JP2001090774A - Active vibration resistant device - Google Patents

Active vibration resistant device

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JP2001090774A
JP2001090774A JP2000259481A JP2000259481A JP2001090774A JP 2001090774 A JP2001090774 A JP 2001090774A JP 2000259481 A JP2000259481 A JP 2000259481A JP 2000259481 A JP2000259481 A JP 2000259481A JP 2001090774 A JP2001090774 A JP 2001090774A
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Japan
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compensator
vibration
air spring
target
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JP2000259481A
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Japanese (ja)
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Shinji Wakui
伸二 涌井
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Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve quick responsiveness by restraining overshoot. SOLUTION: An active vibration resistant device is provided with an air spring type support leg 5 for supporting a vibration resistant stand 1, a filter 6 for performing filtering by converting output of a vibration sensor 4 into an electric signal and a voltage-current converter 7 for driving a servo valve 41 on the basis of a signal by adding output of a compensator 46 and output of the filter 6, and is provided with a threshold value setting means 48 for designating this side position of a target position decided by a target voltage setting means 10 for designating the target position and a hysteresis comparator 47 for inputting an output signal of a displacement amplifier 8 for converting output of the threshold value setting means and a position sensor 3 into an electric signal, and the compensator 46 for compensating for an output signal of a comparing circuit 9 for comparing the output of the displacement amplifier 8 with output of the target voltage setting means 10 is formed as a variable compensator to be switched to a compensator P and a compensator PI in response to output of the hysteresis comparator 47.

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、床振動の除振台へ
の伝播を抑制する能動的除振装置に関する。本発明は、
特に、露光用XYステージを搭載してなる半導体露光装
置の一構成ユニットとして好適に使用される能動的除振
装置であって、空気バネアクチュエータを用いた空気バ
ネ式能動的除振装置に好適に適用される。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active vibration isolator for suppressing propagation of floor vibration to a vibration isolation table. The present invention
In particular, it is an active vibration isolator suitably used as a constituent unit of a semiconductor exposure apparatus equipped with an exposure XY stage, and is suitably used for an air spring type active vibration isolator using an air spring actuator. Applied.

【0002】[0002]

【従来の技術】除振台上には振動を嫌う機器群が搭載さ
れる。例えば、光学顕微鏡や露光用XYステージなどで
ある。特に、ステップアンドリピート方式の半導体露光
装置における露光用XYステージの場合、適切かつ迅速
な露光が行なわれるべく外部から伝達する振動を極力排
除した除振台上に同ステージは搭載されねばならない。
なぜならば、露光は露光用XYステージが完全停止の状
態で行なわれねばならないからである。さらに、露光用
XYステージはステップアンドリピートという間欠運動
を動作モードとして持ち、繰り返しのステップ振動を自
身が発生しこれが除振台の揺れを惹起せしめることにも
注意せねばならない。この種の振動が整定しきれないで
残留する場合にも、露光動作に入ることは不可能であ
る。したがって、除振台には、外部振動に対する除振
と、搭載機器自身の運動に起因した強制振動に対する制
振性能をバランスよく実現することが求められる。
2. Description of the Related Art A group of devices that dislike vibration are mounted on a vibration isolation table. For example, there are an optical microscope and an XY stage for exposure. In particular, in the case of an XY stage for exposure in a step-and-repeat type semiconductor exposure apparatus, the stage must be mounted on an anti-vibration table in which vibration transmitted from the outside is eliminated as much as possible in order to perform appropriate and rapid exposure.
This is because exposure must be performed with the XY stage for exposure completely stopped. In addition, it must be noted that the exposure XY stage has an intermittent motion of step and repeat as an operation mode, and generates a repetitive step vibration, which causes the vibration of the vibration isolation table. It is impossible to start the exposure operation even when such vibrations remain without being settled. Therefore, the vibration isolation table is required to achieve a good balance between vibration isolation for external vibration and vibration suppression performance for forced vibration caused by the motion of the mounted device itself.

【0003】なお、近年XYステージを完全停止させて
から同ステージ上搭載のシリコンウエハに対して露光光
を照射するステップアンドリピート方式の半導体露光装
置に代わって、XYステージなどをスキャンさせながら
露光光をシリコンウエハ上に照射するスキャン方式の半
導体露光装置も登場してきた。このような装置に使われ
る除振台に対しても、外部振動の除振と、搭載機器の運
動に起因した強制振動に対する制振性能とをバランスよ
く満たすことが求められることは同様である。
In recent years, instead of a step-and-repeat type semiconductor exposure apparatus in which the XY stage is completely stopped and then the silicon wafer mounted on the stage is irradiated with exposure light, the exposure light is scanned while scanning the XY stage. A scan type semiconductor exposure apparatus that irradiates a silicon wafer with light has also appeared. Similarly, it is required that a vibration isolation table used in such an apparatus be well-balanced in terms of vibration isolation of external vibrations and vibration suppression performance against forced vibrations caused by the movement of mounted equipment.

【0004】さて、周知のように除振台は受動的なもの
と能動的なものとに実現形態が分類される。除振台上の
搭載機器に求められる高精度位置決め、高精度スキャ
ン、高速移動などへの要求に応えるべく近年は能動的除
振装置を用いる傾向にある。それに用いられるアクチュ
エータとしては空気バネ、VCM(ボイスコイルモー
タ)、圧電素子などが知られている。ここでは、先ず、
空気バネをアクチュエータとした能動的除振装置を対象
にして具体的説明を行なう。
[0004] As is well known, anti-vibration tables are classified into a passive type and an active type. In recent years, there has been a tendency to use active vibration isolators in order to meet the demands for high-precision positioning, high-accuracy scanning, high-speed movement, etc., required for devices mounted on the vibration isolation table. An air spring, a VCM (voice coil motor), a piezoelectric element, and the like are known as actuators used for the actuator. Here, first,
A specific description will be given of an active vibration isolator using an air spring as an actuator.

【0005】図21は、空気バネをアクチュエータとす
る従来の能動的除振装置の構成を示す。同図において、
1はXYステージなどの精密機器を搭載する除振台、2
a〜dは空気バネと動作流体の空気を給排気するサーボ
バルブ(不図示)とを含めた空気バネアクチュエータ、
3a〜dは鉛直方向の変位を計測する位置検出手段、4
a〜dは鉛直方向の振動を検出する振動検出手段であ
る。位置検出手段3a〜dとしては、渦電流式変位セン
サ、静電容量センサ、光電変換素子を応用した位置検出
センサなどが、振動検出手段4a〜dとしては加速度セ
ンサやジオフォンセンサなどが使用できる。除振台1の
4隅には、上述の空気バネアクチュエータ2a〜d、位
置検出手段3a〜dおよび振動検出手段4a〜dなどを
主たる構成要素として内蔵する空気バネ式支持脚5a〜
dを配置し除振台1とその上に搭載する機器とを支持し
ている。なお、除振台1を水平方向に支持する主構成要
素については不図示であるが、上述した鉛直方向と同様
になる。
FIG. 21 shows a configuration of a conventional active vibration isolator using an air spring as an actuator. In the figure,
1 is a vibration isolation table on which precision equipment such as an XY stage is mounted, 2
a to d are air spring actuators including an air spring and a servo valve (not shown) for supplying and discharging air of a working fluid;
Reference numerals 3a to 3d denote position detecting means for measuring displacement in the vertical direction.
Reference numerals a to d denote vibration detecting means for detecting vertical vibration. As the position detecting means 3a to 3d, an eddy current displacement sensor, a capacitance sensor, a position detecting sensor using a photoelectric conversion element or the like can be used, and as the vibration detecting means 4a to 4d, an acceleration sensor or a geophone sensor can be used. . At the four corners of the anti-vibration table 1, the air spring actuators 2 a to d, the position detecting means 3 a to d, the vibration detecting means 4 a to d, and the like are incorporated as main constituent elements.
d is arranged to support the vibration isolation table 1 and the devices mounted thereon. The main components for supporting the vibration isolation table 1 in the horizontal direction are not shown, but are the same as those in the vertical direction described above.

【0006】次に、空気バネ式支持脚5a〜dに対する
フィードバック装置の構成とその動作を説明する。ま
ず、加速度センサなどの振動検出手段4a〜dの出力
は、適切な増幅度と時定数とを有するゲイン補償器6a
〜dを介して空気バネアクチュエータに含めたサーボバ
ルブ(不図示)の弁開閉用の電圧電流変換器7a〜dの
前段に負帰還している。この加速度フィードバックルー
プによりダンピングが付与され機構の安定化が図られて
いる。さらに、位置検出手段3a〜dの出力は変位増幅
器8a〜dを通って比較器9a〜dへの入力となってい
る。ここでは、目標電圧入力端子10a〜dに設定した
電圧との比較が行なわれて位置偏差信号(e a ,eb
c ,ed )を生成する。目標電圧入力端子10a〜d
に設定する電圧は、空気バネ式支持脚5a〜dの設置面
を基準にした除振台1の平衡位置と等価なものである。
続いて、位置偏差信号はPI補償器11a〜dを通り、
この信号と加速度フィードバックループの負帰還信号と
を加算してなる駆動信号で電圧電流変換器7a〜dをド
ライブする。すると、サーボバルブの弁開閉によって空
気バネの内圧が調整されて除振台1は目標電圧入力端子
10a〜dで設定した所望の位置に定常偏差なく保持で
きる。ここで、PI補償器のPは比例を、Iは積分動作
をそれぞれ意味する。空気バネアクチュエータを有する
空気バネ式支持脚5a〜dは、大重量物を搭載する除振
台を支持する能力がある。
Next, for the air spring type support legs 5a to 5d,
The configuration and operation of the feedback device will be described. Ma
Output of the vibration detecting means 4a to 4d such as an acceleration sensor
Is a gain compensator 6a having an appropriate amplification degree and a time constant.
Servo bar included in the air spring actuator through
Of voltage-current converters 7a to 7d for valve opening and closing
Negative feedback is provided to the previous stage. This acceleration feedback loop
Damping to stabilize the mechanism
I have. Further, the outputs of the position detection means 3a to 3d are displacement amplification
Input to the comparators 9a to 9d through the comparators 8a to 8d.
You. Here, the target voltage input terminals 10a to 10d are set.
A comparison with the voltage is performed to obtain the position deviation signal (e a , Eb ,
ec , Ed ). Target voltage input terminals 10a to 10d
Is set on the installation surface of the air spring type support legs 5a to 5d.
Is equivalent to the equilibrium position of the anti-vibration table 1 based on.
Subsequently, the position deviation signal passes through PI compensators 11a to 11d,
This signal and the negative feedback signal of the acceleration feedback loop
The voltage-current converters 7a to 7d are driven by drive signals obtained by adding
Live. Then, the servo valve opens and closes due to opening and closing.
The internal pressure of the air spring is adjusted and the anti-vibration table 1 is connected to the target voltage input terminal.
Can be held at the desired position set in 10a-d without steady-state deviation
Wear. Here, P of the PI compensator is proportional, and I is the integral operation.
Respectively. With air spring actuator
The air spring type support legs 5a to 5d are used for vibration isolation for mounting a heavy object.
Able to support the table.

【0007】図22は、除振台1の上に搭載され強烈な
加減速運転を行うXYステージ12の構造を示す。同図
において、13はXステージ、14はXステージ13の
上に搭載するシリコンウエハ15を微細に位置決めする
ための微動ステージ、16はYステージ、17YRと1
7YLはともにYステージ16を駆動するリニアモータ
の可動子(Xステージ13の可動子は不図示)、18X
はXステージ13を駆動するリニアモータの固定子であ
るコイル、19YRと19YLはYステージ16を駆動
するために左右に配置したリニアモータの固定子である
コイル、20はステージ定盤、21XはX軸計測用のバ
ーミラ、21YはY軸計測用のバーミラである。
FIG. 22 shows the structure of the XY stage 12 mounted on the vibration isolation table 1 and performing intense acceleration / deceleration operation. In the figure, 13 is an X stage, 14 is a fine movement stage for finely positioning a silicon wafer 15 mounted on the X stage 13, 16 is a Y stage, and 17YR and 1
7YL is a mover of a linear motor that drives the Y stage 16 (the mover of the X stage 13 is not shown);
Is a coil which is a stator of a linear motor for driving the X stage 13, 19YR and 19YL are coils which are stators of a linear motor arranged on the left and right to drive the Y stage 16, 20 is a stage base, and 21X is X A vermirer for axis measurement, 21Y is a vermira for Y axis measurement.

【0008】さて、空気バネ式能動的除振装置は、応答
性は悪いが荷重支持能力が高いという特徴がある。対し
て、ボイスコイルモータに代表される電磁式アクチュエ
ータを用いた能動的除振装置は、速い応答性を持つもの
の支持荷重能力は高くない。上述した空気バネ式能動的
除振装置の特徴を踏まえ図23の実験事実を観察する。
同図(A)は、除振台搭載のXYステージ12がステッ
プアンドリピート駆動したときの、空気バネ式能動的除
振装置の位置偏差信号の一例である。XYステージのス
テップ駆動に原因した過渡現象としての先鋭的な揺動
に、ステップ駆動が繰り返され且つその極性が反転する
ことに原因した低周波の大きなうねりが重畳した位置偏
差信号になっている。このような挙動は適切な数学モデ
ルを使った数値実験でも確認できる。同図(B),
(C)に数値実験の一例を示すが、実測結果と同様の傾
向が模擬できていることが分かる。
The air spring type active vibration isolator is characterized by poor response and high load bearing capacity. On the other hand, an active vibration isolator using an electromagnetic actuator typified by a voice coil motor has a quick response but does not have a high supporting load capability. The experimental fact of FIG. 23 is observed based on the features of the air spring type active vibration isolator described above.
FIG. 2A is an example of a position deviation signal of the air spring type active vibration isolator when the XY stage 12 mounted on the vibration isolator is driven in a step-and-repeat manner. This is a position deviation signal in which a sharp swing as a transient phenomenon caused by the step driving of the XY stage is superimposed with a large low-frequency undulation caused by repeating the step driving and reversing its polarity. Such behavior can be confirmed by numerical experiments using an appropriate mathematical model. FIG.
An example of a numerical experiment is shown in (C), and it can be seen that the same tendency as the measured result can be simulated.

【0009】ここで、位置偏差信号の振る舞いを定性的
に解釈する。まず、XYステージ12を略一定周期で急
激に加減速する際のパルス状波形(以下、「バンバン状
の波形」と称する)によるステップ駆動によって空気バ
ネ式能動的除振装置の固有周期で過渡現象が引き起こさ
れる。この過渡現象の零への収束は時間が掛かるが、位
置偏差信号が零に収束しきれないうちに次のステップ駆
動がなされ再び過渡現象が生起される。その現象も収束
が不十分な状態となり、次々とステップ駆動を受けるの
で収束しきれない位置偏差が蓄積していき、結果として
位置偏差信号のシフトが生じる。位置偏差信号のシフト
には、上述した収束性の悪さに原因するものに加え、ス
テップアンドリピートによってXYステージ12の可動
部が移動するという移動荷重によっても引き起こされる
ことに注意したい。
Here, the behavior of the position deviation signal is qualitatively interpreted. First, transient phenomena occur at the natural period of the air spring type active vibration isolator by step driving using a pulse-like waveform (hereinafter, referred to as a “bang-bang waveform”) when the XY stage 12 is rapidly accelerated and decelerated at a substantially constant period. Is caused. The convergence of the transient phenomenon to zero takes time, but the next step drive is performed before the position error signal has not completely converged to zero, and the transient phenomenon occurs again. As a result, the convergence becomes insufficient, and step-driving is performed one after another, so that position deviations that cannot be converged accumulate, resulting in a shift of the position deviation signal. It should be noted that the shift of the position deviation signal is caused not only by the above-mentioned poor convergence but also by the moving load of the movable portion of the XY stage 12 moving by step and repeat.

【0010】さて、位置偏差信号のシフトは、もちろん
除振台を含めた本体装置が目標電圧で指定した平衡位置
からずれることを意味する。例えば、図23に示す位置
偏差信号がX方向の位置偏差信号である場合には、除振
台を含めた本体装置が初期の平衡位置から徐々にX方向
に移動してしまったことを意味する。また、その位置偏
差信号がx軸回りの回転である場合には、除振台を含め
た本体装置が初期の平衡位置から徐々にx軸回りに傾い
たことを意味する。
The shift of the position deviation signal means that the main unit including the vibration isolation table deviates from the equilibrium position specified by the target voltage. For example, when the position deviation signal shown in FIG. 23 is a position deviation signal in the X direction, it means that the main unit including the vibration isolation table has gradually moved in the X direction from the initial equilibrium position. . If the position deviation signal is a rotation about the x-axis, it means that the main unit including the vibration isolation table is gradually tilted around the x-axis from the initial equilibrium position.

【0011】このような現象抑制のため、XYステージ
の駆動信号を適切に補償しそれを能動的除振装置のアク
チュエータにフィードフォワードする技術が開示されて
いる。例えば、特開平6−216003号『ステージ装
置』が挙げられる。しかし、空気バネ式能動的除振装置
の応答は緩慢でありフィードフォワードによって図23
(A)の如き位置偏差信号の揺動が抑制できるものでは
ない。また、ボイスコイルモータなどの電磁アクチュエ
ータを使用する能動的除振装置の場合、XYステージの
ステップ駆動に原因する除振台の過渡現象を抑制する能
力はあるものの、除振台のシフトを補正して平衡位置に
戻す能力は持ち合わせていない。
In order to suppress such a phenomenon, there is disclosed a technique of appropriately compensating a drive signal of an XY stage and feeding it forward to an actuator of an active vibration isolator. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-216003, “Stage device” is mentioned. However, the response of the air spring type active vibration isolator is slow, and the feedforward operation causes the response shown in FIG.
The swing of the position deviation signal as in (A) cannot be suppressed. In the case of an active vibration isolator using an electromagnetic actuator such as a voice coil motor, although it has the ability to suppress transient phenomena of the vibration elimination table caused by the step driving of the XY stage, it corrects the shift of the vibration isolation table. Does not have the ability to return to the equilibrium position.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】空気バネ式能動的除振
装置における課題を整理すると以下の通りである。図2
4は、空気バネをアクチュエータとする従来の他の空気
バネ式除振装置の構成を示す。同図において、2は空気
バネ、3は除振台1の変位を計測する位置センサ、4は
除振台1の振動を検出する振動センサ、41は空気バネ
2へ動作流体の空気を給気および排気するサーボバル
ブ、42は予圧手段、43は空気バネ2と予圧手段42
および不図示の機構全体の粘性を表現する粘性要素であ
る。これらの構成部品から組み合わされる機構は空気バ
ネ式支持脚5と呼ばれる。なお、位置センサ3として
は、渦電流式変位センサ、静電容量センサ、光電変換素
子を応用した位置検出センサなどが、振動センサ4とし
ては加速度センサやジオフォンセンサなどが使用でき
る。
Problems to be solved by the air spring type active vibration isolator are summarized as follows. FIG.
Reference numeral 4 denotes a configuration of another conventional air spring type vibration damping device using an air spring as an actuator. In the figure, 2 is an air spring, 3 is a position sensor for measuring the displacement of the vibration isolation table 1, 4 is a vibration sensor for detecting vibration of the vibration isolation table 1, and 41 is air for supplying working air to the air spring 2. And an exhaust servo valve, 42 is a preload means, 43 is an air spring 2 and a preload means 42
And a viscosity element expressing the viscosity of the entire mechanism (not shown). The mechanism combined from these components is called the pneumatic spring support leg 5. The position sensor 3 may be an eddy current displacement sensor, a capacitance sensor, a position detection sensor using a photoelectric conversion element, or the like, and the vibration sensor 4 may be an acceleration sensor or a geophone sensor.

【0013】次に、空気バネ式支持脚5に対するフィー
ドバック装置50の構成とその動作を説明する。まず、
加速度センサに代表される振動センサ4の出力は、適切
な増幅度と時定数とを有するフィルタ6を介してサーボ
バルブ41の弁開閉用の電圧電流変換器7の前段に負帰
還している。この加速度フィードバックループにより機
構の安定化が図られる。すなわち、ダンピングが付与さ
れる。さらに、位置センサ3の出力は変位増幅器8を通
って比較回路9への入力となっている。ここでは、空気
バネ式支持脚5の設置面に対する目標位置と等価な目標
電圧設定手段10の出力電圧(平衡位置目標電圧)r0
と比較されて偏差信号eとなる。この偏差信号eはPI
補償器11を通って電圧電流変換器7をドライブする。
すると、サーボバルブ41の弁開閉によって空気バネ2
内の圧力が調整されて除振台1は目標電圧設定手段10
で設定した所望の位置に定常偏差なく保持できる。ここ
で、Pは比例を、Iは積分動作をそれぞれ意味する。
Next, the structure and operation of the feedback device 50 for the air spring type support leg 5 will be described. First,
The output of the vibration sensor 4 typified by an acceleration sensor is negatively fed back to a stage preceding the voltage-current converter 7 for opening and closing the servo valve 41 via a filter 6 having an appropriate amplification factor and a time constant. The mechanism is stabilized by the acceleration feedback loop. That is, damping is provided. Further, the output of the position sensor 3 is input to the comparison circuit 9 through the displacement amplifier 8. Here, the output voltage (equilibrium position target voltage) r 0 of the target voltage setting means 10 equivalent to the target position with respect to the installation surface of the air spring type support leg 5 is provided.
And a deviation signal e is obtained. This deviation signal e is PI
The voltage-current converter 7 is driven through the compensator 11.
Then, the air spring 2 is opened and closed by opening and closing the servo valve 41.
The pressure in the chamber is adjusted, and the vibration isolation table 1 is set to the target voltage setting means 10.
Can be held at the desired position set in the above step without a steady-state deviation. Here, P means proportional and I means integral operation.

【0014】空気バネ2をアクチュエータとした空気バ
ネ式支持脚5は、除振台1の上に大重量物を搭載できる
能力を持つ。しかし、空気バネ式支持脚5とフィードバ
ック装置50とからなる空気バネ式除振装置に対して高
速応答を期待することはできない。しかしながら、PI
補償器11に代えてP補償器を使用することによって、
高速応答の実現が図れることがわかっている。図25
は、P補償器とPI補償器という差異による除振台の立
ち上がり特性、すなわち設置した除振台が目標位置に収
束するまでの時間応答を示す実験結果である。PI補償
器の場合には大きなオーバシュートが発生したのち収束
するが、P補償器の場合にはオーバシュート無く収束し
ている。また、図26はPI補償器とP補償器の違いに
起因した目標値ステップ応答の実験結果である。図25
の立ち上がり特性と同様に、PI補償器の場合には振動
的応答波形が生じてから後に収束するが、P補償器の場
合にはオーバシュートおよびアンダーシュートは生じな
い。このように、PI補償器に代えてP補償器を用いる
ことによって、応答の収束性が高められる。しかしなが
ら、P補償器を用いた場合であって除振台の位置決め目
標位置を変更したり、あるいは外乱が入力されたとき、
僅かながら定常偏差が発生してしまう問題が発生する。
もちろん、PI補償器を使用した場合には定常偏差は発
生しない。
An air spring type support leg 5 using the air spring 2 as an actuator has a capability of mounting a heavy object on the vibration isolation table 1. However, a high-speed response cannot be expected for an air spring type anti-vibration device including the air spring type support leg 5 and the feedback device 50. However, PI
By using a P compensator instead of the compensator 11,
It is known that high-speed response can be achieved. FIG.
Is an experimental result showing the rising characteristics of the vibration isolation table due to the difference between the P compensator and the PI compensator, that is, the time response until the installed vibration isolation table converges to the target position. The PI compensator converges after a large overshoot occurs, whereas the P compensator converges without overshoot. FIG. 26 shows an experimental result of the target value step response caused by the difference between the PI compensator and the P compensator. FIG.
In the case of the PI compensator, an oscillating response waveform is generated and then converges, but in the case of the P compensator, overshoot and undershoot do not occur. As described above, by using the P compensator instead of the PI compensator, the convergence of the response is improved. However, when the P compensator is used and the positioning target position of the vibration isolation table is changed, or when a disturbance is input,
There is a problem that a small steady-state deviation occurs.
Of course, when a PI compensator is used, no steady-state error occurs.

【0015】上述の実験結果を除振台の制御ブロックに
基づいて説明する。1自由度で表現した除振台の制御ブ
ロック図は図27のように表現できる。図示の記号を用
いて、除振台とそれに対して施される加速度フィードバ
ックループを含めた破線内の伝達関数は次式となる。
The above experimental results will be described based on the control block of the vibration isolation table. A control block diagram of the vibration isolation table expressed with one degree of freedom can be expressed as shown in FIG. Using the symbols shown, the transfer function within the broken line including the vibration isolation table and the acceleration feedback loop applied thereto is as follows.

【0016】[0016]

【数1】 ただし、図27および上式における記号の意味は、x:
除振台の変位[m]、v d :電圧電流変換器7の入力電
圧[V]、r0 :目標電圧[V]、rs :位置検出電圧
[V]、M:質量[kg]、C:粘性摩擦係数[N・s
ec/m]、K:バネ定数[N/m]、kair :電圧電
流変換器7の入力から空気バネ2が発生する駆動力まで
の積分ゲイン[(N/V)・sec]、ka :加速度セ
ンサ4から電圧電流変換器7の入力までの変換ゲイン
[V・sec2 /m]、ks :位置検出の変換ゲイン
[V/m]、kp :PI補償器のゲイン[V/V]、
T:PI補償器の時定数[sec]、s:ラプラス演算
子である。
(Equation 1)However, the meaning of the symbol in FIG. 27 and the above equation is x:
Displacement of vibration isolation table [m], v d : Input voltage of the voltage-current converter 7
Pressure [V], r0 : Target voltage [V], rs : Position detection voltage
[V], M: mass [kg], C: viscous friction coefficient [N · s]
ec / m], K: spring constant [N / m], kair : Voltage
From the input of the flow converter 7 to the driving force generated by the air spring 2
Integral gain [(N / V) · sec], ka : Acceleration
Conversion gain from the sensor 4 to the input of the voltage-current converter 7
[V · secTwo / M], ks : Conversion gain for position detection
[V / m], kp : Gain [V / V] of PI compensator,
T: Time constant [sec] of PI compensator, s: Laplace operation
I am a child.

【0017】(1)式より、ka によってダンピングが
付与できていることが分かる。サーボバルブを駆動する
電圧電流変換器7の入力から空気バネの駆動力までの伝
達特性は図中でkair /sと表現されており、変換ゲイ
ンka の加速度フィードバックでダンピングが付与でき
ているのもこの積分特性を利用するためである。また、
(1)式より加速度フィードバックを含めた制御対象の
伝達関数には、依然として積分器が含まれており、制御
理論の教えるところによれば1形の系であるから、ゲイ
ン要素(P補償器)で位置の閉ループ系を構成しても、
定常偏差なく目標値に保持可能である。さらには、外乱
が入力しても位置偏差を零に収束させ得る筈である。実
際にも、P補償器による位置制御系で目標値に定常偏差
なく収束させるように調整できる。しかし、先にも述べ
たように目標値を変更したり、外乱が印加されると現実
には定常偏差が発生してしまうのである。これは、図2
7の中でkair /sと表現した理想的な積分特性からの
ずれに起因する。サーボバルブへの駆動入力から空気バ
ネの発生力までの特性は極低周波域では積分特性からの
ずれが在り一般的には平坦なゲイン特性になっているの
である。
[0017] from equation (1), it can be seen that the damping is can be granted by k a. Transfer characteristic from the input of the voltage-current converter 7 for driving the servo valve to the driving force of the air spring is expressed as k air / s in the figure, the damping is made imparted by acceleration feedback conversion gain k a This is to utilize this integral characteristic. Also,
From the equation (1), the transfer function of the controlled object including the acceleration feedback still includes an integrator, and according to the teaching of the control theory, it is a type 1 system, so the gain element (P compensator) Even if a closed loop system is constructed with
It can be maintained at the target value without a steady-state deviation. Furthermore, even if a disturbance is input, the position deviation should be able to converge to zero. Actually, the position can be adjusted so as to converge on the target value without a steady-state deviation by the position control system using the P compensator. However, as described above, when the target value is changed or a disturbance is applied, a steady-state deviation actually occurs. This is shown in FIG.
7 due to the deviation from the ideal integral characteristic expressed as k air / s. The characteristic from the drive input to the servo valve to the force generated by the air spring has a deviation from the integral characteristic in an extremely low frequency range, and generally has a flat gain characteristic.

【0018】以上の従来例が有する問題点をまとめると
以下のようになる。従来、空気バネをアクチュエータと
した空気バネ式除振装置の従来のフィードバック装置内
にはPI補償器が用いられていた。制御理論の教えると
ころによれば、閉ループは1形となるので目標値入力に
対して定常偏差なく保持可能となり、また外乱が入力し
ても定常偏差を零に収束させることができる。しかし、
応答は緩慢でかつオーバシュートが発生するという問題
があった。
The problems of the above conventional example are summarized as follows. Conventionally, a PI compensator has been used in a conventional feedback device of an air spring type vibration damping device using an air spring as an actuator. According to the control theory, since the closed loop is of the form 1, it can be held without a steady-state error with respect to the target value input, and the steady-state error can be made to converge to zero even if a disturbance is input. But,
There is a problem that the response is slow and overshoot occurs.

【0019】本発明は、これらのオーバシュートを抑制
し且つ速応性を改善した空気バネ式除振装置を提供する
ことを第1の目的とする。
It is a first object of the present invention to provide an air spring type vibration isolator which suppresses these overshoots and improves responsiveness.

【0020】周知のように、空気バネをアクチュエータ
とする空気バネ式支持脚5は、大重量物を搭載した除振
台を支持する能力がある。しかるに、能動的除振装置に
あっては、フィードバック装置50の投入によって形成
する閉ループ系の特性が除振・制振性能を唯一に決定し
てしまうことが問題であった。そこで、閉ループが定め
る除振・制振性能を凌駕するために積極的にフィードフ
ォワード信号を閉ループ系に注入することが行なわれて
いる。公知資料としては、例えば、特開平6−2160
03『ステージ装置』がある。しかし、空気バネ式支持
脚5とフィードバック装置50とからなる能動的除振装
置にフィードフォワード信号を注入しても著しい改善は
期待できなかった。その理由は元々低い応答能力しか持
たないからである。
As is well known, the air spring type support leg 5 using an air spring as an actuator is capable of supporting a vibration isolation table on which a heavy object is mounted. However, in the case of the active vibration isolator, there is a problem that the characteristic of the closed loop system formed by turning on the feedback device 50 solely determines the vibration isolation / damping performance. Therefore, in order to surpass the anti-vibration / damping performance determined by the closed loop, a feed forward signal is actively injected into the closed loop system. Known materials include, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-2160.
03 “Stage device”. However, no significant improvement could be expected even if a feedforward signal was injected into the active vibration isolator comprising the air spring type support leg 5 and the feedback device 50. The reason is that it originally has a low response ability.

【0021】空気バネをアクチュエータにした能動的除
振装置は、外乱および目標入力に対する応答がともに極
めて緩慢である。既に述べたように、能動的除振装置に
は、搭載機器の運転による影響を抑圧する制振能力と、
外部から伝達してくる振動を遮断する除振能力のバラン
スある実現が求められる。その中で、特に、除振台に搭
載する精密機器、例えばXYステージのステップアンド
リピート駆動の影響を抑制する制振性能の向上が望まれ
ていた。
An active vibration isolator using an air spring as an actuator has a very slow response to both disturbance and target input. As already mentioned, the active vibration damping device has a vibration damping ability to suppress the influence of the operation of the onboard equipment,
There is a need for a balanced implementation of the vibration isolation capability that blocks vibrations transmitted from outside. In particular, there has been a demand for an improvement in vibration suppression performance that suppresses the influence of step-and-repeat driving of precision equipment mounted on a vibration isolation table, for example, an XY stage.

【0022】従来から、精密機器の加減速運転に原因す
る除振台の揺れや姿勢変化を抑制するべく同運転の信号
を閉ループ系にフィードフォワードする技術は開示され
ていた。しかし、加減速運転する搭載機器の信号を単純
にフィードフォワードするだけでは外乱の影響を速やか
に抑制することはできなかった。本発明は除振台の平衡
位置周りでの姿勢変化を補正することを第2の目的とす
る。
Conventionally, a technique has been disclosed in which a signal of the vibration isolating table is fed forward to a closed loop system in order to suppress shaking and a change in posture of the vibration isolation table due to acceleration / deceleration operation of precision equipment. However, simply feeding forward the signals of the on-board equipment that performs the acceleration / deceleration operation could not quickly suppress the influence of disturbance. A second object of the present invention is to correct a posture change around an equilibrium position of a vibration isolation table.

【0023】図28を参照して空気バネをアクチュエー
タとする従来のさらに他の能動的除振装置の構成とその
動作を説明する。同図において、41は空気バネ2へ動
作流体の空気を給排気するサーボバルブ、3は除振台1
の変位を計測する位置センサ、42は予圧手段、43は
空気バネ2と予圧手段42および不図示の機構全体の粘
性を表現する粘性要素である。これらの構成部品から組
み合わされる機構は空気バネ式支持脚5と呼ばれる。
Referring to FIG. 28, the structure and operation of another conventional active vibration isolator using an air spring as an actuator will be described. In the figure, reference numeral 41 denotes a servo valve for supplying and exhausting air of a working fluid to and from the air spring 2, and reference numeral 3 denotes a vibration isolator 1
Is a position sensor for measuring the displacement of the preload means, 42 is a preload means, and 43 is a viscous element expressing the viscosity of the air spring 2, the preload means 42 and the entire mechanism (not shown). The mechanism combined from these components is called the pneumatic spring support leg 5.

【0024】次に、空気バネ式支持脚5に対するフィー
ドバック装置50の構成とその動作を説明する。まず、
加速度センサなどの振動センサ4の出力は、適切な増幅
度と時定数とを有するフィルタ6を介してサーボバルブ
41の弁開閉用の電力増幅器7の前段に負帰還してい
る。この加速度フィードバックループにより機構の安定
化が図られる。すなわち、ダンピングが付与される。さ
らに、位置センサ3の出力は変位増幅器8を通って比較
回路9への入力となっている。ここでは、空気バネ式支
持脚5の設置面に対する目標位置と等価な目標電圧r0
を発生する目標電圧設定手段10の出力電圧と比較され
て偏差信号eとなる。この偏差信号eはPI補償器11
を通って電力増幅器7を駆動する。すると、サーボバル
ブ41の弁開閉によって空気バネ2内の圧力が調整され
て除振台1は目標電圧設定手段10で設定した所望の位
置に定常偏差なく保持できる。ここで、Pは比例を、I
は積分動作をそれぞれ意味する。空気バネ2をアクチュ
エータとした空気バネ式支持脚5は、除振台1の上に大
重量物を搭載できる能力を持つ。
Next, the structure and operation of the feedback device 50 for the air spring type support leg 5 will be described. First,
The output of the vibration sensor 4 such as an acceleration sensor is negatively fed back to the front stage of the power amplifier 7 for opening and closing the servo valve 41 via the filter 6 having an appropriate amplification factor and time constant. The mechanism is stabilized by the acceleration feedback loop. That is, damping is provided. Further, the output of the position sensor 3 is input to the comparison circuit 9 through the displacement amplifier 8. Here, a target voltage r 0 equivalent to a target position with respect to the installation surface of the air spring type support leg 5 is shown.
Is compared with the output voltage of the target voltage setting means 10 to generate a deviation signal e. This deviation signal e is output to the PI compensator 11
To drive the power amplifier 7. Then, the pressure in the air spring 2 is adjusted by opening and closing the servo valve 41, so that the vibration isolation table 1 can be maintained at a desired position set by the target voltage setting means 10 without a steady deviation. Where P is proportional and I is
Means integration operation, respectively. The air spring type supporting leg 5 using the air spring 2 as an actuator has a capability of mounting a heavy object on the vibration isolation table 1.

【0025】空気バネ式支持脚5のより詳細な構造を図
29に示す。同図において、2V,2Hは空気バネ、3
V,3Hは位置センサ、4V,4Hは加速度センサ、4
1V,41Hはサーボバルブであり、番号末尾に付けた
VとHは各々鉛直方向および水平方向を意味する。同図
を参照しながら、能動的除振装置における問題を述べ
る。まず、支持脚内に存在する機構部材等の局所振動の
発生が挙げられる。また、支持脚内での機構部材の占有
空間が大きいという問題も指摘できる。前者の問題は除
振台の特性向上を阻害する。何故ならば、検出部位に支
持構造物の変位や加速度と無関係な局所振動が存在した
場合、それら振動もフィードバックループに取り込ま
れ、所謂スピルオーバを引き起こすからである。後者の
問題は、除振および制振にとって絶対的に必要な物理寸
法を持つアクチュエータの組み込みを阻害する場合が発
生する。支持脚に課される物理形状および寸法の制約を
遵守するために能力不足のアクチュエータを組み込まね
ばならない場合であって、例えばこれが空気バネであり
且つ支持脚上に搭載される機器が加減速運動による反力
を抑制する制振動作を要求されるときには、アクチュエ
ータの飽和を招いてしまう。結果として制振特性のみな
らず除振性能をも劣化させる。図30に位置センサ3V
の取り付け例を示す。ケーシング70に対して渦電流型
の位置センサ3Vのターゲット71が取り付けられ、位
置センサ3V自身も支持脚設置側の部材に設けた取り付
け治具72に各々取り付けられている。したがって、各
取り付け治具の局所振動が容易に発生しやすい構造であ
り、かつ検出系が占める物理空間が大になることが了解
される。
FIG. 29 shows a more detailed structure of the air spring type support leg 5. In the figure, 2V and 2H are air springs, 3
V and 3H are position sensors, 4V and 4H are acceleration sensors,
1V and 41H are servo valves, and V and H attached to the end of the numbers mean a vertical direction and a horizontal direction, respectively. The problem in the active vibration isolator will be described with reference to FIG. First, generation of local vibration of a mechanism member or the like existing in the support leg can be cited. In addition, a problem that a space occupied by the mechanism member in the support leg is large can be pointed out. The former problem hinders the improvement of the characteristics of the vibration isolation table. This is because, if local vibrations irrelevant to the displacement or acceleration of the support structure are present at the detection site, those vibrations are also taken into the feedback loop, causing so-called spillover. The latter problem may hinder the incorporation of an actuator having physical dimensions absolutely necessary for vibration isolation and vibration suppression. In the case where an incapable actuator must be incorporated in order to comply with the physical shape and dimensional constraints imposed on the support leg, for example, this is an air spring and the equipment mounted on the support leg is subject to acceleration / deceleration movement. When a vibration suppression operation for suppressing the reaction force is required, the actuator is saturated. As a result, not only the damping characteristics but also the anti-vibration performance are deteriorated. FIG. 30 shows a position sensor 3V.
An example of mounting is shown. A target 71 of an eddy current type position sensor 3V is attached to the casing 70, and the position sensor 3V itself is also attached to an attachment jig 72 provided on a member on the support leg installation side. Therefore, it is understood that the local vibration of each mounting jig is easily generated, and the physical space occupied by the detection system becomes large.

【0026】このような能動的除振装置における支持脚
の課題は以下の通りである。能動的な除振および制振を
行なわせるため、支持脚内にはアクチュエータと共に位
置センサや加速度センサを備える。これらセンサは、所
定の機能を果たし且つ機械調整可能なように取り付け治
具を用いて装着される。しかし、支持脚上構造物の運動
とは無関係な取り付け治具自身の振動が誘発され易い問
題がある。この局所振動は各センサの出力信号となって
フィードバックループ内に取り込まれるため制御系はス
ピルオーバになる。すなわち、除振および制振特性の調
整限界を生じさせてしまい、それらの特性の向上を阻害
する。以って、除振台上に搭載される例えば位置決め機
構の特性向上も阻害していた。また、取り付け治具を含
めた各センサの占有空間は大きく、支持脚のコンパクト
な機構設計を妨げていた。
The problems of the supporting legs in such an active vibration isolator are as follows. In order to perform active vibration isolation and vibration suppression, the support leg is provided with a position sensor and an acceleration sensor together with the actuator. These sensors are mounted using a mounting jig so as to perform a predetermined function and be mechanically adjustable. However, there is a problem that the vibration of the mounting jig itself irrespective of the movement of the structure on the supporting leg is easily induced. This local vibration becomes an output signal of each sensor and is taken into the feedback loop, so that the control system spills over. That is, an adjustment limit of the vibration isolation and vibration suppression characteristics is generated, which hinders the improvement of those characteristics. Thus, the improvement of the characteristics of, for example, a positioning mechanism mounted on the vibration isolation table has been hindered. Further, the space occupied by each sensor including the mounting jig is large, which hinders the compact design of the support legs.

【0027】本発明は、支持脚機構をコンパクトに設計
でき、除振および制振特性の調整限界が高い能動的除振
装置を提供することを第3の目的とする。
A third object of the present invention is to provide an active vibration isolator in which the support leg mechanism can be designed to be compact, and the vibration and vibration damping characteristics have high adjustment limits.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段および作用】前記第1の目
的を達成するため本発明の第1の局面では、除振台、該
除振台を支持する空気バネと前記空気バネの圧力を調整
するサーボバルブと前記除振台の位置を検出する位置セ
ンサと前記除振台の振動を検出する振動センサと前記除
振台に予圧を付与する予圧手段と前記除振台に働く粘性
要素とからなる空気バネ式支持脚、および前記位置セン
サの出力を電気信号に変換する変位増幅器と目標位置を
指定する目標電圧設定手段と前記変位増幅器の出力と前
記目標電圧設定手段の出力とを比較する比較回路と前記
比較回路の出力信号に対して補償を施す補償器と前記振
動センサの出力を電気信号に変換し且つ適切なフィルタ
リングを行なうフィルタと前記補償器の出力と前記フィ
ルタの出力とを加算した信号に基づいて前記サーボバル
ブを駆動する電圧電流変換器とからなるフィードバック
装置を具備している。そして、目標電圧設定手段で定め
られる目標位置の手前の位置を指定するいき値設定手段
と変位増幅器の出力信号とを入力とするヒステリシスコ
ンパレータとを備え、前記補償器はヒステリシスコンパ
レータの出力に応動してP補償器とPI補償器とに切り
換えられる可変補償器であることを特徴とする。
In order to achieve the first object, according to a first aspect of the present invention, a vibration isolator, an air spring supporting the vibration isolator, and a pressure of the air spring are adjusted. A servo valve, a position sensor for detecting the position of the vibration isolation table, a vibration sensor for detecting the vibration of the vibration isolation table, a preload means for applying a preload to the vibration isolation table, and a viscous element acting on the vibration isolation table. And a displacement amplifier for converting the output of the position sensor into an electric signal, a target voltage setting means for specifying a target position, and a comparison for comparing the output of the displacement amplifier with the output of the target voltage setting means. A compensator for compensating an output signal of the circuit and the comparison circuit, a filter for converting an output of the vibration sensor into an electric signal and performing appropriate filtering, and adding an output of the compensator and an output of the filter. It is provided with a feedback device consisting of a voltage-current converter for driving the servo valve based on the signal. A threshold setting unit that specifies a position before the target position determined by the target voltage setting unit; and a hysteresis comparator that receives an output signal of the displacement amplifier as input.The compensator responds to an output of the hysteresis comparator. And a variable compensator that can be switched between a P compensator and a PI compensator.

【0029】本発明の第2の局面では、前記いき値設定
手段の代わりに、前記目標電圧設定手段によって定めら
れる目標位置の前後にいき値を設定する上限いき値設定
手段と下限いき値設定手段とを設け、前記ヒステリシス
コンパレータの代わりに、これらのいき値設定手段によ
って前記変位増幅器の出力範囲を判定するウインドコン
パレータを設け、このウインドコンパレータの出力で前
記可変補償器を切り換えるようにしている。
In a second aspect of the present invention, in place of the threshold value setting means, an upper limit threshold value setting means and a lower limit threshold value setting means for setting a threshold value before and after a target position determined by the target voltage setting means. In place of the hysteresis comparator, a window comparator for determining the output range of the displacement amplifier by these threshold value setting means is provided, and the variable compensator is switched by the output of the window comparator.

【0030】極低周波域を除き概ね積分特性を有する空
気バネに対して、フィードバックループ内にPI補償器
を持つ位置制御を掛けると、オーバシュートが発生する
しかつ緩慢な応答しか得られない。そこで、除振台の設
定位置から目標位置の近傍手前まではP補償器による高
速な位置決めを行ない、その後はPI補償器へ切り替え
ることによってオーバシュートを抑制した上で目標位置
に定常偏差なく位置決めされるように作用する。すなわ
ち、総合的にはオーバシュートなくかつ位置決め時間が
短縮された位置決めが行なわれるように作用する。同様
に、外乱によって目標位置を挟むバンド外に除振台の現
在位置が推移したときには、P補償器によって目標位置
近傍への急速な復帰を図り、目標位置を挟んだバンド内
に現在位置が入ったときにはPI補償器に切り替えられ
るので定常偏差なく除振台の目標位置への収束が行なわ
れるように作用する。
When a position control having a PI compensator in a feedback loop is applied to an air spring having an integral characteristic except for an extremely low frequency range, an overshoot occurs and only a slow response is obtained. Therefore, high-speed positioning by the P compensator is performed from the set position of the vibration isolation table to a position immediately before the target position, and after that, by switching to the PI compensator, overshoot is suppressed and the target position is positioned without a steady deviation. Acts as follows. In other words, it acts so that positioning can be performed with no overshoot and with a shortened positioning time. Similarly, when the current position of the anti-vibration table shifts out of the band sandwiching the target position due to disturbance, the P compensator promptly returns to the vicinity of the target position, and the current position enters the band sandwiching the target position. In this case, the operation is switched to the PI compensator, so that convergence to the target position of the vibration isolation table is performed without a steady-state error.

【0031】上記第2の目的を達成するため、本発明の
第3の局面では、目標値フィードフォワード補償器を新
たに設け、この目標値フィードフォワード補償器を介し
て位置に関するフィードフォワード信号を能動的除振装
置におけるフィードバック装置に注入し、以って位置決
めの応答性を高めている。
In order to achieve the second object, according to a third aspect of the present invention, a target value feedforward compensator is newly provided, and a feedforward signal relating to a position is activated via the target value feedforward compensator. It is injected into the feedback device in the dynamic anti-vibration device, thereby improving the positioning response.

【0032】この第3の局面における好ましい実施例に
おいては、除振台の平衡位置を指定する平衡位置目標電
圧の入力端子と、PI補償器の後段にすなわちアクチュ
エータを駆動する電圧電流変換器の前段に設けた加算端
子とにそれぞれフィードフォワードパスを設ける。両者
のフィードフォワードパスの前段には望みの応答を指定
する参照モデルを配置する。
In the preferred embodiment of the third aspect, an input terminal for a balanced position target voltage for designating a balanced position of the vibration isolation table, and a stage after the PI compensator, that is, a stage before the voltage-current converter driving the actuator. And a feedforward path is provided for each of the addition terminals provided for. A reference model that specifies a desired response is placed at the front of both feedforward paths.

【0033】より具体的には、除振台は、変位を計測す
る位置センサと、振動を検出する振動センサと、駆動力
を与える空気バネを備えた複数個の空気バネ式支持脚に
よって支持されている。各空気バネ式支持脚は加速度フ
ィードバックと位置フィードバックとからなるフィード
バック装置を具備しており、新たに設けた目標値フィー
ドフォワード補償器を介して位置の目標値をフィードバ
ック装置内に注入する。
More specifically, the anti-vibration table is supported by a plurality of air spring type support legs including a position sensor for measuring displacement, a vibration sensor for detecting vibration, and an air spring for providing a driving force. ing. Each pneumatic spring support leg is provided with a feedback device comprising acceleration feedback and position feedback, and injects the desired position value into the feedback device via a newly provided desired value feedforward compensator.

【0034】ここで、目標値フィードフォワード補償器
は、望ましい応答を示す参照モデルと、この出力を入力
としてフィードバック装置内の平衡位置目標電圧の印加
端子に加算する第1のフィードフォワードパスと、参照
モデルの出力を入力としてフィードバック装置内のPI
補償器後段、すなわち空気バネに駆動力を発生させる電
圧電流変換器の前段に加算する第2のフィードフォワー
ドパスとからなる。さらに、第1および第2のフィード
フォワードパスの伝達関数は、系全体の目標値応答が参
照モデルKm (s)そのものの応答になるように決定す
ることができる。すなわち、第1のフィードフォワード
パスNp (s)の伝達関数は1であり、第2のフィード
フォワードパスDp (s)の伝達関数は加速度フィード
バックを含めた制御対象の伝達関数の分母多項式であ
る。参照モデルKm (s)の伝達関数は、一個の実根と
複素根とからなり且つ負の実根が互いに等しい3次遅れ
系であることが望ましい。
Here, the target value feedforward compensator includes a reference model indicating a desired response, a first feedforward path for adding an output of the reference model to an application terminal of a balanced position target voltage in the feedback device, and PI in feedback device with model output as input
A second feedforward path is provided after the compensator, that is, before the voltage-current converter that generates a driving force for the air spring. Further, the transfer functions of the first and second feedforward paths can be determined such that the target value response of the entire system is a response of the reference model K m (s) itself. That is, the transfer function of the first feed forward path N p (s) is 1, the transfer function of the second feed forward path D p (s) is a denominator polynomial of the transfer function of the controlled object, including the acceleration feedback is there. It is desirable that the transfer function of the reference model K m (s) is a third-order lag system composed of one real root and a complex root and having negative real roots equal to each other.

【0035】能動的除振装置の閉ループとしての応答性
は鈍い。本局面によれば、位置決めの加算目標電圧rad
は参照モデルKm (s)と第1のフィードフォワードパ
スN p (s)とを介して位置に関する平衡位置目標電圧
の入力端子に、また参照モデルKm (s)と第2のフィ
ードフォワードパスDp (s)とを介して空気バネのア
クチュエータを駆動する電圧電流変換器の前段にそれぞ
れフィードフォワードしている。加算目標電圧radが参
照モデルと第2のフィードフォワードパスを介して従来
のフィードバック装置に注入されることによって、高域
での応答性を補うように作用する。一方、加算目標電圧
adを参照モデルと第1のフィードフォワードパスを介
して従来のフィードバック装置における平衡位置目標電
圧の入力端子にフィードフォワードすることによって、
指定したradに追従するように動作する。
Responsiveness of the active vibration isolator as a closed loop
Is dull. According to this aspect, the positioning addition target voltage rad
Is the reference model Km (S) and the first feedforward path
S p (S) an equilibrium position target voltage with respect to position via
Of the reference model Km (S) and the second file
Forward path Dp (S) through the air spring
Before the voltage-current converter that drives the actuator
Is feedforward. Addition target voltage radGinseng
Via the reference model and the second feedforward path
High frequency by being injected into the feedback device
Acts to compensate for the responsiveness of On the other hand, the addition target voltage
radVia the reference model and the first feedforward path
Of the equilibrium position target power in the conventional feedback device
By feeding forward to the pressure input terminal,
Specified radIt works to follow.

【0036】上記第3の目的を達成するため、本発明の
第4の局面に係る能動的除振装置は、除振台と、それを
受動的に支持する予圧手段および粘性要素と、除振台に
駆動力を付勢するためのアクチュエータと、除振台の振
動を検出する振動センサと、除振台の姿勢を検出する2
次元光位置検出手段と、振動センサの出力をフィルタリ
ングする適切な時定数を持つフィルタと、2次元光位置
検出手段の出力を電気信号に変換するための電気信号変
換手段と、その電気信号変換手段の出力を補償するPI
補償器と、フィルタとPI補償器の出力とを加算して前
記アクチュエータを駆動する電力増幅器とを具備する。
To achieve the third object, an active vibration isolator according to a fourth aspect of the present invention comprises a vibration isolator, preload means and a viscous element for passively supporting the same, and a vibration isolator. An actuator for applying a driving force to the table, a vibration sensor for detecting vibration of the vibration isolation table, and 2 for detecting a posture of the vibration isolation table
One-dimensional light position detecting means, a filter having an appropriate time constant for filtering the output of the vibration sensor, an electric signal converting means for converting the output of the two-dimensional light position detecting means into an electric signal, and the electric signal converting means PI that compensates for the output of
A compensator; and a power amplifier that adds the output of the filter and the PI compensator to drive the actuator.

【0037】この第4の局面に係る好ましい実施例にお
いて、前記2次元光位置検出手段は、発光素子と4分割
フォトダイオードの対であることを特徴とする。あるい
は、2次元光位置検出手段は、発光素子とPSDの対で
あっても構わない。また、上述の2次元光位置検出手段
の出力を電気信号として取り出すために、電流電圧変換
部と演算部とを有し、さらにその電気信号のノイズ耐性
を向上させるために、発光素子は発振器で駆動される発
光素子駆動回路によって駆動され、その同一の発振器の
出力と演算部の電気出力とを乗算する乗算器およびその
乗算器の出力に対してフィルタリングを施すためのロー
パスフィルタを具備してなる電気信号変換手段によって
同期検波される。
In a preferred embodiment according to the fourth aspect, the two-dimensional light position detecting means is a pair of a light emitting element and a four-division photodiode. Alternatively, the two-dimensional light position detecting means may be a pair of a light emitting element and a PSD. In order to extract the output of the above-described two-dimensional optical position detecting means as an electric signal, the apparatus has a current-voltage conversion unit and an operation unit. In order to improve the noise resistance of the electric signal, the light emitting element is an oscillator. A multiplier driven by the driven light emitting element drive circuit and multiplying the output of the same oscillator by the electrical output of the arithmetic unit and a low-pass filter for filtering the output of the multiplier are provided. Synchronous detection is performed by the electric signal conversion means.

【0038】4分割フォトダイオード受光面における光
スポット照射位置の変化を捉えることにより、2次元位
置センサとして機能させることができる。従来の能動的
除振装置における支持脚には鉛直および水平方向に各1
個の位置センサと加速度センサを備えていたが、発光素
子と4分割フォトダイオードの一対で構成する2次元位
置センサで、支持脚内に装備していた位置センサ2個と
置き換えができる。また、従来の位置センサは円柱状で
その物理寸法も大であったが、2次元位置センサはその
形状が偏平であり、剛な取り付けができる。
The two-dimensional position sensor can be functioned by detecting the change in the light spot irradiation position on the four-division photodiode light receiving surface. Each of the supporting legs in the conventional active vibration isolator has one vertical and one horizontal.
Although a position sensor and an acceleration sensor are provided, a two-dimensional position sensor constituted by a pair of a light emitting element and a four-division photodiode can be replaced with two position sensors provided in the support legs. Further, the conventional position sensor has a cylindrical shape and a large physical dimension, but the two-dimensional position sensor has a flat shape and can be mounted rigidly.

【0039】[0039]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図23
(A)の実測結果および同図(B),(C)の数値実験
結果を参照して明らかなように、ステップアンドリピー
ト中の位置偏差信号を観察すると、ステップ駆動に起因
する過渡現象波形と、その連続駆動および移動荷重に原
因したシフトが重畳したものになっている。実施例1で
は、後者の現象を位置フィードバックの補償器を変える
ことによって抑制する装置構成を与える。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG.
As is clear from the actual measurement result of (A) and the numerical experiment results of FIGS. (B) and (C), when observing the position deviation signal during step-and-repeat, the transient phenomena waveform caused by the step driving and The shift caused by the continuous driving and the moving load is superimposed. In the first embodiment, a device configuration for suppressing the latter phenomenon by changing a compensator for position feedback is provided.

【0040】実施例1 図1に本発明の第1の実施例に係る空気バネ式能動的除
振装置の構成を示す。図1の装置では、ステップアンド
リピート駆動を受けたとき、オフセットが生じやすい運
動モードを選択し、この運動モード偏差信号の補償を行
なう補償器を従来のPI補償器からPI2 補償器に変更
している。ここで、PI補償器のPは比例を、Iは積分
動作をそれぞれ意味することは周知のことであり、一般
的に次式の伝達関数を持つ補償器である。
Embodiment 1 FIG. 1 shows a configuration of an air spring type active vibration isolator according to a first embodiment of the present invention. In the apparatus shown in FIG. 1, when a step-and-repeat drive is received, a motion mode in which an offset easily occurs is selected, and a compensator for compensating the motion mode deviation signal is changed from a conventional PI compensator to a PI 2 compensator. ing. Here, it is well known that P of the PI compensator means proportional, and I means integral operation, and is generally a compensator having a transfer function of the following equation.

【0041】[0041]

【数2】 ただし、k1 は比例ゲイン、k2 は積分ゲインである。(Equation 2) However, k 1 is a proportional gain, k 2 is the integral gain.

【0042】また、ここでPI2 と呼称する補償器は次
式のように(1)式に対して積分器を1個追加した伝達
関数を持つ補償器である。
The compensator referred to as PI 2 is a compensator having a transfer function obtained by adding one integrator to equation (1) as shown in the following equation.

【0043】[0043]

【数3】 実験事実によれば、オフセットは、特にX軸およびY軸
回りの回転の運動モード偏差信号に重畳する。その理由
は、ステップアンドリピート駆動時には除振台1上のX
Yステージ12の位置決め場所が逐次移動するので、こ
れが除振台1を傾かせるよう支配的に作用するからであ
る。
(Equation 3) According to experimental facts, the offset is superimposed on the motion mode deviation signal, especially for rotation around the X and Y axes. The reason is that during step and repeat drive, X
This is because the positioning position of the Y stage 12 moves sequentially, which predominantly acts to tilt the vibration isolation table 1.

【0044】以下、図1を参照しながら動作説明をす
る。まず、位置検出手段3a〜dの出力は変位増幅器8
a〜dによって電気信号に変換され、比較器9a〜dへ
の入力となっている。目標電圧入力端子10a〜dに加
える電圧と変位増幅器8a〜dの出力とを比較して位置
偏差信号(ea ,eb ,ec ,ed )を得る。次いで、
これら位置偏差信号は除振台1の並進や回転といった運
動モードを表わす運動モード偏差信号(Sz ,Sθx
Sθy )を抽出する運動モード抽出手段22に導かれ
る。ここで、Sz はZ軸方向の並進運動を、Sθx はX
軸回りの回転運動を、Sθy はY軸回りの回転運動を示
す運動モード偏差信号である。運動モード偏差信号(S
z ,Sθx ,Sθy )は位置ループに対する安定化補償
器23に入力されている。より具体的には、Sz に対し
てはPI補償器24Zが、Sθx とSθy に対してはP
2 補償器24X,24Yが準備されており、補償信号
(Cz,Cθx ,Cθy )を生成している。一方、振動
検出手段4a〜dの出力である電気信号は、加速度に関
する運動モード信号を抽出する運動モード抽出手段25
に導かれ(az ,aθx ,aθy )を演算出力する。こ
こで、az はZ軸方向の並進を、aθx はX軸回りの回
転を、aθyはY軸回りの回転を示す加速度に関するそ
れぞれの運動モード信号である。(az ,aθx ,aθ
y )はゲインとフィルタリング機能を併せ持つゲイン補
償器26Z,26X,26Yに導かれ、運動モード別の
負帰還信号(Az ,Aθx ,Aθy )を生成する。(A
z ,Aθ x ,Aθy )は補償信号(Cz ,Cθx ,Cθ
y )と合成され運動モード別の駆動信号Dz ,Dθx
Dθy )となる。(Dz ,Dθx ,Dθy )は、空間的
に配置された各空気バネ式支持脚内の空気バネアクチュ
エータ2a〜dのドライブ信号を生成する運動モード分
配手段27への入力となり、運動モード分配手段27の
出力は電圧電流変換器7a〜dを介して空気バネアクチ
ュエータ2a〜dに印加される。
The operation will be described below with reference to FIG.
You. First, the outputs of the position detecting means 3a to 3d are supplied to the displacement amplifier 8
are converted into electric signals by the comparators 9a to 9d.
Input. In addition to the target voltage input terminals 10a-d
Voltage and the outputs of the displacement amplifiers 8a to 8d
Deviation signal (ea , Eb , Ec , Ed Get) Then
These positional deviation signals are used for operations such as translation and rotation of the vibration isolation table 1.
Motion mode deviation signal (Sz , Sθx ,
y ) Is led to the exercise mode extracting means 22 for extracting
You. Where Sz Represents the translational movement in the Z-axis direction, Sθx Is X
The rotational movement around the axis is expressed by Sθy Indicates rotational movement about the Y axis
This is a motion mode deviation signal. Motion mode deviation signal (S
z , Sθx , Sθy ) Is the stabilization compensation for the position loop
Input to the device 23. More specifically, Sz Against
The PI compensator 24Zx And Sθy P for
ITwo Compensators 24X and 24Y are prepared, and a compensation signal
(Cz, Cθx , Cθy ) Has been generated. Meanwhile, vibration
The electric signals output from the detecting means 4a to 4d are related to the acceleration.
Movement mode extracting means 25 for extracting a running mode signal
Led to (az , Aθx , Aθy ) Is output. This
Where az Is the translation in the Z-axis direction, aθx Is the rotation around the X axis
Roll over, aθyIs the acceleration related to the rotation around the Y axis.
These are the respective motion mode signals. (Az , Aθx , Aθ
y ) Is a gain supplement that has both gain and filtering functions.
Guided to the compensators 26Z, 26X, 26Y,
Negative feedback signal (Az , Aθx , Aθy ). (A
z , Aθ x , Aθy ) Is the compensation signal (Cz , Cθx , Cθ
y ) And the driving signal D for each motion modez , Dθx ,
y ). (Dz , Dθx , Dθy ) Is spatial
Air spring actuator in each air spring type support leg
Motion mode for generating drive signals for the etas 2a to 2d
Input to the distribution means 27, and
The output is air spring activated via voltage-current converters 7a-d.
Are applied to the heaters 2a to 2d.

【0045】さて、空気バネ式能動的除振装置に対して
は、除振と制振の両性能を満たすパラメータ調整がなさ
れている。位置フィードバックループの補償器をPIか
らPI2 へ単純に変更することは従来のパラメータ調整
状態を崩す。何故ならば、制御ループに積分器を1個追
加という単純な行為ではあるが、その安定性に及ぼす影
響は大きいからである。すなわち、運動モード別のフィ
ードバックループを有する図1の能動的除振装置におい
て、運動モードに対する位置の補償器全部をPIからP
2 へと置換することは、従来装置での除振制振性能を
対象にしたパラメータ調整の状態を崩すので再調整の必
要がある。しかし、ステップアンドリピート駆動におい
て位置偏差信号にオフセットが生じる運動モードは、X
軸回りおよびY軸回りの回転運動モードのみであり、Z
軸方向の並進運動にはほとんど生じていない。したがっ
て、本実施例のようにPI補償器からPI2 補償器への
変更は問題とするオフセットが生じている運動モードに
のみ挿入することでパラメータ再調整は軽微となる。あ
るいは、選択的にPI2 補償器を挿入したので、従来の
パラメータ調整における性能からのずれは僅少であり、
ほとんど無調整で済ますこともできる。
For the air spring type active vibration isolator, parameters are adjusted to satisfy both the performance of vibration isolation and vibration suppression. It simply changing compensators position feedback loop from the PI to PI 2 is breaking the conventional parameter adjustment condition. This is because it is a simple act of adding one integrator to the control loop, but its influence on stability is great. That is, in the active vibration isolator of FIG. 1 having a feedback loop for each motion mode, all of the position compensators for the motion mode are PI to P.
Replacing with I 2 breaks the state of parameter adjustment for vibration damping performance in the conventional device, and thus needs to be adjusted again. However, the motion mode in which an offset occurs in the position error signal in the step-and-repeat drive is X
Only in the rotational motion mode around the axis and around the Y axis,
Almost no translation occurs in the axial direction. Therefore, as in the present embodiment, the change from the PI compensator to the PI 2 compensator is inserted only in the motion mode in which the offset in question occurs, and the parameter readjustment becomes small. Alternatively, since the PI 2 compensator is selectively inserted, the deviation from the performance in the conventional parameter adjustment is small,
It can be done with almost no adjustment.

【0046】実施例1の有効性を示す数値実験は図2に
与える。同図(A)はステップアンドリピート駆動信号
を、(B)は位置偏差信号をそれぞれ示す。(B)の中
で、一点鎖線は、補償器24X,24YをPI補償器と
した場合の応答を、実線は従来のPI補償器に代えPI
2 補償器を使用した場合の応答をそれぞれ示す。連続す
る5回のバンバン状波形によるステップ駆動の後に、極
性が反転したステップ駆動が5回入力する。後者の駆動
で、すなわちステップアンドリピートの駆動が進行する
にしたがって位置偏差信号のオフセットが除去されてバ
イポーラな信号に漸近することが分かる。したがって、
これが回転運動モードの位置偏差信号である場合、ステ
ップアンドリピート駆動の進行に応じて本体装置の傾き
が修正されて平衡位置に漸近することが分かる。したが
って、これが回転運動モードの位置偏差信号である場
合、ステップアンドリピート駆動の進行に応じて本体装
置の傾きが修正されて平衡位置に漸近することを示すの
である。
Numerical experiments showing the effectiveness of Example 1 are given in FIG. FIG. 3A shows a step-and-repeat drive signal, and FIG. 3B shows a position deviation signal. In (B), the dashed line indicates the response when the compensators 24X and 24Y are PI compensators, and the solid line indicates the PI when the conventional PI compensator is used.
The response when two compensators are used is shown. After five successive bang-bang waveforms of step driving, five steps of inverted step driving are input. It can be seen that in the latter driving, that is, as the step-and-repeat driving progresses, the offset of the position error signal is removed and the signal approaches the bipolar signal. Therefore,
If this is a position deviation signal in the rotational motion mode, it can be seen that the inclination of the main unit is corrected according to the progress of the step-and-repeat drive and approaches the equilibrium position. Therefore, if this is a position deviation signal in the rotational motion mode, it indicates that the inclination of the main unit is corrected in accordance with the progress of the step-and-repeat drive, and the asymptotic position is approached.

【0047】実施例2 図1の装置では、X軸およびY軸回りの運動モード偏差
信号に対してのみPI 2 補償器を使用した。勿論、Z軸
並進運動に対してもPI2 補償器を使用し、結局のとこ
ろ全運動モードに対してPI補償器に代えてPI2 補償
器を使用することも本発明の範囲に属する。また、図1
では位置および加速度の信号は並進や回転といった運動
モードに基づいて制御ループが構成されているが、一般
的である各軸独立の制御ループを持つ従来の空気バネ式
能動的除振装置に対し、PI補償器に代えてPI2 補償
器を使用することも本発明の範囲に属する。この各軸独
立の制御ループを持つ装置構成は図3に示す。図21の
PI補償器11a〜dは、図3の安定化補償器23に置
換されており、その中身はPI2 補償器23a〜dであ
る。
[0047]Example 2 In the apparatus of FIG. 1, the motion mode deviation around the X axis and the Y axis
PI only for signals Two A compensator was used. Of course, the Z axis
PI for translationTwo Using a compensator,
Instead of PI compensator for all motion modesTwo compensation
The use of a vessel is also within the scope of the present invention. FIG.
In the position and acceleration signals are movements such as translation and rotation
The control loop is configured based on the mode.
Conventional air spring type with independent control loop for each axis
For an active anti-vibration device, PI instead of PI compensatorTwo compensation
The use of a vessel is also within the scope of the present invention. Each axis Germany
FIG. 3 shows an apparatus configuration having a vertical control loop. Of FIG.
The PI compensators 11a to 11d are provided in the stabilizing compensator 23 of FIG.
And the contents are PITwo Compensators 23a to 23d
You.

【0048】なお、PI補償器に積分器を1個追加して
PI2 補償器とした場合、安定性確保のため必要に応じ
位相進み補償などの位相回復手段をPI2 補償器の中に
同時に組み込むことは妨げられない。
In the case where a PI 2 compensator is formed by adding one integrator to the PI compensator, if necessary, phase recovery means such as phase lead compensation may be simultaneously provided in the PI 2 compensator to ensure stability. Incorporation is not impeded.

【0049】実施例3 実施例3は、駆動パターンの時系列が極性反転する周期
で概ね一定なオフセットの極性も反転することに注目し
たものであり、目標電圧入力端子10a〜dに加える電
圧を操作した装置構成を与える。すなわち、除振台1を
所望の位置に位置決めする目標の電圧に、ステップアン
ドリピート駆動中に発生する位置偏差信号のオフセット
を修正するための補正電圧を重畳する。例えば、Yステ
ージ16がY軸方向にステップアンドリピートする場合
を考える。図4を参照して紙面手前側に連続ステップ駆
動がなされたとき、除振台1にX軸回りの回転が生じ
る。位置検出手段3aと3bは除振台1の接近(沈み込
み)を、3cと3dはその逆(浮き)を検出する。しか
も、バンバン状のステップ駆動が連続する期間の低周波
成分としての回転量は概ね一定なので、空気バネアクチ
ュエータ2a,2bにはより大きな駆動力を付与し、逆
に空気バネアクチュエータ2c,2dの駆動力は抜く操
作を行なえば、位置偏差信号のオフセットがキャンセル
できるのである。
Embodiment 3 Embodiment 3 focuses on the fact that the polarity of a substantially constant offset is also inverted in a cycle in which the polarity of the time series of the drive pattern is inverted, and the voltage applied to the target voltage input terminals 10a to 10d is changed. Give the operated device configuration. That is, the correction voltage for correcting the offset of the position deviation signal generated during the step-and-repeat driving is superimposed on the target voltage for positioning the vibration isolation table 1 at a desired position. For example, consider a case where the Y stage 16 performs step and repeat in the Y axis direction. Referring to FIG. 4, when the continuous step drive is performed on the near side of the drawing, the vibration isolation table 1 rotates around the X axis. The position detecting means 3a and 3b detect the approach (subsidence) of the anti-vibration table 1, and 3c and 3d detect the reverse (floating). In addition, since the amount of rotation as a low frequency component during the period in which the bang-bang step driving is continuous is substantially constant, a larger driving force is applied to the air spring actuators 2a and 2b, and conversely, the air spring actuators 2c and 2d are driven. By performing the operation of releasing the force, the offset of the position deviation signal can be canceled.

【0050】より具体的に、図4を参照しながら説明す
る。図中、先に説明した他の図と同一符号をつけた箇所
の説明は省略する。図4において、28はXYステージ
12のY軸方向の位置計測用のレーザ干渉計であり、出
射する光線をY軸計測用のバーミラ21Yに当てYステ
ージ16の移動量が計測される。この信号は位置検出手
段29を通って位置信号となり、Yステージ16への位
置目標端子30の値と比較して位置偏差信号となる。位
置偏差信号は、PID補償器に代表される補償器31に
導かれ、その出力信号でYステージ16を位置決め駆動
するリニアモータの固定子19YR,19YLに電流を
通電する電力アンプ32をドライブする。Xステージ1
3に対する制御系もYステージ16に対する上述した制
御系と同様の構成である。さて、位置目標端子30に印
加するYステージ16へのステップアンドリピート指令
はプロファイラ33から供給されている。このステップ
アンドリピートの駆動パターン34は予め既知であるこ
とに注意したい。本実施例では既知の駆動パターン34
から、バンバン状のステップ駆動が連続する期間を半周
期とする補正電圧のパターン35を生成している。補正
電圧のパターン35は分配器36に導かれ、その出力は
目標電圧設定手段37a〜dの電圧を印加する目標電圧
入力端子10a〜dに加算されている。分配器36では
各軸にとって適切な振幅と極性を有する補正電圧を生成
している。
A more specific description will be given with reference to FIG. In the drawing, the description of the portions denoted by the same reference numerals as those of the other drawings described above is omitted. In FIG. 4, reference numeral 28 denotes a laser interferometer for measuring the position of the XY stage 12 in the Y-axis direction. The emitted light beam is applied to the Y-axis measuring vermirrer 21Y, and the movement amount of the Y stage 16 is measured. This signal becomes a position signal through the position detecting means 29 and is compared with the value of the position target terminal 30 to the Y stage 16 to become a position deviation signal. The position deviation signal is guided to a compensator 31 typified by a PID compensator, and the output signal drives a power amplifier 32 that supplies current to stators 19YR and 19YL of a linear motor that drives the Y stage 16 for positioning. X stage 1
The control system for No. 3 has the same configuration as the control system for the Y stage 16 described above. The step-and-repeat command to the Y stage 16 to be applied to the position target terminal 30 is supplied from the profiler 33. It should be noted that the step-and-repeat drive pattern 34 is known in advance. In the present embodiment, the known driving pattern 34
Thus, a correction voltage pattern 35 having a half cycle of a period in which the bang-bang step driving is continuous is generated. The correction voltage pattern 35 is guided to a distributor 36, and its output is added to target voltage input terminals 10a to 10d for applying voltages of target voltage setting means 37a to 37d. The distributor 36 generates a correction voltage having an appropriate amplitude and polarity for each axis.

【0051】上述したように、除振台1に対するXYス
テージ12の駆動方向によって、空気バネ式能動的除振
装置における位置偏差信号に重畳するオフセットの極性
は一意に定まり、その大きさもほぼ一定している。そこ
で、極性同一のバンバン状のステップ駆動信号の時系列
が入力されている期間だけ目標電圧入力端子10a〜d
に、除振台1を所望位置に位置決めする目標電圧の他
に、オフセットを除去するに足る一定電圧の補正電圧を
重畳することにしたのである。なお、実施例3の場合、
安定化補償器23は必ずしもPI2 補償器である必要は
なく、従来通りPI補償器でよい。
As described above, the polarity of the offset superimposed on the position deviation signal in the air spring type active vibration isolator is uniquely determined by the driving direction of the XY stage 12 with respect to the vibration isolation table 1, and the magnitude thereof is also substantially constant. ing. Therefore, the target voltage input terminals 10a to 10d are provided only during the period in which the time series of the bang-bang step drive signal having the same polarity is input.
Then, in addition to the target voltage for positioning the anti-vibration table 1 at a desired position, a constant correction voltage sufficient for removing the offset is superimposed. In the case of the third embodiment,
The stabilizing compensator 23 does not necessarily have to be a PI 2 compensator, but may be a PI compensator as in the prior art.

【0052】実施例3の有効性を示す数値実験を図5に
与える。図中、(A)はステップアンドリピート駆動信
号を、(B)は補正電圧とその印加タイミングを、
(C)は補正電圧の有無による位置偏差信号を示す。
(C)の中で一点鎖線は補正電圧なしの場合を、実線は
目標電圧入力端子10a〜dに補正電圧を重畳した場合
の応答を示す。補正電圧の印加により、位置偏差信号の
大きなうねりが平坦化されていることが分かる。すなわ
ち、この位置偏差信号が除振台1の回転運動のものであ
る場合、傾斜に偏りを発生させることなく、常に目標電
圧で指定した平衡姿勢の周りに除振台を位置させること
ができているのである。
A numerical experiment showing the effectiveness of the third embodiment is given in FIG. In the figure, (A) shows a step-and-repeat drive signal, (B) shows a correction voltage and its application timing,
(C) shows a position deviation signal depending on the presence or absence of the correction voltage.
In (C), the one-dot chain line shows the case without the correction voltage, and the solid line shows the response when the correction voltage is superimposed on the target voltage input terminals 10a to 10d. It can be seen that the large swell of the position deviation signal is flattened by the application of the correction voltage. That is, when the position deviation signal is that of the rotational motion of the vibration isolation table 1, the vibration isolation table can always be positioned around the equilibrium posture specified by the target voltage without causing a bias in the inclination. It is.

【0053】実施例4 図6に本発明の第4の実施例に係る空気バネ式除振装置
の構成を示す。図中、図24のものと同一の要素には同
一番号を付け、図24に対比して新規な要素のみ説明す
る。図6において、46はPI補償器からP補償器へま
たその逆の切り替えが可能な可変補償器、47はいき値
設定手段48で設定した電圧を基準にして電子スイッチ
49の開閉を司る制御信号CNTを発生するヒステリシ
スコンパレータであり、従来のフィードバック装置50
の構成要素と併せてフィードバック装置50Aを構成し
ている。
Embodiment 4 FIG. 6 shows the configuration of an air spring type vibration damping device according to a fourth embodiment of the present invention. 24, the same elements as those in FIG. 24 are denoted by the same reference numerals, and only new elements will be described in comparison with FIG. In FIG. 6, reference numeral 46 denotes a variable compensator capable of switching from a PI compensator to a P compensator and vice versa, and 47 denotes a control signal for controlling opening and closing of an electronic switch 49 based on a voltage set by a threshold value setting means 48. This is a hysteresis comparator that generates CNT, and is a conventional feedback device 50.
The feedback device 50A is configured in combination with the above components.

【0054】まず、可変補償器46の入出力特性を明ら
かにしておく。図中記載の記号を使って、CNTによっ
て制御される電子スイッチ49がオフの場合、次式のよ
うにPI補償器となる。
First, the input / output characteristics of the variable compensator 46 will be clarified. When the electronic switch 49 controlled by the CNT is turned off using the symbols shown in the figure, the PI compensator is obtained as in the following equation.

【0055】[0055]

【数4】 また、CNTによって制御される電子スイッチ49がオ
ンの場合、次式のようにP補償器となる。
(Equation 4) When the electronic switch 49 controlled by the CNT is on, the P compensator is obtained as in the following equation.

【0056】[0056]

【数5】 ここで、電子スイッチ49の開閉はヒステリシスコンパ
レータ47によって制御されている。ヒステリシスコン
パレータ47への入力は、変位増幅器8の出力電圧とい
き値設定手段48が設定する電圧の両者である。立ち上
げ初期位置から目標電圧設定手段10で決められる最終
目標位置の手前であっていき値設定手段48が定める目
標位置までの区間内に変位増幅器8の出力信号が存在す
る場合には電子スイッチ49をオンしてP補償器とな
し、それ以外の領域に変位増幅器8の出力が存在する場
合には電子スイッチ49をオフしてPI補償器となすよ
うに動作させる。
(Equation 5) Here, the opening and closing of the electronic switch 49 is controlled by the hysteresis comparator 47. The inputs to the hysteresis comparator 47 are both the output voltage of the displacement amplifier 8 and the voltage set by the threshold value setting means 48. When the output signal of the displacement amplifier 8 exists within a section from the initial power-up position to a target position determined by the threshold value setting means 48 before the final target position determined by the target voltage setting means 10, the electronic switch 49 is used. Is turned on to form a P compensator, and when the output of the displacement amplifier 8 exists in the other area, the electronic switch 49 is turned off to operate as a PI compensator.

【0057】上述の構成によれば、除振台1の設置面か
ら最終の目標位置手前まではP補償器によって位置制御
系が動作し、そこから最終目標位置まではPI補償器に
よって位置制御系が動作する。つまり、除振台の設置面
から最終の目標位置手前までは急速に除振台を立ち上
げ、目標位置近傍ではPI補償器が動作して定常偏差を
零にするのである。
According to the above configuration, the position control system is operated by the P compensator from the installation surface of the vibration isolation table 1 to just before the final target position, and the position control system is controlled by the PI compensator from there to the final target position. Works. In other words, the vibration isolation table is quickly started up from the installation surface of the vibration isolation table to just before the final target position, and the PI compensator operates near the target position to reduce the steady-state deviation to zero.

【0058】本発明の有効性を示す数値実験結果は図7
に示す。図中の一点鎖線は図24に示す従来の制御構成
のとき、実線は本実施例において立ち上がり時間を短縮
するパラメータ設定を行なったときの応答波形を示す。
本実施例によればオーバシュートのピーク値がほぼ不変
で立ち上がり時間のみ速い応答にすることができる。次
に、本発明の有効性を示す第2の数値実験結果を図8に
与える。図中の一点鎖線は図24の制御構成のとき、実
線は本実施例において立ち上がり時間の短縮を図るとと
もにピーク値を抑制するパラメータ設定を行なったとき
の応答波形をそれぞれ示す。本実施例によればオーバシ
ュートのピーク量を従来に比べて抑制し、同時に立ち上
がり時間も速くできている。オーバシュート量の抑制は
除振台1に搭載される不図示の構造物に対して求められ
る性能確保の観点からあるいは機械的な衝突回避のため
に重要である。その場合、最大変位量が規定されている
場合が多くそれ以下に変位を抑制した除振台の位置決め
ができる、という効果がある。
Numerical results showing the effectiveness of the present invention are shown in FIG.
Shown in The dashed line in the drawing indicates the response waveform when the conventional control configuration shown in FIG. 24 is used, and the solid line indicates the response waveform when the parameter setting for shortening the rise time is performed in this embodiment.
According to this embodiment, it is possible to provide a response in which the peak value of the overshoot is almost constant and only the rise time is fast. Next, the results of a second numerical experiment showing the effectiveness of the present invention are given in FIG. The dashed-dotted line in the drawing shows the response waveform when the control configuration of FIG. 24 is used, and the solid line shows the response waveform when the parameter setting for suppressing the peak value and shortening the rise time is performed in the present embodiment. According to the present embodiment, the peak amount of overshoot is suppressed as compared with the related art, and at the same time, the rise time can be shortened. The suppression of the amount of overshoot is important from the viewpoint of ensuring performance required for a structure (not shown) mounted on the vibration isolation table 1 or for avoiding mechanical collision. In this case, the maximum displacement amount is often defined, and there is an effect that the vibration isolation table can be positioned with the displacement suppressed to a value less than that.

【0059】実施例5 図6では、除振台の立ち上がり特性を改善するために、
すなわち高速な位置決めのために立ち上げの初期位置か
ら最終目標位置の手前に設けたいき値までの区間は電子
スイッチ49をオンして可変補償器46をP補償器とし
て動作させた。それ以外の区間は可変補償器46をPI
補償器として動作させ定常偏差なく最終の目標位置への
収束を図った。
Embodiment 5 In FIG. 6, in order to improve the rising characteristics of the vibration isolation table,
That is, the electronic switch 49 was turned on and the variable compensator 46 was operated as a P compensator in a section from the initial position of the start-up to the threshold value provided before the final target position for high-speed positioning. In other sections, the variable compensator 46 is set to PI
By operating as a compensator, convergence to the final target position was achieved without any steady-state error.

【0060】しかしながら、外乱入力に対する速応性も
向上させるべく、目標位置を挟み上限と下限の範囲内に
位置検出信号が入った場合には可変補償器46をPI補
償器として作用させ、それ以外の領域に位置検出信号が
存在する場合には可変補償器46をP補償器として動作
させることも考えられる。目標位置近傍では定常偏差を
零にもっていく作用を重視し、それ以外に位置信号が存
在するときには速応性を重視する、という立場のフィー
ドバックである。そこで、この実施例5の除振装置は図
9のように構成した。同図において、51は上限いき値
設定手段、52は下限いき値設定手段、53はウインド
ウコンパレータである。いき値設定手段51と52とで
決められる範囲内に変位増幅器8の出力が存在する場
合、ウインドウコンパレータ53の出力は電子スイッチ
49をオフとなすように動作し、その範囲外に変位増幅
器8の出力が存在する場合、電子スイッチ49をオンす
るように動作しており、従来のフィードバック装置50
の構成要素と併せてフィードバック装置50Bを構成し
ている。
However, in order to improve the responsiveness to disturbance input, the variable compensator 46 is operated as a PI compensator when the position detection signal falls within the range between the upper limit and the lower limit with the target position in between. When the position detection signal exists in the area, the variable compensator 46 may be operated as a P compensator. The feedback is from the standpoint that importance is placed on the action of bringing the steady-state deviation to zero near the target position, and that the quick response is emphasized when other position signals are present. Therefore, the vibration isolator of the fifth embodiment is configured as shown in FIG. In the figure, 51 is an upper limit threshold value setting means, 52 is a lower limit threshold value setting means, and 53 is a window comparator. If the output of the displacement amplifier 8 is within the range determined by the threshold value setting means 51 and 52, the output of the window comparator 53 operates to turn off the electronic switch 49, and the output of the displacement amplifier 8 is out of the range. When an output is present, it operates to turn on the electronic switch 49 and a conventional feedback device 50.
The feedback device 50 </ b> B is configured together with the components described above.

【0061】なお、簡便な説明のために、図6および図
9における空気バネ式支持脚5は鉛直方向1軸について
図示した。しかし、水平方向に対しても同様の装置構成
になる。また、空気バネ式支持脚5を鉛直および水平方
向に複数個配置し、各除振台の上に平板状の定盤などを
設置してなる装置構成も本発明の範囲に属することは言
うまでもない。また、図6および図9の実施例ではアナ
ログ演算回路で制御系を実現しているが、この内の一部
もしくは全部を電子計算機のようなディジタル演算装置
で置き換えても構わない。
For the sake of simple explanation, the air spring type support leg 5 in FIGS. 6 and 9 is illustrated about one axis in the vertical direction. However, the same device configuration is used in the horizontal direction. In addition, it goes without saying that an apparatus configuration in which a plurality of air spring type support legs 5 are arranged in the vertical and horizontal directions and a flat surface plate or the like is installed on each anti-vibration table also belongs to the scope of the present invention. . In the embodiments of FIGS. 6 and 9, the control system is realized by an analog arithmetic circuit, but a part or all of the control system may be replaced by a digital arithmetic device such as an electronic computer.

【0062】実施例6 図10は本発明の第6の実施例に係る能動的除振装置の
構成を示す。図24に示す従来の能動的除振装置に対し
て新規に目標値フィードフォワード補償器を備えている
ことが特徴である。
Embodiment 6 FIG. 10 shows the configuration of an active vibration isolator according to a sixth embodiment of the present invention. A feature of the conventional active vibration isolator shown in FIG. 24 is that a target value feedforward compensator is newly provided.

【0063】図10において、66は位置に関する平衡
位置目標電圧ro の入力端子に加算するよう接続した第
1のフィードフォワードパス、67は電圧電流変換器7
の前段に加算するよう接続した第2のフィードフォワー
ドパス、68は第1および第2フィードフォワードパス
の両者に接続されており加算目標値radを入力とする参
照モデルであり、66〜68を以って目標値フィードフ
ォワード補償器69を構成している。ここで、平衡位置
目標電圧ro は文字通り除振台1が動作すべき平衡位置
を指定する電圧であり、加算目標電圧radはro で指定
した平衡位置の周りに除振台1を位置決めするための指
令電圧である。
[0063] In FIG. 10, 66 first feed forward path connected to added to the input terminal of the equilibrium position target voltage r o on the position, 67 is a voltage-current converter 7
The second feed forward path connected to adding the pre-stage, 68 is a reference model which receives the first and second feed both to a connected and adding the target value r ad the forward path, the 66-68 Thus, the target value feedforward compensator 69 is configured. Here, the equilibrium position target voltage r o is literally voltage vibration isolation base 1 designates an equilibrium position for operation, adds the target voltage r ad positioning the anti-vibration table 1 about the equilibrium position specified by r o Command voltage to perform the operation.

【0064】まず、能動的除振装置の位置決め閉ループ
のブロック線図を参照しながら本発明の原理を順を追っ
て説明する。予め記号の定義をしておく。以下におい
て、M:除振台の質量[kg]、C:粘性摩擦係数[N
・sec/m]、K:バネ定数[N/m]、kair :電
圧電流変換器7の入力からサーボバルブを介して空気バ
ネ2が発生する力までの積分特性としての変換ゲイン
[N/V・sec]、ka:加速度フィードバックゲイ
ン[V・sec2 /m]、ks :位置検出ゲイン[V/
m]、kp :PI補償器の位置ゲイン[−]、ki :P
I補償器の積分ゲイン[1/sec]、x:除振台の変
位[m]、ro :平衡位置目標電圧[V]、Np
(s):第1のフィードフォワードパスの伝達関数
[−]、Dp (s):第2のフィードフォワードパスの
伝達関数[−]、Km (s):参照モデルの伝達関数
[−]、rad:加算目標電圧[V]、s:ラプラス演算
子である。
First, the principle of the present invention will be described step by step with reference to a block diagram of a closed loop for positioning the active vibration isolator. The symbols are defined in advance. In the following, M: mass of the vibration isolation table [kg], C: viscous friction coefficient [N
Sec / m], K: spring constant [N / m], k air : conversion gain [N / m] as an integral characteristic from the input of the voltage-current converter 7 to the force generated by the air spring 2 via the servo valve. V · sec], k a : acceleration feedback gain [V · sec 2 / m], k s : position detection gain [V / sec]
m], k p : position gain of PI compensator [-], k i : P
Integral gain of I compensator [1 / sec], x: Displacement of vibration isolation table [m], ro : Equilibrium position target voltage [V], N p
(S): transfer function of the first feed forward path [-], D p (s ): transfer function of the second feed forward path [-], K m (s ): reference model transfer function [-] , R ad : addition target voltage [V], s: Laplace operator.

【0065】図11(A)は図10に示す空気バネ式能
動的除振装置の1軸の制御ブロック図である。サーボバ
ルブ41を駆動する電圧電流変換器7の入力から除振台
1の変位xまでの伝達関数G(s)は(6)式のように
なる。
FIG. 11A is a control block diagram of one axis of the air spring type active vibration isolator shown in FIG. The transfer function G (s) from the input of the voltage-current converter 7 for driving the servo valve 41 to the displacement x of the vibration isolation table 1 is expressed by the following equation (6).

【0066】[0066]

【数6】 既に説明したように、加速度フィードバックの物理的意
味は、制御対象にダンピングを付与することにある。簡
単な計算から、加速度フィードバックを含む制御対象の
伝達関数Gp'(s)、すなわち図11(A)で破線で囲
む部位の伝達関数は(7)式となり、図11(B)を得
る。
(Equation 6) As described above, the physical meaning of the acceleration feedback is to provide damping to the controlled object. From a simple calculation, the transfer function G p ′ (s) of the controlled object including the acceleration feedback, that is, the transfer function of the portion surrounded by the broken line in FIG. 11A is given by the equation (7), and FIG. 11B is obtained.

【0067】[0067]

【数7】 さて、本発明では、平衡位置目標電圧ro の入力端子お
よびPI補償器後段にフィードフォワード信号を注入す
る。より具体的には、図12に示す如くro の入力端子
には第1のフィードフォワードパスNp (s)の出力
が、PI補償器後段には第2のフィードフォワードパス
p (s)の出力が加算されており、Np(s)とDp
(s)は共に加算目標電圧radを入力とする参照モデル
m (s)の出力が接続されている。このとき、rad
らxまでの関係は簡単な計算から次式のように求められ
る。
(Equation 7) Now, the present invention injects a feed-forward signal to the input terminal and the PI compensator subsequent equilibrium position target voltage r o. More specifically, as shown in FIG. 12, the output of the first feedforward path N p (s) is provided at the input terminal of r o , and the second feed forward path D p (s) is provided downstream of the PI compensator. Are added, and N p (s) and D p
Both (s) are connected to the output of the reference model K m (s) that receives the addition target voltage rad as an input. At this time, the relationship from rad to x can be obtained from a simple calculation as follows.

【0068】[0068]

【数8】 ただし、PI補償器11の伝達関数を(9)式とおい
た。
(Equation 8) However, the transfer function of the PI compensator 11 is set to the equation (9).

【0069】[0069]

【数9】 このときDp (s)とNp(s)をそれぞれ(10)式
と(11)式のように選ぶ。
(Equation 9) At this time, D p (s) and N p (s) are selected as in equations (10) and (11), respectively.

【0070】[0070]

【数10】 すると、radからxまでの伝達関数は次式となる。(Equation 10) Then, the transfer function from rad to x is as follows.

【0071】[0071]

【数11】 [Equation 11]

【0072】すなわち、ks は位置検出ゲインであるこ
とに注意して、radからの応答は参照モデルの伝達関数
m (s)によって指定できることが分かる。ここで、
m(s)の望ましい一つの形は一個の実根と一対の複
素根からなる3次遅れ系である。応答にオーバシュート
が発生しない極配置は図13のようになる。図中×印は
極の位置を示す。図示のように、負実根3個を等しく配
置するとオーバシュートは発生しない。図示の記号を使
って、このときの伝達関数は(13)式のようになる。
That is, it is understood that k s is the position detection gain, and that the response from rad can be specified by the transfer function K m (s) of the reference model. here,
One desirable form of K m (s) is a third-order lag system consisting of one real root and a pair of complex roots. The pole arrangement in which no overshoot occurs in the response is as shown in FIG. In the figure, the mark x indicates the position of the pole. As shown, if three negative real roots are arranged equally, no overshoot occurs. Using the symbols shown, the transfer function at this time is as shown in equation (13).

【0073】[0073]

【数12】 なお、目標値フィードフォワード補償器69の実現に当
たっては、参照モデルKm (s)68を第1のフィード
フォワードパスNp (s)66と第2のフィードフォワ
ードパスDp (s)67の中に繰込む。すなわち、実用
的にはNp (s)Km (s)で第1のフィードフォワー
ドパスを、Dp (s)Km (s)で第2のフィードフォ
ワードパスを実現する。
(Equation 12) In implementing the target value feedforward compensator 69, the reference model K m (s) 68 is divided into the first feedforward path N p (s) 66 and the second feedforward path D p (s) 67. To In other words, in practice the first feedforward path N p (s) K m ( s), to achieve the second feed forward path D p (s) K m ( s).

【0074】本実施例の有効性を示す数値実験結果を図
14に与える。図中、一点鎖線は目標値フィードフォワ
ード補償器69を備えておらず、ro にステップ状の目
標値を印加した場合の応答を、実線は目標値フィードフ
ォワード補償器69を備えてradから同じ目標値を印加
した場合の応答を示す。応答曲線の比較から、目標値フ
ィードフォワード補償器69を挿入した方が素早い応答
を呈していることがわかる。しかも、その応答にはオー
バシュートが発生していない。これは、本発明者がオー
バシュート無しの応答を得るべく負の実根がすべて同一
である3次遅れ特性の参照モデルKm (s)を指定した
からに他ならない。
FIG. 14 shows the results of numerical experiments showing the effectiveness of this embodiment. In the figure, the dashed line does not have a target value feedforward compensator 69, the response in the case of applying the step-like target value r o, the solid line from r ad includes a target value feedforward compensator 69 The response when the same target value is applied is shown. From the comparison of the response curves, it can be seen that the insertion of the target value feedforward compensator 69 provides a quicker response. Moreover, no overshoot occurs in the response. This is only because the inventor has specified the reference model K m (s) of the third-order lag characteristic in which all negative real roots are the same in order to obtain a response without overshoot.

【0075】図15は、目標値フィードフォワード補償
器69を挿入した場合であって、サーボバルブ41の飽
和を招いてしまったときのステップ応答(実線)であ
る。しかし、同補償器無しの場合の応答(一点鎖線)
は、目標値は同一であるがサーボバルブ41の飽和がな
い。目標値フィードフォワード補償器69を挿入した場
合にサーボバルブの飽和を招く理由は、(10)と(1
2)式から明らかなようにDp (s)・Km (s)の
伝達関数が微分性のためである。同図より、サーボバル
ブの飽和を招く場合には、もちろん参照モデルKm
(s)で指定したオーバシュート無しの応答を実現する
ことはできない。事実、大きなオーバシュートの発生を
招いてしまっている。しかし、目標値フィードフォワー
ド補償器69を備えてradを入力した方が、それが無い
場合に比して応答の振幅は抑制され、しかも整定性は改
善されている。つまり、本実施例による目標値フィード
フォワード補償器69の挿入による有効性は否定されな
いのである。
FIG. 15 shows a step response (solid line) when the target value feedforward compensator 69 is inserted and the servo valve 41 is saturated. However, the response without the compensator (dot-dash line)
Means that the target value is the same but the servo valve 41 is not saturated. The reason why the servo valve is saturated when the target value feedforward compensator 69 is inserted is as follows (10) and (1).
As is apparent from the expression 2), the transfer function of D p (s) · K m (s) is due to the differentiability. From the figure, when saturation of the servo valve is caused, the reference model K m
The response without overshoot specified in (s) cannot be realized. In fact, a large overshoot is caused. However, the input of rad with the target value feedforward compensator 69 suppresses the amplitude of the response and improves the stabilization as compared to the case where there is no rad. That is, the effectiveness of the insertion of the target value feedforward compensator 69 according to the present embodiment is not denied.

【0076】実施例7 本実施例の詳細な説明の前にフォトダイオードによる位
置検出原理を説明する。簡単のために、2分割フォトダ
イオードの場合とする。図16は2分割フォトダイオー
ドを用いた位置センサとしての検出原理図である。同図
において、73は2分割フォトダイオード、A,Bは受
光領域、74は光スポットである。また、演算増幅器で
構成する回路網の中で、75で指し示す部位は受光領域
A,Bに流れる電流を電圧出力へと変換する電流電圧変
換部、76は演算部である。ここで演算部76の出力
(A−B)は光スポットのy軸方向への移動量を、出力
(A+B)は2分割フォトダイオード73に入射する全
光量を演算したものである。図示の場合、2分割線に対
して左側に光スポット74が位置しており、出力(A−
B)は正となる。明らかなように、丁度分割線上に光ス
ポット74が位置すると出力(A−B)は零で、分割線
より右側に光スポット74が位置すると出力(A−B)
は負になる。つまり、1次元y軸方向の位置センサとし
て機能する。なお、77は2分割フォトダイオード73
に対するホルダであり、その四隅には取り付け用のネジ
穴が設けられている。
Embodiment 7 Prior to the detailed description of this embodiment, the principle of position detection by a photodiode will be described. For the sake of simplicity, the case of a two-segment photodiode is assumed. FIG. 16 is a diagram showing the principle of detection as a position sensor using a two-part photodiode. In the figure, 73 is a two-division photodiode, A and B are light receiving areas, and 74 is a light spot. Further, in the circuit network constituted by the operational amplifiers, a portion indicated by 75 is a current-voltage converter for converting the current flowing in the light receiving areas A and B into a voltage output, and 76 is an arithmetic unit. Here, the output (A−B) of the calculation unit 76 is the amount of movement of the light spot in the y-axis direction, and the output (A + B) is the total amount of light incident on the two-division photodiode 73. In the case shown in the figure, the light spot 74 is located on the left side with respect to the two division lines, and the output (A-
B) is positive. As is apparent, the output (AB) is zero when the light spot 74 is located exactly on the dividing line, and the output (AB) is obtained when the light spot 74 is located on the right side of the dividing line.
Becomes negative. That is, it functions as a position sensor in the one-dimensional y-axis direction. 77 is a two-part photodiode 73
, And screw holes for attachment are provided at the four corners.

【0077】次に,4分割フォトダイオードを考える。
同フォトダイオード78を用いた位置センサとしての原
理図を図17に与える。検出動作は図16と同様であ
る。4分割フォトダイオード78の場合には出力{(a
+b)−(c+d)}はz軸方向、出力{(a+d)−
(b+c)}はy軸方向の光スポット74の位置を検出
する。すなわち、yz平面内の2次元位置センサとして
機能する。また、4分割フォトダイオード78の受光面
に入射する全光量は出力(a+b+c+d)で監視でき
る。全光量変化の原因としては、(1)発光素子の寿命
等によるパワー低下、(2)異物等の光路への進入、
(3)発光、受光素子の相対的な姿勢変化、が考えられ
る。何れの原因であっても、2次元位置センサの自己診
断に有効な信号として利用できる。上述の説明より、4
分割フォトダイオード78と光スポット74を発生する
不図示の発光素子を各1個備えた1対で2次元光位置検
出手段として機能することがわかった。
Next, consider a four-division photodiode.
FIG. 17 shows a principle diagram of a position sensor using the photodiode 78. The detection operation is the same as in FIG. In the case of the four-division photodiode 78, the output {(a
+ B)-(c + d)} is in the z-axis direction and the output {(a + d)-
(B + c)} detects the position of the light spot 74 in the y-axis direction. That is, it functions as a two-dimensional position sensor in the yz plane. Further, the total amount of light incident on the light receiving surface of the four-division photodiode 78 can be monitored by the output (a + b + c + d). The causes of the change in the total amount of light include (1) a decrease in power due to the life of the light emitting element, (2) entry of a foreign substance into the optical path,
(3) Relative attitude change of the light emitting and light receiving elements can be considered. Regardless of the cause, it can be used as a signal effective for self-diagnosis of the two-dimensional position sensor. From the above description, 4
It has been found that one pair of light-emitting elements (not shown) that generate the split photodiode 78 and the light spot 74 functions as a two-dimensional light position detecting means.

【0078】本実施例では、上述した2次元光位置検出
手段を能動的除振装置に使用する。同手段を能動的除振
装置に適用する利点は次のようにまとめられる。図17
のように、受光素子である4分割フォトダイオード78
は偏平な形状であって、位置検出が必要な部位への剛な
取り付けが可能である。つまり、取り付け剛性の不足に
原因した機械振動が発生しにくい構造が採用できる。図
28〜30の従来例について述べたように、センサの取
り付けに起因した振動は、能動的除振装置のフィードバ
ックループ中へ当然の如く進入してくる。その結果、閉
ループ系の周波数特性を可調整範囲内で任意に成形する
ことを困難にし、除振・制振特性の向上を妨げる。しか
し、本実施例によれば形状偏平な2次元光位置検出手段
を剛に装着できるので局所振動の発生は皆無となる。ま
た、4分割フォトダイオード78の出力{(a+b)−
(c+d)}と{(a+d)−(b+c)}は、光スポ
ットが受光面平衡点に位置するとゼロになる。もちろ
ん、除振台の浮上平衡位置でこれらの出力信号が零とな
るように受光面あるいは発光素子の位置を機械調整でき
る。このとき、制御ループはゼロリファレンスの構造と
なり、従来の装置において安定な定電圧源を必要とする
目標電圧設定手段10は不要となる。すなわち、回路構
成が簡便になる。
In this embodiment, the above-described two-dimensional light position detecting means is used for an active vibration isolator. The advantages of applying this means to an active vibration isolator can be summarized as follows. FIG.
As shown in FIG.
Has a flat shape, and can be rigidly attached to a portion requiring position detection. That is, it is possible to adopt a structure in which mechanical vibration due to insufficient mounting rigidity is unlikely to occur. As described with reference to FIGS. 28 to 30, the vibration caused by the attachment of the sensor naturally enters the feedback loop of the active vibration isolator. As a result, it is difficult to arbitrarily shape the frequency characteristics of the closed loop system within the adjustable range, and it is difficult to improve the vibration isolation / damping characteristics. However, according to the present embodiment, the two-dimensional light position detecting means having a flat shape can be rigidly mounted, so that no local vibration is generated. The output of the four-division photodiode 78 {(a + b) −
(C + d)} and {(a + d)-(b + c)} become zero when the light spot is located at the light receiving surface equilibrium point. Of course, the position of the light receiving surface or the light emitting element can be mechanically adjusted so that these output signals become zero at the floating equilibrium position of the vibration isolation table. At this time, the control loop has a zero-reference structure, and the target voltage setting means 10 that requires a stable constant voltage source in the conventional device becomes unnecessary. That is, the circuit configuration is simplified.

【0079】以上の説明を背景に、本発明の第7の実施
例に係る能動的除振装置の構成を図18に示す。同図に
おいて、支持脚外筒79の表面には形状偏平な4分割フ
ォトダイオード78が剛に装着されている。また、支持
脚の固定側には発光素子80を備え、光スポットを4分
割フォトダイオード78の受光面に照射している。75
と76は既に説明したように、電流電圧変換部と演算部
である。演算部76では支持脚外筒79の鉛直方向変位
と、紙面に垂直な方向の変位と、4分割フォトダイオー
ド78の受光面に入射する全光量の3種の信号を出力し
ている。さらに電気信号のノイズ耐性を向上させるため
に、発光素子80は発振器88で駆動された発光素子駆
動回路89によって駆動され、発振器88の出力と演算
部76の電気出力とを乗算する乗算器90およびその出
力に対してフィルタリングを施すためのローパスフィル
タ91を具備して同期検波されている。結局、電流電圧
変換部75、演算部76、発振器88、発光素子駆動回
路89、乗算器90とで電気信号変換手段を構成してい
る。
Based on the above description, FIG. 18 shows the configuration of an active vibration isolator according to the seventh embodiment of the present invention. In the figure, a flat quadrant split photodiode 78 is rigidly mounted on the surface of the support leg outer cylinder 79. A light emitting element 80 is provided on the fixed side of the support leg, and irradiates a light spot on the light receiving surface of the four-division photodiode 78. 75
And 76 are a current-voltage conversion unit and a calculation unit as described above. The arithmetic unit 76 outputs three signals, that is, a vertical displacement of the support leg outer cylinder 79, a displacement in a direction perpendicular to the paper surface, and a total amount of light incident on the light receiving surface of the four-division photodiode 78. In order to further improve the noise resistance of the electric signal, the light emitting element 80 is driven by a light emitting element driving circuit 89 driven by an oscillator 88, and a multiplier 90 for multiplying the output of the oscillator 88 by the electric output of the arithmetic unit 76; The output is provided with a low-pass filter 91 for filtering, and is synchronously detected. As a result, the current-voltage conversion unit 75, the operation unit 76, the oscillator 88, the light emitting element driving circuit 89, and the multiplier 90 constitute an electric signal conversion unit.

【0080】さて、出力(a+b)−(c+d)は鉛直
方向の変位であり、この出力が乗算器90とローパスフ
ィルタ91を通った信号はPI補償器11Vに導かれ、
不図示の振動センサの出力信号をフィルタ6Vに導いて
得られる負帰還信号とPI補償器11Vの出力信号とを
加算して駆動信号となし、電力増幅器7Vを励磁してサ
ーボバルブ41Vを駆動している。最終的に、鉛直方向
の空気バネ2Vの内圧が調整されて位置を制御する。同
様に、出力(a+d)−(b+c)は水平方向の変位で
あり、この出力が乗算器90とローパスフィルタ91を
通った信号はPI補償器11Hに導かれ、不図示の振動
センサの出力信号をフィルタ6Hに導いて得られる負帰
還信号とPI補償器11Hの出力信号とを加算して駆動
信号となし、電力増幅器7Hを励磁してサーボバルブ4
1Hを駆動している。最終的に、水平方向の空気バネ2
Hの内圧を調整して位置を制御する。なお、出力(a+
b+c+d)は受光面に入射する全光量であり、乗算器
90とローパスフィルタ89を通った信号は不図示のシ
ステム制御装置への入力となる。既に記述したように、
全光量の低下は、受光素子80自身の光量低下の他に支
持脚の異常な姿勢変化が起こったときに発生する。した
がって、全光量を監視し基準値に対する低下を感知する
ことによって支持脚の位置制御を中止する等の判断信号
として使用する。
The output (a + b)-(c + d) is a displacement in the vertical direction. A signal whose output has passed through the multiplier 90 and the low-pass filter 91 is guided to the PI compensator 11V.
A negative feedback signal obtained by guiding an output signal of a vibration sensor (not shown) to the filter 6V and an output signal of the PI compensator 11V are added to form a drive signal, and the power amplifier 7V is excited to drive the servo valve 41V. ing. Finally, the internal pressure of the vertical air spring 2V is adjusted to control the position. Similarly, the output (a + d)-(b + c) is a displacement in the horizontal direction, and a signal obtained by passing this output through the multiplier 90 and the low-pass filter 91 is guided to the PI compensator 11H, and the output signal of the vibration sensor (not shown) is output. To the filter 6H to add a negative feedback signal and an output signal of the PI compensator 11H to form a drive signal.
1H is being driven. Finally, the horizontal air spring 2
The position is controlled by adjusting the internal pressure of H. The output (a +
b + c + d) is the total amount of light incident on the light receiving surface, and the signal passing through the multiplier 90 and the low-pass filter 89 is input to a system controller (not shown). As already mentioned,
The decrease in the total light amount occurs when an abnormal change in the posture of the support leg occurs in addition to the decrease in the light amount of the light receiving element 80 itself. Therefore, it is used as a judgment signal to stop the position control of the supporting leg by monitoring the total light amount and detecting a decrease with respect to the reference value.

【0081】実施例8 発光および受光素子に対しては初期機械調整や保守が容
易なような電気配線が求められる。図18の場合、発光
素子80と4分割フォトダイオード78あるいはPSD
の受光素子の対からなる2次元光位置検出手段は、共に
対向するよう配置されている。しかし、初期機械調整や
電気的保守を容易になすべくミラー等を備え光線を折り
曲げることでも2次元位置検出は可能である。そこで、
本発明の第8の実施例を図19に与える。同図では、発
光素子80から出射した光線86を支持脚外筒79の裏
面に装着した折り曲げミラー87によって受光素子の一
つである4分割フォトダイオード78に導く。支持脚外
筒79が被支持構造物81とともに鉛直方向にLだけ移
動した場合、折り曲げミラー87も共に鉛直方向に移動
し、光線86が4分割フォトダイオード78に達する位
置も鉛直方向へシフトする。また、支持脚外筒79が紙
面に垂直な方向に移動した場合、折り曲げミラー87の
反射面も紙面垂直方向に伸びているので、同方向のシフ
トを検出できる。
Embodiment 8 The light-emitting and light-receiving elements are required to have electrical wiring that facilitates initial mechanical adjustment and maintenance. In the case of FIG. 18, the light emitting element 80 and the quadrant photodiode 78 or the PSD
The two-dimensional light position detecting means comprising a pair of the light receiving elements are arranged to face each other. However, two-dimensional position detection is also possible by bending a light beam with a mirror or the like to facilitate initial mechanical adjustment and electrical maintenance. Therefore,
An eighth embodiment of the present invention is given in FIG. In the figure, a light beam 86 emitted from a light emitting element 80 is guided to a four-division photodiode 78, which is one of the light receiving elements, by a bending mirror 87 mounted on the back surface of a support leg outer cylinder 79. When the support leg outer cylinder 79 moves by L in the vertical direction together with the supported structure 81, the bending mirror 87 also moves in the vertical direction, and the position where the light beam 86 reaches the four-division photodiode 78 is also shifted in the vertical direction. When the support leg outer cylinder 79 moves in a direction perpendicular to the plane of the paper, the reflection surface of the folding mirror 87 extends in a direction perpendicular to the plane of the paper, so that a shift in the same direction can be detected.

【0082】なお、4分割フォトダイオード78の他に
2次元の位置検出デバイスとしてPSD(Positi
on Sensitive Device)センサが知
られている。1次元PSDでその動作原理を説明する。
図20は1次元PSDの模式的な断面構造を示す。同素
子は高抵抗半導体基板82とその表面に形成したp層8
3とn層84とからなる均一な抵抗層から構成される。
表面のpn接合は光電効果を持つ。図20を参照して、
入射光85がPSDの中心から距離xの位置に当てられ
たとする。照射位置から電極IL,IRに流れる電流i
a ,ib はLとXを使って次のような関係にある。
In addition to the four-division photodiode 78, a PSD (Positive) is used as a two-dimensional position detecting device.
On Sensitive Device) sensors are known. The operation principle will be described with a one-dimensional PSD.
FIG. 20 shows a schematic cross-sectional structure of a one-dimensional PSD. This element is composed of a high-resistance semiconductor substrate 82 and a p-layer 8 formed on the surface thereof.
3 and an n-layer 84.
The pn junction on the surface has a photoelectric effect. Referring to FIG.
It is assumed that the incident light 85 is applied to a position at a distance x from the center of the PSD. Current i flowing from the irradiation position to electrodes IL and IR
a, i b is in the following relationship with the L and X.

【0083】[0083]

【数13】 容易に、距離Xは次式のように表現できる。(Equation 13) The distance X can easily be expressed as:

【0084】[0084]

【数14】 したがって、電流ia ,ib を計測して上式の演算を行
なうことによって距離Xが算出できる。2次元PSDの
場合も検出原理は1次元PSDと同様である。受光面内
で直交する位置に電極を備え各1対の電極で(15)式
の演算を行なうことにより平面の2次元位置が検出でき
る。したがって、図18あるいは図19における4分割
フォトダイオード78をPSDに置き換えると、容易に
空気バネ式支持脚5として機能させることができる。ま
た、実施例7および8では空気バネをアクチュエータと
する能動的除振装置における空気バネ支持脚5を対象に
し、そこに2次元光位置検出手段を適用する場合の例を
示した。しかし、アクチュエータは空気バネに限定され
るものではなく、電磁アクチュエータや圧電素子などで
も構わないことは言うまでもない。
[Equation 14] Accordingly, the current i a, i b can be calculated distance X is by performing the calculation of the above equation by measuring. The detection principle of the two-dimensional PSD is the same as that of the one-dimensional PSD. Electrodes are provided at positions orthogonal to each other in the light receiving surface, and the two-dimensional position of the plane can be detected by performing the operation of Expression (15) with each pair of electrodes. Therefore, if the four-division photodiode 78 in FIG. 18 or FIG. 19 is replaced with a PSD, it can easily function as the air spring type support leg 5. Embodiments 7 and 8 show an example in which the two-dimensional optical position detecting means is applied to the air spring support leg 5 in the active vibration isolator using an air spring as an actuator. However, it is needless to say that the actuator is not limited to the air spring, but may be an electromagnetic actuator or a piezoelectric element.

【0085】[0085]

【発明の効果】本発明の第1および第2の局面によれば
以下の効果がある。 (1)サーボバルブへの入力から空気バネの駆動力まで
の伝達特性が極低周波域を除いて概ね積分特性であるこ
とを利用すれば、P補償器によって除振台を高速に位置
決めすることができる。目標位置近傍ではP補償器から
PI補償器へスイッチングするので定常偏差なく除振台
を位置決めすることができる、という効果がある。 (2)本発明のフィードバック装置の構成によれば、オ
ーバシュート量を抑制することができる。除振台に支持
される不図示の構造物には、その最大変位量が規定され
ているので、その規定以下に変位を抑制した除振台の位
置決めができる、という効果がある。
According to the first and second aspects of the present invention, the following effects can be obtained. (1) Using the fact that the transfer characteristic from the input to the servo valve to the driving force of the air spring is almost an integral characteristic excluding the extremely low frequency range, the P vibration compensator can be used to quickly position the vibration isolation table. Can be. Since the switching from the P compensator to the PI compensator is performed in the vicinity of the target position, there is an effect that the vibration isolation table can be positioned without a steady deviation. (2) According to the configuration of the feedback device of the present invention, the amount of overshoot can be suppressed. Since the maximum displacement amount is specified for the structure (not shown) supported by the vibration isolation table, there is an effect that the vibration isolation table can be positioned with the displacement suppressed below the specified value.

【0086】本発明の第3の局面によれば以下の効果が
もたらされる。 (1)能動的除振装置の閉ループ調整によってもたらさ
れる除振・制振性能を何等崩すことなく、単にKm ,D
p ,Np を付加するだけで目標値応答が改善できる。 (2)しかも、オーバシュートの有無という振幅特性お
よび収束性という時間尺度を参照モデルKm (s)によ
って任意に指定できる。 (3)目標値フィードフォワード補償器はアナログ電子
回路あるいはソフトウエアの何れの手段によっても実現
できるが、それによるコストアップは軽微である。なに
よりも、同フィードフォワード補償器の付加によって閉
ループ系としてのパラメータ再調整が全く不要という利
点の方が優る。 (4)目標値フィードフォワード補償器への入力r
adは、ステップアンドリピートによって発生する除振台
傾きを矯正する等の用途に利用できる。
According to the third aspect of the present invention, the following effects can be obtained. (1) K m , D is simply determined without deteriorating the vibration isolation / damping performance provided by the closed loop adjustment of the active vibration isolation device.
p, can be improved target value response simply by adding N p. (2) In addition, the amplitude characteristic indicating the presence or absence of overshoot and the time scale indicating convergence can be arbitrarily specified by the reference model K m (s). (3) The target value feed-forward compensator can be realized by any means of an analog electronic circuit or software, but the cost increase due to it is insignificant. Above all, the advantage that the addition of the feedforward compensator does not require any parameter readjustment as a closed loop system is superior. (4) Input r to the target value feedforward compensator
The ad can be used for purposes such as correcting the tilt of the vibration isolation table generated by the step and repeat.

【0087】本発明の第4の局面によれば以下の効果が
ある。 (1)従来、能動的除振装置における支持脚内には、鉛
直・水平方向にそれぞれ位置センサと加速度センサを備
えていた。すなわち、位置センサと加速度センサを各2
個ずつ支持脚内に装備していた。本発明の第4の局面に
よれば、発光素子1個と4分割フォトダイオード1個の
対で2次元光位置検出手段が構成できるので、鉛直・水
平方向の位置センサが占有していた空間を大幅に縮小で
きる、という効果がある。 (2)また、受光素子としての4分割フォトダイオード
は偏平な形状であり、取り付け治具を使用することなく
位置計測を必要とする部位に剛に装着できる。したがっ
て、局所振動の発生が回避でき、フィードバックループ
中に不要信号が導かれることもなくなる。以って、除振
および制振特性を容易に電気調整できる、という効果が
もたらされる。 (3)通常、能動的除振装置の上には精密機器群が搭載
され、これらが達成せねばならない性能は除振台の除振
・制振性能に大きく依存する。本第4の局面によれば、
除振台の性能が向上するので精密機器群が本来有する能
力を損ねることがない、という効果がある。 (4)2分割フォトダイオードにおける出力(A−B)
や、4分割フォトダイオードの出力{(a+b)−(c
+d)}と{(a+d)−(b+c)}は、光スポット
が受光面の平衡点に位置するとゼロとなる。除振台の浮
上平衡位置でこれらの出力信号が零となるように受光面
ないし発光素子の位置は調整可能である。このとき、制
御ループはゼロリファレンス入力の構造となり、従来装
置における目標電圧設定手段10は不要となる。すなわ
ち、回路構成が簡便になるという効果がある。
According to the fourth aspect of the present invention, the following effects can be obtained. (1) Conventionally, a position sensor and an acceleration sensor are provided in the vertical and horizontal directions, respectively, in a support leg of an active vibration isolator. That is, the position sensor and the acceleration sensor are each 2
Each was equipped in the support leg. According to the fourth aspect of the present invention, a two-dimensional light position detecting means can be constituted by a pair of one light emitting element and one four-division photodiode, so that the space occupied by the vertical / horizontal position sensor is reduced. This has the effect of being able to significantly reduce. (2) Further, the four-division photodiode as the light receiving element has a flat shape, and can be rigidly mounted on a portion requiring position measurement without using a mounting jig. Therefore, occurrence of local vibration can be avoided, and unnecessary signals are not introduced into the feedback loop. As a result, there is an effect that the vibration isolation and vibration damping characteristics can be easily adjusted electrically. (3) Normally, a group of precision instruments is mounted on the active anti-vibration device, and the performance that these must achieve largely depends on the anti-vibration / vibration performance of the anti-vibration table. According to the fourth aspect,
Since the performance of the anti-vibration table is improved, there is an effect that the inherent capability of the precision instrument group is not impaired. (4) Output (AB) in two-segment photodiode
Or the output 、 4 (a + b) − (c
+ D)} and {(a + d)-(b + c)} become zero when the light spot is located at the equilibrium point of the light receiving surface. The position of the light receiving surface or the light emitting element can be adjusted so that these output signals become zero at the floating equilibrium position of the vibration isolation table. At this time, the control loop has a structure of zero reference input, and the target voltage setting means 10 in the conventional device becomes unnecessary. That is, there is an effect that the circuit configuration is simplified.

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

【図1】 本発明の第1の実施例に係る空気バネ式能動
的除振装置の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an air spring type active vibration isolator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1の装置の有効性を示す数値実験結果を表
わす波形図である。
FIG. 2 is a waveform diagram showing the results of a numerical experiment showing the effectiveness of the apparatus of FIG.

【図3】 本発明の第2の実施例に係る空気バネ式能動
的除振装置の構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of an air spring type active vibration isolator according to a second embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第3の実施例に係る空気バネ式能動
的除振装置の構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of an air spring type active vibration isolator according to a third embodiment of the present invention.

【図5】 図4の装置の効果を示す数値実験結果を表わ
す波形図である。
FIG. 5 is a waveform chart showing a result of a numerical experiment showing an effect of the apparatus of FIG. 4;

【図6】 本発明の第4の実施例に係る空気バネ式除振
装置である。
FIG. 6 is an air spring type vibration damping device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】 図6の装置の有効性を示す数値実験結果を表
わす波形図である。
7 is a waveform chart showing the results of a numerical experiment showing the effectiveness of the device of FIG.

【図8】 図9の装置の有効性を示す数値実験結果を表
わす波形図である。
FIG. 8 is a waveform chart showing the results of numerical experiments showing the effectiveness of the device of FIG. 9;

【図9】 本発明の第5の実施例に係る空気バネ式除振
装置の構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram of an air spring type vibration damping device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の第6の実施例に係る能動的除振装
置の構成図である。
FIG. 10 is a configuration diagram of an active vibration isolation device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図11】 図24の能動的除振装置の制御ブロック図
である。
FIG. 11 is a control block diagram of the active vibration isolator of FIG. 24;

【図12】 図10の能動的除振装置の制御ブロック図
である。
12 is a control block diagram of the active vibration isolator of FIG.

【図13】 図10における参照モデルKm (s)の極
配置を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a pole arrangement of a reference model K m (s) in FIG. 10;

【図14】 目標値フィードフォワード補償器の有無に
よるステップ応答(飽和無しの場合)を比較した波形図
である。
FIG. 14 is a waveform diagram comparing step responses (without saturation) with and without a target value feedforward compensator.

【図15】 目標フィードフォワード補償器の有無によ
るステップ応答(飽和有りの場合)を比較した波形図で
ある。
FIG. 15 is a waveform diagram comparing step responses (with and without saturation) depending on the presence or absence of a target feedforward compensator.

【図16】 2分割フォトダイオードを用いた位置セン
サの検出原理図である。
FIG. 16 is a detection principle diagram of a position sensor using a two-segment photodiode.

【図17】 4分割フォトダイオードを用いた位置セン
サの検出原理図である。
FIG. 17 is a detection principle diagram of a position sensor using a four-division photodiode.

【図18】 本発明の第7の実施例に係る能動的除振装
置の構成図である。
FIG. 18 is a configuration diagram of an active vibration isolation device according to a seventh embodiment of the present invention.

【図19】 本発明の第8の実施例に係る能動的除振装
置の構成図である。
FIG. 19 is a configuration diagram of an active vibration isolation device according to an eighth embodiment of the present invention.

【図20】 1次元PSDの断面図である。FIG. 20 is a sectional view of a one-dimensional PSD.

【図21】 従来の空気バネ式能動的除振装置を示す図
である。
FIG. 21 is a view showing a conventional air spring type active vibration isolator.

【図22】 XYステージの構造を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing the structure of an XY stage.

【図23】 ステップアンドリピート駆動時の位置偏差
信号の一例を示す実測結果と数値実験である。
FIG. 23 shows an actual measurement result and a numerical experiment showing an example of a position deviation signal during step-and-repeat driving.

【図24】 空気バネをアクチュエータとする従来の他
の空気バネ式除振装置の構成を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing a configuration of another conventional air spring type vibration damping device using an air spring as an actuator.

【図25】 補償器の差異による立ち上がり特性を示す
波形図である。
FIG. 25 is a waveform chart showing rising characteristics due to differences in compensators.

【図26】 補償器の差異による目標値ステップ応答波
形図である。
FIG. 26 is a target value step response waveform diagram due to differences in compensators.

【図27】 図24の装置における除振台の制御ブロッ
ク図である。
FIG. 27 is a control block diagram of a vibration isolation table in the apparatus of FIG. 24.

【図28】 空気バネをアクチュエータとする従来のさ
らに他の能動的除振装置装置の構成を示す図である。
FIG. 28 is a view showing a configuration of still another conventional active vibration isolator using an air spring as an actuator.

【図29】 図28における空気バネ式支持脚の構造図
である。
FIG. 29 is a structural view of an air spring type support leg in FIG. 28.

【図30】 図29の支持脚における位置センサの取付
けを示す図である。
30 is a diagram showing attachment of a position sensor to the support leg of FIG. 29.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:除振台、2,2a〜d,2V,2H:空気バネアク
チュエータ、3,3a〜d:位置検出手段、4,4a〜
d:振動検出手段、5,5a〜d:空気バネ式支持脚、
6,6a〜d,6V,6H:ゲイン補償器またはフィル
タ、7,7a〜d,7V,7H:電圧電流変換器または
電力増幅器、8,8a〜d:変位増幅器、9,9a〜
d:比較回路、10,10a〜d:目標電圧入力端子ま
たは平衡位置目標電圧設定手段、11,11a〜d,1
1V,11H:PI補償器、12:XYステージ、1
3:Xステージ、14:微動ステージ、15:シリコン
ウエハ、16:Yステージ、17YR,17YL:リニ
アモータの可動子、18X:リニアモータの固定子であ
るコイル、19YR,19YL:リニアモータの固定子
であるコイル、20:ステージ定盤、21X:X軸計測
用のバーミラ、21Y:Y軸計測用のバーミラ、22:
運動モード抽出手段、23:安定化補償器、23a〜
d:PI2 補償器、24Z:PI補償器、24X,24
Y:PI2 補償器、25:運動モード抽出手段、26
Z,26X,26Y:ゲイン補償器、27:運動モード
分配手段、28:レーザ干渉計、29:位置検出手段、
30:位置目標端子、31:PID補償器、32:電力
アンプ、33:プロファイラ、34:駆動パターン、3
5:補正電圧のパターン、36:分配器、37a〜d:
目標電圧設定手段、41,41V,41H:サーボバル
ブ、42:予圧手段、43:粘性要素、46:可変補償
器、47:ヒステリシスコンパレータ、48:いき値設
定手段、49:電子スイッチ、50,50A,50B:
フィードバック装置、51:上限いき値設定手段、5
2:下限いき値設定手段、53:ウインドウコンパレー
タ、66:第1のフィードフォワードパス、67:第2
のフィードフォワードパス、68:参照モデル、69:
目標値フィードフォワード補償器、73:2分割フォト
ダイオード、A,B:2分割フォトダイオードの受光領
域、a,b,c,d:4分割フォトダイオードの受光領
域、74:光スポット、75:電流電圧変換部、76:
演算部、77:ホルダ、78:4分割フォトダイオー
ド、79:支持脚外筒、80:発光素子、81:被支持
構造物、82:抵抗半導体基板、83:p層、84:n
層、85:入射光、86:光線、87:折り曲げミラ
ー、88:発振器、89:発光素子駆動回路、90:乗
算器、91:ローパスフィルタ。
1: anti-vibration table, 2, 2a-d, 2V, 2H: air spring actuator, 3, 3a-d: position detecting means, 4, 4a-
d: vibration detection means, 5, 5a-d: air spring type support legs,
6, 6a-d, 6V, 6H: gain compensator or filter, 7, 7a-d, 7V, 7H: voltage-current converter or power amplifier, 8, 8a-d: displacement amplifier, 9, 9a-
d: comparison circuit, 10, 10a-d: target voltage input terminal or balanced position target voltage setting means, 11, 11a-d, 1
1V, 11H: PI compensator, 12: XY stage, 1
3: X stage, 14: fine movement stage, 15: silicon wafer, 16: Y stage, 17YR, 17YL: mover of linear motor, 18X: coil as a stator of linear motor, 19YR, 19YL: stator of linear motor , 20: Stage base, 21X: Vermira for X-axis measurement, 21Y: Vermira for Y-axis measurement, 22:
Exercise mode extracting means, 23: Stabilizing compensator, 23a-
d: PI 2 compensator, 24Z: PI compensator, 24X, 24
Y: PI 2 compensator, 25: motion mode extracting means, 26
Z, 26X, 26Y: gain compensator, 27: motion mode distribution means, 28: laser interferometer, 29: position detection means,
30: position target terminal, 31: PID compensator, 32: power amplifier, 33: profiler, 34: drive pattern, 3
5: Correction voltage pattern, 36: Distributor, 37a-d:
Target voltage setting means, 41, 41V, 41H: Servo valve, 42: Preload means, 43: Viscous element, 46: Variable compensator, 47: Hysteresis comparator, 48: Threshold value setting means, 49: Electronic switch, 50, 50A , 50B:
Feedback device, 51: upper limit threshold value setting means, 5
2: lower limit threshold value setting means, 53: window comparator, 66: first feedforward path, 67: second feedforward path
Feed forward path, 68: reference model, 69:
Target value feed-forward compensator, 73: two-segment photodiode, A, B: two-segment photodiode light receiving area, a, b, c, d: four-segment photodiode light receiving area, 74: light spot, 75: current Voltage converter, 76:
Arithmetic operation unit, 77: holder, 78: four-division photodiode, 79: support leg outer cylinder, 80: light emitting element, 81: supported structure, 82: resistive semiconductor substrate, 83: p layer, 84: n
Layer: 85: incident light, 86: light beam, 87: bending mirror, 88: oscillator, 89: light emitting element drive circuit, 90: multiplier, 91: low-pass filter.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 除振台と、該除振台を支持する空気バネ
と前記空気バネの圧力を調整するサーボバルブと前記除
振台の位置を検出する位置センサと前記除振台の振動を
検出する振動センサと前記除振台に予圧を付与する予圧
手段と前記除振台に働く粘性要素とからなる空気バネ式
支持脚と、前記位置センサの出力を電気信号に変換する
変位増幅器と、目標位置を指定する目標電圧設定手段
と、前記変位増幅器の出力と前記目標電圧設定手段の出
力とを比較する比較回路と、前記比較回路の出力信号に
対して補償を施す補償器と、前記振動センサの出力を電
気信号に変換し且つ適切なフィルタリングを行なうフィ
ルタと、前記補償器の出力と前記フィルタの出力とを加
算した信号に基づいて前記サーボバルブを駆動する電圧
電流変換器とを具備する除振装置において、 前記目標電圧設定手段で定められる目標位置の手前の位
置を指定するいき値設定手段と、該いき値設定手段と前
記変位増幅器の出力信号とを入力とするヒステリシスコ
ンパレータとを設け、かつ前記補償器を前記ヒステリシ
スコンパレータの出力に応動してP補償器とPI補償器
とに切り換えられる可変補償器としたことを特徴とする
能動的除振装置。
1. A vibration isolation table, an air spring supporting the vibration isolation table, a servo valve for adjusting the pressure of the air spring, a position sensor for detecting a position of the vibration isolation table, and a vibration of the vibration isolation table. An air spring type support leg comprising a vibration sensor to detect and a preload means for applying a preload to the vibration isolation table and a viscous element acting on the vibration isolation table, a displacement amplifier for converting an output of the position sensor into an electric signal, A target voltage setting means for specifying a target position; a comparison circuit for comparing the output of the displacement amplifier with the output of the target voltage setting means; a compensator for compensating an output signal of the comparison circuit; A filter that converts the output of the sensor into an electric signal and performs appropriate filtering; and a voltage-current converter that drives the servo valve based on a signal obtained by adding the output of the compensator and the output of the filter. In the vibration damping device, a threshold value setting unit that specifies a position before the target position determined by the target voltage setting unit, and a hysteresis comparator that receives the threshold value setting unit and an output signal of the displacement amplifier as inputs An active vibration isolator, wherein the compensator is a variable compensator that is switched between a P compensator and a PI compensator in response to an output of the hysteresis comparator.
【請求項2】 除振台と、該除振台を支持する空気バネ
と前記空気バネの圧力を調整するサーボバルブと前記除
振台の位置を検出する位置センサと前記除振台の振動を
検出する振動センサと前記除振台に予圧を付与する予圧
手段と前記除振台に働く粘性要素とからなる空気バネ式
支持脚と、前記位置センサの出力を電気信号に変換する
変位増幅器と、目標位置を指定する目標電圧設定手段
と、前記変位増幅器の出力と前記目標電圧設定手段の出
力とを比較する比較回路と、前記比較回路の出力信号に
対して補償を施す補償器と、前記振動センサの出力を電
気信号に変換し且つ適切なフィルタリングを行なうフィ
ルタと、前記補償器の出力と前記フィルタの出力とを加
算した信号に基づいて前記サーボバルブを駆動する電圧
電流変換器とを具備する除振装置において、 前記目標電圧設定手段によって定められる目標位置の前
後にいき値を設定する上限いき値設定手段および下限い
き値設定手段と、これらのいき値設定手段によって前記
変位増幅器の出力範囲を判定するウインドコンパレータ
とを設け、かつ前記補償器を前記ウインドコンパレータ
の出力に応動してP補償器とPI補償器とに切り換えら
れる可変補償器としたことを特徴とする能動的除振装
置。
2. A vibration isolator, an air spring supporting the vibration isolator, a servo valve for adjusting a pressure of the air spring, a position sensor for detecting a position of the vibration isolator, and a vibration of the vibration isolator. An air spring type support leg comprising a vibration sensor to detect and a preload means for applying a preload to the vibration isolation table and a viscous element acting on the vibration isolation table, a displacement amplifier for converting an output of the position sensor into an electric signal, A target voltage setting means for specifying a target position; a comparison circuit for comparing the output of the displacement amplifier with the output of the target voltage setting means; a compensator for compensating an output signal of the comparison circuit; A filter that converts the output of the sensor into an electric signal and performs appropriate filtering; and a voltage-current converter that drives the servo valve based on a signal obtained by adding the output of the compensator and the output of the filter. An upper limit threshold value setting means and a lower limit threshold value setting means for setting a threshold value before and after a target position determined by the target voltage setting means, and an output range of the displacement amplifier by these threshold value setting means. An active vibration isolator comprising: a window compensator for determining whether or not a voltage is high, and wherein the compensator is a variable compensator that can be switched between a P compensator and a PI compensator in response to an output of the window comparator.
【請求項3】 被支持物の変位を計測する位置センサと
被支持物の振動を計測する振動センサと被支持物に駆動
力を与える空気バネとからなる空気バネ式支持脚と、 複数個の前記空気バネ式支持脚によって支持される除振
台と、 前記除振台を安定に位置決めするための前記各空気バネ
式支持脚に対する加速度フィードバックと位置フィード
バックを施すフィードバック装置と、 前記フィードバック装置に位置決めの信号をフィードフ
ォワード入力する目標値フィードフォワード補償器とを
備えたことを特徴とする能動的除振装置。
3. An air spring type support leg comprising a position sensor for measuring the displacement of the supported object, a vibration sensor for measuring the vibration of the supported object, and an air spring for applying a driving force to the supported object. An anti-vibration table supported by the air-spring-type support legs; a feedback device that performs acceleration feedback and position feedback for each of the air-spring-type support legs to stably position the anti-vibration table; And a target value feed-forward compensator for feed-forward inputting the signal of (i).
【請求項4】 前記目標値フィードフォワード補償器
は、 望ましい応答を示す参照モデルKm (s)と、 前記参照モデルKm (s)の出力を入力として前記フィ
ードバック装置内の平衡位置目標電圧の入力端子に至る
第1のフィードフォワードパスNp (s)と、 前記参照モデルの出力を入力として前記フィードバック
装置内のPI補償器後段に加算する第2のフィードフォ
ワードパスDp (s)と、 を備えていることを特徴とする請求項3記載の能動的除
振装置。
4. The target value feedforward compensator receives a reference model K m (s) indicating a desired response, and receives an output of the reference model K m (s) as an input and calculates a balance position target voltage in the feedback device. A first feed-forward path N p (s) leading to an input terminal, a second feed-forward path D p (s) that takes an output of the reference model as an input and adds the output to a subsequent stage of a PI compensator in the feedback device, The active vibration isolator according to claim 3, further comprising:
【請求項5】 前記第1のフィードフォワードパスNp
(s)の伝達関数は1であり、 前記第2のフィードフォワードパスDp (s)の伝達関
数は加速度フィードバックを含めた制御対象の伝達関数
の分母多項式であり、 前記参照モデルKm (s)の伝達関数は、一個の実根と
一対の複素根とからなり且つ負の実根が互いに等しい3
次遅れ系である、ことを特徴とする請求項3または4記
載の能動的除振装置。
5. The first feed-forward path N p
The transfer function of (s) is 1, the transfer function of the second feedforward path D p (s) is a denominator polynomial of the transfer function of the controlled object including acceleration feedback, and the reference model K m (s ) Is composed of one real root and a pair of complex roots, and the negative real roots are equal to each other.
The active vibration isolator according to claim 3 or 4, wherein the active vibration isolator is a second-order delay system.
【請求項6】 除振台と、該除振台を受動的に支持する
予圧手段および粘性要素と、前記除振台に駆動力を付勢
するためのアクチュエータと、前記除振台の振動を検出
する振動センサと、前記除振台の2軸方向の位置を検出
する2次元光位置検出手段と、前記2次元光位置検出手
段の出力を電気信号に変換する電気信号変換手段と、前
記振動センサの出力をフィルタリングする適切な時定数
を持つフィルタと、前記電気信号変換手段の出力を補償
するPI補償器と、前記フィルタと前記PI補償器の出
力とを加算した信号で前記アクチュエータを駆動する電
力増幅器とを備えたことを特徴とする能動的除振装置。
6. An anti-vibration table, a preload means and a viscous element for passively supporting the anti-vibration table, an actuator for urging a driving force to the anti-vibration table, and a vibration of the anti-vibration table. A vibration sensor for detecting, a two-dimensional light position detecting means for detecting a position in the two-axis direction of the vibration isolation table, an electric signal converting means for converting an output of the two-dimensional light position detecting means into an electric signal, A filter having an appropriate time constant for filtering the output of the sensor, a PI compensator for compensating the output of the electric signal conversion means, and driving the actuator with a signal obtained by adding the output of the filter and the PI compensator. An active vibration isolator, comprising: a power amplifier.
【請求項7】 前記2次元光位置検出手段は、発光素子
と4分割フォトダイオードとの対からなることを特徴と
する請求項6記載の能動的除振装置。
7. The active vibration isolator according to claim 6, wherein said two-dimensional light position detecting means comprises a pair of a light emitting element and a four-division photodiode.
【請求項8】 前記2次元光位置検出手段は、発光素子
とPSDとの対からなることを特徴とする請求項6記載
の能動的除振装置。
8. The active vibration isolator according to claim 6, wherein said two-dimensional light position detecting means comprises a pair of a light emitting element and a PSD.
【請求項9】 前記電気信号変換手段は、前記2次元光
位置検出手段の受光素子に流れる電流を電圧に変換する
ための電流電圧変換部と、前記電流電圧変換部の出力か
ら2次元の位置を算出するための演算部と、同期検波の
ための源発振となる発振器と、前記発振器の出力で駆動
されて前記2次元光位置検出手段の発光素子を駆動する
発光素子駆動回路と、前記演算部の出力と前記発振器の
出力とを乗算する乗算器とで構成されていることを特徴
とする請求項6記載の能動的除振装置。
9. A current-voltage conversion unit for converting a current flowing through a light receiving element of the two-dimensional light position detection unit into a voltage, and a two-dimensional position based on an output of the current-voltage conversion unit. A light emitting element driving circuit driven by an output of the oscillator to drive a light emitting element of the two-dimensional optical position detecting means; 7. The active vibration isolator according to claim 6, further comprising a multiplier for multiplying an output of the unit and an output of the oscillator.
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