大きくする場合に、前記ｄ軸目標電流（Ｉｄｔ）を小さくする制御装置（１００）である。

ここで、前記目標電流設定手段（１２０）は、前記ｑ軸目標電流（Ｉｑｔ）を零から零ではない値にした場合に、前記ｄ軸目標電流（Ｉｄｔ）を零まで小さくしても良い。
また、前記目標電流設定手段（１２０）は、前記ｑ軸目標電流（Ｉｑｔ）を零ではない値にしたときから予め定められた所定減少時間（Ｔｄ）経過後に零となるように徐々に前記ｄ軸目標電流（Ｉｄｔ）を小さくしても良い。
また、前記目標電流設定手段（１２０）は、位置指令速度（Ｖｐｔ）、又は、位置偏差（ｐｔ－θｄ）が零ではなくなったときに、前記ｑ軸目標電流（Ｉｑｔ）を零ではない値にし、前記ｄ軸目標電流（Ｉｄｔ）を小さくしても良い。

本発明によれば、モータの駆動によって移動させられる対象物の位置決めを精度高く行うことができる。

本実施の形態に係る走査型電子顕微鏡の概略構成を示す図である。 本実施の形態に係る走査型電子顕微鏡の試料移動ステージの概略構成を示す図である。 図２のIII方向に見た図である。 制御装置の概略構成図である。 制御装置の概略構成図である。 ｄ軸目標電流設定部が設定するｄ軸目標電流の時間変化を例示する図である。 ｄ軸目標電流調整部が行うｄ軸目標電流を設定する処理を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る走査型電子顕微鏡の概略構成を示す図である。
図２は、本実施の形態に係る走査型電子顕微鏡の試料移動ステージの概略構成を示す図である。
図３は、図２のIII方向に見た図である。
本実施の形態に係る走査型電子顕微鏡５０（以下、単に「顕微鏡５０」と称する場合もある。）は、特許文献１に記載された走査型電子顕微鏡に対して、ｘテーブル３３を移動させるｘモータ４１と、ｙテーブル４３を移動させるｙモータ６１と、これらのモータの駆動を制御する制御装置１００とが異なる。以下、主に、特許文献１に記載された走査型電子顕微鏡と異なる点について説明する。

顕微鏡５０は、電子銃１と、コンデンサレンズ２と、対物レンズ３と、試料室４と、試料移動ステージ５と、２次電子検出器７と、真空ポンプ９～１３と、ステージケース１４とを有している。そして、顕微鏡５０は、電子銃１で発生した電子ビームを、コンデンサレンズ２、対物レンズ３を通して試料室４内の試料移動ステージ５の上に取り付けられた試料Ｓ上に照射し、試料Ｓから出てくる２次電子を２次電子検出器７でとらえ、試料Ｓ表面の形状を観察可能にする。

また、顕微鏡５０は、ｚテーブル１５と、チルトテーブル２０とを有している。ｚテーブル１５を駆動するための機構、及び、チルトテーブル２０を駆動するための機構は、特許文献１に記載された走査型電子顕微鏡と基本的に同じであるので、その詳細な説明は省略する。

顕微鏡５０は、試料Ｓをｘ方向に移動させるｘテーブル３３を有している。ｘテーブル３３は、クロスローラガイド３４を介してチルトテーブル２０に取り付けられている。また、顕微鏡５０は、ｘテーブル３３を移動させる、ｘボールネジ３５及びｘボールネジナット３６を有している。また、顕微鏡５０は、ｘボールネジ３５の両端部をそれぞれ支持する軸受３７、３８と、軸受３７、３８をそれぞれチルトテーブル２０に支持する軸受ハウジング３９、４０とを有している。ｘボールネジナット３６は、ｘ継手４２を介して、ｘテーブル３３に固定されている。

また、顕微鏡５０は、ｘボールネジ３５に連結された、ｘモータ４１と、ｘカップリング４４と、ｘモータ４１を支持するｘブラケット４５とを有している。ｘブラケット４５は、チルトテーブル２０に固定されている。ｘテーブル３３は、ｘモータ４１が駆動されてｘボールネジ３５が回転させられ、ｘボールネジナット３６が移送されることによりｘ方向に移動し、試料Ｓをｘ方向に移動させる。

また、顕微鏡５０は、試料Ｓをｙ方向に移動させるｙテーブル４３を有している。ｙテーブル４３は、クロスローラガイド５４ａ、５４ｂを介してｘテーブル３３に取り付けられている。また、顕微鏡５０は、ｙテーブル４３を移動させる、ｙボールネジ５５及びｙボールネジナット５６を有している。また、顕微鏡５０は、ｙボールネジ５５の両端部をそれぞれ支持する軸受５７、５８と、軸受５７、５８をそれぞれｘテーブル３３に支持する軸受ハウジング５９、６０とを有している。ｙボールネジナット５６は、ｙ継手４８を介して、ｙテーブル４３に固定されている。

また、顕微鏡５０は、ｙボールネジ５５に連結された、ｙモータ６１と、ｙカップリング６２と、ｙモータ６１を支持するｙブラケット６３とを有している。ｙブラケット６３は、ｘテーブル３３に固定されている。ｙテーブル４３は、ｙモータ６１が駆動されてｙボールネジ５５が回転させられ、ｙボールネジナット５６が移送されることによりｙ方向に移動し、試料Ｓをｙ方向に移動させる。

また、顕微鏡５０は、試料Ｓを回転させるローテーションテーブル６６を有している。ローテーションテーブル６６は、軸受（不図示）を介して、ｙテーブル４３に対して回転可能に支持されている。また、顕微鏡５０は、ローテーションテーブル６６を回転させる、ウォームホィール６７ａ及びウォームギヤ６７ｂを有している。ウォームホィール６７ａは、ローテーションテーブル６６に取り付けられている。また、顕微鏡５０は、ウォームギヤ６７ｂの両端部をそれぞれ支持する軸受６９、７０と、軸受６９、７０をそれぞれｙテーブル４３に支持する軸受ハウジング７１、７２とを有している。

また、顕微鏡５０は、ウォームギヤ６７ｂに連結された、ｒモータ７３と、ｒカップリング７４と、ｒモータ７３を支持するｒブラケット７５とを有している。ｒブラケット７５は、ｙテーブル４３に固定されている。ローテーションテーブル６６は、ｒモータ７３が駆動されてウォームギヤ６７ｂが回転させられ、ウォームホィール６７ａが回転させられることにより回転し、試料Ｓを回転させる。

試料Ｓは試料ホルダ７７に接着され、試料ホルダ７７はローテーションテーブル６６に取り付けられたホルダ台７８に挿入、固定されている。
上述したようにして、試料Ｓは、ｘ，ｙ，ｚ方向に移動させられ、また、回転させられ、傾斜させられる。

（モータ制御について）
上述した、ｘモータ４１、ｙモータ６１及びｒモータ７３は、３相のＡＣサーボモータであることを例示することができる。
そして、顕微鏡５０は、これらｘモータ４１、ｙモータ６１及びｒモータ７３の駆動を制御する制御装置１００を備えている。制御装置１００が、ｘモータ４１、ｙモータ６１及びｒモータ７３を制御する態様は同じであるので、以下では、ｘモータ４１、ｙモータ６１及びｒモータ７３を、「モータ１１０」と称し、モータ１１０を制御する態様について説明する。

図４、図５は、制御装置１００の概略構成図である。
制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable & Programmable Read Only Memory）等からなる算術論理演算回路である。
そして、制御装置１００は、モータ１１０に供給する目標電流を設定する目標電流設定部１２０と、目標電流設定部１２０が設定した目標電流に基づいてフィードバック制御などを行う制御部１３０と、を備えている。目標電流設定部１２０の機能構成は、図４に示し、制御部１３０の機能構成は、図５に示している。

目標電流設定部１２０は、図４に示すように、ｄ－ｑ座標系のｑ軸目標電流Ｉｑｔを設定するｑ軸目標電流設定部１２１と、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを設定するｄ軸目標電流設定部１２２とを有している。ｄ－ｑ座標系は、モータ１１０のロータ（永久磁石）と同期して回転するｄ軸およびｑ軸からなる回転直交座標系であり、ｄ軸は、ロータが形成する磁束の方向に沿った軸であり、ｑ軸は、モータ１１０が発生するトルクの方向に沿った軸である。
ｑ軸目標電流設定部１２１、ｄ軸目標電流設定部１２２、及び、目標電流設定部１２０が有するその他の構成要素については後で詳述する。

制御部１３０は、図５に示すように、モータ１１０の作動を制御するモータ駆動制御部１３１と、モータ１１０を駆動させるモータ駆動部１３２とを有している。
また、制御部１３０は、モータ１１０に実際に流れる実電流に応じた値を出力するモータ電流検出部１３３と、このモータ電流検出部１３３によって検出された電流をｄ－ｑ座標系の電流に変換する３相２軸変換部１３５と、を有している。
また、制御部１３０は、エンコーダ等の回転角センサ１２０からのモータ回転角度信号θｓに基づいて、実際のモータ１１０の回転角度であるモータ回転角度θｄを算出するモータ回転角度算出部１３６を有している。

モータ電流検出部１３３は、３相のモータであるモータ１１０のＵ相に実際に流れる電流であるＵ相実電流を検出するためのＵ相電流検出部と、モータ１１０のＶ相に実際に流れる電流であるＶ相実電流を検出するためのＶ相電流検出部と、モータ１１０のＷ相に実際に流れる電流であるＷ相実電流を検出するためのＷ相電流検出部とを有している。Ｕ相電流検出部、Ｖ相電流検出部及びＷ相電流検出部は、それぞれモータ１１０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に接続されたいわゆるシャント抵抗の両端に生じる電圧から各相に流れる実電流の値を検出する。

３相２軸変換部１３５には、モータ電流検出部１３３にて検出されたＵ相実電流，Ｖ相実電流，Ｗ相実電流、及びモータ回転角度算出部１３６にて算出されたモータ回転角度θｄが入力される。そして、３相２軸変換部１３５は、予め定められた式に従って、Ｕ相実電流，Ｖ相実電流，Ｗ相実電流をｄ－ｑ座標系の値であるｄ軸実電流Ｉｄａとｑ軸実電流Ｉｑａとに変換し、変換したｄ軸実電流Ｉｄａ，ｑ軸実電流Ｉｑａを出力する。
モータ回転角度算出部１３６は、モータ１１０に設けられた回転角センサ１２０からのモータ回転角度信号θｓに基づいてモータ回転角度θｄを算出する。

モータ駆動制御部１３１は、目標電流設定部１２０のｄ軸目標電流設定部１２２にて設定されたｄ軸目標電流Ｉｄｔから、３相２軸変換部１３５にて算出されたｄ軸実電流Ｉｄａを減算するｄ軸減算部１４１ｄを有している。また、モータ駆動制御部１３１は、目標電流設定部１２０のｑ軸目標電流設定部１２１にて算出されたｑ軸目標電流Ｉｑｔから、３相２軸変換部１３５にて算出されたｑ軸実電流Ｉｑａを減算するｑ軸減算部１４１ｑを有している。

また、モータ駆動制御部１３１は、ｄ軸減算部１４１ｄにて算出された偏差（Ｉｄｔ－Ｉｄａ）が零となるようにｄ軸目標電圧Ｖｄｔを出力する電流制御アンプ１４２ｄを有している。また、モータ駆動制御部１３１は、ｑ軸減算部１４１ｑにて算出された偏差（Ｉｑｔ－Ｉｑａ）が零となるようにｑ軸目標電圧Ｖｑｔを出力する電流制御アンプ１４２ｑを有している。

また、モータ駆動制御部１３１は、電流制御アンプ１４２ｄ及び電流制御アンプ１４２ｑから出力されたｄ軸目標電圧Ｖｄｔ，ｑ軸目標電圧Ｖｑｔを、３相交流座標系のＵ相目標電圧Ｖｕｔ、Ｖ相目標電圧Ｖｖｔ、Ｗ相目標電圧Ｖｗｔに変換する２軸３相変換部１５１を有している。
２軸３相変換部１５１は、予め定められた式及びモータ回転角度算出部１３６にて算出されたモータ回転角度θｄに基づいて、ｄ軸目標電圧Ｖｄｔ及びｑ軸目標電圧Ｖｑｔを、Ｕ相目標電圧Ｖｕｔ、Ｖ相目標電圧Ｖｖｔ及びＷ相目標電圧Ｖｗｔに変換する。つまり、２軸３相変換部１５１は、電流制御アンプ１４２ｄ及び電流制御アンプ１４２ｑから出力された、言い換えればフィードバック制御された値と、モータ回転角度θｄとに基づいてモータ１１０に印加する印加電圧を決定する。

また、モータ駆動制御部１３１は、２軸３相変換部１５１にて算出されたＵ相目標電圧Ｖｕｔ，Ｖ相目標電圧Ｖｖｔ，Ｗ相目標電圧Ｖｗｔに基づいてモータ１１０をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ信号生成部１６０を有している。

モータ駆動部１３２は、所謂インバータであり、例えば、スイッチング素子として６個の独立したトランジスタ（ＦＥＴ）を備え、６個の内の３個のトランジスタは電源の正極側ラインと各相の電気コイルとの間に接続され、他の３個のトランジスタは各相の電気コイルと電源の負極側（アース）ラインと接続されている。そして、モータ駆動部１３２は、６個の中から選択した２個のトランジスタのゲートを駆動してこれらのトランジスタをスイッチング動作させることにより、モータ１１０の駆動を制御する。

（目標電流設定部１２０の詳細について）
目標電流設定部１２０は、図４に示すように、位置指令ｐｔから、モータ回転角度算出部１３６で算出されたモータ回転角度θｄを減算する位置減算部１２３を有している。位置減算部１２３は、位置指令ｐｔからモータ回転角度θｄを減算することにより、偏差（ｐｔ－θｄ）を算出する。
ここで、位置指令ｐｔは、上位制御部（不図示）から出力される。上位制御部は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、例えばマウスやキーボード等の操作部、例えば液晶ディスプレイ等の表示部等を備えた汎用パーソナルコンピュータ等で構成されていることを例示することができる。そして、位置指令ｐｔは、例えば、顕微鏡５０のオペレータが操作部を操作することにより、表示部上で現在表示されている拡大像から離れた位置を指定した場合に、その指定された位置の情報、現在の観察視野の中心からその指定された位置までの方向、及び距離が算出され、設定される。

また、目標電流設定部１２０は、モータ回転角度算出部１３６で算出されたモータ回転角度θｄに基づいてモータ１１０の回転速度であるモータ回転速度ωｄを算出するモータ回転速度算出部１２４を有している。モータ回転速度算出部１２４は、モータ回転角度算出部１３６で算出されたモータ回転角度θｄを微分することによりモータ回転速度ωｄを算出する。

上述したｑ軸目標電流設定部１２１は、位置減算部１２３にて算出された偏差（ｐｔ－θｄ）が零となるように目標回転速度ωｔを出力する位置制御アンプ１２５を有している。
また、ｑ軸目標電流設定部１２１は、位置制御アンプ１２５から出力された目標回転速度ωｔから、モータ回転速度算出部１２４で算出されたモータ回転速度ωｄを減算する速度減算部１２６を有している。
また、ｑ軸目標電流設定部１２１は、速度減算部１２６にて算出された偏差（ωｔ－ωｄ）が零となるようにｑ軸目標電流Ｉｑｔを出力する速度制御アンプ１２７を有している。

上述したｄ軸目標電流設定部１２２は、位置指令ｐｔの時間変化率である位置指令速度Ｖｐｔを算出する位置指令速度算出部１２８を有している。位置指令速度算出部１２８は、位置指令ｐｔを微分することにより位置指令速度Ｖｐｔを算出する。
また、ｄ軸目標電流設定部１２２は、位置指令速度算出部１２８が算出した位置指令速度Ｖｐｔ及び位置減算部１２３にて算出された偏差（ｐｔ－θｄ）に基づいてｄ軸目標電流Ｉｄｔを調整するｄ軸目標電流調整部１２９を有している。

以上のように構成された目標電流設定部１２０において、ｑ軸目標電流設定部１２１は、位置減算部１２３にて算出された偏差（ｐｔ－θｄ）が零となり、制御対象の位置が目標位置に到達した場合には、ｑ軸目標電流Ｉｑｔを零に設定する。例えば、試料Ｓのｘ方向の位置が制御対象である場合には、ｘ方向の位置が目標位置に到達したときに、ｘモータ４１のｑ軸目標電流Ｉｑｔを零に設定する。

図６は、ｄ軸目標電流設定部１２２が設定するｄ軸目標電流Ｉｄｔの時間変化を例示する図である。
ｄ軸目標電流設定部１２２においては、ｄ軸目標電流調整部１２９は、位置指令速度算出部１２８が算出した位置指令速度Ｖｐｔが零ではない場合、又は、位置減算部１２３にて算出された偏差（ｐｔ－θｄ）が零ではない場合には、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを零に設定する。言い換えれば、ｄ軸目標電流調整部１２９は、モータ１１０が駆動しているときのｄ軸目標電流Ｉｄｔを零に設定する。さらに言い換えれば、ｄ軸目標電流調整部１２９は、ｑ軸目標電流Ｉｑｔが零ではないときのｄ軸目標電流Ｉｄｔを零に設定する。

一方、ｄ軸目標電流調整部１２９は、制御対象の位置が目標位置に到達した場合、言い換えれば、位置指令速度算出部１２８が算出した位置指令速度Ｖｐｔが零、かつ、位置減算部１２３にて算出された偏差（ｐｔ－θｄ）が零となった場合、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを零以外の値とする。これは、ｑ軸目標電流Ｉｑｔが小さくされることに起因して減少するモータ１１０の発熱分を補うためにｄ軸目標電流Ｉｄｔを零以外の値とするものである。ｄ軸はロータが形成する磁束の方向に沿った軸であり、ｄ軸目標電流Ｉｄｔが増えても、モータ１１０の駆動、言い換えれば、モータ１１０の出力軸の回転に寄与しないため、ｄ軸目標電流Ｉｄｔが増えることに起因して位置が目標位置からずれることが抑制される。

そして、ｄ軸目標電流調整部１２９は、予め定められた所定増加レートで、零から、予め定められた所定電流Ｉｄｔ０まで大きくなるようにｄ軸目標電流Ｉｄｔを設定する。言い換えれば、ｄ軸目標電流調整部１２９は、予め定められた所定増加時間Ｔｉ経過後に所定電流Ｉｄｔ０となるように徐々にｄ軸目標電流Ｉｄｔを増加させる。

所定電流Ｉｄｔ０及び所定増加時間Ｔｉは、制御対象の位置が目標位置となった後に、位置が目標位置からずれることを抑制するべく、制御対象の位置を定める部品の温度変化を抑制することが可能な値に設定される。例えば、試料Ｓのｘ方向の位置を定める部品としては、ｘボールネジ３５、ｘボールネジナット３６であることを例示することができる。試料Ｓのｙ方向の位置を定める部品としては、ｙボールネジ５５、ｙボールネジナット５６であることを例示することができる。試料Ｓの回転方向の位置を定める部品としては、ウォームホィール６７ａ、ウォームギヤ６７ｂであることを例示することができる。

モータ１１０が駆動した際に発生する熱がこれらの部品に伝わり、これらの部品に温度変化が生じる。例えば、試料Ｓのｘ方向の位置を例にして説明すると、ｘモータ４１への電流の供給に起因して発生する熱が、ｘボールネジ３５、ｘボールネジナット３６等の試料Ｓのｘ方向の位置を定める部品に伝わるので、これらの部品が熱膨張した状態でｘ方向の位置が目標位置に定められる。そして、ｘ方向の位置が目標位置に到達した後に、ｘモータ４１への電流供給が停止されると、減少した電流の分の熱が発生しなくなるため、ｘボールネジ３５、ｘボールネジナット３６等のｘ方向の位置を定める部品の温度が低下する。そして、これらの部品の温度が低下すると、収縮するため、試料Ｓの位置が目標位置からずれ、試料ドリフトが生じてしまう。

以上の事項に鑑み、試料ドリフトを抑制するべく、所定電流Ｉｄｔ０及び所定増加時間Ｔｉは、設定される。例えば、試料Ｓのｘ方向の位置が目標位置となり、ｑ軸目標電流Ｉｑｔが零に設定されたときの、ｘボールネジ３５、ｘボールネジナット３６等のｘ方向の位置を定める部品の温度と、所定増加時間Ｔｉ経過したときのこれらの部品の温度とが同じとなるように、所定電流Ｉｄｔ０及び所定増加時間Ｔｉが設定される。ゆえに、所定電流Ｉｄｔ０及び所定増加時間Ｔｉは、試料Ｓの位置を定める部品の熱伝導率に応じて定まる。例えば、熱伝導率が小さいほど所定増加時間Ｔｉが長くなるように設定される。

本実施の形態においては、所定電流Ｉｄｔ０及び所定増加時間Ｔｉは、予め測定結果に基づいて設定され、ＲＯＭに記憶されていることを例示することができる。例えば、所定増加時間Ｔｉは、２０～３０秒の範囲の中から定められた一の秒数であることを例示することができる。このように、所定増加時間Ｔｉをかけて、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを零から所定電流Ｉｄｔ０までゆっくり変化させることで、試料Ｓの位置が目標位置からずれることを抑制する。
なお、所定電流Ｉｄｔ０及び所定増加時間Ｔｉは、シミュレーション結果や算出結果に基づいて設定されても良い。

また、ｄ軸目標電流調整部１２９は、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを所定電流Ｉｄｔ０に到達させた後、言い換えれば、所定増加時間Ｔｉが経過した後、位置指令速度算出部１２８が算出した位置指令速度Ｖｐｔが零、かつ、位置減算部１２３にて算出された偏差（ｐｔ－θｄ）が零である状態が継続している間中、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを所定電流Ｉｄｔ０に維持する。

また、ｄ軸目標電流調整部１２９は、位置指令速度算出部１２８が算出した位置指令速度Ｖｐｔが零でなくなった場合、又は、位置減算部１２３にて算出された偏差（ｐｔ－θｄ）が零でなくなった場合には、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを予め定められた所定減少レートで減少させる。例えば、ｄ軸目標電流Ｉｄｔが所定電流Ｉｄｔ０であるときに、位置指令速度算出部１２８が算出した位置指令速度Ｖｐｔが零でなくなった場合、又は、位置減算部１２３にて算出された偏差（ｐｔ－θｄ）が零でなくなった場合には、ｄ軸目標電流調整部１２９は、予め定められた所定減少時間Ｔｄ経過後にｄ軸目標電流Ｉｄｔが零となるように徐々にｄ軸目標電流Ｉｄｔを減少させる。位置指令速度Ｖｐｔが零でなくなった場合、又は、位置減算部１２３にて算出された偏差（ｐｔ－θｄ）が零でなくなった場合には、ｑ軸目標電流Ｉｑｔが零以外の値となると考えられるからである。

所定減少時間Ｔｄは、予め、測定結果、シミュレーション結果又は算出結果に基づいて設定され、ＲＯＭに記憶されていることを例示することができる。例えば、所定減少時間Ｔｄは、２０～３０秒の範囲の中から定められた一の秒数であることを例示することができる。このように、所定減少時間Ｔｄをかけて、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを所定電流Ｉｄｔ０から零までゆっくり変化させることで、試料Ｓの位置が目標位置からずれることを抑制する。
なお、所定減少時間Ｔｄは、所定増加時間Ｔｉと同じであることを例示することができる。ただし、所定減少時間Ｔｄは、所定増加時間Ｔｉと異なっていても良い。

また、ｄ軸目標電流調整部１２９は、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを上記所定増加レートで増加させているときに、位置指令速度算出部１２８が算出した位置指令速度Ｖｐｔが零ではなくなった場合、又は、位置減算部１２３にて算出された偏差（ｐｔ－θｄ）が零ではなくなった場合には、上記所定減少レートでｄ軸目標電流Ｉｄｔを零まで減少させる。

また、ｄ軸目標電流調整部１２９は、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを減少させているときに、位置指令速度算出部１２８が算出した位置指令速度Ｖｐｔが零となり、かつ、位置減算部１２３にて算出された偏差（ｐｔ－θｄ）が零となった場合には、上記所定増加レートでｄ軸目標電流Ｉｄｔを増加させる。

以上説明したように、目標電流設定部１２０が、ｑ軸目標電流Ｉｑｔ、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを設定することで、試料Ｓの位置が目標位置となった後に、温度変化により目標位置からずれることが抑制される。

図７は、ｄ軸目標電流調整部１２９が行うｄ軸目標電流Ｉｄｔを設定する処理を示すフローチャートである。ｄ軸目標電流調整部１２９は、この処理を、予め設定された一定時間（例えば１分）ごとに繰り返し実行する。
ｄ軸目標電流調整部１２９は、ｄ軸目標電流Ｉｄｔが零であるか否かを判断する（Ｓ７０１）。ｄ軸目標電流Ｉｄｔが零である場合（Ｓ７０１でＹｅｓ）、ｄ軸目標電流調整部１２９は、位置指令速度Ｖｐｔが零であるか否かを判断する（Ｓ７０２）。位置指令速度Ｖｐｔが零である場合（Ｓ７０２でＹｅｓ）、ｄ軸目標電流調整部１２９は、位置減算部１２３にて算出された偏差（ｐｔ－θｄ）が零であるか否かを判断する（Ｓ７０３）。偏差（ｐｔ－θｄ）が零である場合（Ｓ７０３でＹｅｓ）、ｄ軸目標電流調整部１２９は、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを、上述した所定増加レートで所定電流Ｉｄｔ０まで増加させる（Ｓ７０４）。
位置指令速度Ｖｐｔが零ではない場合（Ｓ７０２でＮｏ）、及び、偏差（ｐｔ－θｄ）が零ではない場合（Ｓ７０３でＮｏ）、ｄ軸目標電流調整部１２９は、本処理を終了する。

一方、ｄ軸目標電流調整部１２９は、ｄ軸目標電流Ｉｄｔが零ではない場合（Ｓ７０１でＮｏ）、ｄ軸目標電流Ｉｄｔが所定電流Ｉｄｔ０であるか否かを判断する（Ｓ７０５）。ｄ軸目標電流Ｉｄｔが所定電流Ｉｄｔ０である場合（Ｓ７０５でＹｅｓ）、ｄ軸目標電流調整部１２９は、位置指令速度Ｖｐｔが零であるか否かを判断する（Ｓ７０６）。位置指令速度Ｖｐｔが零である場合（Ｓ７０６でＹｅｓ）、ｄ軸目標電流調整部１２９は、位置減算部１２３にて算出された偏差（ｐｔ－θｄ）が零であるか否かを判断する（Ｓ７０７）。偏差（ｐｔ－θｄ）が零である場合（Ｓ７０７でＹｅｓ）、ｄ軸目標電流調整部１２９は、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを所定電流Ｉｄｔ０に維持するべく、本処理を終了する。

位置指令速度Ｖｐｔが零ではない場合（Ｓ７０６でＮｏ）、ｄ軸目標電流調整部１２９は、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを、上述した所定減少レートで所定電流Ｉｄｔ０から零まで減少させる（Ｓ７０８）。また、偏差（ｐｔ－θｄ）が零ではない場合（Ｓ７０７でＮｏ）、ｄ軸目標電流調整部１２９は、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを、上述した所定減少レートで所定電流Ｉｄｔ０から零まで減少させる（Ｓ７０８）。

一方、ｄ軸目標電流調整部１２９は、ｄ軸目標電流Ｉｄｔが所定電流Ｉｄｔ０ではない場合（Ｓ７０５でＮｏ）、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを増加させている途中であるか否かを判断する（Ｓ７０９）。言い換えれば、この処理は、ｄ軸目標電流調整部１２９が、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを、Ｓ７０４にて所定増加レートで所定電流Ｉｄｔ０まで増加させ始めた後、所定電流Ｉｄｔ０に到達していないか否かを判断するものである。なお、Ｓ７０９の処理で、ｄ軸目標電流調整部１２９は、Ｓ７０４にて所定増加レートで所定電流Ｉｄｔ０まで増加させ始めた後、所定増加時間Ｔｉが経過したか否かを判断しても良い。

ｄ軸目標電流Ｉｄｔを増加中である場合（Ｓ７０９でＹｅｓ）、ｄ軸目標電流調整部１２９は、位置指令速度Ｖｐｔが零であるか否かを判断する（Ｓ７１０）。位置指令速度Ｖｐｔが零である場合（Ｓ７１０でＹｅｓ）、ｄ軸目標電流調整部１２９は、位置減算部１２３にて算出された偏差（ｐｔ－θｄ）が零であるか否かを判断する（Ｓ７１１）。偏差（ｐｔ－θｄ）が零である場合（Ｓ７１１でＹｅｓ）、ｄ軸目標電流調整部１２９は、ｄ軸目標電流Ｉｄｔの増加を維持するべく、本処理を終了する。

他方、位置指令速度Ｖｐｔが零ではない場合（Ｓ７１０でＮｏ）、ｄ軸目標電流調整部１２９は、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを、上述した所定減少レートで零まで減少させる（Ｓ７０８）。また、偏差（ｐｔ－θｄ）が零ではない場合（Ｓ７１１でＮｏ）、ｄ軸目標電流調整部１２９は、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを、上述した所定減少レートで零まで減少させる（Ｓ７０８）。

一方、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを増加中ではない場合（Ｓ７０９でＮｏ）、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを減少させている途中、つまり、Ｓ７０８にて所定減少レートで減少させ始めた後、ｄ軸目標電流Ｉｄｔが零に到達していない状況であるので、ｄ軸目標電流調整部１２９は、位置指令速度Ｖｐｔが零であるか否かを判断する（Ｓ７１２）。位置指令速度Ｖｐｔが零である場合（Ｓ７１２でＹｅｓ）、ｄ軸目標電流調整部１２９は、位置減算部１２３にて算出された偏差（ｐｔ－θｄ）が零であるか否かを判断する（Ｓ７１３）。偏差（ｐｔ－θｄ）が零である場合（Ｓ７１３でＹｅｓ）、ｄ軸目標電流調整部１２９は、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを、上述した所定増加レートで所定電流Ｉｄｔ０まで増加させる（Ｓ７０４）。
他方、位置指令速度Ｖｐｔが零ではない場合（Ｓ７１２でＮｏ）、及び、偏差（ｐｔ－θｄ）が零ではない場合（Ｓ７１３でＮｏ）、ｄ軸目標電流調整部１２９は、ｄ軸目標電流Ｉｄｔの減少を維持するべく、本処理を終了する。

ｄ軸目標電流調整部１２９が、この設定処理を行うことで、ｄ軸目標電流Ｉｄｔが精度高く適切な値に設定される。
そして、これにより、モータ１１０の駆動によって移動させられる制御対象の位置を定める部品の温度変化が抑制されるので、試料Ｓの位置、ひいては、ｘテーブル３３、ｙテーブル４３、ローテーションテーブル６６等の試料Ｓを載せるテーブルの位置を精度高く行うことが可能となる。

なお、上述した実施の形態においては、ｄ軸目標電流調整部１２９は、位置指令速度算出部１２８が算出した位置指令速度Ｖｐｔが零ではない場合、又は、位置減算部１２３にて算出された偏差（ｐｔ－θｄ）が零ではない場合には、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを零に設定するが特に零に限定されない。位置指令速度算出部１２８が算出した位置指令速度Ｖｐｔが零ではない場合、又は、位置減算部１２３にて算出された偏差（ｐｔ－θｄ）が零ではない場合には、ｄ軸目標電流調整部１２９は、零の代わりに、任意の負の値に設定しても良い。そして、ｄ軸目標電流調整部１２９は、位置指令速度Ｖｐｔが零、かつ、偏差（ｐｔ－θｄ）が零になった場合には、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを、この任意の負の値から、所定増加レートで、所定電流Ｉｄｔ０まで増加させると良い。また、ｄ軸目標電流調整部１２９は、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを所定電流Ｉｄｔ０に設定しているときに、位置指令速度Ｖｐｔが零でなくなるか、又は、偏差（ｐｔ－θｄ）が零でなくなった場合には、ｄ軸目標電流Ｉｄｔを、所定電流Ｉｄｔ０から、この任意の負の値まで減少させると良い。

なお、上述した実施の形態においては、制御装置１００を、顕微鏡５０が有するモータ１１０の駆動を制御するために用いた例を示したが、特に顕微鏡５０が有するモータ１１０に限定されない。つまり、位置決めを行いたい対象物は、顕微鏡５０にて観察される試料Ｓ、ひいては、ｘテーブル３３、ｙテーブル４３、ローテーションテーブル６６等の試料Ｓを載せるテーブルに限定されない。制御装置１００を、位置決めを行いたい対象物を移動させるために駆動する三相のモータ全てに適用しても良い。

また、上述した実施の形態においては、モータ電流検出部１３３を、Ｕ相電流検出部、Ｖ相電流検出部及びＷ相電流検出部の３つの電流検出部を用いた例を示したが、この構成に限定されない。Ｕ相実電流、Ｖ相実電流及びＷ相実電流の電流値の総和は零となることから、２つの相の電流値を検出すれば残りの相の電流の値を算出できる。ゆえに、Ｕ相電流検出部、Ｖ相電流検出部及びＷ相電流検出部のいずれか一つの電流検出部を省略した構成を適用しても良い。

３３…ｘテーブル、４１…ｘモータ、４３…ｙテーブル、６１…ｙモータ、５０…走査型電子顕微鏡、６６…ローテーションテーブル、７３…ｒモータ、１００…制御装置、１２０…目標電流設定部、１２１…ｑ軸目標電流設定部、１２２…ｄ軸目標電流設定部、１３０…制御部

Claims (8)

1. 電子顕微鏡におけるテーブルを移動させるために駆動する三相のモータの制御装置であって、
   前記モータに供給する目標電流として、ｄ－ｑ座標系のｄ軸目標電流及びｑ軸目標電流を設定する目標電流設定手段を有し、
   前記目標電流設定手段は、前記ｑ軸目標電流を小さくする場合に、前記ｄ軸目標電流を大きくする
   制御装置。
2. 前記目標電流設定手段は、前記ｑ軸目標電流を零ではない値から零にした場合に、前記ｄ軸目標電流を予め定められた所定電流まで大きくする
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記目標電流設定手段は、前記ｑ軸目標電流を零にしたときから予め定められた所定増加時間経過後に前記所定電流となるように徐々に前記ｄ軸目標電流を大きくする
   請求項２に記載の制御装置。
4. 前記目標電流設定手段は、位置指令速度が零かつ位置偏差が零となったときに、前記ｑ軸目標電流を零にし、前記ｄ軸目標電流を零から大きくする
   請求項１から３のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 電子顕微鏡におけるテーブルを移動させるために駆動する三相のモータの制御装置であって、
   前記モータに供給する目標電流として、ｄ－ｑ座標系のｄ軸目標電流及びｑ軸目標電流を設定する目標電流設定手段を有し、
   前記目標電流設定手段は、前記ｑ軸目標電流を大きくする場合に、前記ｄ軸目標電流を小さくする
   制御装置。
6. 前記目標電流設定手段は、前記ｑ軸目標電流を零から零ではない値にした場合に、前記ｄ軸目標電流を零まで小さくする
   請求項５に記載の制御装置。
7. 前記目標電流設定手段は、前記ｑ軸目標電流を零ではない値にしたときから予め定められた所定減少時間経過後に零となるように徐々に前記ｄ軸目標電流を小さくする
   請求項６に記載の制御装置。
8. 前記目標電流設定手段は、位置指令速度、又は、位置偏差が零ではなくなったときに、前記ｑ軸目標電流を零ではない値にし、前記ｄ軸目標電流を小さくする
   請求項５から７のいずれか１項に記載の制御装置。

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