JP2001157477A - 位置・速度制御装置およびこれを用いたステージシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御に悪影響を与えるような大きな応答の遅
れなどを伴うことなく、ノイズを確実に除去して指令速
度への高精度な追従を可能とする位置・速度制御装置の
提供。 【解決手段】 モータ１により駆動されることで移動す
る被駆動部３の駆動速度と位置を制御するために、モー
タの回転速度を検出する回転速度検出手段１３と、被駆
動部の位置を検出する位置検出手段１５とを備えた位置
・速度制御装置において、回転速度検出手段の回転軸の
角変位が当該回転速度検出手段の出力信号１２にノイズ
を発生する領域にあるか否かを位置検出手段からの出力
信号１６に基づいて判別し、この判別に基づいて回転速
度検出手段からの出力信号のノイズを除去するようにし
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータを駆動源と
する移動機構における被駆動部の位置及び速度をフィー
ドバック制御する位置・速度制御装置に関し、特にモー
タの回転速度を検出する回転速度検出手段の出力信号に
発生するノイズを除去して指令速度への高精度な追従を
可能とし、例えば電子線描画装置に用いられるステージ
システムのように、きわめて高い精度での制御が求めら
れる場合に好適な位置・速度制御装置およびそれを用い
たステージシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】モータの回転により直接的または間接的
に被駆動部を駆動するシステムにおいては、一般に被駆
動部の速度制御がなされ、そのために速度検出がなされ
る。この速度検出は、被駆動部から直接に検出する場合
もあるが、被駆動部に適切な速度検出手段を設けること
ができない場合などさまざまな理由から、モータの回転
速度からなされる場合も少なくない。モータの回転速度
として速度検出を行うための速度検出手段には例えばタ
コジェネレータ（速度発電機）のように、モータの回転
軸に同軸的に接続される回転形の速度検出手段が用いら
れるのが一般的である。このような回転速度検出手段
は、一般にその内部構造に起因するノイズを発生し、こ
のノイズが出力信号に重畳するのを避けられない。した
がって高精度な速度制御を行うためにはこのノイズを除
去する必要がある。

【０００３】従来のノイズ除去法としては、例えば特開
平５−１５５５４３号公報に記載のように、過去の速度
出力値を用いて現在速度の修正値ないしは推定値を演算
するフィルタリングが一般に用いられている。また回転
速度検出手段の出力信号のノイズ発生の有無を判定して
速度信号の切換えを行う装置として、特開平５−２６０
７８０号公報に記載のように、回転速度検出手段の速度
信号が速度変動範囲を越えている場合には速度推定器に
より推定された速度に切換える装置も考案されている。
また特開平６−３０１４２５号公報に記載のように、ノ
イズ発生時の速度信号を基準信号と比較することにより
エラー発生を判定し、エラー発生の場合には速度信号を
指令速度信号に置換えてモータの速度制御を行う装置も
考案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、タコジ
ェネレータなどのような回転形の速度検出手段ではノイ
ズの発生を避けがたく、指令速度への追従性の高い制御
とするためにはこのノイズを除去する必要があり、その
方法として上記のごとき種々の方法が考案されている。
しかしこれらの方法は以下のような問題を抱えている。

【０００５】例えば上記の特開平５−１５５５４３号公
報におけるようなフィルタリング法には、回転速度検出
手段におけるリップルノイズの周波数がモータの駆動速
度に応じて変化することに起因する問題がある。すなわ
ちフィルタリング操作によって特定周波数のノイズを除
去する方法では、フィルタのカットオフ周波数が小さく
なり、リップルノイズを効果的に除去することが困難と
なる。これについては、フィルタのカットオフ周波数を
可変に設定できるデジタルフィルタを適用することが考
えられる。しかしその場合でも、フィルタ設置に伴い出
力にかなりの遅延を付加することになり、位相遅れの発
生により系の安定性を損うおそれがある。また速度指令
波形の周波数域がリップルノイズの周波数域と重なり合
えば、フィルタリング操作によって速度指令波形が歪
み、速度が指令値に正しく追従しないおそれもある。

【０００６】また上記の特開平５−２６０７８０号公報
や特開平６−３０１４２５号公報に記載の技術では、信
号出力値の適否を判定するために判定時間を要し、その
ために応答にかなり大きな遅れを生じるという問題があ
る。特にこのような応答の遅れは、タコジェネレータの
ようなアナログ機器における高応答性の利点を失わせる
という点で好ましくない。

【０００７】本発明は、以上のような事情を背景にして
なされたものであり、制御に悪影響を与えるような大き
な応答の遅れなどを伴うことなく、ノイズを確実に除去
して指令速度への高精度な追従を可能とする位置・速度
制御装置の提供を目的とし、またこれを用いたステージ
システムの提供を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、モータにより駆動されることで移動する
被駆動部の駆動速度と位置を制御するために、前記モー
タの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記被駆
動部の位置を検出する位置検出手段とを備えた位置・速
度制御装置において、前記回転速度検出手段の回転軸の
角変位が当該回転速度検出手段の出力信号にノイズを発
生する領域にあるか否かを前記位置検出手段からの出力
信号に基づいて判別し、この判別に基づいて前記回転速
度検出手段からの出力信号のノイズを除去できるように
なっていることを特徴としている。

【０００９】また上記目的を達成するために本発明で
は、モータにより駆動されることで移動する被駆動部の
駆動速度と位置を制御するために、前記モータの回転速
度を検出する回転速度検出手段と、前記被駆動部の位置
を検出する位置検出手段とを備えた位置・速度制御装置
において、前記回転速度検出手段の回転軸の角変位が当
該回転速度検出手段の出力信号にノイズを発生する領域
にあるか否かを前記位置検出手段からの出力信号に基づ
いて判別する判別手段と、前記回転速度検出手段からの
出力信号を一時的に保持できるようにされているととも
に、前記判別手段による判別に応じて、前記回転速度検
出手段の回転軸の角変位がノイズ発生領域にある場合に
は当該ノイズ発生領域とその直前のノイズ発生領域との
間のノイズ発生領域外で検出されて前記一時保持をなさ
れている信号を速度フィードバック用の出力信号とする
選択を行うことができるようにされている選択手段とを
備えたことを特徴としている。

【００１０】また上記目的を達成するために本発明で
は、モータと、前記モータの回転角速度を検出する回転
速度検出手段と、前記モータにより直線動をなすように
駆動される可動部を有するステージと、前記ステージの
可動部の位置を検出する位置検出手段とを備えたステー
ジシステムにおいて、前記回転速度検出手段の回転軸の
角変位が当該回転速度検出手段の出力信号にノイズを発
生する領域にあるか否かを前記位置検出手段からの出力
信号に基づいて判別し、この判別に基づいて前記回転速
度検出手段からの出力信号のノイズを除去できるように
された制御手段を備えたことを特徴としている。

【００１１】また上記目的を達成するために本発明で
は、モータと、前記モータの回転角速度を検出する回転
速度検出手段と、前記モータにより直線動をなすように
駆動される可動部を有するステージと、前記ステージの
可動部の位置を検出する位置検出手段と、前記回転速度
検出手段からの出力信号と前記位置検出手段からの出力
信号に基づいて前記可動部の駆動速度と位置を制御する
位置・速度制御装置とを備えたステージシステムにおい
て、前記位置・速度制御装置は、前記回転速度検出手段
の回転軸の角変位が当該回転速度検出手段の出力信号に
ノイズを発生する領域にあるか否かを前記位置検出手段
からの出力信号に基づいて判別する判別手段と、前記回
転速度検出手段からの出力信号を一時的に保持できるよ
うにされているとともに、前記判別手段による判別に応
じて、前記回転速度検出手段の回転軸の角変位がノイズ
発生領域にある場合には当該ノイズ発生領域とその直前
のノイズ発生領域との間のノイズ発生領域外で検出され
て前記一時保持をなされている信号を速度フィードバッ
ク用の出力信号とする選択を行うことができるようにさ
れている選択手段とを備えていることを特徴としてい
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１に、第１の実施形態による位置・速度制
御装置の構成を示し、図２に、図１の位置・速度制御装
置を適用することのできる、モータ、被駆動部および速
度制御器からなるシステムの一般的な構成を示す。

【００１３】まず図２のシステムについてその概略を説
明する。このシステムは、モータ１により被駆動部３に
例えば１軸方向の直線移動動作をなさせるとともに、被
駆動部３の駆動速度と位置を位置・速度制御器１７によ
り制御するものである。図で位置・速度制御器１７は、
差分部５Ａ、速度指令演算部５、差分部５Ｂ、速度補償
器８より成るが、実際にはこの他にもプリセット手段や
信号６、９等を表示する表示器等を持っている。制御器
１７はアナログ形もディジタル形もありうる。モータ１
には、伝動機構２を介して、被駆動部３が連結されてい
る。与えられた変位目標値と検出した位置信号４とか
ら、速度指令演算部５により速度目標値６が演算され
る。速度補償器８にはその時点で検出された速度と速度
目標値６との偏差である速度偏差９が与えられ、これに
応じた速度補償器８の出力によりサーボアンプ１０がモ
ータ１に電流を供給する。モータ１の回転軸の回転速度
はモータ１の回転軸に接続された回転速度検出手段１３
が検出し、回転速度検出手段１３は速度信号１２を電圧
信号の形態で出力する。この回転速度検出手段１３には
タコジェネレータなどが用いられる。モータ１の回転軸
の角変位（モータ１の駆動力）１４は伝動機構２により
被駆動部３に伝達され、これにより被駆動部３が移動す
る。この被駆動部３の移動に伴う位置変位は、モータ１
の回転軸の角変位１４として位置検出手段１５で検出す
る。位置検出手段１５は角変位信号１６を出力する。位
置検出手段１５にはロータリエンコーダなどを用いるこ
とができ、ロータリエンコーダを用いる場合にはその角
変位信号１６がパルスの形態となる。その場合には、カ
ウンタ３０を介在させ、このカウンタ３０の出力により
位置フィードバック信号である上記の位置信号４を生成
する。このように図の例では被駆動部３の位置変位をモ
ータ１の回転軸の角変位１４に基づいて検出している
が、この構成は、後述する他の実施形態における場合の
ように、被駆動部３の移動を直接的に検出するような構
成に代えることもできる。一方、回転速度検出手段１３
からの速度信号１２は、後述するような選択手段により
選択されて速度フィードバック用の出力信号１９として
用いられる。

【００１４】次に図１を参照して本発明の第１の実施形
態による位置・速度制御装置について説明する。図１は
第１の実施形態による位置・速度制御装置を図２のシス
テムに適用した例を示している。タコジェネレータなど
が用いられる回転速度検出手段１３は、特定の回転角度
域において出力信号にノイズが発生するのを避けられな
いのが通常である。そのようなノイズを伴う回転速度検
出手段１３からの速度信号１２の波形の例を図３に示
す。横軸に位相角θ、縦軸に３つの速度ω１、ω２、ω
３例を示した。図３の横軸は回転速度検出手段１３の回
転軸の位相角である。なお図１の例では回転速度検出手
段１３の回転軸と位置検出手段１５の回転軸とがともに
モータ１の回転軸に直接的に接続されており、したがっ
て回転速度検出手段１３と位置検出手段１５それぞれの
回転軸はモータ１の回転軸と同等である。回転速度検出
手段１３の回転軸の１回転当たりにノイズが発生する回
数は回転速度検出手段１３の仕様データとして予め知る
ことができる。これをＮ(p/r) とすると、ノイズは位相
角２π／Ｎごとに発生する。低速信号から高速信号にな
るにつれて、出力電圧値に対する変動分であるリップル
電圧の比（リップル率）とノイズ発生領域の位相角（ノ
イズ発生領域幅）は変化するものの、ノイズは常にほぼ
同位相で発生する。ここで、位置検出手段１５の分解能
値をＲ(p/r) とすると、このＲとノイズ発生回数Ｎには
Ｒ≫Ｎの関係を必要とする。

【００１５】モータ１により駆動される被駆動部３の駆
動速度や位置を高精度で制御するためには上記のような
ノイズを除去する必要がある。そのノイズ除去について
の本発明における基本的な原理は以下の通りである。す
なわちタコジェネレータなどにおけるノイズの発生に上
記のような周期性があることに着目し、このことを利用
してノイズ発生領域を検出し、回転速度検出手段１３の
回転軸の角変位（回転角度）がこのノイズ発生領域にあ
る状態で測定された速度信号１２は速度フィードバック
用の出力信号１９とせず、その代わりに当該ノイズ発生
領域とその直前のノイズ発生領域との間のノイズ発生領
域外に回転速度検出手段１３の軸の角変位がある状態で
測定された速度信号１２を速度フィードバック用の出力
信号１９とするというものである。

【００１６】このようなノイズ除去を実現するために本
発明では、回転速度検出手段１３の回転軸の角変位がノ
イズ発生領域にあるか否かを判別する処理と、この判別
に基づいて速度フィードバック用の出力信号１９とする
信号を選択する処理とを行う。前者の判別処理は、位置
・速度制御器１７に判別手段として設けてあるマスクゲ
ート２０が行い、後者の信号選択処理は、選択手段とし
て設けてあるサンプルホールド手段１８が行う。

【００１７】マスクゲート２０における判別処理を可能
とするためには、ノイズ発生領域の幅（位相角）、判別
処理の始点を与える基準、およびこの基準から最初のノ
イズ発生領域までの位相角つまり初期位相角についての
データを必要とする。これらは位置・速度制御器１７の
初期調整時などに設定する。まずノイズ発生領域の幅の
設定について説明する。

【００１８】図４にノイズ発生領域の位相角の設定方法
の例を示す。図４は、インクリメンタル方式のロータリ
ーエンコーダを用いた位置検出手段１５がほぼ一定速度
で回転中に発生する角変位信号１６の元となるＡ相、Ｂ
相、及びＺ相の信号と、回転速度検出手段１３からの速
度信号１２との同時実測データの時間変化を描いたもの
である。図４の横軸には（作業時に得られる波形とし
て）時間t(s)をとっているが、速度信号１２に関しては
リップルノイズに対応する回転速度検出手段１３の回転
軸の位相角も記入した。速度信号１２におけるノイズ発
生周期に対応する角変位Δθは、図３に関して説明した
ようにノイズが位相角２π／Ｎごとに発生することか
ら、Δθ＝２π／Ｎである。この速度信号１２の波形
と、Ａ相、Ｂ相の各パルス波形とから、実際にノイズが
発生する位相角（領域幅）の角変位Δθに対する割合ａ
の値を計算する。このａの値は、指令回転速度を幾通り
か変えて求め、もし回転速度に応じて変化する場合には
指令回転速度の関数の形で設定する。そのような設定
は、例えばアナログ回路を組むことで行うことができ
る。そして、実際にノイズが発生している領域ａΔθの
前後に各々θ１、θ２の余裕（例えばθ１＝θ２＝ａΔ
θ／２）を設け、合計でａΔθ＋θ１＋θ２（θ１＝θ
２＝ａΔθ／２の場合は２ａΔθ）なる幅を持つ位相角
領域をノイズ発生領域と定義する。

【００１９】次に判別処理の始点を与える基準の設定と
初期位相角の設定方法を図５の例に基づいて説明する。
まず、モータ軸を一定方向に回転させ、これに応じて位
置検出手段（ロータリーエンコーダ）１５がＺパルス
（Ｚ相のパルス）を発生したら、そのＺパルスの発生時
点を判別処理の始点を与える基準とし、このＺパルスの
発生時点から最初にノイズが発生するまでに発生するＡ
パルス（Ａ相のパルス）の数Ｎｉを数える。図５の例で
はＮｉ＝３と数えられる。次に、ノイズ発生周期に対応
する角変位Δθ＝２π／Ｎだけ回転する間に発生するＡ
パルスの数Ｎｒを数える。本例ではＮｒ＝８と数えられ
る。ここで、回転速度検出手段１３の回転軸の１回転当
たりのノイズ発生回数が上記のようにＮであり、位置検
出手段１５の分解能、つまり位置検出手段１５が回転速
度検出手段１３の回転軸の１回転当たり（これはモータ
１の軸の１回転当たりと同等であり、被駆動部３の単位
移動距離にも対応する）に発生するＡパルスやＢパルス
の数が上記のようにＲであることから、Ｎｒ≒Ｒ／Ｎと
なる。

【００２０】ＮｉとＮｒが得られたら両者の比Ｓ＝Ｎｉ
／Ｎｒを計算する。本例ではＳ＝３／８である。このＳ
からＳ・Δθを計算して角度に換算する。本例では約
２．３６（ｒａｄ）≒１３５度である。このようにして
Ｚパルス発生後の最初のノイズの開始時点を求めること
ができるので、これをノイズの発生に関する初期位相角
とし、これを予め与えられるデータとして位置・速度制
御器１７に入力する。この初期位相角の入力後にそれが
正しく設定されていることを確認する必要のある場合に
は、位置・速度制御器１７に付属するディスプレイ表示
器などで図５のような信号を表示してそれを行うことが
できる。なお、位置検出手段１５をモータ１の回転軸に
直結させずに、例えばモータ１の回転出力をＫ倍に減速
する減速機の出力軸に接続する場合も、同様の方法で初
期位相角を入力することができる。

【００２１】マスクゲート２０は、以上のようにして予
め設定されているノイズ発生領域の幅と判別処理の始点
基準および初期位相角に基づいて、回転速度検出手段１
３の回転軸の角変位がノイズ発生領域にあるか否かを判
別し、その判別結果をサンプルホールド手段１８に出力
する。そしてサンプルホールド手段１８は、マスクゲー
ト２０からの出力に応じて入力信号をそのまま出力する
か、サンプルホールドして出力するかの選択を行う。以
下このサンプルホールド手段１８における処理について
説明する。

【００２２】サンプルホールド手段１８は、回転速度検
出手段１３の軸の角変位がノイズ発生領域に至ったこと
を示す信号がマスクゲート２０から出力されると、その
時点の速度信号１２を、回転速度検出手段１３の回転軸
の角変位がノイズ発生領域を通過するまでサンプルホー
ルドし、その間はこのホールドした信号を出力信号１９
とする。一方、回転速度検出手段１３の回転軸の角変位
がノイズ発生領域にない場合には速度信号１２をそのま
ま出力信号１９とする。サンプルホールド手段１８によ
るサンプルホールド処理は、一例として０次ホールド、
つまりサンプリング時点の電圧値をそのまま維持するも
のであり、サンプルホールド手段１８へ入力する速度信
号１２は、図６に示す出力信号１９のように値をホール
ドされてリップルノイズを消去される。なお０次ホール
ドに代えて１次ホールド処理を行う場合、つまりホール
ド値に１次関数で外挿する場合の出力信号１９の波形は
図７に示すようになる。ホールド処理の持続時間τはノ
イズ発生領域の幅により定まる。ノイズ発生周期に対応
するモータ回転軸の位相角は図８に示すように与えられ
る。モータ回転軸の角変位θが２π／Ｎに達する毎に位
相角値を０に戻し、位相角値が０から所定値θhold（２
ａΔθ）までの時間τの間はホールド処理を持続する。

【００２３】図９に第２の実施形態による位置・速度制
御装置の構成を示す。本実施形態と第１の実施形態との
主な相違は、上述したような原理によるノイズ除去を第
１の実施形態ではアナログ回路で行っていたのに対し、
デジタル回路で行うようにした点である。すなわち位置
・速度制御器１７にＡ／Ｄコンバータ２７を設けるとと
もに、例えばバッファのようなデジタル形の記憶手段が
用いられる検出速度値保持手段２８を選択手段として設
け、回転速度検出手段１３からの速度信号１２をＡ／Ｄ
コンバータ２７で変換してデジタル速度信号２９とし、
これをノイズ除去の選択的出力のために検出速度値保持
手段２８に一時的に保持するようにしている。そしてマ
スクゲート２０Ａから出力される後述の判別信号に応じ
たセレクタ３１による切換により、検出速度値保持手段
２８に保持してある検出速度値、ＤＡ変換器１９Ａを介
してを速度フィードバック用の出力信号１９として出力
するようにしている。勿論、制御器１７がディジタル形
であれば、ＤＡ変換器１９Ａは不要である。

【００２４】本実施形態におけるマスクゲート２０Ａの
具体的な構成は一例として図１０に示すようなもとする
ことができる。カウンタ３２は、位置検出手段（ロータ
リーエンコーダ）１５からの位置信号（角変位信号）１
６のパルス（図４および図５参照）をカウントする。そ
のカウントは、位置信号１６に含まれるＺパルスと初期
位相角に関するプリセット値３３に基づいてなされる。
このカウンタ３２の出力はフリップフロップ３４に入力
する。フリップフロップ３４の出力は位置検出手段１５
からの位置信号１６とともにアンドゲート３５に入力
し、このアンドゲート３５の出力がカウンタ３６に入力
する。カウンタ３６は、ノイズ発生領域幅に関するプリ
セット値３７がセットされ、これに基づいてカウントす
る。このカウンタ３６の出力はフリップフロップ３４に
クリヤー用の信号として入力する。この結果、フリップ
フロップ３４からはノイズ発生領域を判別する信号、つ
まりノイズ発生領域の始点と終点を示す判別信号３９が
出力される。なおこのようなマスクゲート２０Ａは、第
１の実施形態におけるマスクゲート２０にも適用するこ
とができる。

【００２５】図１１に本発明の一実施形態によるステー
ジシステムの構成を示す。このステージシステムは、例
えば電子線描画装置などに用いることのできるものであ
り、直動ステージ１０１を備えている。直動ステージ１
０１は、直進動を可能とされた可動部１０２とこれを支
持する固定の案内１０３からなり、その可動部１０２が
モータ１で駆動される被駆動部となる。モータ１の駆動
力は伝動機構２を介して可動部１０２に伝えられる。伝
動機構２は、ヘリカルカップリング１０４と摩擦伝動機
１０５およびロッド１０６からなり、その摩擦伝動機１
０５は、伝動軸１０７、この伝動軸１０７に圧接するキ
ャプスタン１０８、キャプスタン１０８の反対側から伝
動軸１０７を挟むカムフォロワ１０９、およびキャプス
タン１０８とカムフォロワ１０９を支持するキャプスタ
ンベース１１０からなる。

【００２６】モータ１にはタコジェネレータを用いた回
転速度検出手段１３が取り付けられており、この回転速
度検出手段１３はその回転軸がモータ１の回転軸１１に
直結するようにされている。一方、直動ステージ１０１
には、その可動部１０２の位置変位を検出する位置検出
手段１１１が設けられている。図１１の例では位置検出
手段１１１として、非接触で可動部１０２の位置変位を
検出することのできるレーザ干渉計を用いているが、こ
の他に例えば非接触式のリニアエンコーダなどを用いる
ことができる。

【００２７】以上のようなステージシステムに従来の速
度制御器を組み込んだシステム構成を図２に対応するブ
ロック図で示すと図１２のようになる。本実施形態では
第２の実施形態による位置・速度制御器１７を図１２の
制御器１７に代えて組み込んでおり、図１３はそのよう
にした構成をブロック図で示している。したがって図１
３のステージシステムにおける位置・速度制御器１７
は、第２の実施形態による図９の位置・速度制御器１７
と同一の構成を有し、またその動作も同様である。た
だ、レーザ干渉計を用いた位置検出手段１１１により直
動ステージ１０１の可動部１０２の変位を直接的に検出
するようにしていることから、初期調整について第２の
実施形態とは若干相違する点がある。以下これについて
説明する。

【００２８】可動部１０２の位置１１２とモータ１の回
転軸（これは回転速度検出手段１３の回転軸と実質的に
同じ）の回転角（角変位）１４との関係の校正作業は、
初期調整時に行う他に、点検時や起動時にも行う。初期
調整時の校正作業では、回転速度検出手段１３のノイズ
発生領域の幅（位相角）を、回転速度検出手段１３の機
種に応じて、適切なテーブルまたは定数として第１の実
施形態と同様に実験的に求めて設定するとともに、初期
位相角を求めて入力する。これ以降の点検時や起動時の
校正作業では、初期位相角のみを入力する。

【００２９】初期位相角の具体的な入力方法は以下の通
りである。直動ステージ１０１の可動部１０２をその座
標原点位置付近で一定速度で駆動し、位置検出手段１１
１からの位置信号１１３と回転速度検出手段１３からの
速度信号１２との図４のような同時実測データの時間変
化を位置・速度制御器１７に付属するディスプレイなど
に表示しながら、ノイズ発生の１周期中のどの部分に可
動部１０２の原点位置が相当するかを調べる。原点位置
が分かったらこれを基準としたノイズ発生の初期位相角
を設定する。初期位相角が正しく設定されていることの
確認作業は、設定時と同様に可動部１０２をその座標原
点位置付近で一定速度で駆動しながら上記と同様に同時
実測データの時間変化を表示して行う。

【００３０】本実施形態によれば、被駆動部である可動
部１０２の位置変位をレーザ干渉計などが用いられる位
置検出手段１１１により直接的に検出することができ
る。このため完全な閉ループにより位置精度を高く保っ
たまま本発明による高精度な速度制御が可能となる。な
お本実施形態では、直動ステージ１０１が１軸タイプで
あったが、多軸のステージシステムにも本発明を適用で
きることは言うまでもない。

【００３１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、回転
速度検出手段の角変位がその回転軸の特定の回転角度域
において発生するノイズの発生領域の内部にあるか否か
を位置検出手段から得られる位置情報を利用して判別
し、この判別に基づいてノイズを除去するようにしてい
る。このため本発明の位置・速度制御装置によれば、従
来のノイズ除去法に較べて応答の遅れが格段に小さくて
済み、したがって指令速度への追従をより高めることが
でき、より高精度な制御が可能となる。またこのような
位置・速度制御装置を適用した本発明のステージシステ
ムによれば、例えば電子線描画装置などの性能向上に寄
与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による位置・速度制御
装置を適用したシステムのブロック図である。

【図２】本発明の位置・速度制御装置を適用することの
できるシステムの一般的な構造についてのブロック図で
ある。

【図３】速度信号の一例についての波形図である。

【図４】ノイズ発生領域幅の設定方法の例を示す図であ
る。

【図５】初期位相角の測定方法を示す図である。

【図６】０次ホールド処理によるリップルノイズ消去前
後の速度信号の波形を比較して示す図である。

【図７】１次ホールド処理によるリップルノイズ消去前
後の速度信号の波形を比較して示す図である。

【図８】位相角とホールドのタイミングを示す図であ
る。

【図９】本発明の第２の実施形態による位置・速度制御
装置を適用したシステムのブロック図である。

【図１０】マスクゲートの一例による具体的構成につい
ての回路図である。

【図１１】本発明の一実施形態によるステージシステム
の概略構成を示す斜視図である。

【図１２】図１１のステージシステムに一般的な制御装
置を適用した例のブロック図である。

【図１３】図１１のステージシステムに本発明による位
置・速度制御装置を適用した例のブロック図である。

【符号の説明】

１ モータ ３ 被駆動部 ４ 位置信号 １２ 速度信号 １３ 回転速度検出手段 １５ 位置検出手段 １６ 角変位信号（位置信号） １７ 位置・速度制御器 １８ サンプルホールド処理手段（選択手段） ２０ マスクゲート（判別手段） ２０Ａ マスクゲート（判別手段） ２８ 検出速度値保持手段（選択手段） １０１ 直動ステージ １０２ 可動部 １１１ 位置検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０５Ｄ 13/62 Ｇ０５Ｄ 13/62 Ｅ (72)発明者 藤井 憲 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器グループ内 Ｆターム(参考） 2F077 AA21 AA39 CC02 CC09 FF36 TT62 TT75 UU20 UU24 5H313 AA30 BB07 CC01 CC04 DD01 EE07 GG02 GG12 GG17 HH05 JJ03 KK04 LL02 MM14 5H550 AA18 BB08 GG02 GG03 JJ02 JJ06 JJ12 JJ14 JJ16 LL03 LL36 MM19

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータにより駆動されることで移動する
   被駆動部の駆動速度と位置を制御するために、前記モー
   タの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記被駆
   動部の位置を検出する位置検出手段とを備えた位置・速
   度制御装置において、前記回転速度検出手段の回転軸の
   角変位が当該回転速度検出手段の出力信号にノイズを発
   生する領域にあるか否かを前記位置検出手段からの出力
   信号に基づいて判別し、この判別に基づいて前記回転速
   度検出手段からの出力信号のノイズを除去できるように
   なっていることを特徴とする位置・速度制御装置。
2. 【請求項２】 モータにより駆動されることで移動する
   被駆動部の駆動速度と位置を制御するために、前記モー
   タの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記被駆
   動部の位置を検出する位置検出手段とを備えた位置・速
   度制御装置において、前記回転速度検出手段の回転軸の
   角変位が当該回転速度検出手段の出力信号にノイズを発
   生する領域にあるか否かを前記位置検出手段からの出力
   信号に基づいて判別する判別手段と、前記回転速度検出
   手段からの出力信号を一時的に保持できるようにされて
   いるとともに、前記判別手段による判別に応じて、前記
   回転速度検出手段の回転軸の角変位がノイズ発生領域に
   ある場合には当該ノイズ発生領域とその直前のノイズ発
   生領域との間のノイズ発生領域外で検出されて前記一時
   保持をなされている信号を速度フィードバック用の出力
   信号とする選択を行うことができるようにされている選
   択手段とを備えたことを特徴とする位置・速度制御装
   置。
3. 【請求項３】 モータと、前記モータの回転角速度を検
   出する回転速度検出手段と、前記モータにより直線動を
   なすように駆動される可動部を有するステージと、前記
   ステージの可動部の位置を検出する位置検出手段とを備
   えたステージシステムにおいて、前記回転速度検出手段
   の回転軸の角変位が当該回転速度検出手段の出力信号に
   ノイズを発生する領域にあるか否かを前記位置検出手段
   からの出力信号に基づいて判別し、この判別に基づいて
   前記回転速度検出手段からの出力信号のノイズを除去で
   きるようにされた制御手段を備えたことを特徴とするス
   テージシステム。
4. 【請求項４】 モータと、前記モータの回転角速度を検
   出する回転速度検出手段と、前記モータにより直線動を
   なすように駆動される可動部を有するステージと、前記
   ステージの可動部の位置を検出する位置検出手段と、前
   記回転速度検出手段からの出力信号と前記位置検出手段
   からの出力信号に基づいて前記可動部の駆動速度と位置
   を制御する位置・速度制御装置とを備えたステージシス
   テムにおいて、前記位置・速度制御装置は、前記回転速
   度検出手段の回転軸の角変位が当該回転速度検出手段の
   出力信号にノイズを発生する領域にあるか否かを前記位
   置検出手段からの出力信号に基づいて判別する判別手段
   と、前記回転速度検出手段からの出力信号を一時的に保
   持できるようにされているとともに、前記判別手段によ
   る判別に応じて、前記回転速度検出手段の回転軸の角変
   位がノイズ発生領域にある場合には当該ノイズ発生領域
   とその直前のノイズ発生領域との間のノイズ発生領域外
   で検出されて前記一時保持をなされている信号を速度フ
   ィードバック用の出力信号とする選択を行うことができ
   るようにされている選択手段とを備えていることを特徴
   とするステージシステム。