JP2000235417A - Positioning device - Google Patents

Positioning device

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JP2000235417A
JP2000235417A JP11037076A JP3707699A JP2000235417A JP 2000235417 A JP2000235417 A JP 2000235417A JP 11037076 A JP11037076 A JP 11037076A JP 3707699 A JP3707699 A JP 3707699A JP 2000235417 A JP2000235417 A JP 2000235417A
Authority
JP
Japan
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detection signal
analog detection
circuit
base
multiplying
Prior art date
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Application number
JP11037076A
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Japanese (ja)
Inventor
Jiro Otsuka
二郎 大塚
Soji Ichikawa
宗次 市川
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Sigma Tech Co Ltd
Original Assignee
Sigma Tech Co Ltd
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive positioning device for realizing 1 nm highly precise positioning. SOLUTION: This positioning device is provided with a rough adjusting means for rough adjusting a table to an X direction to a base, a fine adjusting means for fine adjusting the table to the X direction by using the expansion of a piezoactuator after the rough adjustment, and a displacement detecting means 80. This displacement detecting means 80 is provided with a detector 83 including a main scale, index scale, and light emitter/receiver for outputting two analog detection signals Ax and Bx position shifting at 90 deg. and an N1 multiplying circuit 90 including plural multipliers 91 and 96 or the like for N1 multiplying one cycle pitch P of the two analog detection signals Ax and Bx inputted from the detector in synchronizing states, and an N2 dividing circuit for generating a digital detection signal whose resolution is 1 nm obtained by N2 dividing one cycle pitch of each analog detection signal after the multiplication.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、軸線方向に相対移
動可能に装着されたベースおよびテーブルと,ベース側
に装着された送りねじ軸とテーブル側に装着されたナッ
ト部材とを含みベースに対してテーブルを軸線方向に粗
動調整する粗動調整手段と,粗動調整終了後にピエゾア
クチュエータの伸縮を利用してベースに対して当該テー
ブルを軸線方向に微動調整する微動調整手段と,少なく
とも微動調整手段の微動調整に際するフィードバック信
号用のテーブル変位を検出する変位検出手段とを具備し
た位置決め装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a base including a base and a table mounted so as to be relatively movable in an axial direction, a feed screw shaft mounted on the base, and a nut member mounted on the table. Coarse movement adjusting means for coarsely adjusting the table in the axial direction, fine adjustment means for finely adjusting the table relative to the base relative to the base by using expansion and contraction of the piezo actuator after the coarse adjustment, and at least fine adjustment The present invention relates to a positioning device provided with a displacement detection means for detecting a table displacement for a feedback signal at the time of fine movement adjustment of the means.

【0002】[0002]

【従来の技術】10nmの精度で位置決め可能な位置決
め装置が提案(例えば、特開平9−192956号公
報,特開平10−58267号公報)されている。これ
らの位置決め装置は、図15に示す如く、クロスローラ
ーベアリング18,28を介して軸線(X)方向に相対
移動可能に装着されたベース10およびテーブル20
と,ベース10側に回転可能に装着された送りねじ軸3
3とテーブル20側に装着されたナット部材34とを含
み送りねじ軸33の回転を利用してベース10に対して
テーブル20をX方向に粗動調整する粗動調整手段30
と,粗動調整終了後にピエゾアクチュエータ41の伸縮
を利用してベース10に対して当該テーブル20をX方
向に微動調整する微動調整手段40と,少なくとも微動
調整手段40の微動調整に際するフィードバック信号用
のテーブル移動変位を検出する変位検出手段(80)と
を具備してなる。テーブル20は引張バネ65で粗動調
整手段30の一部を形成するモータ(31)側に引張ら
れている。
2. Description of the Related Art Positioning devices capable of positioning with an accuracy of 10 nm have been proposed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-192965 and 10-58267). As shown in FIG. 15, these positioning devices include a base 10 and a table 20 which are mounted to be relatively movable in the direction of the axis (X) via cross roller bearings 18 and 28.
And a feed screw shaft 3 rotatably mounted on the base 10 side
Coarse adjustment means 30 for coarsely adjusting the table 20 in the X direction with respect to the base 10 using the rotation of the feed screw shaft 33, including the nut 3 and the nut member 34 attached to the table 20 side.
And fine movement adjusting means 40 for finely adjusting the table 20 in the X direction with respect to the base 10 by using expansion and contraction of the piezo actuator 41 after the coarse movement adjustment, and a feedback signal at least for fine movement adjustment of the fine movement adjustment means 40 And a displacement detecting means (80) for detecting a table moving displacement for use. The table 20 is pulled by a tension spring 65 toward the motor (31) forming a part of the coarse movement adjusting means 30.

【0003】ここに、位置決め精度を10nmとしかつ
高速位置決めを達成するために、送りねじ軸33の送り
ピッチおよび上記モータたるステッピングモータ31を
含む粗動調整手段30を、当該モータ31に加える1パ
ルス信号当たりテーブル20が例えば100nmだけX
方向に移動可能に形成し、図16(A)に示す目標位置
を中心とするインポジション範囲(例えば、±100n
m)の手前まで同図(B)に示すオープン制御を行う。
In order to set the positioning accuracy to 10 nm and achieve high-speed positioning, a feed pitch of a feed screw shaft 33 and a coarse movement adjusting means 30 including a stepping motor 31 serving as the above-mentioned motor are added to the motor 31 by one pulse. The table 20 per signal is, for example, 100 nm X
In the in-position range (for example, ± 100 n) around the target position shown in FIG.
The open control shown in FIG.

【0004】次いで、インポジション範囲内になるよう
にステッピングモータ31に関して同図(C)に示すフ
ィードバック制御を行う。フィードバック信号は、変位
検出手段(80)で検出された当該時のテーブル20の
位置におけるデジタル検出信号つまり移動変位相当信号
である。
Next, feedback control shown in FIG. 1C is performed on the stepping motor 31 so as to fall within the in-position range. The feedback signal is a digital detection signal at the position of the table 20 at that time detected by the displacement detection means (80), that is, a signal corresponding to a movement displacement.

【0005】この変位検出手段(80)は、テーブル2
0(またはベース10)に取付けられた図18に示すメ
インスケール81(スケール面81F)と、ベース10
(またはテーブル20)に取付けられたインデックスス
ケールおよび発受光器を含む検出ヘッド82と,検出回
路(図示省略)とを含みかつ図17(A)に示す90度
位相ずれした2つのアナログ検出信号Ax,Bxを出力
可能な検出器と、2つのアナログ検出信号Ax,Bxの
図17(B)に示す1サイクルピッチを400分割した
1サイクルピッチが40nmのデジタル検出信号を生成
する400分割回路(100P)と、から形成されてい
る。
The displacement detection means (80)
0 (or the base 10) attached to the main scale 81 (scale surface 81F) shown in FIG.
(Or table 20), two analog detection signals Ax including a detection head 82 including an index scale and a light emitting and receiving device and a detection circuit (not shown) and having a phase shift of 90 degrees shown in FIG. , Bx, and a 400-divided circuit (100P) that generates a digital detection signal having a 40-nm one-cycle pitch obtained by dividing the one-cycle pitch of the two analog detection signals Ax, Bx shown in FIG. ), And is formed from.

【0006】ここで、メインスケール81の光学格子で
あるスケールピッチを8μm(明線幅4μm)とすれ
ば、図17(B)に示す1サイクルピッチが40nmの
デジタル検出信号から分解能が10nmのデジタル検出
信号(フィードバック信号)を容易に生成することがで
きる。かくして、これをフィードバック信号に用いれ
ば、図16(C)に示す制御を簡単かつ迅速にできる。
しかし、ステッピングモータ31,送りねじ軸33等を
含む粗動調整手段30による粗動調整が1パルス当たり
例えば100nmで行われるから、図16(A)に示す
±100nm(インポジション範囲)内に追込むことが
できでも、目標位置(±10nm)には追込めない。
If the scale pitch, which is the optical grating of the main scale 81, is 8 μm (bright line width 4 μm), a digital detection signal having a resolution of 10 nm is obtained from a digital detection signal having a cycle pitch of 40 nm shown in FIG. A detection signal (feedback signal) can be easily generated. Thus, if this is used for the feedback signal, the control shown in FIG. 16C can be performed simply and quickly.
However, since the coarse motion adjustment by the coarse motion adjusting means 30 including the stepping motor 31, the feed screw shaft 33, and the like is performed at, for example, 100 nm per pulse, the coarse motion is adjusted within ± 100 nm (in-position range) shown in FIG. Even if it can be inserted, it cannot be moved to the target position (± 10 nm).

【0007】そこで、微動調整手段40つまりピエゾア
クチュエータ41について図16(D)に示すフィード
バック制御を行う。例えば、伸縮量10nm当たりの駆
動電圧が100mVのピエゾアクチュエータ41を駆動
して、当該伸縮量を粗動調整手段30を形成する送りね
じ軸33に加減すれば、結果として、目標位置に所定の
位置決め精度(±10nm)で位置決めすることができ
る。
Therefore, feedback control shown in FIG. 16D is performed on the fine movement adjusting means 40, that is, the piezo actuator 41. For example, by driving the piezo actuator 41 having a drive voltage of 100 mV per 10 nm of expansion / contraction amount to adjust the amount of expansion / contraction to the feed screw shaft 33 forming the coarse movement adjusting means 30, as a result, predetermined positioning at the target position is achieved. Positioning can be performed with accuracy (± 10 nm).

【0008】かくして、精密電子部品・光学部品,IC
基板等の検査やデータ解析・検証用に普及拡大が目覚し
い。
Thus, precision electronic parts / optical parts, IC
The spread of use for substrate inspection and data analysis / verification is remarkable.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、位置決め精
度のさらなる向上が強く要請されつつあるが、コスト条
件を含む汎用性を満たしかつ安定運転可能な位置決め装
置は、未だ確立されていない。本出願人は以下の複数事
由が複雑かつ相互的に影響を与えることに起因するもの
と分析する。
By the way, there is a strong demand for further improvement of positioning accuracy, but a positioning device which satisfies versatility including cost conditions and is capable of stable operation has not yet been established. Applicants analyze that the following multiple events are caused by the complexity and mutual influence.

【0010】すなわち、上記提案の位置決め装置におい
て、位置決め精度を1nmにする場合、まずフィードバ
ック信号を生成するための変位検出手段80の検出精度
(分解能)を10nmから1nmに向上させることが考
えられる。理論的には、メインスケール81のスケール
ピッチを8μmから例えば3.2μmまたは1.6μm
にしかつ検出器からのアナログ検出信号を400分割か
ら3200分割または1600分割とすればよい。
That is, when the positioning accuracy of the proposed positioning device is set to 1 nm, the detection accuracy (resolution) of the displacement detecting means 80 for generating a feedback signal may be improved from 10 nm to 1 nm. Theoretically, the scale pitch of the main scale 81 is set to 8 μm to, for example, 3.2 μm or 1.6 μm.
And the analog detection signal from the detector may be divided from 400 to 3200 or 1600.

【0011】しかし、1.6μm(明線幅0.8μm)
の場合は、現在製作可能な最小的限界でかつ電子線描画
装置を用いた個別的かつ直接描画によらなければなら
ず、メインスケール81等が大幅なコスト高となる。こ
の点、3.2μm(明線幅1.6μm)では、電子線描
画後に転写複製することができ得るので、スケール製作
上はコスト的に有利である。
However, 1.6 μm (bright line width 0.8 μm)
In the case of (1), it is the minimum limit that can be manufactured at present, and it is necessary to perform individual and direct drawing using an electron beam drawing apparatus, so that the cost of the main scale 81 and the like is greatly increased. In this respect, at 3.2 μm (bright line width: 1.6 μm), it is possible to transfer and duplicate the image after drawing an electron beam, which is advantageous in terms of scale production in terms of cost.

【0012】また、機械加工および組立上から考察する
と、検出器からのアナログ検出信号Ax,Bxの最高的
な出力電圧(または電流)を“100”として得るため
に必要なギャップつまり図18(A)に示すメインスケ
ール81とインデックスケールを含む検出器の一部を形
成する検出ヘッド82とのギャップを、例えば2.3m
m±0.3mmとしかつ中心ずれを0.5mm以下とし
なければならない。これを前提としかつ当該出力電圧が
実用可能な“70”まで低下することを許容するとした
場合、各スケールピッチ8μm,3.2μmおよび1.
6μmごとの各取付け角度許容誤差範囲は、図19に示
す値に抑えなければならない。
Considering the machining and assembly, the gap required to obtain the maximum output voltage (or current) of the analog detection signals Ax and Bx from the detector as "100", that is, FIG. The gap between the main scale 81 and the detection head 82 which forms a part of the detector including the index scale shown in FIG.
m ± 0.3 mm and the center shift must be 0.5 mm or less. If this is assumed and the output voltage is allowed to drop to a practically usable "70", each of the scale pitches 8 μm, 3.2 μm and 1.
The tolerance range of each mounting angle for every 6 μm must be suppressed to the value shown in FIG.

【0013】これによると、スケールピッチ1.6μm
とした場合の図18(B)に示すモアレ角は0.5分,
同(C)のロール角は2.0分で、同(D)に示すピッ
チ角は1.2分である。各角度以内を順守することは、
各部品の加工時間,仕上げ精度,組立上の人的工数およ
び取付固定作業等を考慮すると、実現不可能に近い。
According to this, the scale pitch is 1.6 μm
The moire angle shown in FIG.
The roll angle in (C) is 2.0 minutes, and the pitch angle in (D) is 1.2 minutes. Observing within each angle is
Considering the processing time of each part, finishing accuracy, man-hours for assembling, mounting and fixing work, etc., it is almost impossible to realize.

【0014】この点からは、3.2μmとした場合のモ
アレ角は1.0分,ロール角は4.0分で、かつピッチ
角は2.4分である。これら各値が具現化に際する実現
可能限界と言える。
From this point, when it is 3.2 μm, the moiré angle is 1.0 minute, the roll angle is 4.0 minutes, and the pitch angle is 2.4 minutes. It can be said that each of these values is a feasible limit in realization.

【0015】以上の固有的事情を勘案すれば、スケール
ピッチを1.6μmとしかつ1600分割する場合に比
較して、3.2μmとしかつアナログ検出信号Ax,B
xを3200分割する方がよいと考えられる。しかし、
位置決め精度が1nmと10nmとの市場流通的数量を
考慮しなければならない現実的問題が内在する。
In consideration of the above specific circumstances, the scale pitch is set to be 3.2 μm and the analog detection signals Ax and B are compared with the case where the scale pitch is set to 1.6 μm and divided by 1600.
It is considered better to divide x into 3,200. But,
There is a practical problem in that the market distribution quantity of the positioning accuracy of 1 nm and 10 nm must be considered.

【0016】すなわち、10nmの位置決め精度で十分
に利用がある場合も多いから、比較的に数量が少ないと
考えられる1nm用の3200分割回路(100P)
は、10nm用の400分割回路100Pに比較して、
著しくコスト高となるという現実である。つまり、普及
拡大の観点からは、3200分割回路は不適格といえ
る。
That is, since a positioning accuracy of 10 nm is often used sufficiently, a 3200 division circuit (100P) for 1 nm which is considered to have a relatively small quantity is considered.
Is compared to the 400-divided circuit 100P for 10 nm,
The reality is that the cost is significantly increased. In other words, from the viewpoint of spread, the 3200-divided circuit can be said to be ineligible.

【0017】また、運用の実際において、1nmの位置
決め精度を達成するためには、位置決め速度が低下する
虞がある。つまり、粗動調整手段30の、特にねじ軸構
造(33,34)のストローク当たりの送り誤差を一定
とした場合において、位置決め精度を10nmから1n
mにすると、図16(C)に示すステッピングモータ3
1のフィードバック制御乃至図16(D)のピエゾアク
チュエータ41のフィードバック制御において、目標位
置を中心とする図で左右の繰り返し実行回数が増大する
虞がある。
Further, in actual operation, there is a possibility that the positioning speed is reduced in order to achieve a positioning accuracy of 1 nm. That is, in the case where the feed error per stroke of the coarse motion adjusting means 30, especially the screw shaft structure (33, 34) is fixed, the positioning accuracy is 10 nm to 1 n.
m, the stepping motor 3 shown in FIG.
In the feedback control of 1 to the feedback control of the piezo actuator 41 of FIG. 16D, there is a possibility that the number of executions of the left and right repetitions in the figure centering on the target position increases.

【0018】さらに、微動調整手段40を形成するピエ
ゾアクチュエータ41は総伸(縮)量[例えば、7.5
μmあるいは15μm]を得るための駆動電圧が150
Vと高いので、その電源装置のリップルやスパイクを小
さくすることは非常に難しい。つまり、上記したピエゾ
アクチュエータ41を採用すると、1nm当たりの駆動
電圧が10mV以下となってしまうので、ノイズの影響
が心配される。一方において、コスト条件を満たしかつ
1nmの位置決め精度が確立できたならば、平面(X
軸,Y軸)のみならずZ軸にも応用したい、つまり三次
元方向の位置決めに極めて有用であるとの指摘・要請が
ある。
Further, the piezo actuator 41 forming the fine movement adjusting means 40 has a total extension (reduction) amount [for example, 7.5.
μm or 15 μm].
Since it is as high as V, it is very difficult to reduce the ripple and spike of the power supply device. That is, when the above-described piezo actuator 41 is employed, the driving voltage per 1 nm becomes 10 mV or less, so that there is a concern about the influence of noise. On the other hand, if the cost condition is satisfied and the positioning accuracy of 1 nm can be established, the plane (X
It has been pointed out and requested that the method is applied to not only the Z-axis but also the Z-axis, that is, it is extremely useful for three-dimensional positioning.

【0019】本発明の目的は、1nmの高精度位置決め
ができる低コストの位置決め装置を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a low-cost positioning device capable of performing high-precision positioning of 1 nm.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、軸線
方向に相対移動可能に装着されたベースおよびテーブル
と,ベース側に装着された送りねじ軸とテーブル側に装
着されたナット部材とを含みベースに対してテーブルを
軸線方向に粗動調整する粗動調整手段と,粗動調整終了
後にピエゾアクチュエータの伸縮を利用してベースに対
して当該テーブルを軸線方向に微動調整する微動調整手
段と,少なくとも微動調整手段の微動調整に際するフィ
ードバック信号用のテーブル変位を検出する変位検出手
段とを具備した位置決め装置において、前記変位検出手
段を、前記ベースおよびテーブルのいずれか一方に取付
けられたメインスケールと,その他方に取付けられたイ
ンデックススケールおよび発受光器を含み位相ずれした
2つのアナログ検出信号を出力可能な検出器と,少なく
とも2つの乗算器を含み検出器から入力された2つのア
ナログ検出信号の1サイクルピッチを同期状態でN1逓
倍するN1逓倍回路と,このN1逓倍回路から入力され
た逓倍後の各アナログ検出信号の1サイクルピッチをN
2分割したデジタル検出信号を生成するN2分割回路と
から形成されている位置決め装置である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a base and a table mounted so as to be relatively movable in an axial direction, a feed screw shaft mounted on the base side, and a nut member mounted on the table side. Coarse adjustment means for coarsely adjusting the table relative to the base in the axial direction, and fine adjustment means for finely adjusting the table relative to the base in the axial direction using expansion and contraction of the piezo actuator after the coarse adjustment is completed. And a displacement detection means for detecting at least a table displacement for a feedback signal at the time of fine movement adjustment of the fine movement adjustment means, wherein the displacement detection means is attached to one of the base and the table. Two analog detectors that are out of phase, including the main scale and the index scale and photodetector mounted on the other side A detector capable of outputting a signal, an N1 multiplier including at least two multipliers and N1 multiplying one cycle pitch of two analog detection signals input from the detector in a synchronized state, and an input from the N1 multiplier. 1 cycle pitch of each analog detection signal after multiplication by N
And a N2 dividing circuit for generating a digital detection signal divided into two.

【0021】かかる発明では、粗動調整手段を形成する
モータを駆動して送りねじ軸を回転させると、送りねじ
軸とともに例えばボールねじ構造を形成するナット部材
が軸線方向に移動する。つまり、テーブルを軸線方向に
移動(粗動調整)させることができる。例えば100n
mの分解能オープン制御で粗動調整し、インポジション
範囲(例えば、±10nm)内に位置付けする。この粗
動調整は、従来例の図16(B)および同図(C)の2
段階制御でも、同(C)のみの1段階フィードバック制
御でもよい。
In this invention, when the motor forming the coarse adjustment means is driven to rotate the feed screw shaft, the nut member forming, for example, a ball screw structure moves together with the feed screw shaft in the axial direction. That is, the table can be moved (coarse movement adjustment) in the axial direction. For example, 100n
The coarse adjustment is performed by open control with a resolution of m, and the position is set within the in-position range (for example, ± 10 nm). This coarse movement adjustment is performed in accordance with the conventional example shown in FIGS. 16B and 16C.
Either step control or one-step feedback control (C) alone may be used.

【0022】この粗動調整終了後に、微動調整手段を形
成するピエゾアクチュエータを最終位置決め点と粗動調
整量との関係から伸長または収縮させる。すなわち、ピ
エゾアクチュエータを伸縮すればナット部材を介して、
粗動調整の場合と同様にテーブルをベースに対して微動
調整することができる。
After the coarse movement adjustment is completed, the piezo actuator forming the fine movement adjustment means is extended or contracted based on the relationship between the final positioning point and the coarse movement adjustment amount. In other words, if the piezo actuator is expanded and contracted,
The table can be finely adjusted with respect to the base as in the case of the coarse adjustment.

【0023】ここに、変位検出手段を形成する例えばテ
ーブル側のメインスケールとベース側のインデックスス
ケールおよび発受光器を含む検出器とが軸線方向に相対
移動するので、検出器から位相ずれ(例えば、90度)
した2つのアナログ検出信号が出力される。少なくとも
2つの乗算器を含むN1逓倍回路は、検出器から入力さ
れた2つのアナログ検出信号の1サイクルピッチを同期
状態でN1逓倍する。つまり、検出器から出力された各
アナログ検出信号の周波数をN1倍に上げる。
Here, for example, the main scale on the table side and the detector including the index scale and the light receiving / receiving device on the base side which form the displacement detecting means move relatively in the axial direction, so that the phase shift (for example, 90 degrees)
The two analog detection signals are output. An N1 multiplier circuit including at least two multipliers multiplies one cycle pitch of two analog detection signals input from the detector by N1 in a synchronized state. That is, the frequency of each analog detection signal output from the detector is increased by N1 times.

【0024】かくして、N2分割回路が、N1逓倍回路
から入力されたN1逓倍後の各アナログ検出信号の1サ
イクルピッチをN2分割したデジタル検出信号を生成出
力する。このN2分割回路の分割数は従来例の場合(N
2=400)と同じであってもよい。すなわち、この逓
倍処理(同期検波あるいは位相検波ともいわれる。)
は、アナログ乗算器で容易に実行できかつ高分割回路に
よる例えば3200分割処理の場合に比較して、非常に
安価である。
Thus, the N2 dividing circuit generates and outputs a digital detection signal obtained by dividing the one cycle pitch of each N1 multiplied analog detection signal input from the N1 multiplying circuit by N2. The number of divisions of this N2 division circuit is the
2 = 400). That is, this multiplication process (also called synchronous detection or phase detection).
Can be easily executed by an analog multiplier and is very inexpensive as compared with, for example, 3200 division processing by a high division circuit.

【0025】したがって、変位検出手段で分割された各
デジタル検出信号を利用して1nmのフィードバック信
号(デジタル検出信号)を生成出力することは容易であ
るから、これをフィードバック信号としてピエゾアクチ
ュエータを制御すれば、テーブルをベースに対して分解
能1nmの高精度で位置決めすることができる。
Therefore, since it is easy to generate and output a 1-nm feedback signal (digital detection signal) using each digital detection signal divided by the displacement detecting means, the piezo actuator can be controlled using this as a feedback signal. For example, the table can be positioned with high accuracy with a resolution of 1 nm with respect to the base.

【0026】また、請求項2の発明は、前記メインスケ
ールのスケールピッチが3.2μmとされ、前記検出器
から出力される各アナログ検出信号の1サイクルピッチ
が光学的に2分割された1.6μmでかつ相互に90度
位相ずれしたものとされ、前記N1逓倍回路の逓倍整数
N1が4でかつ前記N2分割回路の分割整数N2が40
0とされている位置決め装置である。
According to a second aspect of the present invention, the scale pitch of the main scale is 3.2 μm, and one cycle pitch of each analog detection signal output from the detector is optically divided into two. 6 μm and 90 ° out of phase with each other. The multiplication integer N1 of the N1 multiplication circuit is 4 and the division integer N2 of the N2 division circuit is 40.
The positioning device is set to 0.

【0027】かかる発明では、検出器から出力されかつ
相互に90度位相ずれした2つのアナログ検出信号は、
光学的に2分割されそれぞれの1サイクルピッチはスケ
ールピッチ3.2μmの1/2つまり1.6μmであ
る。したがって、逓倍整数N1が4のN1逓倍回路で4
逓倍処理すれば、逓倍処理後の2つのアナログ検出信号
の1サイクルピッチが400nmとなるから、これらを
分割整数N2が400のN2分割回路で分割処理すれ
ば、分解能1nmのフィードバック信号用のデジタル検
出信号を生成することができる。
In this invention, the two analog detection signals output from the detector and shifted in phase by 90 degrees are:
It is optically divided into two and each cycle pitch is 1/2 of the scale pitch of 3.2 μm, that is, 1.6 μm. Therefore, the multiplication integer N1 is 4 in the N1 multiplication circuit of 4.
If the multiplication process is performed, the one cycle pitch of the two analog detection signals after the multiplication process becomes 400 nm. If these are divided by an N2 division circuit having a division integer N2 of 400, digital detection for a feedback signal having a resolution of 1 nm is performed. A signal can be generated.

【0028】ここに、メインスケールのスケールピッチ
が例えば3.2nmであれば、1.6nmとする場合に
比較して電子線描画製作上の問題は無くかつ転写複製も
容易であることから低コストであるとともに、N1逓倍
回路も例えば2(4)つの乗算器を用いた1(2)段演
算処理でよくかつN2分割回路は従来例の場合(400
分割)と同様な分割回路でよい。しかも、ベースおよび
テーブルへの組立やギャップ調整も比較的に容易かつ確
実に行える。
Here, if the scale pitch of the main scale is, for example, 3.2 nm, there is no problem in the production of electron beam lithography and the transfer duplication is easy as compared with the case of 1.6 nm. In addition, the N1 multiplier circuit may be, for example, 1 (2) -stage arithmetic processing using 2 (4) multipliers, and the N2 dividing circuit may be a conventional one (400).
A dividing circuit similar to (dividing) may be used. Moreover, assembling to the base and the table and gap adjustment can be performed relatively easily and reliably.

【0029】よって、請求項1の発明の場合と同様な作
用効果を奏することができることに加え、さらに製作・
組立の容易化等により一段のコスト低減を図りつつ安定
した位置決め運転を行える。
Therefore, in addition to providing the same operation and effect as the case of the first aspect of the present invention, it is possible to further manufacture and
Stable positioning operation can be performed while further reducing costs by facilitating assembly.

【0030】また、請求項3の発明は、前記N1逓倍回
路が、前記検出器から出力された一方アナログ検出信号
Axと他方アナログ検出信号Bxとを乗算する第1の乗
算器と,一方アナログ検出信号Axと他方アナログ検出
信号Bxとの差(Ax−Bx)を演算する第1の和差演
算器と,他方アナログ検出信号Bxと一方アナログ検出
信号Axの反転値との差[Bx−(−Ax)]を演算す
る第2の和差演算器と,該差(Ax−Bx)と該差[B
x−(−Ax)]とを乗算する第2の乗算器とを含み、
一方アナログ検出信号Axおよび他方アナログ検出信号
Bxの周波数を2倍した周波数の各アナログ検出信号を
生成出力可能な第1の2逓倍回路およびこれと同一構造
の第2の2逓倍回路から形成された位置決め装置であ
る。
Further, the invention according to claim 3 is characterized in that the N1 multiplier circuit includes a first multiplier for multiplying the one analog detection signal Ax and the other analog detection signal Bx output from the detector, A first sum-difference calculator for calculating a difference (Ax−Bx) between the signal Ax and the other analog detection signal Bx, and a difference [Bx − (−) between the other analog detection signal Bx and the inverted value of the one analog detection signal Ax. Ax)], a second sum-difference calculator for calculating the difference (Ax−Bx) and the difference [B
x − (− Ax)], and a second multiplier for multiplying
A first doubling circuit capable of generating and outputting each analog detection signal having a frequency which is twice the frequency of the analog detection signal Ax and the other analog detection signal Bx, and a second doubling circuit having the same structure as the first doubling circuit. It is a positioning device.

【0031】かかる発明では、N1逓倍回路の第1の2
逓倍回路では、第1の乗算器が、検出器から出力された
一方アナログ検出信号Axと他方アナログ検出信号Bx
とをそのまま乗算する。また、第2の乗算器は、第1の
和差演算器で演算された一方アナログ検出信号Axと他
方アナログ検出信号Bxとの差(Ax−Bx)と、第2
の和差演算器で演算された他方アナログ検出信号Bxと
一方アナログ検出信号Axの反転値との差[Bx−(−
Ax)]とを乗算する。第1および第2の乗算器は、一
方アナログ検出信号Axおよび他方アナログ検出信号B
xの周波数を2倍した周波数の各アナログ検出信号を生
成出力する。
In this invention, the first 2
In the multiplication circuit, the first multiplier outputs one analog detection signal Ax and the other analog detection signal Bx output from the detector.
And are multiplied as they are. The second multiplier calculates a difference (Ax−Bx) between the one analog detection signal Ax and the other analog detection signal Bx calculated by the first sum difference calculator, and
The difference [Bx − (−) between the other analog detection signal Bx calculated by the sum-difference calculator and the inverted value of the one analog detection signal Ax.
Ax)]. The first and second multipliers include one analog detection signal Ax and the other analog detection signal Bx.
Each analog detection signal having a frequency that is twice the frequency of x is generated and output.

【0032】この2逓倍処理された2つのアナログ検出
信号を第2の2逓倍回路に入力して、構造同一の第1の
2逓倍回路の場合と同様な2逓倍処理を行う。かくし
て、このN1逓倍回路から出力された2つのアナログ検
出信号を利用すれば、分解能が1nmのデジタル検出信
号を簡単に生成することができる。
The two analog detection signals subjected to the doubling process are input to a second doubling circuit, and a doubling process similar to that of the first doubling circuit having the same structure is performed. Thus, by using the two analog detection signals output from the N1 multiplier circuit, a digital detection signal having a resolution of 1 nm can be easily generated.

【0033】したがって、請求項1および請求項2の各
発明の場合と同様な作用効果を奏することができること
に加え、さらに第1および第2の和差演算器を市販のオ
ペアンプでかつ第1および第2の乗算器を市販のアナロ
グ乗算器で構築することができるから、一段とコスト低
減ができかつ信頼性が高まる。
Therefore, in addition to providing the same operation and effect as in each of the first and second aspects of the present invention, the first and second sum-and-difference calculators are commercially available operational amplifiers, Since the second multiplier can be constructed with a commercially available analog multiplier, the cost can be further reduced and the reliability is improved.

【0034】さらに、請求項4の発明は、前記ピエゾア
クチュエータの伸縮量1nm当たりの駆動電圧が20m
V以上とされている位置決め装置である。
Further, according to a fourth aspect of the present invention, the driving voltage per 1 nm of expansion and contraction of the piezo actuator is 20 m.
The positioning device is set to V or higher.

【0035】かかる発明では、例えば、従来例のピエゾ
アクチュエータがフル伸縮量15μmで駆動電圧が15
0Vであるから10nm当たりの駆動電圧が10mVで
あったのに対して、位置決め精度が1nmの本発明の場
合にはステッピングモータのフィードバック制御時のイ
ンポジション範囲を狭くできるので、ピエゾアクチュエ
ータの駆動電圧およびフル伸縮量を例えば150Vおよ
び7.5μmとして、伸縮量1nm当たりの駆動電圧を
20mV以上と選択することができる。
In this invention, for example, the conventional piezo actuator has a full expansion / contraction amount of 15 μm and a driving voltage of 15 μm.
Since the driving voltage per 10 nm is 10 mV since it is 0 V, in the case of the present invention where the positioning accuracy is 1 nm, the in-position range at the time of the feedback control of the stepping motor can be narrowed. Further, the full expansion / contraction amount is set to, for example, 150 V and 7.5 μm, and the driving voltage per 1 nm of the expansion / contraction amount can be selected to be 20 mV or more.

【0036】したがって、請求項1から請求項3までの
各発明の場合と同様な作用効果を奏することができるこ
とに加え、さらにピエゾアクチュエータ用の電源装置の
リップル等が従来例の場合と同様であったとしても、1
nmフィードバック制御に対するノイズの影響を軽微化
乃至一掃化できる。
Therefore, in addition to the effects similar to those of the first to third aspects of the present invention, the ripples and the like of the power supply device for the piezo actuator are the same as those of the prior art. Even if 1
The influence of noise on the nm feedback control can be reduced or eliminated.

【0037】さらに、請求項5の発明は、前記送りねじ
軸およびナット部材の前記軸線方向の誤差データが記憶
可能とされ、かつ前記送りねじ軸に連結された前記モー
タを形成するステッピングモータを回転駆動する場合に
目標位置を当該目標位置相当の誤差データで補正した補
正後目標位置として前記粗動調整を実行可能に形成され
た位置決め装置である。
Further, according to the present invention, the axial error data of the feed screw shaft and the nut member can be stored, and the stepping motor forming the motor connected to the feed screw shaft is rotated. The positioning device is configured to be capable of performing the coarse adjustment as a corrected target position obtained by correcting a target position with error data corresponding to the target position when driving.

【0038】かかる発明では、送りねじ軸およびナット
部材つまり例えばボールねじ構造の軸線方向のフルスト
ロークについて、当該ボールねじ構造の送り特性(乃至
誤差)とステッピングモータ駆動用のパルス信号数とを
対応させた誤差データを手動または自動的に記憶させて
おく。そして、ステッピングモータを回転駆動する場合
に目標位置を、当該目標位置相当の誤差データで補正し
た補正後目標位置(パルス信号数)として、粗動調整を
実行する。
In this invention, the feed characteristic (or error) of the ball screw structure and the number of pulse signals for driving the stepping motor are made to correspond to each other with respect to the full stroke in the axial direction of the feed screw shaft and the nut member, for example, the ball screw structure. The error data is stored manually or automatically. Then, when the stepping motor is rotationally driven, the coarse movement adjustment is performed by setting the target position as a corrected target position (the number of pulse signals) corrected by error data corresponding to the target position.

【0039】したがって、請求項1から請求項4までの
各発明の場合と同様な作用効果を奏することができるこ
とに加え、さらに従来例の図16(B)および(C)の
2段階制御を必要としていたものを同(C)相当の1段
階制御のみとすることができるので、分解能1nmでの
位置決め速度の高速化を図れる。
Therefore, in addition to providing the same functions and effects as in each of the first to fourth aspects of the present invention, the two-stage control shown in FIGS. 16B and 16C of the conventional example is required. Can be changed to only one-step control corresponding to (C), so that the positioning speed at a resolution of 1 nm can be increased.

【0040】さらにまた、請求項6の発明は、前記ナッ
ト部材が、前記テーブルの下面に位置規制面と板バネと
を利用して前記軸線方向に当該テーブルと相対変位不能
に連結された位置決め装置である。
Further, according to a sixth aspect of the present invention, in the positioning apparatus, the nut member is connected to the table in the axial direction so as not to be relatively displaceable by using a position regulating surface and a leaf spring on a lower surface of the table. It is.

【0041】かかる発明では、ナット部材は、テーブル
下面の一方側の板バネで他方側の位置規制面に押付けら
れ、軸線方向に当該テーブルと相対変位不能に連結され
ているから、請求項1から請求項5までの各発明の場合
と同様な作用効果を奏することができることに加え、さ
らに軸線を垂直とした使用方法でも1nmの高精度で位
置決めできる。したがって、3台を組み合わせれば3次
元位置決めを行える。
According to this invention, the nut member is pressed against the position regulating surface on the other side by the leaf spring on one side of the lower surface of the table, and is connected to the table in the axial direction so as not to be relatively displaceable. In addition to providing the same functions and effects as in each of the inventions up to the fifth aspect, positioning can be performed with a high accuracy of 1 nm even in a usage method in which the axis is perpendicular. Therefore, three-dimensional positioning can be performed by combining three units.

【0042】[0042]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。本位置決め装置は、図1〜図
10に示す如く、軸線(X)方向に相対移動可能に装着
されたベース10およびテーブル20と,ベース側の送
りねじ軸33とテーブル側のナット部材34とを含みテ
ーブル20をX方向に粗動調整する粗動調整手段30
と,粗動調整終了後にピエゾアクチュエータ41の伸縮
を利用してベース10に対して当該テーブル20をX方
向に微動調整する微動調整手段40と,微動調整手段の
微動調整に際するフィードバック信号用のテーブル移動
変位量を検出する変位検出手段80とを具備し、さらに
変位検出手段80をメインスケール81と,インデック
ススケール84および発光器(図示省略)・受光器(図
10の82A等)を含み90度位相ずれした2つのアナ
ログ検出信号Ax,Bxを出力可能な検出器(検出ヘッ
ド82,検出回路83)と,複数の乗算器91,96等
を含み検出器(83)から入力された2つのアナログ検
出信号Ax,Bxの1サイクルピッチを同期状態でN1
(=4)逓倍するN1逓倍回路90と,4逓倍後の各ア
ナログ検出信号の1サイクルピッチをN2(=400)
分割した分解能1nmのデジタル検出信号を生成するN
2分割回路100とから形成し、1nmの精度で位置決
め可能に形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 to 10, the positioning device includes a base 10 and a table 20 mounted to be relatively movable in an axis (X) direction, a feed screw shaft 33 on the base side, and a nut member 34 on the table side. Coarse movement adjusting means 30 for coarsely adjusting the movable table 20 in the X direction
And fine movement adjusting means 40 for finely adjusting the table 20 in the X direction with respect to the base 10 by using expansion and contraction of the piezo actuator 41 after the coarse movement adjustment, and a feedback signal for fine movement adjustment of the fine movement adjustment means. A displacement detecting means 80 for detecting the amount of table movement displacement is provided. The displacement detecting means 80 further includes a main scale 81, an index scale 84, a light emitting device (not shown), and a light receiving device (82A in FIG. 10). (Detection head 82, detection circuit 83) that can output two analog detection signals Ax and Bx that are out of phase by two degrees, and two detectors (83) that include a plurality of multipliers 91 and 96 and that are input from the detector (83). One cycle pitch of the analog detection signals Ax and Bx is synchronized with N1
(= 4) N1 multiplying circuit 90 for multiplying, and one cycle pitch of each analog detection signal after multiplying by 4 is set to N2 (= 400)
N to generate a divided digital detection signal with a resolution of 1 nm
It is formed from the two-divided circuit 100 and is formed so as to be positionable with an accuracy of 1 nm.

【0043】図1〜図7において、静止側のベース10
とテーブル20とは、クロスローラーガイド(ベース側
クロスローラーベアリング18,18、テーブル側クロ
スローラーベアリング28,28)を介して、X方向に
相対変位可能とされている。図6で上下方向における両
者10,20間には、収容空間SPが形成されている。
この実施形態では、光ファイバーケーブル(試料)のス
イッチング切替のための位置決めに使用される。
In FIG. 1 to FIG.
The table 20 and the table 20 can be relatively displaced in the X direction via cross roller guides (base side cross roller bearings 18, 18 and table side cross roller bearings 28, 28). In FIG. 6, a housing space SP is formed between the two 10 and 20 in the vertical direction.
In this embodiment, it is used for positioning for switching switching of an optical fiber cable (sample).

【0044】ベース10には、図6に示す中空部15と
貫通部16とが設けられ、基端部(右側)にはステッピ
ングモータ31を取り付けるためのブラケット32が設
けられている。また、テーブル20の上面側には、図1
に示す試料(図示省略)を取付けるための複数の取付け
用のねじ孔29が設けられている。
The base 10 is provided with a hollow portion 15 and a penetrating portion 16 shown in FIG. 6, and a base end (right side) is provided with a bracket 32 for attaching a stepping motor 31. Also, on the upper surface side of the table 20, FIG.
Are provided with a plurality of mounting screw holes 29 for mounting a sample (not shown).

【0045】ここに、粗動調整手段30は、図4,図6
に示すステッピングモータ31,モータ軸31Sにカッ
プリング35を介して連結された送りねじ軸(ボールね
じ軸)33と,この送りねじ軸33に螺合されかつテー
ブル20の下面側に連結されたナット部材34とからな
る。31Tは、手動操作用のつまみである。
Here, the coarse movement adjusting means 30 is shown in FIGS.
, A feed screw shaft (ball screw shaft) 33 connected to a motor shaft 31S via a coupling 35, and a nut screwed to the feed screw shaft 33 and connected to the lower surface of the table 20. And a member 34. 31T is a knob for manual operation.

【0046】詳しくは、このナット部材34は、図7に
示すテーブル下面の位置規制面20Fと板バネ21とを
利用してX方向に当該テーブル20と相対変位不能に連
結されている。軸線Xを垂直とした使用方法でも平面
(X軸,Y軸)の場合と同様に1nmの高精度で位置決
めできるようにするためである。したがって、本装置3
台を組み合わせれば1nmの高精度3次元位置決めを行
える。
More specifically, the nut member 34 is connected to the table 20 in the X direction using a position regulating surface 20F on the lower surface of the table and a leaf spring 21 as shown in FIG. This is because even in a usage method in which the axis X is perpendicular, positioning can be performed with high accuracy of 1 nm as in the case of the plane (X axis, Y axis). Therefore, this device 3
If the tables are combined, high-precision three-dimensional positioning of 1 nm can be performed.

【0047】また、微動調整手段40の一部を構成する
ピエゾアクチュエータ41は、図4,図6に示す如く、
収容空間SP内において基端部(左側)がバックアップ
ブロック47および押えねじ48を介してベース10に
固定されている。つまり、X方向にベース10と相対変
位不能とされている。したがって、先端部(右側)は、
X方向に伸縮可能である。
The piezo actuator 41 which constitutes a part of the fine movement adjusting means 40 has a structure as shown in FIGS.
The base end (left side) is fixed to the base 10 via the backup block 47 and the holding screw 48 in the accommodation space SP. That is, relative displacement with the base 10 in the X direction is not possible. Therefore, the tip (right side)
It can expand and contract in the X direction.

【0048】この実施形態におけるピエゾアクチュエー
タ41は、積層圧電アクチュエータ素子〔NEC製(A
E0505D08)〕から形成され、電圧(0〜150
V)で変位(0〜7.5μm)を得ることができる。す
なわち、1nmの伸(縮)量当たりの駆動電圧を20m
Vに選択し、外部ノイズの影響を受け難いようにしてあ
る。電源装置(150V)は従来例のピエゾアクチュエ
ータ(150V−15μm)の場合(図15)と同じで
ある。
The piezo actuator 41 in this embodiment is a laminated piezoelectric actuator element [NEC (A
E0505D08)] and a voltage (0 to 150
V), a displacement (0 to 7.5 μm) can be obtained. In other words, the drive voltage per 1 nm elongation (shrinkage) amount is 20 m
V is selected so as to be hardly affected by external noise. The power supply device (150 V) is the same as that of the conventional piezo actuator (150 V-15 μm) (FIG. 15).

【0049】また、常時的にピエゾドライバ(図示省
略)を用いて75Vを印加しておき、テーブル20の粗
動調整終了位置を中心(基準)としてX方向に±3.7
5μm内でテーブル20を微動調整可能に形成してあ
る。
A voltage of 75 V is constantly applied using a piezo driver (not shown), and ± 3.7 in the X direction with the coarse movement adjustment end position of the table 20 as the center (reference).
The table 20 is formed so as to be finely adjustable within 5 μm.

【0050】なお、ピエゾアクチュエータ用ケーブルC
pは、図2〜図4,図13に示す如く、ベース10側か
ら引出される。変位検出手段用ケーブルChも同様であ
る。図13のCmは、モータおよびリミットスイッチ等
用のケーブルで、コネクタ39を介して接続される。
The piezo actuator cable C
p is pulled out from the base 10 side as shown in FIGS. The same applies to the displacement detection cable Ch. Cm in FIG. 13 is a cable for a motor, a limit switch, and the like, and is connected via a connector 39.

【0051】また、ピエゾアクチュエータ41の先端部
(右側)には図6に示す段付の軸部42が固定され、こ
の軸部42にはミニチュアベアリング46が左右方向に
変位不能として被嵌装着されている。ただし、ねじ軸3
3側からの外力は、ピエゾアクチュエータ41側の変位
(変化)に影響を与えるようには伝達されない。
A stepped shaft 42 shown in FIG. 6 is fixed to the tip (right side) of the piezo actuator 41, and a miniature bearing 46 is fitted to the shaft 42 so as not to be displaceable in the left-right direction. ing. However, screw shaft 3
The external force from the third side is not transmitted so as to affect the displacement (change) on the piezo actuator 41 side.

【0052】すなわち、カップリング45は、送りねじ
軸33の先端部(左側)とピエゾアクチュエータ41の
先端部とを相対回転可能に連結するとともに、両先端部
の相対回転を妨げることなくX方向の相対位置を一定に
保持可能である。つまり、X方向については、一体的に
取扱うことができる。
That is, the coupling 45 connects the distal end portion (left side) of the feed screw shaft 33 and the distal end portion of the piezo actuator 41 so as to be relatively rotatable, and does not hinder the relative rotation of both distal ends in the X direction. The relative position can be kept constant. That is, in the X direction, it can be handled integrally.

【0053】応動変位許容手段は、送りねじ軸33のナ
ット部材34と螺合する部位が、ピエゾアクチュエータ
41のX方向の伸縮に応動しかつベース10に対するX
方向にピエゾアクチュエータ41の伸縮量(Xs)だけ
変位(Xs)することを許容する手段で、この実施形態
では、送りねじ軸33の基端部(右側)とモータ軸31
Sとの間に設けられたカップリング35を利用して構築
してある。
The responsive displacement permitting means is such that the portion of the feed screw shaft 33 screwed with the nut member 34 responds to the expansion and contraction of the piezo actuator 41 in the X direction, and
In this embodiment, the piezo actuator 41 is allowed to be displaced (Xs) by the amount of expansion and contraction (Xs) of the piezo actuator 41. In this embodiment, the base end (right side) of the feed screw shaft 33 and the motor shaft 31
It is constructed by using a coupling 35 provided between S and S.

【0054】このカップリング35は、図4,図6に示
す如く、断面円形状の中空の筒体35TにX方向に離隔
されかつ周方向に位置ずれされた複数の切欠溝35Sを
有する切欠溝付筒体型とされ、モータ軸31Sの回転を
送りねじ軸33に伝達できかつ回転伝達中はX方向の強
制外力が加わらない限りにおいてX方向の寸法は一定で
あるが、回転停止中か回転伝達中であるか否かに拘わら
ず強制外力を加えればX方向の寸法を微小量だけ変化さ
せることができる。
As shown in FIGS. 4 and 6, this coupling 35 has a notch groove having a plurality of notch grooves 35S spaced apart in the X direction and circumferentially displaced in a hollow cylindrical body 35T having a circular cross section. It has a cylindrical shape and can transmit the rotation of the motor shaft 31S to the feed screw shaft 33. During the rotation transmission, the dimension in the X direction is constant unless a forced external force in the X direction is applied. Regardless of whether it is in the middle or not, if a forced external force is applied, the dimension in the X direction can be changed by a minute amount.

【0055】すなわち、駆動軸(31S)と従動軸(3
3)との芯ずれや芯振れを吸収する一般的な切欠溝付カ
ップリング(35)の形態・機能に着目し、変位許容部
材(応動変位許容手段)として導入したものである。こ
の切欠溝付筒体型カップリング35は、この実施形態の
場合、(株)ミスミのミニチュアカップリング〔セット
スクリュータイプ(CPLS)…ステンレス製〕で、直
径が12mm,長さが18.5mm,常用トルクが0.
3N・m,最高回転数が32000rpm,静的捩りば
ね定数が64N・m/radおよび許容偏心が0.10
である。
That is, the drive shaft (31S) and the driven shaft (3
Focusing on the form and function of a common notched grooved coupling (35) that absorbs misalignment and runout with 3), it is introduced as a displacement permitting member (responsive displacement permitting means). In the case of this embodiment, the notched grooved cylindrical coupling 35 is a miniature coupling (set screw type (CPLS) ... made of stainless steel) manufactured by MISUMI Co., Ltd., having a diameter of 12 mm, a length of 18.5 mm, and a common use. The torque is 0.
3N · m, maximum rotation speed 32000 rpm, static torsional spring constant 64 N · m / rad, and allowable eccentricity 0.10.
It is.

【0056】また、切欠溝35Sは、各組が周方向に位
置ずれされた4本からなり、2組の総計8本である。出
願人の測定によれば、静止状態において両端から強制外
力(ピエゾアクチュエータ41からの伸長力相当)を加
えたところ、寸法(長さ)を最大で0.8mm程度短縮
できかつ強制外力を除去すれば弾性復帰により元の寸法
(18.5mm)に戻ることを確認している。したがっ
て、初期状態を例えば0.5mmだけ短縮した状態とし
ておけば、その状態を基準として軸線(X)方向に例え
ば±0.2mmを伸縮させることは容易である。
The number of the notched grooves 35S is four, each set being displaced in the circumferential direction, for a total of eight of the two sets. According to the measurement by the applicant, when a forced external force (corresponding to the extension force from the piezo actuator 41) is applied from both ends in the stationary state, the dimension (length) can be reduced by about 0.8 mm at the maximum and the forced external force can be removed. For example, it has been confirmed that the original size (18.5 mm) is restored by elastic return. Therefore, if the initial state is shortened by, for example, 0.5 mm, it is easy to expand and contract by, for example, ± 0.2 mm in the axis (X) direction based on the state.

【0057】なお、応動変位許容手段は、中間に捩りば
ねやベローを介装したカップリング(35)から形成し
てもよい。また、この応動変位許容手段(35)は送り
ねじ軸33の途中でかつナット部材34との螺合位置よ
りもステッピングモータ31側に装着してもよい。
The responsive displacement permitting means may be formed by a coupling (35) with a torsion spring or bellows interposed in the middle. The responsive displacement permitting means (35) may be mounted in the middle of the feed screw shaft 33 and closer to the stepping motor 31 than the screw position with the nut member.

【0058】さらに、図6に示す如く、ベース10とテ
ーブル20との間の収容空間SPとベース10側の中空
部15および貫通部16を利用して、粗動調整変位検出
手段と微動調整変位検出手段とを兼用する1台の変位検
出手段80が内蔵されている。変位検出手段80は、1
nmの精度(分解能)で検出できるものである。
Further, as shown in FIG. 6, the coarse movement adjustment displacement detecting means and the fine movement adjustment displacement are utilized by utilizing the accommodation space SP between the base 10 and the table 20 and the hollow portion 15 and the through portion 16 on the base 10 side. One displacement detecting means 80 which also serves as the detecting means is built in. The displacement detecting means 80
It can be detected with an accuracy (resolution) of nm.

【0059】すなわち、変位検出手段80は、テーブル
20の下面側に取付けられるとともに調整ねじ(図示省
略)を用いて組立後のモアレ調整が可能な図5に示すメ
インスケール81と、ベース10の上面側にメインスケ
ール81と対面可能に取付けられた図4に示すインデッ
クススケール84および発光器・受光器を含む検出ヘッ
ド82と、検出回路83と、図10に示すNI逓倍回路
90と、N2分割回路100と、このN2分割回路10
0の出力であるデジタル検出信号から1nmパルス信号
を生成出力するフィードバック信号生成出力回路(図示
省略)から構成されている。
That is, the displacement detecting means 80 is attached to the lower surface side of the table 20 and is capable of adjusting moire after assembly using an adjusting screw (not shown), and the upper surface of the base 10 as shown in FIG. A detection head 82 including an index scale 84 and a light emitter / receiver shown in FIG. 4 and a detection circuit 83, an NI multiplication circuit 90 shown in FIG. 10, and an N2 division circuit shown in FIG. 100 and the N2 dividing circuit 10
It comprises a feedback signal generation and output circuit (not shown) for generating and outputting a 1 nm pulse signal from a digital detection signal which is an output of 0.

【0060】メインスケール81には反射型の第1格子
が設けられ、インデックススケール84には透過型の第
2格子および90度の位相ずれを持つ4個の第3格子を
設けるとともに、各第3格子を1箇所に集めかつインデ
ックススケール83の長手方向(または幅方向)におい
て第2格子と接近配設し、受光器(図10の82A,8
2RA,82B,82RB)を1チップ受光素子を4分
割して形成し、さらに発光器を形成する発光素子に単一
の集光レンズを取付けた構造にするとともに傾斜配設し
てある。
The main scale 81 is provided with a reflection-type first grating, and the index scale 84 is provided with a transmission-type second grating and four third gratings having a phase shift of 90 degrees. The gratings are gathered in one place and arranged close to the second grating in the longitudinal direction (or the width direction) of the index scale 83, and the light receiver (82A, 8A in FIG. 10) is used.
2RA, 82B, and 82RB) are formed by dividing a one-chip light-receiving element into four parts, and furthermore, a single condensing lens is attached to the light-emitting element that forms the light-emitting device, and the light-receiving element is inclined.

【0061】したがって、各受光素子間の間隔と受光有
効面積とを大幅に縮小できかつ各受光素子の温度特性,
劣化特性を均一化できるので、性能面上の高分解能(例
えば、100nm以下)・高精度化および使用上の小型
軽量化,低コスト化を図れる。また、各受光素子の受光
エネルギーを増大できるから検出高速化が図れ,両スケ
ール81,84間のギャップを大きくして第1格子の目
盛ピッチをより微細化できるので、一段と小型化,低コ
スト化が図れ取扱いも非常に容易となる。
Therefore, the distance between the light receiving elements and the effective light receiving area can be greatly reduced, and the temperature characteristics of each light receiving element,
Since the deterioration characteristics can be made uniform, high resolution (for example, 100 nm or less) and high accuracy in performance can be achieved, and reduction in size and weight and cost in use can be achieved. In addition, since the light receiving energy of each light receiving element can be increased, the detection speed can be increased, and the gap between the scales 81 and 84 can be increased to make the graduation pitch of the first grating finer, so that the size and cost can be further reduced. And handling becomes very easy.

【0062】なお、検出ヘッド82は、図18,図19
に示すモアレ角1.0分,ロール角4.0分,ピッチ角
2.4分以内で取付け固着される。検出回路83は、図
10に示す如く、検出ヘッド82内の各受光器(素子)
82A,82RA、82B,82RBが接続される4つ
の増幅器83A,83RA、83B,83RBと、増幅
された光電変換信号Sa,Sraとを入力として、端子
にA相アナログ検出信号Axを生成出力する演算増幅器
83Eと、同様に端子にB相アナログ検出信号Bxを生
成出力する演算増幅器83Fとから形成される。なお、
発光器(素子)は図示省略した。
The detection head 82 is shown in FIGS.
And the roll angle is 4.0 minutes and the pitch angle is 2.4 minutes or less. As shown in FIG. 10, the detection circuit 83 includes each light receiver (element) in the detection head 82.
An operation of receiving four amplifiers 83A, 83RA, 83B, and 83RB to which 82A, 82RA, 82B, and 82RB are connected and the amplified photoelectric conversion signals Sa and Sra, and generating and outputting an A-phase analog detection signal Ax at a terminal. It is formed of an amplifier 83E and an operational amplifier 83F which similarly generates and outputs a B-phase analog detection signal Bx at a terminal. In addition,
The light-emitting device (element) is not shown.

【0063】この検出回路83から出力される正弦波状
で90度の位相差をもつ両アナログ検出信号Ax,Bx
を逓倍処理および分割処理並びにデジタル処理すれば、
可動体(20)と静止体(10)との相対変位量を高精
度(1nm)で検出できる。さらに、変位方向も検出で
きる。
The two analog detection signals Ax and Bx output from the detection circuit 83 and having a phase difference of 90 degrees in the form of a sine wave.
Can be multiplied and divided and digitally processed
The relative displacement between the movable body (20) and the stationary body (10) can be detected with high accuracy (1 nm). Further, the direction of displacement can also be detected.

【0064】ここにおいて、N1逓倍回路90は、図1
0に示す如く、2逓倍処理する第1の2逓倍回路90A
と,これと同一構造の第2の2逓倍回路90Bとから形
成されている。図10では、ノイズ防止用コンデンサ等
は図示省略してある。
Here, the N1 multiplying circuit 90 corresponds to FIG.
0, a first doubling circuit 90A that performs doubling processing
And a second doubling circuit 90B having the same structure. In FIG. 10, a capacitor for noise prevention and the like are not shown.

【0065】図10において、第1の2逓倍回路90A
は、検出器(検出回路83)から出力された一方アナロ
グ検出信号Axと他方アナログ検出信号Bxとを乗算す
る第1の乗算器91と,一方アナログ検出信号Axと他
方アナログ検出信号Bxとの差(Ax−Bx)を演算す
る第1の和差演算器92と,他方アナログ検出信号Bx
と一方アナログ検出信号Axの反転値との差[Bx−
(−Ax)]を演算する第2の和差演算器94と,該差
(Ax−Bx)と該差[Bx−(−Ax)]とを乗算す
る第2の乗算器96とを含み、一方アナログ検出信号A
xおよび他方アナログ検出信号Bxの周波数を2倍した
周波数の各アナログ検出信号Ax2,Bx2を生成出力
可能に形成されている。
In FIG. 10, a first doubler 90A
Is a first multiplier 91 that multiplies the one analog detection signal Ax and the other analog detection signal Bx output from the detector (detection circuit 83), and the difference between the one analog detection signal Ax and the other analog detection signal Bx. A first sum-difference calculator 92 for calculating (Ax-Bx) and an analog detection signal Bx
And the difference between the inverted value of the analog detection signal Ax [Bx−
(−Ax)], and a second multiplier 96 that multiplies the difference (Ax−Bx) by the difference [Bx − (− Ax)]. On the other hand, the analog detection signal A
Each of the analog detection signals Ax2 and Bx2 having a frequency which is twice the frequency of x and the other analog detection signal Bx is generated and output.

【0066】この実施形態では、第1の和差演算器(N
1)92および第2の和差演算器(N3)94をオペア
ンプ(μPC844…NEC製)から形成してある。反
転増幅器(N2)および非反転増幅器(N4,N5)も
同様である。また、第1の乗算器91および第2の乗算
器96をアナログ乗算器(AD633…アナログデバイ
セズ株式会社製)から形成してある。
In this embodiment, the first sum-difference calculator (N
1) The 92 and the second sum-difference calculator (N3) 94 are formed of operational amplifiers (μPC844... Made by NEC). The same applies to the inverting amplifier (N2) and the non-inverting amplifiers (N4, N5). Further, the first multiplier 91 and the second multiplier 96 are formed from analog multipliers (AD633: manufactured by Analog Devices, Inc.).

【0067】すなわち、検出回路83からの一方アナロ
グ検出信号Axが〔数1〕で、他方アナログ検出信号B
xが〔数2〕である。xはX方向の変位、Pはメインス
ケール81のスケールピッチ(3.2nm)である。な
お、アナログ検出信号Ax,Bxは、光学的2分割がな
されているので、1サイクルピッチは、図12(A)に
示す如く1.6μmである。
That is, one analog detection signal Ax from the detection circuit 83 is represented by [Equation 1] and the other analog detection signal B is
x is [Equation 2]. x is the displacement in the X direction, and P is the scale pitch of the main scale 81 (3.2 nm). Since the analog detection signals Ax and Bx are optically divided into two, the one-cycle pitch is 1.6 μm as shown in FIG.

【数1】 (Equation 1)

【数2】 (Equation 2)

【0068】そして、簡略化のために2πx/P=α…
式1と置くと、〔数1〕は、Ax=Sinα(−Ax=
−Sinα)…式2となり、〔数2〕は、Bx=Cos
α=Sin(α+π/2)…式3となる。
Then, for simplicity, 2πx / P = α...
When Equation 1 is set, [Equation 1] is expressed as Ax = Sinα (−Ax =
−Sinα) Expression 2 is obtained, and [Equation 2] is expressed as Bx = Cos
α = Sin (α + π / 2) Expression 3 is obtained.

【0069】ここに、アナログ検出信号AxとBxの差
(Ax−Bx)は、式2と式3の差であるから、〔数
3〕となる。第1の和差演算器92で算出させる。同様
に、差[Bx−(−Ax)]は、〔数4〕となる。第2
の和差演算器94で算出させる。
Here, the difference (Ax-Bx) between the analog detection signals Ax and Bx is the difference between Expressions 2 and 3, and is given by [Equation 3]. The calculation is performed by the first sum-difference calculator 92. Similarly, the difference [Bx − (− Ax)] becomes [Equation 4]. Second
Is calculated by the sum-difference calculator 94.

【数3】 (Equation 3)

【数4】 (Equation 4)

【0070】かくして、第1の乗算器91に(Ax×B
x)を乗算させると、図10に示す如く、Ax2=Si
n(4πx/P)…式4となる。また、第2の乗算器9
6に差(Ax−Bx)と差[Bx−(−Ax)]を乗算
させると、Bx2=Sin(4πx/P+π/2)…式
5となる。
Thus, (Ax × B
x), Ax2 = Si as shown in FIG.
n (4πx / P)... The second multiplier 9
6 is multiplied by the difference (Ax−Bx) and the difference [Bx − (− Ax)], and Bx2 = Sin (4πx / P + π / 2)...

【数5】 (Equation 5)

【数6】 つまり、〔数5〕および〔数6〕を演算させるととも
に、それら右辺の定数項を省略しかつ簡略化のために、
2α=β…式6と置き、式4に式6を代入すると、Ax
2=Ax×Bx=Sinβ…式7となり、また、式5に
式6を代入すると、Bx2=(Ax−Bx)×[Bx−
(−Ax)]=Sin(β+π/2)…式8となる。す
なわち、図11に示す如く周波数変換することができ
る。
(Equation 6) In other words, letting [Equation 5] and [Equation 6] be operated, and omitting the constant terms on the right side thereof and simplifying them,
2α = β... Putting into Equation 6 and substituting Equation 6 into Equation 4, Ax
2 = Ax × Bx = Sinβ Expression 7 is obtained. When Expression 6 is substituted into Expression 5, Bx2 = (Ax−Bx) × [Bx−
(−Ax)] = Sin (β + π / 2) Equation 8 is obtained. That is, frequency conversion can be performed as shown in FIG.

【0071】因みに、 β=2α=4πx/Pであるか
ら、式7,式8は、式2,式3の2倍の周期であると理
解される。
By the way, since β = 2α = 4πx / P, it can be understood that Equations 7 and 8 are twice as long as Equations 2 and 3.

【0072】かくして、第1の2逓倍回路90Aの出力
(Ax2,Bx2)を第2の2逓倍回路90Bに入力さ
せて、第1の2逓倍回路90Aの場合と同様な2逓倍処
理を繰り返すと、図12(A)に示す1サイクルピッチ
が1.6μmのアナログ検出信号Ax,Bxを、N1
(=4)逓倍回路90(90A,90B)による4逓倍
処理を施したことになるから、図12(B)に示す1サ
イクルピッチが0.4μmのアナログ検出信号Ax4,
Bx4に変換(逓倍処理)することができる。
When the outputs (Ax2, Bx2) of the first doubling circuit 90A are input to the second doubling circuit 90B, the same doubling process as in the case of the first doubling circuit 90A is repeated. The analog detection signals Ax and Bx having a cycle pitch of 1.6 μm shown in FIG.
(= 4) Since the quadrupling process is performed by the multiplying circuit 90 (90A, 90B), the analog detection signal Ax4 having a cycle pitch of 0.4 μm shown in FIG.
It can be converted to Bx4 (multiplication processing).

【0073】なお、この逓倍処理は、スケールピッチや
最終分解能の選択値によっては、1段階のみでも、複数
(3以上)段階を繰り返して行うように形成してもよ
い。
The multiplying process may be formed such that only one stage or a plurality of (three or more) stages are repeated depending on the selected values of the scale pitch and the final resolution.

【0074】次いで、逓倍後のアナログ検出信号Ax
4,Bx4をN2(=400)分割回路100で400
分割処理すると、図12(C)に示す1サイクルピッチ
が40nmのデジタル検出信号を得ることができる。フ
ィードバック信号生成出力回路(70内)が、デジタル
検出信号の各立上りを捉えて1nmパルス信号を生成出
力する。
Next, the analog detection signal Ax after the multiplication is
4, Bx4 is divided by N2 (= 400) dividing circuit 100 into 400
When the division processing is performed, a digital detection signal having a cycle pitch of 40 nm shown in FIG. 12C can be obtained. The feedback signal generation and output circuit (inside 70) captures each rising edge of the digital detection signal and generates and outputs a 1-nm pulse signal.

【0075】図13において、駆動制御系を形成するコ
ントローラ70は、データベース76を含むパソコン7
5からの指令に基づきモータドライバへ粗動調整量相当
信号を出力して粗動調整を実行可能、変位検出手段80
からのデジタル検出信号をフィードバック信号として中
間調整量相当信号をモータドライバへ出力しつつ中間調
整を実行可能、また変位検出手段80からのデジタル検
出信号をフィードバック信号としてピエゾドライバへ微
動調整量相当信号を出力しつつ微動調整を実行可能に形
成されている。つまり、図16(B),(C),(D)
に示す3段階制御モードでの位置決め制御を行える。
Referring to FIG. 13, a controller 70 forming a drive control system includes a personal computer 7 including a database 76.
5, a coarse motion adjustment amount corresponding signal is output to the motor driver based on a command from
The intermediate adjustment can be performed while outputting a signal corresponding to the intermediate adjustment amount to the motor driver as a digital detection signal as a feedback signal, and a signal corresponding to the fine adjustment amount to the piezo driver as a feedback signal using the digital detection signal from the displacement detecting means 80 as a feedback signal It is formed so that fine movement adjustment can be performed while outputting. That is, FIGS. 16 (B), (C), (D)
The positioning control in the three-stage control mode shown in FIG.

【0076】さらに、この実施形態では、コントローラ
70は、データベース76を含むパソコン75からの指
令およびROM74に格納された誤差データを利用した
補正(誤差補正)に基づき、図14(B),(C)に示
す2段階制御モードでの高速位置決め制御を行える。
Further, in this embodiment, the controller 70 performs the correction (error correction) using the command from the personal computer 75 including the database 76 and the error data stored in the ROM 74 (error correction), as shown in FIGS. ) Can perform high-speed positioning control in the two-step control mode.

【0077】ボールねじ構造(33,34)の送り誤差
が小さい場合や送りねじ軸33のフルストロークが短い
場合において高速位置決め可能化に有効な2段階制御モ
ードと、送り誤差が比較的に大きい場合やフルストロー
クが長い場合に有効な3段階制御モードとは、キー操作
で選択的に切換できる。
Two-step control mode effective for high-speed positioning when the feed error of the ball screw structure (33, 34) is small or when the full stroke of the feed screw shaft 33 is short, and when the feed error is relatively large And the three-step control mode effective when the full stroke is long can be selectively switched by key operation.

【0078】かくして、パソコン75のキーボードは、
2段階制御モードを考え、位置決め設定量(Xls=X
l+Xs)を設定する位置決め設定器,粗動調整手段3
0のみを用いかつ粗動調整量(Xl)を設定する粗動調
整設定器,微動調整手段40のみを用いかつ微動調整量
(Xs)を設定する微動調整設定器,粗・微動調整方向
を設定する方向設定器および粗(微)動調整時の移動速
度を設定する速度設定器等を形成する。
Thus, the keyboard of the personal computer 75
Considering the two-step control mode, the positioning set amount (Xls = X
l + Xs), positioning setter, coarse movement adjusting means 3
Coarse adjustment setter using only 0 and setting coarse adjustment (Xl), fine adjustment setter using only fine adjustment means 40 and setting fine adjustment (Xs), setting coarse / fine adjustment direction And a speed setting device for setting a moving speed at the time of coarse (fine) movement adjustment.

【0079】また、3段階制御モードを考え、上記した
位置決め設定器を位置決め設定量(Xlms=Xl+X
m+Xs)を設定可能に形成し、粗動調整手段30のみ
を用いかつ変位検出手段80からのデジタル検出信号を
利用したフィードバック制御による中間調整量(Xm)
を設定する中間調整用の方向設定器等も形成する。な
お、図13中の79はプリンタである。
Considering a three-stage control mode, the above-mentioned positioning setting device is set to a positioning set amount (Xlms = Xl + X
m + Xs) is settable, and the intermediate adjustment amount (Xm) is obtained by feedback control using only the coarse movement adjusting means 30 and using a digital detection signal from the displacement detecting means 80.
Are also formed. Incidentally, reference numeral 79 in FIG. 13 denotes a printer.

【0080】さて、2段階調整モードは、送りねじ軸3
3およびナット部材34のX方向の誤差データを採って
ROM74に記憶させておき、かつ送りねじ軸33に連
結されたステッピングモータ31を回転駆動する場合
に、目標位置を当該目標位置相当の誤差データを利用し
て補正した補正後目標位置として、フィードバック制御
による粗動調整を実行可能に形成されている。なお、こ
の補正後目標位置は、ピエゾアクチュエータ41を用い
る微動調整の場合も有効に機能する。
Now, the two-step adjustment mode uses the feed screw shaft 3
When the stepping motor 31 connected to the feed screw shaft 33 is rotationally driven, the target position is set to the error data corresponding to the target position. As a corrected target position corrected by using the above, the coarse movement adjustment by the feedback control can be executed. The corrected target position functions effectively also in the case of fine adjustment using the piezo actuator 41.

【0081】したがって、基準位置に対して位置決め量
(Xls)を設定して行う位置決め設定の場合には、フ
ィードバック制御による図14(B),(C)に示す粗
動調整と微動調整とが連続的に行われる。なお、粗動調
整設定の場合には粗動調整のみが可能でかつ微動調整設
定の場合には微動調整のみが可能である。
Therefore, in the case of the positioning setting performed by setting the positioning amount (Xls) with respect to the reference position, the coarse adjustment and the fine adjustment shown in FIGS. It is done on a regular basis. In the case of the coarse movement adjustment setting, only the coarse movement adjustment is possible, and in the case of the fine movement adjustment setting, only the fine movement adjustment is possible.

【0082】すなわち、ボールねじ構造(33,34)
のX方向のフルストロークについて、当該ボールねじ構
造の送り特性(乃至誤差)とステッピングモータ駆動用
のパルス信号数とを対応させた誤差データを手動または
自動的に記憶させておく。変位検出手段80との協働の
もとに変位−誤差を書込み可能なテーブルを自動的に作
成可能に形成してもよい。
That is, the ball screw structure (33, 34)
For the full stroke in the X direction, error data in which the feed characteristic (or error) of the ball screw structure is associated with the number of pulse signals for driving the stepping motor is manually or automatically stored. A table in which displacement-error can be written may be formed so as to be automatically created in cooperation with the displacement detection means 80.

【0083】そして、ステッピングモータ31を回転駆
動する場合に目標位置を当該目標位置相当の誤差データ
で補正した補正後目標位置(パルス信号数)として粗動
調整を実行する。したがって、従来例の場合と同様な図
16(B),(C)および(D)の3段階制御の場合に
比較して、図14(B),(C)の1段階制御のみとす
ることができるから、分解能1nmの位置決め速度を一
段と高速化できる。
Then, when the stepping motor 31 is driven to rotate, coarse adjustment is executed as a corrected target position (the number of pulse signals) obtained by correcting the target position with error data corresponding to the target position. Therefore, only the one-step control shown in FIGS. 14B and 14C is performed in comparison with the three-step control shown in FIGS. 16B, 16C and 16D similar to the conventional example. Therefore, the positioning speed with a resolution of 1 nm can be further increased.

【0084】次に、この実施形態の作用・動作を説明す
る。まず、図13に示すコントローラ70からピエゾド
ライバにバイアス信号を出力し、ピエゾアクチュエータ
41に75Vの電圧を印加する。すると、基端部がベー
ス10(バックアップブロック74)に固定されている
ので、ピエゾアクチュエータ41の先端部は、図6で右
方向に3.75μmだけ伸長する。
Next, the operation and operation of this embodiment will be described. First, a bias signal is output from the controller 70 shown in FIG. 13 to the piezo driver, and a voltage of 75 V is applied to the piezo actuator 41. Then, since the base end is fixed to the base 10 (backup block 74), the front end of the piezo actuator 41 extends 3.75 μm to the right in FIG.

【0085】したがって、送りねじ軸33の基端部と軸
線(X)方向に変位不能なモータ軸31Sとの間に設け
られた切欠溝付筒体型カップリング35の寸法(18.
5mm)が3.75μmだけ収縮する。よって、この状
態を基準として、このカップリング35に強制外力を加
え(減ず)れば軸線(X)方向に例えば±20nmだけ
伸縮させることは、極めて容易であると理解される。
Therefore, the dimensions of the cylindrical coupling 35 with the notch groove provided between the base end of the feed screw shaft 33 and the motor shaft 31S that cannot be displaced in the axis (X) direction (18.
5 mm) shrinks by 3.75 μm. Therefore, based on this state, it is understood that it is extremely easy to expand and contract by, for example, ± 20 nm in the axis (X) direction by applying (reducing) a forced external force to the coupling 35.

【0086】次いで、つまみ31Tを用いてモータ軸3
1Sおよび送りねじ軸33を回転させ、図8のリミット
スイッチ87が検出片88を検出する基準位置(後退
限)にテーブル20を位置付けする。この際、付勢手段
60(係止片66,引張バネ65,係止片67)はテー
ブル20を図1,図6で右方向に付勢している。つま
り、ナット部材34を介して送りねじ軸33の先端部を
カップリング35側に向けて付勢している。
Then, using the knob 31T, the motor shaft 3
1S and the feed screw shaft 33 are rotated, and the table 20 is positioned at the reference position (retreat limit) where the limit switch 87 in FIG. At this time, the urging means 60 (the locking piece 66, the tension spring 65, the locking piece 67) urges the table 20 rightward in FIGS. That is, the distal end of the feed screw shaft 33 is urged toward the coupling 35 via the nut member 34.

【0087】また、送りねじ軸33の先端部(左側)と
ピエゾアクチュエータ41の先端部(右側)とのX方向
における相対位置は、カップリング45を介して、一定
に保持される。送りねじ軸33とナット部材34とのバ
ックラッシも除去できる。また、この状態において、変
位検出手段80(検出器)の一部を形成するカウンタ
(図示省略)を零クリアしておく。
The relative position in the X direction between the tip (left side) of the feed screw shaft 33 and the tip (right side) of the piezo actuator 41 is kept constant via the coupling 45. Backlash between the feed screw shaft 33 and the nut member 34 can also be removed. In this state, a counter (not shown) forming a part of the displacement detecting means 80 (detector) is cleared to zero.

【0088】ここに、3段階制御を選択しかつテーブル
20を基準位置(後退限)から図1,図3,図6で左方
向に例えば+1μm(=Xl+Xm+Xs)だけ進めた
位置に位置決めすることを考える。
Here, it is assumed that the three-step control is selected and the table 20 is positioned at a position advanced by, for example, +1 μm (= Xl + Xm + Xs) to the left in FIGS. 1, 3, and 6 from the reference position (retreat limit). Think.

【0089】図13のキーボード(操作パネル)上の位
置決め設定器を用いて位置決め量(1μm=Xlms=
1000nm)を設定する。例えば、Xl=950n
m,Xm=48nm,Xs=2nmである。速度設定器
を用いて移動速度も設定する。さらに、要すれば方向設
定器を用いて移動方向を設定する。但し、位置決め量を
プラス(+)1μmとして設定する場合は、移動方向を
設定しなくともよい。
Using the positioning setting device on the keyboard (operation panel) shown in FIG. 13, the positioning amount (1 μm = Xlms =
1000 nm). For example, Xl = 950n
m, Xm = 48 nm and Xs = 2 nm. The moving speed is also set using a speed setting device. Further, if necessary, the moving direction is set using a direction setting device. However, when the positioning amount is set as plus (+) 1 μm, the moving direction need not be set.

【0090】位置決めの指令を発すると、コントローラ
70は、パソコン75内のデータベース76に基づき位
置決め設定であることを確認し、位置決め設定量(+1
μm)の中の粗動調整量(Xl=950nm)を読み込
み、これに対応する信号Sl〔パルス数〕をモータドラ
イバへ出力する。
When the positioning command is issued, the controller 70 confirms that the positioning is set based on the database 76 in the personal computer 75, and determines the positioning set amount (+1).
.mu.m), and outputs a signal Sl (number of pulses) corresponding to the coarse adjustment amount (Xl = 950 nm) to the motor driver.

【0091】すなわち、ケーブルCmおよびコネクター
39を介して駆動電源(電流)が供給されるので、ステ
ッピングモータ31が所定方向(例えば、右回転方向)
に回転する。カップリング35はカップリング機能とし
て回転力を送りねじ軸33に伝達する。
That is, since the drive power (current) is supplied via the cable Cm and the connector 39, the stepping motor 31 is driven in a predetermined direction (for example, in the rightward rotation direction).
To rotate. The coupling 35 transmits a rotational force to the feed screw shaft 33 as a coupling function.

【0092】したがって、送りねじ軸33が回転するの
で、図16(B)に示す如く、テーブル20がナット部
材34を介して図6で左方向に移動(粗動)される。こ
の際、送りねじ軸33の回転は、カップリング45内の
ミニチュアベアリング46の作用によりピエゾアクチュ
エータ41には伝達されないので、支障はない。
Therefore, as the feed screw shaft 33 rotates, the table 20 is moved leftward (coarse movement) in FIG. 6 via the nut member 34 as shown in FIG. 16B. At this time, since the rotation of the feed screw shaft 33 is not transmitted to the piezo actuator 41 by the action of the miniature bearing 46 in the coupling 45, there is no problem.

【0093】テーブル20がX方向(左方向)に移動
(粗動)すると、これに取付けられた図5に示すメイン
スケール81が当然に左方向へ移動する。つまり、この
メインスケール81と対面するベース10側のインデッ
クススケール83を含む図3,図6に示す変位検出手段
80から、時々刻々と変化する移動変位検出信号Xiつ
まり分解能1nmのデジタル検出信号が出力される。但
し、この段階(粗動調整)では、高速化のためにステッ
ピングモータ31のオープン制御としてあるので、フィ
ードバック信号としては働かない。
When the table 20 moves (coarse movement) in the X direction (left direction), the main scale 81 attached to the table 20 shown in FIG. 5 naturally moves leftward. That is, the displacement detecting means 80 shown in FIGS. 3 and 6 including the index scale 83 on the base 10 facing the main scale 81 outputs a moving displacement detection signal Xi that changes every moment, that is, a digital detection signal having a resolution of 1 nm. Is done. However, at this stage (coarse movement adjustment), since the open control of the stepping motor 31 is performed for speeding up, it does not work as a feedback signal.

【0094】パソコン(CPU)70は、位置決め設定
量(Xl=+950nm)と等しい信号Slを出力終了
したところで切替ポイントと判別し、ステッピングモー
タ31の回転を停止する。引続き、図16(C)による
ステッピングモータ31のフィードバック制御である中
間調整のために、設定量(Xm=48nm)相当パルス
数を出力する。つまり、図16(A)のインポジション
範囲(例えば、±10nm)内に追込む。
When the personal computer (CPU) 70 finishes outputting the signal Sl equal to the positioning set amount (Xl = + 950 nm), the personal computer (CPU) determines the switching point and stops the rotation of the stepping motor 31. Subsequently, the number of pulses corresponding to the set amount (Xm = 48 nm) is output for the intermediate adjustment as the feedback control of the stepping motor 31 according to FIG. In other words, it moves within the in-position range (for example, ± 10 nm) of FIG.

【0095】ここに、ステッピングモータ31の最小ス
テップ角度や送りねじ軸33とナット部材34との送り
ピッチ等との関係から、変位検出手段80で検出された
テーブル20の基準位置(後退限)からの移動量(粗動
調整量=Xl+Xm)が例えば+1003nmとする。
換言すれば、粗動調整手段30では、10nmオーダー
での精度でしか位置決めできない。この場合は、目標位
置(1000nm=1μm)に対して、+3nm(=1
003−1000)の誤差がある。
Here, based on the relationship between the minimum step angle of the stepping motor 31 and the feed pitch between the feed screw shaft 33 and the nut member 34, the reference position (retreat limit) of the table 20 detected by the displacement detecting means 80 is used. (The coarse movement adjustment amount = X1 + Xm) is, for example, +1003 nm.
In other words, the coarse movement adjusting means 30 can perform positioning only with an accuracy on the order of 10 nm. In this case, with respect to the target position (1000 nm = 1 μm), +3 nm (= 1
003-1000).

【0096】すると、CPUは、この誤差(+3nm)
を解消すべく、ピエゾアクチュエータ41に印加されて
いた電圧(75V)を変位検出手段80からの誤差相当
フィードバック信号(Xi)を打消すべく、例えば60
mV(3nm相当)だけ駆動電圧を昇圧(75.060
V)する。図16(D)のフィードバック制御を行う。
したがって、ピエゾアクチュエータ41は、基端部(左
側)を固定端としその先端部(右側)が図6で右方向に
3nmだけ伸長する。
Then, the CPU calculates the error (+3 nm)
In order to cancel the error, the voltage (75 V) applied to the piezo actuator 41 is changed to cancel the error-equivalent feedback signal (Xi) from the displacement detecting means 80 by, for example, 60
The driving voltage is increased by mV (corresponding to 3 nm) (75.060
V). The feedback control of FIG. 16D is performed.
Therefore, the piezo actuator 41 has a base end (left side) as a fixed end, and a front end (right side) extends rightward in FIG. 6 by 3 nm.

【0097】この際、ピエゾアクチュエータ41の先端
部と送りねじ軸33の先端部とは、カップリング45を
介しX方向に変位不能つまり相対位置が一定であるか
ら、ピエゾアクチュエータ41の伸長は送りねじ軸33
を介して応動変位許容手段(切欠溝付筒体型カップリン
グ35)に左向き外力を加え、それを収縮させる。
At this time, the distal end of the piezo actuator 41 and the distal end of the feed screw shaft 33 cannot be displaced in the X direction via the coupling 45, that is, the relative position is constant. Axis 33
A leftward external force is applied to the responsive displacement permitting means (the cylindrical coupling 35 with the notched groove) via the through hole to contract it.

【0098】これにより、カップリング35は、ステッ
ピングモータ31側を固定端として、図6で右方向へ3
nmだけ短縮する。つまり、送りねじ軸33全体を図6
で右方向に移動(変位)させ、送りねじ軸33のナット
部材34と螺合する位置を右方向に変位させる。
Thus, the coupling 35 is moved to the right in FIG.
Reduce by nm. That is, the entire feed screw shaft 33 is shown in FIG.
To move (displace) to the right, and displace the position of the feed screw shaft 33 screwed to the nut member 34 to the right.

【0099】すなわち、ナット部材34が板バネ21等
でテーブル20に一体的に連結されかつ付勢手段60
(引張バネ61)で送りねじ軸31をカップリング35
方向に付勢されているので、ボールねじ構造(31,3
2)のバックラッシがなく、テーブル20を右方向に3
nmだけ正確に変位(戻す)させることができる。
That is, the nut member 34 is integrally connected to the table 20 by the leaf spring 21 or the like, and the urging means 60
(Tension spring 61) connects feed screw shaft 31 to coupling 35
Direction, the ball screw structure (31, 3
2) There is no backlash, and the table 20 is moved rightward by 3
It can be displaced (returned) exactly by nm.

【0100】なお、図16(B),(C)による位置が
上記の+1003nmでなく、例えば+998nmであ
る場合には、ピエゾアクチュエータ41への電圧を降圧
して応動変位許容手段(35)を図6で左方向に2nm
だけ伸長するように図16(C)のフィードバック制御
をすればよい。
When the position shown in FIGS. 16B and 16C is not the above-mentioned +1003 nm, but is, for example, +998 nm, the voltage applied to the piezo actuator 41 is reduced, and the responsive displacement permitting means (35) is shown. 6 to 2 nm to the left
The feedback control shown in FIG.

【0101】すなわち、変位検出手段80からのデジタ
ル検出信号(Xi)つまり実際の検出変位量が(100
0±1nm)であれば、微動調整を終了する。つまり、
設定された位置(1μm=1000nm)に対し、±1
nmでの高精度位置決めを行える。
That is, the digital detection signal (Xi) from the displacement detecting means 80, that is, the actual detected displacement amount is (100).
If it is (0 ± 1 nm), the fine movement adjustment ends. That is,
± 1 for the set position (1 μm = 1000 nm)
High-precision positioning in nm.

【0102】なお、図14(B),(C)の2段階制御
の場合には、第1段階目[(B)]で誤差データを打消
す補正後目標位置(1000nm±α)を目標位置(例
えば、+995nm)としてステッピングモータ31を
最初からフィードバック制御してインポジション範囲
(例えば、±10nm)内に追込むように粗動調整す
る。その後の、粗動調整(C)は3段階制御[図16
(D)]の場合と同様である。かくすれば、高精度1n
mでの位置決めを一段と高速化できる。 しかして、こ
の実施形態によれば、粗動調整手段30と,ピエゾアク
チュエータ41の伸縮を利用した微動調整手段41と,
変位検出手段80とを具備し、変位検出手段80がメイ
ンスケール81と,インデックススケール84および発
受光器を含み2つのアナログ検出信号を出力可能な検出
器(83)と,2つのアナログ検出信号の1サイクルピ
ッチを同期状態で4逓倍するN1逓倍回路90(90
A,90B)と,逓倍後の各アナログ検出信号の1サイ
クルピッチを400分割したデジタル検出信号を生成す
るN2分割回路100とから形成されているので、非常
に安価でかつ分解能1nmの高精度で位置決めすること
ができる。
In the case of the two-step control shown in FIGS. 14B and 14C, the corrected target position (1000 nm ± α) for canceling the error data in the first step [(B)] is set as the target position. (For example, +995 nm), the stepping motor 31 is feedback-controlled from the beginning to make coarse adjustment so as to fall within the in-position range (for example, ± 10 nm). After that, coarse adjustment (C) is controlled in three stages [FIG.
(D)]. Thus, high precision 1n
Positioning at m can be further speeded up. Thus, according to this embodiment, the coarse movement adjusting means 30, the fine movement adjusting means 41 utilizing the expansion and contraction of the piezo actuator 41,
A displacement detector (80) that includes a main scale 81, an index scale 84, and a light emitting and receiving device and that can output two analog detection signals; N1 multiplying circuit 90 (90) that multiplies one cycle pitch by four in a synchronized state
A, 90B) and an N2 division circuit 100 that generates a digital detection signal obtained by dividing one cycle pitch of each multiplied analog detection signal by 400, so that it is very inexpensive and has a high precision of 1 nm resolution. Can be positioned.

【0103】また、メインスケール81のスケールピッ
チが3.2μmとされ、検出器(83)から出力される
各アナログ検出信号の1サイクルピッチが光学的に2分
割された1.6μmでかつ相互に90度位相ずれしたも
のとされ、N1逓倍回路90の逓倍整数N1が4でかつ
N2分割回路100の分割整数N2が400であるか
ら、メインスケール81のスケールピッチを1.6nm
とする場合に比較して電子線描画製作上の問題は無くか
つ転写複製も容易であることから一段と低コストで具現
化できるとともに、N1逓倍回路90も4つの乗算器を
用いた2段処理でよくかつN2分割回路100は従来例
の場合(400分割)と同様でよい。しかも、ベース1
0およびテーブル20への組立も比較的に容易かつ確実
に行える。
The scale pitch of the main scale 81 is 3.2 μm, and one cycle pitch of each analog detection signal output from the detector (83) is 1.6 μm optically divided into two and 1.6 μm. Since the phase shift is 90 degrees, the multiplication integer N1 of the N1 multiplication circuit 90 is 4 and the division integer N2 of the N2 division circuit 100 is 400, the scale pitch of the main scale 81 is 1.6 nm.
As compared with the case where there is no problem in the electron beam lithography production and the transfer duplication is easy, it can be embodied at a lower cost, and the N1 multiplier 90 is also a two-stage process using four multipliers. The N2 division circuit 100 may be the same as that of the conventional example (400 division). And base 1
0 and the table 20 can be assembled relatively easily and reliably.

【0104】また、N1逓倍回路90が、第1の乗算器
91と,第1の和差演算器92と,第2の和差演算器9
4と,第2の乗算器96とを含み、一方アナログ検出信
号Axおよび他方アナログ検出信号Bxの周波数を2倍
した周波数の各アナログ検出信号を生成出力可能な第1
の2逓倍回路90Aおよびこれと同一構造の第2の2逓
倍回路90Bから形成されているので、第1および第2
の和差演算器92,94を市販のオペアンプでかつ第1
および第2の乗算器91,96を市販のアナログ乗算器
で構築することができるから、一段とコスト低減ができ
かつ信頼性が高まる。
The N1 multiplying circuit 90 includes a first multiplier 91, a first sum-difference calculator 92, and a second sum-difference calculator 9.
And a second multiplier 96, which can generate and output each analog detection signal having a frequency that is twice the frequency of one analog detection signal Ax and the other analog detection signal Bx.
, And a second doubling circuit 90B having the same structure as the first doubling circuit 90A.
Are the commercially available operational amplifiers and
In addition, since the second multipliers 91 and 96 can be constructed with commercially available analog multipliers, the cost can be further reduced and the reliability is improved.

【0105】また、ピエゾアクチュエータ41の伸縮量
1nm当たりの駆動電圧が20mV以上とされているの
で、ピエゾアクチュエータ用の電源装置のリップル等が
従来例の場合と同様であったとしても、1nmフィード
バック制御に対するノイズの影響を軽微化乃至一掃化で
きる。
Further, since the driving voltage per 1 nm of the amount of expansion and contraction of the piezo actuator 41 is set to 20 mV or more, even if the ripple and the like of the power supply device for the piezo actuator are the same as those in the conventional example, 1 nm feedback control is performed. Can be reduced or eliminated.

【0106】また、送りねじ軸33およびナット部材3
4のX方向の誤差データがROM74に記憶可能とさ
れ、かつステッピングモータ31を回転駆動する場合に
目標位置を当該目標位置相当の誤差データで補正した補
正後目標位置として粗動調整を実行可能に形成されてい
るので、従来例の図16(B)および(C)の2段階制
御を必要としていたものを同(C)相当の1段階制御の
みとすることができるので、分解能1nmでの位置決め
速度を一段と高速化できる。
Further, the feed screw shaft 33 and the nut member 3
4, the error data in the X direction can be stored in the ROM 74, and when the stepping motor 31 is rotationally driven, the coarse movement adjustment can be performed as a corrected target position obtained by correcting the target position with error data corresponding to the target position. Since it is formed, the conventional two-stage control shown in FIGS. 16B and 16C can be replaced with only one-stage control equivalent to the same one shown in FIG. Speed can be further increased.

【0107】また、ナット部材34が、位置規制面20
Fと板バネ21とを利用してX方向に当該テーブル20
と相対変位不能に連結されているので、軸線(X)を垂
直とした使用方法でも1nmの高精度で位置決めできる
から、3台を組み合わせれば3次元位置決めを行える。
Further, the nut member 34 is positioned on the position regulating surface 20.
F and the leaf spring 21 and the table 20 in the X direction.
Since it is connected so as not to be displaceable relative to each other, it is possible to perform positioning with high accuracy of 1 nm even in a usage method in which the axis (X) is vertical, so that three-dimensional positioning can be performed by combining three units.

【0108】さらに、カップリング45は送りねじ軸3
3の回転力をピエゾアクチュエータ41側へ伝達する必
要がないから非常に小型でよい。したがって、ピエゾア
クチュエータ41とともにベース10とテーブル20と
の間の収容空間SP内に収容できるので、構造が一段と
簡単になる。
Further, the coupling 45 is connected to the feed screw shaft 3
Since it is not necessary to transmit the rotational force of No. 3 to the piezo actuator 41 side, it is very small. Therefore, the structure can be further simplified because the piezoelectric actuator 41 and the piezo actuator 41 can be accommodated in the accommodation space SP between the base 10 and the table 20.

【0109】さらに、応動変位許容手段(35)が、送
りねじ軸33に回転力を付与するモータ軸31Sと送り
ねじ軸33の基端部との間に装着されるとともに、X方
向に離隔されかつ周方向に位置ずれされた複数の切欠溝
35Sを有する筒体35Tを含み回転力を伝達可能でピ
エゾアクチュエータ41から発生された伸縮力(強制外
力)でX方向に伸縮可能な切欠溝付筒体型のカップリン
グ45から形成されているので、従来例の芯ずれや芯振
れを吸収するための一般的なカップリング(35)を流
用するだけでよい。したがって、レイアウトやスペース
的にも負担とならない。
Further, a responsive displacement permitting means (35) is mounted between the motor shaft 31S for applying a rotational force to the feed screw shaft 33 and the base end of the feed screw shaft 33, and is separated in the X direction. A notched grooved cylinder including a cylindrical body 35T having a plurality of notched grooves 35S displaced in the circumferential direction, capable of transmitting rotational force, and capable of expanding and contracting in the X direction by an expansion / contraction force (forced external force) generated from a piezo actuator 41. Since it is formed from the body-shaped coupling 45, it is only necessary to divert a conventional coupling (35) for absorbing misalignment and runout of the conventional example. Therefore, no burden is imposed on the layout and space.

【0110】さらに、微動調整手段40を構成するピエ
ゾアクチュエータ41,カップリング45および応動変
位許容手段(切欠溝付円筒型カップリング35)が、粗
動調整手段30を構成する送りねじ軸33と同一のX軸
線上に直列配設されているので、高レスポンスとともに
位置決め精度をより大幅に向上できる。
Further, the piezo actuator 41, the coupling 45 and the responsive displacement permitting means (the cylindrical coupling 35 with the notch groove) constituting the fine movement adjusting means 40 are the same as the feed screw shaft 33 constituting the coarse movement adjusting means 30. Are arranged in series on the X-axis, and the positioning accuracy can be greatly improved with high response.

【0111】さらにまた、付勢手段60(65)が、テ
ーブル20およびナット部材34を介して送りねじ軸3
3をカップリング35側にに向けて付勢するものと形成
されているので、ナット部材34と送りねじ軸33との
バックラッシも解消できる。この点からも、位置決め精
度をより向上できる。
Further, the urging means 60 (65) is connected to the feed screw shaft 3 via the table 20 and the nut member 34.
3 is formed so as to bias the coupling member 3 toward the coupling 35 side, so that the backlash between the nut member 34 and the feed screw shaft 33 can be eliminated. From this point, the positioning accuracy can be further improved.

【0112】さらにまた、変位検出手段80(82,8
3等)が収容空間SPおよびベース10側の中空部等
(15,16)に収容されているので、ベース10およ
びテーブル20の側方にスケール81,84等が突出か
つ露出することがない。したがって、平面的小型化およ
び取扱い容易化を一段と助長できるばかりか、両スケー
ル81,84が軸線(X)上で相対変位するから、一段
と高精度検出できる。
Further, the displacement detecting means 80 (82, 8)
3) is accommodated in the accommodation space SP and the hollow portion (15, 16) on the base 10 side, so that the scales 81, 84 and the like do not protrude and are exposed on the sides of the base 10 and the table 20. Therefore, not only can planar miniaturization and ease of handling be further promoted, but also since both scales 81 and 84 are relatively displaced on the axis (X), higher precision detection can be achieved.

【0113】さらにまた、変位検出手段80が、反射型
の第1格子を有するメインスケール81と透過型の第2
格子および90度の位相ずれを持つ4個の第3格子を有
するインデックススケール84とを含み,各第3格子を
1箇所に集めかつインデックススケール84の長手方向
において第2格子と接近配設し、受光器を1チップ受光
素子を4分割して形成し、さらに発光器を形成する発光
素子に単一の集光レンズを取付けるとともに傾斜配設し
て成る構造とされているので、1nm以下の高精度検出
ができる。
Further, the displacement detecting means 80 comprises a main scale 81 having a reflection type first grating and a transmission type second scale 81.
An index scale 84 having a grating and four third gratings having a phase shift of 90 degrees, each of the third gratings being gathered in one place and being arranged close to the second grating in the longitudinal direction of the index scale 84; The light-receiving device is formed by dividing a one-chip light-receiving device into four parts, and furthermore, a single condensing lens is attached to the light-emitting device forming the light-emitting device, and the light-receiving device is inclined. Accuracy can be detected.

【0114】なお、モータは、ステッピングモータ31
に限定されない。例えば、ACサーボモータ,DCサー
ボモータ等から構成しても、実施することができる。
The motor is a stepping motor 31.
It is not limited to. For example, the present invention can be implemented by using an AC servomotor, a DC servomotor, or the like.

【0115】[0115]

【発明の効果】請求項1の発明によれば、ベースおよび
テーブルと,モータを含む粗動調整手段と,ピエゾアク
チュエータの伸縮を利用する微動調整手段と,テーブル
変位を検出する変位検出手段とを具備し、変位検出手段
が、メインスケールと,インデックススケールおよび発
受光器を含み位相ずれした2つのアナログ検出信号を出
力可能な検出器と,2つのアナログ検出信号の1サイク
ルピッチを同期状態でN1逓倍するN1逓倍回路と,逓
倍後の各アナログ検出信号の1サイクルピッチをN2分
割したデジタル検出信号を生成するN2分割回路とから
形成された位置決め装置であるから、非常に安価であり
テーブルをベースに対して分解能1nmの高精度で位置
決めすることができる。
According to the first aspect of the present invention, the base and the table, the coarse movement adjusting means including the motor, the fine movement adjusting means utilizing the expansion and contraction of the piezo actuator, and the displacement detecting means for detecting the table displacement. A displacement detecting means including a main scale, an index scale, and a light emitting and receiving device, capable of outputting two analog detection signals having phase shifts, and a one-cycle pitch of the two analog detection signals synchronized with N1. Since it is a positioning device composed of an N1 multiplier circuit for multiplying and a N2 division circuit for generating a digital detection signal obtained by dividing one cycle pitch of each analog detection signal after the multiplication by N2, it is very inexpensive and is based on a table. Can be positioned with a high accuracy of 1 nm.

【0116】また、請求項2の発明によれば、メインス
ケールのスケールピッチが3.2μm、検出器から出力
される各アナログ検出信号の1サイクルピッチが光学的
に2分割された1.6μmでかつ相互に90度位相ずれ
したものとされ、N1逓倍回路の逓倍整数N1が4でか
つN2分割回路の分割整数N2が400とされているの
で、請求項1の発明の場合と同様な効果を奏することが
できることに加え、さらに製作・組立の容易化により一
段のコスト低減を図りつつ安定した位置決め運転を行え
る。
According to the second aspect of the present invention, the scale pitch of the main scale is 3.2 μm, and one cycle pitch of each analog detection signal output from the detector is 1.6 μm which is optically divided into two. In addition, since the phase shift is 90 degrees with respect to each other, the multiplication integer N1 of the N1 multiplication circuit is 4 and the division integer N2 of the N2 division circuit is 400, the same effect as that of the invention of claim 1 can be obtained. In addition to being able to perform, stable positioning operation can be performed while further reducing costs by facilitating production and assembly.

【0117】また、請求項3の発明によれば、N1逓倍
回路が、第1の乗算器と,第1の和差演算器と,第2の
和差演算器と,第2の乗算器とを含み、一方アナログ検
出信号Axおよび他方アナログ検出信号Bxの周波数を
2倍した周波数の各アナログ検出信号を生成出力可能な
第1の2逓倍回路およびこれと同一構造の第2の2逓倍
回路から形成されているので、請求項1および請求項2
の各発明の場合と同様な効果を奏することができること
に加え、さらに第1および第2の和差演算器を市販のオ
ペアンプでかつ第1および第2の乗算器を市販のアナロ
グ乗算器で構築することができるから、一段とコスト低
減ができかつ信頼性が高まる。
According to the third aspect of the present invention, the N1 multiplying circuit includes a first multiplier, a first sum-difference calculator, a second sum-difference calculator, and a second multiplier. And a second doubling circuit capable of generating and outputting each analog detection signal having a frequency that is twice the frequency of the one analog detection signal Ax and the other analog detection signal Bx, and a second doubling circuit having the same structure as this. Since it is formed, claim 1 and claim 2
In addition to the effects similar to those of the inventions described above, the first and second sum-and-difference calculators are constructed with commercially available operational amplifiers, and the first and second multipliers are constructed with commercially available analog multipliers. Therefore, cost can be further reduced and reliability is improved.

【0118】さらに、請求項4の発明によれば、ピエゾ
アクチュエータの伸縮量1nm当たりの駆動電圧が20
mV以上とされているので、請求項1から請求項3まで
の各発明の場合と同様な効果を奏することができること
に加え、さらにピエゾアクチュエータ用の電源装置のリ
ップル等が従来例の場合と同様であったとしても、1n
mフィードバック制御に対するノイズの影響を軽微化乃
至一掃化できる。
Further, according to the invention of claim 4, the driving voltage per 1 nm of the expansion / contraction amount of the piezo actuator is 20.
Since the voltage is set to mV or more, the same effects as those of the inventions of claims 1 to 3 can be obtained. In addition, the ripple and the like of the power supply device for the piezo actuator are the same as those of the conventional example. Even if
The influence of noise on the m feedback control can be reduced or eliminated.

【0119】さらに、請求項5の発明によれば、送りね
じ軸およびナット部材の軸線方向の誤差データが記憶可
能とされ、かつステッピングモータを回転駆動する場合
に目標位置を当該目標位置相当の誤差データで補正した
補正後目標位置として粗動調整を実行可能に形成されて
いるので、請求項1から請求項4までの各発明の場合と
同様な効果を奏することができることに加え、さらに従
来例の図16(B)および(C)の2段階制御を必要と
していたものを同(C)相当の1段階制御のみとするこ
とができるから、分解能1nmでの位置決め速度の高速
化を図れる。
Further, according to the fifth aspect of the present invention, error data in the axial direction of the feed screw shaft and the nut member can be stored, and when the stepping motor is driven to rotate, the target position is set to an error corresponding to the target position. Since the coarse movement adjustment can be executed as the corrected target position corrected by the data, the same effects as those of the inventions according to the first to fourth aspects can be obtained. Since the two-step control shown in FIGS. 16B and 16C is required, only the one-step control corresponding to FIG. 16C can be performed, so that the positioning speed at a resolution of 1 nm can be increased.

【0120】さらにまた、請求項6の発明によれば、ナ
ット部材が位置規制面と板バネとを利用して軸線方向に
当該テーブルと相対変位不能に連結されているので、請
求項1から請求項5までの各発明の場合と同様な効果を
奏することができることに加え、さらに軸線を垂直とし
た使用方法でも1nmの高精度で位置決めできる。した
がって、3台を組み合わせれば3次元位置決めを行え
る。
Furthermore, according to the invention of claim 6, the nut member is connected to the table in the axial direction using the position regulating surface and the leaf spring so as not to be relatively displaceable. In addition to achieving the same effects as in each of the inventions up to Item 5, the positioning can be performed with high accuracy of 1 nm even in a usage method in which the axis is perpendicular. Therefore, three-dimensional positioning can be performed by combining three units.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention.

【図2】同じく、右側面図である。FIG. 2 is also a right side view.

【図3】同じく、正面図である。FIG. 3 is also a front view.

【図4】同じく、テーブルを取外した状態の平面図であ
る。
FIG. 4 is a plan view showing a state where a table is removed.

【図5】同じく、テーブルを下側から見た図である。FIG. 5 is a view of the table as viewed from below.

【図6】同じく、中央縦断面図である。FIG. 6 is also a center vertical sectional view.

【図7】同じく、ナット部材をテーブルに一体的に取付
け状態を説明するための図である。
FIG. 7 is a view for explaining a state in which the nut member is integrally attached to the table.

【図8】同じく、リミット検出部を説明するための図で
ある。
FIG. 8 is also a diagram for explaining a limit detection unit.

【図9】同じく、変位検出手段を説明するための図であ
る。
FIG. 9 is a diagram for explaining a displacement detection unit.

【図10】同じく、検出器およびN1逓倍回路を説明す
るための回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram for explaining a detector and an N1 multiplier circuit.

【図11】同じく、N1逓倍処理前後のアナログ検出信
号の波形を説明するための図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining a waveform of an analog detection signal before and after N1 multiplication processing.

【図12】同じく、N1逓倍処理およびN2分割処理で
1nmのデジタル検出信号を得る過程を説明するための
図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining a process of obtaining a 1-nm digital detection signal by the N1 multiplication process and the N2 division process.

【図13】同じく、駆動制御系を説明するための図であ
る。
FIG. 13 is a diagram for explaining a drive control system.

【図14】同じく、粗動調整と微動調整とを説明するた
めの図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining coarse movement adjustment and fine movement adjustment.

【図15】従来例を説明するためのテーブルを取外した
状態の平面図である。
FIG. 15 is a plan view showing a state in which a table for explaining a conventional example is removed.

【図16】従来例の場合の粗動調整と微動調整とを説明
するための図である。
FIG. 16 is a diagram for explaining coarse movement adjustment and fine movement adjustment in the case of the conventional example.

【図17】従来変位検出手段を説明するための図であ
る。
FIG. 17 is a view for explaining a conventional displacement detecting means.

【図18】メインスケールに対する検出ヘッドの取付け
角度を説明するための図である。
FIG. 18 is a diagram for explaining an attachment angle of the detection head with respect to the main scale.

【図19】取付け角度許容誤差範囲を説明するための図
である。
FIG. 19 is a diagram for explaining an attachment angle allowable error range.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ベース 20 テーブル 20F 位置規制面 21 板バネ 30 粗動調整手段 31 ステッピングモータ(モータ) 33 送りねじ軸(ボールねじ構造) 34 ナット部材(ボールねじ構造) 35 カップリング(応動変位許容手段) 40 微動調整手段 41 ピエゾアクチュエータ 45 カップリング 46 ミニチュアベアリング 60 付勢手段 65 引張バネ 70 コントローラ 74 ROM 75 パソコン 80 変位検出手段 81 メインスケール 81F スケール面 82 検出ヘッド(検出器) 83 検出回路(検出器) 84 インデックススケール 90 N1逓倍回路 90A 第1の2逓倍回路 90B 第2の2逓倍回路 91 第1の乗算器 92 第1の和差演算器 94 第2の和差演算器 96 第2の乗算器 100 N2分割回路 100P 分割回路 X 軸線 x X方向の変位 P メインスケールのピッチ Reference Signs List 10 base 20 table 20F position regulating surface 21 leaf spring 30 coarse movement adjusting means 31 stepping motor (motor) 33 feed screw shaft (ball screw structure) 34 nut member (ball screw structure) 35 coupling (responsive displacement permitting means) 40 fine movement Adjusting means 41 Piezo actuator 45 Coupling 46 Miniature bearing 60 Urging means 65 Tension spring 70 Controller 74 ROM 75 Personal computer 80 Displacement detecting means 81 Main scale 81F Scale surface 82 Detection head (detector) 83 Detection circuit (Detector) 84 Index Scale 90 N1 multiplier 90A First doubling circuit 90B Second doubling circuit 91 First multiplier 92 First sum-difference calculator 94 Second sum-difference calculator 96 Second multiplier 100 N2 division Circuit 100P division times X axis x X-direction displacement P main scale pitch

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市川 宗次 埼玉県入間市仏子107−6 Fターム(参考) 2F069 AA02 AA06 BB13 BB40 DD19 GG04 GG07 HH09 HH14 JJ06 JJ13 MM07 MM34 MM38 NN21 NN22 PP01 2F103 BA37 CA01 CA03 DA01 DA12 EA01 EA15 EA17 EB16 ED02 ED03 ED04 FA06 FA09 GA01 5H303 AA20 BB01 BB07 BB11 BB17 CC01 DD01 DD03 DD14 DD25 EE01 EE03 FF06 GG11 HH01 KK31 LL03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Souji Ichikawa 107-6 F Term, Iruma City, Saitama 2F069 AA02 AA06 BB13 BB40 DD19 GG04 GG07 HH09 HH14 JJ06 JJ13 MM07 MM34 MM38 NN21 NN22 PP01 2F103 BA37 CA03 CA03 DA01 DA12 EA01 EA15 EA17 EB16 ED02 ED03 ED04 FA06 FA09 GA01 5H303 AA20 BB01 BB07 BB11 BB17 CC01 DD01 DD03 DD14 DD25 EE01 EE03 FF06 GG11 HH01 KK31 LL03

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 軸線方向に相対移動可能に装着されたベ
ースおよびテーブルと,ベース側に装着された送りねじ
軸とテーブル側に装着されたナット部材とを含みベース
に対してテーブルを軸線方向に粗動調整する粗動調整手
段と,粗動調整終了後にピエゾアクチュエータの伸縮を
利用してベースに対して当該テーブルを軸線方向に微動
調整する微動調整手段と,少なくとも微動調整手段の微
動調整に際するフィードバック信号用のテーブル変位を
検出する変位検出手段とを具備した位置決め装置におい
て、 前記変位検出手段を、前記ベースおよびテーブルのいず
れか一方に取付けられたメインスケールと,その他方に
取付けられたインデックススケールおよび発受光器を含
み位相ずれした2つのアナログ検出信号を出力可能な検
出器と,少なくとも2つの乗算器を含み検出器から入力
された2つのアナログ検出信号の1サイクルピッチを同
期状態でN1逓倍するN1逓倍回路と,このN1逓倍回
路から入力された逓倍後の各アナログ検出信号の1サイ
クルピッチをN2分割したデジタル検出信号を生成する
N2分割回路とから形成した位置決め装置。
1. A table comprising: a base and a table mounted so as to be relatively movable in an axial direction; a feed screw shaft mounted on a base side; and a nut member mounted on a table side, the table being axially moved relative to the base. Coarse adjustment means for performing coarse adjustment, fine adjustment means for finely adjusting the table relative to the base in the axial direction by using expansion and contraction of the piezo actuator after coarse adjustment, and at least fine adjustment for the fine adjustment means. A displacement detection means for detecting a table displacement for a feedback signal to be detected, wherein the displacement detection means comprises a main scale attached to one of the base and the table, and an index attached to the other. A detector that can output two analog detection signals that are out of phase, including a scale and N1 multiplying circuit including two multipliers and N1 multiplying one cycle pitch of two analog detection signals input from the detector in synchronization with each other, and multiplying each analog detection signal input from the N1 multiplier circuit And a N2 division circuit for generating a digital detection signal obtained by dividing one cycle pitch by N2.
【請求項2】 前記メインスケールのスケールピッチが
3.2μmとされ、前記検出器から出力される各アナロ
グ検出信号の1サイクルピッチが光学的に2分割された
1.6μmでかつ相互に90度位相ずれしたものとさ
れ、前記N1逓倍回路の逓倍整数N1が4でかつ前記N
2分割回路の分割整数N2が400とされている請求項
1記載の位置決め装置。
2. The scale pitch of the main scale is 3.2 μm, and one cycle pitch of each analog detection signal output from the detector is 1.6 μm optically divided into two and 90 ° mutually. The multiplied integer N1 of the N1 multiplier circuit is 4 and the N1
2. The positioning device according to claim 1, wherein the divided integer N2 of the two-divided circuit is 400.
【請求項3】 前記N1逓倍回路が、前記検出器から出
力された一方アナログ検出信号Axと他方アナログ検出
信号Bxとを乗算する第1の乗算器と,一方アナログ検
出信号Axと他方アナログ検出信号Bxとの差(Ax−
Bx)を演算する第1の和差演算器と,他方アナログ検
出信号Bxと一方アナログ検出信号Axの反転値との差
[Bx−(−Ax)]を演算する第2の和差演算器と,
該差(Ax−Bx)と該差[Bx−(−Ax)]とを乗
算する第2の乗算器とを含み、一方アナログ検出信号A
xおよび他方アナログ検出信号Bxの周波数を2倍した
周波数の各アナログ検出信号を生成出力可能な第1の2
逓倍回路およびこれと同一構造の第2の2逓倍回路から
形成されている請求項1または請求項2記載の位置決め
装置。
3. A first multiplier for multiplying the one analog detection signal Ax and the other analog detection signal Bx output from the detector by the N1 multiplier circuit, and the one analog detection signal Ax and the other analog detection signal Difference from Bx (Ax−
Bx), and a second sum-difference calculator for calculating a difference [Bx − (− Ax)] between the other analog detection signal Bx and the inverted value of the one analog detection signal Ax. ,
A second multiplier for multiplying the difference (Ax-Bx) by the difference [Bx-(-Ax)], while the analog detection signal A
x and the first 2 which can generate and output each analog detection signal having a frequency which is twice the frequency of the analog detection signal Bx
3. The positioning device according to claim 1, wherein the positioning device is formed of a multiplying circuit and a second doubling circuit having the same structure.
【請求項4】 前記ピエゾアクチュエータの伸縮量1n
m当たりの駆動電圧が20mV以上とされている請求項
1から請求項3までのいずれか1項に記載された位置決
め装置。
4. The expansion and contraction amount of the piezo actuator is 1n.
4. The positioning device according to claim 1, wherein a driving voltage per m is 20 mV or more.
【請求項5】 前記送りねじ軸およびナット部材の前記
軸線方向の誤差データが記憶可能とされ、かつ前記送り
ねじ軸に連結された前記モータを形成するステッピング
モータを回転駆動する場合に目標位置を当該目標位置相
当の誤差データで補正した補正後目標位置として前記粗
動調整を実行可能に形成されている請求項1から請求項
4までのいずれか1項に記載された位置決め装置。
5. An axial error data of the feed screw shaft and the nut member can be stored, and a target position is set when a stepping motor forming the motor connected to the feed screw shaft is rotationally driven. The positioning device according to any one of claims 1 to 4, wherein the coarse movement adjustment is performed as a corrected target position corrected by error data corresponding to the target position.
【請求項6】 前記ナット部材が、前記テーブルの下面
に位置規制面と板バネとを利用して前記軸線方向に当該
テーブルと相対変位不能に連結されている請求項1から
請求項5までのいずれか1項に記載された位置決め装
置。
6. The table according to claim 1, wherein the nut member is connected to the table by using a position regulating surface and a leaf spring on a lower surface of the table so that the nut member cannot be relatively displaced in the axial direction. A positioning device according to any one of the preceding claims.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009026094A (en) * 2007-07-20 2009-02-05 Sigma Tec Kk Table positioning device
JP2011123040A (en) * 2009-12-10 2011-06-23 Washino Kiko Kk Tool inspection method and device

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JP2009026094A (en) * 2007-07-20 2009-02-05 Sigma Tec Kk Table positioning device
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