JP2003130128A - 能動除振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 除振性能に悪影響を与える回転成分の振動や
局所的振動を持つ装置設置基礎の振動をフィードフォワ
ードした場合にも十分な除振性能を実現する。 【解決手段】 支持機構により防振支持された精密機器
搭載用の除振台の振動を検出し、その振動信号を適切に
補償するフィードバックループと、除振装置が設置され
る装置設置基礎の振動を検出し、その出力から設置基礎
の運動モードを抽出した後適切に補償する第１のフィー
ドフォワードループと、装置設置基礎の振動信号を適切
に補償する第２のフィードフォワードループとを設ける
ことで除振性能へ悪影響を与える装置設置基礎の回転成
分振動や局所的振動が存在した場合にも十分な振動抑制
性能を引き出すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、精密機器搭載用の
能動除振装置に関し、特に装置設置基礎からの振動伝達
特性を従来に比較して大きく改善した能動除振装置に関
する。

【０００２】

【従来技術】電子顕微鏡や半導体露光装置等の精密機器
の高精度化にともない、除振装置の除振性能に対する要
求は厳しく、高性能な除振装置が不可欠になっている。

【０００３】このような要求に対しては、除振台の振動
を振動センサで検出し、その出力信号を補償して、除振
台へ制御力を加えるフィードバック制御だけでなく、装
置設置基礎の振動を補償し加振手段にフィードフォワー
ドする振動制御方法により、除振性能は飛躍的に向上し
た。

【０００４】図３は従来の能動除振装置の構成を示す。
図３の除振装置は、精密機器３を搭載する除振台１と、
前記除振台１を防振支持するとともに前記除振台１へ制
御力を加える加振手段であるアクチュエータを内蔵する
複数の支持機構２と、前記除振台１の振動を検出する複
数の第１の振動検出手段４と、前記複数の第１の振動検
出手段４の出力信号に基づき前記除振台１の並進・回転
などの各運動モードの振動信号を抽出する除振台運動モ
ード抽出手段６と、前記除振台運動モード抽出手段６の
出力を補償するフィードバック補償演算手段７と、前記
除振台１とそれを防振支持する支持機構２からなる除振
系が設置される装置設置基礎５の振動を検出する複数の
装置設置基礎振動検出手段（以下、「第２の振動検出手
段」と称す）９と、前記第２の振動検出手段９の出力を
補償するフィードフォワード補償演算手段２１と、前記
フィードバック補償演算手段７により得られた各運動モ
ードのフィードバック補償信号を複数の前記支持機構２
に内蔵されるアクチュエータへの駆動信号として分配す
る推力分配手段８と、前記推力分配手段８の生成した制
御信号と前記フィードフォワード補償演算手段２１によ
り得られたフィードフォワード補償信号とを合成し前記
支持機構２に内蔵されるアクチュエータを駆動させる駆
動回路１５などから構成される。

【０００５】上記従来例では装置設置基礎振動が並進振
動主体であることが前提となっている。しかし、装置が
設置される建物の構造等によっては、装置設置基礎振動
に回転振動成分が含まれる場合があり、装置設置基礎の
並進振動のみを考慮して振動制御を行なっても、十分な
振動絶縁効果が得られない場合があった。

【０００６】この問題を解決するために、特開平９−１
９０９５７号公報「能動除振装置および能動除振方法」
では、装置設置基礎の振動を検出し、この検出信号から
並進および回転の各運動モードの信号を抽出し、この各
運動モードの信号に補償を施し、そしてこの補償信号を
分配した信号に基づいて前記除振台に制御力を加えて除
振するようにしたため、装置設置基礎の並進振動ととも
に、従来のこの種の能動除振技術では十分に確保するこ
とが困難であった、装置設置基礎の回転振動の絶縁性能
を大幅に向上させている。

【０００７】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、特
開平９−１９０９５７号公報では装置設置基礎が完全な
剛体でないために発生する局所的振動の励起が考慮され
ていない。そのため局所的振動が含まれた装置設置基礎
の振動をフィードフォワードすると除振装置の性能を悪
化させることがあった。

【０００８】本発明は、上記の従来例における問題点に
鑑みてなされたもので、除振性能に悪影響を与える回転
成分の振動や局所的振動を持つ装置設置基礎の振動をフ
ィードフォワードした場合にも十分な除振性能を発揮す
る除振装置を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明では、アクチュエータを内蔵する複数の支持機
構と、前記支持機構により防振支持された除振台とを有
する能動除振装置であって、前記除振台と前記支持機構
からなる除振系が設置される装置設置基礎の振動を検出
する複数の装置設置基礎振動検出手段と、前記装置設置
基礎振動検出手段の出力信号から装置設置基礎の並進、
回転などの各運動モードの振動信号を抽出する装置設置
基礎運動モード抽出手段と、前記各運動モードの振動信
号を補償する第１のフィードフォワード補償演算手段
と、前記装置設置基礎振動検出手段の出力を補償する第
２のフィードフォワード補償演算手段と、前記第１およ
び第２のフィードフォワード補償演算手段により得られ
たフィードフォワード補償信号を合成し前記アクチュエ
ータに駆動信号を加える駆動手段とを備えることを特徴
とする。

【００１０】好ましくは、装置設置基礎振動検出手段の
出力から異なる周波数帯域の振動信号を分離抽出して第
１および第２のフィードフォワード補償演算手段に入力
する。例えば装置設置基礎振動検出手段の出力のうち比
較的低い周波数帯域の成分は装置設置基礎運動モード抽
出手段を介して第１のフィードフォワード補償演算手段
に、装置設置基礎振動検出手段の出力のうち比較的高い
周波数帯域の成分は第２のフィードフォワード補償演算
手段に入力する。振動信号の分離は、例えばバンドパス
フィルタ等のフィルタを用いて行なう。すなわち、装置
設置基礎振動検出手段の出力のうち比較的低い周波数帯
域の成分は第１のフィルタで分離抽出して第１のフィー
ドフォワード補償演算手段に、装置設置基礎振動検出手
段の出力のうち比較的高い周波数帯域の成分は第２のフ
ィルタで分離抽出して第２のフィードフォワード補償演
算手段に入力する。

【００１１】あるいは、１種類の装置設置基礎振動検出
手段の出力から所望の２つの周波数帯域の振動信号を分
離して用いる代わりに、装置設置基礎の並進および回転
を含む各運動モードの振動信号を検出するための並進回
転振動検出手段と、局所的振動を検出するための局所的
振動検出手段との２種類の装置設置基礎振動検出手段を
用いるようにしてもよい。この場合でも、各振動検出手
段の出力のうち、所望帯域外の信号は、ノイズとして除
振装置の動作を不安定にする場合があるので、各振動検
出手段の出力はそれぞれバンドパスフィルタを通して、
所望帯域外の信号がフィードフォワードされないように
することが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態に係
る能動除振装置は、精密機器を搭載する除振台と、前記
除振台を防振支持するとともに前記除振台へ制御力を加
える加振手段であるアクチュエータを内蔵する複数の支
持機構と、前記除振台の振動を検出する複数の第１の振
動検出手段と、前記複数の第１の振動検出手段の出力信
号に基づき補償するフィードバックループと、前記除振
台とそれを防振支持する支持機構からなる除振系が設置
される装置設置基礎の振動を検出する複数の装置設置基
礎振動検出手段（第２の振動検出手段）と、前記第２の
振動検出手段の出力から装置設置基礎の並進・回転など
の各運動モードの振動信号を抽出する設置基礎運動モー
ド抽出手段と、前記設置基礎運動モード抽出手段の出力
を補償する第１のフィードフォワードループと、第１の
フィードフォワードループによって得られた各運動モー
ドの補償信号を複数の前記アクチュエータに分配する制
御ループと、前記第２の振動検出手段の出力を補償する
第２のフィードフォワードループとを備える。

【００１３】

【作用】本発明によれば、第１のフィードフォワードル
ープを設けることで装置設置基礎の並進回転振動の絶縁
性能を大幅に向上させ、第２のフィードフォワードルー
プを設けることで装置設置基礎が有する局所的振動によ
る除振性能の悪化を防ぎ、十分な振動抑制性能を引き出
すことができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。 ［実施例１］図１は、本発明の一実施例に係る除振装置
の構成を示す。なお、本実施例では水平３自由度の運
動、すなわち水平並進２自由度と鉛直軸まわり回転１自
由度の制御ないしは、鉛直３自由度の剛体運動モード、
すなわち鉛直並進１自由度および水平軸まわり回転２自
由度の制御を行なう装置を例にとって説明するが、並進
・回転各３自由度を合わせた６自由度の運動モードを本
装置と同様に制御する装置も本発明に含まれるものであ
る。

【００１５】図１の除振装置は、精密機器３を搭載する
除振台１と、前記除振台１を防振支持するとともに前記
除振台１へ制御力を加える加振手段であるアクチュエー
タを内蔵する複数の支持機構２と、前記除振台１の振動
を検出する複数の第１の振動検出手段４と、前記複数の
第１の振動検出手段４の出力信号に基づき前記除振台１
の並進・回転などの各運動モードの振動信号を抽出する
除振台運動モード抽出手段６と、前記除振台運動モード
抽出手段６の出力を補償するフィードバック補償演算手
段７と、前記除振台１とそれを防振支持する支持機構２
からなる除振系が設置される装置設置基礎５の振動を検
出する複数の装置設置基礎振動検出手段（第２の振動検
出手段）９と、前記第２の振動検出手段９の出力から装
置設置基礎の並進・回転などの各運動モードの振動信号
を抽出する設置基礎運動モード抽出手段１０と、前記設
置基礎運動モード抽出手段１０の出力を補償する第１の
フィードフォワード補償演算手段１１と、前記第２の振
動検出手段９の出力を補償する第２のフィードフォワー
ド補償演算手段１２と、前記フィードバック補償演算手
段７により得られた各運動モードのフィードバック補償
信号と前記第１のフィードフォワード補償演算手段１１
により得られた各運動モードのフィードフォワード補償
信号を合成したのち複数の前記アクチュエータの駆動信
号として分配する推力分配手段８と、前記推力分配手段
８の生成した制御信号と前記第２のフィードフォワード
補償演算手段１２により得られたフィードフォワード補
償信号とを合成し前記アクチュエータ２を駆動させる駆
動回路１５などから構成される。

【００１６】まずフィードバックループの構成について
説明する。支持機構２により防振支持された除振台１の
振動を、加速度センサなどの複数の第１の振動検出手段
４で検出し、増幅器１３で増幅した後バンドパスフィル
タ１４により必要な周波数帯域のみを通過させた振動信
号から運動モード抽出手段６により除振台１の並進・回
転などの各運動モードの振動情報を抽出する。前記除振
台運動モード抽出手段６に用いられる運動モード変換式
は除振台１の重心位置および振動検出手段４の配置によ
り決定される。前記除振台運動モード抽出手段６により
抽出された各運動モードの振動情報はフィードバック補
償演算手段７で演算処理される。

【００１７】次に第１のフィードフォワードループにつ
いて説明する。除振装置が設置される装置設置基礎５の
振動を第２の振動検出手段９で検出し、増幅器１６で増
幅した後バンドパスフィルタ１７により不必要な周波数
帯域のみを除去した振動信号から設置基礎運動モード抽
出手段１０により装置設置基礎５の並進・回転などの各
運動モードの振動情報を抽出する。前記運動モード抽出
手段１０により抽出された各運動モードの振動情報は第
１のフィードフォワード補償演算手段１１で演算処理さ
れる。第１フィードフォワードループは装置設置基礎か
ら伝わる並進・回転振動を抑制する。なお第２の振動検
出手段９には加速度センサを用いることができるが、第
２の振動検出手段９は、例えば、第１の振動検出手段４
と、装置設置基礎５と除振台１の相対変位を検出する変
位センサの信号から、装置設置基礎５の加速度信号と等
価な信号を演算で求めるものであってもよい。

【００１８】第２のフィードフォワードループは以下の
ように構成される。前記第２の振動検出手段９で検出し
た振動信号からバンドパスフィルタ１８により必要な周
波数帯域のみを分離抽出する。抽出された振動信号は、
第２のフィードフォワード補償手段１２で演算処理され
る。前記第２のフィードフォワード補償演算手段１２に
より得られたフィードフォワード補償信号は前記第２の
振動検出手段９直近のアクチュエータの駆動信号とな
る。第２のフィードフォワードループは装置設置基礎が
有する局所的振動を抑制する。なお、バンドパスフィル
タ１８は、フィルタ１７よりも高い周波数を通過するも
のである。

【００１９】前記フィードバック補償演算手段７により
得られた各運動モードのフィードバック補償信号と前記
第１のフィードフォワード補償演算手段１１により得ら
れた各運動モードのフィードフォワード補償信号はそれ
らを合成したのち推力分配手段８により複数のアクチュ
エータの駆動信号として分配される。さらに推力分配手
段８により生成されたアクチュエータの駆動信号と第２
のフォワードループにより生成されたアクチュエータの
駆動信号は合成され、得られた駆動信号を駆動回路１５
に入力し、アクチュエータを駆動する。

【００２０】また、本実施例では説明しなかったが、除
振台１の基準位置に対する変位量を検出する変位検出手
段を備え、変位検出手段の出力信号を補償して支持機構
２に組み込まれたアクチュエータにフィードバックする
制御ループを備えてもよい。

【００２１】なお、フィードバックループは各運動モー
ドごとに補償を行なう必要はなく、第１の振動検出手段
の出力信号に対して補償を行なっても良い。例えば、図
１において、除振台運動モード抽出手段６と推力分配手
段８それぞれの入力と出力を直結してこれらの手段６，
８を除去し、第１のフィードフォワード補償演算手段１
１の出力を推力分配手段８と類似の手段によって複数の
アクチュエータの駆動信号として分配した後、フィード
バック補償演算手段７の出力および第２のフィードフォ
ワード補償演算手段１２の出力と合成する構成である。
この場合、フィードバック補償演算手段７の伝達係数は
必要に応じて適宜変更されている。

【００２２】［実施例２］振動検出手段は測定可能な周
波数範囲が限られることから、装置設置基礎の並進回転
振動と局所的振動の周波数が離れている場合、並進回転
振動検出用の振動検出手段と局所的振動検出用の振動検
出手段を分けると良い。図２は、装置設置基礎振動検出
手段として、並進回転振動検出用の振動検出手段と局所
的振動検出用の振動検出手段との２種類の振動検出手段
を用いた除振装置の構成を示す。

【００２３】図２の装置は、精密機器３を搭載する除振
台１と、前記除振台を防振支持するとともに前記除振台
へ制御力を加える加振手段であるアクチュエータを内蔵
する複数の支持機構２と、前記除振台１の振動を検出す
る複数の第１の振動検出手段４と、前記複数の第１の振
動検出手段４の出力信号に基づき前記除振台１の並進・
回転などの各運動モードの振動信号を抽出する除振台運
動モード抽出手段６と、前記除振台運動モード抽出手段
６の出力を補償するフィードバック補償演算手段７と、
前記除振台１とそれを防振支持する支持機構２からなる
除振系が設置される装置設置基礎５の並進回転振動を検
出する複数の並進回転振動検出手段（第２の振動検出手
段）９と、装置設置基礎５の局所的振動を検出する複数
の局所的振動検出手段（以下、「第３の振動検出手段」
と称す）２０と、前記第２の振動検出手段９の出力から
装置設置基礎の並進・回転などの各運動モードの振動信
号を抽出する設置基礎運動モード抽出手段１０と、前記
設置基礎運動モード抽出手段１０の出力を補償する第１
のフィードフォワード補償演算手段１１と、前記第３の
振動検出手段２０の出力を補償する第２のフィードフォ
ワード補償演算手段１２と、前記フィードバック補償演
算手段７により得られた各運動モードのフィードバック
補償信号と前記第１のフィードフォワード補償演算手段
１１により得られた各運動モードのフィードフォワード
補償信号を合成したのち複数の前記アクチュエータの駆
動信号として分配する推力分配手段８と、前記推力分配
手段８の生成した制御信号と前記第２のフィードフォワ
ード補償演算手段１２により得られたフィードフォワー
ド補償信号を合成し前記アクチュエータ２を駆動させる
駆動回路１５などから構成される。

【００２４】まず第１のフィードフォワードループにつ
いて説明する。除振装置が設置される装置設置基礎５の
並進回転振動を第２の振動検出手段９で検出し、増幅器
１６で増幅した後バンドパスフィルタ１７により不必要
な周波数帯域のみを除去した振動信号に基づいて設置基
礎運動モード抽出手段１０により装置設置基礎５の並進
・回転などの各運動モードの振動情報を抽出する。前記
運動モード抽出手段１０により抽出された各運動モード
の振動情報は第１のフィードフォワード補償演算手段１
１で演算処理される。第１フィードフォワードループは
装置設置基礎から伝わる並進・回転振動を抑制する。な
お、バンドパスフィルタ１７は、後述のフィルタ１８よ
りも低い周波数を通過するものである。

【００２５】次に第２のフィードフォワードループにつ
いて説明する。除振装置が設置される装置設置基礎５の
局所的振動を第３の振動検出手段２０で検出し、増幅器
１９で増幅した後バンドパスフィルタ１８により必要な
周波数帯域のみを分離抽出する。抽出された振動信号を
第２のフィードフォワード補償手段１２で演算処理され
るものである。前記第２のフィードフォワード補償演算
手段１２により得られたフィードフォワード補償信号は
前記第２の振動検出手段９直近のアクチュエータの駆動
信号となる。第２のフィードフォワードループは装置設
置基礎が有する局所的振動を抑制する。

【００２６】これ以外の演算処理は、実施例１に記載し
たものと同様に行なえばよい。また第１の実施例と同様
に、フィードバックループは各運動モードごとに補償を
行なう必要はなく、第１の振動検出手段の出力信号に対
して補償を行なっても良い。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、装置設置
基礎に回転成分の振動や局所的振動が存在する場合でも
十分な振動抑制性能を引き出すことが出来る除振装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る除振装置の構成図で
ある。

【図２】 本発明の他の実施例に係る除振装置の構成図
である。

【図３】 従来の除振装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１…除振台、２…除振台の支持機構、３…精密機器、４
…第１の振動検出手段、５…装置設置基礎、６…除振台
運動モード抽出手段、７…フィードバック補償演算手
段、８…推力分配手段、９…装置設置基礎振動検出手段
または並進回転振動検出手段（第２の振動検出手段）、
１０…設置基礎運動モード抽出手段、１１…第１のフィ
ードフォワード補償演算手段、１２…第２のフィードフ
ォワード補償演算手段、１３、１６、１９…増幅器、１
４，１７，１８…バンドパスフィルタ、１５…アクチュ
エータ駆動回路、２０…局所的振動検出手段（第３の振
動検出手段）、２１…フィードフォワード補償演算手
段。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクチュエータを内蔵する複数の支持機
   構と、前記支持機構により防振支持された除振台とを有
   する能動除振装置であって、 前記除振台と前記支持機構からなる除振系が設置される
   装置設置基礎の振動を検出する複数の装置設置基礎振動
   検出手段と、 前記装置設置基礎振動検出手段の出力信号から装置設置
   基礎の並進、回転などの各運動モードの振動信号を抽出
   する装置設置基礎運動モード抽出手段と、 前記各運動モードの振動信号を補償する第１のフィード
   フォワード補償演算手段と、 前記装置設置基礎振動検出手段の出力を補償する第２の
   フィードフォワード補償演算手段と、 前記第１および第２のフィードフォワード補償演算手段
   により得られたフィードフォワード補償信号を合成し前
   記アクチュエータに駆動信号を加える駆動手段とを備え
   ることを特徴とする能動除振装置。
2. 【請求項２】 前記装置設置基礎振動検出手段の出力
   は、異なる周波数帯域の振動信号に分離抽出され、前記
   第１および第２のフィードフォワード補償演算手段で演
   算処理されることを特徴とする請求項１に記載の能動除
   振装置。
3. 【請求項３】 前記装置設置基礎振動検出手段の出力の
   うち比較的低い周波数の成分を通過して前記装置設置基
   礎運動モード抽出手段に入力する第１のフィルタと、前
   記装置設置基礎振動検出手段の出力のうち比較的高い周
   波数の成分を通過して第２のフィードフォワード補償演
   算手段に入力する第２のフィルタとを備えることを特徴
   とする請求項２に記載の能動除振装置。
4. 【請求項４】 アクチュエータを内蔵する複数の支持機
   構と、前記支持機構により防振支持された除振台とを有
   する能動除振装置であって、 前記除振台と前記支持機構からなる除振系が設置される
   装置設置基礎の振動を検出する複数の並進回転振動検出
   手段および複数の局所的振動検出手段と、 前記並進回転振動検出手段から求められた装置設置基礎
   の並進および回転を含む各運動モードの振動信号を補償
   する第１のフィードフォワード補償演算手段と、 前記局所的振動検出手段の出力を補償する第２のフィー
   ドフォワード補償演算手段と、 前記第１および第２のフィードフォワード補償演算手段
   により得られたフィードフォワード補償信号を合成し前
   記アクチュエータに駆動信号を加える駆動手段とを備え
   ることを特徴とする能動除振装置。
5. 【請求項５】 前記並進回転振動検出手段および前記局
   所的振動検出手段は、異なる周波数帯域の振動を検出す
   ることを特徴とする請求項４に記載の能動除振装置。