定量移動装置及びＸ線測定装置
【課題】複数の読取りヘッドを用いて回転ステージを所望の回転角度で高精度に回転させることができる定量移動装置を提供する。
【解決手段】回転ステージ２を回転させるサーボモータ４と、回転ステージ２又は回転ステージ２と一体に動く物体に設けられたスケール３と、スケール３を検知して信号を出力する複数の読取りヘッド８ａ〜８ｈと、複数の読取りヘッド８ａ〜８ｈの各出力信号に基づいて回転角度データの平均値を演算しその平均値を信号Ｓ１として出力するデータ処理部９と、回転角度の平均値の信号Ｓ１に基づいてモータ４の回転を制御するサーボアンプ６とを有する定量移動装置１である。
【解決手段】回転ステージ２を回転させるサーボモータ４と、回転ステージ２又は回転ステージ２と一体に動く物体に設けられたスケール３と、スケール３を検知して信号を出力する複数の読取りヘッド８ａ〜８ｈと、複数の読取りヘッド８ａ〜８ｈの各出力信号に基づいて回転角度データの平均値を演算しその平均値を信号Ｓ１として出力するデータ処理部９と、回転角度の平均値の信号Ｓ１に基づいてモータ４の回転を制御するサーボアンプ６とを有する定量移動装置１である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体を所望の移動量で移動させる定量移動装置、例えば、回転体を所望の角度で回転させる測角器のような定量移動装置に関する。また、本発明はその定量移動装置を有して成るＸ線測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械、自動車、ロボット、計測機器、等といった各種の産業分野において、移動体を所望の移動量で移動させるための定量移動装置が広く用いられている。例えば、計測機器の分野において、測定対象である試料を支持している移動体としての回転ステージを所望の角度で回転させる際に、定量移動装置としての測角器を用いてその回転ステージを回転させることがある。
【０００３】
このような測角器は、例えば回転ステージを回転させる動力源としての電動モータと、回転ステージの回転角度を検出する角度検出器とを有している。このような角度検出器として、従来、特許文献１に開示されたものが知られている。この角度検出器では、基準となる１つの角度データ検出用ヘッドと、複数のＮ次誤差成分検出用ヘッドとを回転ディスクの周囲に配置し、複数のＮ次誤差成分検出用ヘッドのそれぞれの出力データを所定の演算式に適用することによってＮ次誤差成分を求め、上記基準ヘッドの出力データからそのＮ次誤差成分を減算することで、その出力データを校正して、誤差の少ない高精度の角度データを求めている。必要に応じて、Ｎ次誤差成分と角度値によって構成されるテーブルを活用することも特許文献１に開示されている。
【０００４】
特許文献１は、上記のようにして求められた校正後の角度データの活用方法については触れていない。そのような校正後の角度データの活用方法として、一般的には、普及型のパーソナルコンピュータを用いた図１４に示すような処理システムが考えられる。このシステムでは、目盛り（すなわちスケール）を備えたエンコーダディスク１０１の周囲に基準の検出用ヘッド１０２ａを含んだ複数の検出用ヘッド１０２ａ〜１０２ｄが適宜の角度間隔で配置されている。
【０００５】
エンコーダディスク１０１は電動モータであるサーボモータ１０９によって駆動される回転体（図示せず）に一体的に接続されており、その回転体と一体に回転する。サーボモータ１０９の回転角度はサーボアンプ１０８によって制御され、そのサーボモータ１０８はコントローラ１０７から送られる角度指示信号Ｓ０に基づいてサーボモータ１０９の回転角度を制御する。コントローラ１０７は第２のパーソナルコンピュータ１１０へ角度信号Ｓａを伝送する。
【０００６】
各検出用ヘッド１０２ａ〜１０２ｄからのアナログ出力信号はＡＤＣ（Analog-Digital Converter／アナログデジタル変換器）１０３によってデジタル信号に変換され、逓倍回路（Interpolate Circuit）１０４によって周波数がｎ倍（すなわちｎ逓倍）される。逓倍処理後のデータに対してパーソナルコンピュータ１０５によって所定の演算を行って角度校正用のデータを求め、そのデータを第２のパーソナルコンピュータ１１０へ伝送する。パーソナルコンピュータ１１０は、伝送されたデータに基づいて角度校正用テーブル１０６を作成する。
【０００７】
第２のパーソナルコンピュータ１１０はコントローラ１０７から送られた角度信号Ｓａを角度校正テーブル１０６に格納された校正データによって校正し、その校正後の角度データを正しい角度データとする。この正しい角度データは、例えば、出力機器であるディスプレイ１１１の画面上に反映される。なお、図１４に示した角度校正テーブル１０６の活用方法は一例であり、活用方法はこれ以外にも種々に考えられる。
【０００８】
一般に、図１４の角度データ処理システムが複数ある場合、それらのシステムを構成する機械系及び電気系の構成要素が全く同じであっても、出来上がった角度データ処理システムの特性にはバラツキがある。このため、通常は、角度校正テーブル１０６内に格納される校正用データは角度データ処理システムごとに異なったデータとなる。
【０００９】
また、角度データ処理システムの機械的及び電気的な特性は、経時的に変化するものであり、従って原則として、角度校正テーブル１０６の内容は経時的に変更されなければならない。さらに、エンコーダディスク１０１が取り付けられた移動体（例えば回転ステージ）にオプションとして付加的な荷重が載る場合には、偏荷重の影響で移動体が歪むことが考えられ、その都度、角度校正テーブル１０６を作り直す必要がある。
【００１０】
以上のように角度校正テーブル１０６内の校正用データは角度制御システムごとに作成しなければならないし、１つの制御システムについても経時的に変更しなければならず、角度校正テーブル１０６の管理は非常に煩雑である。
【００１１】
従来、図１４に示した角度データ処理システムで用いられている角度検出器と同様の角度検出器が、特許文献２及び特許文献３に開示されている。特許文献３は特許文献２を基礎とする米国特許明細書である。これらの文献には、エンコーダディスクに相当する目盛り盤の周囲に、基準となる１個の第２目盛り読み取りヘッドと複数の第１目盛り読み取りヘッドとを配置して成る角度データ処理システムが開示されている。この処理システムにおいては、１個の第２目盛り読み取りヘッドと各第１目盛り読み取りヘッドとの計測差を求め、それらの平均値を求め、それらの平均値に基づいて校正曲線を求め、そして、基準である第２目盛り読み取りヘッドの出力データをこの校正曲線を用いて校正して最終的な角度データとしている。
【００１２】
特許文献２及び特許文献３も、上記のようにして求められた校正後の角度データの活用方法については触れていない。一般的には、既述の図１４に示したような角度データ処理システム、すなわち、コントローラ１０７からの角度信号Ｓａを必要なときに角度校正テーブル１０６によって校正して出力するという処理を行うシステムが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−２６２５１８号公報（第２〜３頁、図１〜図４）
【特許文献２】特開２００６−０９８３９２号公報（第３〜５頁、図１）
【特許文献３】米国特許第７，１４３，５１８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
以上のように、従来は、複数の検出用ヘッドを用いて精度の高い移動量の検出を行う場合、複数の検出用ヘッドの中から基準となる検出用ヘッドを決め、基準ヘッドとそれ以外のヘッドとの誤差を求め、それらの誤差に基づいて基準ヘッドのための校正曲線を求め、基準ヘッドによる実測の検出結果をその校正曲線を使って校正することにより、回転ステージの正しい移動量を求めるという検出手法が用いられていた。
【００１５】
しかしながら、この方法においては、実測データに対する処理過程が複雑であり、短時間での演算が困難であり、そのため、フィードバック制御を活用することが困難であった。従って、複数の検出用ヘッドによって実測データが検出された後、それらのデータに基づいて即時に（すなわちリアルタイムで）回転ステージの回転を制御することができなかった。
【００１６】
本発明は、従来装置における上記の問題点に鑑みて成されたものであって、複数の検出用ヘッドを用いて正しい移動量を演算によって求める際に、処理過程を単純化して処理時間を短縮化することにより、フィードバック制御を実現可能とし、これにより回転ステージのような移動体を所望の移動量（例えば回転角度）で高精度に移動（例えば回転）させることができる定量移動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】
【００１７】
本発明に係る定量移動装置は、移動体を所望の移動量で移動させる定量移動装置であって、前記移動体を移動させる移動体駆動手段と、前記移動体又は前記移動体と一体に動く物体に設けられたスケールと、当該スケールを検知して信号を出力する複数のスケール検知手段と、当該複数のスケール検知手段の各出力信号に基づいて前記移動量の平均値を演算し当該移動量の平均値を信号として出力する演算手段と、前記移動量平均値の信号に基づいて前記移動体駆動手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明では、複数のスケール検知手段からの情報を平均化して誤差をなくし、そのようにして誤差をなくした情報を制御手段へ伝送してフィードバック制御を行っている。上記構成において、移動体駆動手段はサーボモータとすることができ、場合によってはステッピングモータ、ＤＣモータ、超音波モータ、リニアモータ等とすることもできる。
【００１９】
上記移動体は、例えば回転体、直進移動体、その他の移動体である。「移動量」は、回転体の場合は回転角度であり、直進移動体の場合は直線的な移動量である。回転体としては、例えば自身の中心軸線を中心として回転する回転ステージがある。直進移動体としては、例えばボールネジ等といったネジ軸を用いた移動体がある。また、直進移動体として、リニアモータの移動子がある。この場合には、リニアモータが移動体駆動手段として機能する。直進移動体の場合は、単に機械誤差等の影響を複数の検出器で検出する。誤差要因としてはスケールの取付け誤差や加工誤差等が考えられる。
【００２０】
本発明によれば、複数のスケール検知手段の出力信号に基づいて演算手段が移動量の平均値を演算するので、スケール検知手段が１つだけの場合に比べて、移動量を高精度に求めることができる。この場合に実行される演算は、単に平均値を求めるだけという簡単なものであり、短時間に行うことができる。しかも演算手段はこの演算結果を１つの信号として出力するので、この出力信号を用いてフィードバック制御を行うことができる。これにより、移動体を所望の移動量で高精度に移動させることができる。
【００２１】
本発明に係る定量移動装置において、前記演算手段は、前記スケール検知手段の出力信号を逓倍処理するソフトウエアを有していることが望ましい。この構成により、逓倍処理ユニットを専用のハードウエアによって構成した場合に比べて、複数のスケール検知手段を用いた演算処理を高速で行うことができ、フィードバック制御を実現できるようになり、高精度の移動量制御を行うことが可能となった。
また、逓倍処理をハードウエアではなくソフトウエアで実現することにより、定量移動装置の全体のコストを低く抑えることができる。
【００２２】
本発明に係る定量移動装置において、前記演算手段は、プログラムとデータとが別々のキャッシュメモリに格納され、プログラムバスとデータバスとが異なっている構成のコンピュータによって構成されることが望ましい。この構成により、さらに高速の演算処理を実現できる。このような構成のコンピュータはハーバード型のコンピュータと呼ばれて、ノイマン型のコンピュータと区別されている。
【００２３】
また、前記演算手段は、ＲＩＳＣ（Reduced Instruction Set Computer）型のＣＰＵ（Central Processing Unit）によって演算制御を行うことが望ましい。ＲＩＳＣ型はＣＩＳＣ（Complex Instruction Set Computer）型に比べて処理する命令が単純であり、さらに高速の演算処理を実現できる。なお、ＣＩＳＣ型でも高速処理が可能なものがあるので、そのようなＣＩＳＣ型を使用することもできる。
【００２４】
本発明に係る定量移動装置において、前記演算手段が前記スケール検知手段の出力を受けてから当該演算手段が前記補正された角度データ信号を出力するまでの時間は２０μｓ以下であることが望ましい。この構成により、フルクローズド制御を確実に実現できる。
【００２５】
本発明に係る定量移動装置において、前記移動体は回転体であり、前記スケールは当該移動体の周囲に直接設けられるか又は当該移動体と一体に動く物体に設けられており、前記複数のスケール検知手段は前記回転体の周囲に設けられるという構成を採用できる。この構成により、回転体の回転角度制御を行うことができる。
【００２６】
本発明に係る定量移動装置において、前記複数のスケール検知手段は等間隔で配置されたｎ個（ｎは２，３，５，…の素数）のスケール検知手段を１つのグループとして含んでおり、前記グループの持つｎ次の誤差成分より高次の成分を記憶したデータ記憶テーブルをさらに有しており、前記演算手段によって求められた角度データと前記データ記憶テーブルに記憶された誤差成分とを合成する、という構成を採用できる。
この構成により、高次のフーリエ誤差成分を補完して高精度の角度データを得ることができる。
【００２７】
上記のデータ記憶テーブルを用いた本発明に係る定量移動装置において、前記複数のスケール検知手段は、ｎの値が異なる複数のスケール検知手段のグループを含むように構成できる。これにより、より高次の誤差の検出ができるようになる。
さらに、前記複数のスケール検知手段のグループのそれぞれは、他のグループにも属するスケール検知手段を少なくとも１つ有することができる。これにより、スケール検知手段の数を減らして、スペースの節減及びコストダウンを図ることができる。
【００２８】
本発明に係る定量移動装置において、前記周期波信号は、コサイン波であるＡ相と、サイン波であるＢ相とを含んで成るＡＢ信号、又は前記Ａ相及び前記Ｂ相に加えて基準位置を示すＺ信号を含んで成るＡＢＺ信号とすることができる。
ここで、理想的なコサイン波とサイン波は位相が互いに９０°ずれている波形であることを考慮すれば、前記周期波信号は、相の異なる２相であるＡ相及びＢ相を含んで成るＡＢ信号とすることもできる。
【００２９】
次に、本発明に係るＸ線測定装置は、Ｘ線源とＸ線検出器とを所定の角度で回転させるゴニオメータを有しているＸ線測定装置において、前記ゴニオメータは、以上に記載した構成のいずれか１つに記載の定量移動装置によって構成された第１の定量移動装置と、それらのいずれか１つに記載の定量移動装置によって構成された第２の定量移動装置とを有しており、前記第１の定量移動装置及び前記第２の定量移動装置に含まれる前記移動体は、自身を通過する軸線を中心として回転する回転ステージであり、前記Ｘ線源は前記第１の定量移動装置に含まれる前記回転ステージに支持されており、前記Ｘ線検出器は前記第２の定量移動装置に含まれる前記回転ステージに支持されていることを特徴とする。
【００３０】
このＸ線測定装置によれば、逓倍処理をソフトウエアで行うことにより、複数のスケール検知手段を用いた演算処理を高速で行うようにしたので、フィードバック制御を実際上で実現できるようになり、回転ステージの回転角度制御を高精度で行うことが可能となった。
また、逓倍処理をハードウエアではなくソフトウエアで実現しているので、Ｘ線測定装置の全体のコストを低く抑えることができた。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、複数のスケール検知手段の出力信号に基づいて演算手段が移動量の平均値を演算するので、スケール検知手段が１つだけの場合に比べて、移動量を高精度に求めることができる。この場合に実行される演算は、単に平均値を求めるだけという簡単なものであり、短時間に行うことができる。しかも演算手段はこの演算結果を１つの信号として出力するので、この出力信号を用いてフィードバック制御を行うことができる。これにより、移動体を所望の移動量で高精度に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る定量移動装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】スケール検知手段の複数の配置形態を示す図である。
【図３】スケール検知手段で検出される周期波信号の一例を示すグラフである。
【図４】図１の主要部であるデータ処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図５】図４の回路で実現される主要なソフトウエアである逓倍処理を機能的に示すブロック図である。
【図６】図４の回路で実現される他の主要なソフトウエアである角度演算処理を機能的に示すブロック図である。
【図７】本発明に係る定量移動装置の他の実施形態で用いる角度演算処理を機能的に示すブロック図である。
【図８】本発明に係る定量移動装置のさらに他の実施形態で用いる角度演算処理を機能的に示すブロック図である。
【図９】本発明に係る定量移動装置のさらに他の実施形態で用いる角度演算処理を機能的に示すブロック図である。
【図１０】図９の実施形態を説明するための回転角度の誤差を示す図である。
【図１１】本発明に係る定量移動装置のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
【図１２】本発明に係る定量移動装置のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
【図１３】本発明に係るＸ線測定装置の一実施形態を示す正面図である。
【図１４】本発明に係る定量移動装置の従来の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係る定量移動装置を実施形態に基づいて説明する。なお、本発明がこの実施形態に限定されないことはもちろんである。また、これ以降の説明では図面を参照するが、その図面では特徴的な部分を分かり易く示すために実際のものとは異なった比率で構成要素を示す場合がある。
【００３４】
（定量移動装置の第１の実施形態）
図１は本発明に係る定量移動装置の一実施形態を示している。この定量移動装置１は、軸線Ｘ０を中心として回転する移動体としての回転ステージ２の回転角度（すなわち移動量）を高精度に制御する装置である。軸線Ｘ０は、図１の紙面と直交する方向（すなわち紙面を貫通する方向）に延びている。回転ステージ２の周囲には、部分拡大図（ａ）に示すように、一定間隔で複数のスケール（すなわち目盛り）３が設けられている。複数のスケール３は適宜の構成のマーキング装置によって形成されている。本実施形態ではスケール３が移動体としての回転ステージ２に直接に形成されているが、これに代えて、回転ステージ２にエンコーダディスクを接続した上でそのエンコーダディスクにスケールを設けることも可能である。
【００３５】
＜定量移動装置の全体構成＞
定量移動装置１は、移動体としての回転ステージ２を駆動して回転させる移動体駆動手段としてのサーボモータ４と、サーボモータ４の回転角度を制御する制御手段としてのサーボアンプ６と、サーボアンプ６へ角度指示信号Ｓ０を供給するコントローラ７とを有している。角度指示信号Ｓ０は、回転ステージ２を軸線Ｘ０を中心として何度回転させるかを指示するための信号である。
【００３６】
定量移動装置１は、さらに、回転ステージ２のスケール３を読み取るスケール検知手段としての複数（本実施形態では８個）の読取りヘッド８ａ〜８ｈと、各読取りヘッドの出力を受け取って回転角度信号Ｓ１を出力する演算手段としてのデータ処理部９とを有している。回転角度信号Ｓ１は、回転ステージ２の回転角度を示す信号であり、各読取りヘッド８ａ〜８ｈがスケール３に基づいて検出した実測の回転角度に対して所定の演算を行うことによって得られた演算処理後の角度信号である。
【００３７】
読取りヘッド８ａ〜８ｈは、例えば、発光素子から出てスケール３で反射した光を受光素子によって受光する構成の反射型光センサによって構成されている。もちろん、スケール３の形態に応じて、透過型光センサ、その他適宜の構造のセンサを用いることができる。
【００３８】
データ処理部９による演算処理後の回転角度信号Ｓ１はサーボアンプ６の制御信号入力端子へ伝送される。サーボアンプ６は、コントローラ７から送られてきた角度指示信号Ｓ０を目標値とし、演算処理後の回転角度信号Ｓ１を制御条件値として、サーボモータ４へ駆動信号を供給する。これにより、回転ステージ２が、例えば矢印Ａで示す方向へ演算処理後の正しい角度で回転する。
【００３９】
＜フルクローズド制御＞
一般に、回転制御方法として、オープンループ制御、セミクローズド制御、そしてフルクローズド制御が知られている。オープンループ制御は、駆動源であるパルスモータ（すなわちステッピングモータ）に供給する入力パルスを制御することで、そのパルスモータによって駆動される移動体の移動量（例えば回転角度）を制御する方法である。
【００４０】
セミクローズド制御は、移動体（例えば回転体）の移動量（例えば回転角度）情報を直接に取得するのでは無く、駆動源であるサーボモータの出力軸から回転情報を取得するか、あるいはサーボモータの出力軸から移動体へ到る動力伝達系から移動量情報を取得し、その移動量情報をサーボモータへフィードバックして移動体の移動量を制御する方法である。
【００４１】
フルクローズド制御は、制御目的対象である移動体（例えば回転ステージ）の移動量を直接に検出し、その移動量情報をサーボモータへフィードバックしてその移動体の移動量を制御する方法である。
【００４２】
本実施形態においては、制御目的対象である回転ステージ２の回転角度をスケール３を用いて読取りヘッド８ａ〜８ｈによって直接に検出し、そうして検出した回転角度情報をサーボアンプ６へフィードバックして回転ステージ２の回転角度を制御している。従って、本実施形態では、フルクローズド制御に基づいた制御が行われていることになる。
【００４３】
＜ヘッド配置＞
図１では８個の読取りヘッド８ａ〜８ｈの配置状態を模式的に示している。実際の読取りヘッド８ａ〜８ｈは、図２（ｆ）に示すように、「２」，「３」，「５」といった素数の等間隔配置の組み合わせに従って回転ステージ２の周囲に配置されている。具体的には、（１）１８０°の等角度間隔で配置された２個のヘッド８ａ，８ｆの組と、（２）１２０°の等角度間隔で配置された３個のヘッド８ａ，８ｄ，８ｇの組と、（３）７２°の等角度間隔で配置された５個のヘッド８ｂ，８ｃ，８ｅ，８ｇ，８ｈの組、の３組のグループの組み合わせとなっている。
【００４４】
このようなヘッド配置を採用した上で、後述する角度補正の演算を行うことにより、等角度間隔で配置したヘッド数の最小公倍数の整数倍を除いた高次のフーリエ成分までの補正を行うことが可能となり、高精度の回転角度検出が可能となる。各読取りヘッド８ａ〜８ｈは、図３に示すように、互いに９０°の位相差を持ったコサイン波であるＡ相とサイン波であるＢ相とのＡ，Ｂ２相の周期波信号を出力する。また、図１（ａ）のスケール３の中には基準信号用のマークが含まれており、その基準マークを読み取ったヘッド８ａ〜８ｈは基準角度信号を出力する。この基準角度信号を、以下、Ｚ信号という。
【００４５】
＜データ処理部＞
図１のデータ処理部９は、図４に示すように、１６個の差動式アンプ１１（図では８個が図示されている）と、アナログセレクタ１２と、１チップ型ＣＰＵ１３とを有している。本実施形態では１チップ型ＣＰＵ１３として、株式会社ルネサスエレクトニクス製の３２ビットＲＩＳＣマイクロコンピュータであるＳＨマイコンを使用するものとする。本実施形態では１チップ型ＣＰＵ１３を用いているが、これに代えて、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）や、大規模ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いることもできる。但し、これらのうち１チップ型ＣＰＵが最も安価であり、コスト的に有利である。
【００４６】
１チップ型ＣＰＵ１３は、８入力高速Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１４、タイマユニット１６、ＲＯＭ（Read Only Memory）１７、ＲＡＭ（Random Access Memory）１８、不揮発性メモリ１９、同期型シリアル通信部（ＳＰＩ）２１、及び非同期型シリアル通信部（ＳＣＩ）２２の各機能モジュールを内蔵している。つまり、１チップ型ＣＰＵ１３は、データ処理部のドライバ／レシーバ２３、アナログアンプ１１を除き、１個のＬＳＩ（Large Scale Integration）に集約されている。
【００４７】
コンピュータの構成としてハーバード型とノイマン型とが知られている。ハーバード型は、プログラムバスとデータバスとが別々であり、プログラムを格納するキャッシュメモリとデータを格納するキャッシュメモリとが別々である構成のコンピュータである。一方、ノイマン型は、プログラムバスとデータバスとが共通であり、プログラムとデータとが同じメモリの中に記憶される構成のコンピュータである。ハーバード型は構成が簡単であり、高速の演算処理を実現できるので、リアルタイムの演算を目指す本実施形態には好都合である。
【００４８】
図１の８個の読取りヘッド８ａ〜８ｈから出力された８チャンネルのセンサ出力２３は、１６個の差動式アンプ１１で増幅され、アナログセレクタ１２で８入力までに選択され、１チップ型ＣＰＵ１３に入力される。
【００４９】
＜ソフトウエア＞
図４の１チップ型ＣＰＵ１３内のＲＯＭ１７内には、逓倍処理を行うためのソフトウエア及び８個の読取りヘッド８ａ〜８ｈが検出した実測角度データに基づいて正しい角度データを演算するためのソフトウエアが格納されている。逓倍処理は、読取りヘッド８ａ〜８ｂから出力された図３に示すＡ，Ｂ各相の周期波信号の周波数をｎ倍（ｎは整数）する処理である。この逓倍処理は読取り精度を高めるために行うものである。以下、逓倍ソフト及び角度演算ソフトについて説明する。
【００５０】
＜逓倍処理＞
本実施形態では、逓倍処理は全てソフトウエア処理で行っている。図５はその逓倍処理ソフトウエアの機能をブロック図で示している。図５は１個分のフローを示しているが、全体では複数（本実施形態では最大で８個）分を時分割で行っている。
【００５１】
この逓倍処理の入力信号Ｓ２は、互いに９０°の位相差のＡ相及びＢ相のアナログ信号（図３参照）をＡ／Ｄ変換器１４（図４参照）によってＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換した結果の２つのデジタルデータである。入力されたデータはオーバーフロー検出Ｐ１を受ける。このオーバーフロー検出Ｐ１は、過大入力でＡ／Ｄ変換器の変換範囲を超えている状態の検出である。
【００５２】
逓倍処理では、「サイン入力とコサイン入力とのゲイン差」、「オフセット」、及び「サイン入力とコサイン入力との位相差」が精度を維持するために非常に重要である。１０００逓倍では、例えば、サイン入力とコサイン入力とのゲイン差は０．８９％以下、オフセットの誤差は０．３１％以下、サイン入力とコサイン入力との位相差は０．１８％以下にする必要がある。この３つの誤差を補正する処理をステップＰ２〜Ｐ４で行っている。オフセットとゲインについてはサインデータ及びコサインデータのプラス側とマイナス側とのピークをホールドし（ステップＰ６）、時間軸で平均化してデータを更新しながら自動的に補正を行っている。
【００５３】
次に、サインデータ及びコサインデータに対してアークタンジェント処理（ステップＰ５）を行って逓倍した角度を計算している。アークタンジェント処理において次式により位相角が計算される。
θ＝ｔａｎ−１（Ｂ／Ａ）
ここで、Ａ＝コサインデータ、Ｂ＝サインデータである。
例えば１０００逓倍では、計算結果は３６０°を１０００で割った単位に正規化されて出力される。一方、オーバーフロー検出Ｐ１及びピークホールド処理Ｐ６で検出されたエラーは外部へ出力される。
【００５４】
アークタンジェント処理においては、上記式の通り、Ａ値及びＢ値に基づいてアークタンジェント値を算出してθ値とする。本実施形態で用いるソフトウエアでは、アークタンジェント値を算出するステップにおいて実際にその都度、アークタンジェントの数式演算をするのではなく、予めアークタンジェントのテーブルを準備しておき、Ａ値及びＢ値に対するθ値をそのテーブルから引出すことにした。これにより、アークタンジェント処理のための処理時間を大きく短縮できた。
【００５５】
図１の定量移動装置１においてフルクローズド制御を実現するためには、データ処理部９が各読取りヘッド８ａ〜８ｈから実測角度信号を受けてから補正後の角度信号Ｓ１を演算して出力するまでの時間、すなわちシステムディレイ（System Delay）が所定時間内でなければならない。この所定時間を越えてしまうような演算が行われると、回転ステージ２を取り巻く機械系の慣性力、その他の影響により、実質的なフルクローズド制御を行うことができなくなる。一般的には、システムディレイが２０μｓ以下であればそのようなフルクローズド制御が可能である。
【００５６】
一般に、システムディレイを規定する因子としては、サイン波のＳ／Ｎ比を上げるためのＬＰＦ（ローパスフィルタ）によるディレイと、逓倍処理を行うためのディレイとが考えられる。ローパスフィルタによるディレイは、通常、１０μｓ程度であるので、逓倍処理のための時間を１０μｓ以下に抑えられれば、フルクローズド制御を実現するための２０μｓ以下のシステムディレイを実現できる。
【００５７】
図１４に示す従来のハードウエアを用いた逓倍処理では、処理時間を１０μｓ以下にすることが難しかった。本実施形態では、マイクロコンピュータを用いて構成したデータ処理部９内でソフトウエアによって逓倍処理を行い、しかも逓倍処理に係るアークタンジェントの演算をテーブルを用いて行うようにしたので、逓倍処理時間を１０μｓ以下に抑えることができた。この結果、システムディレイを２０μｓ以下に抑えることができ、フルクローズド制御を実現できた。
【００５８】
＜自己補正処理による角度演算処理＞
図６はＣＰＵ１３（図４）によって実現される角度演算処理の機能をブロック図で示している。この角度演算処理において、Ｃｈ１逓倍処理ステップＰ１１、Ｃｈ２逓倍処理ステップＰ１２、Ｃｈ３逓倍処理ステップＰ１３、Ｃｈ４逓倍処理ステップＰ１４、Ｃｈ５逓倍処理ステップＰ１５、Ｃｈ６逓倍処理ステップＰ１６、Ｃｈ７逓倍処理ステップＰ１７、そしてＣｈ８逓倍処理ステップＰ１８は、それぞれ、図２（ｆ）の読取りヘッド８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈの出力信号に対する逓倍処理のステップを示している。本実施形態では、任意の１つの読取りヘッド、例えば読取りヘッド８ａを、ヘッド位置の評価用の及びリセット用の基準の読取りヘッドとして考える。
【００５９】
なお、ここで「基準の読取りヘッド」と言っているのは、各読取りヘッド８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈの配置位置を評価する際や、リセット信号を発生させる際に基準の読取りヘッドとなることの意味であり、回転ステージ２の回転角度を演算処理する際に１つの読取りヘッドを基準の読取りヘッドとして考えるという意味ではない。本実施形態では、各読取りヘッド８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈがそれぞれ独立して演算の基礎として使用されるものであり、どれか１つの読取りヘッドが演算の基準として設定されるものではない。なお、本実施形態で言う「基準の読取りヘッド」は読取りヘッド８ａ以外の任意の読取りヘッドとすることもできる。
【００６０】
これらの各ステップでの逓倍処理によって得られた角度データは、１つ前のデータとの差分をとり、それぞれに対応したカウンタＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４、Ｐ２５，Ｐ２６，Ｐ２７，Ｐ２８に加算される。この加算により各カウンタの出力として、それぞれ、Count1，Count2，Count3，Count4，Count5，Count6，Count7，Count8 が得られる。
【００６１】
既述の通り、本実施形態の８個の読取りヘッドは、１８０°の等角度間隔で配置された２個のヘッド８ａ，８ｆの組と、１２０°の等角度間隔で配置された３個のヘッド８ａ，８ｄ，８ｇの組と、７２°の等角度間隔で配置された５個のヘッド８ｂ，８ｃ，８ｅ，８ｇ，８ｈの組、の３組のグループの組み合わせとなっている。
【００６２】
演算ステップＰ３１は、各グループの平均値を取り、さらにそれらの平均をとって、次のカウント値 Count_c を算出する。
Count_c＝[{(Count1＋Count5)/2}＋{(Count1＋Count3＋Count7)/3}
＋{(Count2＋Count4＋Count5＋Count6＋Count8)/5}]/3・・・（１）
なお、単純な平均をとることに代えて、重み付平均をとることもできる。
上記のカウント値Count_c が回転ステージ２（図１）の補正された正しい角度データであり、図１の回転角度信号Ｓ１として出力され、フィードバック制御の制御条件値とされる。
全ての読取りヘッドに対応したカウント値は特定の読取りヘッド、例えばCount1 に対応する読取りヘッド８ａのＺ信号によってリセットされる。
【００６３】
補正されたカウント値 Count_c についての基準読取りヘッド８ａのCount1 との差分（補正分）Δcount は、
Δcount＝Count_c−Count1
によって求められる。この差分値Δcount は、個々の読取りヘッドの特性や配置位置を評価する際に利用される。
【００６４】
上記（１）式に従った演算処理の結果である補正された角度データは外部へ出力される。また、基準読取りヘッド８ａとの差分出力ΔcountをＡＢＺ生成モジュールＰ３２へ送る。これにより、ＡＢＺ出力は校正された出力となる。
【００６５】
本実施形態の定量移動装置１は以上のように構成されているので、図１において、コントローラ７からサーボアンプ６へ角度指示信号Ｓ０が伝送され、サーボアンプ６がその角度指示信号Ｓ０に従ってサーボモータ４へ駆動信号を伝送し、これにより、回転ステージ２がサーボモータ４に駆動されて軸線Ｘ０を中心として指示された目標角度に向かって矢印Ａのように回転する。この回転の際、スケール３が各読取りヘッド８ａ〜８ｈによって読み取られ、それらの出力端子に実測角度データが図３のようなＡ相（コサイン波）及びＢ相（サイン波）の周期波信号として出力される。この読取りヘッドの出力には基準点すなわちゼロ点を示すＺ信号が含まれている。
【００６６】
各読取りヘッドからの実測角度データは、図４のＣＰＵ１３に含まれているＡ／Ｄ変換器１４によってＡ／Ｄ変換され、図５の逓倍処理ソフトウエアによって逓倍処理を受けて、例えば周波数が１０００倍に逓倍される。逓倍処理された各実測角度データは図６の演算処理ソフトウエアによって上記（１）式に従って演算される。その結果、補正された角度データ Count_c が求められ、この Count_c が図１の回転角度信号Ｓ１としてサーボアンプ６の制御信号入力端子に伝送される。
【００６７】
サーボアンプ６は伝送された回転角度信号Ｓ１に基づいてサーボモータ４への入力信号を制御して、回転ステージ２の回転角度を制御する。こうして、フルクローズド制御方式に従ったフィードバック制御が実行されて、回転ステージ２が所望の回転角度まで高精度で回転する。
【００６８】
本実施形態では、データ処理部９が各読取りヘッド８ａ〜８ｈから実測角度信号を受けてから補正後の回転角度信号Ｓ１を出力するまでの時間、すなわちシステムディレイが２０μｓ以下に抑えられている。すなわち、リアルタイムの角度演算処理が実現されている。このため、図１に示すフルクローズド制御が実質的に実現可能となっている。
【００６９】
本発明者の実験によれば、図１において１つの読取りヘッド８ａだけを用いて、角度補正演算を行うことなく、実測の角度検出データ（すなわち誤差を含むデータ）だけでフィードバック制御を行った場合には、±（２／１０００）°の誤差精度しか得られなかった。これに対し、リアルタイムの角度演算処理を実現することにより、複数の読取りヘッドから得られる実測角度データから正しい角度データを演算によって求め、この補正された角度データに基づいてフィードバック制御を行うようにした本実施形態によれば、±（２／１００００）°の誤差精度、すなわち従来の角度演算処理を行わない場合に比べて１０倍の精度が得られることが分かった。
【００７０】
また、本実施形態では、安価であるマイクロコンピュータを用いてデータ処理部９を構成し、さらに逓倍処理も専用のハードウエアではなくマイクロコンピュータ内のソフトウエアで実現しているので、定量移動装置の全体のコストを低く抑えることができた。
【００７１】
また、本実施形態で用いているデータ処理部９は、ＣＩＳＣ型よりも処理命令が単純で高速処理可能であるＲＩＳＣ型であり、さらにプログラムバスとデータバスとが別々であって高速処理可能であるハーバード型である。これらのため、演算処理速度が非常に高速であり、システムディレイが２０μｓ以下である、リアルタイムの演算処理を達成でき、それ故、リアルタイムのフィードバック制御が可能になっている。
【００７２】
（定量移動装置の第２の実施形態）
上記実施形態では図６において、演算ステップＰ３１でΔcount値を求め、これをＡＢＺ生成モジュールＰ３２へ伝送して、校正されたＡＢＺ出力を求めた。しかしながらこれに代えて、図７に示すように、演算ステップＰ３１による補正後の出力からＡＢＺ出力を直接に作ることも可能である。
【００７３】
（定量移動装置の第３の実施形態）
また、読取りヘッドの数を少なくしても高次の歪まで校正する手段として次の方法がある。すなわち、８チャンネルの読取りヘッドを取り付け、８チャンネルの校正データの差分を測定し、それをメモリに記憶させる。メモリの容量は有限なので通常、スケールの数万分の一程度の単位で記憶する。
【００７４】
次に、読取りヘッドの数を、例えば４個以下に減らし、その補正データを再度測定し、８チャンネルの補正データとの差分を計算し、これを不揮発性メモリに記憶させる。もし減らした読取りヘッドの位置が８チャンネルのサブセットであれば差分の抽出は測定時に同時に行うことができる。校正時にはこの記憶された差分データでリアルタイム、すなわちフルクローズド制御を実現可能な処理時間内、より具体的には２０μｓ以下の時間内、に補正する。
【００７５】
（定量移動装置の第４の実施形態）
上記の実施形態では図２（ｆ）に示したように、８個の読取りヘッド８ａ〜８ｈを「２」，「３」，「５」の素数の等間隔配置の組み合わせに従って回転ステージ２の周囲に配置した。本実施形態では８個ではなく、４個の読取りヘッドを用いることにする。そして、４個の読取りヘッドの配置として、図２（ｃ）に示すように、４個の読取りヘッド８ａ〜８ｄを「２」，「３」の素数の等間隔配置の組み合わせに従って回転ステージ２の周囲に配置している。具体的には、１８０°の等角度間隔で配置された２個のヘッド８ａ，８ｃの組と、１２０°の等角度間隔で配置された３個のヘッド８ａ，８ｂ，８ｄの組と、の２組のグループの組み合わせとなっている。
【００７６】
本実施形態で採用する定量移動装置の全体構成は基本的には図１の構成と同じである。但し、読取りヘッドの数を８個から４個に変更するか、あるいは８個のうちの４個を使用する。また、データ処理部９内の構成は基本的には図４に示した構成と同じである。但し、本実施形態では、読取りヘッドの数を８個から４個に変更するか、あるいは８個のうちの４個を使用する。
【００７７】
ＲＯＭ１７内には第１の実施形態で用いた図５の逓倍処理ソフトウエアと同じ逓倍処理ソフトウエアが格納されている。逓倍処理を受けた各角度データは、図８に示す角度演算処理ソフトウエアによって演算処理を受ける。具体的には、演算ステップＰ３３により次式に従って平均のカウント値 Count_c が計算される。
Count_c＝[{(Count1＋Count3)/2}＋{(Count1＋Count2＋Count4)/3}]/2
…（２）
【００７８】
（定量移動装置の第５の実施形態）
一般に、ｎ個の読取りヘッドを等間隔に並べて角度検出を行う場合、それらの平均をとって校正を行って角度を算出したとき、ｎ次のフーリエ成分とさらにその整数倍の高次のフーリエ成分とが校正できず、それらのフーリエ成分が未知のままで誤差として残る。
【００７９】
例えば、回転ステージに設けられたスケールが示す真の角度が図１０のグラフの曲線Ａであるとする。この曲線Ａは回転ステージにスケールを形成する際の形成誤差に応じて発生するものであり、この形成誤差はスケールの製作時に認識できる。
【００８０】
次に、そのようにして製作されたスケールを用いて、例えば、等間隔に配置された５個の読取りヘッドを用いて、例えば図６に示す演算ステップＰ３１によって角度を検出したときの補正された回転角度データが曲線Ｂである。曲線Ｂと曲線Ａとは一般に一致しない部分を含んでいる。つまり、曲線Ａは誤差成分を含んでいる。
【００８１】
この誤差成分だけを取り出すと曲線Ｃのようになる。この曲線Ｃのような誤差は、５個の読取りヘッドに起因する５次のフーリエ成分とそれの高次（例えば１０次、１５次、…）のフーリエ成分とが校正されずに残ってしまった結果として発生したものである。曲線Ｃは予めの実際の測定によって求めることができる。
【００８２】
本実施形態では、実際に１，２，３，４，…，ｎ個の読取りヘッドを、それぞれ、回転ステージ２の周囲に等角度間隔で配置して成る定量移動装置を個々に製作し、個々の定量移動装置に対して図１０の曲線Ｃのような補正用データを求め、それらをｎ値ごとに図４の不揮発性メモリ１９に補正用テーブルとして格納しておく。
【００８３】
そして、図９の演算ステップＰ３１において所定の演算を行って Count_c （すなわち曲線Ｂ）を求めた後、メモリ１９内に格納した補正用テーブルから対応するｎ値の補正用データを読み出して、その補正用データと Count_cとを合成処理することにより、高次の誤差成分を補完した絶対角校正済みの角度信号を求めることができる。この校正済みの角度信号に基づいて回転角を制御することができ、この場合には非常に高精度の回転制御を行うことができる。
【００８４】
なお、図２（ａ）のように２個の等角度配置の場合にはｎ＝２の補正用データを利用し、図２（ｂ）のように３個の等角度配置の場合にはｎ＝３の補正用データを利用し、図２（ｃ）のような４個の角度配置の場合にはｎ＝２とｎ＝３の補正用データを利用し、図２（ｄ）のように５個の等角度配置の場合にはｎ＝５の補正用データを利用し、図２（ｅ）のような６個の角度配置の場合にはｎ＝２とｎ＝５の補正用データを利用し、図２（ｆ）のような８個の角度配置の場合にはｎ＝２とｎ＝３とｎ＝５の補正用データを利用する。
【００８５】
図２（ｃ）の場合は１つの読取りヘッド８ａが２個のグループと３個のグループとに共通している読取りヘッドとなっているが、各グループで共通する読取りヘッドを持たないように設定することも可能である。この場合には、結局のところ、読取りヘッドの数が５個なる。また、図２（ｆ）の場合は、読取りヘッド８ａが２個のグループと３個のグループとに共通し、読取りヘッド８ｇが３個のグループと５個のグループとに共通している。
【００８６】
複数のグループ間で１つ又は複数の読取りヘッドを共通に設定すれば、使用する読取りヘッドの数を減らすことができるので、スペース的に有利であり、コスト的にも有利である。
【００８７】
（定量移動装置の第６の実施形態）
図１１は、定量移動装置のさらに他の実施形態を示している。本実施形態に係る定量移動装置３０は、以上に説明した回転ステージ２の回転角度の定量移動制御に加えて、回転ステージ２の回転軸のブレ量を検出する機能を有している。以下、詳しく説明する。
【００８８】
移動体としての回転ステージ２の周囲に、複数（本実施形態では４個）の読取りヘッド８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが９０°の等角度間隔で配置されている。これらの読取りヘッドを用いて図５で説明した逓倍処理、及び図８で示した角度演算処理が行われる。
【００８９】
さらに、読取りヘッド８ａの検出量を「Ａ」とし、それに対向している読取りヘッド８ｃの検出量を「Ｂ」とし、読取りヘッド８ｂの検出量を「Ｃ」とし、それに対向している読取りヘッド８ｄの検出量を「Ｄ」としたとき、横方向（すなわち水平方向）の変位量ΔＸ及び縦方向（すなわち垂直方向）の変位量ΔＹを、それぞれ、次式によって検出する。
ΔＸ＝（Ａ−Ｂ）／２
ΔＹ＝（Ｃ−Ｄ）／２ …（３）
【００９０】
回転ステージ２が回転している場合、読取りヘッド８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの全ては同じ方向の移動量を検出する。他方、中心軸線Ｘ０が平行ブレを起こすと、縦方向で互いに対向している読取りヘッド８ａの検出量と読取りヘッド８ｂの検出量は互いに反対方向になる。また、横方向で互いに対向している読取りヘッド８ｂの検出量と読取りヘッド８ｄの検出量も互いに反対方向になる。従って、上式（３）のように縦方向でも横方向でも、変異量Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを引いて「２」で割れば、回転量は相殺され、平行ブレ量を求めることができる。こうして、正確な回転角度データＳ１を出力できることに加えて、軸の芯ブレ量Ｓ４を出力することも可能となる。
【００９１】
（変形例）
以上のようにして求められた軸の芯ブレ量（すなわち平行ブレ量）を示すデータＳ４を、図１２に示す定量移動装置３１のように、ピエゾステージコントローラ２６へ伝送することができる。ピエゾステージコントローラ２６は回転ステージ２に取り付けたＸ方向ピエゾアクチュエータ２７ａ及びＹ方向ピエゾアクチュエータ２７ｂの動作を個別に制御する。ピエゾアクチュエータ２７ａ，２７ｂは、ピエゾ素子（圧電素子）へ印加する電圧を制御することにより、そのピエゾ素子が取り付けられた可動部材を印加電圧に応じて移動させる要素である。
【００９２】
上式（３）に示されるΔＸデータ及びΔＹデータを含む芯ブレ量データの信号Ｓ４を受けたピエゾステージコントローラ２６は、ΔＸを補完するための信号をＸ方向ピエゾアクチュエータ２７ａへ伝送し、ΔＹを補完するための信号をＹ方向ピエゾアクチュエータ２７ｂへ伝送する。これにより、回転ステージ２の芯ブレを、ピエゾステージコントローラ２６及びピエゾアクチュエータ２７ａ，２７ｂによってリアルタイムに補正できる。ここで、リアルタイムとは、読取りヘッド８ａ〜８ｄから出力された回転角度データに基づいてサーボアンプ６によってフルクローズド制御が実現できる時間、具体的には２０μｓ以下の時間である。
【００９３】
なお、回転ステージ２を軸ブレ補完のために微小距離で移動させる手段としては、ピエゾアクチュエータを用いた上記の手段に限られず、目的や必要に応じて適宜の構成を採用することができる。
【００９４】
（Ｘ線測定装置の第１の実施形態）
図１３は、本発明に係るＸ線測定装置の一実施形態を示している。このＸ線測定装置４１は、試料４２を支持する試料台４３と、試料４２に入射するＸ線を発生するＸ線管４４と、試料４２から出たＸ線、例えば回折Ｘ線を検出するＸ線検出器４６とを有している。Ｘ線管４４及びＸ線検出器４６はゴニオメータ（測角器）４７によって支持されている。
【００９５】
ゴニオメータ４７は、試料４２に対するＸ線管４４の見込み角度θ、及び試料４２に対するＸ線検出器４６の見込み角度θ１の両方を制御する。通常は、絶対値においてθ＝θ１である。Ｘ線管４４の見込み角度θは、Ｘ線管４４から出たＸ線が試料４２へ入射する角度（すなわち、「Ｘ線入射角度」）である。ゴニオメータ４７は、Ｘ線入射角度θを所望の角速度で変化させると共に、入射Ｘ線光軸Ｘ１に対するＸ線検出器４６の角度２θがＸ線入射角度θの２倍の角度を維持するようにＸ線検出器４６の見込み角度θ１を制御する。入射Ｘ線光軸Ｘ１に対するＸ線検出器４６の角度２θは、試料４２から出る回折Ｘ線を検出できる角度であり、このためこの角度２θは「回折角度」と呼ばれている。
【００９６】
ゴニオメータ４７は、Ｘ線管４４に関するθ値を測角する入射側測角部と、Ｘ線検出器４６に関するθ１値を測角する受光側測角部とを有している。入射側測角部は、移動体としての回転ステージ２ａと、この回転ステージ２ａから延びていてＸ線管４４を支持している入射側アーム部材４８と、回転ステージ２ａを所望の移動量（すなわち回転角度）で移動（すなわち回転）させる定量移動装置１ａとを有している。
【００９７】
受光側測角部は、移動体としての回転ステージ２ｂと、この回転ステージ２ｂから延びていてＸ線検出器４６を支持している受光側アーム部材４９と、回転ステージ２ｂを所望の移動量（すなわち回転角度）で移動（すなわち回転）させる定量移動装置１ｂとを有している。
【００９８】
入射側測角部を構成する回転ステージ２ａと定量移動装置１ａとの組み合わせの構成は、例えば図１、図１１、図１２を用いて説明した実施形態の構成と同じである。また、受光側測角部を構成する回転ステージ２ｂと定量移動装置１ｂとの組み合わせの構成も、それらと同じ構成である。以上の構成により、Ｘ線管４４及びＸ線検出器４６をそれぞれに所望の角度で極めて正確に回転させることができ、その結果、極めて信頼性の高いＸ線回折測定を行うことができる。
【００９９】
（その他の実施形態）
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
【０１００】
以上の実施形態では、読取りヘッドの配置形態として図２（ｃ）に示す４個の配置、及び図２（ｆ）に示す８個の配置を採用した。しかしながら、複数の読取りヘッドの配置形態はそれらに限定されるものでなく、必要に応じて任意に設定される。例えば、図２（ａ）に示す２個の配置や、図２（ｂ）に示す３個の配置や、図２（ｄ）に示す５個の配置や、図２（ｅ）に示す６個の配置、等を採用できる。
【０１０１】
図２（ａ）に示す配置では、２個（素数）の読取りヘッド８ａ，８ｂが１８０°の等角度間隔で配置されている。図２（ｂ）に示す配置では、３個（素数）の読取りヘッド８ａ，８ｂ，８ｃが１２０°の等角度間隔で配置されている。図２（ｄ）に示す配置では、５個（素数）の読取りヘッド８ａ〜８ｅが７２°の等角度間隔で配置されている。図２（ｅ）に示す配置では、２個の読取りヘッド８ａ，８ｄが１８０°の等角度間隔で配置され、さらに５個の読取りヘッド８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｅ，８ｆが７２°の等角度間隔で配置されている。
【０１０２】
以上の実施形態では、移動体である回転ステージ２の回転角度を移動量として、その移動量を制御した。しかしながら、これに限られず、ボールネジ等といったネジ軸によって回転移動を直線移動に変換する機械系において、直線移動体の直線移動量を制御しても良い。
【符号の説明】
【０１０３】
１．定量移動装置、 ２．回転ステージ（移動体）、 ３．スケール（目盛り）、 ４．サーボモータ（移動体駆動手段）、 ６．サーボアンプ（制御手段）、 ７．コントローラ、 ８ａ〜８ｈ．読取りヘッド（スケール検知手段）、 ９．データ処理部（演算手段）、 １１．差動式アンプ、 １２．アナログセレクタ、 １３．１チップ型ＣＰＵ、 ２６．ピエゾステージコントローラ、 ２７ａ，２７ｂ．ピエゾアクチュエータ、 ３０，３１．定量移動装置、 ４１．Ｘ線測定装置、 ４２．試料、 ４３．試料支持台、 ４４．Ｘ線管、 ４６．Ｘ線検出器、 ４７．ゴニオメータ、 ４８．入射側アーム部材、 ４９．受光側アーム部材、 Ｘ０．軸線、 Ｘ１．入射Ｘ線光軸、 Ｓａ．角度信号、 Ｓ０．角度指示信号、 Ｓ１．回転角度信号、 Ｓ２．逓倍入力信号、 Ｓ４．軸の芯ブレ量データ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体を所望の移動量で移動させる定量移動装置、例えば、回転体を所望の角度で回転させる測角器のような定量移動装置に関する。また、本発明はその定量移動装置を有して成るＸ線測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械、自動車、ロボット、計測機器、等といった各種の産業分野において、移動体を所望の移動量で移動させるための定量移動装置が広く用いられている。例えば、計測機器の分野において、測定対象である試料を支持している移動体としての回転ステージを所望の角度で回転させる際に、定量移動装置としての測角器を用いてその回転ステージを回転させることがある。
【０００３】
このような測角器は、例えば回転ステージを回転させる動力源としての電動モータと、回転ステージの回転角度を検出する角度検出器とを有している。このような角度検出器として、従来、特許文献１に開示されたものが知られている。この角度検出器では、基準となる１つの角度データ検出用ヘッドと、複数のＮ次誤差成分検出用ヘッドとを回転ディスクの周囲に配置し、複数のＮ次誤差成分検出用ヘッドのそれぞれの出力データを所定の演算式に適用することによってＮ次誤差成分を求め、上記基準ヘッドの出力データからそのＮ次誤差成分を減算することで、その出力データを校正して、誤差の少ない高精度の角度データを求めている。必要に応じて、Ｎ次誤差成分と角度値によって構成されるテーブルを活用することも特許文献１に開示されている。
【０００４】
特許文献１は、上記のようにして求められた校正後の角度データの活用方法については触れていない。そのような校正後の角度データの活用方法として、一般的には、普及型のパーソナルコンピュータを用いた図１４に示すような処理システムが考えられる。このシステムでは、目盛り（すなわちスケール）を備えたエンコーダディスク１０１の周囲に基準の検出用ヘッド１０２ａを含んだ複数の検出用ヘッド１０２ａ〜１０２ｄが適宜の角度間隔で配置されている。
【０００５】
エンコーダディスク１０１は電動モータであるサーボモータ１０９によって駆動される回転体（図示せず）に一体的に接続されており、その回転体と一体に回転する。サーボモータ１０９の回転角度はサーボアンプ１０８によって制御され、そのサーボモータ１０８はコントローラ１０７から送られる角度指示信号Ｓ０に基づいてサーボモータ１０９の回転角度を制御する。コントローラ１０７は第２のパーソナルコンピュータ１１０へ角度信号Ｓａを伝送する。
【０００６】
各検出用ヘッド１０２ａ〜１０２ｄからのアナログ出力信号はＡＤＣ（Analog-Digital Converter／アナログデジタル変換器）１０３によってデジタル信号に変換され、逓倍回路（Interpolate Circuit）１０４によって周波数がｎ倍（すなわちｎ逓倍）される。逓倍処理後のデータに対してパーソナルコンピュータ１０５によって所定の演算を行って角度校正用のデータを求め、そのデータを第２のパーソナルコンピュータ１１０へ伝送する。パーソナルコンピュータ１１０は、伝送されたデータに基づいて角度校正用テーブル１０６を作成する。
【０００７】
第２のパーソナルコンピュータ１１０はコントローラ１０７から送られた角度信号Ｓａを角度校正テーブル１０６に格納された校正データによって校正し、その校正後の角度データを正しい角度データとする。この正しい角度データは、例えば、出力機器であるディスプレイ１１１の画面上に反映される。なお、図１４に示した角度校正テーブル１０６の活用方法は一例であり、活用方法はこれ以外にも種々に考えられる。
【０００８】
一般に、図１４の角度データ処理システムが複数ある場合、それらのシステムを構成する機械系及び電気系の構成要素が全く同じであっても、出来上がった角度データ処理システムの特性にはバラツキがある。このため、通常は、角度校正テーブル１０６内に格納される校正用データは角度データ処理システムごとに異なったデータとなる。
【０００９】
また、角度データ処理システムの機械的及び電気的な特性は、経時的に変化するものであり、従って原則として、角度校正テーブル１０６の内容は経時的に変更されなければならない。さらに、エンコーダディスク１０１が取り付けられた移動体（例えば回転ステージ）にオプションとして付加的な荷重が載る場合には、偏荷重の影響で移動体が歪むことが考えられ、その都度、角度校正テーブル１０６を作り直す必要がある。
【００１０】
以上のように角度校正テーブル１０６内の校正用データは角度制御システムごとに作成しなければならないし、１つの制御システムについても経時的に変更しなければならず、角度校正テーブル１０６の管理は非常に煩雑である。
【００１１】
従来、図１４に示した角度データ処理システムで用いられている角度検出器と同様の角度検出器が、特許文献２及び特許文献３に開示されている。特許文献３は特許文献２を基礎とする米国特許明細書である。これらの文献には、エンコーダディスクに相当する目盛り盤の周囲に、基準となる１個の第２目盛り読み取りヘッドと複数の第１目盛り読み取りヘッドとを配置して成る角度データ処理システムが開示されている。この処理システムにおいては、１個の第２目盛り読み取りヘッドと各第１目盛り読み取りヘッドとの計測差を求め、それらの平均値を求め、それらの平均値に基づいて校正曲線を求め、そして、基準である第２目盛り読み取りヘッドの出力データをこの校正曲線を用いて校正して最終的な角度データとしている。
【００１２】
特許文献２及び特許文献３も、上記のようにして求められた校正後の角度データの活用方法については触れていない。一般的には、既述の図１４に示したような角度データ処理システム、すなわち、コントローラ１０７からの角度信号Ｓａを必要なときに角度校正テーブル１０６によって校正して出力するという処理を行うシステムが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−２６２５１８号公報（第２〜３頁、図１〜図４）
【特許文献２】特開２００６−０９８３９２号公報（第３〜５頁、図１）
【特許文献３】米国特許第７，１４３，５１８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
以上のように、従来は、複数の検出用ヘッドを用いて精度の高い移動量の検出を行う場合、複数の検出用ヘッドの中から基準となる検出用ヘッドを決め、基準ヘッドとそれ以外のヘッドとの誤差を求め、それらの誤差に基づいて基準ヘッドのための校正曲線を求め、基準ヘッドによる実測の検出結果をその校正曲線を使って校正することにより、回転ステージの正しい移動量を求めるという検出手法が用いられていた。
【００１５】
しかしながら、この方法においては、実測データに対する処理過程が複雑であり、短時間での演算が困難であり、そのため、フィードバック制御を活用することが困難であった。従って、複数の検出用ヘッドによって実測データが検出された後、それらのデータに基づいて即時に（すなわちリアルタイムで）回転ステージの回転を制御することができなかった。
【００１６】
本発明は、従来装置における上記の問題点に鑑みて成されたものであって、複数の検出用ヘッドを用いて正しい移動量を演算によって求める際に、処理過程を単純化して処理時間を短縮化することにより、フィードバック制御を実現可能とし、これにより回転ステージのような移動体を所望の移動量（例えば回転角度）で高精度に移動（例えば回転）させることができる定量移動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】
【００１７】
本発明に係る定量移動装置は、移動体を所望の移動量で移動させる定量移動装置であって、前記移動体を移動させる移動体駆動手段と、前記移動体又は前記移動体と一体に動く物体に設けられたスケールと、当該スケールを検知して信号を出力する複数のスケール検知手段と、当該複数のスケール検知手段の各出力信号に基づいて前記移動量の平均値を演算し当該移動量の平均値を信号として出力する演算手段と、前記移動量平均値の信号に基づいて前記移動体駆動手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明では、複数のスケール検知手段からの情報を平均化して誤差をなくし、そのようにして誤差をなくした情報を制御手段へ伝送してフィードバック制御を行っている。上記構成において、移動体駆動手段はサーボモータとすることができ、場合によってはステッピングモータ、ＤＣモータ、超音波モータ、リニアモータ等とすることもできる。
【００１９】
上記移動体は、例えば回転体、直進移動体、その他の移動体である。「移動量」は、回転体の場合は回転角度であり、直進移動体の場合は直線的な移動量である。回転体としては、例えば自身の中心軸線を中心として回転する回転ステージがある。直進移動体としては、例えばボールネジ等といったネジ軸を用いた移動体がある。また、直進移動体として、リニアモータの移動子がある。この場合には、リニアモータが移動体駆動手段として機能する。直進移動体の場合は、単に機械誤差等の影響を複数の検出器で検出する。誤差要因としてはスケールの取付け誤差や加工誤差等が考えられる。
【００２０】
本発明によれば、複数のスケール検知手段の出力信号に基づいて演算手段が移動量の平均値を演算するので、スケール検知手段が１つだけの場合に比べて、移動量を高精度に求めることができる。この場合に実行される演算は、単に平均値を求めるだけという簡単なものであり、短時間に行うことができる。しかも演算手段はこの演算結果を１つの信号として出力するので、この出力信号を用いてフィードバック制御を行うことができる。これにより、移動体を所望の移動量で高精度に移動させることができる。
【００２１】
本発明に係る定量移動装置において、前記演算手段は、前記スケール検知手段の出力信号を逓倍処理するソフトウエアを有していることが望ましい。この構成により、逓倍処理ユニットを専用のハードウエアによって構成した場合に比べて、複数のスケール検知手段を用いた演算処理を高速で行うことができ、フィードバック制御を実現できるようになり、高精度の移動量制御を行うことが可能となった。
また、逓倍処理をハードウエアではなくソフトウエアで実現することにより、定量移動装置の全体のコストを低く抑えることができる。
【００２２】
本発明に係る定量移動装置において、前記演算手段は、プログラムとデータとが別々のキャッシュメモリに格納され、プログラムバスとデータバスとが異なっている構成のコンピュータによって構成されることが望ましい。この構成により、さらに高速の演算処理を実現できる。このような構成のコンピュータはハーバード型のコンピュータと呼ばれて、ノイマン型のコンピュータと区別されている。
【００２３】
また、前記演算手段は、ＲＩＳＣ（Reduced Instruction Set Computer）型のＣＰＵ（Central Processing Unit）によって演算制御を行うことが望ましい。ＲＩＳＣ型はＣＩＳＣ（Complex Instruction Set Computer）型に比べて処理する命令が単純であり、さらに高速の演算処理を実現できる。なお、ＣＩＳＣ型でも高速処理が可能なものがあるので、そのようなＣＩＳＣ型を使用することもできる。
【００２４】
本発明に係る定量移動装置において、前記演算手段が前記スケール検知手段の出力を受けてから当該演算手段が前記補正された角度データ信号を出力するまでの時間は２０μｓ以下であることが望ましい。この構成により、フルクローズド制御を確実に実現できる。
【００２５】
本発明に係る定量移動装置において、前記移動体は回転体であり、前記スケールは当該移動体の周囲に直接設けられるか又は当該移動体と一体に動く物体に設けられており、前記複数のスケール検知手段は前記回転体の周囲に設けられるという構成を採用できる。この構成により、回転体の回転角度制御を行うことができる。
【００２６】
本発明に係る定量移動装置において、前記複数のスケール検知手段は等間隔で配置されたｎ個（ｎは２，３，５，…の素数）のスケール検知手段を１つのグループとして含んでおり、前記グループの持つｎ次の誤差成分より高次の成分を記憶したデータ記憶テーブルをさらに有しており、前記演算手段によって求められた角度データと前記データ記憶テーブルに記憶された誤差成分とを合成する、という構成を採用できる。
この構成により、高次のフーリエ誤差成分を補完して高精度の角度データを得ることができる。
【００２７】
上記のデータ記憶テーブルを用いた本発明に係る定量移動装置において、前記複数のスケール検知手段は、ｎの値が異なる複数のスケール検知手段のグループを含むように構成できる。これにより、より高次の誤差の検出ができるようになる。
さらに、前記複数のスケール検知手段のグループのそれぞれは、他のグループにも属するスケール検知手段を少なくとも１つ有することができる。これにより、スケール検知手段の数を減らして、スペースの節減及びコストダウンを図ることができる。
【００２８】
本発明に係る定量移動装置において、前記周期波信号は、コサイン波であるＡ相と、サイン波であるＢ相とを含んで成るＡＢ信号、又は前記Ａ相及び前記Ｂ相に加えて基準位置を示すＺ信号を含んで成るＡＢＺ信号とすることができる。
ここで、理想的なコサイン波とサイン波は位相が互いに９０°ずれている波形であることを考慮すれば、前記周期波信号は、相の異なる２相であるＡ相及びＢ相を含んで成るＡＢ信号とすることもできる。
【００２９】
次に、本発明に係るＸ線測定装置は、Ｘ線源とＸ線検出器とを所定の角度で回転させるゴニオメータを有しているＸ線測定装置において、前記ゴニオメータは、以上に記載した構成のいずれか１つに記載の定量移動装置によって構成された第１の定量移動装置と、それらのいずれか１つに記載の定量移動装置によって構成された第２の定量移動装置とを有しており、前記第１の定量移動装置及び前記第２の定量移動装置に含まれる前記移動体は、自身を通過する軸線を中心として回転する回転ステージであり、前記Ｘ線源は前記第１の定量移動装置に含まれる前記回転ステージに支持されており、前記Ｘ線検出器は前記第２の定量移動装置に含まれる前記回転ステージに支持されていることを特徴とする。
【００３０】
このＸ線測定装置によれば、逓倍処理をソフトウエアで行うことにより、複数のスケール検知手段を用いた演算処理を高速で行うようにしたので、フィードバック制御を実際上で実現できるようになり、回転ステージの回転角度制御を高精度で行うことが可能となった。
また、逓倍処理をハードウエアではなくソフトウエアで実現しているので、Ｘ線測定装置の全体のコストを低く抑えることができた。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、複数のスケール検知手段の出力信号に基づいて演算手段が移動量の平均値を演算するので、スケール検知手段が１つだけの場合に比べて、移動量を高精度に求めることができる。この場合に実行される演算は、単に平均値を求めるだけという簡単なものであり、短時間に行うことができる。しかも演算手段はこの演算結果を１つの信号として出力するので、この出力信号を用いてフィードバック制御を行うことができる。これにより、移動体を所望の移動量で高精度に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る定量移動装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】スケール検知手段の複数の配置形態を示す図である。
【図３】スケール検知手段で検出される周期波信号の一例を示すグラフである。
【図４】図１の主要部であるデータ処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図５】図４の回路で実現される主要なソフトウエアである逓倍処理を機能的に示すブロック図である。
【図６】図４の回路で実現される他の主要なソフトウエアである角度演算処理を機能的に示すブロック図である。
【図７】本発明に係る定量移動装置の他の実施形態で用いる角度演算処理を機能的に示すブロック図である。
【図８】本発明に係る定量移動装置のさらに他の実施形態で用いる角度演算処理を機能的に示すブロック図である。
【図９】本発明に係る定量移動装置のさらに他の実施形態で用いる角度演算処理を機能的に示すブロック図である。
【図１０】図９の実施形態を説明するための回転角度の誤差を示す図である。
【図１１】本発明に係る定量移動装置のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
【図１２】本発明に係る定量移動装置のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
【図１３】本発明に係るＸ線測定装置の一実施形態を示す正面図である。
【図１４】本発明に係る定量移動装置の従来の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係る定量移動装置を実施形態に基づいて説明する。なお、本発明がこの実施形態に限定されないことはもちろんである。また、これ以降の説明では図面を参照するが、その図面では特徴的な部分を分かり易く示すために実際のものとは異なった比率で構成要素を示す場合がある。
【００３４】
（定量移動装置の第１の実施形態）
図１は本発明に係る定量移動装置の一実施形態を示している。この定量移動装置１は、軸線Ｘ０を中心として回転する移動体としての回転ステージ２の回転角度（すなわち移動量）を高精度に制御する装置である。軸線Ｘ０は、図１の紙面と直交する方向（すなわち紙面を貫通する方向）に延びている。回転ステージ２の周囲には、部分拡大図（ａ）に示すように、一定間隔で複数のスケール（すなわち目盛り）３が設けられている。複数のスケール３は適宜の構成のマーキング装置によって形成されている。本実施形態ではスケール３が移動体としての回転ステージ２に直接に形成されているが、これに代えて、回転ステージ２にエンコーダディスクを接続した上でそのエンコーダディスクにスケールを設けることも可能である。
【００３５】
＜定量移動装置の全体構成＞
定量移動装置１は、移動体としての回転ステージ２を駆動して回転させる移動体駆動手段としてのサーボモータ４と、サーボモータ４の回転角度を制御する制御手段としてのサーボアンプ６と、サーボアンプ６へ角度指示信号Ｓ０を供給するコントローラ７とを有している。角度指示信号Ｓ０は、回転ステージ２を軸線Ｘ０を中心として何度回転させるかを指示するための信号である。
【００３６】
定量移動装置１は、さらに、回転ステージ２のスケール３を読み取るスケール検知手段としての複数（本実施形態では８個）の読取りヘッド８ａ〜８ｈと、各読取りヘッドの出力を受け取って回転角度信号Ｓ１を出力する演算手段としてのデータ処理部９とを有している。回転角度信号Ｓ１は、回転ステージ２の回転角度を示す信号であり、各読取りヘッド８ａ〜８ｈがスケール３に基づいて検出した実測の回転角度に対して所定の演算を行うことによって得られた演算処理後の角度信号である。
【００３７】
読取りヘッド８ａ〜８ｈは、例えば、発光素子から出てスケール３で反射した光を受光素子によって受光する構成の反射型光センサによって構成されている。もちろん、スケール３の形態に応じて、透過型光センサ、その他適宜の構造のセンサを用いることができる。
【００３８】
データ処理部９による演算処理後の回転角度信号Ｓ１はサーボアンプ６の制御信号入力端子へ伝送される。サーボアンプ６は、コントローラ７から送られてきた角度指示信号Ｓ０を目標値とし、演算処理後の回転角度信号Ｓ１を制御条件値として、サーボモータ４へ駆動信号を供給する。これにより、回転ステージ２が、例えば矢印Ａで示す方向へ演算処理後の正しい角度で回転する。
【００３９】
＜フルクローズド制御＞
一般に、回転制御方法として、オープンループ制御、セミクローズド制御、そしてフルクローズド制御が知られている。オープンループ制御は、駆動源であるパルスモータ（すなわちステッピングモータ）に供給する入力パルスを制御することで、そのパルスモータによって駆動される移動体の移動量（例えば回転角度）を制御する方法である。
【００４０】
セミクローズド制御は、移動体（例えば回転体）の移動量（例えば回転角度）情報を直接に取得するのでは無く、駆動源であるサーボモータの出力軸から回転情報を取得するか、あるいはサーボモータの出力軸から移動体へ到る動力伝達系から移動量情報を取得し、その移動量情報をサーボモータへフィードバックして移動体の移動量を制御する方法である。
【００４１】
フルクローズド制御は、制御目的対象である移動体（例えば回転ステージ）の移動量を直接に検出し、その移動量情報をサーボモータへフィードバックしてその移動体の移動量を制御する方法である。
【００４２】
本実施形態においては、制御目的対象である回転ステージ２の回転角度をスケール３を用いて読取りヘッド８ａ〜８ｈによって直接に検出し、そうして検出した回転角度情報をサーボアンプ６へフィードバックして回転ステージ２の回転角度を制御している。従って、本実施形態では、フルクローズド制御に基づいた制御が行われていることになる。
【００４３】
＜ヘッド配置＞
図１では８個の読取りヘッド８ａ〜８ｈの配置状態を模式的に示している。実際の読取りヘッド８ａ〜８ｈは、図２（ｆ）に示すように、「２」，「３」，「５」といった素数の等間隔配置の組み合わせに従って回転ステージ２の周囲に配置されている。具体的には、（１）１８０°の等角度間隔で配置された２個のヘッド８ａ，８ｆの組と、（２）１２０°の等角度間隔で配置された３個のヘッド８ａ，８ｄ，８ｇの組と、（３）７２°の等角度間隔で配置された５個のヘッド８ｂ，８ｃ，８ｅ，８ｇ，８ｈの組、の３組のグループの組み合わせとなっている。
【００４４】
このようなヘッド配置を採用した上で、後述する角度補正の演算を行うことにより、等角度間隔で配置したヘッド数の最小公倍数の整数倍を除いた高次のフーリエ成分までの補正を行うことが可能となり、高精度の回転角度検出が可能となる。各読取りヘッド８ａ〜８ｈは、図３に示すように、互いに９０°の位相差を持ったコサイン波であるＡ相とサイン波であるＢ相とのＡ，Ｂ２相の周期波信号を出力する。また、図１（ａ）のスケール３の中には基準信号用のマークが含まれており、その基準マークを読み取ったヘッド８ａ〜８ｈは基準角度信号を出力する。この基準角度信号を、以下、Ｚ信号という。
【００４５】
＜データ処理部＞
図１のデータ処理部９は、図４に示すように、１６個の差動式アンプ１１（図では８個が図示されている）と、アナログセレクタ１２と、１チップ型ＣＰＵ１３とを有している。本実施形態では１チップ型ＣＰＵ１３として、株式会社ルネサスエレクトニクス製の３２ビットＲＩＳＣマイクロコンピュータであるＳＨマイコンを使用するものとする。本実施形態では１チップ型ＣＰＵ１３を用いているが、これに代えて、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）や、大規模ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いることもできる。但し、これらのうち１チップ型ＣＰＵが最も安価であり、コスト的に有利である。
【００４６】
１チップ型ＣＰＵ１３は、８入力高速Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１４、タイマユニット１６、ＲＯＭ（Read Only Memory）１７、ＲＡＭ（Random Access Memory）１８、不揮発性メモリ１９、同期型シリアル通信部（ＳＰＩ）２１、及び非同期型シリアル通信部（ＳＣＩ）２２の各機能モジュールを内蔵している。つまり、１チップ型ＣＰＵ１３は、データ処理部のドライバ／レシーバ２３、アナログアンプ１１を除き、１個のＬＳＩ（Large Scale Integration）に集約されている。
【００４７】
コンピュータの構成としてハーバード型とノイマン型とが知られている。ハーバード型は、プログラムバスとデータバスとが別々であり、プログラムを格納するキャッシュメモリとデータを格納するキャッシュメモリとが別々である構成のコンピュータである。一方、ノイマン型は、プログラムバスとデータバスとが共通であり、プログラムとデータとが同じメモリの中に記憶される構成のコンピュータである。ハーバード型は構成が簡単であり、高速の演算処理を実現できるので、リアルタイムの演算を目指す本実施形態には好都合である。
【００４８】
図１の８個の読取りヘッド８ａ〜８ｈから出力された８チャンネルのセンサ出力２３は、１６個の差動式アンプ１１で増幅され、アナログセレクタ１２で８入力までに選択され、１チップ型ＣＰＵ１３に入力される。
【００４９】
＜ソフトウエア＞
図４の１チップ型ＣＰＵ１３内のＲＯＭ１７内には、逓倍処理を行うためのソフトウエア及び８個の読取りヘッド８ａ〜８ｈが検出した実測角度データに基づいて正しい角度データを演算するためのソフトウエアが格納されている。逓倍処理は、読取りヘッド８ａ〜８ｂから出力された図３に示すＡ，Ｂ各相の周期波信号の周波数をｎ倍（ｎは整数）する処理である。この逓倍処理は読取り精度を高めるために行うものである。以下、逓倍ソフト及び角度演算ソフトについて説明する。
【００５０】
＜逓倍処理＞
本実施形態では、逓倍処理は全てソフトウエア処理で行っている。図５はその逓倍処理ソフトウエアの機能をブロック図で示している。図５は１個分のフローを示しているが、全体では複数（本実施形態では最大で８個）分を時分割で行っている。
【００５１】
この逓倍処理の入力信号Ｓ２は、互いに９０°の位相差のＡ相及びＢ相のアナログ信号（図３参照）をＡ／Ｄ変換器１４（図４参照）によってＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換した結果の２つのデジタルデータである。入力されたデータはオーバーフロー検出Ｐ１を受ける。このオーバーフロー検出Ｐ１は、過大入力でＡ／Ｄ変換器の変換範囲を超えている状態の検出である。
【００５２】
逓倍処理では、「サイン入力とコサイン入力とのゲイン差」、「オフセット」、及び「サイン入力とコサイン入力との位相差」が精度を維持するために非常に重要である。１０００逓倍では、例えば、サイン入力とコサイン入力とのゲイン差は０．８９％以下、オフセットの誤差は０．３１％以下、サイン入力とコサイン入力との位相差は０．１８％以下にする必要がある。この３つの誤差を補正する処理をステップＰ２〜Ｐ４で行っている。オフセットとゲインについてはサインデータ及びコサインデータのプラス側とマイナス側とのピークをホールドし（ステップＰ６）、時間軸で平均化してデータを更新しながら自動的に補正を行っている。
【００５３】
次に、サインデータ及びコサインデータに対してアークタンジェント処理（ステップＰ５）を行って逓倍した角度を計算している。アークタンジェント処理において次式により位相角が計算される。
θ＝ｔａｎ−１（Ｂ／Ａ）
ここで、Ａ＝コサインデータ、Ｂ＝サインデータである。
例えば１０００逓倍では、計算結果は３６０°を１０００で割った単位に正規化されて出力される。一方、オーバーフロー検出Ｐ１及びピークホールド処理Ｐ６で検出されたエラーは外部へ出力される。
【００５４】
アークタンジェント処理においては、上記式の通り、Ａ値及びＢ値に基づいてアークタンジェント値を算出してθ値とする。本実施形態で用いるソフトウエアでは、アークタンジェント値を算出するステップにおいて実際にその都度、アークタンジェントの数式演算をするのではなく、予めアークタンジェントのテーブルを準備しておき、Ａ値及びＢ値に対するθ値をそのテーブルから引出すことにした。これにより、アークタンジェント処理のための処理時間を大きく短縮できた。
【００５５】
図１の定量移動装置１においてフルクローズド制御を実現するためには、データ処理部９が各読取りヘッド８ａ〜８ｈから実測角度信号を受けてから補正後の角度信号Ｓ１を演算して出力するまでの時間、すなわちシステムディレイ（System Delay）が所定時間内でなければならない。この所定時間を越えてしまうような演算が行われると、回転ステージ２を取り巻く機械系の慣性力、その他の影響により、実質的なフルクローズド制御を行うことができなくなる。一般的には、システムディレイが２０μｓ以下であればそのようなフルクローズド制御が可能である。
【００５６】
一般に、システムディレイを規定する因子としては、サイン波のＳ／Ｎ比を上げるためのＬＰＦ（ローパスフィルタ）によるディレイと、逓倍処理を行うためのディレイとが考えられる。ローパスフィルタによるディレイは、通常、１０μｓ程度であるので、逓倍処理のための時間を１０μｓ以下に抑えられれば、フルクローズド制御を実現するための２０μｓ以下のシステムディレイを実現できる。
【００５７】
図１４に示す従来のハードウエアを用いた逓倍処理では、処理時間を１０μｓ以下にすることが難しかった。本実施形態では、マイクロコンピュータを用いて構成したデータ処理部９内でソフトウエアによって逓倍処理を行い、しかも逓倍処理に係るアークタンジェントの演算をテーブルを用いて行うようにしたので、逓倍処理時間を１０μｓ以下に抑えることができた。この結果、システムディレイを２０μｓ以下に抑えることができ、フルクローズド制御を実現できた。
【００５８】
＜自己補正処理による角度演算処理＞
図６はＣＰＵ１３（図４）によって実現される角度演算処理の機能をブロック図で示している。この角度演算処理において、Ｃｈ１逓倍処理ステップＰ１１、Ｃｈ２逓倍処理ステップＰ１２、Ｃｈ３逓倍処理ステップＰ１３、Ｃｈ４逓倍処理ステップＰ１４、Ｃｈ５逓倍処理ステップＰ１５、Ｃｈ６逓倍処理ステップＰ１６、Ｃｈ７逓倍処理ステップＰ１７、そしてＣｈ８逓倍処理ステップＰ１８は、それぞれ、図２（ｆ）の読取りヘッド８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈの出力信号に対する逓倍処理のステップを示している。本実施形態では、任意の１つの読取りヘッド、例えば読取りヘッド８ａを、ヘッド位置の評価用の及びリセット用の基準の読取りヘッドとして考える。
【００５９】
なお、ここで「基準の読取りヘッド」と言っているのは、各読取りヘッド８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈの配置位置を評価する際や、リセット信号を発生させる際に基準の読取りヘッドとなることの意味であり、回転ステージ２の回転角度を演算処理する際に１つの読取りヘッドを基準の読取りヘッドとして考えるという意味ではない。本実施形態では、各読取りヘッド８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈがそれぞれ独立して演算の基礎として使用されるものであり、どれか１つの読取りヘッドが演算の基準として設定されるものではない。なお、本実施形態で言う「基準の読取りヘッド」は読取りヘッド８ａ以外の任意の読取りヘッドとすることもできる。
【００６０】
これらの各ステップでの逓倍処理によって得られた角度データは、１つ前のデータとの差分をとり、それぞれに対応したカウンタＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４、Ｐ２５，Ｐ２６，Ｐ２７，Ｐ２８に加算される。この加算により各カウンタの出力として、それぞれ、Count1，Count2，Count3，Count4，Count5，Count6，Count7，Count8 が得られる。
【００６１】
既述の通り、本実施形態の８個の読取りヘッドは、１８０°の等角度間隔で配置された２個のヘッド８ａ，８ｆの組と、１２０°の等角度間隔で配置された３個のヘッド８ａ，８ｄ，８ｇの組と、７２°の等角度間隔で配置された５個のヘッド８ｂ，８ｃ，８ｅ，８ｇ，８ｈの組、の３組のグループの組み合わせとなっている。
【００６２】
演算ステップＰ３１は、各グループの平均値を取り、さらにそれらの平均をとって、次のカウント値 Count_c を算出する。
Count_c＝[{(Count1＋Count5)/2}＋{(Count1＋Count3＋Count7)/3}
＋{(Count2＋Count4＋Count5＋Count6＋Count8)/5}]/3・・・（１）
なお、単純な平均をとることに代えて、重み付平均をとることもできる。
上記のカウント値Count_c が回転ステージ２（図１）の補正された正しい角度データであり、図１の回転角度信号Ｓ１として出力され、フィードバック制御の制御条件値とされる。
全ての読取りヘッドに対応したカウント値は特定の読取りヘッド、例えばCount1 に対応する読取りヘッド８ａのＺ信号によってリセットされる。
【００６３】
補正されたカウント値 Count_c についての基準読取りヘッド８ａのCount1 との差分（補正分）Δcount は、
Δcount＝Count_c−Count1
によって求められる。この差分値Δcount は、個々の読取りヘッドの特性や配置位置を評価する際に利用される。
【００６４】
上記（１）式に従った演算処理の結果である補正された角度データは外部へ出力される。また、基準読取りヘッド８ａとの差分出力ΔcountをＡＢＺ生成モジュールＰ３２へ送る。これにより、ＡＢＺ出力は校正された出力となる。
【００６５】
本実施形態の定量移動装置１は以上のように構成されているので、図１において、コントローラ７からサーボアンプ６へ角度指示信号Ｓ０が伝送され、サーボアンプ６がその角度指示信号Ｓ０に従ってサーボモータ４へ駆動信号を伝送し、これにより、回転ステージ２がサーボモータ４に駆動されて軸線Ｘ０を中心として指示された目標角度に向かって矢印Ａのように回転する。この回転の際、スケール３が各読取りヘッド８ａ〜８ｈによって読み取られ、それらの出力端子に実測角度データが図３のようなＡ相（コサイン波）及びＢ相（サイン波）の周期波信号として出力される。この読取りヘッドの出力には基準点すなわちゼロ点を示すＺ信号が含まれている。
【００６６】
各読取りヘッドからの実測角度データは、図４のＣＰＵ１３に含まれているＡ／Ｄ変換器１４によってＡ／Ｄ変換され、図５の逓倍処理ソフトウエアによって逓倍処理を受けて、例えば周波数が１０００倍に逓倍される。逓倍処理された各実測角度データは図６の演算処理ソフトウエアによって上記（１）式に従って演算される。その結果、補正された角度データ Count_c が求められ、この Count_c が図１の回転角度信号Ｓ１としてサーボアンプ６の制御信号入力端子に伝送される。
【００６７】
サーボアンプ６は伝送された回転角度信号Ｓ１に基づいてサーボモータ４への入力信号を制御して、回転ステージ２の回転角度を制御する。こうして、フルクローズド制御方式に従ったフィードバック制御が実行されて、回転ステージ２が所望の回転角度まで高精度で回転する。
【００６８】
本実施形態では、データ処理部９が各読取りヘッド８ａ〜８ｈから実測角度信号を受けてから補正後の回転角度信号Ｓ１を出力するまでの時間、すなわちシステムディレイが２０μｓ以下に抑えられている。すなわち、リアルタイムの角度演算処理が実現されている。このため、図１に示すフルクローズド制御が実質的に実現可能となっている。
【００６９】
本発明者の実験によれば、図１において１つの読取りヘッド８ａだけを用いて、角度補正演算を行うことなく、実測の角度検出データ（すなわち誤差を含むデータ）だけでフィードバック制御を行った場合には、±（２／１０００）°の誤差精度しか得られなかった。これに対し、リアルタイムの角度演算処理を実現することにより、複数の読取りヘッドから得られる実測角度データから正しい角度データを演算によって求め、この補正された角度データに基づいてフィードバック制御を行うようにした本実施形態によれば、±（２／１００００）°の誤差精度、すなわち従来の角度演算処理を行わない場合に比べて１０倍の精度が得られることが分かった。
【００７０】
また、本実施形態では、安価であるマイクロコンピュータを用いてデータ処理部９を構成し、さらに逓倍処理も専用のハードウエアではなくマイクロコンピュータ内のソフトウエアで実現しているので、定量移動装置の全体のコストを低く抑えることができた。
【００７１】
また、本実施形態で用いているデータ処理部９は、ＣＩＳＣ型よりも処理命令が単純で高速処理可能であるＲＩＳＣ型であり、さらにプログラムバスとデータバスとが別々であって高速処理可能であるハーバード型である。これらのため、演算処理速度が非常に高速であり、システムディレイが２０μｓ以下である、リアルタイムの演算処理を達成でき、それ故、リアルタイムのフィードバック制御が可能になっている。
【００７２】
（定量移動装置の第２の実施形態）
上記実施形態では図６において、演算ステップＰ３１でΔcount値を求め、これをＡＢＺ生成モジュールＰ３２へ伝送して、校正されたＡＢＺ出力を求めた。しかしながらこれに代えて、図７に示すように、演算ステップＰ３１による補正後の出力からＡＢＺ出力を直接に作ることも可能である。
【００７３】
（定量移動装置の第３の実施形態）
また、読取りヘッドの数を少なくしても高次の歪まで校正する手段として次の方法がある。すなわち、８チャンネルの読取りヘッドを取り付け、８チャンネルの校正データの差分を測定し、それをメモリに記憶させる。メモリの容量は有限なので通常、スケールの数万分の一程度の単位で記憶する。
【００７４】
次に、読取りヘッドの数を、例えば４個以下に減らし、その補正データを再度測定し、８チャンネルの補正データとの差分を計算し、これを不揮発性メモリに記憶させる。もし減らした読取りヘッドの位置が８チャンネルのサブセットであれば差分の抽出は測定時に同時に行うことができる。校正時にはこの記憶された差分データでリアルタイム、すなわちフルクローズド制御を実現可能な処理時間内、より具体的には２０μｓ以下の時間内、に補正する。
【００７５】
（定量移動装置の第４の実施形態）
上記の実施形態では図２（ｆ）に示したように、８個の読取りヘッド８ａ〜８ｈを「２」，「３」，「５」の素数の等間隔配置の組み合わせに従って回転ステージ２の周囲に配置した。本実施形態では８個ではなく、４個の読取りヘッドを用いることにする。そして、４個の読取りヘッドの配置として、図２（ｃ）に示すように、４個の読取りヘッド８ａ〜８ｄを「２」，「３」の素数の等間隔配置の組み合わせに従って回転ステージ２の周囲に配置している。具体的には、１８０°の等角度間隔で配置された２個のヘッド８ａ，８ｃの組と、１２０°の等角度間隔で配置された３個のヘッド８ａ，８ｂ，８ｄの組と、の２組のグループの組み合わせとなっている。
【００７６】
本実施形態で採用する定量移動装置の全体構成は基本的には図１の構成と同じである。但し、読取りヘッドの数を８個から４個に変更するか、あるいは８個のうちの４個を使用する。また、データ処理部９内の構成は基本的には図４に示した構成と同じである。但し、本実施形態では、読取りヘッドの数を８個から４個に変更するか、あるいは８個のうちの４個を使用する。
【００７７】
ＲＯＭ１７内には第１の実施形態で用いた図５の逓倍処理ソフトウエアと同じ逓倍処理ソフトウエアが格納されている。逓倍処理を受けた各角度データは、図８に示す角度演算処理ソフトウエアによって演算処理を受ける。具体的には、演算ステップＰ３３により次式に従って平均のカウント値 Count_c が計算される。
Count_c＝[{(Count1＋Count3)/2}＋{(Count1＋Count2＋Count4)/3}]/2
…（２）
【００７８】
（定量移動装置の第５の実施形態）
一般に、ｎ個の読取りヘッドを等間隔に並べて角度検出を行う場合、それらの平均をとって校正を行って角度を算出したとき、ｎ次のフーリエ成分とさらにその整数倍の高次のフーリエ成分とが校正できず、それらのフーリエ成分が未知のままで誤差として残る。
【００７９】
例えば、回転ステージに設けられたスケールが示す真の角度が図１０のグラフの曲線Ａであるとする。この曲線Ａは回転ステージにスケールを形成する際の形成誤差に応じて発生するものであり、この形成誤差はスケールの製作時に認識できる。
【００８０】
次に、そのようにして製作されたスケールを用いて、例えば、等間隔に配置された５個の読取りヘッドを用いて、例えば図６に示す演算ステップＰ３１によって角度を検出したときの補正された回転角度データが曲線Ｂである。曲線Ｂと曲線Ａとは一般に一致しない部分を含んでいる。つまり、曲線Ａは誤差成分を含んでいる。
【００８１】
この誤差成分だけを取り出すと曲線Ｃのようになる。この曲線Ｃのような誤差は、５個の読取りヘッドに起因する５次のフーリエ成分とそれの高次（例えば１０次、１５次、…）のフーリエ成分とが校正されずに残ってしまった結果として発生したものである。曲線Ｃは予めの実際の測定によって求めることができる。
【００８２】
本実施形態では、実際に１，２，３，４，…，ｎ個の読取りヘッドを、それぞれ、回転ステージ２の周囲に等角度間隔で配置して成る定量移動装置を個々に製作し、個々の定量移動装置に対して図１０の曲線Ｃのような補正用データを求め、それらをｎ値ごとに図４の不揮発性メモリ１９に補正用テーブルとして格納しておく。
【００８３】
そして、図９の演算ステップＰ３１において所定の演算を行って Count_c （すなわち曲線Ｂ）を求めた後、メモリ１９内に格納した補正用テーブルから対応するｎ値の補正用データを読み出して、その補正用データと Count_cとを合成処理することにより、高次の誤差成分を補完した絶対角校正済みの角度信号を求めることができる。この校正済みの角度信号に基づいて回転角を制御することができ、この場合には非常に高精度の回転制御を行うことができる。
【００８４】
なお、図２（ａ）のように２個の等角度配置の場合にはｎ＝２の補正用データを利用し、図２（ｂ）のように３個の等角度配置の場合にはｎ＝３の補正用データを利用し、図２（ｃ）のような４個の角度配置の場合にはｎ＝２とｎ＝３の補正用データを利用し、図２（ｄ）のように５個の等角度配置の場合にはｎ＝５の補正用データを利用し、図２（ｅ）のような６個の角度配置の場合にはｎ＝２とｎ＝５の補正用データを利用し、図２（ｆ）のような８個の角度配置の場合にはｎ＝２とｎ＝３とｎ＝５の補正用データを利用する。
【００８５】
図２（ｃ）の場合は１つの読取りヘッド８ａが２個のグループと３個のグループとに共通している読取りヘッドとなっているが、各グループで共通する読取りヘッドを持たないように設定することも可能である。この場合には、結局のところ、読取りヘッドの数が５個なる。また、図２（ｆ）の場合は、読取りヘッド８ａが２個のグループと３個のグループとに共通し、読取りヘッド８ｇが３個のグループと５個のグループとに共通している。
【００８６】
複数のグループ間で１つ又は複数の読取りヘッドを共通に設定すれば、使用する読取りヘッドの数を減らすことができるので、スペース的に有利であり、コスト的にも有利である。
【００８７】
（定量移動装置の第６の実施形態）
図１１は、定量移動装置のさらに他の実施形態を示している。本実施形態に係る定量移動装置３０は、以上に説明した回転ステージ２の回転角度の定量移動制御に加えて、回転ステージ２の回転軸のブレ量を検出する機能を有している。以下、詳しく説明する。
【００８８】
移動体としての回転ステージ２の周囲に、複数（本実施形態では４個）の読取りヘッド８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが９０°の等角度間隔で配置されている。これらの読取りヘッドを用いて図５で説明した逓倍処理、及び図８で示した角度演算処理が行われる。
【００８９】
さらに、読取りヘッド８ａの検出量を「Ａ」とし、それに対向している読取りヘッド８ｃの検出量を「Ｂ」とし、読取りヘッド８ｂの検出量を「Ｃ」とし、それに対向している読取りヘッド８ｄの検出量を「Ｄ」としたとき、横方向（すなわち水平方向）の変位量ΔＸ及び縦方向（すなわち垂直方向）の変位量ΔＹを、それぞれ、次式によって検出する。
ΔＸ＝（Ａ−Ｂ）／２
ΔＹ＝（Ｃ−Ｄ）／２ …（３）
【００９０】
回転ステージ２が回転している場合、読取りヘッド８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの全ては同じ方向の移動量を検出する。他方、中心軸線Ｘ０が平行ブレを起こすと、縦方向で互いに対向している読取りヘッド８ａの検出量と読取りヘッド８ｂの検出量は互いに反対方向になる。また、横方向で互いに対向している読取りヘッド８ｂの検出量と読取りヘッド８ｄの検出量も互いに反対方向になる。従って、上式（３）のように縦方向でも横方向でも、変異量Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを引いて「２」で割れば、回転量は相殺され、平行ブレ量を求めることができる。こうして、正確な回転角度データＳ１を出力できることに加えて、軸の芯ブレ量Ｓ４を出力することも可能となる。
【００９１】
（変形例）
以上のようにして求められた軸の芯ブレ量（すなわち平行ブレ量）を示すデータＳ４を、図１２に示す定量移動装置３１のように、ピエゾステージコントローラ２６へ伝送することができる。ピエゾステージコントローラ２６は回転ステージ２に取り付けたＸ方向ピエゾアクチュエータ２７ａ及びＹ方向ピエゾアクチュエータ２７ｂの動作を個別に制御する。ピエゾアクチュエータ２７ａ，２７ｂは、ピエゾ素子（圧電素子）へ印加する電圧を制御することにより、そのピエゾ素子が取り付けられた可動部材を印加電圧に応じて移動させる要素である。
【００９２】
上式（３）に示されるΔＸデータ及びΔＹデータを含む芯ブレ量データの信号Ｓ４を受けたピエゾステージコントローラ２６は、ΔＸを補完するための信号をＸ方向ピエゾアクチュエータ２７ａへ伝送し、ΔＹを補完するための信号をＹ方向ピエゾアクチュエータ２７ｂへ伝送する。これにより、回転ステージ２の芯ブレを、ピエゾステージコントローラ２６及びピエゾアクチュエータ２７ａ，２７ｂによってリアルタイムに補正できる。ここで、リアルタイムとは、読取りヘッド８ａ〜８ｄから出力された回転角度データに基づいてサーボアンプ６によってフルクローズド制御が実現できる時間、具体的には２０μｓ以下の時間である。
【００９３】
なお、回転ステージ２を軸ブレ補完のために微小距離で移動させる手段としては、ピエゾアクチュエータを用いた上記の手段に限られず、目的や必要に応じて適宜の構成を採用することができる。
【００９４】
（Ｘ線測定装置の第１の実施形態）
図１３は、本発明に係るＸ線測定装置の一実施形態を示している。このＸ線測定装置４１は、試料４２を支持する試料台４３と、試料４２に入射するＸ線を発生するＸ線管４４と、試料４２から出たＸ線、例えば回折Ｘ線を検出するＸ線検出器４６とを有している。Ｘ線管４４及びＸ線検出器４６はゴニオメータ（測角器）４７によって支持されている。
【００９５】
ゴニオメータ４７は、試料４２に対するＸ線管４４の見込み角度θ、及び試料４２に対するＸ線検出器４６の見込み角度θ１の両方を制御する。通常は、絶対値においてθ＝θ１である。Ｘ線管４４の見込み角度θは、Ｘ線管４４から出たＸ線が試料４２へ入射する角度（すなわち、「Ｘ線入射角度」）である。ゴニオメータ４７は、Ｘ線入射角度θを所望の角速度で変化させると共に、入射Ｘ線光軸Ｘ１に対するＸ線検出器４６の角度２θがＸ線入射角度θの２倍の角度を維持するようにＸ線検出器４６の見込み角度θ１を制御する。入射Ｘ線光軸Ｘ１に対するＸ線検出器４６の角度２θは、試料４２から出る回折Ｘ線を検出できる角度であり、このためこの角度２θは「回折角度」と呼ばれている。
【００９６】
ゴニオメータ４７は、Ｘ線管４４に関するθ値を測角する入射側測角部と、Ｘ線検出器４６に関するθ１値を測角する受光側測角部とを有している。入射側測角部は、移動体としての回転ステージ２ａと、この回転ステージ２ａから延びていてＸ線管４４を支持している入射側アーム部材４８と、回転ステージ２ａを所望の移動量（すなわち回転角度）で移動（すなわち回転）させる定量移動装置１ａとを有している。
【００９７】
受光側測角部は、移動体としての回転ステージ２ｂと、この回転ステージ２ｂから延びていてＸ線検出器４６を支持している受光側アーム部材４９と、回転ステージ２ｂを所望の移動量（すなわち回転角度）で移動（すなわち回転）させる定量移動装置１ｂとを有している。
【００９８】
入射側測角部を構成する回転ステージ２ａと定量移動装置１ａとの組み合わせの構成は、例えば図１、図１１、図１２を用いて説明した実施形態の構成と同じである。また、受光側測角部を構成する回転ステージ２ｂと定量移動装置１ｂとの組み合わせの構成も、それらと同じ構成である。以上の構成により、Ｘ線管４４及びＸ線検出器４６をそれぞれに所望の角度で極めて正確に回転させることができ、その結果、極めて信頼性の高いＸ線回折測定を行うことができる。
【００９９】
（その他の実施形態）
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
【０１００】
以上の実施形態では、読取りヘッドの配置形態として図２（ｃ）に示す４個の配置、及び図２（ｆ）に示す８個の配置を採用した。しかしながら、複数の読取りヘッドの配置形態はそれらに限定されるものでなく、必要に応じて任意に設定される。例えば、図２（ａ）に示す２個の配置や、図２（ｂ）に示す３個の配置や、図２（ｄ）に示す５個の配置や、図２（ｅ）に示す６個の配置、等を採用できる。
【０１０１】
図２（ａ）に示す配置では、２個（素数）の読取りヘッド８ａ，８ｂが１８０°の等角度間隔で配置されている。図２（ｂ）に示す配置では、３個（素数）の読取りヘッド８ａ，８ｂ，８ｃが１２０°の等角度間隔で配置されている。図２（ｄ）に示す配置では、５個（素数）の読取りヘッド８ａ〜８ｅが７２°の等角度間隔で配置されている。図２（ｅ）に示す配置では、２個の読取りヘッド８ａ，８ｄが１８０°の等角度間隔で配置され、さらに５個の読取りヘッド８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｅ，８ｆが７２°の等角度間隔で配置されている。
【０１０２】
以上の実施形態では、移動体である回転ステージ２の回転角度を移動量として、その移動量を制御した。しかしながら、これに限られず、ボールネジ等といったネジ軸によって回転移動を直線移動に変換する機械系において、直線移動体の直線移動量を制御しても良い。
【符号の説明】
【０１０３】
１．定量移動装置、 ２．回転ステージ（移動体）、 ３．スケール（目盛り）、 ４．サーボモータ（移動体駆動手段）、 ６．サーボアンプ（制御手段）、 ７．コントローラ、 ８ａ〜８ｈ．読取りヘッド（スケール検知手段）、 ９．データ処理部（演算手段）、 １１．差動式アンプ、 １２．アナログセレクタ、 １３．１チップ型ＣＰＵ、 ２６．ピエゾステージコントローラ、 ２７ａ，２７ｂ．ピエゾアクチュエータ、 ３０，３１．定量移動装置、 ４１．Ｘ線測定装置、 ４２．試料、 ４３．試料支持台、 ４４．Ｘ線管、 ４６．Ｘ線検出器、 ４７．ゴニオメータ、 ４８．入射側アーム部材、 ４９．受光側アーム部材、 Ｘ０．軸線、 Ｘ１．入射Ｘ線光軸、 Ｓａ．角度信号、 Ｓ０．角度指示信号、 Ｓ１．回転角度信号、 Ｓ２．逓倍入力信号、 Ｓ４．軸の芯ブレ量データ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体を所望の移動量で移動させる定量移動装置であって、
前記移動体を移動させる移動体駆動手段と、
前記移動体又は前記移動体と一体に動く物体に設けられたスケールと、
当該スケールを検知して信号を出力する複数のスケール検知手段と、
当該複数のスケール検知手段の各出力信号に基づいて前記移動量の平均値を演算し当該移動量の平均値を信号として出力する演算手段と、
前記移動量平均値の信号に基づいて前記移動体駆動手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする定量移動装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記スケール検知手段の出力信号を逓倍処理するソフトウエアを有していることを特徴とする請求項１記載の定量移動装置。
【請求項３】
前記演算手段は、プログラムとデータとが別々のキャッシュメモリに格納され、プログラムバスとデータバスとが異なっている構成のコンピュータによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の定量移動装置。
【請求項４】
前記演算手段が前記スケール検知手段の出力を受けてから当該演算手段が前記補正された角度データ信号を出力するまでの時間は２０μｓ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の定量移動装置。
【請求項５】
前記移動体は回転体であり、
前記スケールは当該移動体の周囲に直接設けられるか又は当該移動体と一体に動く物体に設けられており、
前記複数のスケール検知手段は前記回転体の周囲に設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の定量移動装置。
【請求項６】
前記複数のスケール検知手段は等間隔で配置されたｎ個（ｎは２，３，５，…の素数）の読取りヘッドを１つのグループとして含んでおり、
前記グループの持つｎ次の誤差成分より高次の成分を記憶したデータ記憶テーブルをさらに有しており、
前記演算手段によって求められた角度データと前記データ記憶テーブルに記憶された誤差成分とを合成する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の定量移動装置。
【請求項７】
前記複数のスケール検知手段は、ｎの値が異なる複数の読取りヘッドのグループを含んでいることを特徴とする請求項６記載の定量移動装置。
【請求項８】
前記複数のスケール検知手段のグループのそれぞれは、他のグループにも属する読取りヘッドを少なくとも１つ有していることを特徴とする請求項７記載の定量移動装置。
【請求項９】
前記スケール検知手段の各出力信号は周期波信号であり、相の異なる２相であるＡ相及びＢ相を含んで成るＡＢ信号であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の定量移動装置。
【請求項１０】
前記スケール検知手段の各出力信号は周期波信号であり、コサイン波であるＡ相と、サイン波であるＢ相とを含んで成るＡＢ信号、又は前記Ａ相及び前記Ｂ相に加えて基準位置を示すＺ信号を含んで成るＡＢＺ信号であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の定量移動装置。
【請求項１１】
Ｘ線源とＸ線検出器とを所定の角度で回転させるゴニオメータを有しているＸ線測定装置において、
前記ゴニオメータは、請求項１から請求項１０のいずれか１つに記載の定量移動装置によって構成された第１の定量移動装置と、請求項１から請求項１０のいずれか１つに記載の定量移動装置によって構成された第２の定量移動装置とを有しており、
前記第１の定量移動装置及び前記第２の定量移動装置に含まれる前記移動体は、自身を通過する軸線を中心として回転する回転ステージであり、
前記Ｘ線源は前記第１の定量移動装置に含まれる前記回転ステージに支持されており、
前記Ｘ線検出器は前記第２の定量移動装置に含まれる前記回転ステージに支持されている
ことを特徴とするＸ線測定装置。
【請求項１】
移動体を所望の移動量で移動させる定量移動装置であって、
前記移動体を移動させる移動体駆動手段と、
前記移動体又は前記移動体と一体に動く物体に設けられたスケールと、
当該スケールを検知して信号を出力する複数のスケール検知手段と、
当該複数のスケール検知手段の各出力信号に基づいて前記移動量の平均値を演算し当該移動量の平均値を信号として出力する演算手段と、
前記移動量平均値の信号に基づいて前記移動体駆動手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする定量移動装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記スケール検知手段の出力信号を逓倍処理するソフトウエアを有していることを特徴とする請求項１記載の定量移動装置。
【請求項３】
前記演算手段は、プログラムとデータとが別々のキャッシュメモリに格納され、プログラムバスとデータバスとが異なっている構成のコンピュータによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の定量移動装置。
【請求項４】
前記演算手段が前記スケール検知手段の出力を受けてから当該演算手段が前記補正された角度データ信号を出力するまでの時間は２０μｓ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の定量移動装置。
【請求項５】
前記移動体は回転体であり、
前記スケールは当該移動体の周囲に直接設けられるか又は当該移動体と一体に動く物体に設けられており、
前記複数のスケール検知手段は前記回転体の周囲に設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の定量移動装置。
【請求項６】
前記複数のスケール検知手段は等間隔で配置されたｎ個（ｎは２，３，５，…の素数）の読取りヘッドを１つのグループとして含んでおり、
前記グループの持つｎ次の誤差成分より高次の成分を記憶したデータ記憶テーブルをさらに有しており、
前記演算手段によって求められた角度データと前記データ記憶テーブルに記憶された誤差成分とを合成する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の定量移動装置。
【請求項７】
前記複数のスケール検知手段は、ｎの値が異なる複数の読取りヘッドのグループを含んでいることを特徴とする請求項６記載の定量移動装置。
【請求項８】
前記複数のスケール検知手段のグループのそれぞれは、他のグループにも属する読取りヘッドを少なくとも１つ有していることを特徴とする請求項７記載の定量移動装置。
【請求項９】
前記スケール検知手段の各出力信号は周期波信号であり、相の異なる２相であるＡ相及びＢ相を含んで成るＡＢ信号であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の定量移動装置。
【請求項１０】
前記スケール検知手段の各出力信号は周期波信号であり、コサイン波であるＡ相と、サイン波であるＢ相とを含んで成るＡＢ信号、又は前記Ａ相及び前記Ｂ相に加えて基準位置を示すＺ信号を含んで成るＡＢＺ信号であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の定量移動装置。
【請求項１１】
Ｘ線源とＸ線検出器とを所定の角度で回転させるゴニオメータを有しているＸ線測定装置において、
前記ゴニオメータは、請求項１から請求項１０のいずれか１つに記載の定量移動装置によって構成された第１の定量移動装置と、請求項１から請求項１０のいずれか１つに記載の定量移動装置によって構成された第２の定量移動装置とを有しており、
前記第１の定量移動装置及び前記第２の定量移動装置に含まれる前記移動体は、自身を通過する軸線を中心として回転する回転ステージであり、
前記Ｘ線源は前記第１の定量移動装置に含まれる前記回転ステージに支持されており、
前記Ｘ線検出器は前記第２の定量移動装置に含まれる前記回転ステージに支持されている
ことを特徴とするＸ線測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−７３２３８（Ｐ２０１２−７３２３８Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８６６４８（Ｐ２０１１−１８６６４８）
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００２５０３３９）株式会社リガク (206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００２５０３３９）株式会社リガク (206)
【Ｆターム（参考）】
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