テーブル位置決め装置
【課題】高精度位置決めを迅速かつ安定して行なえるようにする。
【解決手段】 ボールねじ軸（リード１ｍｍ）を利用した全域回転駆動型でかつテーブルを最小１ｎｍずつ移動可能で、３つの光学格子（明・暗線が２μｍ）を用い信号分割数を２０００として１ｎｍ／１パルスの移動変位量検出信号を生成でき、オープンループ制御による高速回転とクローズドループ制御による中速回転および低速回転をこの順序で切換えて位置決めでき、低速回転中にインポジション範囲内であることを確認して迅速停止可能に形成されている。
【解決手段】 ボールねじ軸（リード１ｍｍ）を利用した全域回転駆動型でかつテーブルを最小１ｎｍずつ移動可能で、３つの光学格子（明・暗線が２μｍ）を用い信号分割数を２０００として１ｎｍ／１パルスの移動変位量検出信号を生成でき、オープンループ制御による高速回転とクローズドループ制御による中速回転および低速回転をこの順序で切換えて位置決めでき、低速回転中にインポジション範囲内であることを確認して迅速停止可能に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テーブル移動機構部と動力付与部と移動変位量検出部と位置決め制御回路部とを具備し、テーブルを迅速かつ高精度で位置決めするためのテーブル位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上位概念的には対象物を高精度で位置決めするための技術的手段として共通するも、具体的（下位概念的）には、例えばレザー光線を利用した半導体露光装置（大型・高価）と、例えば光ファイバーの試験研究用の位置決め装置（小型・廉価）とは、技術的に相容れない事項が多い。
【０００３】
本出願人らは、後者に関して、まず、産業上の利用性の確立および普及拡大のために、大幅な小型軽量化，低コスト化および取扱い容易化を達成するための移動変位検出器つまり光学的変位検出装置（特許文献１を参照）を提案した。この装置は、３つの光学格子を用いたスリーグレーチング方式で、高精度化および検出高速化も達成できる。
【０００４】
次に、かかる光学的変位検出装置を、ステージ内（ベースとテーブルとの間）に収容させてテーブルの移動変位量検出部として利用するとともに、テーブル移動機構部を粗動用マイクロヘッドおよび微動用ピエゾアクチュエータを直列配設した手動式の位置決め装置（特許文献２）を提案した。
【０００５】
さらに、粗動用をモータ駆動型ねじ軸としかつ微動用のピエゾアクチュエータとねじ軸とをテーブルの移動方向に直列配設した自動式位置決め装置（特許文献３）を提案した。引続き、応動変位許容手段等を設けることで、一段の高精度化等を企図した自動式位置決め装置（特許文献４）を提案した。さらにまた、構成要素ごとの改善も図った。例えば、回路（逓倍回路および分割回路）を含む移動変位量検出部（特許文献５）を提案した。かくして、全体として超薄型（小型・軽量）で、テーブルを高精度（例えば、０．１μｍ）で位置決めすることができた。
【０００６】
さらに、これらの技術的積み重ねの上に、ピエゾアクチュエータ駆動型の不利（不連続性、長時間駆動性）を解消（連続化、短時間駆動化）するものとして、ピエゾアクチュエータを排した全域（テーブル移動範囲）を１つのねじ軸で駆動可能に形成したいわゆる全域ねじ駆動型のテーブル位置決め装置（特許文献６）を提案した。この提案装置によれば、連続駆動により比較的短時間で高精度位置決めすることができる。
【特許文献１】特開平７−２８６８１６号公報
【特許文献２】特開平８−１８５２３８号公報
【特許文献３】特開平９−１９２９５６号公報
【特許文献４】特開平１０−５８２６７号公報
【特許文献５】特開２０００−２３５４１７号公報
【特許文献６】特開２００４−１０１３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、普及拡大に伴い具体的な運用態様が多様化している。例えば、電子細線の測定・位置決めにおいては連続性が求められ、光ファイバーの調芯に際しては高精度域でのストローク（テーブルの移動範囲）の拡大が求められる。また、近接場に対するプローブ（下向き荷重）の位置決めに際しピエゾアクチュエータでその荷重（負荷）を引上げ駆動することはその構造・特性上から至難である。すなわち、ねじ軸駆動とピエゾアクチュエータ駆動の組合せ方式は、これらの位置決め態様の場合は不適当である。
【０００８】
かかる位置決め態様には、全域ねじ軸駆動型が望ましい。しかし、先提案の位置決め装置（特許文献６）は、位置決め時間の短縮を図れるものの位置決め精度は０．０１μｍ（１０ｎｍ）程度であり、一段の高精度［例えば、０．００１μｍ（１ｎｍ）以下］の位置決め精度を保証することはできない。
【０００９】
ここにおいて、位置決め精度を一段と向上させるためには、構成要素（例えば、ねじ軸のリード、モータのステップ角度、スケールピッチ、移動変位量検出信号の分割数等々）をできるだけ小さくあるいは多くすることが必要である。また、機械的誤差（ガタ）を生じ易い減速機等を排除することが望ましい。しかし、個々の構成要素を独立して小数化あるいは大数化を図っても、それらの組合せに機械的、光学的・電気・電子的な整合性がなければ、何の意味もない。つまり、製作コストを含む経済的負担が増大する割には実用性に欠ける。
【００１０】
かくして、各構成要素の適正化を慎重に吟味・実験し、丁度遺伝子組換え等の如く幾多の構成要素とそれらのランク別値の中から整合性あるものを選択しかつそれらの組合せをもって構築しなければならない。しかも、多くの検証を行なわなければならずかつ膨大な時間・労力を必要とする。特に、装置構築上、机上設計的に幾ら高精度でも実用において安定動作を担保できなければ意味がない。以上の諸問題から未だ１ｎｍ以下の高精度位置決めを行なえる小型で安価な位置決め装置は出現していない。
【００１１】
本発明の目的は、１ｎｍ以下の高精度位置決めを迅速かつ安定して行なえる全域ねじ駆動型のテーブル位置決め装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、駆動系並びに検出系および制御系を１ｎｍ以下の位置決め精度を確立可能な整合性ある特定の構成要素の組合せから構成し、さらに、かかる構成に内在する不安定要因を捉えかつこれを自動的に解消できるように構築したものである。
【００１３】
具体的には、請求項１の発明に係るテーブル位置決め装置は、ステージを構成するテーブルをベースに対して移動可能なテーブル移動機構部と、このテーブル移動機構部に移動用動力を付与する動力付与部と、テーブルの移動変位量を検出する移動変位量検出部と、テーブルを目標位置に位置決めするためのモータ回転制御信号を動力付与部へ生成出力する位置決め制御回路部とを具備するテーブル位置決め装置において、前記テーブル移動機構部が、ねじ軸を利用したねじ回転駆動型とされかつねじリードが１ｍｍ以下に選択され、前記動力付与部が、ステッピングモータおよびモータドライバを含むモータ回転駆動型とされかつ該ステッピングモータをねじ軸に直結するとともに前記位置決め制御回路部から生成出力されたモータ回転制御信号に基づきねじ軸を回転駆動して前記テーブルを最小で１ｎｍずつ移動可能に形成され、前記移動変位量検出部が、３つの光学格子および信号分割回路を含み各光学格子の明線および暗線がそれぞれ２μｍとされかつ信号分割回路の信号分割数が２０００とされるとともに１パルス当たり１ｎｍの移動変位量検出信号を生成出力可能に形成され、前記位置決め制御回路部が、オープンループ制御による高速回転用，クローズドループ制御による中速回転用および低速回転用のモータ回転制御信号をこの順序で切換え出力可能であるとともに高速回転速度を最大回転速度としかつ低速回転速度をオーバーラン発生防止可能な最小回転速度として回転制御可能に形成され、低速回転中に入力された前記目標位置である指令信号と前記移動変位量検出信号との差分を求めかつその差分が予め設定されたインポジション範囲内の値であることを条件に推定位置決め完了信号を出力する推定位置決め完了信号出力手段と、推定位置決め完了信号が出力される度に予め設定された時間長の制御終了確認信号を繰返し発生可能な制御終了確認信号発生手段と、最後に出力された制御終了確認信号が当該時間長だけ継続発生されていたことを条件にかつ当該時間長経過時に確定位置決め完了信号を出力する確定位置決め完了信号出力手段とを設けた、ことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２の発明は、前記インポジション範囲の値が±１カウントに設定されかつ前記設定時間長が２０〜３０ｍＳｅｃの中から選択された値に設定されている、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、基本的な構成が請求項１の発明の場合と同様とされるが、テーブルを最小で０．５ｎｍずつ移動可能に形成するとともに信号分割回路の信号分割数が４０００とされかつ１パルス当たり０．５ｎｍの移動変位量検出信号を生成出力可能に形成されている、テーブル位置決め装置。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、ピエゾアクチュエータ駆動型の不利（不連続性、長時間駆動性、引張り負荷の不適合性）の解消（連続化、短時間駆動化、引張り負荷の適合化）を担保しつつ１ｎｍの高精度位置決めを迅速かつ安定して行なえるとともに、小型軽量なテーブル位置決め装置を提供できる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果と同じ効果を奏することができる。さらに、設置環境や使用状態に対する適応性が広い。
【００１８】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明の場合と同様な効果を奏することができかつ０．５ｎｍの超高精度位置決めができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
本テーブル位置決め装置は、図１〜図６、図９に示す如く、ステージ１０とテーブル移動機構部４０と動力付与部５０と移動変位量検出部６０と位置決め制御回路部９０とを具備し、テーブル移動機構部４０が全域ねじ軸回転駆動型され、動力付与部５０がモータ回転駆動型されかつ位置決め制御回路部９０から出力されたモータ回転制御信号（位置決め制御信号）Ｐｄに基づきテーブル３１を最小で１ｎｍずつ移動可能とされ、移動変位量検出部６０が３つの光学格子（６１Ｆ、６３Ｓ，６３Ｔ）を含み１パルス当たり１ｎｍの移動変位量検出信号Ｐｓｄを生成出力可能で、位置決め制御回路部９０をオープンループ制御による高速回転用，クローズドループ制御による中速回転用および低速回転用のモータ回転制御信号（Ｐｄｈ，Ｐｄｍ，Ｐｄｌ）をこの順序で切換え出力可能に形成し、さらに推定位置決め完了信号出力手段（１００）と制御終了確認信号発生手段（１０５）と確定位置決め完了信号出力手段（１０７）とを設け、確定位置決め完了信号Ｓ３が図１１に示すように出力（Ｌ→Ｈレベル）された場合に低速回転制御を終了させるように形成されている。
【００２１】
図１〜図５において、ステージ１０は、ベース１１とテーブル３１とを含み、テーブル３１は左右のクロスローラガイド２１を介して基軸線（Ｚ）方向に摺動（移動）可能に装着されている。ベース１１およびテーブル３１は、アルミニュウム合金製で軽量化され、テーブル３１は平面四角（１２０ｍｍ×１２０ｍｍ）の薄平板形状で、平均板厚は１２ｍｍである。テーブル３１の質量は、無負荷（テーブルのみの質量）時が０．５ｋｇで、最大負荷（ワーク等の荷重を含む質量）時は１０ｋｇである。しかも、この実施の形態では、テーブル３１とベース１１とを基軸線（Ｚ）を中心として幅方向に左右対称形状とすることで、加工容易化および低コスト化を促進している。
【００２２】
なお、テーブル３１は、図２に２点鎖線で示した右側の後進限位置（３１Ｒ）と左側の前進限位置（３１Ｌ）との間（全域…テーブルの移動可能範囲：５０ｍｍ）を往復移動できる。前進限位置（３１Ｌ）および後進限位置（３１Ｒ）は、図３に示すリミットセンサ２９（２９Ｒ，２９Ｌ）で検出される。限位置検出信号ｌｔ（ｌｔｒ，ｌｔｌ）は、図６に示すように位置決め制御回路部９０に送られ、緊急停止用信号として使用される。
【００２３】
テーブル移動機構部４０は、図４に示す如く、ベース１１側に装着されたねじ軸４１と，テーブル３１側に装着されかつねじ軸４１に螺合したナット部材４５とを含み、モータ（ステッピングモータ５１）から付与される移動用動力を用いてねじ軸４１を回転駆動することで、ベース１１に対してテーブル３１をＺ方向に移動（往復相対移動）可能な全域モータ駆動型である。この実施の形態では、ねじ軸４１はバックラッシュ等が少ない精巧なボールねじ軸とされかつナット部材４５はこれに対応する構造としてある。
【００２４】
ボールねじ軸（４１）の右端側はベアリング２３を介してベース１１に回転自在に支持され、ハニカム方式のカップリング２４を介してモータ５１の出力軸に連結されている。
【００２５】
この実施の形態では、信号分割や制御上の取扱い容易化および現今での装置経済優位化の観点から、ボールねじ軸（４１）のねじリードを１ｍｍとしている。ただし、１ｍｍ以下のねじリード（例えば、０．５ｍｍ）として構築しても実施することができる。ステッピングモータ５１は、つまみ２８で手動回転させることもできる。
【００２６】
動力付与部５０は、モータ（ステッピングモータ５１）およびモータドライバ９３を含み、位置決め制御回路部９０から出力されたモータ回転制御信号である回転駆動パルス信号Ｐｄ（高速回転駆動パルス信号Ｐｄｈ，中速回転駆動パルス信号Ｐｄｍ，低速回転駆動パルス信号Ｐｄｌ）に基づき、ねじ軸４１を回転駆動してテーブル３１を最小で１ｎｍずつＺ方向に移動可能である。
【００２７】
図６に示すモータドライバ（ＤＲＶ）９３は、マイクロステップドライブ型であって、１パルス当りのモータ回転角度をドライブ分割数（この実施形態では、“２０００”）に応じて細分する機能を持つ。この実施形態におけるモータ５１のステップ角度が０．７２度（＝３６０度×１／５００）であるので、１パルス（１パルス：モータ回転制御信号Ｐｄ）当りのモータ回転角度は、０．０００３６度［＝０．７２度×（１／２０００）］になる。すなわち、動力付与部５０は、位置決め制御回路部９０から出力されたモータ回転制御信号（回転駆動パルス信号Ｐｄ）に基づきボールねじ軸（４１）を回転駆動してテーブル３１をＺ方向に最小で１ｎｍ［＝リード（１ｍｍ）×ステップ角度（１／５００）×ドライバ分割数（１／２０００）］ずつ移動可能であると理解することができる。
【００２８】
移動変位量検出部６０は、３つの光学格子（６１Ｆ、６３Ｓおよび６３Ｔ）および信号分割回路９５を含み、（１ｎｍ／１パルス）の移動変位量検出信号Ｐｓｄを生成出力可能に形成されている。
【００２９】
詳しくは、移動変位量検出部６０は、図４に示すテーブル３１（ベース１１側としてもよい。）に取付けられたメインスケール６１（６１Ｆ）と，ベース１１（テーブル３１側としてもよい。）に取付けられたインデックススケール６３（６３Ｓ，６３Ｔ）と，図６に示す検出器（発光器，受光器，アンプ，演算増幅器等を含む。）６５と，信号分割回路９５とからなり、ベース１１に対するテーブル３１の移動変位量を検出可能であるとともに、検出移動変位量Ｐｓｄを位置決め制御回路部９０にフィードバック可能かつＣＰＵ８１に出力可能に形成されている。
【００３０】
テーブル３１側に、図４に示すねじ軸収容空間部３５を設けるとともにナット部材４５とメインスケール６１とを取付ける。また、ベース１１側に設けられた上下に貫通する図４，図５の検出器収容空間部６９内に基板６８（インデックススケール６３，検出器６５が取付られている。）を外部から平面的姿勢変更可能に取付けてある。つまり、ベース１１の下面側から、インデックススケール６３の平面的姿勢を変更しつつ行なうモアレ調整および移動変位量検出部６０（検出器６５等）の点検調整を実行可能に構成されている。したがって、小型・軽量，低コストかつ取扱い容易で、検出可能有効長の拡大と自動位置決めが容易になる。
【００３１】
さて、メインスケール６１には、図４に示す第１光学格子６１Ｆが設けられている。このスケール６１は、全体としてガラス製平板形状を成しかつ幅方向形状が左右対称とされている。加工歪の左右バランスをとることで、一層の高精度検出ができる。テーブル３１には光学格子面を下向き状態として取付けられている。
【００３２】
インデックススケール６３には、図３に示す第２光学格子６３Ｓと第３光学格子６３Ｔとが接近配設され、寸法短縮化と第１光学格子６１Ｆに対する平行度の確立を容易化してある。このインデックススケール６３も全体としてガラス製平板形状を成しかつ基板６８に上向き状態で取付けられている。
【００３３】
この基板６８には、第３光学格子６３Ｔの下方側に位置する図５に示し受光部６６Ｊと、この手前側でかつ第２光学格子６３Ｓの下方側に位置する発光部６６Ｈとが取付けられている。
【００３４】
発光部６６Ｈは、図示しないＬＥＤと集光レンズとからなり、所定傾斜角を持って基板６８に取付けられている。拡散光の有効利用度を高めることができる。両スケール６１，６３間のギャップ（図４で上下方向間隔）を大きくすることができる。また、受光部６６Ｊは、１チップの受光素子を図３に示した４つの第３光学格子６３Ｔに対応させて４分割した受光素子からなる。したがって、温度特性等のバラツキを最小限に抑えられ、同一平面上の配設を自動的に保障できる。
【００３５】
かかる移動変位量検出部６０では、発光素子（ＬＥＤ）からの拡散光はそのレンズで集光されインデックススケール６３上の第２光学格子６３Ｓを透過し、メインスケール６１上の第１光学格子６１Ｆに光効率良く入射される。この際、光絶縁手段（図示省略）が設けられているので、各受光素子に拡散光が直接入射されることはない。
【００３６】
メインスケール６１側の第１光学格子６１Ｆから反射された検出光は、インデックススケール６３上の１箇所に集められかつ第２光学格子６３Ｓに接近配設された４つの第３光学格子６３Ｔを透過して、各受光素子（６６Ｊ）に入射される。
【００３７】
かくして、インデックススケール６３とメインスケール６１とを相対変位させれば、検出器６５は、各受光素子からの光電変換信号（出力信号）を解析しつつ図８に示すスケール信号φＡ，φＢを出力することができる。
【００３８】
第２光学格子６３Ｓおよび各第３光学格子６３Ｔが、インデックススケール６３の長手（Ｚ）方向に接近配設されているので、第２光学格子６３Ｓおよび各第３光学格子６３Ｔを含む平面と第１光学格子６１Ｆを含む平面との平行度を比較的に簡単に調整できる。取扱いが容易で、装置の小型化および低コスト化も図れる。
【００３９】
メインスケール６１の第１光学格子６１Ｆ並びにインデックススケール６３の第２光学格子６３Ｓおよび第３光学格子６３Ｔの各明線（幅）および暗線（幅）は、それぞれ２μｍとされている。つまり、第１光学格子６１Ｆ，第２光学格子６３Ｓおよび第３光学格子６３Ｔの各明暗目盛ピッチを電子線描画後に転写複製可能でコスト低減効果が大きな４μｍとしてある。
【００４０】
図８において、検出器６５から出力されるスケール信号φＡ，φＢの各１周期は２μｍで、中心電圧Ｖｒが２．５Ｖで、振幅電圧Ｖｐｐが２Ｖである。信号分割回路９５は、スケール信号（正弦波で９０度の位相差を持つφＡ相およびφＢ相の検出信号）を２０００分割した分割後検出パルス信号（移動変位量検出信号）Ｐｓｄを生成出力（図６を参照）する。つまり、移動変位量検出部６０の最小検出分解能を１ｎｍとすることができる。
【００４１】
ここに、位置決め制御回路部９０は、図示しない偏差カウンタ，信号切換素子等を含み、オープンループ制御による高速回転用のモータ回転制御信号（Ｐｄｈ），クローズドループ制御による中速回転用のモータ回転制御信号（Ｐｄｍ）および低速回転用のモータ回転制御信号（Ｐｄｌ）を、この順序で切換えてモータドライバ９３へ出力可能に形成されている。
【００４２】
クローズドループ制御は、位置決め制御回路（偏差カウンタ等）９０を働かせ、運転制御部８０（パルス信号制御部８５）から入力される指令値（指令パルス信号Ｐｓｚ）を目標位置信号（指令信号）としかつ移動変位量検出部６０（信号分割回路９５）から入力される移動変位量検出信号（分割後パルス信号Ｐｓｄ）をフィードバック信号として駆動パルス信号（ＰｄｍまたはＰｄｌ）を生成出力させる、ことで実行される。
【００４３】
オープンループ制御は、運転制御部８０（パルス信号制御部８５）から入力される指令値（指令パルス信号Ｐｓｚ）を素通り状態でそのまま駆動パルス信号（Ｐｄｈ）として生成出力させる、ことで実行される。
【００４４】
高速回転用駆動パルス信号（モータ回転制御信号）Ｐｄｈに基づくモータ５１の高速回転速度は、ステッピングモータ５１の許容最大速度［ｆ＝５００ＫＨｚ］と同じ値つまり最大回転速度（ｆｈ＝５００ＫＨｚ…０．５００ｍｍ／ｓ）に選択されている。そして、高速回転用のモータ回転制御信号は、高速回転用周波数ｆｈ（５００ＫＨｚ）の駆動パルス信号Ｐｄｈとして出力される。
【００４５】
すなわち、テーブル移動時間の短縮化のために、ボールねじ軸（構造）４１の累積代表リード誤差Ｅ［＝（累積代表リード）−（累積基準リード）＝８００ｎｍ］に至る以前の行程（距離）については、許容最大速度で移動させるわけである。なお、“累積代表リード”とは、累積実リードの傾斜を代表する直線で、ボールねじ（４１）の有効移動量（または、ねじ部有効長さ）に対する累積実リードを示す曲線から、最小二乗法（または、それに類する近似法）により求められる。“累積実リード”とは、連続測定による累積リード線図からその平均的傾向を求めたものである。また、“累積基準リード”とは、基準リードに従って任意の回転数で回転させたときの累積リードである。
【００４６】
また、低速回転用駆動パルス信号（モータ回転制御信号）Ｐｄｌに基づくモータ５１の低速回転速度は、オーバーランの発生を防止することのできる回転速度つまり最小速度（０．０００２ｍ／Ｓｅｃ）に選択されている。低速回転用モータ回転制御信号は、低速回転用周波数ｆｌ（２００Ｈｚ）の駆動パルス信号Ｐｄｌとして出力される。
【００４７】
そして、中速回転用駆動パルス信号（モータ回転制御信号）Ｐｄｍに基づくモータ５１の中速用回転速度は、それらの中間の値とする。すなわち、高速制御用の偏差許容値Ｅｈ（＝Ｍａｘ．８００ｎｍ）を解消するためのテーブル移動動作を迅速に行い、その時間短縮を図ることを目的として選択される。中速回転用周波数ｆｍは、低速回転用周波数ｆ１（２００Ｈｚ）の値の１０倍以上の値（２ＫＨｚ）に選択するのが好ましい。なお、中速回転駆動工程は複数（例えば、２段階）としても実施することができる。
【００４８】
また、中速回転駆動範囲を、テーブル移動機構部（ボールねじ軸構造等）４０の特性上の誤差Ｅ［相当距離（８００ｎｍ）］の７．９％に相当する中距離範囲（Ｍａｘ．６３ｎｍ）に選択し、低速回転駆動範囲を移動変位量検出部６０の検出最小分解能（１ｎｍ）に相当する距離（１ｎｍ）の±１００％に相当する小距離範囲（±１ｎｍ）に選択してある。この小距離範囲が後記のインポジション範囲の値である。
【００４９】
かくして、図８に示すように、中速回転駆動時間（約０．３７秒）と低速回転駆動時間（約０．３１秒）の和である短時間（０．６８秒）で最終位置決めすることができる。因みに、中速回転駆動を行なわずかつ低速回転駆動のみで誤差Ｅ（Ｍａｘ．８００ｎｍ）を解消する場合は、１０倍（＝４．００秒＝８００ｎｍ／２００Ｈｚ）の時間が掛かる。
【００５０】
図６において、位置決め駆動制御ユニット７０には、運転制御部８０（ＣＰＵ８１，ＲＯＭ８２およびＲＡＭ８３）とパルス信号制御部８５と位置決め制御回路部９０と動力付与部５０の一部を構成するモータドライバ９３と移動変位量検出部６０の一部を構成する信号分割回路９５とが組込まれている。
【００５１】
ＣＰＵ８１は、ＲＯＭ８２に格納された設定記憶制御プログラムに基づき設定部（ＰＮＬ）７１等を用いて設定入力された情報を受信しかつデータ処理するとともに、受信した記憶対象情報についてはＲＡＭ８３のワークエリアに記憶する。
【００５２】
なお、記憶対象情報ごとに複数の設定値を予めセットしておき、その中の１つを例えばディップスイッチを用いて選択してワークエリアに記憶するように構築してもよい。また、記憶対象情報（例えば、目標位置）は、ＲＯＭ８２に格納された固定値（例えば、低速回転用偏差許容値）を読み込みかつその値をそのままワークエリアに記憶するようにしてもよい。
【００５３】
ワークエリアへの記憶対象情報としては、この実施の形態では、高・中・低速回転用周波数ｆｈ（５００ＫＨｚ）・ｆｍ（２ＫＨｚ）・ｆｌ（２００Ｈｚ）と、高・中・低速回転用目標位置と、移動変位量（目標位置…１０ｍｍ）等の各設定値である。なお、高・中低速回転速度制御用の目標位置は、高・中低速用偏差許容値Ｅｈ（Ｍａｘ．８００ｎｍ）・Ｅｍ（Ｍａｘ．６３ｎｍ）以内の値にそれぞれ設定記憶しておけばよいが、以下ではオープンループ制御による高速回転用目標位置を８００ｎｍ、クローズドループ制御用目標位置を［（６３−α）］ｎｍとして設定記憶した場合について説明する。αは、例えば６ｎｍとする。もとより、クローズドループ制御に関する低速用目標位置つまり最終的な目標位置は低速回転用偏差許容値Ｅｌと等しい±１ｎｍとして設定する。
【００５４】
なお、固定値つまりモータドライバ９３およびステッピングモータ５１の特性で決まる最大回転用周波数ｆｍａｘ．（＝５００ＫＨｚ＝ｆｈ）や偏差許容値Ｅｈ（Ｍａｘ．８００ｎｍ）等は、予めＲＯＭ６２に格納（記憶）されている。
【００５５】
また、ＣＰＵ８１は、ＲＯＭ８２に格納された表示制御プログラムに基づき各種の表示対象情報を表示部（ＩＮＤ）７２に送信して表示させる。表示対象情報としては、目標位置（設定移動変位量），現在位置（テーブルの実際移動変位量および現在偏差）等である。また、各種の設定値を選択的に表示することもできる。
【００５６】
次に、パルス信号制御部８５は、発振器等を含み運転制御部８０（ＣＰＵ８１）からの指令に従って当該指令に対応する周波数（ｆｈ，ｆｍまたはｆｌ）のパルス信号（指令信号）Ｐｓｚを位置決め制御回路部９０に生成出力可能に形成されている。
【００５７】
ここに、運転制御部８０（ＣＰＵ８１）は、指令に従いＲＡＭ８３から位置決め指令量（目標位置）を読込み［図７のＳＴ１０でＹＥＳ（Ｙと記してある。），ＳＴ１１］、引続き高速オープンループ制御用の出力すべきパルス数および周波数の指定を含む位置決め指令信号ＯＰＮを出力する。この指令信号ＯＰＮを受信したパルス信号制御部８５は、指令パルス信号Ｐｓｚ［高速回転用周波数ｆｈおよび高速回転用目標位置（８００ｎｍ）に対応する数の高速駆動パルス信号Ｐｄｈ］を生成出力する。
【００５８】
すると、位置決め制御回路部９０が、オープンループ制御に切換えたままの状態で高速駆動パルス信号Ｐｄｈをモータドライバ９３に送り（素通りさせ）、モータ５１を高速回転させる（ＳＴ１２）。テーブル３１は、図８に示す高速（０．５００ｍｍ／Ｓｅｃ）で図４のＺ方向（例えば、右方向）に高速移動する。
【００５９】
この高速回転中に、ＣＰＵ８１は移動変位量Ｐｓｄを現在位置として読込み（ＳＴ１３）、ＲＡＭ８３に記憶された高速回転用偏差許容値（Ｅｈ＝Ｍａｘ．８００ｎｍ）に相当するものとして設定記憶された高速回転用目標位置（８００ｎｍ）に到達したか否かを判別する（ＳＴ１４）。この場合の運転制御部８０（ＣＰＵ８１，ＲＯＭ８２）は、移動変位量読込み制御手段，偏差判別手段として働く。
【００６０】
そして、運転制御部８０（ＣＰＵ８１，ＲＯＭ８２）は、テーブル３１の移動変位量が（１０ｍｍ−８００ｎｍ）に至っていない場合つまり高速回転用目標位置（８００ｎｍ）に到達していないと判別［図７のＳＴ１４でＮＯ（Ｎと記してある。）］した場合は、高速回転を続行させる。高速回転用目標位置（８００ｎｍ）に到達していると判別（ＳＴ１４でＹＥＳ）できた場合には、オープンループ制御からクローズドループ制御への切換指令、中速クローズドループ制御用のパルス数および周波数の指定を含む位置決め指令信号ＣＬＳＤを出力する。この指令信号ＣＬＳＤを受信したパルス信号制御部８５は、中速回転用周波数ｆｍの指令パルス信号Ｐｓｚを生成出力する。
【００６１】
すると、位置決め制御回路部９０は、移動変位量検出部６０（９５）から読込んだ移動変位量（分割後検出パルス信号Ｐｓｄ）をフィードバック信号とするクローズドループ制御に切換えかつ生成した中速駆動パルス信号Ｐｄｍをモータドライバ９３に送り、モータ５１を中速回転させる（ＳＴ１５）。テーブル３１は、図８に示す中速（０．００２ｍｍ／ｓ）で移動され、中速回転用の目標位置に向けて位置決めされる。
【００６２】
この中速回転中に、ＣＰＵ８１は移動変位量Ｐｓｄを連続読込み（ＳＴ１６）しつつ、中速回転用の偏差許容値（Ｅｍ＝±６３ｎｍ）に相応するものとしてＲＡＭ８３に設定記憶されている目標位置（６３−α）ｎｍ以内に到達しているか否かを判別する（ＳＴ１７）。この場合も、運転制御部８０（ＣＰＵ８１，ＲＯＭ８２）は、移動変位量読込み制御手段，偏差判別手段として働く。
【００６３】
そして、目標位置（６３−α）ｎｍに到達していないと判別（ＳＴ１７でＮＯ）した場合は、中速回転を続行させる。到達していると判別（ＳＴ１７でＹＥＳ）できた場合、運転制御部８０（８１）は低速クローズドループ制御用のパルス数および周波数の指定を含む位置決め指令信号ＣＬＳＤ２を出力する。この指令信号ＣＬＳＤ２を受信したパルス信号制御部８５は、低速回転用周波数ｆｌの指令パルス信号Ｐｓｚを生成出力する。
【００６４】
すると、位置決め制御回路部９０は、移動変位量検出部６０（９５）から読込んだ移動変位量（分割後検出パルス信号Ｐｓｄ）をフィードバック信号とするクローズドループ制御に切換えたままの状態で低速駆動パルス信号Ｐｄｌをモータドライバ９３に送り、モータ５１を低速回転させる（ＳＴ１８）。テーブル３１は、図８に示す低速（０．０００２ｍｍ／ｓ）で移動され、低速回転用つまり最終の目標位置（±１ｎｍ）に向けて位置決め制御される。
【００６５】
上述の通り、低速回転用周波数ｆｌの値を、オーバーラン発生を防止することができる低速度（０．０００２ｍｍ／ｓ）つまり２００Ｈｚに選択してあるから、低速回転駆動終了時には確実に移動変位量検出部６０の最小分解能（１ｎｍ）および駆動パルス信号Ｐｄｌの移動量（１ｎｍ／１パルス）に相当する高精度（１ｎｍ）で位置決め停止できている筈である。
【００６６】
しかし、この従来の考え方は、位置決め精度が１０ｎｍ程度の位置決め装置［例えば、先提案（特許文献６）の装置］を確立する場合に有効（適合）であるが、特に１ｎｍ以下の高精度位置決めを保証する装置の場合は適合外と言える。
【００６７】
すなわち、本発明を創生するに先立つ試験研究によれば、高精度（１ｎｍ以下）であるが故の固有的外乱の侵入に係る不安定要因が存在することが認められた。つまり、最終位置決め精度（１ｎｍ以下）を安定かつ確実に保証できない事態が生じている。つまり、例えば図１０に示した場合のように、位置決め精度（±１ｎｍ以下）を中心にハンチングが生じ最終位置決めができない事態、結果として±１ｎｍを超える精度で位置決め完了となる事態や、一旦位置決め完了した後に最終位置決め精度（±１ｎｍ）を中心として変動してしまう事態等である。
【００６８】
この原因は、クローズドループ制御による低速回転駆動終了時点において、微妙な機械的振動が発生する場合があり、高分解能（１ｎｍ）の移動変位量検出部６０がその振動を変位量（偏差）として検出しかつ位置決め制御回路部（偏差カウンタ）９０が偏差打消用の低速回転駆動パルス信号Ｐｄｌを生成出力することにある。この偏差打消用の低速回転駆動パルス信号Ｐｄｌは、本来的制御内容から外れた見掛け発生信号（Ｐｄｚ）であって、位置決め制御上、無用であるばかりか有害なものである。
【００６９】
かくして、低速回転駆動終了時点に機械的振動が発生しない構造を具現化すべく検討した。例えば、ステージ１０の要所に重厚な防振ゴムを装着する。ステージ１０（１１，３１等）の機械的な剛性を高くする等である。しかし、いずれも構造複雑化および装置大型化やコスト高を招来する欠点がある。これら欠点を忍受することとしあるいは例えば低速回転用速度を一段と低い値に設定したとしても、機械的振動を完全に払拭することは至難であった。
【００７０】
しかしながら、この固有かつ特殊な問題を解消しなければ、現実的な装置の普及拡大は到底できない。そこで、心ならずも低速回転駆動終了時における機械的振動の発生を前提に詳細検証した結果、位置決め制御終了時に発生する機械的振動は最終位置決め精度（乃至移動変位量検出精度）との関係で決まる一定の時間（期間）内に低速位置決め完了と看做しても支障の無い程度の値に収斂することを検証できた。
【００７１】
具体的には、この実施形態に係るステージ１０の構造（特に、テーブル３１の大きさ…質量０．５ｋｇ）では、Ｚ方向の振幅ｗｚが±１ｎｍ内に減衰するまでの期間（時間長）は１２〜１４ｍＳｅｃであった。最大荷重は上記した１０ｋｇである。これを中心としたステージ１０（テーブル３１）の大型化（例えば、テーブル３１の平面形状を２００ｍｍ×２００ｍｍとする。）あるいは小型化（例えば、１００ｍｍ×１００ｍｍとする。）しても、この程度の大きさ（構造）の違いでは、やはり±１ｎｍを越える振幅は認められなかった。テーブル質量の増減量が最大荷重１０ｋｇに対して非常に小さいからと思われる。因みに、この実施形態（装置…ボールねじ軸）の共振周波数は、約４７０Ｈｚである。
【００７２】
ところで、軸のラジアル方向の振動（振幅）は対数減衰特性に従い減衰しかつゼロに収斂する。しかし、実際にはねじ軸４１の弾性変形（Ｚ方向の圧縮か引張りかで振幅方向のズレの大きさが異なる。）が重畳されるので、収斂（減衰）に必要な時間が長引く。このために上記の１２〜１４ｍＳｅｃでは、収斂し得ない場合がある。かくして、使用状態等を勘案しかつ振幅が±（１〜０．５）ｎｍ以下に減衰するまでの時間は、弾性変形の影響分（６〜８ｍＳｅｃ）を加味した２０ｍＳｅｃが妥当あると確信する。振幅が±１ｎｍ以下に減衰するまでの時間としては十二分であるといえる。
【００７３】
一方において、はねじ軸４１の弾性変形による振幅方向のズレの程度によっては、まだ十分に減衰されていない場合でも、極短時間（例えば、１０ｍＳｅｃ以下）だけインポジション範囲（±１ｎｍ以下）内の値になるケースが見受けられる。図１０（Ａ）において、スケール信号φＡによる評価によれば、極短時間（約１０ｍＳｅｃ）経過後はアウトポジションになる。他方、スケール信号φＡの周波数（例えば、２５Ｈｚ）が同じでも、図１０（Ｂ）の場合は弾性変形による影響が少ないので２０ｍＳｅｃだけインポジション範囲に入っている。図１０（Ｃ）に示す如く、弾性変形による振幅方向が逆として影響する場合は、２０ｍＳｅｃ以上の時間（例えば、３０ｍＳｅｃ）だけインポジション範囲に入っている。したがって、低速回転制御を終了させるための時期（時点）を決定することは、難しいが極めて重要な問題である。
【００７４】
ここにおいて、推定位置決め完了信号出力手段（１００）と制御終了確認信号発生手段（１０５）と確定位置決め完了信号出力手段（１０７）と低速回転制御終了手段（８１、８２）とを設け、確定位置決め完了信号Ｓ３が出力（Ｌ→Ｈレベル）された場合に低速回転制御を強制終了させるように形成してある。
【００７５】
推定位置決め完了信号出力手段は、低速回転中に入力された指令信号（目標位置）Ｐｓｚと移動変位量検出信号Ｐｓｄとの差分を求めかつその差分が予め設定されたインポジション範囲（±１ｎｍ＝±１カウント）内の値であることを条件に推定位置決め完了信号Ｓ１を出力する。この実施の形態では、図９に示す偏差カウンタ１００から形成されている。なお、偏差カウンタ１００は、位置決め制御回路部９０内の偏差カウンタ等を兼用する構造としてもよい。
【００７６】
すなわち、偏差カウンタ１００は、指令パルス信号（Ｐｓｚ）をプラスカウントしかつ検出パルス信号Ｐｓｄをマイナスカウントする。カウント値（偏差）は両パルス信号の差分である。この差分が設定インポジション範囲（±１カウント）内の値であることを条件に、図９、図１１（Ａ）に示す推定位置決め完了信号Ｓ１を出力（Ｈレベル）する。インポジション範囲の値（±１カウント）は、この偏差カウンタ１００に付帯されたスイッチ（インポジション範囲設定手段）１０１を用いて設定されている。
【００７７】
次に、制御終了確認信号発生手段は、推定位置決め完了信号Ｓ１が出力される度に予め設定された時間長の制御終了確認信号Ｓ２を繰返し発生可能な図９のパルス発生器１０５から形成されている。つまり、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、推定位置決め完了信号Ｓ１が出力（Ｈレベル）される度にそれを符号（↑）で示したトリガ信号（Ｌ→Ｈレベル）として制御終了確認信号Ｓ２をその都度に発生（Ｈレベル）する。この実施の形態では図１１（Ｂ）に示すように、再トリガ信号Ｓ１（Ｌ→Ｈレベル）で制御終了確認信号Ｓ２（Ｈレベル）を延長する形式としている。もとより、最後に出力された制御終了確認信号Ｓ２の出力時点は分かる。
【００７８】
この制御終了確認信号Ｓ２の時間長（例えば、２０ｍＳｅｃ）は、内蔵する時間長設定器１０６で設定される。但し、時間長が２０ｍＳｅｃ以上ならよいといって長時間（例えば、３０ｍＳｅｃを超えるような時間）に設定すると無駄時間を費やすことになり、迅速位置決めを阻害する虞がある。つまり、３０ｍＳｅｃを超える時間長を設定することは不利であり、迅速位置決めを阻害する。
【００７９】
確定位置決め完了信号出力手段（図９の完了信号発生器１０７）は、最後に出力された制御終了確認信号Ｓ２が設定時間長（２０ｍＳｅｃ）だけ継続発生(Ｈレベル)されていたことを条件にかつ当該時間長経過時に確定位置決め完了信号Ｓ３を出力（Ｈレベル）する。この実施の形態では、図１１（Ｂ）に示すように２０ｍＳｅｃ経過時（Ｈ→Ｌレベル）に確定位置決め完了信号Ｓ３を出力（Ｌ→Ｈレベル）する。なお、完了信号発生器１０７は、リセット信号（例えば、指令パルス信号Ｐｓｚ）でリセットされる。リセット信号としては、この信号（Ｐｓｚ）に限定されない。
【００８０】
低速回転制御完了手段は、図６に示す低速回転制御完了プログラムを格納させたＲＯＭ８２とこのプログラムを実行するＣＰＵ８１とから形成され、確定位置決め完了信号Ｓ３が出力された場合（図７のＳＴ２０でＹＥＳ）に、低速回転制御を強制終了（ＳＴ２１）させる手段である。この実施の形態では、位置決め制御回路部９０から出力され得る機械的振動等に起因する見掛けのモータ回転制御信号（Ｐｄｚ）をモータドライバ９３側に出力できないように構築してある。したがって、ハンチングを防止することができる。
【００８１】
確定位置決め完了信号Ｓ３が出力されない場合（ＳＴ２０でＮＯ）は、低速回転制御が続行される（ＳＴ１８）。まだ、機械的振動が収斂しきれていないので、インポジション範囲内に維持するための制御を続行させる。この制御は、図１２に示すフィードバック制御エリアＡＰｓｄ内で行われる。分割後検出パルス信号Ｐｓｄによるフィードバック位置決め制御である。なお、指令位置決め制御エリアＡＰｚ内は、指令パルス信号Ｐｓｚによる指令位置決め制御である。
【００８２】
以上では、推定位置決め完了信号出力手段（１００）、制御終了確認信号発生手段（１０５）および確定位置決め完了信号出力手段（１０７）をハードウエア（ロジック回路等）から形成した場合について説明したが、これらは低速回転制御終了手段（８１,８２）の場合と同様にハードウエアおよびソフトウエアにより構築してもよい。また、インポジション範囲設定手段（１０１）および時間長設定器（１０６）も他の構造（設定部７１、ＣＰＵ８１，ＲＯＭ８２,ＲＡＭ８３等）から形成してもよい。
【００８３】
この実施の形態に係る位置決め装置では、図７，図８を参照して、オープンループ制御によりテーブル３１はＺ方向に当該装置（５１等）の許容最高と同じ値の高速（０．５００ｍｍ／ｓ）で移動される。最小分解能が１ｎｍである移動変位量検出部６０を用いて検出したテーブル現在位置が偏差許容値（８００ｎｍ）相当の設定目標位置内に入ると、クローズドループ制御に切換えら、中速（０．００２ｍｍ／ｓ）で移動される。引続き、現在値が偏差許容値（±６３ｎｍ）相当の設定目標位置［（６３−α）ｎｍ］内に入ると、クローズドループ制御のまま、オーバーランの心配がない低速（０．０００２ｍｍ／ｓ）で移動される。
【００８４】
したがって、テーブル移動機構部４０の誤差Ｅ（８００ｎｍ）を打消して±１ｎｍの高精度位置決めを終了するまでの時間を大幅に短縮（０．６８秒＝０．３７＋０．３１）することができる。誤差打消工程を低速回転駆動のみで行なう場合の必要時間は４．００秒（＝８００／２００）である。
【００８５】
低速回転駆動（制御）中、図９に示す偏差カウンタ１００は、指令信号（目標位置）Ｐｓｚと移動変位量検出信号Ｐｓｄとの差分が予め設定されたインポジション範囲（±１ｎｍ＝±１カウント）内の値であることを条件に推定位置決め完了信号Ｓ１を出力する［図１０（Ｂ），（Ｃ）、図１１（Ａ）］。
【００８６】
図９のパルス発生器１０５は、推定位置決め完了信号Ｓ１が出力されると設定時間長（２０ｍＳｅｃ）の制御終了確認信号Ｓ２を発生［図１１（Ａ）］する。推定位置決め完了信号Ｓ１が出力される度に繰返し発生［図１１（Ｂ）］されている。
【００８７】
図９の完了信号発生器１０７は、最後に発生された制御終了確認信号Ｓ２が設定時間長（２０ｍＳｅｃ）だけ継続発生(Ｈレベル)されていたことを条件にかつ２０ｍＳｅｃ経過時（Ｈ→Ｌレベル）に確定位置決め完了信号Ｓ３を出力（Ｌ→Ｈレベル）する［図１１（Ａ）］。機械的振動の周波数の高低に拘わらずに正確な減衰期間管理を行なえる。
【００８８】
ここに、低速回転制御完了手段（８１，８２）は、確定位置決め完了信号Ｓ３が出力された場合（図７のＳＴ２０でＹＥＳ）に、低速回転制御を強制終了（ＳＴ２１）させる。図６の位置決め制御回路部９０から出力され得るモータ回転制御信号（Ｐｄｌ）をモータドライバ９３側に出力できない。
【００８９】
すなわち、推定位置決め完了信号Ｓ１が出力された以降は、図１２（Ａ）に示す如く、指令位置決め制御エリアＡＰｚ内での指令パルス信号Ｐｓｚによる指令位置決め制御と、これに引き続くフィードバック制御エリアＡＰｓｄ内での分割後検出パルス信号Ｐｓｄによるフィードバック位置決め制御とが行われる。フィードバック位置決め制御終了後の機械的振動の減衰期間中に、極短時間の推定位置決め完了信号Ｓ１ｔが再出力された場合、制御終了確認信号Ｓ２は再出力される（延長）が確定位置決め完了信号Ｓ３は出力されない。再出力された制御終了確認信号Ｓ２が２０ｍＳｅｃだけ継続されていた場合に、確定位置決め完了信号Ｓ３が出力される。
【００９０】
この通常的で実際的なケースの下に、比較便宜のためにテーブル３１を介してねじ軸４１に人為的な軽い外力（片手で一瞬叩いてみた。）を強制的に加えた場合を、図１２（Ｂ）に示す。同図において、フィードバック位置決め制御終了後に加えた外力に起因する機械的振動が発生すると、短時間内に多数の推定位置決め完了信号Ｓ１ｍが繰り返し出力される。しかし、各推定位置決め完了信号Ｓ１ｍはいずれも２０ｍＳｅｃ以内で消失してしまう。つまり、最後に出力され制御終了確認信号Ｓ２が２０ｍＳｅｃだけ継続されていないから、確定位置決め完了信号Ｓ３は出力されない。つまり、インポジション範囲内に確実に追い込める。すなわち、安定した位置決め制御を確実に担保できかつ何時でも何処で使用しても高精度（±１ｎｍ）位置決めを保障できる。
【００９１】
この低速回転駆動・制御を含む全域をモータ連続駆動により制御するので、粗動（ねじ軸駆動）および微動（ピエゾアクチュエータ駆動）の切換構造の欠点を一掃することができる。つまり、移動変位量を大きくでき、連続駆動による移動時間の短縮ができ、ボールねじ軸４１を傾斜状態や垂直状態としても使用でき、垂直状態でかつ負荷を引上げる態様でも使用できる。
【００９２】
しかして、この実施の形態によれば、テーブル移動機構部４０をリード１ｍｍ以下のねじ軸４１を利用した全域ねじ回転駆動型とし、動力付与部５０をステッピングモータ５１等を含むモータ回転駆動型としかつ位置決め制御回路部９０から生成出力されたモータ回転制御信号（Ｐｄ）に基づきテーブル３１を最小で１ｎｍずつ移動可能に形成し、移動変位量検出部６０を明・暗線が２μｍの３つの光学格子６１ｆ，６３Ｓ，６３Ｔおよび信号分割数が２０００の信号分割回路９５を含み１パルス当たり１ｎｍの移動変位量検出信号（Ｐｓｄ）を生成出力可能に形成し、位置決め制御回路部９０をオープンループ制御による高速回転，クローズドループ制御による中速および低速回転をこの順序で切換え出力可能かつ高速回転速度を最大回転速度としかつ低速回転速度をオーバーラン発生防止可能な最小回転速度として回転制御可能に形成し、さらに推定位置決め完了信号出力手段（１００）と制御終了確認信号発生手段（１０５）と確定位置決め完了信号出力手段（１０７）とを設け、低速回転中に設定時間（２０ｍＳｅｃ）継続してインポジション範囲内にある場合に低速回転制御を終了させる構成であるから、１ｎｍの高精度位置決めを迅速かつ安定して行なえる全域ねじ駆動型の小型軽量なテーブル位置決め装置を提供することができる。
【００９３】
また、インポジション範囲の値が±１カウントに設定されかつ設定時間長が２０〜３０ｍＳｅｃの中から任意の値に選択設定できるから、設置環境や使用状態に対する適応性が広い。
【００９４】
推定位置決め完了信号出力手段、制御終了確認信号発生手段および確定位置決め完了信号出力手段が、ハードウエア（１００、１０５、１０７）から形成されているので、迅速処理できる。ＣＰＵ８１等のデータ処理負担も軽減できる。
【００９５】
また、移動変位量検出部６０がステージ１０内に収容されているので、テーブル３１をベース１１から分解取外ししなくても、モアレ調整等を外部から簡単に行なえるとともに、使用中は密閉状態となるから塵芥の侵入や付着を防止できる。
【００９６】
また、各第３光学格子６３Ｔが１箇所に集められかつインデックススケール６３の長さ方向に接近配設されているので、Ｚ方向の装置寸法をより小型化できるとともに、第１光学格子６１Ｆを含む平面に対する平行度をより簡単かつ迅速に確立できる。
【００９７】
（第２の実施の形態）
この実施の形態は、基本的構成（１０、４０、５０、６０、９０，１００、１０５、１０７等）およびこれらの機能が第１の実施形態の場合（図１〜図１２）と同様とされているが、以下の点が異なる。
【００９８】
すなわち、テーブル３１を最小で０．５ｎｍずつ移動可能に形成し、信号分割回路９５の信号分割数が４０００とされかつ１パルス当たり０．５ｎｍの移動変位量検出信号Ｐｓｄを生成出力可能に形成されている。また、ドライブ分割数は、“４０００”とされている。したがって、動力付与部５０は、位置決め制御回路部９０から出力されたモータ回転制御信号（回転駆動パルス信号Ｐｄ）に基づきボールねじ軸（４１）を回転駆動してテーブル３１をＺ方向に最小で０．５ｎｍ［＝リード（１ｎｍ）×ステップ角度（１／５００）×ドライバ分割数（１／４０００）］ずつ移動可能である。
【００９９】
したがって、この実施の形態によれば、第１の実施形態の場合と同様な効果を奏することができかつ０．５ｎｍの超高精度位置決めを迅速に行なえる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、テーブルを高精度（±１ｎｍ以下）で迅速に位置決めできかつ安定動作を担保できる。特に、ナノテク試験研究（例えば、光ファイバーの調芯，微細近接場での測定等）で必要とするテーブル位置決めに極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るステージを説明するための平面図である。
【図２】同じく、ステージを説明するための側面図である。
【図３】同じく、テーブルを取外した状態のステージを説明するための示す平面図である。
【図４】同じく、図３の矢視線Ａ−Ａに基づく側断面図である。
【図５】同じく、図４の矢視線Ｂ−Ｂに基づく横断面図である。
【図６】同じく、位置決め駆動制御ユニットを説明するためのブロック図である。
【図７】同じく、位置決め駆動制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】同じく、位置決め駆動制御動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】同じく、推定位置決め完了信号出力手段、制御終了確認信号発生手段および確定位置決め完了信号出力手段を説明するためのブロック図である。
【図１０】同じく、移動変位量検出量の変動による偏差とインポジション範囲との関係を説明するためのタイミングチャートで、（Ａ）はインポジション状態が２０ｍＳｅｃ以下の場合、（Ｂ）はインポジション状態が２０ｍＳｅｃの場合、（Ｃ）はインポジション状態が２０ｍＳｅｃ以上の場合を示す。
【図１１】同じく、位置決め完了信号等の関係を説明するためのタイミングチャートで、（Ａ）は推定位置決め完了信号が単発的に出力された場合、（Ｂ）は推定位置決め完了信号が繰り返し出力された場合を示す。
【図１２】同じく、位置決め完了信号等の関係を説明するためのタイミングで、（Ａ）機械的振動の影響が無い場合、（Ｂ）は人為的に与えた外力による機械的振動の影響がある場合を示す。
【符号の説明】
【０１０２】
１０ ステージ
１１ ベース
３１ テーブル
４０ テーブル移動機構部
４１ ねじ軸（ボールねじ軸）
４５ ナット部材
５０ 動力付与部
５１ ステッピングモータ
５５ モータドライバ
６０ 移動変位量検出部
６１ メインスケール
６３ インデックススケール
７０ 位置決め駆動制御ユニット
８０ 運転制御部
９０ 位置決め制御回路部（偏差カウンタ等を含む）
９３ モータドライバ
９５ 信号分割回路
１００ 偏差カウンタ（推定位置決め完了信号出力手段）
１０５ パルス発生器（制御終了確認信号発生手段）
１０７ 完了信号発生器（確定位置決め完了信号出力手段）
Ｚ 基軸線
Ｐｄ 駆動パルス信号（モータ回転制御信号）
Ｐｄｈ 高速駆動パルス信号（高速回転用モータ回転制御信号）
Ｐｄｍ 中速回転駆動パルス信号（中速回転用モータ回転制御信号）
Ｐｄｌ 低速駆動パルス信号（低速回転用モータ回転制御信号）
Ｐｄｚ 機械的振動に起因する見掛け駆動パルス信号
Ｐｓｄ 分割後検出パルス信号（移動変位量検出信号）
Ｓ１ 推定位置決め完了信号（トリガ信号）
Ｓ２ 制御終了確認信号
Ｓ３ 確定位置決め完了信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テーブル移動機構部と動力付与部と移動変位量検出部と位置決め制御回路部とを具備し、テーブルを迅速かつ高精度で位置決めするためのテーブル位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上位概念的には対象物を高精度で位置決めするための技術的手段として共通するも、具体的（下位概念的）には、例えばレザー光線を利用した半導体露光装置（大型・高価）と、例えば光ファイバーの試験研究用の位置決め装置（小型・廉価）とは、技術的に相容れない事項が多い。
【０００３】
本出願人らは、後者に関して、まず、産業上の利用性の確立および普及拡大のために、大幅な小型軽量化，低コスト化および取扱い容易化を達成するための移動変位検出器つまり光学的変位検出装置（特許文献１を参照）を提案した。この装置は、３つの光学格子を用いたスリーグレーチング方式で、高精度化および検出高速化も達成できる。
【０００４】
次に、かかる光学的変位検出装置を、ステージ内（ベースとテーブルとの間）に収容させてテーブルの移動変位量検出部として利用するとともに、テーブル移動機構部を粗動用マイクロヘッドおよび微動用ピエゾアクチュエータを直列配設した手動式の位置決め装置（特許文献２）を提案した。
【０００５】
さらに、粗動用をモータ駆動型ねじ軸としかつ微動用のピエゾアクチュエータとねじ軸とをテーブルの移動方向に直列配設した自動式位置決め装置（特許文献３）を提案した。引続き、応動変位許容手段等を設けることで、一段の高精度化等を企図した自動式位置決め装置（特許文献４）を提案した。さらにまた、構成要素ごとの改善も図った。例えば、回路（逓倍回路および分割回路）を含む移動変位量検出部（特許文献５）を提案した。かくして、全体として超薄型（小型・軽量）で、テーブルを高精度（例えば、０．１μｍ）で位置決めすることができた。
【０００６】
さらに、これらの技術的積み重ねの上に、ピエゾアクチュエータ駆動型の不利（不連続性、長時間駆動性）を解消（連続化、短時間駆動化）するものとして、ピエゾアクチュエータを排した全域（テーブル移動範囲）を１つのねじ軸で駆動可能に形成したいわゆる全域ねじ駆動型のテーブル位置決め装置（特許文献６）を提案した。この提案装置によれば、連続駆動により比較的短時間で高精度位置決めすることができる。
【特許文献１】特開平７−２８６８１６号公報
【特許文献２】特開平８−１８５２３８号公報
【特許文献３】特開平９−１９２９５６号公報
【特許文献４】特開平１０−５８２６７号公報
【特許文献５】特開２０００−２３５４１７号公報
【特許文献６】特開２００４−１０１３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、普及拡大に伴い具体的な運用態様が多様化している。例えば、電子細線の測定・位置決めにおいては連続性が求められ、光ファイバーの調芯に際しては高精度域でのストローク（テーブルの移動範囲）の拡大が求められる。また、近接場に対するプローブ（下向き荷重）の位置決めに際しピエゾアクチュエータでその荷重（負荷）を引上げ駆動することはその構造・特性上から至難である。すなわち、ねじ軸駆動とピエゾアクチュエータ駆動の組合せ方式は、これらの位置決め態様の場合は不適当である。
【０００８】
かかる位置決め態様には、全域ねじ軸駆動型が望ましい。しかし、先提案の位置決め装置（特許文献６）は、位置決め時間の短縮を図れるものの位置決め精度は０．０１μｍ（１０ｎｍ）程度であり、一段の高精度［例えば、０．００１μｍ（１ｎｍ）以下］の位置決め精度を保証することはできない。
【０００９】
ここにおいて、位置決め精度を一段と向上させるためには、構成要素（例えば、ねじ軸のリード、モータのステップ角度、スケールピッチ、移動変位量検出信号の分割数等々）をできるだけ小さくあるいは多くすることが必要である。また、機械的誤差（ガタ）を生じ易い減速機等を排除することが望ましい。しかし、個々の構成要素を独立して小数化あるいは大数化を図っても、それらの組合せに機械的、光学的・電気・電子的な整合性がなければ、何の意味もない。つまり、製作コストを含む経済的負担が増大する割には実用性に欠ける。
【００１０】
かくして、各構成要素の適正化を慎重に吟味・実験し、丁度遺伝子組換え等の如く幾多の構成要素とそれらのランク別値の中から整合性あるものを選択しかつそれらの組合せをもって構築しなければならない。しかも、多くの検証を行なわなければならずかつ膨大な時間・労力を必要とする。特に、装置構築上、机上設計的に幾ら高精度でも実用において安定動作を担保できなければ意味がない。以上の諸問題から未だ１ｎｍ以下の高精度位置決めを行なえる小型で安価な位置決め装置は出現していない。
【００１１】
本発明の目的は、１ｎｍ以下の高精度位置決めを迅速かつ安定して行なえる全域ねじ駆動型のテーブル位置決め装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、駆動系並びに検出系および制御系を１ｎｍ以下の位置決め精度を確立可能な整合性ある特定の構成要素の組合せから構成し、さらに、かかる構成に内在する不安定要因を捉えかつこれを自動的に解消できるように構築したものである。
【００１３】
具体的には、請求項１の発明に係るテーブル位置決め装置は、ステージを構成するテーブルをベースに対して移動可能なテーブル移動機構部と、このテーブル移動機構部に移動用動力を付与する動力付与部と、テーブルの移動変位量を検出する移動変位量検出部と、テーブルを目標位置に位置決めするためのモータ回転制御信号を動力付与部へ生成出力する位置決め制御回路部とを具備するテーブル位置決め装置において、前記テーブル移動機構部が、ねじ軸を利用したねじ回転駆動型とされかつねじリードが１ｍｍ以下に選択され、前記動力付与部が、ステッピングモータおよびモータドライバを含むモータ回転駆動型とされかつ該ステッピングモータをねじ軸に直結するとともに前記位置決め制御回路部から生成出力されたモータ回転制御信号に基づきねじ軸を回転駆動して前記テーブルを最小で１ｎｍずつ移動可能に形成され、前記移動変位量検出部が、３つの光学格子および信号分割回路を含み各光学格子の明線および暗線がそれぞれ２μｍとされかつ信号分割回路の信号分割数が２０００とされるとともに１パルス当たり１ｎｍの移動変位量検出信号を生成出力可能に形成され、前記位置決め制御回路部が、オープンループ制御による高速回転用，クローズドループ制御による中速回転用および低速回転用のモータ回転制御信号をこの順序で切換え出力可能であるとともに高速回転速度を最大回転速度としかつ低速回転速度をオーバーラン発生防止可能な最小回転速度として回転制御可能に形成され、低速回転中に入力された前記目標位置である指令信号と前記移動変位量検出信号との差分を求めかつその差分が予め設定されたインポジション範囲内の値であることを条件に推定位置決め完了信号を出力する推定位置決め完了信号出力手段と、推定位置決め完了信号が出力される度に予め設定された時間長の制御終了確認信号を繰返し発生可能な制御終了確認信号発生手段と、最後に出力された制御終了確認信号が当該時間長だけ継続発生されていたことを条件にかつ当該時間長経過時に確定位置決め完了信号を出力する確定位置決め完了信号出力手段とを設けた、ことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２の発明は、前記インポジション範囲の値が±１カウントに設定されかつ前記設定時間長が２０〜３０ｍＳｅｃの中から選択された値に設定されている、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、基本的な構成が請求項１の発明の場合と同様とされるが、テーブルを最小で０．５ｎｍずつ移動可能に形成するとともに信号分割回路の信号分割数が４０００とされかつ１パルス当たり０．５ｎｍの移動変位量検出信号を生成出力可能に形成されている、テーブル位置決め装置。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、ピエゾアクチュエータ駆動型の不利（不連続性、長時間駆動性、引張り負荷の不適合性）の解消（連続化、短時間駆動化、引張り負荷の適合化）を担保しつつ１ｎｍの高精度位置決めを迅速かつ安定して行なえるとともに、小型軽量なテーブル位置決め装置を提供できる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果と同じ効果を奏することができる。さらに、設置環境や使用状態に対する適応性が広い。
【００１８】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明の場合と同様な効果を奏することができかつ０．５ｎｍの超高精度位置決めができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
本テーブル位置決め装置は、図１〜図６、図９に示す如く、ステージ１０とテーブル移動機構部４０と動力付与部５０と移動変位量検出部６０と位置決め制御回路部９０とを具備し、テーブル移動機構部４０が全域ねじ軸回転駆動型され、動力付与部５０がモータ回転駆動型されかつ位置決め制御回路部９０から出力されたモータ回転制御信号（位置決め制御信号）Ｐｄに基づきテーブル３１を最小で１ｎｍずつ移動可能とされ、移動変位量検出部６０が３つの光学格子（６１Ｆ、６３Ｓ，６３Ｔ）を含み１パルス当たり１ｎｍの移動変位量検出信号Ｐｓｄを生成出力可能で、位置決め制御回路部９０をオープンループ制御による高速回転用，クローズドループ制御による中速回転用および低速回転用のモータ回転制御信号（Ｐｄｈ，Ｐｄｍ，Ｐｄｌ）をこの順序で切換え出力可能に形成し、さらに推定位置決め完了信号出力手段（１００）と制御終了確認信号発生手段（１０５）と確定位置決め完了信号出力手段（１０７）とを設け、確定位置決め完了信号Ｓ３が図１１に示すように出力（Ｌ→Ｈレベル）された場合に低速回転制御を終了させるように形成されている。
【００２１】
図１〜図５において、ステージ１０は、ベース１１とテーブル３１とを含み、テーブル３１は左右のクロスローラガイド２１を介して基軸線（Ｚ）方向に摺動（移動）可能に装着されている。ベース１１およびテーブル３１は、アルミニュウム合金製で軽量化され、テーブル３１は平面四角（１２０ｍｍ×１２０ｍｍ）の薄平板形状で、平均板厚は１２ｍｍである。テーブル３１の質量は、無負荷（テーブルのみの質量）時が０．５ｋｇで、最大負荷（ワーク等の荷重を含む質量）時は１０ｋｇである。しかも、この実施の形態では、テーブル３１とベース１１とを基軸線（Ｚ）を中心として幅方向に左右対称形状とすることで、加工容易化および低コスト化を促進している。
【００２２】
なお、テーブル３１は、図２に２点鎖線で示した右側の後進限位置（３１Ｒ）と左側の前進限位置（３１Ｌ）との間（全域…テーブルの移動可能範囲：５０ｍｍ）を往復移動できる。前進限位置（３１Ｌ）および後進限位置（３１Ｒ）は、図３に示すリミットセンサ２９（２９Ｒ，２９Ｌ）で検出される。限位置検出信号ｌｔ（ｌｔｒ，ｌｔｌ）は、図６に示すように位置決め制御回路部９０に送られ、緊急停止用信号として使用される。
【００２３】
テーブル移動機構部４０は、図４に示す如く、ベース１１側に装着されたねじ軸４１と，テーブル３１側に装着されかつねじ軸４１に螺合したナット部材４５とを含み、モータ（ステッピングモータ５１）から付与される移動用動力を用いてねじ軸４１を回転駆動することで、ベース１１に対してテーブル３１をＺ方向に移動（往復相対移動）可能な全域モータ駆動型である。この実施の形態では、ねじ軸４１はバックラッシュ等が少ない精巧なボールねじ軸とされかつナット部材４５はこれに対応する構造としてある。
【００２４】
ボールねじ軸（４１）の右端側はベアリング２３を介してベース１１に回転自在に支持され、ハニカム方式のカップリング２４を介してモータ５１の出力軸に連結されている。
【００２５】
この実施の形態では、信号分割や制御上の取扱い容易化および現今での装置経済優位化の観点から、ボールねじ軸（４１）のねじリードを１ｍｍとしている。ただし、１ｍｍ以下のねじリード（例えば、０．５ｍｍ）として構築しても実施することができる。ステッピングモータ５１は、つまみ２８で手動回転させることもできる。
【００２６】
動力付与部５０は、モータ（ステッピングモータ５１）およびモータドライバ９３を含み、位置決め制御回路部９０から出力されたモータ回転制御信号である回転駆動パルス信号Ｐｄ（高速回転駆動パルス信号Ｐｄｈ，中速回転駆動パルス信号Ｐｄｍ，低速回転駆動パルス信号Ｐｄｌ）に基づき、ねじ軸４１を回転駆動してテーブル３１を最小で１ｎｍずつＺ方向に移動可能である。
【００２７】
図６に示すモータドライバ（ＤＲＶ）９３は、マイクロステップドライブ型であって、１パルス当りのモータ回転角度をドライブ分割数（この実施形態では、“２０００”）に応じて細分する機能を持つ。この実施形態におけるモータ５１のステップ角度が０．７２度（＝３６０度×１／５００）であるので、１パルス（１パルス：モータ回転制御信号Ｐｄ）当りのモータ回転角度は、０．０００３６度［＝０．７２度×（１／２０００）］になる。すなわち、動力付与部５０は、位置決め制御回路部９０から出力されたモータ回転制御信号（回転駆動パルス信号Ｐｄ）に基づきボールねじ軸（４１）を回転駆動してテーブル３１をＺ方向に最小で１ｎｍ［＝リード（１ｍｍ）×ステップ角度（１／５００）×ドライバ分割数（１／２０００）］ずつ移動可能であると理解することができる。
【００２８】
移動変位量検出部６０は、３つの光学格子（６１Ｆ、６３Ｓおよび６３Ｔ）および信号分割回路９５を含み、（１ｎｍ／１パルス）の移動変位量検出信号Ｐｓｄを生成出力可能に形成されている。
【００２９】
詳しくは、移動変位量検出部６０は、図４に示すテーブル３１（ベース１１側としてもよい。）に取付けられたメインスケール６１（６１Ｆ）と，ベース１１（テーブル３１側としてもよい。）に取付けられたインデックススケール６３（６３Ｓ，６３Ｔ）と，図６に示す検出器（発光器，受光器，アンプ，演算増幅器等を含む。）６５と，信号分割回路９５とからなり、ベース１１に対するテーブル３１の移動変位量を検出可能であるとともに、検出移動変位量Ｐｓｄを位置決め制御回路部９０にフィードバック可能かつＣＰＵ８１に出力可能に形成されている。
【００３０】
テーブル３１側に、図４に示すねじ軸収容空間部３５を設けるとともにナット部材４５とメインスケール６１とを取付ける。また、ベース１１側に設けられた上下に貫通する図４，図５の検出器収容空間部６９内に基板６８（インデックススケール６３，検出器６５が取付られている。）を外部から平面的姿勢変更可能に取付けてある。つまり、ベース１１の下面側から、インデックススケール６３の平面的姿勢を変更しつつ行なうモアレ調整および移動変位量検出部６０（検出器６５等）の点検調整を実行可能に構成されている。したがって、小型・軽量，低コストかつ取扱い容易で、検出可能有効長の拡大と自動位置決めが容易になる。
【００３１】
さて、メインスケール６１には、図４に示す第１光学格子６１Ｆが設けられている。このスケール６１は、全体としてガラス製平板形状を成しかつ幅方向形状が左右対称とされている。加工歪の左右バランスをとることで、一層の高精度検出ができる。テーブル３１には光学格子面を下向き状態として取付けられている。
【００３２】
インデックススケール６３には、図３に示す第２光学格子６３Ｓと第３光学格子６３Ｔとが接近配設され、寸法短縮化と第１光学格子６１Ｆに対する平行度の確立を容易化してある。このインデックススケール６３も全体としてガラス製平板形状を成しかつ基板６８に上向き状態で取付けられている。
【００３３】
この基板６８には、第３光学格子６３Ｔの下方側に位置する図５に示し受光部６６Ｊと、この手前側でかつ第２光学格子６３Ｓの下方側に位置する発光部６６Ｈとが取付けられている。
【００３４】
発光部６６Ｈは、図示しないＬＥＤと集光レンズとからなり、所定傾斜角を持って基板６８に取付けられている。拡散光の有効利用度を高めることができる。両スケール６１，６３間のギャップ（図４で上下方向間隔）を大きくすることができる。また、受光部６６Ｊは、１チップの受光素子を図３に示した４つの第３光学格子６３Ｔに対応させて４分割した受光素子からなる。したがって、温度特性等のバラツキを最小限に抑えられ、同一平面上の配設を自動的に保障できる。
【００３５】
かかる移動変位量検出部６０では、発光素子（ＬＥＤ）からの拡散光はそのレンズで集光されインデックススケール６３上の第２光学格子６３Ｓを透過し、メインスケール６１上の第１光学格子６１Ｆに光効率良く入射される。この際、光絶縁手段（図示省略）が設けられているので、各受光素子に拡散光が直接入射されることはない。
【００３６】
メインスケール６１側の第１光学格子６１Ｆから反射された検出光は、インデックススケール６３上の１箇所に集められかつ第２光学格子６３Ｓに接近配設された４つの第３光学格子６３Ｔを透過して、各受光素子（６６Ｊ）に入射される。
【００３７】
かくして、インデックススケール６３とメインスケール６１とを相対変位させれば、検出器６５は、各受光素子からの光電変換信号（出力信号）を解析しつつ図８に示すスケール信号φＡ，φＢを出力することができる。
【００３８】
第２光学格子６３Ｓおよび各第３光学格子６３Ｔが、インデックススケール６３の長手（Ｚ）方向に接近配設されているので、第２光学格子６３Ｓおよび各第３光学格子６３Ｔを含む平面と第１光学格子６１Ｆを含む平面との平行度を比較的に簡単に調整できる。取扱いが容易で、装置の小型化および低コスト化も図れる。
【００３９】
メインスケール６１の第１光学格子６１Ｆ並びにインデックススケール６３の第２光学格子６３Ｓおよび第３光学格子６３Ｔの各明線（幅）および暗線（幅）は、それぞれ２μｍとされている。つまり、第１光学格子６１Ｆ，第２光学格子６３Ｓおよび第３光学格子６３Ｔの各明暗目盛ピッチを電子線描画後に転写複製可能でコスト低減効果が大きな４μｍとしてある。
【００４０】
図８において、検出器６５から出力されるスケール信号φＡ，φＢの各１周期は２μｍで、中心電圧Ｖｒが２．５Ｖで、振幅電圧Ｖｐｐが２Ｖである。信号分割回路９５は、スケール信号（正弦波で９０度の位相差を持つφＡ相およびφＢ相の検出信号）を２０００分割した分割後検出パルス信号（移動変位量検出信号）Ｐｓｄを生成出力（図６を参照）する。つまり、移動変位量検出部６０の最小検出分解能を１ｎｍとすることができる。
【００４１】
ここに、位置決め制御回路部９０は、図示しない偏差カウンタ，信号切換素子等を含み、オープンループ制御による高速回転用のモータ回転制御信号（Ｐｄｈ），クローズドループ制御による中速回転用のモータ回転制御信号（Ｐｄｍ）および低速回転用のモータ回転制御信号（Ｐｄｌ）を、この順序で切換えてモータドライバ９３へ出力可能に形成されている。
【００４２】
クローズドループ制御は、位置決め制御回路（偏差カウンタ等）９０を働かせ、運転制御部８０（パルス信号制御部８５）から入力される指令値（指令パルス信号Ｐｓｚ）を目標位置信号（指令信号）としかつ移動変位量検出部６０（信号分割回路９５）から入力される移動変位量検出信号（分割後パルス信号Ｐｓｄ）をフィードバック信号として駆動パルス信号（ＰｄｍまたはＰｄｌ）を生成出力させる、ことで実行される。
【００４３】
オープンループ制御は、運転制御部８０（パルス信号制御部８５）から入力される指令値（指令パルス信号Ｐｓｚ）を素通り状態でそのまま駆動パルス信号（Ｐｄｈ）として生成出力させる、ことで実行される。
【００４４】
高速回転用駆動パルス信号（モータ回転制御信号）Ｐｄｈに基づくモータ５１の高速回転速度は、ステッピングモータ５１の許容最大速度［ｆ＝５００ＫＨｚ］と同じ値つまり最大回転速度（ｆｈ＝５００ＫＨｚ…０．５００ｍｍ／ｓ）に選択されている。そして、高速回転用のモータ回転制御信号は、高速回転用周波数ｆｈ（５００ＫＨｚ）の駆動パルス信号Ｐｄｈとして出力される。
【００４５】
すなわち、テーブル移動時間の短縮化のために、ボールねじ軸（構造）４１の累積代表リード誤差Ｅ［＝（累積代表リード）−（累積基準リード）＝８００ｎｍ］に至る以前の行程（距離）については、許容最大速度で移動させるわけである。なお、“累積代表リード”とは、累積実リードの傾斜を代表する直線で、ボールねじ（４１）の有効移動量（または、ねじ部有効長さ）に対する累積実リードを示す曲線から、最小二乗法（または、それに類する近似法）により求められる。“累積実リード”とは、連続測定による累積リード線図からその平均的傾向を求めたものである。また、“累積基準リード”とは、基準リードに従って任意の回転数で回転させたときの累積リードである。
【００４６】
また、低速回転用駆動パルス信号（モータ回転制御信号）Ｐｄｌに基づくモータ５１の低速回転速度は、オーバーランの発生を防止することのできる回転速度つまり最小速度（０．０００２ｍ／Ｓｅｃ）に選択されている。低速回転用モータ回転制御信号は、低速回転用周波数ｆｌ（２００Ｈｚ）の駆動パルス信号Ｐｄｌとして出力される。
【００４７】
そして、中速回転用駆動パルス信号（モータ回転制御信号）Ｐｄｍに基づくモータ５１の中速用回転速度は、それらの中間の値とする。すなわち、高速制御用の偏差許容値Ｅｈ（＝Ｍａｘ．８００ｎｍ）を解消するためのテーブル移動動作を迅速に行い、その時間短縮を図ることを目的として選択される。中速回転用周波数ｆｍは、低速回転用周波数ｆ１（２００Ｈｚ）の値の１０倍以上の値（２ＫＨｚ）に選択するのが好ましい。なお、中速回転駆動工程は複数（例えば、２段階）としても実施することができる。
【００４８】
また、中速回転駆動範囲を、テーブル移動機構部（ボールねじ軸構造等）４０の特性上の誤差Ｅ［相当距離（８００ｎｍ）］の７．９％に相当する中距離範囲（Ｍａｘ．６３ｎｍ）に選択し、低速回転駆動範囲を移動変位量検出部６０の検出最小分解能（１ｎｍ）に相当する距離（１ｎｍ）の±１００％に相当する小距離範囲（±１ｎｍ）に選択してある。この小距離範囲が後記のインポジション範囲の値である。
【００４９】
かくして、図８に示すように、中速回転駆動時間（約０．３７秒）と低速回転駆動時間（約０．３１秒）の和である短時間（０．６８秒）で最終位置決めすることができる。因みに、中速回転駆動を行なわずかつ低速回転駆動のみで誤差Ｅ（Ｍａｘ．８００ｎｍ）を解消する場合は、１０倍（＝４．００秒＝８００ｎｍ／２００Ｈｚ）の時間が掛かる。
【００５０】
図６において、位置決め駆動制御ユニット７０には、運転制御部８０（ＣＰＵ８１，ＲＯＭ８２およびＲＡＭ８３）とパルス信号制御部８５と位置決め制御回路部９０と動力付与部５０の一部を構成するモータドライバ９３と移動変位量検出部６０の一部を構成する信号分割回路９５とが組込まれている。
【００５１】
ＣＰＵ８１は、ＲＯＭ８２に格納された設定記憶制御プログラムに基づき設定部（ＰＮＬ）７１等を用いて設定入力された情報を受信しかつデータ処理するとともに、受信した記憶対象情報についてはＲＡＭ８３のワークエリアに記憶する。
【００５２】
なお、記憶対象情報ごとに複数の設定値を予めセットしておき、その中の１つを例えばディップスイッチを用いて選択してワークエリアに記憶するように構築してもよい。また、記憶対象情報（例えば、目標位置）は、ＲＯＭ８２に格納された固定値（例えば、低速回転用偏差許容値）を読み込みかつその値をそのままワークエリアに記憶するようにしてもよい。
【００５３】
ワークエリアへの記憶対象情報としては、この実施の形態では、高・中・低速回転用周波数ｆｈ（５００ＫＨｚ）・ｆｍ（２ＫＨｚ）・ｆｌ（２００Ｈｚ）と、高・中・低速回転用目標位置と、移動変位量（目標位置…１０ｍｍ）等の各設定値である。なお、高・中低速回転速度制御用の目標位置は、高・中低速用偏差許容値Ｅｈ（Ｍａｘ．８００ｎｍ）・Ｅｍ（Ｍａｘ．６３ｎｍ）以内の値にそれぞれ設定記憶しておけばよいが、以下ではオープンループ制御による高速回転用目標位置を８００ｎｍ、クローズドループ制御用目標位置を［（６３−α）］ｎｍとして設定記憶した場合について説明する。αは、例えば６ｎｍとする。もとより、クローズドループ制御に関する低速用目標位置つまり最終的な目標位置は低速回転用偏差許容値Ｅｌと等しい±１ｎｍとして設定する。
【００５４】
なお、固定値つまりモータドライバ９３およびステッピングモータ５１の特性で決まる最大回転用周波数ｆｍａｘ．（＝５００ＫＨｚ＝ｆｈ）や偏差許容値Ｅｈ（Ｍａｘ．８００ｎｍ）等は、予めＲＯＭ６２に格納（記憶）されている。
【００５５】
また、ＣＰＵ８１は、ＲＯＭ８２に格納された表示制御プログラムに基づき各種の表示対象情報を表示部（ＩＮＤ）７２に送信して表示させる。表示対象情報としては、目標位置（設定移動変位量），現在位置（テーブルの実際移動変位量および現在偏差）等である。また、各種の設定値を選択的に表示することもできる。
【００５６】
次に、パルス信号制御部８５は、発振器等を含み運転制御部８０（ＣＰＵ８１）からの指令に従って当該指令に対応する周波数（ｆｈ，ｆｍまたはｆｌ）のパルス信号（指令信号）Ｐｓｚを位置決め制御回路部９０に生成出力可能に形成されている。
【００５７】
ここに、運転制御部８０（ＣＰＵ８１）は、指令に従いＲＡＭ８３から位置決め指令量（目標位置）を読込み［図７のＳＴ１０でＹＥＳ（Ｙと記してある。），ＳＴ１１］、引続き高速オープンループ制御用の出力すべきパルス数および周波数の指定を含む位置決め指令信号ＯＰＮを出力する。この指令信号ＯＰＮを受信したパルス信号制御部８５は、指令パルス信号Ｐｓｚ［高速回転用周波数ｆｈおよび高速回転用目標位置（８００ｎｍ）に対応する数の高速駆動パルス信号Ｐｄｈ］を生成出力する。
【００５８】
すると、位置決め制御回路部９０が、オープンループ制御に切換えたままの状態で高速駆動パルス信号Ｐｄｈをモータドライバ９３に送り（素通りさせ）、モータ５１を高速回転させる（ＳＴ１２）。テーブル３１は、図８に示す高速（０．５００ｍｍ／Ｓｅｃ）で図４のＺ方向（例えば、右方向）に高速移動する。
【００５９】
この高速回転中に、ＣＰＵ８１は移動変位量Ｐｓｄを現在位置として読込み（ＳＴ１３）、ＲＡＭ８３に記憶された高速回転用偏差許容値（Ｅｈ＝Ｍａｘ．８００ｎｍ）に相当するものとして設定記憶された高速回転用目標位置（８００ｎｍ）に到達したか否かを判別する（ＳＴ１４）。この場合の運転制御部８０（ＣＰＵ８１，ＲＯＭ８２）は、移動変位量読込み制御手段，偏差判別手段として働く。
【００６０】
そして、運転制御部８０（ＣＰＵ８１，ＲＯＭ８２）は、テーブル３１の移動変位量が（１０ｍｍ−８００ｎｍ）に至っていない場合つまり高速回転用目標位置（８００ｎｍ）に到達していないと判別［図７のＳＴ１４でＮＯ（Ｎと記してある。）］した場合は、高速回転を続行させる。高速回転用目標位置（８００ｎｍ）に到達していると判別（ＳＴ１４でＹＥＳ）できた場合には、オープンループ制御からクローズドループ制御への切換指令、中速クローズドループ制御用のパルス数および周波数の指定を含む位置決め指令信号ＣＬＳＤを出力する。この指令信号ＣＬＳＤを受信したパルス信号制御部８５は、中速回転用周波数ｆｍの指令パルス信号Ｐｓｚを生成出力する。
【００６１】
すると、位置決め制御回路部９０は、移動変位量検出部６０（９５）から読込んだ移動変位量（分割後検出パルス信号Ｐｓｄ）をフィードバック信号とするクローズドループ制御に切換えかつ生成した中速駆動パルス信号Ｐｄｍをモータドライバ９３に送り、モータ５１を中速回転させる（ＳＴ１５）。テーブル３１は、図８に示す中速（０．００２ｍｍ／ｓ）で移動され、中速回転用の目標位置に向けて位置決めされる。
【００６２】
この中速回転中に、ＣＰＵ８１は移動変位量Ｐｓｄを連続読込み（ＳＴ１６）しつつ、中速回転用の偏差許容値（Ｅｍ＝±６３ｎｍ）に相応するものとしてＲＡＭ８３に設定記憶されている目標位置（６３−α）ｎｍ以内に到達しているか否かを判別する（ＳＴ１７）。この場合も、運転制御部８０（ＣＰＵ８１，ＲＯＭ８２）は、移動変位量読込み制御手段，偏差判別手段として働く。
【００６３】
そして、目標位置（６３−α）ｎｍに到達していないと判別（ＳＴ１７でＮＯ）した場合は、中速回転を続行させる。到達していると判別（ＳＴ１７でＹＥＳ）できた場合、運転制御部８０（８１）は低速クローズドループ制御用のパルス数および周波数の指定を含む位置決め指令信号ＣＬＳＤ２を出力する。この指令信号ＣＬＳＤ２を受信したパルス信号制御部８５は、低速回転用周波数ｆｌの指令パルス信号Ｐｓｚを生成出力する。
【００６４】
すると、位置決め制御回路部９０は、移動変位量検出部６０（９５）から読込んだ移動変位量（分割後検出パルス信号Ｐｓｄ）をフィードバック信号とするクローズドループ制御に切換えたままの状態で低速駆動パルス信号Ｐｄｌをモータドライバ９３に送り、モータ５１を低速回転させる（ＳＴ１８）。テーブル３１は、図８に示す低速（０．０００２ｍｍ／ｓ）で移動され、低速回転用つまり最終の目標位置（±１ｎｍ）に向けて位置決め制御される。
【００６５】
上述の通り、低速回転用周波数ｆｌの値を、オーバーラン発生を防止することができる低速度（０．０００２ｍｍ／ｓ）つまり２００Ｈｚに選択してあるから、低速回転駆動終了時には確実に移動変位量検出部６０の最小分解能（１ｎｍ）および駆動パルス信号Ｐｄｌの移動量（１ｎｍ／１パルス）に相当する高精度（１ｎｍ）で位置決め停止できている筈である。
【００６６】
しかし、この従来の考え方は、位置決め精度が１０ｎｍ程度の位置決め装置［例えば、先提案（特許文献６）の装置］を確立する場合に有効（適合）であるが、特に１ｎｍ以下の高精度位置決めを保証する装置の場合は適合外と言える。
【００６７】
すなわち、本発明を創生するに先立つ試験研究によれば、高精度（１ｎｍ以下）であるが故の固有的外乱の侵入に係る不安定要因が存在することが認められた。つまり、最終位置決め精度（１ｎｍ以下）を安定かつ確実に保証できない事態が生じている。つまり、例えば図１０に示した場合のように、位置決め精度（±１ｎｍ以下）を中心にハンチングが生じ最終位置決めができない事態、結果として±１ｎｍを超える精度で位置決め完了となる事態や、一旦位置決め完了した後に最終位置決め精度（±１ｎｍ）を中心として変動してしまう事態等である。
【００６８】
この原因は、クローズドループ制御による低速回転駆動終了時点において、微妙な機械的振動が発生する場合があり、高分解能（１ｎｍ）の移動変位量検出部６０がその振動を変位量（偏差）として検出しかつ位置決め制御回路部（偏差カウンタ）９０が偏差打消用の低速回転駆動パルス信号Ｐｄｌを生成出力することにある。この偏差打消用の低速回転駆動パルス信号Ｐｄｌは、本来的制御内容から外れた見掛け発生信号（Ｐｄｚ）であって、位置決め制御上、無用であるばかりか有害なものである。
【００６９】
かくして、低速回転駆動終了時点に機械的振動が発生しない構造を具現化すべく検討した。例えば、ステージ１０の要所に重厚な防振ゴムを装着する。ステージ１０（１１，３１等）の機械的な剛性を高くする等である。しかし、いずれも構造複雑化および装置大型化やコスト高を招来する欠点がある。これら欠点を忍受することとしあるいは例えば低速回転用速度を一段と低い値に設定したとしても、機械的振動を完全に払拭することは至難であった。
【００７０】
しかしながら、この固有かつ特殊な問題を解消しなければ、現実的な装置の普及拡大は到底できない。そこで、心ならずも低速回転駆動終了時における機械的振動の発生を前提に詳細検証した結果、位置決め制御終了時に発生する機械的振動は最終位置決め精度（乃至移動変位量検出精度）との関係で決まる一定の時間（期間）内に低速位置決め完了と看做しても支障の無い程度の値に収斂することを検証できた。
【００７１】
具体的には、この実施形態に係るステージ１０の構造（特に、テーブル３１の大きさ…質量０．５ｋｇ）では、Ｚ方向の振幅ｗｚが±１ｎｍ内に減衰するまでの期間（時間長）は１２〜１４ｍＳｅｃであった。最大荷重は上記した１０ｋｇである。これを中心としたステージ１０（テーブル３１）の大型化（例えば、テーブル３１の平面形状を２００ｍｍ×２００ｍｍとする。）あるいは小型化（例えば、１００ｍｍ×１００ｍｍとする。）しても、この程度の大きさ（構造）の違いでは、やはり±１ｎｍを越える振幅は認められなかった。テーブル質量の増減量が最大荷重１０ｋｇに対して非常に小さいからと思われる。因みに、この実施形態（装置…ボールねじ軸）の共振周波数は、約４７０Ｈｚである。
【００７２】
ところで、軸のラジアル方向の振動（振幅）は対数減衰特性に従い減衰しかつゼロに収斂する。しかし、実際にはねじ軸４１の弾性変形（Ｚ方向の圧縮か引張りかで振幅方向のズレの大きさが異なる。）が重畳されるので、収斂（減衰）に必要な時間が長引く。このために上記の１２〜１４ｍＳｅｃでは、収斂し得ない場合がある。かくして、使用状態等を勘案しかつ振幅が±（１〜０．５）ｎｍ以下に減衰するまでの時間は、弾性変形の影響分（６〜８ｍＳｅｃ）を加味した２０ｍＳｅｃが妥当あると確信する。振幅が±１ｎｍ以下に減衰するまでの時間としては十二分であるといえる。
【００７３】
一方において、はねじ軸４１の弾性変形による振幅方向のズレの程度によっては、まだ十分に減衰されていない場合でも、極短時間（例えば、１０ｍＳｅｃ以下）だけインポジション範囲（±１ｎｍ以下）内の値になるケースが見受けられる。図１０（Ａ）において、スケール信号φＡによる評価によれば、極短時間（約１０ｍＳｅｃ）経過後はアウトポジションになる。他方、スケール信号φＡの周波数（例えば、２５Ｈｚ）が同じでも、図１０（Ｂ）の場合は弾性変形による影響が少ないので２０ｍＳｅｃだけインポジション範囲に入っている。図１０（Ｃ）に示す如く、弾性変形による振幅方向が逆として影響する場合は、２０ｍＳｅｃ以上の時間（例えば、３０ｍＳｅｃ）だけインポジション範囲に入っている。したがって、低速回転制御を終了させるための時期（時点）を決定することは、難しいが極めて重要な問題である。
【００７４】
ここにおいて、推定位置決め完了信号出力手段（１００）と制御終了確認信号発生手段（１０５）と確定位置決め完了信号出力手段（１０７）と低速回転制御終了手段（８１、８２）とを設け、確定位置決め完了信号Ｓ３が出力（Ｌ→Ｈレベル）された場合に低速回転制御を強制終了させるように形成してある。
【００７５】
推定位置決め完了信号出力手段は、低速回転中に入力された指令信号（目標位置）Ｐｓｚと移動変位量検出信号Ｐｓｄとの差分を求めかつその差分が予め設定されたインポジション範囲（±１ｎｍ＝±１カウント）内の値であることを条件に推定位置決め完了信号Ｓ１を出力する。この実施の形態では、図９に示す偏差カウンタ１００から形成されている。なお、偏差カウンタ１００は、位置決め制御回路部９０内の偏差カウンタ等を兼用する構造としてもよい。
【００７６】
すなわち、偏差カウンタ１００は、指令パルス信号（Ｐｓｚ）をプラスカウントしかつ検出パルス信号Ｐｓｄをマイナスカウントする。カウント値（偏差）は両パルス信号の差分である。この差分が設定インポジション範囲（±１カウント）内の値であることを条件に、図９、図１１（Ａ）に示す推定位置決め完了信号Ｓ１を出力（Ｈレベル）する。インポジション範囲の値（±１カウント）は、この偏差カウンタ１００に付帯されたスイッチ（インポジション範囲設定手段）１０１を用いて設定されている。
【００７７】
次に、制御終了確認信号発生手段は、推定位置決め完了信号Ｓ１が出力される度に予め設定された時間長の制御終了確認信号Ｓ２を繰返し発生可能な図９のパルス発生器１０５から形成されている。つまり、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、推定位置決め完了信号Ｓ１が出力（Ｈレベル）される度にそれを符号（↑）で示したトリガ信号（Ｌ→Ｈレベル）として制御終了確認信号Ｓ２をその都度に発生（Ｈレベル）する。この実施の形態では図１１（Ｂ）に示すように、再トリガ信号Ｓ１（Ｌ→Ｈレベル）で制御終了確認信号Ｓ２（Ｈレベル）を延長する形式としている。もとより、最後に出力された制御終了確認信号Ｓ２の出力時点は分かる。
【００７８】
この制御終了確認信号Ｓ２の時間長（例えば、２０ｍＳｅｃ）は、内蔵する時間長設定器１０６で設定される。但し、時間長が２０ｍＳｅｃ以上ならよいといって長時間（例えば、３０ｍＳｅｃを超えるような時間）に設定すると無駄時間を費やすことになり、迅速位置決めを阻害する虞がある。つまり、３０ｍＳｅｃを超える時間長を設定することは不利であり、迅速位置決めを阻害する。
【００７９】
確定位置決め完了信号出力手段（図９の完了信号発生器１０７）は、最後に出力された制御終了確認信号Ｓ２が設定時間長（２０ｍＳｅｃ）だけ継続発生(Ｈレベル)されていたことを条件にかつ当該時間長経過時に確定位置決め完了信号Ｓ３を出力（Ｈレベル）する。この実施の形態では、図１１（Ｂ）に示すように２０ｍＳｅｃ経過時（Ｈ→Ｌレベル）に確定位置決め完了信号Ｓ３を出力（Ｌ→Ｈレベル）する。なお、完了信号発生器１０７は、リセット信号（例えば、指令パルス信号Ｐｓｚ）でリセットされる。リセット信号としては、この信号（Ｐｓｚ）に限定されない。
【００８０】
低速回転制御完了手段は、図６に示す低速回転制御完了プログラムを格納させたＲＯＭ８２とこのプログラムを実行するＣＰＵ８１とから形成され、確定位置決め完了信号Ｓ３が出力された場合（図７のＳＴ２０でＹＥＳ）に、低速回転制御を強制終了（ＳＴ２１）させる手段である。この実施の形態では、位置決め制御回路部９０から出力され得る機械的振動等に起因する見掛けのモータ回転制御信号（Ｐｄｚ）をモータドライバ９３側に出力できないように構築してある。したがって、ハンチングを防止することができる。
【００８１】
確定位置決め完了信号Ｓ３が出力されない場合（ＳＴ２０でＮＯ）は、低速回転制御が続行される（ＳＴ１８）。まだ、機械的振動が収斂しきれていないので、インポジション範囲内に維持するための制御を続行させる。この制御は、図１２に示すフィードバック制御エリアＡＰｓｄ内で行われる。分割後検出パルス信号Ｐｓｄによるフィードバック位置決め制御である。なお、指令位置決め制御エリアＡＰｚ内は、指令パルス信号Ｐｓｚによる指令位置決め制御である。
【００８２】
以上では、推定位置決め完了信号出力手段（１００）、制御終了確認信号発生手段（１０５）および確定位置決め完了信号出力手段（１０７）をハードウエア（ロジック回路等）から形成した場合について説明したが、これらは低速回転制御終了手段（８１,８２）の場合と同様にハードウエアおよびソフトウエアにより構築してもよい。また、インポジション範囲設定手段（１０１）および時間長設定器（１０６）も他の構造（設定部７１、ＣＰＵ８１，ＲＯＭ８２,ＲＡＭ８３等）から形成してもよい。
【００８３】
この実施の形態に係る位置決め装置では、図７，図８を参照して、オープンループ制御によりテーブル３１はＺ方向に当該装置（５１等）の許容最高と同じ値の高速（０．５００ｍｍ／ｓ）で移動される。最小分解能が１ｎｍである移動変位量検出部６０を用いて検出したテーブル現在位置が偏差許容値（８００ｎｍ）相当の設定目標位置内に入ると、クローズドループ制御に切換えら、中速（０．００２ｍｍ／ｓ）で移動される。引続き、現在値が偏差許容値（±６３ｎｍ）相当の設定目標位置［（６３−α）ｎｍ］内に入ると、クローズドループ制御のまま、オーバーランの心配がない低速（０．０００２ｍｍ／ｓ）で移動される。
【００８４】
したがって、テーブル移動機構部４０の誤差Ｅ（８００ｎｍ）を打消して±１ｎｍの高精度位置決めを終了するまでの時間を大幅に短縮（０．６８秒＝０．３７＋０．３１）することができる。誤差打消工程を低速回転駆動のみで行なう場合の必要時間は４．００秒（＝８００／２００）である。
【００８５】
低速回転駆動（制御）中、図９に示す偏差カウンタ１００は、指令信号（目標位置）Ｐｓｚと移動変位量検出信号Ｐｓｄとの差分が予め設定されたインポジション範囲（±１ｎｍ＝±１カウント）内の値であることを条件に推定位置決め完了信号Ｓ１を出力する［図１０（Ｂ），（Ｃ）、図１１（Ａ）］。
【００８６】
図９のパルス発生器１０５は、推定位置決め完了信号Ｓ１が出力されると設定時間長（２０ｍＳｅｃ）の制御終了確認信号Ｓ２を発生［図１１（Ａ）］する。推定位置決め完了信号Ｓ１が出力される度に繰返し発生［図１１（Ｂ）］されている。
【００８７】
図９の完了信号発生器１０７は、最後に発生された制御終了確認信号Ｓ２が設定時間長（２０ｍＳｅｃ）だけ継続発生(Ｈレベル)されていたことを条件にかつ２０ｍＳｅｃ経過時（Ｈ→Ｌレベル）に確定位置決め完了信号Ｓ３を出力（Ｌ→Ｈレベル）する［図１１（Ａ）］。機械的振動の周波数の高低に拘わらずに正確な減衰期間管理を行なえる。
【００８８】
ここに、低速回転制御完了手段（８１，８２）は、確定位置決め完了信号Ｓ３が出力された場合（図７のＳＴ２０でＹＥＳ）に、低速回転制御を強制終了（ＳＴ２１）させる。図６の位置決め制御回路部９０から出力され得るモータ回転制御信号（Ｐｄｌ）をモータドライバ９３側に出力できない。
【００８９】
すなわち、推定位置決め完了信号Ｓ１が出力された以降は、図１２（Ａ）に示す如く、指令位置決め制御エリアＡＰｚ内での指令パルス信号Ｐｓｚによる指令位置決め制御と、これに引き続くフィードバック制御エリアＡＰｓｄ内での分割後検出パルス信号Ｐｓｄによるフィードバック位置決め制御とが行われる。フィードバック位置決め制御終了後の機械的振動の減衰期間中に、極短時間の推定位置決め完了信号Ｓ１ｔが再出力された場合、制御終了確認信号Ｓ２は再出力される（延長）が確定位置決め完了信号Ｓ３は出力されない。再出力された制御終了確認信号Ｓ２が２０ｍＳｅｃだけ継続されていた場合に、確定位置決め完了信号Ｓ３が出力される。
【００９０】
この通常的で実際的なケースの下に、比較便宜のためにテーブル３１を介してねじ軸４１に人為的な軽い外力（片手で一瞬叩いてみた。）を強制的に加えた場合を、図１２（Ｂ）に示す。同図において、フィードバック位置決め制御終了後に加えた外力に起因する機械的振動が発生すると、短時間内に多数の推定位置決め完了信号Ｓ１ｍが繰り返し出力される。しかし、各推定位置決め完了信号Ｓ１ｍはいずれも２０ｍＳｅｃ以内で消失してしまう。つまり、最後に出力され制御終了確認信号Ｓ２が２０ｍＳｅｃだけ継続されていないから、確定位置決め完了信号Ｓ３は出力されない。つまり、インポジション範囲内に確実に追い込める。すなわち、安定した位置決め制御を確実に担保できかつ何時でも何処で使用しても高精度（±１ｎｍ）位置決めを保障できる。
【００９１】
この低速回転駆動・制御を含む全域をモータ連続駆動により制御するので、粗動（ねじ軸駆動）および微動（ピエゾアクチュエータ駆動）の切換構造の欠点を一掃することができる。つまり、移動変位量を大きくでき、連続駆動による移動時間の短縮ができ、ボールねじ軸４１を傾斜状態や垂直状態としても使用でき、垂直状態でかつ負荷を引上げる態様でも使用できる。
【００９２】
しかして、この実施の形態によれば、テーブル移動機構部４０をリード１ｍｍ以下のねじ軸４１を利用した全域ねじ回転駆動型とし、動力付与部５０をステッピングモータ５１等を含むモータ回転駆動型としかつ位置決め制御回路部９０から生成出力されたモータ回転制御信号（Ｐｄ）に基づきテーブル３１を最小で１ｎｍずつ移動可能に形成し、移動変位量検出部６０を明・暗線が２μｍの３つの光学格子６１ｆ，６３Ｓ，６３Ｔおよび信号分割数が２０００の信号分割回路９５を含み１パルス当たり１ｎｍの移動変位量検出信号（Ｐｓｄ）を生成出力可能に形成し、位置決め制御回路部９０をオープンループ制御による高速回転，クローズドループ制御による中速および低速回転をこの順序で切換え出力可能かつ高速回転速度を最大回転速度としかつ低速回転速度をオーバーラン発生防止可能な最小回転速度として回転制御可能に形成し、さらに推定位置決め完了信号出力手段（１００）と制御終了確認信号発生手段（１０５）と確定位置決め完了信号出力手段（１０７）とを設け、低速回転中に設定時間（２０ｍＳｅｃ）継続してインポジション範囲内にある場合に低速回転制御を終了させる構成であるから、１ｎｍの高精度位置決めを迅速かつ安定して行なえる全域ねじ駆動型の小型軽量なテーブル位置決め装置を提供することができる。
【００９３】
また、インポジション範囲の値が±１カウントに設定されかつ設定時間長が２０〜３０ｍＳｅｃの中から任意の値に選択設定できるから、設置環境や使用状態に対する適応性が広い。
【００９４】
推定位置決め完了信号出力手段、制御終了確認信号発生手段および確定位置決め完了信号出力手段が、ハードウエア（１００、１０５、１０７）から形成されているので、迅速処理できる。ＣＰＵ８１等のデータ処理負担も軽減できる。
【００９５】
また、移動変位量検出部６０がステージ１０内に収容されているので、テーブル３１をベース１１から分解取外ししなくても、モアレ調整等を外部から簡単に行なえるとともに、使用中は密閉状態となるから塵芥の侵入や付着を防止できる。
【００９６】
また、各第３光学格子６３Ｔが１箇所に集められかつインデックススケール６３の長さ方向に接近配設されているので、Ｚ方向の装置寸法をより小型化できるとともに、第１光学格子６１Ｆを含む平面に対する平行度をより簡単かつ迅速に確立できる。
【００９７】
（第２の実施の形態）
この実施の形態は、基本的構成（１０、４０、５０、６０、９０，１００、１０５、１０７等）およびこれらの機能が第１の実施形態の場合（図１〜図１２）と同様とされているが、以下の点が異なる。
【００９８】
すなわち、テーブル３１を最小で０．５ｎｍずつ移動可能に形成し、信号分割回路９５の信号分割数が４０００とされかつ１パルス当たり０．５ｎｍの移動変位量検出信号Ｐｓｄを生成出力可能に形成されている。また、ドライブ分割数は、“４０００”とされている。したがって、動力付与部５０は、位置決め制御回路部９０から出力されたモータ回転制御信号（回転駆動パルス信号Ｐｄ）に基づきボールねじ軸（４１）を回転駆動してテーブル３１をＺ方向に最小で０．５ｎｍ［＝リード（１ｎｍ）×ステップ角度（１／５００）×ドライバ分割数（１／４０００）］ずつ移動可能である。
【００９９】
したがって、この実施の形態によれば、第１の実施形態の場合と同様な効果を奏することができかつ０．５ｎｍの超高精度位置決めを迅速に行なえる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、テーブルを高精度（±１ｎｍ以下）で迅速に位置決めできかつ安定動作を担保できる。特に、ナノテク試験研究（例えば、光ファイバーの調芯，微細近接場での測定等）で必要とするテーブル位置決めに極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るステージを説明するための平面図である。
【図２】同じく、ステージを説明するための側面図である。
【図３】同じく、テーブルを取外した状態のステージを説明するための示す平面図である。
【図４】同じく、図３の矢視線Ａ−Ａに基づく側断面図である。
【図５】同じく、図４の矢視線Ｂ−Ｂに基づく横断面図である。
【図６】同じく、位置決め駆動制御ユニットを説明するためのブロック図である。
【図７】同じく、位置決め駆動制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】同じく、位置決め駆動制御動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】同じく、推定位置決め完了信号出力手段、制御終了確認信号発生手段および確定位置決め完了信号出力手段を説明するためのブロック図である。
【図１０】同じく、移動変位量検出量の変動による偏差とインポジション範囲との関係を説明するためのタイミングチャートで、（Ａ）はインポジション状態が２０ｍＳｅｃ以下の場合、（Ｂ）はインポジション状態が２０ｍＳｅｃの場合、（Ｃ）はインポジション状態が２０ｍＳｅｃ以上の場合を示す。
【図１１】同じく、位置決め完了信号等の関係を説明するためのタイミングチャートで、（Ａ）は推定位置決め完了信号が単発的に出力された場合、（Ｂ）は推定位置決め完了信号が繰り返し出力された場合を示す。
【図１２】同じく、位置決め完了信号等の関係を説明するためのタイミングで、（Ａ）機械的振動の影響が無い場合、（Ｂ）は人為的に与えた外力による機械的振動の影響がある場合を示す。
【符号の説明】
【０１０２】
１０ ステージ
１１ ベース
３１ テーブル
４０ テーブル移動機構部
４１ ねじ軸（ボールねじ軸）
４５ ナット部材
５０ 動力付与部
５１ ステッピングモータ
５５ モータドライバ
６０ 移動変位量検出部
６１ メインスケール
６３ インデックススケール
７０ 位置決め駆動制御ユニット
８０ 運転制御部
９０ 位置決め制御回路部（偏差カウンタ等を含む）
９３ モータドライバ
９５ 信号分割回路
１００ 偏差カウンタ（推定位置決め完了信号出力手段）
１０５ パルス発生器（制御終了確認信号発生手段）
１０７ 完了信号発生器（確定位置決め完了信号出力手段）
Ｚ 基軸線
Ｐｄ 駆動パルス信号（モータ回転制御信号）
Ｐｄｈ 高速駆動パルス信号（高速回転用モータ回転制御信号）
Ｐｄｍ 中速回転駆動パルス信号（中速回転用モータ回転制御信号）
Ｐｄｌ 低速駆動パルス信号（低速回転用モータ回転制御信号）
Ｐｄｚ 機械的振動に起因する見掛け駆動パルス信号
Ｐｓｄ 分割後検出パルス信号（移動変位量検出信号）
Ｓ１ 推定位置決め完了信号（トリガ信号）
Ｓ２ 制御終了確認信号
Ｓ３ 確定位置決め完了信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージを構成するテーブルをベースに対して移動可能なテーブル移動機構部と、このテーブル移動機構部に移動用動力を付与する動力付与部と、テーブルの移動変位量を検出する移動変位量検出部と、テーブルを目標位置に位置決めするためのモータ回転制御信号を動力付与部へ生成出力する位置決め制御回路部とを具備するテーブル位置決め装置において、
前記テーブル移動機構部が、ねじ軸を利用したねじ回転駆動型とされかつねじリードが１ｍｍ以下に選択され、
前記動力付与部が、ステッピングモータおよびモータドライバを含むモータ回転駆動型とされかつ該ステッピングモータをねじ軸に直結するとともに前記位置決め制御回路部から生成出力されたモータ回転制御信号に基づきねじ軸を回転駆動して前記テーブルを最小で１ｎｍずつ移動可能に形成され、
前記移動変位量検出部が、３つの光学格子および信号分割回路を含み各光学格子の明線および暗線がそれぞれ２μｍとされかつ信号分割回路の信号分割数が２０００とされるとともに１パルス当たり１ｎｍの移動変位量検出信号を生成出力可能に形成され、
前記位置決め制御回路部が、オープンループ制御による高速回転用，クローズドループ制御による中速回転用および低速回転用のモータ回転制御信号をこの順序で切換え出力可能であるとともに高速回転速度を最大回転速度としかつ低速回転速度をオーバーラン発生防止可能な最小回転速度として回転制御可能に形成され、
低速回転中に入力された前記目標位置である指令信号と前記移動変位量検出信号との差分を求めかつその差分が予め設定されたインポジション範囲内の値であることを条件に推定位置決め完了信号を出力する推定位置決め完了信号出力手段と、推定位置決め完了信号が出力される度に予め設定された時間長の制御終了確認信号を繰返し発生可能な制御終了確認信号発生手段と、最後に出力された制御終了確認信号が当該時間長だけ継続発生されていたことを条件にかつ当該時間長経過時に確定位置決め完了信号を出力する確定位置決め完了信号出力手段とを設け、
確定位置決め完了信号が出力された場合に該低速回転制御を終了させるように形成されている、テーブル位置決め装置。
【請求項２】
請求項１のテーブル位置決め装置において、
前記インポジション範囲の値が±１カウントに設定されかつ前記設定時間長が２０〜３０ｍＳｅｃの中から選択された値に設定されている、テーブル位置決め装置。
【請求項３】
ステージを構成するテーブルをベースに対して移動可能なテーブル移動機構部と、このテーブル移動機構部に移動用動力を付与する動力付与部と、テーブルの移動変位量を検出する移動変位量検出部と、テーブルを目標位置に位置決めするためのモータ回転制御信号を動力付与部へ生成出力する位置決め制御回路部とを具備するテーブル位置決め装置において、
前記テーブル移動機構部が、ねじ軸を利用したねじ回転駆動型とされかつねじリードが１ｍｍ以下に選択され、
前記動力付与部が、ステッピングモータおよびモータドライバを含むモータ回転駆動型とされかつ該ステッピングモータをねじ軸に直結するとともに前記位置決め制御回路部から生成出力されたモータ回転制御信号に基づきねじ軸を回転駆動して前記テーブルを最小で０．５ｎｍずつ移動可能に形成され、
前記移動変位量検出部が、３つの光学格子および信号分割回路を含み各光学格子の明線および暗線がそれぞれ２μｍとされかつ信号分割回路の信号分割数が４０００とされるとともに１パルス当たり０．５ｎｍの移動変位量検出信号を生成出力可能に形成され、
前記位置決め制御回路部が、オープンループ制御による高速回転用，クローズドループ制御による中速回転用および低速回転用のモータ回転制御信号をこの順序で切換え出力可能であるとともに高速回転速度を最大回転速度としかつ低速回転速度をオーバーラン発生防止可能な最小回転速度として回転制御可能に形成され、
低速回転中に入力された前記目標位置である指令信号と前記移動変位量検出信号との差分が予め設定されたインポジション範囲内の値であることを条件に推定位置決め完了信号を出力可能で、推定位置決め完了信号が出力される度に予め設定された時間長の制御終了確認信号を繰返し発生可能であるとともに最後に出力された制御終了確認信号が当該時間長だけ継続発生されていたことを条件にかつ当該時間長経過時に確定位置決め完了信号を出力可能に形成し、この確定位置決め完了信号が出力された場合に該低速回転制御を終了させるように形成されている、テーブル位置決め装置。
【請求項１】
ステージを構成するテーブルをベースに対して移動可能なテーブル移動機構部と、このテーブル移動機構部に移動用動力を付与する動力付与部と、テーブルの移動変位量を検出する移動変位量検出部と、テーブルを目標位置に位置決めするためのモータ回転制御信号を動力付与部へ生成出力する位置決め制御回路部とを具備するテーブル位置決め装置において、
前記テーブル移動機構部が、ねじ軸を利用したねじ回転駆動型とされかつねじリードが１ｍｍ以下に選択され、
前記動力付与部が、ステッピングモータおよびモータドライバを含むモータ回転駆動型とされかつ該ステッピングモータをねじ軸に直結するとともに前記位置決め制御回路部から生成出力されたモータ回転制御信号に基づきねじ軸を回転駆動して前記テーブルを最小で１ｎｍずつ移動可能に形成され、
前記移動変位量検出部が、３つの光学格子および信号分割回路を含み各光学格子の明線および暗線がそれぞれ２μｍとされかつ信号分割回路の信号分割数が２０００とされるとともに１パルス当たり１ｎｍの移動変位量検出信号を生成出力可能に形成され、
前記位置決め制御回路部が、オープンループ制御による高速回転用，クローズドループ制御による中速回転用および低速回転用のモータ回転制御信号をこの順序で切換え出力可能であるとともに高速回転速度を最大回転速度としかつ低速回転速度をオーバーラン発生防止可能な最小回転速度として回転制御可能に形成され、
低速回転中に入力された前記目標位置である指令信号と前記移動変位量検出信号との差分を求めかつその差分が予め設定されたインポジション範囲内の値であることを条件に推定位置決め完了信号を出力する推定位置決め完了信号出力手段と、推定位置決め完了信号が出力される度に予め設定された時間長の制御終了確認信号を繰返し発生可能な制御終了確認信号発生手段と、最後に出力された制御終了確認信号が当該時間長だけ継続発生されていたことを条件にかつ当該時間長経過時に確定位置決め完了信号を出力する確定位置決め完了信号出力手段とを設け、
確定位置決め完了信号が出力された場合に該低速回転制御を終了させるように形成されている、テーブル位置決め装置。
【請求項２】
請求項１のテーブル位置決め装置において、
前記インポジション範囲の値が±１カウントに設定されかつ前記設定時間長が２０〜３０ｍＳｅｃの中から選択された値に設定されている、テーブル位置決め装置。
【請求項３】
ステージを構成するテーブルをベースに対して移動可能なテーブル移動機構部と、このテーブル移動機構部に移動用動力を付与する動力付与部と、テーブルの移動変位量を検出する移動変位量検出部と、テーブルを目標位置に位置決めするためのモータ回転制御信号を動力付与部へ生成出力する位置決め制御回路部とを具備するテーブル位置決め装置において、
前記テーブル移動機構部が、ねじ軸を利用したねじ回転駆動型とされかつねじリードが１ｍｍ以下に選択され、
前記動力付与部が、ステッピングモータおよびモータドライバを含むモータ回転駆動型とされかつ該ステッピングモータをねじ軸に直結するとともに前記位置決め制御回路部から生成出力されたモータ回転制御信号に基づきねじ軸を回転駆動して前記テーブルを最小で０．５ｎｍずつ移動可能に形成され、
前記移動変位量検出部が、３つの光学格子および信号分割回路を含み各光学格子の明線および暗線がそれぞれ２μｍとされかつ信号分割回路の信号分割数が４０００とされるとともに１パルス当たり０．５ｎｍの移動変位量検出信号を生成出力可能に形成され、
前記位置決め制御回路部が、オープンループ制御による高速回転用，クローズドループ制御による中速回転用および低速回転用のモータ回転制御信号をこの順序で切換え出力可能であるとともに高速回転速度を最大回転速度としかつ低速回転速度をオーバーラン発生防止可能な最小回転速度として回転制御可能に形成され、
低速回転中に入力された前記目標位置である指令信号と前記移動変位量検出信号との差分が予め設定されたインポジション範囲内の値であることを条件に推定位置決め完了信号を出力可能で、推定位置決め完了信号が出力される度に予め設定された時間長の制御終了確認信号を繰返し発生可能であるとともに最後に出力された制御終了確認信号が当該時間長だけ継続発生されていたことを条件にかつ当該時間長経過時に確定位置決め完了信号を出力可能に形成し、この確定位置決め完了信号が出力された場合に該低速回転制御を終了させるように形成されている、テーブル位置決め装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２６０９４（Ｐ２００９−２６０９４Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８８９５５（Ｐ２００７−１８８９５５）
【出願日】平成１９年７月２０日（２００７．７．２０）
【出願人】（３９４０２２９６７）シグマテック株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２０日（２００７．７．２０）
【出願人】（３９４０２２９６７）シグマテック株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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