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発明の名称 分析装置の試料ステージ駆動装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−124510
公開日 平成8年(1996)5月17日
出願番号 特願平6−263565
出願日 平成6年(1994)10月27日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】西岡 義明
発明者 野地 健俊
要約 目的
試料の元素分析などを行う分析装置用として、試料を微少に移動させることが容易な試料ステージ駆動装置を提供する。

構成
トラックボール2からのパルスを制御手段4を介して分析装置の試料ステージ7のXY軸ステッピングモータ8および9に与えることによってステージを駆動する。試料ステージの駆動量はトラックボールの回転量に比例するので直感的にわかりやすく、目的位置までの試料の移動が容易となる。
特許請求の範囲
【請求項1】 少なくとも2方向の駆動軸を有する試料ステージと、前記駆動軸を回転駆動する各別のステッピングモータと、このステッピングモータの駆動回路と、前記試料ステージの移動量と移動方向を指令するためのトラックボールとをそれぞれ備え、前記トラックボールの出力信号によって前記ステッピングモータ駆動回路を制御することを特徴とする分析装置の試料ステージ駆動装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は試料の元素分析や状態分析などを行う分析装置、とくに電子線マイクロアナライザや走査型電子顕微鏡、光電子分光装置、電子線回折装置、2次イオン質量分析装置などの局所分析のできる分析装置に適用される試料ステージに関する。
【0002】
【従来の技術】電子線やX線を試料表面に照射し、その試料からでてくる2次電子やX線、オージェ電子などを検出して試料表面の観察や元素分析などを行う分析装置では、試料の分析位置を変更したり決定するために、試料表面内で動かすXYの2軸、またはそれに試料高さを合わせるためのZ軸を加えた3軸の駆動軸を持つ試料ステージの上に試料を載置する。操作者は試料表面を観察するための光学顕微鏡やCRTなどの表示装置に表示された試料像を見ながら分析位置を探し、試料面上の望みの分析位置が電子線やX線の照射される位置に一致するように試料ステージを動かす。この試料ステージを駆動する方法として、操作者が直接手を使って各駆動軸を回す方法や、駆動を制御装置を介して行う場合には、とくにXY平面内の駆動では、ジョイスティックと呼ばれるレバーを操作者が動かしたい方向に傾けることによって、その方向にXY軸のモータを駆動させて試料ステージを動かすという方法があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ジョイスティックによる試料ステージXY軸の操作は、動かしたい方向にレバーを傾ければよいだけなので、その点では直感的にわかりやすい。しかしジョイスティックは、その内部の構造上、レバーの傾斜角度に比例してステージの駆動速度を制御するようになっており、微少量の移動が必要になったときには操作が容易だとは言えなかった。すなわち、たとえば試料表面観察用光学顕微鏡の視野の端に分析位置があり、それを光学顕微鏡の視野の中央に持ってくる場合に、レバーの傾斜角度はステージの移動速度と比例しているためステージの移動量そのものとの関係が直感的に把握しにくいので、目的位置でステージを停止させることが非常に困難であった。
【0004】また、ジョイスティックの出力はアナログ出力のため、これをステッピングモ−タの駆動パルスとするためにはアナログ/パルス変換回路が必要であり、回路構成が複雑となり、ひいては製造コストの上昇をもたらした。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために本発明では、分析装置の試料ステージ駆動装置を、少なくとも2方向の駆動軸を有する試料ステージと、前記駆動軸を回転駆動する各別のステッピングモータと、このステッピングモータの駆動回路と、前記試料ステージの移動量と移動方向を指令するためのトラックボールとをそれぞれ備える構成とし、前記トラックボールの出力信号によって前記ステッピングモータ駆動回路を制御することとした。
【0006】
【作用】トラックボールは球体状の操作部を持ち、その球体を操作者が回転させることによってXY2軸の駆動パルスを発生する装置であるので、その駆動パルスをインターフェースを介して試料ステージのXY軸のステッピングモータ駆動回路に与えることによってステージを駆動する。試料ステージの駆動量はステッピングモータに与えられるパルス状の信号の数、すなわちトラックボールの回転量に比例するので、試料ステージの移動量は操作者がトラックボールを回転させた量と完全に一致し、直感的にわかりやすいので目的位置までの試料の移動が非常に容易となる。
【0007】またトラックボールの出力ははじめからパルス状であるので、すべての制御系をデジタル回路で構成でき、アナログ/パルス変換回路のような余分な回路構成が不必要である。
【0008】
【実施例】図1は本発明の一実施例であり、分析装置が電子線マイクロアナライザの例を示している。まずはじめに公知の電子線マイクロアナライザの動作を簡単に説明する。電子ビーム21が試料22に照射されると試料22からはX線24が放出され、そのX線はX線分光器25で分光検出されて試料の元素分析が行われる。また試料22からは2次電子も放出され、それは2次電子検出器27で検出されて、その信号が電子ビーム21の試料面上での走査と同期してCRT28に表示されることによって試料表面の2次電子像がCRT28上に得られる。さらに試料表面を観察する手段として光学顕微鏡23も用意されており、この光学顕微鏡の視野の中心が電子ビームの当たる位置となるように光軸が調整されている。図1では、電子ビームを発生するための電子銃、電子ビームを収束するための電子レンズ、電子ビームを試料面上で走査するための偏向器、装置内を真空に引くための真空排気装置、各部を制御するための制御装置、装置全体を制御する外部コンピュータなどは図示を省略している。
【0009】試料22はXYZの3軸の駆動軸を持つ試料ステージ7に載置されている。試料ステージの3軸のうちXとYは試料を水平面内で駆動する互いに直交した軸であり、Z軸は試料を鉛直方向に駆動する軸である。試料22の分析面はほぼ水平になるように試料ステージにとりつけるので、Z軸駆動で試料面を分析高さに合わせた後はXY軸を適当に駆動することによって試料面内の分析したい位置を探したり光学顕微鏡の視野中心に移動したりすることができる。試料ステージのXYZ軸はそれぞれX軸ステッピングモータ8、Y軸ステッピングモータ9、Z軸ステッピングモータ10で駆動されるように構成されている。
【0010】操作者が試料を移動させるためのマンマシンインターフェースとして試料ステージ操作パネル1にはトラックボール2とロータリーエンコーダ3が用意されている。トラックボール2は試料ステージのX軸とY軸を駆動して試料を分析面内で移動させるためのものであり、ロータリーエンコーダ3は試料ステージのZ軸を駆動して試料面の高さを合わせるためのものである。図2に試料ステージ操作パネルの外観の例を示す。
【0011】トラックボール2は球体状の操作部を持ち、その球体は前後、左右、斜めなどあらゆる方向に回転することができる。球体を左右方向に回転させれば試料ステージのX軸駆動用のパルスが発生してX軸を駆動するようになっており、球体を右方向に回転すると試料は右方向に移動し、球体を左方向に回転すると試料は左方向に移動する。球体を前後方向に回転させれば試料ステージのY軸駆動用のパルスが発生してY軸を駆動するようになっており、球体を前方向に回転すると試料は前方向に移動し、球体を手前方向に回転すると試料は手前方向に移動する。球体を斜め方向に回転するとX軸用とY軸用の両方のパルスが発生してXY両軸が同時に駆動される。
【0012】ロータリーエンコーダ3につけられたツマミ29は時計方向と反時計方向に回転できるようになっており、その回転によって試料ステージのZ軸駆動用のパルスが発生しZ軸を駆動する。すなわちツマミ29を時計方向に回転すると試料は上昇し、ツマミ29を反時計方向に回転すると試料は下降する。
【0013】トラックボール2からのX軸用とY軸用の2つの信号とロータリーエンコーダ3からのZ軸用の信号のそれぞれの2相パルス信号は、制御器4内のインターフェース5でそれぞれ駆動パルスと方向信号に変換され、ステッピングモータの駆動回路であるドライバ6に入力される。ステッピングモータドライバ6はその入力されたパルスの数に応じてX軸ステッピングモータ8、Y軸ステッピングモータ9、Z軸ステッピングモータ10をそれぞれ駆動する。そうすることによって操作パネルで操作したトラックボールまたはロータリーエンコーダの回転量に比例した量だけ試料が移動することになる。またインターフェース5からの出力パルスは、XYZ軸それぞれの現在の位置情報を記憶しているアドレスカウンタ11にも入力され、試料ステージ7の現在位置情報が常に更新されるようになっている。
【0014】トラックボールまたはロータリーエンコーダの発生するパルスをステッピングモータドライバ6に与えるパルスに変換するに当たっては、適当な係数をかけてその数を調節するようにしてもよい。そうすることによってトラックボールなどの回転量と試料の移動量との関係を比例を保ちながら変更することができる。例えば、光学顕微鏡を見ながら試料位置を変える場合と、高倍率の2次電子像を見ながら試料位置を変える場合とでトラックボールの感度を変えれば操作がより簡単になる。その係数の変更手段としては操作パネルにトラックボールなどの感度を選択する選択スイッチを設けて制御器4に信号を与えてもよいし、その係数を変更する信号を外部の制御コンピュータなどから制御器4に与えてもよい。
【0015】
【発明の効果】トラックボールからのパルスを制御手段を介して試料ステージのXY軸のステッピングモータに与えることによってステージを駆動すると、試料ステージの駆動量はステッピングモータに加えられるパルス状の信号の数、すなわちトラックボールの回転量に比例するので、試料ステージの移動量は操作者がトラックボールを回転させた量と完全に一致し、直感的にわかりやすいので目的位置までの試料の移動が非常に容易となる。
【0016】とくに走査型電子顕微鏡や電子線マイクロアナライザで高倍率の2次電子像を観察している場合に、ごく僅かだけ試料を動かしたいときには、トラックボールを僅かに回転させればそれに応じて試料ステージも微動するので、従来のジョイスティックに比べて比較にならないくらいに操作性がよい。またトラックボールを使った制御システムはジョイスティックを使った制御システムより回路構成が簡単で安価に構成できる。




 

 


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