パラレルリンクステージおよび光学素子測定装置
【課題】パラレルリンクステージおよび光学素子測定装置において、パラレルリンク機構の並列方向に沿う可動部材の回転範囲を向上することができるとともに可動部材およびパラレルリンク機構によって囲まれる領域の中心部に開放空間を形成することができるようにする。
【解決手段】パラレルリンクステージ１は、回転軸線Ｃ回りに回転可能に支持された回転台部２と、回転台部２を回転軸線Ｃ回りに回転させるモータ１０と、回転台部２と間隔をあけて配置される可動部材３と、回転台部２および可動部材３の間で回転軸線Ｃを取り囲むように周方向に間隔をあけて少なくとも３箇所で回転台部２および可動部材３を連結し、回転台部２に対する可動部材３の各連結距離を変化させるパラレルリンク機構４と、パラレルリンク機構４およびモータ１０の動作制御を行うことにより、可動部材３の位置制御および姿勢制御を行う制御ユニット５０と、を備える。
【解決手段】パラレルリンクステージ１は、回転軸線Ｃ回りに回転可能に支持された回転台部２と、回転台部２を回転軸線Ｃ回りに回転させるモータ１０と、回転台部２と間隔をあけて配置される可動部材３と、回転台部２および可動部材３の間で回転軸線Ｃを取り囲むように周方向に間隔をあけて少なくとも３箇所で回転台部２および可動部材３を連結し、回転台部２に対する可動部材３の各連結距離を変化させるパラレルリンク機構４と、パラレルリンク機構４およびモータ１０の動作制御を行うことにより、可動部材３の位置制御および姿勢制御を行う制御ユニット５０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラレルリンクステージおよび光学素子測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基台と可動部材（エンドエフェクタ）とが複数の駆動軸によって並列に接続されているパラレルリンク機構としては、複数本の直線状の駆動軸を伸縮させて可動部材の位置および姿勢を制御する構成のスチュワートプラットフォーム型が広く知られている。このうち駆動軸が基台および可動部材の周方向に６本設けられているものは、並進３自由度と回転３自由度の計６自由度の相対運動が可能である。このようなパラレルリンク機構は、可動部材上にワークや被測定体を配置して、基台に対するワークや被測定体の位置および姿勢を制御するパラレルリンクステージとして用いられている。なお、駆動軸の代わりに固定長のリンクで、リンクの連結部をアクチュエータで回転、あるいは直進駆動させることでパラレルリンク機構を構成したものも知られている。
このような構成のパラレルリンクステージは、例えば、多関節ロボット等のシリアルリンク機構と比較して、高い剛性、高精度位置決めなどを有しているものの、可動範囲は狭くなっていた。特に、パラレレリンク機構の並列方向に沿う回転範囲が狭いため、可動部材上に保持されたワークや被測定体を、可動部材の法線回りあるいは基台の法線回りに回転させようとすると、あまり大きな回転範囲がとれないという問題があった。
このため、従来、可動部材に保持するワークや被測定体等の可動部材を法線回りあるいは基台の法線回りの回転範囲を増大させることができるパラレルリンクステージが提案されている。
このようなパラレルリンクステージとして、例えば、特許文献１には、パラレルリンク機構によるロール軸回りの回転角を増幅するロール軸回転角増幅機を備えることで、ロール軸回りの回転範囲を増大させた駆動装置が提案されている。
また、特許文献２には、ツール等の可動部材やテーブルを取り付けるための出力フランジ(装着部)を移動板上に回転可能に配備し、出力フランジを回転させるための駆動装置となるサーボモータを移動板に一体的に組み込んで配備することで、回転自由度を向上させたパラレルリンク機構が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３５３８４８号公報
【特許文献２】特開２０００−１３０５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来のパラレルリンクステージには、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、ロール軸回転角度増幅機によってパラレルリンクによるロール軸回り（基台の法線回り）の回転を増幅して回転角度の範囲を増大させているものの、まだ１回転未満の狭い回転範囲にすぎないという問題がある。
また、ロール軸回転角度増幅機によって、パラレルリンク機構の回転角度が増幅されるため、パラレルリンク機構の回転の誤差も増幅されてしまう。そのため、ロール軸回りの回転精度は他の回転方向の回転精度に比べて劣るという問題がある。
また、ロール軸回転角度増幅機の低速軸と接合させる固定リンクを設ける必要があるため、並進３自由度の移動ができなくなるという問題がある。
特許文献２に記載の技術では、移動板にサーボモータを配置して移動板上にある出力フランジを回転させるため、移動板のある上部が重くなってしまい、移動板を駆動させるリンクのアクチュエータの出力を大きくとらなければならない。また、移動板に配置したサーボモータが移動板の動作の際にリンク等へ干渉しないようにするために、移動板下部の空間を大きく取らなければならない。したがって、全体として装置が大型化してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、パラレルリンク機構の並列方向に沿う可動部材の回転範囲を向上することができるとともに、可動部材およびパラレルリンク機構によって囲まれる領域の中心部に開放空間を形成することができるパラレルリンクステージおよび光学素子測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明のパラレルリンクステージは、回転軸線回りに回転可能に支持された回転台部と、該回転台部を前記回転軸線回りに回転させる回転アクチュエータ部と、前記回転台部に対して間隔をあけて配置される可動部材と、前記回転台部および前記可動部材の間で前記回転軸線を取り囲むように周方向に間隔をあけて、少なくとも３箇所で前記回転台部および前記可動部材を連結し、各連結位置で前記回転台部に対する前記可動部材の各連結距離を変化させるパラレルリンク機構と、該パラレルリンク機構および前記回転アクチュエータ部の動作制御を行うことにより、前記可動部材の位置制御および姿勢制御を行う制御部と、を備える構成とする。
【０００７】
また、本発明のパラレルリンクステージでは、前記回転台部および前記回転アクチュエータ部のそれぞれの前記回転軸線を含む領域には、前記回転軸線に沿う方向に貫通する中空孔部が設けられた構成とすることが可能である。
【０００８】
また、本発明のパラレルリンクステージでは、前記回転台部および前記回転アクチュエータ部にまたがって前記回転軸線と同軸となるように取り付けられ、前記回転アクチュエータの静止時および回転時に前記パラレルリンク機構と前記制御部とを電気的に接続する回転コネクタを備え、該回転コネクタの前記前記回転軸線を含む領域には、前記回転軸線に沿う方向に貫通する中空孔部が設けられた構成とすることが可能である。
【０００９】
また、本発明の中空孔部が設けられたパラレルリンクステージでは、前記可動部材は、前記中空孔部に対向する位置に、厚さ方向に貫通する貫通孔を備えた構成とすることが可能である。
【００１０】
本発明の光学素子測定装置は、上記パラレルリンクステージと、前記可動部材上に設けられ、該可動部材の前記貫通孔上に光学素子を保持する光学素子保持部と、前記回転アクチュエータ部側から前記中空孔部に対向する位置に配置され、該中空孔部および前記可動部材の前記貫通孔を通して前記光学素子の測定を行う測定部と、を備えた構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のパラレルリンクステージおよび光学素子測定装置によれば、回転アクチュエータ部によって回転台部上に設けられたパラレルリンク機構および可動部材をパラレルリンク機構の並列方向に沿う方向に回転させることができるので、パラレルリンク機構の並列方向に沿う可動部材の回転範囲を向上することができるとともに、可動部材およびパラレルリンク機構によって囲まれる領域の中心部に開放空間を形成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパラレルリンクステージの外観を示す模式的な斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るパラレルリンクステージの制御部の機能ブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るパラレルリンクステージおよび光学素子測定装置の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１４】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るパラレルリンクステージについて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るパラレルリンクステージの外観を示す模式的な斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係るパラレルリンクステージの制御部の機能ブロック図である。
【００１５】
本実施形態のパラレルリンクステージ１は、例えば、被測定体やワークなどの被保持体を高精度に位置調整および姿勢調整して保持することができるステージである。パラレルリンクステージ１は、ステージ単体として用いることもできるが、例えば、図示しない測定装置や組立装置などに組み込んで用いることができる。
以下では簡単のため、パラレルリンクステージ１は、孔あきベース７０で構成される水平面上に取り付けられ、パラレルリンクステージ１の上側に被保持体を保持し、一定の基準水平面を保持の中立位置として、被保持体の位置、姿勢を変化させる場合の例で説明する。ただし、パラレルリンクステージ１は、用途に応じて、これとは異なる向き、例えば、横向き、下向きなどの任意の向きに配置することができる。
パラレルリンクステージ１の概略構成は、図１、２に示すように、モータ１０（回転アクチュエータ部）、回転台部２、可動部材３、パラレルリンク機構４、および制御ユニット５０（制御部）を備えている。
【００１６】
モータ１０は、パラレルリンクステージ１を高さ方向の位置決めして設置面に固定する固定面２０ａを有する固定部２０と、固定部２０に対向して配置され、固定面２０ａに直交する回転軸線Ｃを中心として回転可能に保持された回転部２１とを備え、固定部２０に対する回転部２１の回転軸線Ｃ回りの回転位置の位置決めを行う扁平な位置決めモータである。本実施形態では、ＤＤ（ダイレクトドライブ）モータを採用している。
【００１７】
固定部２０の形状は、図１に示すように、固定面２０ａ側が平面視略矩形状の板状とされ、図２に示すように、この上面側（固定面２０ａと反対側）に同心円状の内周円筒部２０ｃおよび外周円筒部２０ｂが立設され、内周円筒部２０ｃの内周側に軸方向に貫通する孔部が形成されている。また、固定面２０ａには、後述するスケール２４およびエンコーダ２５を収容するため、内周円筒部２０ｃと同軸で内周円筒部２０ｃの外形よりも大径で下側に開口する穴部２０ｄが設けられている。
固定面２０ａの上側に形成された、内周円筒部２０ｃと外周円筒部２０ｂとの間の溝部には、内周円筒部２０ｃの外周面を基端として径方向に延ばされた複数のステータコイル２２が設けられている。
また、穴部２０ｄの径方向の内壁部には、スケール２４から回転位置の絶対位置情報を取得するエンコーダ２５が設けられている。エンコーダ２５としては、例えば、光学式のロータリエンコーダを採用することができる。
【００１８】
回転部２１の形状は、上面側（固定部２０との対向方向反対側）に平面視ドーナツ状の平面からなる取付面２１ｆが形成された円環板２１ａと、この円環板の内縁部に下方側（固定部２０側）に立設され、内周側に軸方向に貫通する円筒内周面２１ｃが形成された円筒軸部２１ｂと、円筒軸部２１ｂを取り囲む外周側に円環板２１ａから円筒軸部２１ｂと同方向に同軸に立設された外周円筒部２１ｅとを備える。
円筒軸部２１ｂは、固定部２０の内周円筒部２０ｃの内径よりもわずかに小径の外径を有し、内周円筒部２０ｃの内周部に外輪が装着された２つの軸受２７の内輪に挿入され、固定部２０に対して回転軸線Ｃ回りに回転可能に取り付けられている。
また、外周円筒部２１ｅは、外周円筒部２０ｂの内径よりもわずかに小径の外径を有し、外周円筒部２０ｂの内周面に外輪が挿入された軸受２７の内輪に挿入され、固定部２０に対して回転軸線Ｃ回りに回転可能に取り付けられている。
【００１９】
このような取付状態で、回転部２１の取付面２１ｆは、固定部２０の固定面２０ａに対して平行状態を保って、回転軸線Ｃ回りに回転することができるようになっている。
また、このような取り付け状態で、円筒軸部２１ｂの先端部は穴部２０ｄ内に突出されている。この円筒軸部２１ｂの先端部の外周には、エンコーダ２５によって回転位置情報を検出するため、エンコーダパルスを発生させる形状パターンが形成された円板状のスケール２４が外嵌されている。
また、外周円筒部２１ｅの内周面には、ステータコイル２２の先端とわずかな隙間を隔てて対向するように磁石２３が設けられている。
また、固定部２０の穴部２０ｄの開口部には、円筒軸部２１ｂの内径と略同径の内径、好ましくは円筒軸部２１ｂの内径よりもわずかに大きい内径を有する円環板からなる蓋部材２６が内嵌されている。これにより、穴部２０ｄ内のエンコーダ２５およびスケール２４と、円筒軸部２１ｂの先端面とが、固定面２０ａ側から覆われている。
このような構成により、円筒内周面２１ｃおよび蓋部材２６の内周面は、回転軸線Ｃを含む領域に回転軸線Ｃに沿う方向に貫通する中空孔部を構成している。
【００２０】
モータ１０のステータコイル２２およびエンコーダ２５は、動力線、信号線などを含むケーブル５５を介して、制御ユニット５０と電気的に接続されている。これにより、モータ１０は、制御ユニット５０からステータコイル２２およびエンコーダ２５に電力供給を受けるとともに回転位置制御のための制御信号を受信し、回転位置情報を表すエンコーダ出力信号を制御ユニット５０に送信できるようになっている。
【００２１】
回転台部２は、図２に示すように、中心部に貫通孔２ｃを有し、モータ１０の回転部２１の外径を略同じ外径を有するドーナツ状の孔あき円板部材である。
回転台部２は、貫通孔２ｃの中心が回転軸線Ｃと略同軸となるように、モータ１０の回転部２１の取付面２１ｆ上に下面２ａが重ねて配置され、不図示のねじ等によって、回転部２１に固定されている。
このため、回転台部２は、モータ１０によって、１つの回転軸線Ｃ回りに回転可能に支持されている。また、モータ１０は、回転台部２を回転軸線Ｃ回りに回転させる回転アクチュエータ部を構成している。
また、回転台部２の貫通孔２ｃは、回転軸線Ｃを含む領域に回転軸線Ｃに沿う方向に貫通する中空孔部を構成している。
【００２２】
可動部材３は、被保持体を保持するための部材であり、本実施形態では、中心に貫通孔３ｃを有し、全体として、回転台部２の外形よりも小さい外径を有するドーナツ状の孔あき円板状の部材からなる。
可動部材３の図示上側は、被保持体を保持する平面であるステージ面３ａとされ、ステージ面３ａの裏面側（下側）のリンク連結面３ｂは、特に図示しないが、回転台部２の上面２ｂ上に設けられたパラレルリンク機構４を取り付ける適宜形状が設けられている。
このため、可動部材３は、パラレルリンク機構４によって回転台部２と間隔をあけた状態で、回転台部２の上方に支持されている。
貫通孔３ｃの大きさや形状は、被保持体をステージ面３ａ上に保持できる大きさや形状であれば、適宜の大きさに設定することができる。本実施形態の貫通孔３ｃは、ステージ面３ａに直交する高精度の円筒面によって形成され、貫通孔３ｃの内周面や開口形状を可動部材３の位置検出や位置出しの基準としても用いることができるようになっている。
【００２３】
パラレルリンク機構４は、回転台部２および可動部材３の間で回転軸線Ｃを取り囲むように周方向に間隔をあけて、６箇所で回転台部２よび可動部材３を連結し、各連結位置で回転台部２に対する可動部材３の各連結距離を変化させるものである。
本実施形態のパラレルリンク機構４は、同一の構成を有する６組の可動リンク５が、図１に示すように、回転台部２の上面２ｂの外周側位置、および可動部材３のリンク連結面３ｂの外周側位置に、それぞれ連結されている。
可動部材３における可動リンク５の連結位置は、貫通孔３ｃの中心に中心が一致する円周上で２つずつ周方向に等距離で近接して隣接された３組の連結位置が、円周上を３等分する位置関係に配列されている。
また、回転台部２における可動リンク５の連結位置は、回転軸線Ｃを中心とする円周上で２つずつ周方向に等距離で近接して隣接された３組の連結位置が、円周上を３等分する位置関係に配列されている。
ただし、回転台部２において組をなす２つずつの連結位置の間の距離は、可動部材３において組をなす２つずつの連結位置の間の距離よりも大きい設定とされている。
【００２４】
本実施形態では、回転台部２上の６つの連結位置は、周方向に略等分された６位置となっている。このような配置とすれば、回転台部２に対する各可動リンク５の連結に要するスペースを、回転台部２上で等分することができるので、連結位置を不等間隔に設定する場合に比べて、回転台部２の外径を小径化することができる。
【００２５】
各可動リンク５は、リンク部材８、および直動アクチュエータ６を備える。
リンク部材８は、一端側が、例えば、球面軸受けやユニバーサルジョイント等からなる可動側回動継手９ｂを介して可動部材３のリンク連結面３ｂに回動可能に取り付けられた一定長さの棒状部材であり、他端側は、例えば、球面軸受けやユニバーサルジョイント等らなる固定側回動継手９ａを介して回動可能な状態で直動アクチュエータ６に固定されている。
可動側回動継手９ｂは、リンク連結面３ｂの外周側の連結位置で、２つ１組で近接されこれら３組が周方向に１２０°ピッチをなすように取り付けられている。
【００２６】
直動アクチュエータ６は、固定側回動継手９ａを介して回動可能に連結されたリンク部材８の他端部を、回転台部２側から可動部材３側に向かって、回転軸線Ｃに対する傾斜角度が、例えば０°〜４５°の角度をなす斜め方向の軸線に沿って移動させる直動機構である。
本実施形態の直動アクチュエータ６は、例えば、三角ブロック状の支持ブロック６ｂ上に斜め方向の軸線に沿って延ばして取り付けられたガイドレール６ａに沿って直線移動可能に設けられたスライダ７を、例えば、ボールネジ、ナット、およびステッピングモータなどを備える不図示のボールネジ送り機構によって駆動する構成を採用している。これにより、スライダ７に回動可能に固定された固定側回動継手９ａを介して、リンク部材８の他端部を直動移動させることができるようになっている。
【００２７】
このような構成の直動アクチュエータ６は、支持ブロック６ｂを介して、回転台部２上の連結位置に、位置決めされた状態でそれぞれ固定されている。
このため、各可動リンク５は、回転台部２と可動部材３との間で、回転台部２の貫通孔２ｃ、可動部材３の貫通孔３ｃ、および回転軸線Ｃを取り囲むように周方向に間隔をあけて配置されている。これにより、回転台部２と可動部材３との間には、６組の可動リンク５に囲まれる内側の中心部に開放空間が形成されている。また、この開放空間は、回転台部２および可動部材３を対向方向に貫通されている。
【００２８】
また、直動アクチュエータ６には、スライダ７の位置情報を取得するエンコーダ（不図示）が内蔵されている。
また、直動アクチュエータ６は、ケーブル５６を介して制御ユニット５０と電気的に接続されており、制御ユニット５０から電力の供給を受けるとともに動作制御のための制御信号を受信し、スライダ７の位置情報を表すエンコーダ出力信号を制御ユニット５０に送信できるようになっている。
【００２９】
各直動アクチュエータ６に接続されたケーブル５６は、例えば、直動アクチュエータ６に三相ステッピングモータを用いる場合、４本の動力線、７本の信号線を内蔵する被覆ケーブルからなる。
各直動アクチュエータ６に接続されたケーブル５６は、いずれも、回転台部２およびモータ１０の中空孔部に挿通して装置外部に引き出されている。すなわち、各ケーブル５６は、図２に示すように、直動アクチュエータ６から回転台部２の上面２ｂ上を回転台部２の中心部に向かって配回され、回転台部２の貫通孔２ｃ、およびモータ１０の円筒内周面２１ｃの内部に挿通されて、モータ１０の固定面２０ａ側からパラレルリンクステージ１の外部に導かれ、孔あきベース７０の孔部を挿通されてから、制御ユニット５０に接続されている。
【００３０】
制御ユニット５０は、例えば、キーボードや操作パネルなどの操作入力手段からなる操作部６０を介した操作入力に応じて、パラレルリンク機構４およびモータ１０の動作制御を行うことにより、モータ１０の固定部２０に対する可動部材３の位置制御および姿勢制御を行うもので、操作部６０、パラレルリンク機構４の各可動リンク５、およびモータ１０と電気的に接続されている。
制御ユニット５０の機能構成は、図３に示すように、駆動量解析部５１、制御データ生成部５２、モータ制御部５３、およびパラレルリンク機構制御部５４からなる。
【００３１】
駆動量解析部５１は、操作部６０からの操作入力を解析して、操作入力に応じた位置、姿勢に可動部材３を配置するために、現在位置からの相対移動量を求めるものである。
例えば、固定面２０ａと回転軸線Ｃとの仮想的な交点を原点Ｏ（図２参照）として、固定面２０ａに沿う水平面をＸＹ平面、このＸＹ平面に直交する回転軸線ＣをＺ軸とするＸＹＺ座標系を固定座標系とする。そして、可動部材３上の１点、例えば、貫通孔３ｃの中心軸とステージ面３ａとの仮想的な交点を原点Ｐ（図２参照）として、ステージ面３ａに沿う平面をｘｙ平面、このｘｙ平面の原点Ｐを通る法線をｚ軸とするｘｙｚ座標系を移動座標系とする。また、移動座標系の固定座標系に対する回転を、固定座標系のＸ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回りの回転角α、β、γを用いて表す。
ステージ面３ａの位置、姿勢を、現在位置から操作入力に応じた位置、姿勢に制御するため、駆動量解析部５１は、現在位置に対する移動座標系の原点Ｐの固定座標系における並進移動成分Ｍ（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）と、固定座標系に対する移動座標系の回転移動成分Ｒ（Δα，Δβ，Δγ）を算出し、制御データ生成部５２へ送出できるようになっている。
【００３２】
また、操作部６０からの操作入力によっては、目標の位置および姿勢に可動部材３を移動させる過程で、可動部材３の位置および姿勢を時間的に制御する必要がある場合がある。例えば、所定周期で可動部材３上の被保持体を揺動させたり、可動部材３上の被保持体を一定の姿勢を保って所定速度で回転させたりする場合がある。
このような場合、並進移動成分Ｍ（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）、回転移動成分Ｒ（Δα，Δβ，Δγ）は、離散的な時間の関数として算出される。
【００３３】
制御データ生成部５２は、並進移動成分Ｍ（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）と回転移動成分Ｒ（Δα，Δβ，Δγ）とから、可動リンク５の連結距離の変化量Ｌ（ΔＬ１，…，ΔＬ６）（以下、リンク駆動量と称する）を算出するとともに、モータ１０の回転量Δφを求めるものである。
リンク駆動量Ｌの算出は、従来周知の６組の可動リンク５を有するパラレルリンク機構の制御データと同様にして行うことができる。
制御データ生成部５２によって、算出されたリンク駆動量Ｌ（ΔＬ１，…，ΔＬ６）は、パラレルリンク機構制御部５４に送出され、モータ１０の回転量Δφは、モータ制御部５３に送出される。
【００３４】
モータ制御部５３は、制御データ生成部５２から送出されたモータ１０の回転量Δφの制御データに基づいて、モータ１０の回転位置を変える制御を行うものであり、ケーブル５５を介してモータ１０に電気的に接続されている。
パラレルリンク機構制御部５４は、制御データ生成部５２から送出されたリンク駆動量Ｌ（ΔＬ１，…，ΔＬ６）に対応する制御データに基づいてパラレルリンク機構４の各可動リンク５の連結距離を変える制御を行うものであり、ケーブル５６を介して各可動リンク５に電気的に接続されている。
【００３５】
このような制御ユニット５０の装置構成は、ハードウェアのみで構成してもよいし、適宜のハードウェアと、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータとから構成して、上記の制御機能を、コンピュータで制御プログラムを実行することで実現してもよい。
【００３６】
次に、本実施形態のパラレルリンクステージ１の動作について説明する。
まず、適宜の位置出し治具や測定機などを用いて、パラレルリンクステージ１の原点出しを行う。例えば、図２に示すように、固定面２０ａとステージ面３ａとが平行で、移動座標系の原点Ｐが、回転軸線Ｃ上で固定座標系の原点Ｏから一定距離Ｈ０となる位置に可動部材３の位置および姿勢が設定される。以下では、この状態を可動部材３の基準位置、基準姿勢と称する。
この基準位置、基準姿勢のときのモータ１０のエンコーダ２５の値および各可動リンク５の直動アクチュエータ６のエンコーダの値は、それぞれ、原点位置として、制御ユニット５０にモータ制御部５３、パラレルリンク機構制御部５４に記憶される。
原点出し終了後、操作部６０から可動部材３の位置、姿勢を変更する操作入力が入力されると、駆動量解析部５１によって、並進移動成分Ｍ（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）と、回転移動成分Ｒ（Δα，Δβ，Δγ）とが算出され、制御データ生成部５２に送出される。
【００３７】
制御データ生成部５２では、並進移動成分Ｍ（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）と回転移動成分Ｒ（Δα，Δβ，Δγ）とから、リンク駆動量Ｌ（ΔＬ１，…，ΔＬ６）およびモータ１０の回転量Δφを算出し、リンク駆動量Ｌ（ΔＬ１，…，ΔＬ６）をパラレルリンクの制御データとしてパラレルリンク機構制御部５４に送出し、モータ１０の回転量Δφをモータの制御データとしてモータ制御部５３へ送出する。
これにより、パラレルリンク機構制御部５４、モータ制御部５３を介して、パラレルリンク機構４の各可動リンク５の連結距離、およびモータ１０の回転位置が、リンク駆動量Ｌ（ΔＬ１，…，ΔＬ６）および回転量Δφとなるように、同時並行的に制御される。
【００３８】
また、並進移動成分Ｍ（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）、回転移動成分Ｒ（Δα，Δβ，Δγ）が、離散的な時間の関数として算出される場合には、時間ステップごとに、パラレルリンク機構４の動作と、モータ１０との動作とが協調制御され、パラレルリンク機構４の回転軸線Ｃ回りの回転自由度を除く５自由度の移動と、モータ１０による回転軸線Ｃ回りの回転自由度の移動とが合成された６自由度の移動によって、特定の軌跡を描く移動が可能となる。
各可動リンク５に接続されたケーブル５６は、貫通孔２ｃ、円筒内周面２１ｃ等で構成される回転軸線Ｃを含む中空孔部に挿通されている。このため、あらかじめケーブル５６の長さを適宜の長さに設けておくことで、ケーブル５６が可動部材３の回転角に応じて緩やかにねじられ、回転台部２の回転の妨げとはならないようにすることができる。
このように、本実施形態では、回転台部２およびモータ１０が、中空孔部を有するため、回転系と固定系とをつなぐケーブル５６の配回しが容易となっている。
【００３９】
可動部材３を回転軸線Ｃ回りに回転移動させるには、例えば、可動部材３上で可動側回動継手９ｂが近接されている各組の可動リンク５の連結距離を一方は伸ばし、他方を縮めることで、各可動側回動継手９ｂの回転軸線Ｃに対する周方向の位置をずらすことで、パラレルリンク機構４のみによって行うことも可能である。しかしながら、この場合、各可動リンク５の伸縮量の限度や隣接する可動リンク５同士の干渉を防止するための限度によって、回転移動範囲が限定されてしまう。
このため、パラレルリンク機構４のみでは、例えば、３６０°以上回転させることはかなり困難であり、例えば、±１５°程度の回転範囲が実質的な限度である。
本実施形態では、回転軸線Ｃ回りの回転はモータ１０によって行うため、各ケーブル５６のねじれが許容できる範囲であれば、回転範囲には特に制限はない。４本の動力線および７本の信号線程度を内蔵するケーブル５６であれば、±２〜３回転程度は容易であり、±３回転以上も十分可能である。
【００４０】
本実施形態のパラレルリンクステージ１におけるパラレルリンク機構４とモータ１０との協調制御によって容易となる可動部材３の移動制御の一例として、固定座標系において可動部材３を基準姿勢から一定角度傾けた状態を保って、可動部材３を原点Ｐを中心として回転させる移動制御を挙げることができる。
このような移動制御を行うには、モータ１０の回転周期に同期させた周期で、可動部材３上の各点の回転軸線Ｃに沿う方向の高さを正弦波状に変化させればよい。
【００４１】
このように、本実施形態では、制御ユニット５０によって、パラレルリンク機構４およびモータ１０の動作制御を行うことにより、パラレルリンク機構４の有する移動自由度、移動範囲、移動精度において可動部材３を回転台部２に対して相対移動させることができるとともに、回転台部２をモータ１０の回転範囲で、回転軸線Ｃ回りに回転させることができる。
【００４２】
また、本実施形態では、可動部材３には、回転モータなどを設けることなく、可動部材３を回転軸線Ｃ回りに複数回転させることができるので、回転モータなどを設ける場合に比べて、可動部材３を軽量化することができる。これによりパラレルリンク機構４の出力も低減できるため、全体として装置を小型化することができる。また、可動部材３の下面側の空間を省スペース化できるため、装置を小型化することができる。
また、可動部材３に回転増幅機を設ける場合のように、可動部材３と回転台部２との間においてパラレルリンク機構４に囲まれる領域の中心部が、回転増幅機によって占有されることなく、開放空間を形成することができる。これにより、可動部材３および回転台部２の間の装置構成を簡素化することができる。この開放空間は、可動部材３上の被保持体を下側から観察したり、可動部材３の原点出し時に貫通孔３ｃを観察したりするために用いることができる。また、可動部材３の原点出し時に位置決め治具などを配置する空間としても利用することができる。
【００４３】
このように本実施形態のパラレルリンクステージ１は、モータ１０によって回転台部２上に設けられたパラレルリンク機構４をパラレルリンク機構４の並列方向に沿う方向（回転軸線Ｃ回り）に回転させることができるので、パラレルリンク機構４に支持された可動部材３の、パラレルリンク機構４の並列方向に沿う回転範囲を向上することができるとともに、可動部材３およびパラレルリンク機構４によって囲まれる領域の中心部に開放空間を形成することができる。
【００４４】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るパラレルリンクステージおよび光学素子測定装置について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係るパラレルリンクステージおよび光学素子測定装置の模式的な断面図である。
【００４５】
本実施形態のパラレルリンクステージ１Ａは、図４に示すように、上記第１の実施形態のパラレルリンクステージ１に回転コネクタ１２を追加したものである。
また、本実施形態の光学素子測定装置１００は、パラレルリンクステージ１Ａ、光学素子保持部１７、および光学測定部１６（測定部）を備えるものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４６】
回転コネクタ１２は、コネクタ固定部１２ｂおよびコネクタ回転部１２ａを備える全体として筒状の部材である。
コネクタ固定部１２ｂは、円筒内周面２１ｃの内側に挿入され、端部が蓋部材２６に固定されることで、固定部２０と固定された筒状部材からなる。
コネクタ固定部１２ｂの筒内部には、筒内周側に設けられた接点（不図示）に一端が接続された複数の配線（不図示）が設けられている。これらの配線の他端側は、蓋部材２６からモータ１０の外側に突出されたコネクタ固定部１２ｂの筒外周部で、固定側コネクタ部１２ｅにそれぞれ結線されている。
【００４７】
コネクタ回転部１２ａは、コネクタ固定部１２ｂの内周部に挿入された状態でコネクタ回転部１２ａと回転可能に連結され、回転中心軸線に沿って中空孔部１２ｄが形成された筒状部材からなる。
コネクタ回転部１２ａのコネクタ固定部１２ｂに挿入されたのと反対側の端部は、モータ１０の固定部２０の内周円筒部２０ｃに内嵌された状態で、固定部２０に固定されている。
コネクタ回転部１２ａの内部には、コネクタ固定部１２ｂの各接点と静止時および回転時にそれぞれ電気的接触を保つ複数の接点（不図示）と、これらの接点に一端が接続された複数の配線（不図示）が設けられている。これらの配線の他端側は、回転部２１側の軸方向の端面において、中空孔部１２ｄを外周側で取り囲む円周上に設けられた回転側コネクタ部１２ｃにそれぞれ結線されている。
【００４８】
回転側コネクタ部１２ｃには、パラレルリンク機構４の各直動アクチュエータ６に電気的に接続されたケーブル５８がそれぞれ連結されている。このため、各ケーブル５８は、各直動アクチュエータ６から回転側コネクタ部１２ｃに向かって回転台部２の径方向に沿って配回されている。これにより、各ケーブル５８は、中空孔部１２ｄ上を横断することなく回転台部２の上面２ｂ上に配回されている。
また、固定側コネクタ部１２ｅには、制御ユニット５０のパラレルリンク機構制御部５４（図３参照）に電気的に接続されたケーブル５９が連結されている。
【００４９】
このような構成により、パラレルリンクステージ１Ａでは、各直動アクチュエータ６は、回転部２１の静止時および回転時のいずれでも、ケーブル５８、回転コネクタ１２、およびケーブル５９を介して、パラレルリンク機構制御部５４と電気的に接続されている。
また、回転コネクタ１２の中空孔部１２ｄは、回転軸線Ｃを含む領域に回転軸線Ｃに沿う方向に貫通されている。
【００５０】
光学素子保持部１７は、光学素子測定装置１００の被測定体として、例えば、レンズ、平行平板、プリズム、およびミラーなどからなる光学素子Ｗの外周部を位置決めして保持する保持部１７ａと、保持部１７ａに保持された光学素子Ｗの内周部に対向する開口を形成する貫通孔１７ｂとを備える全体として円筒状または円環状の部材である。
光学素子保持部１７は、保持部１７ａに平行な固定面１７ｃを可動部材３のステージ面３ａに当接させた状態で、貫通孔１７ｂが、貫通孔３ｃ上に位置するように位置決めして固定されている。本実施形態では、貫通孔１７ｂは、光学素子Ｗの有効径よりも大きい内径を有し、貫通孔３ｃは、貫通孔１７ｂよりも大きい内径を有している。これにより、可動部材３の下方側から、光学素子Ｗの有効領域全体を観察することが可能となっている。
【００５１】
光学測定部１６は、パラレルリンクステージ１の下方（モータ１０側）から中空孔部１２ｄに対向する位置に配置され、中空孔部１２ｄおよび可動部材３の貫通孔３ｃを通して光学素子保持部１７上に保持された光学素子Ｗの測定を行うものである。
光学測定部１６は、中空孔部１２ｄおよび貫通孔３ｃを通して、光学素子Ｗを測定できるものであれば、適宜の測定機を採用することができる。光学測定部１６に好適な測定機としては、例えば、ＭＴＦ測定機、干渉計、偏心測定機、反射率測定機等の測定機を挙げることができる。これらの測定機では、中空孔部１２ｄおよび貫通孔３ｃの間の中心部に形成された開放空間を通して、測定光の送受光を行えるため、光学素子Ｗを測定することができる。
本実施形態では、光学測定部１６の配置位置は、光学測定部１６の測定基準軸が回転軸線Ｃと同軸となるように設定されている。
【００５２】
次に、本実施形態の光学素子測定装置１００の動作について、パラレルリンクステージ１Ａの動作を中心に説明する。
光学素子測定装置１００では、光学素子保持部１７に光学素子Ｗを保持させ、パラレルリンクステージ１Ａを用いて、光学素子Ｗの測定を開始するための位置および姿勢に移動させる。パラレルリンクステージ１Ａの動作制御は、上記第１の実施形態のパラレルリンクステージ１と同様である。
例えば、光学素子Ｗがレンズ等の場合に、光学測定部１６により中空孔部１２ｄ、貫通孔３ｃ、および貫通孔１７ｂを通して光学素子Ｗの表面を観察しながら、パラレルリンクステージ１Ａによって可動部材３を移動させる。これにより、光学素子Ｗの光軸を光学測定部１６の測定基準軸に一致させたり、測定基準軸に対して、一定距離偏心させたり、光学測定部１６との間の測定基準軸上の距離を調整したり、といった位置、姿勢の調整を行う。
このようにして、測定開始位置に光学素子Ｗが配置されたら、光学測定部１６によって光学素子Ｗの測定を行う。
その際、パラレルリンクステージ１Ａによって、例えば測定部位を変更するといった必要に応じて、可動部材３の位置、姿勢を変更させつつ測定を行うことができる。
パラレルリンクステージ１Ａは、モータ１０を備えており、回転軸線Ｃ回りの回転範囲が大きくなっているため、光学素子Ｗを光軸回りに何回転かさせて測定を行うことが可能となる。
また、モータ１０とパラレルリンク機構４との移動量を協調制御することで、光学素子Ｗの光軸を固定座標系に対して一定に保った状態で、光学素子Ｗを回転軸線Ｃ回りに回転させる、といった制御が可能となる。
【００５３】
また、パラレルリンクステージ１Ａは、回転コネクタ１２を備えているため、モータ１０が回転しても、回転側コネクタ部１２ｃに接続されたケーブル５８と、固定側コネクタ部１２ｅに接続されたケーブル５９との間の相対回転は、回転コネクタ１２の回転によって吸収される。
このため、各ケーブル５８は、モータ１０の回転とともに回転台部２上での相対位置を保ったまま回転され、ケーブル５９はモータ１０が回転しても回転されることはない。これにより、モータ１０が回転されてもパラレルリンクステージ１のようなケーブルのねじれがまったく発生しないため、モータ１０の回転範囲には制限がない。
したがって、パラレルリンクステージ１Ａによれば、光学素子Ｗを回転軸線Ｃ回りの連続回転を所望回数行って、光学測定部１６による測定を行うことができる。
【００５４】
なお、上記の第１の実施形態の説明では、パラレルリンクステージ１の可動部材３に貫通孔３ｃが設けられ、回転台部２の貫通孔２ｃ、モータ１０の円筒内周面２１ｃで形成される中空孔部によって、回転軸線Ｃに沿って連通する開放空間が形成される場合の例で説明したが、可動部材３上の被保持体を下方から観察したり、測定したりする必要がない場合には、貫通孔３ｃを有しない構成としてもよい。
【００５５】
また、上記の第２の実施形態の説明では、光学素子測定装置１００として、パラレルリンクステージ１Ａを備える場合の例で説明したが、光学測定部１６による測定に支障がないようにケーブル５６を挿通させることができれば、パラレルリンクステージ１Ａに代えてパラレルリンクステージ１を採用してもよい。例えば、ケーブル５６を円筒内周面２１ｃに近い領域に配置して、円筒内周面２１ｃの中心部に開放空間を形成すればよい。
【００５６】
また、上記の説明では、回転軸線回りの回転移動は、すべて回転アクチュエータ部によって行う場合の例で説明したが、回転軸線回りの回転移動量を回転アクチュエータ部とパラレルリンク機構との間で適宜に分割してもよい。
例えば、一定の回転量よりも少ない回転や、回転アクチュエータの回転分解能以下の回転をパラレルリンク機構が行うようにしてもよい。
【００５７】
また、上記の説明では、回転アクチュエータ部を扁平なＤＤモータで構成した例で説明したが、回転アクチュエータ部は、例えば、回転可能に支持された回転台部に、例えば歯車機構やベルト伝動機構などの伝動機構を介して回転力を伝動させるモータなどから構成してもよい。
【００５８】
また、上記の説明では、モータ１０の回転部２１に、回転台部２が固定された構成の例で説明したが、モータ１０の回転部２１に、直接、可動リンク５を連結し、回転部２１が回転台部を構成するようにしてもよい。
【００５９】
また、上記の説明では、パラレルリンク機構４としては、固定長のリンク部材８を、直動アクチュエータ６とによって移動させることで、回転台部２と可動部材３との間の連結距離を変える構成の例で説明したが、パラレルリンク機構は、長さが伸縮可能に設けられた６組の可変長リンクによって、回転台部２と可動部材３との間の連結距離を変える構成としてもよい。
【００６０】
また、上記の説明では、パラレルリンク機構４が６組の可動リンク５を有する場合の例で説明したが、可動リンク５は少なくとも３組あればよい。この場合でも、回転軸線Ｃ回りの回転移動をモータ１０によって行うことができるので、上記と同様に位置、姿勢制御を行うことができる。
【００６１】
また、上記第２の実施形態の説明では、回転コネクタ１２の回転軸線と、回転軸線Ｃとが同軸である場合の例で説明したが、回転コネクタ１２の回転軸線と回転軸線Ｃとは、略同軸であればよい。その際、回転コネクタ１２のコネクタ回転部１２ａが回転台部２、もしくはモータ１０の回転部２１に固定され、回転コネクタ１２のコネクタ固定部１２ｂはモータ１０の固定部２０、もしくはモータ１０を固定している孔あきベース７０等の他の構造物に固定してもよい。
【００６２】
また、上記第２の実施形態の説明では、回転コネクタ１２が回転側コネクタ部１２ｃを有する場合の例で説明したが、回転側コネクタ部１２ｃを半田付け端子に置き換え、ケーブル５８の配線を半田付け端子に半田付け接合した構成としてもよい。
また、固定側コネクタ部１２ｅも同様である。
また、ケーブル５６は複数線の被覆ケーブルとせず、動力線、信号線等をそれぞれ独立した細径ケーブルに分けてもよい。また、これらの細径ケーブルと緩やかに結束したケーブル束としてもよい。
【００６３】
また、上記の各実施形態に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１、１Ａ パラレルリンクステージ
２ｃ 貫通孔
３ 可動部材
３ｃ 貫通孔
４ パラレルリンク機構
５ 可動リンク
６ 直動アクチュエータ
８ リンク部材
１０ モータ（回転アクチュエータ部）
１２ 回転コネクタ
１２ｄ 中空孔部
１６ 光学測定部
１７ 光学素子保持部
１７ｂ 貫通孔
２１ｃ 円筒内周面（中空孔部）
２５ エンコーダ
５０ 制御ユニット
５１ 駆動量解析部
５２ 制御データ生成部
５３ モータ制御部
５４ パラレルリンク機構制御部
５５、５６、５８、５９ ケーブル
６０ 操作部
１００ 光学素子測定装置
Ｃ 回転軸線
Ｗ 光学素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラレルリンクステージおよび光学素子測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基台と可動部材（エンドエフェクタ）とが複数の駆動軸によって並列に接続されているパラレルリンク機構としては、複数本の直線状の駆動軸を伸縮させて可動部材の位置および姿勢を制御する構成のスチュワートプラットフォーム型が広く知られている。このうち駆動軸が基台および可動部材の周方向に６本設けられているものは、並進３自由度と回転３自由度の計６自由度の相対運動が可能である。このようなパラレルリンク機構は、可動部材上にワークや被測定体を配置して、基台に対するワークや被測定体の位置および姿勢を制御するパラレルリンクステージとして用いられている。なお、駆動軸の代わりに固定長のリンクで、リンクの連結部をアクチュエータで回転、あるいは直進駆動させることでパラレルリンク機構を構成したものも知られている。
このような構成のパラレルリンクステージは、例えば、多関節ロボット等のシリアルリンク機構と比較して、高い剛性、高精度位置決めなどを有しているものの、可動範囲は狭くなっていた。特に、パラレレリンク機構の並列方向に沿う回転範囲が狭いため、可動部材上に保持されたワークや被測定体を、可動部材の法線回りあるいは基台の法線回りに回転させようとすると、あまり大きな回転範囲がとれないという問題があった。
このため、従来、可動部材に保持するワークや被測定体等の可動部材を法線回りあるいは基台の法線回りの回転範囲を増大させることができるパラレルリンクステージが提案されている。
このようなパラレルリンクステージとして、例えば、特許文献１には、パラレルリンク機構によるロール軸回りの回転角を増幅するロール軸回転角増幅機を備えることで、ロール軸回りの回転範囲を増大させた駆動装置が提案されている。
また、特許文献２には、ツール等の可動部材やテーブルを取り付けるための出力フランジ(装着部)を移動板上に回転可能に配備し、出力フランジを回転させるための駆動装置となるサーボモータを移動板に一体的に組み込んで配備することで、回転自由度を向上させたパラレルリンク機構が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３５３８４８号公報
【特許文献２】特開２０００−１３０５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来のパラレルリンクステージには、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、ロール軸回転角度増幅機によってパラレルリンクによるロール軸回り（基台の法線回り）の回転を増幅して回転角度の範囲を増大させているものの、まだ１回転未満の狭い回転範囲にすぎないという問題がある。
また、ロール軸回転角度増幅機によって、パラレルリンク機構の回転角度が増幅されるため、パラレルリンク機構の回転の誤差も増幅されてしまう。そのため、ロール軸回りの回転精度は他の回転方向の回転精度に比べて劣るという問題がある。
また、ロール軸回転角度増幅機の低速軸と接合させる固定リンクを設ける必要があるため、並進３自由度の移動ができなくなるという問題がある。
特許文献２に記載の技術では、移動板にサーボモータを配置して移動板上にある出力フランジを回転させるため、移動板のある上部が重くなってしまい、移動板を駆動させるリンクのアクチュエータの出力を大きくとらなければならない。また、移動板に配置したサーボモータが移動板の動作の際にリンク等へ干渉しないようにするために、移動板下部の空間を大きく取らなければならない。したがって、全体として装置が大型化してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、パラレルリンク機構の並列方向に沿う可動部材の回転範囲を向上することができるとともに、可動部材およびパラレルリンク機構によって囲まれる領域の中心部に開放空間を形成することができるパラレルリンクステージおよび光学素子測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明のパラレルリンクステージは、回転軸線回りに回転可能に支持された回転台部と、該回転台部を前記回転軸線回りに回転させる回転アクチュエータ部と、前記回転台部に対して間隔をあけて配置される可動部材と、前記回転台部および前記可動部材の間で前記回転軸線を取り囲むように周方向に間隔をあけて、少なくとも３箇所で前記回転台部および前記可動部材を連結し、各連結位置で前記回転台部に対する前記可動部材の各連結距離を変化させるパラレルリンク機構と、該パラレルリンク機構および前記回転アクチュエータ部の動作制御を行うことにより、前記可動部材の位置制御および姿勢制御を行う制御部と、を備える構成とする。
【０００７】
また、本発明のパラレルリンクステージでは、前記回転台部および前記回転アクチュエータ部のそれぞれの前記回転軸線を含む領域には、前記回転軸線に沿う方向に貫通する中空孔部が設けられた構成とすることが可能である。
【０００８】
また、本発明のパラレルリンクステージでは、前記回転台部および前記回転アクチュエータ部にまたがって前記回転軸線と同軸となるように取り付けられ、前記回転アクチュエータの静止時および回転時に前記パラレルリンク機構と前記制御部とを電気的に接続する回転コネクタを備え、該回転コネクタの前記前記回転軸線を含む領域には、前記回転軸線に沿う方向に貫通する中空孔部が設けられた構成とすることが可能である。
【０００９】
また、本発明の中空孔部が設けられたパラレルリンクステージでは、前記可動部材は、前記中空孔部に対向する位置に、厚さ方向に貫通する貫通孔を備えた構成とすることが可能である。
【００１０】
本発明の光学素子測定装置は、上記パラレルリンクステージと、前記可動部材上に設けられ、該可動部材の前記貫通孔上に光学素子を保持する光学素子保持部と、前記回転アクチュエータ部側から前記中空孔部に対向する位置に配置され、該中空孔部および前記可動部材の前記貫通孔を通して前記光学素子の測定を行う測定部と、を備えた構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のパラレルリンクステージおよび光学素子測定装置によれば、回転アクチュエータ部によって回転台部上に設けられたパラレルリンク機構および可動部材をパラレルリンク機構の並列方向に沿う方向に回転させることができるので、パラレルリンク機構の並列方向に沿う可動部材の回転範囲を向上することができるとともに、可動部材およびパラレルリンク機構によって囲まれる領域の中心部に開放空間を形成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパラレルリンクステージの外観を示す模式的な斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るパラレルリンクステージの制御部の機能ブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るパラレルリンクステージおよび光学素子測定装置の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１４】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るパラレルリンクステージについて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るパラレルリンクステージの外観を示す模式的な斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係るパラレルリンクステージの制御部の機能ブロック図である。
【００１５】
本実施形態のパラレルリンクステージ１は、例えば、被測定体やワークなどの被保持体を高精度に位置調整および姿勢調整して保持することができるステージである。パラレルリンクステージ１は、ステージ単体として用いることもできるが、例えば、図示しない測定装置や組立装置などに組み込んで用いることができる。
以下では簡単のため、パラレルリンクステージ１は、孔あきベース７０で構成される水平面上に取り付けられ、パラレルリンクステージ１の上側に被保持体を保持し、一定の基準水平面を保持の中立位置として、被保持体の位置、姿勢を変化させる場合の例で説明する。ただし、パラレルリンクステージ１は、用途に応じて、これとは異なる向き、例えば、横向き、下向きなどの任意の向きに配置することができる。
パラレルリンクステージ１の概略構成は、図１、２に示すように、モータ１０（回転アクチュエータ部）、回転台部２、可動部材３、パラレルリンク機構４、および制御ユニット５０（制御部）を備えている。
【００１６】
モータ１０は、パラレルリンクステージ１を高さ方向の位置決めして設置面に固定する固定面２０ａを有する固定部２０と、固定部２０に対向して配置され、固定面２０ａに直交する回転軸線Ｃを中心として回転可能に保持された回転部２１とを備え、固定部２０に対する回転部２１の回転軸線Ｃ回りの回転位置の位置決めを行う扁平な位置決めモータである。本実施形態では、ＤＤ（ダイレクトドライブ）モータを採用している。
【００１７】
固定部２０の形状は、図１に示すように、固定面２０ａ側が平面視略矩形状の板状とされ、図２に示すように、この上面側（固定面２０ａと反対側）に同心円状の内周円筒部２０ｃおよび外周円筒部２０ｂが立設され、内周円筒部２０ｃの内周側に軸方向に貫通する孔部が形成されている。また、固定面２０ａには、後述するスケール２４およびエンコーダ２５を収容するため、内周円筒部２０ｃと同軸で内周円筒部２０ｃの外形よりも大径で下側に開口する穴部２０ｄが設けられている。
固定面２０ａの上側に形成された、内周円筒部２０ｃと外周円筒部２０ｂとの間の溝部には、内周円筒部２０ｃの外周面を基端として径方向に延ばされた複数のステータコイル２２が設けられている。
また、穴部２０ｄの径方向の内壁部には、スケール２４から回転位置の絶対位置情報を取得するエンコーダ２５が設けられている。エンコーダ２５としては、例えば、光学式のロータリエンコーダを採用することができる。
【００１８】
回転部２１の形状は、上面側（固定部２０との対向方向反対側）に平面視ドーナツ状の平面からなる取付面２１ｆが形成された円環板２１ａと、この円環板の内縁部に下方側（固定部２０側）に立設され、内周側に軸方向に貫通する円筒内周面２１ｃが形成された円筒軸部２１ｂと、円筒軸部２１ｂを取り囲む外周側に円環板２１ａから円筒軸部２１ｂと同方向に同軸に立設された外周円筒部２１ｅとを備える。
円筒軸部２１ｂは、固定部２０の内周円筒部２０ｃの内径よりもわずかに小径の外径を有し、内周円筒部２０ｃの内周部に外輪が装着された２つの軸受２７の内輪に挿入され、固定部２０に対して回転軸線Ｃ回りに回転可能に取り付けられている。
また、外周円筒部２１ｅは、外周円筒部２０ｂの内径よりもわずかに小径の外径を有し、外周円筒部２０ｂの内周面に外輪が挿入された軸受２７の内輪に挿入され、固定部２０に対して回転軸線Ｃ回りに回転可能に取り付けられている。
【００１９】
このような取付状態で、回転部２１の取付面２１ｆは、固定部２０の固定面２０ａに対して平行状態を保って、回転軸線Ｃ回りに回転することができるようになっている。
また、このような取り付け状態で、円筒軸部２１ｂの先端部は穴部２０ｄ内に突出されている。この円筒軸部２１ｂの先端部の外周には、エンコーダ２５によって回転位置情報を検出するため、エンコーダパルスを発生させる形状パターンが形成された円板状のスケール２４が外嵌されている。
また、外周円筒部２１ｅの内周面には、ステータコイル２２の先端とわずかな隙間を隔てて対向するように磁石２３が設けられている。
また、固定部２０の穴部２０ｄの開口部には、円筒軸部２１ｂの内径と略同径の内径、好ましくは円筒軸部２１ｂの内径よりもわずかに大きい内径を有する円環板からなる蓋部材２６が内嵌されている。これにより、穴部２０ｄ内のエンコーダ２５およびスケール２４と、円筒軸部２１ｂの先端面とが、固定面２０ａ側から覆われている。
このような構成により、円筒内周面２１ｃおよび蓋部材２６の内周面は、回転軸線Ｃを含む領域に回転軸線Ｃに沿う方向に貫通する中空孔部を構成している。
【００２０】
モータ１０のステータコイル２２およびエンコーダ２５は、動力線、信号線などを含むケーブル５５を介して、制御ユニット５０と電気的に接続されている。これにより、モータ１０は、制御ユニット５０からステータコイル２２およびエンコーダ２５に電力供給を受けるとともに回転位置制御のための制御信号を受信し、回転位置情報を表すエンコーダ出力信号を制御ユニット５０に送信できるようになっている。
【００２１】
回転台部２は、図２に示すように、中心部に貫通孔２ｃを有し、モータ１０の回転部２１の外径を略同じ外径を有するドーナツ状の孔あき円板部材である。
回転台部２は、貫通孔２ｃの中心が回転軸線Ｃと略同軸となるように、モータ１０の回転部２１の取付面２１ｆ上に下面２ａが重ねて配置され、不図示のねじ等によって、回転部２１に固定されている。
このため、回転台部２は、モータ１０によって、１つの回転軸線Ｃ回りに回転可能に支持されている。また、モータ１０は、回転台部２を回転軸線Ｃ回りに回転させる回転アクチュエータ部を構成している。
また、回転台部２の貫通孔２ｃは、回転軸線Ｃを含む領域に回転軸線Ｃに沿う方向に貫通する中空孔部を構成している。
【００２２】
可動部材３は、被保持体を保持するための部材であり、本実施形態では、中心に貫通孔３ｃを有し、全体として、回転台部２の外形よりも小さい外径を有するドーナツ状の孔あき円板状の部材からなる。
可動部材３の図示上側は、被保持体を保持する平面であるステージ面３ａとされ、ステージ面３ａの裏面側（下側）のリンク連結面３ｂは、特に図示しないが、回転台部２の上面２ｂ上に設けられたパラレルリンク機構４を取り付ける適宜形状が設けられている。
このため、可動部材３は、パラレルリンク機構４によって回転台部２と間隔をあけた状態で、回転台部２の上方に支持されている。
貫通孔３ｃの大きさや形状は、被保持体をステージ面３ａ上に保持できる大きさや形状であれば、適宜の大きさに設定することができる。本実施形態の貫通孔３ｃは、ステージ面３ａに直交する高精度の円筒面によって形成され、貫通孔３ｃの内周面や開口形状を可動部材３の位置検出や位置出しの基準としても用いることができるようになっている。
【００２３】
パラレルリンク機構４は、回転台部２および可動部材３の間で回転軸線Ｃを取り囲むように周方向に間隔をあけて、６箇所で回転台部２よび可動部材３を連結し、各連結位置で回転台部２に対する可動部材３の各連結距離を変化させるものである。
本実施形態のパラレルリンク機構４は、同一の構成を有する６組の可動リンク５が、図１に示すように、回転台部２の上面２ｂの外周側位置、および可動部材３のリンク連結面３ｂの外周側位置に、それぞれ連結されている。
可動部材３における可動リンク５の連結位置は、貫通孔３ｃの中心に中心が一致する円周上で２つずつ周方向に等距離で近接して隣接された３組の連結位置が、円周上を３等分する位置関係に配列されている。
また、回転台部２における可動リンク５の連結位置は、回転軸線Ｃを中心とする円周上で２つずつ周方向に等距離で近接して隣接された３組の連結位置が、円周上を３等分する位置関係に配列されている。
ただし、回転台部２において組をなす２つずつの連結位置の間の距離は、可動部材３において組をなす２つずつの連結位置の間の距離よりも大きい設定とされている。
【００２４】
本実施形態では、回転台部２上の６つの連結位置は、周方向に略等分された６位置となっている。このような配置とすれば、回転台部２に対する各可動リンク５の連結に要するスペースを、回転台部２上で等分することができるので、連結位置を不等間隔に設定する場合に比べて、回転台部２の外径を小径化することができる。
【００２５】
各可動リンク５は、リンク部材８、および直動アクチュエータ６を備える。
リンク部材８は、一端側が、例えば、球面軸受けやユニバーサルジョイント等からなる可動側回動継手９ｂを介して可動部材３のリンク連結面３ｂに回動可能に取り付けられた一定長さの棒状部材であり、他端側は、例えば、球面軸受けやユニバーサルジョイント等らなる固定側回動継手９ａを介して回動可能な状態で直動アクチュエータ６に固定されている。
可動側回動継手９ｂは、リンク連結面３ｂの外周側の連結位置で、２つ１組で近接されこれら３組が周方向に１２０°ピッチをなすように取り付けられている。
【００２６】
直動アクチュエータ６は、固定側回動継手９ａを介して回動可能に連結されたリンク部材８の他端部を、回転台部２側から可動部材３側に向かって、回転軸線Ｃに対する傾斜角度が、例えば０°〜４５°の角度をなす斜め方向の軸線に沿って移動させる直動機構である。
本実施形態の直動アクチュエータ６は、例えば、三角ブロック状の支持ブロック６ｂ上に斜め方向の軸線に沿って延ばして取り付けられたガイドレール６ａに沿って直線移動可能に設けられたスライダ７を、例えば、ボールネジ、ナット、およびステッピングモータなどを備える不図示のボールネジ送り機構によって駆動する構成を採用している。これにより、スライダ７に回動可能に固定された固定側回動継手９ａを介して、リンク部材８の他端部を直動移動させることができるようになっている。
【００２７】
このような構成の直動アクチュエータ６は、支持ブロック６ｂを介して、回転台部２上の連結位置に、位置決めされた状態でそれぞれ固定されている。
このため、各可動リンク５は、回転台部２と可動部材３との間で、回転台部２の貫通孔２ｃ、可動部材３の貫通孔３ｃ、および回転軸線Ｃを取り囲むように周方向に間隔をあけて配置されている。これにより、回転台部２と可動部材３との間には、６組の可動リンク５に囲まれる内側の中心部に開放空間が形成されている。また、この開放空間は、回転台部２および可動部材３を対向方向に貫通されている。
【００２８】
また、直動アクチュエータ６には、スライダ７の位置情報を取得するエンコーダ（不図示）が内蔵されている。
また、直動アクチュエータ６は、ケーブル５６を介して制御ユニット５０と電気的に接続されており、制御ユニット５０から電力の供給を受けるとともに動作制御のための制御信号を受信し、スライダ７の位置情報を表すエンコーダ出力信号を制御ユニット５０に送信できるようになっている。
【００２９】
各直動アクチュエータ６に接続されたケーブル５６は、例えば、直動アクチュエータ６に三相ステッピングモータを用いる場合、４本の動力線、７本の信号線を内蔵する被覆ケーブルからなる。
各直動アクチュエータ６に接続されたケーブル５６は、いずれも、回転台部２およびモータ１０の中空孔部に挿通して装置外部に引き出されている。すなわち、各ケーブル５６は、図２に示すように、直動アクチュエータ６から回転台部２の上面２ｂ上を回転台部２の中心部に向かって配回され、回転台部２の貫通孔２ｃ、およびモータ１０の円筒内周面２１ｃの内部に挿通されて、モータ１０の固定面２０ａ側からパラレルリンクステージ１の外部に導かれ、孔あきベース７０の孔部を挿通されてから、制御ユニット５０に接続されている。
【００３０】
制御ユニット５０は、例えば、キーボードや操作パネルなどの操作入力手段からなる操作部６０を介した操作入力に応じて、パラレルリンク機構４およびモータ１０の動作制御を行うことにより、モータ１０の固定部２０に対する可動部材３の位置制御および姿勢制御を行うもので、操作部６０、パラレルリンク機構４の各可動リンク５、およびモータ１０と電気的に接続されている。
制御ユニット５０の機能構成は、図３に示すように、駆動量解析部５１、制御データ生成部５２、モータ制御部５３、およびパラレルリンク機構制御部５４からなる。
【００３１】
駆動量解析部５１は、操作部６０からの操作入力を解析して、操作入力に応じた位置、姿勢に可動部材３を配置するために、現在位置からの相対移動量を求めるものである。
例えば、固定面２０ａと回転軸線Ｃとの仮想的な交点を原点Ｏ（図２参照）として、固定面２０ａに沿う水平面をＸＹ平面、このＸＹ平面に直交する回転軸線ＣをＺ軸とするＸＹＺ座標系を固定座標系とする。そして、可動部材３上の１点、例えば、貫通孔３ｃの中心軸とステージ面３ａとの仮想的な交点を原点Ｐ（図２参照）として、ステージ面３ａに沿う平面をｘｙ平面、このｘｙ平面の原点Ｐを通る法線をｚ軸とするｘｙｚ座標系を移動座標系とする。また、移動座標系の固定座標系に対する回転を、固定座標系のＸ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回りの回転角α、β、γを用いて表す。
ステージ面３ａの位置、姿勢を、現在位置から操作入力に応じた位置、姿勢に制御するため、駆動量解析部５１は、現在位置に対する移動座標系の原点Ｐの固定座標系における並進移動成分Ｍ（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）と、固定座標系に対する移動座標系の回転移動成分Ｒ（Δα，Δβ，Δγ）を算出し、制御データ生成部５２へ送出できるようになっている。
【００３２】
また、操作部６０からの操作入力によっては、目標の位置および姿勢に可動部材３を移動させる過程で、可動部材３の位置および姿勢を時間的に制御する必要がある場合がある。例えば、所定周期で可動部材３上の被保持体を揺動させたり、可動部材３上の被保持体を一定の姿勢を保って所定速度で回転させたりする場合がある。
このような場合、並進移動成分Ｍ（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）、回転移動成分Ｒ（Δα，Δβ，Δγ）は、離散的な時間の関数として算出される。
【００３３】
制御データ生成部５２は、並進移動成分Ｍ（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）と回転移動成分Ｒ（Δα，Δβ，Δγ）とから、可動リンク５の連結距離の変化量Ｌ（ΔＬ１，…，ΔＬ６）（以下、リンク駆動量と称する）を算出するとともに、モータ１０の回転量Δφを求めるものである。
リンク駆動量Ｌの算出は、従来周知の６組の可動リンク５を有するパラレルリンク機構の制御データと同様にして行うことができる。
制御データ生成部５２によって、算出されたリンク駆動量Ｌ（ΔＬ１，…，ΔＬ６）は、パラレルリンク機構制御部５４に送出され、モータ１０の回転量Δφは、モータ制御部５３に送出される。
【００３４】
モータ制御部５３は、制御データ生成部５２から送出されたモータ１０の回転量Δφの制御データに基づいて、モータ１０の回転位置を変える制御を行うものであり、ケーブル５５を介してモータ１０に電気的に接続されている。
パラレルリンク機構制御部５４は、制御データ生成部５２から送出されたリンク駆動量Ｌ（ΔＬ１，…，ΔＬ６）に対応する制御データに基づいてパラレルリンク機構４の各可動リンク５の連結距離を変える制御を行うものであり、ケーブル５６を介して各可動リンク５に電気的に接続されている。
【００３５】
このような制御ユニット５０の装置構成は、ハードウェアのみで構成してもよいし、適宜のハードウェアと、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータとから構成して、上記の制御機能を、コンピュータで制御プログラムを実行することで実現してもよい。
【００３６】
次に、本実施形態のパラレルリンクステージ１の動作について説明する。
まず、適宜の位置出し治具や測定機などを用いて、パラレルリンクステージ１の原点出しを行う。例えば、図２に示すように、固定面２０ａとステージ面３ａとが平行で、移動座標系の原点Ｐが、回転軸線Ｃ上で固定座標系の原点Ｏから一定距離Ｈ０となる位置に可動部材３の位置および姿勢が設定される。以下では、この状態を可動部材３の基準位置、基準姿勢と称する。
この基準位置、基準姿勢のときのモータ１０のエンコーダ２５の値および各可動リンク５の直動アクチュエータ６のエンコーダの値は、それぞれ、原点位置として、制御ユニット５０にモータ制御部５３、パラレルリンク機構制御部５４に記憶される。
原点出し終了後、操作部６０から可動部材３の位置、姿勢を変更する操作入力が入力されると、駆動量解析部５１によって、並進移動成分Ｍ（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）と、回転移動成分Ｒ（Δα，Δβ，Δγ）とが算出され、制御データ生成部５２に送出される。
【００３７】
制御データ生成部５２では、並進移動成分Ｍ（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）と回転移動成分Ｒ（Δα，Δβ，Δγ）とから、リンク駆動量Ｌ（ΔＬ１，…，ΔＬ６）およびモータ１０の回転量Δφを算出し、リンク駆動量Ｌ（ΔＬ１，…，ΔＬ６）をパラレルリンクの制御データとしてパラレルリンク機構制御部５４に送出し、モータ１０の回転量Δφをモータの制御データとしてモータ制御部５３へ送出する。
これにより、パラレルリンク機構制御部５４、モータ制御部５３を介して、パラレルリンク機構４の各可動リンク５の連結距離、およびモータ１０の回転位置が、リンク駆動量Ｌ（ΔＬ１，…，ΔＬ６）および回転量Δφとなるように、同時並行的に制御される。
【００３８】
また、並進移動成分Ｍ（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）、回転移動成分Ｒ（Δα，Δβ，Δγ）が、離散的な時間の関数として算出される場合には、時間ステップごとに、パラレルリンク機構４の動作と、モータ１０との動作とが協調制御され、パラレルリンク機構４の回転軸線Ｃ回りの回転自由度を除く５自由度の移動と、モータ１０による回転軸線Ｃ回りの回転自由度の移動とが合成された６自由度の移動によって、特定の軌跡を描く移動が可能となる。
各可動リンク５に接続されたケーブル５６は、貫通孔２ｃ、円筒内周面２１ｃ等で構成される回転軸線Ｃを含む中空孔部に挿通されている。このため、あらかじめケーブル５６の長さを適宜の長さに設けておくことで、ケーブル５６が可動部材３の回転角に応じて緩やかにねじられ、回転台部２の回転の妨げとはならないようにすることができる。
このように、本実施形態では、回転台部２およびモータ１０が、中空孔部を有するため、回転系と固定系とをつなぐケーブル５６の配回しが容易となっている。
【００３９】
可動部材３を回転軸線Ｃ回りに回転移動させるには、例えば、可動部材３上で可動側回動継手９ｂが近接されている各組の可動リンク５の連結距離を一方は伸ばし、他方を縮めることで、各可動側回動継手９ｂの回転軸線Ｃに対する周方向の位置をずらすことで、パラレルリンク機構４のみによって行うことも可能である。しかしながら、この場合、各可動リンク５の伸縮量の限度や隣接する可動リンク５同士の干渉を防止するための限度によって、回転移動範囲が限定されてしまう。
このため、パラレルリンク機構４のみでは、例えば、３６０°以上回転させることはかなり困難であり、例えば、±１５°程度の回転範囲が実質的な限度である。
本実施形態では、回転軸線Ｃ回りの回転はモータ１０によって行うため、各ケーブル５６のねじれが許容できる範囲であれば、回転範囲には特に制限はない。４本の動力線および７本の信号線程度を内蔵するケーブル５６であれば、±２〜３回転程度は容易であり、±３回転以上も十分可能である。
【００４０】
本実施形態のパラレルリンクステージ１におけるパラレルリンク機構４とモータ１０との協調制御によって容易となる可動部材３の移動制御の一例として、固定座標系において可動部材３を基準姿勢から一定角度傾けた状態を保って、可動部材３を原点Ｐを中心として回転させる移動制御を挙げることができる。
このような移動制御を行うには、モータ１０の回転周期に同期させた周期で、可動部材３上の各点の回転軸線Ｃに沿う方向の高さを正弦波状に変化させればよい。
【００４１】
このように、本実施形態では、制御ユニット５０によって、パラレルリンク機構４およびモータ１０の動作制御を行うことにより、パラレルリンク機構４の有する移動自由度、移動範囲、移動精度において可動部材３を回転台部２に対して相対移動させることができるとともに、回転台部２をモータ１０の回転範囲で、回転軸線Ｃ回りに回転させることができる。
【００４２】
また、本実施形態では、可動部材３には、回転モータなどを設けることなく、可動部材３を回転軸線Ｃ回りに複数回転させることができるので、回転モータなどを設ける場合に比べて、可動部材３を軽量化することができる。これによりパラレルリンク機構４の出力も低減できるため、全体として装置を小型化することができる。また、可動部材３の下面側の空間を省スペース化できるため、装置を小型化することができる。
また、可動部材３に回転増幅機を設ける場合のように、可動部材３と回転台部２との間においてパラレルリンク機構４に囲まれる領域の中心部が、回転増幅機によって占有されることなく、開放空間を形成することができる。これにより、可動部材３および回転台部２の間の装置構成を簡素化することができる。この開放空間は、可動部材３上の被保持体を下側から観察したり、可動部材３の原点出し時に貫通孔３ｃを観察したりするために用いることができる。また、可動部材３の原点出し時に位置決め治具などを配置する空間としても利用することができる。
【００４３】
このように本実施形態のパラレルリンクステージ１は、モータ１０によって回転台部２上に設けられたパラレルリンク機構４をパラレルリンク機構４の並列方向に沿う方向（回転軸線Ｃ回り）に回転させることができるので、パラレルリンク機構４に支持された可動部材３の、パラレルリンク機構４の並列方向に沿う回転範囲を向上することができるとともに、可動部材３およびパラレルリンク機構４によって囲まれる領域の中心部に開放空間を形成することができる。
【００４４】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るパラレルリンクステージおよび光学素子測定装置について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係るパラレルリンクステージおよび光学素子測定装置の模式的な断面図である。
【００４５】
本実施形態のパラレルリンクステージ１Ａは、図４に示すように、上記第１の実施形態のパラレルリンクステージ１に回転コネクタ１２を追加したものである。
また、本実施形態の光学素子測定装置１００は、パラレルリンクステージ１Ａ、光学素子保持部１７、および光学測定部１６（測定部）を備えるものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４６】
回転コネクタ１２は、コネクタ固定部１２ｂおよびコネクタ回転部１２ａを備える全体として筒状の部材である。
コネクタ固定部１２ｂは、円筒内周面２１ｃの内側に挿入され、端部が蓋部材２６に固定されることで、固定部２０と固定された筒状部材からなる。
コネクタ固定部１２ｂの筒内部には、筒内周側に設けられた接点（不図示）に一端が接続された複数の配線（不図示）が設けられている。これらの配線の他端側は、蓋部材２６からモータ１０の外側に突出されたコネクタ固定部１２ｂの筒外周部で、固定側コネクタ部１２ｅにそれぞれ結線されている。
【００４７】
コネクタ回転部１２ａは、コネクタ固定部１２ｂの内周部に挿入された状態でコネクタ回転部１２ａと回転可能に連結され、回転中心軸線に沿って中空孔部１２ｄが形成された筒状部材からなる。
コネクタ回転部１２ａのコネクタ固定部１２ｂに挿入されたのと反対側の端部は、モータ１０の固定部２０の内周円筒部２０ｃに内嵌された状態で、固定部２０に固定されている。
コネクタ回転部１２ａの内部には、コネクタ固定部１２ｂの各接点と静止時および回転時にそれぞれ電気的接触を保つ複数の接点（不図示）と、これらの接点に一端が接続された複数の配線（不図示）が設けられている。これらの配線の他端側は、回転部２１側の軸方向の端面において、中空孔部１２ｄを外周側で取り囲む円周上に設けられた回転側コネクタ部１２ｃにそれぞれ結線されている。
【００４８】
回転側コネクタ部１２ｃには、パラレルリンク機構４の各直動アクチュエータ６に電気的に接続されたケーブル５８がそれぞれ連結されている。このため、各ケーブル５８は、各直動アクチュエータ６から回転側コネクタ部１２ｃに向かって回転台部２の径方向に沿って配回されている。これにより、各ケーブル５８は、中空孔部１２ｄ上を横断することなく回転台部２の上面２ｂ上に配回されている。
また、固定側コネクタ部１２ｅには、制御ユニット５０のパラレルリンク機構制御部５４（図３参照）に電気的に接続されたケーブル５９が連結されている。
【００４９】
このような構成により、パラレルリンクステージ１Ａでは、各直動アクチュエータ６は、回転部２１の静止時および回転時のいずれでも、ケーブル５８、回転コネクタ１２、およびケーブル５９を介して、パラレルリンク機構制御部５４と電気的に接続されている。
また、回転コネクタ１２の中空孔部１２ｄは、回転軸線Ｃを含む領域に回転軸線Ｃに沿う方向に貫通されている。
【００５０】
光学素子保持部１７は、光学素子測定装置１００の被測定体として、例えば、レンズ、平行平板、プリズム、およびミラーなどからなる光学素子Ｗの外周部を位置決めして保持する保持部１７ａと、保持部１７ａに保持された光学素子Ｗの内周部に対向する開口を形成する貫通孔１７ｂとを備える全体として円筒状または円環状の部材である。
光学素子保持部１７は、保持部１７ａに平行な固定面１７ｃを可動部材３のステージ面３ａに当接させた状態で、貫通孔１７ｂが、貫通孔３ｃ上に位置するように位置決めして固定されている。本実施形態では、貫通孔１７ｂは、光学素子Ｗの有効径よりも大きい内径を有し、貫通孔３ｃは、貫通孔１７ｂよりも大きい内径を有している。これにより、可動部材３の下方側から、光学素子Ｗの有効領域全体を観察することが可能となっている。
【００５１】
光学測定部１６は、パラレルリンクステージ１の下方（モータ１０側）から中空孔部１２ｄに対向する位置に配置され、中空孔部１２ｄおよび可動部材３の貫通孔３ｃを通して光学素子保持部１７上に保持された光学素子Ｗの測定を行うものである。
光学測定部１６は、中空孔部１２ｄおよび貫通孔３ｃを通して、光学素子Ｗを測定できるものであれば、適宜の測定機を採用することができる。光学測定部１６に好適な測定機としては、例えば、ＭＴＦ測定機、干渉計、偏心測定機、反射率測定機等の測定機を挙げることができる。これらの測定機では、中空孔部１２ｄおよび貫通孔３ｃの間の中心部に形成された開放空間を通して、測定光の送受光を行えるため、光学素子Ｗを測定することができる。
本実施形態では、光学測定部１６の配置位置は、光学測定部１６の測定基準軸が回転軸線Ｃと同軸となるように設定されている。
【００５２】
次に、本実施形態の光学素子測定装置１００の動作について、パラレルリンクステージ１Ａの動作を中心に説明する。
光学素子測定装置１００では、光学素子保持部１７に光学素子Ｗを保持させ、パラレルリンクステージ１Ａを用いて、光学素子Ｗの測定を開始するための位置および姿勢に移動させる。パラレルリンクステージ１Ａの動作制御は、上記第１の実施形態のパラレルリンクステージ１と同様である。
例えば、光学素子Ｗがレンズ等の場合に、光学測定部１６により中空孔部１２ｄ、貫通孔３ｃ、および貫通孔１７ｂを通して光学素子Ｗの表面を観察しながら、パラレルリンクステージ１Ａによって可動部材３を移動させる。これにより、光学素子Ｗの光軸を光学測定部１６の測定基準軸に一致させたり、測定基準軸に対して、一定距離偏心させたり、光学測定部１６との間の測定基準軸上の距離を調整したり、といった位置、姿勢の調整を行う。
このようにして、測定開始位置に光学素子Ｗが配置されたら、光学測定部１６によって光学素子Ｗの測定を行う。
その際、パラレルリンクステージ１Ａによって、例えば測定部位を変更するといった必要に応じて、可動部材３の位置、姿勢を変更させつつ測定を行うことができる。
パラレルリンクステージ１Ａは、モータ１０を備えており、回転軸線Ｃ回りの回転範囲が大きくなっているため、光学素子Ｗを光軸回りに何回転かさせて測定を行うことが可能となる。
また、モータ１０とパラレルリンク機構４との移動量を協調制御することで、光学素子Ｗの光軸を固定座標系に対して一定に保った状態で、光学素子Ｗを回転軸線Ｃ回りに回転させる、といった制御が可能となる。
【００５３】
また、パラレルリンクステージ１Ａは、回転コネクタ１２を備えているため、モータ１０が回転しても、回転側コネクタ部１２ｃに接続されたケーブル５８と、固定側コネクタ部１２ｅに接続されたケーブル５９との間の相対回転は、回転コネクタ１２の回転によって吸収される。
このため、各ケーブル５８は、モータ１０の回転とともに回転台部２上での相対位置を保ったまま回転され、ケーブル５９はモータ１０が回転しても回転されることはない。これにより、モータ１０が回転されてもパラレルリンクステージ１のようなケーブルのねじれがまったく発生しないため、モータ１０の回転範囲には制限がない。
したがって、パラレルリンクステージ１Ａによれば、光学素子Ｗを回転軸線Ｃ回りの連続回転を所望回数行って、光学測定部１６による測定を行うことができる。
【００５４】
なお、上記の第１の実施形態の説明では、パラレルリンクステージ１の可動部材３に貫通孔３ｃが設けられ、回転台部２の貫通孔２ｃ、モータ１０の円筒内周面２１ｃで形成される中空孔部によって、回転軸線Ｃに沿って連通する開放空間が形成される場合の例で説明したが、可動部材３上の被保持体を下方から観察したり、測定したりする必要がない場合には、貫通孔３ｃを有しない構成としてもよい。
【００５５】
また、上記の第２の実施形態の説明では、光学素子測定装置１００として、パラレルリンクステージ１Ａを備える場合の例で説明したが、光学測定部１６による測定に支障がないようにケーブル５６を挿通させることができれば、パラレルリンクステージ１Ａに代えてパラレルリンクステージ１を採用してもよい。例えば、ケーブル５６を円筒内周面２１ｃに近い領域に配置して、円筒内周面２１ｃの中心部に開放空間を形成すればよい。
【００５６】
また、上記の説明では、回転軸線回りの回転移動は、すべて回転アクチュエータ部によって行う場合の例で説明したが、回転軸線回りの回転移動量を回転アクチュエータ部とパラレルリンク機構との間で適宜に分割してもよい。
例えば、一定の回転量よりも少ない回転や、回転アクチュエータの回転分解能以下の回転をパラレルリンク機構が行うようにしてもよい。
【００５７】
また、上記の説明では、回転アクチュエータ部を扁平なＤＤモータで構成した例で説明したが、回転アクチュエータ部は、例えば、回転可能に支持された回転台部に、例えば歯車機構やベルト伝動機構などの伝動機構を介して回転力を伝動させるモータなどから構成してもよい。
【００５８】
また、上記の説明では、モータ１０の回転部２１に、回転台部２が固定された構成の例で説明したが、モータ１０の回転部２１に、直接、可動リンク５を連結し、回転部２１が回転台部を構成するようにしてもよい。
【００５９】
また、上記の説明では、パラレルリンク機構４としては、固定長のリンク部材８を、直動アクチュエータ６とによって移動させることで、回転台部２と可動部材３との間の連結距離を変える構成の例で説明したが、パラレルリンク機構は、長さが伸縮可能に設けられた６組の可変長リンクによって、回転台部２と可動部材３との間の連結距離を変える構成としてもよい。
【００６０】
また、上記の説明では、パラレルリンク機構４が６組の可動リンク５を有する場合の例で説明したが、可動リンク５は少なくとも３組あればよい。この場合でも、回転軸線Ｃ回りの回転移動をモータ１０によって行うことができるので、上記と同様に位置、姿勢制御を行うことができる。
【００６１】
また、上記第２の実施形態の説明では、回転コネクタ１２の回転軸線と、回転軸線Ｃとが同軸である場合の例で説明したが、回転コネクタ１２の回転軸線と回転軸線Ｃとは、略同軸であればよい。その際、回転コネクタ１２のコネクタ回転部１２ａが回転台部２、もしくはモータ１０の回転部２１に固定され、回転コネクタ１２のコネクタ固定部１２ｂはモータ１０の固定部２０、もしくはモータ１０を固定している孔あきベース７０等の他の構造物に固定してもよい。
【００６２】
また、上記第２の実施形態の説明では、回転コネクタ１２が回転側コネクタ部１２ｃを有する場合の例で説明したが、回転側コネクタ部１２ｃを半田付け端子に置き換え、ケーブル５８の配線を半田付け端子に半田付け接合した構成としてもよい。
また、固定側コネクタ部１２ｅも同様である。
また、ケーブル５６は複数線の被覆ケーブルとせず、動力線、信号線等をそれぞれ独立した細径ケーブルに分けてもよい。また、これらの細径ケーブルと緩やかに結束したケーブル束としてもよい。
【００６３】
また、上記の各実施形態に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１、１Ａ パラレルリンクステージ
２ｃ 貫通孔
３ 可動部材
３ｃ 貫通孔
４ パラレルリンク機構
５ 可動リンク
６ 直動アクチュエータ
８ リンク部材
１０ モータ（回転アクチュエータ部）
１２ 回転コネクタ
１２ｄ 中空孔部
１６ 光学測定部
１７ 光学素子保持部
１７ｂ 貫通孔
２１ｃ 円筒内周面（中空孔部）
２５ エンコーダ
５０ 制御ユニット
５１ 駆動量解析部
５２ 制御データ生成部
５３ モータ制御部
５４ パラレルリンク機構制御部
５５、５６、５８、５９ ケーブル
６０ 操作部
１００ 光学素子測定装置
Ｃ 回転軸線
Ｗ 光学素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線回りに回転可能に支持された回転台部と、
該回転台部を前記回転軸線回りに回転させる回転アクチュエータ部と、
前記回転台部に対して間隔をあけて配置される可動部材と、
前記回転台部および前記可動部材の間で前記回転軸線を取り囲むように周方向に間隔をあけて、少なくとも３箇所で前記回転台部および前記可動部材を連結し、各連結位置で前記回転台部に対する前記可動部材の各連結距離を変化させるパラレルリンク機構と、
該パラレルリンク機構および前記回転アクチュエータ部の動作制御を行うことにより、前記可動部材の位置制御および姿勢制御を行う制御部と、を備えることを特徴とするパラレルリンクステージ。
【請求項２】
請求項１に記載のパラレルリンクステージにおいて、
前記回転台部および前記回転アクチュエータ部のそれぞれの前記回転軸線を含む領域には、前記回転軸線に沿う方向に貫通する中空孔部が設けられたことを特徴とするパラレルリンクステージ。
【請求項３】
請求項１に記載のパラレルリンクステージにおいて、
前記回転台部および前記回転アクチュエータ部にまたがって前記回転軸線と同軸となるように取り付けられ、前記回転アクチュエータの静止時および回転時に前記パラレルリンク機構と前記制御部とを電気的に接続する回転コネクタを備え、
該回転コネクタの前記前記回転軸線を含む領域には、前記回転軸線に沿う方向に貫通する中空孔部が設けられたことを特徴とするパラレルリンクステージ。
【請求項４】
請求項２または３に記載のパラレルリンクステージにおいて、
前記可動部材は、前記中空孔部に対向する位置に、厚さ方向に貫通する貫通孔を備えたことを特徴とするパラレルリンクステージ。
【請求項５】
請求項４に記載のパラレルリンクステージと、
前記可動部材上に設けられ、該可動部材の前記貫通孔上に光学素子を保持する光学素子保持部と、
前記回転アクチュエータ部側から前記中空孔部に対向する位置に配置され、該中空孔部および前記可動部材の前記貫通孔を通して前記光学素子の測定を行う測定部と、を備えたことを特徴とする光学素子測定装置。
【請求項１】
回転軸線回りに回転可能に支持された回転台部と、
該回転台部を前記回転軸線回りに回転させる回転アクチュエータ部と、
前記回転台部に対して間隔をあけて配置される可動部材と、
前記回転台部および前記可動部材の間で前記回転軸線を取り囲むように周方向に間隔をあけて、少なくとも３箇所で前記回転台部および前記可動部材を連結し、各連結位置で前記回転台部に対する前記可動部材の各連結距離を変化させるパラレルリンク機構と、
該パラレルリンク機構および前記回転アクチュエータ部の動作制御を行うことにより、前記可動部材の位置制御および姿勢制御を行う制御部と、を備えることを特徴とするパラレルリンクステージ。
【請求項２】
請求項１に記載のパラレルリンクステージにおいて、
前記回転台部および前記回転アクチュエータ部のそれぞれの前記回転軸線を含む領域には、前記回転軸線に沿う方向に貫通する中空孔部が設けられたことを特徴とするパラレルリンクステージ。
【請求項３】
請求項１に記載のパラレルリンクステージにおいて、
前記回転台部および前記回転アクチュエータ部にまたがって前記回転軸線と同軸となるように取り付けられ、前記回転アクチュエータの静止時および回転時に前記パラレルリンク機構と前記制御部とを電気的に接続する回転コネクタを備え、
該回転コネクタの前記前記回転軸線を含む領域には、前記回転軸線に沿う方向に貫通する中空孔部が設けられたことを特徴とするパラレルリンクステージ。
【請求項４】
請求項２または３に記載のパラレルリンクステージにおいて、
前記可動部材は、前記中空孔部に対向する位置に、厚さ方向に貫通する貫通孔を備えたことを特徴とするパラレルリンクステージ。
【請求項５】
請求項４に記載のパラレルリンクステージと、
前記可動部材上に設けられ、該可動部材の前記貫通孔上に光学素子を保持する光学素子保持部と、
前記回転アクチュエータ部側から前記中空孔部に対向する位置に配置され、該中空孔部および前記可動部材の前記貫通孔を通して前記光学素子の測定を行う測定部と、を備えたことを特徴とする光学素子測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２４７２３８（Ｐ２０１０−２４７２３８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９５９１４（Ｐ２００９−９５９１４）
【出願日】平成２１年４月１０日（２００９．４．１０）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１０日（２００９．４．１０）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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