JP2014232266A - 測定顕微鏡装置及びコントローラ - Google Patents

Abstract

【課題】測定顕微鏡装置のＸＹステージの位置検出エラーが発生することを効果的に防ぐことにより、スムーズに測定を行うことを可能とする技術を提供する。【解決手段】顕微鏡本体と、前記検出部が出力した信号を取り込み、前記ＸＹステージの位置を算出するコントローラとを有し、被測定物の測定を行う測定顕微鏡装置において、ＸＹステージ２は、顕微鏡本体１のベース１０上面に取り付けられ、Ｘ方向及びＹ方向の変位に応じて信号を出力する検出器２２を備える。コントローラ４は、検出器２２が出力した信号を用いて、ＸＹステージ２の速度を求める。表示部５は、求めたＸＹステージ２の移動速度と、ＸＹステージ２の移動速度が被測定物の測定において許容される所定の範囲内であるか否かを表す情報とを報知する。【選択図】図１

Description

本発明は、形状寸法測定に用いられる測定顕微鏡装置、及び測定顕微鏡装置のコントローラに関する。

従来より、機械部品や電気部品等の被測定物の形状寸法測定に、種々の測定顕微鏡が広く使用されている。従来における測定顕微鏡装置の一般的な構成を、図５に示す。
コントローラ１５４は、被測定物を載置するＸＹステージの移動板１５１ａのＸＹ方向の移動を制御すると共に、スケール１５２及び検出器１５３により検出された信号より、ＸＹステージのＸＹ方向の位置を算出する。表示手段１５５は、コントローラ１５４が求めたＸＹステージの移動板１５１ａの位置情報を表示する。

対物レンズ１５６は、図５においては図示しないガイド部材により、ＸＹステージ（の移動板１５１ａ）のＸＹ平面と垂直なＺ方向に移動可能であり、被測定物に対してフォーカス合わせが可能にされている。

一定の大きさの被測定物を測定顕微鏡で測定するためには、ＸＹステージをＸＹ方向に順次移動させていく必要がある。このため、ＸＹステージには、ＸＹステージの移動板１５１ａをＸＹ方向に移動させるための送り機構や、送り機構の駆動力をＸＹステージの移動板１５１ａに伝達／非伝達状態に切り替えるためのクラッチ機構が設けられている。

具体的には、図５に示すように、ＸＹステージの位置を微動調整するハンドル１５７が、ハンドル軸方向に回転可能にＸＹステージの移動板１５１ａに支持されている。ハンドル１５７は、クラッチ１５８と互いに噛み合うことができるように設置される。

クラッチ１５８は、図５においては不図示の手段により操作されて開閉し、閉状態では、クラッチ１５８とハンドル１５７とが互いに噛み合い、ハンドル１５７を回転させると、クラッチ１５８を介してＸＹステージの移動板１５１ａが微小移動することができる。

一方、クラッチ１５８の開状態では、ＸＹステージの移動板１５１ａは、ガイド１５９のみに支持される状態となる。これにより、ＸＹステージの移動板１５１ａは、移動方向（ＸＹ方向）に関してフリーの状態となり、利用者は、手動で移動板１５１ａを大きく移動することが可能となる。

上述の検出器１５３は、ＸＹステージの移動板１５１ａの移動に追従して移動して、検出した信号をコントローラ１５４に出力する。コントローラ１５４は、検出器１５３からの信号により、移動板１５１ａの位置を算出する。しかし、クラッチ１５８を開状態とし、ＸＹステージの移動板１５１ａを手動で動かす場合には、検出器１５３の応答速度が、ＸＹステージ５１の大きい移動に追従し切れなくなり、これにより、ＸＹステージの移動板１５１ａの位置を正しく検出できなくなることがある。

このような問題に対しては、検出器の応答速度を超えた場合に、位相変調信号の異常を検出して、正確な位置情報を出力することのできる技術について開示されている（例えば、特許文献）。これによれば、スケール信号分割回路において、正弦波の位相の異なる複数のスケール信号を乗算して、これを加算して位相変調信号を得る。そして、この位相変調信号を用いて位相ずれを判断し、これより、位相変調信号にエラーが発生したことを検出する。

特開２００２−９８５５４号公報

上記の公知のエラー検出技術を、従来の測定顕微鏡装置に適用した場合は、利用者は、検出器の応答速度を超えてＸＹステージを動かした場合に、エラーの発生を知ることとなる。しかし、測定顕微鏡装置において、実際にエラーが発生してしまうと、測定動作をやり直す必要があり、測定をスムーズに行うことができない。

本発明は、測定顕微鏡装置のＸＹステージの位置検出エラーが発生することを効果的に防ぐことにより、スムーズに測定を行うことを可能とする技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、顕微鏡本体と、前記顕微鏡本体のベース上面に取り付けられ、Ｘ方向及びＹ方向の変位に応じて信号を出力する検出部を備えるＸＹステージと、前記検出部が出力した信号を取り込み、前記ＸＹステージの位置を算出するコントローラとを有し、被測定物の測定を行う測定顕微鏡装置であって、前記検出部が出力した信号を用いて、前記ＸＹステージの速度を求める速度演算部と、前記速度演算部が求めた前記ＸＹステージの移動速度と、該ＸＹステージの移動速度が前記被測定物の測定において許容される所定の範囲内であるか否かを表す情報とを報知する報知部と、を有することを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、顕微鏡本体と、前記顕微鏡本体のベース上面に取り付けられ、Ｘ方向及びＹ方向の変位に応じて信号を出力する検出部を備えるＸＹステージと、前記検出部が出力した信号を取り込み、前記ＸＹステージの位置を算出するコントローラとを有し、被測定物の測定を行う測定顕微鏡装置を制御するコントローラであって、前記検出部が出力した信号を用いて、前記ＸＹステージの速度を求める速度演算部と、前記速度演算部が求めた前記ＸＹステージの移動速度と、該ＸＹステージの移動速度が前記被測定物の測定において許容される所定の範囲内であるか否かを表す情報とを、報知部において報知するよう制御を行う制御部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、測定顕微鏡装置において、ＸＹステージの位置検出エラーが発生することを効果的に防ぎ、これにより、スムーズに測定を行うことが可能となる。

実施形態に係る測定顕微鏡装置の構成図である。 ＸＹステージの移動機構を説明する図である。 測定顕微鏡装置の全体構成を示す図であり、測定顕微鏡装置に含まれるコントローラの機能をブロック図で示した図である。 表示部への表示例を示す図である。 従来における測定顕微鏡装置の構成図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳しく説明する。
図１は、本実施形態に係る測定顕微鏡装置の構成図である。図１に示す測定顕微鏡装置において、顕微鏡本体１は、ベース１０上に被測定物を載置するＸＹステージ２が取付けられている。ＸＹステージ２には、該ステージ２をＸ及びＹ方向に移動するための送り機構であるハンドル２３ａ、２３ｂが設けられている。ＸＹステージ２の内部には、それぞれＸＹステージ２の移動量を検出する、各軸に対するＸ検出器２２ａ及びＹ検出器２２ｂが備えられている。Ｘ検出器２２ａ及びＹ検出器２２ｂは、エンコーダ等からなる検出センサであり、ＸＹステージ２の変位に応じて信号を出力する。Ｘ検出器２２ａ及びＹ検出器２２ｂを区別しない場合には、単に検出部２２と表記することもある。

ＸＹステージ２の上方には、Ｚステージ７が設けられている。Ｚステージ７では、観察部８が取付けられた支柱（以下、コラムと称する）３０に設けられたガイド６等の案内によって上下（Ｚ軸方向の）移動が行われるようになっている。

顕微鏡本体１のベース１０上面に対し垂直に取付けられたコラム３０の右側側面部には、逆Ｌ字型に構成した支持部３５が設けられている。図１に示す構成例においては、支持部３５には、被測定物のＸ、Ｙ、Ｚの測定結果等を表示する表示部５と、検出器２２が出力する信号に基づき演算を行う換算部４４等を有するコントローラ４が内蔵されている。コントローラ４やコントローラ４内の換算部４４については、図３を参照して詳述する。

本実施形態に係る測定顕微鏡装置によれば、換算部４４において、ＸＹステージ２の移動速度を求める。そして、測定顕微鏡装置においては、これを利用して、被測定物の測定を行っている間に、ＸＹステージ２の移動速度が被測定物の形状測定における許容範囲にあることを、利用者が確認し易くする。図２を参照して、本実施形態に係る測定顕微鏡装置におけるＸＹステージ２の移動機構やＸＹステージ２の移動速度を求めるための具体的な構成について説明する。

図２は、ＸＹステージ２の移動機構を説明する図である。図２においては、ＸＹステージ２の移動機構と、ＸＹステージ２の位置を検出する機構とを示す。図２の紙面に垂直方向が、Ｘ方向であり、図２の左右方向が、Ｙ方向である。図２においては、ＸＹステージ２のＸ方向に関する移動機構を例示しているが、Ｙ方向についても、同様の構成を備える。以下においては、Ｘ方向を例に、ＸＹステージ２の移動とその位置検出について説明する。

ＸＹステージ２の移動機構は、ステージ移動板２５、ハンドル２３（２３ａ）、クラッチ２４及びガイド２６を含んで構成される。ＸＹステージ２の位置を検出する機構は、上述の検出器２２（２２ａ）と、スケール２１とを含んで構成される。

ステージ移動板２５は、クラッチ２４の開閉により、送り機構であるハンドル２３の駆動力がステージ移動板２５に伝達される状態（伝達状態）か否か（非伝達状態）を切り替え可能にされている。クラッチ２４が閉状態のときは、クラッチ２４の軸とハンドル２３の軸とが相互に噛合い、利用者がハンドル２３を操作することにより、Ｘ方向及びＹ方向に微小移動する。クラッチ２４が開状態のときは、ステージ移動板２５は、ガイド２６のみによって支持されることとなり、移動方向に関してフリーとなる。これにより、クラッチ２４が開状態のときは、利用者は、手動でステージ移動板２５を大きく移動できるようになる。

ＸＹステージ２の位置検出機構である検出器２２及びスケール２１は、ステージ移動板２５の移動時には、互いに相対移動する。検出器２２は、光電式、電磁誘導式等の公知の方式により、スケール２１の所定の位置を基準とした場合のＸ方向及びＹ方向の変位量に応じた信号を出力する。

クラッチ２４が開状態でステージ移動板２５が大きく移動が可能な状態においては、利用者によって、検出器２２の応答速度を超える速度でステージ移動板２５が動かされてしまう事態も考えられる。本実施形態に係る測定顕微鏡装置によれば、利用者が、ＸＹステージ２の移動速度が測定エラーの発生しない許容範囲内にあることを認識し易くするため、ＸＹステージ２の移動速度を表示部５に表示する。ＸＹステージ２の移動速度は、測定顕微鏡装置のコントローラ４が、従来の測定顕微鏡装置においても備えられている検出器２２が出力する信号に基づいて、演算する。

次に、図３を参照して、上記の構成の測定顕微鏡装置において、ＸＹステージ２の移動速度を求める方法について説明する。
図３は、測定顕微鏡装置の全体構成を示す図であり、測定顕微鏡装置に含まれるコントローラ４の機能をブロック図で示した図である。図３においては、本実施形態に係る測定顕微鏡装置のうち、ＸＹステージ２の移動速度を求めるための構成を中心に記載している。

図３に示す測定顕微鏡装置の構成のうち、ベース１０、ＸＹステージ２及び表示部５については、図１等を参照して説明したとおりである。すなわち、図３に示すように、ベース１０上のＸＹステージ２が、対物レンズ３と対向する位置に配置され、コントローラ４で求めたＸＹステージ２の位置や移動速度を表示部５に表示する。表示部５については、図１に例示するように、顕微鏡本体１に内蔵される構成としてもよい。あるいは、図３に示すように、表示部５が、顕微鏡本体１とコントローラ４を介して接続される他の機器により実現される構成としてもよい。

図３のコントローラ４は、算出部４１、ＣＰＵ４２、タイマー４３及び換算部４４を有する。
ＣＰＵ４２は、コントローラ４内の各部の動作を制御する。

算出部４１は、図２の検出器２２が検出した信号を取り込み、ＸＹステージ２の位置を算出する。検出器２２にて検出した信号よりＸＹステージ２の位置を求める技術については、公知の技術を用いている。

換算部４４は、検出器２２が検出した信号より、ＸＹステージ２の移動速度を演算する。このとき、換算部４４は、タイマー４３から入力される情報を利用して、ＸＹステージ２の移動速度を求める。換算部４４が、タイマー４３からの入力を利用してＸＹステージ２の移動速度を求める方法としては２とおりの方法が考えられる。

第１の方法では、タイマー４３は、ＸＹステージ２が所定量を移動する際の移動開始時間と終了時間をカウントする。この場合は、換算部４４は、ＸＹステージ２の移動速度の計測を開始するタイミングと終了するタイミングで、タイマー４３から通知を受ける。換算部４４は、タイマー４３から通知された開始タイミングから終了タイミングまでの間のＸＹステージ２の移動距離を、検出器２２から入力される信号より求め、求めた移動距離と、計測開始から終了までの時間とから、移動速度を演算する。

第２の方法では、タイマー４３は、所定の時間を計測する。この場合は、タイマー４３は、換算部４４から指示されたタイミングで時間の計測を開始し、所定の時間が経過すると、換算部４４にその旨を通知する。換算部４４は、タイマー４３に計測開始を指示してから、タイマー４３から通知を受けるまでの間のＸＹステージ２の移動距離を、検出器２２から入力される信号より求め、求めた移動距離と、タイマー４３が計測する所定の時間とから、移動速度を演算する。

換算部４４は、上記の方法で求めたＸＹステージ２の移動速度を、ＣＰＵ４２に通知する。ＣＰＵ４２は、換算部４４より受け取ったＸＹステージ２の移動速度を、表示部５に表示するよう制御を行う。ＣＰＵ４２は、換算部４４が求めたＸＹステージ２の移動速度が、測定顕微鏡装置の測定の許容範囲にあるか否かを利用者が把握し易くするため、各時点における移動速度が、許容範囲に対してどの程度であるかを、表示部５に表示してもよい。許容範囲は、例えば、測定顕微鏡装置の測定精度等により決定される。

図４は、表示部５への表示例を示す図である。
図４（ａ）に示すように、表示部５には、ＸＹステージ２の原点や測定開始位置等の所定の基準位置からの相対位置を表示する位置表示部５１と、換算部４４が求めたＸＹステージ２の移動速度を表示する速度表示部５２とを有する。

位置表示部５１においては、図３の算出部４１が検出器２２の検出した信号より求めたＸＹステージ２の位置座標を表示している。
速度表示部５２においては、図４に示す例では、許容される移動速度Ｔｈに対して現時点の移動速度がどの程度であるかをバーで表示している。速度表示部５２の形態としては、図４に例示する以外にも、例えば移動速度やその許容速度を数値表示する等でもよい。

更には、図４（ｂ）に例示するように、速度表示部５２に例えば赤色と緑色等の色の異なるＬＥＤ（Light Emitting Diode）を設け、ＸＹステージ２の移動速度が許容範囲Ｔｈを超えるか否かにより、バーの表示色を変える構成としてもよい。図４（ｂ）に示す例では、速度表示部５２に表示するＸ方向及びＹ方向の移動速度のうち、Ｘ方向の移動速度については許容範囲Ｔｈ内であるが、Ｙ方向については、許容範囲を超えている。この場合、移動速度が許容範囲Ｔｈ内のＸ方向のバーは緑色の表示とし、許容範囲Ｔｈを超えているＹ方向のバーは赤色等の表示とする。このように、移動速度が許容範囲Ｔｈを超えていることを強調することで、利用者にとって、ＸＹステージ２の移動速度が許容範囲を超えていることをより把握し易くすることができる。

なお、図４に示す例では、ＸＹステージ２の実際の移動速度が、測定顕微鏡装置の測定精度から決定される許容速度Ｔｈを超えているか否かを利用者に報知する構成を例示しているが、これには限定されない。例えば許容速度の９０パーセントを超えた場合には、利用者に報知する構成とすることもできる。

また、ＬＥＤの設置位置については、図１の表示部５の位置に限定されず、例えば、コントローラ４等に設ける構成とすることもできる。
上記の実施形態のように、スケール２１と検出器２２とからＸＹステージ２の移動速度を換算する構成以外にも、例えば、速度センサや加速度センサを設けて、これらセンサを用いてＸＹステージ２の移動速度を検出する構成としてもよい。

更には、ＸＹステージ２の移動速度が許容範囲外となった場合に、表示部５にその旨を表示する以外の構成であってもよい。例えば、測定顕微鏡装置にブザー等の手段を設け、ＸＹステージ２の移動速度が許容範囲を超えた場合等には、警告音等により、測定顕微鏡装置の利用者に対してその旨を報知する構成としてもよい。ＸＹステージ２の移動速度が許容範囲内にある場合と許容範囲を超えた場合とで、音を変える等でもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る測定顕微鏡装置によれば、被測定物を載置するＸＹステージ２の移動速度を求め、求めたＸＹステージ２の移動速度とその許容範囲を表示部５に表示する等の報知を行う。これにより、測定顕微鏡装置の利用者に対し、ＸＹステージ２の移動速度及びその許容範囲を認識し易くしている。利用者にＸＹステージ２の移動速度とその許容範囲を認識し易くすることで、ＸＹステージ２の移動速度が測定の許容範囲を超えることにより、測定エラーが発生することを、効果的に防いでいる。これにより、スムーズに測定を行うことが可能となる。

また、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではく、実施段階でのその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素を適宜組み合わせても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。このような、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることはもちろんである。

１ 顕微鏡本体
２ ＸＹステージ
３ 対物レンズ
４ コントローラ
５ 表示部
６ ガイド
７ Ｚステージ
８ 観察部
１０ ベース
２１ スケール
２２、２２ａ、２２ｂ 検出器
２３、２３ａ、２３ｂ ハンドル
２４ クラッチ
２５ ステージ移動板
２６ ガイド
４１ 算出部
４２ ＣＰＵ
４３ タイマー
４４ 換算部

Claims (3)

1. 顕微鏡本体と、前記顕微鏡本体のベース上面に取り付けられ、Ｘ方向及びＹ方向の変位に応じて信号を出力する検出部を備えるＸＹステージと、前記検出部が出力した信号を取り込み、前記ＸＹステージの位置を算出するコントローラとを有し、被測定物の測定を行う測定顕微鏡装置であって、
   前記検出部が出力した信号を用いて、前記ＸＹステージの速度を求める速度演算部と、
   前記速度演算部が求めた前記ＸＹステージの移動速度と、該ＸＹステージの移動速度が前記被測定物の測定において許容される所定の範囲内であるか否かを表す情報とを報知する報知部と、
   を有することを特徴とする測定顕微鏡装置。
2. 前記ＸＹステージは、スケールを更に備え、
   前記検出部は、前記スケールの所定の位置を基準とした場合のＸ方向及びＹ方向の変位量に応じた信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１記載の測定顕微鏡装置。
3. 顕微鏡本体と、前記顕微鏡本体のベース上面に取り付けられ、Ｘ方向及びＹ方向の変位に応じて信号を出力する検出部を備えるＸＹステージと、前記検出部が出力した信号を取り込み、前記ＸＹステージの位置を算出するコントローラとを有し、被測定物の測定を行う測定顕微鏡装置を制御するコントローラであって、
   前記検出部が出力した信号を用いて、前記ＸＹステージの速度を求める速度演算部と、
   前記速度演算部が求めた前記ＸＹステージの移動速度と、該ＸＹステージの移動速度が前記被測定物の測定において許容される所定の範囲内であるか否かを表す情報とを、報知部において報知するよう制御を行う制御部と、
   を有することを特徴とするコントローラ。

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