JP2528552B2 - 平面内精密位置決め装置 - Google Patents

平面内精密位置決め装置

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JP2528552B2 JP2514185A JP51418590A JP2528552B2 JP 2528552 B2 JP2528552 B2 JP 2528552B2 JP 2514185 A JP2514185 A JP 2514185A JP 51418590 A JP51418590 A JP 51418590A JP 2528552 B2 JP2528552 B2 JP 2528552B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、一般に精密位置決め装置に関し、より詳し
くは、１平面内の有限の距離及び角度にわたって非常に
高い線加速度及び角加速度で負荷を移動させることので
きる、超高速電気力学式Ｘ、Ｙ、Θ位置決め装置に関す
る。この位置決め装置独特の特長は、移動要素が軽量で
慣性質量が小さく、空気圧により浮動支持されているの
で運動摩擦が最少であるため高速かつ精密な移動を与
え、かつ移動要素の運動量を相殺して固定部材上の反作
用力とトルクを０に近づけることのできる設計であるた
め固定子に反動を生じない。このことは移動の精密さを
一段と改善す。
［背景技術］ 精密位置決めの必要は、多くの機械及び電子技術分野
で周知である。たとえば、許容差の小さい機械加工では
ツールを正確に位置決めする必要がある。このような位
置決めを達成するための種々の機構、及びそのような機
構を最大限に利用するための種々の技法が知られてい
る。
平面内での精密位置決めを達成するための周知の機構
の１つは、リニア・モータを使って装置を駆動し特定の
位置に保持するものである。このようなリニア・モー
タ、並びに電気機械式パルス・モータ、油圧式アクチュ
エータ、その他の機構が、精密位置決めで使用するもの
として知られている。
ロボット・エンド・エフェクタのための、走査平面に
おける高精密移動の必要に対する典型的な解決方法は、
ＹアクチュエータがＸアクチュエータの端部に物理的に
載荷された、タンデム式に機械的に接続された１対の線
形アクチュエータを設けることである。この方法の短所
は、ＹステージとＸステージが機械的に直列になってお
り、Ｙステージは負荷を移動させるが、ＸステージはＹ
ステージと負荷の両方を移動させなければならないこと
である。対称性が壊れ、クリティカルな応用例では、Ｙ
ステージ用とＸステージ用の制御方式は、関係する機構
が異なるために、異なるものでなければならない。Θ移
動（Ｘ及びＹに直交する軸の周りでの回転）に、さらに
別のタンデム・ステージが必要となることもある。
限られた距離で小さな負荷を高速でしかも精密に移動
させることがしばしば必要となる、多くの応用分野があ
る。これらの応用分野としては、走査顕微鏡検査、リソ
グラフィ、ロボット式アセンブリ、及び自動テストが含
まれる。
走査顕微鏡検査では、小さなプローブの下で試料をラ
スタ走査しなければならない。プローブは、光学式、容
量式、音響式、磁気式、トンネル電流式などでよい。そ
の結果得られる時系列信号が、試料の２次元イメージと
なる。非常に短い時間でイメージを得るためには、走査
装置は極めて高速でなければならない。リソグラフィで
は、マスクと基板を迅速に位置合わせしなければなら
ず、Ｘ、Ｙ、Θでの精密な移動が必要である。
２つの部品、または１つの部品と１つの加工部材を位
置合わせしなければならない、ロボット式アセンブリで
も同じことが言える。ロボット技術ではしばしば、位置
づけられたアームの位置がこれに加わる外力にどの程度
服従して位置を変えるかという剛性、すなわちコンプラ
イアンスを調節し、かつ位置外れ及び部品寸法の変動に
対処できることが望ましい。ロボット技術における有望
な技法は、微細位置決め装置が粗位置決め装置に載荷さ
れた、粗密組合せ移動手法を使用して、解像力を犠牲に
することなく、大きな寸法の作業空間を得ることであ
る。
自動テストでは、電気式または他の種類のプローブを
チップまたはモジュール上の個別の電気的接続パッドに
移動し、そこでテストを実施する。生産においては、プ
ロセスを経済的に魅力的なものにするため、数千回のテ
ストを短時間に実施しなければならない。
本発明は、限られた距離で小さな負荷を高速でしかも
精密に移動させることが必要な応用分野での要件を満た
すものである。
この問題に対する従来の解決方法は、モータ駆動の親
ねじによって移動される線形移動装置及び回転移動装置
を用いるものである。これらのモータは、開ループ・ス
テップ・モータまたは閉ループ直流サーボ・モータのど
ちらでもよい。典型的には、ボール軸受またはクロス・
ローラ軸受のどちらかをサスペンション用に使用する。
最近は、直結駆動リニア・モータが使用され、親ねじは
不要になった。これらの移動システムはすべて、適度に
高い精度、良好な荷重積載能力、しかし非常に低いピー
ク加速度と速度を特徴とする。
工業用ロボットの終端リンクに取り付けるのに十分に
軽くて小さな、改良された移動装置が、ラルフ・Ｌ・ホ
ーリス（Ralph L.Hollis）ジュニアによる「精密Ｘ−Ｙ
位置決め装置（Precision X−Y Positioner）」と題す
る米国特許第4509002号、及びラルフ・Ｌ・ホーリス・
ジュニアとベラ・Ｌ・マシッツ（Bela L.Musits）によ
る「電磁Ｘ−Ｙ−Θ「精密位置決め装置（Electromagne
tic X−Ｙ−T heta Precision Positioner）」と題する
米国特許第4514674号に開示されている。
装置といくつかの自動化の応用例が、1984年８月20〜
23日に日本の京都で開催された国際ロボット技術研究シ
ンポジウムで発表された、Ｒ・Ｈ・テーラー（Tailo
r）、Ｒ・Ｌ・ホーリス（Hollis）、及びＭ・Ａ・レー
ビン（Lavin）の「端点センシングによる精密操作（Pre
cise Manipulation with Endpoint Sensing）」に記載
されており、これは1984年８月７日にEngineering Tech
nology Research Report No.RC10670（＃47860）として
刊行され、その後、IBM Journal of Research and Deve
lopment,Vol.29,No.4,pp.363〜376（1985年７月）に掲
載された。
上記のＸ−Ｙ位置決め装置の工学的詳細は、R.L.ホー
リスの「平面XYロボット式精密位置決め装置（A Planar
XY Robotic Fine Positioning Device）」、1985年度I
EEE国際ロボット技術・自動化会議報文集、米国ミズー
リ州セントルイス、（1985年３月25〜28日）、pp.329〜
336、及びＲ・Ｌ・ホーリスの「平面XYロボット式精密
位置決め装置の設計（Design for a Planar XY Robotic
Fine Positioning Device）」、PED-Vol.15、ロボット
技術と製造自動化（Robotics and Manufacturing Autom
ation）、ASME冬季年次総会、米国フロリダ州マイアミ
ビーチ、（1985年11月17〜22日）、pp.291〜298でも検
討されている。
Ｒ・Ｌ・ホーリス他の「光ファイバ・センシングによ
る精密位置決めを使用するロボット式回路板テスト（Ro
botic Circuit Board Testing Using Fine Positioners
WithFiber-Optic Sensing）」、IBM Engineering Tech
nology Research Report,No.RC11164（＃50243）（1985
年５月21日刊）、pp.1〜14は、電気回路板をテストする
ための精密移動装置の使用を記載している。
これらの参照文献に記載されている移動装置は、適度
に高い速度と加速度（240mm/秒及び8.7gの力）、高い精
度（0.5ミクロンの移動解像度）、限られた行程（±0.9
mm及び２度）、及び適度の負荷能力（通常1kgまたはそ
れ以下）を示す。
本発明に関係するその他の研究としては、アサカワ・
カズオ、アキヤ・フミアキ、及びタバタ・フミオの「可
変コンプライアンス装置とその自動式組立てへの応用
（A Variable Compliance Device and its Application
for Automatic Assembly）」、第５回国際オートファ
クト学会報文集、米国ミシガン州デトロイト（1983年11
月14〜17日）、pp.10-1〜10-17に開示されている。上記
論文は、能動自由度２、受動自由度３のコンプライアン
ス機構を記述している。能動自由度は平面コイルを使用
する。位置決めフィードバックは使用せず、何らかの力
のフィードバックは使用されるが、この装置は位置決め
には使用されない。
もう１つの関連する参照文献は、「自由度６の磁気的
に空中浮揚されるプログラム式コンプライアンス精密移
動装置（Six Degree-of-Freedom Magnetically Levitat
ed Fine Motion Device with Programmable Complianc
e）」と題する米国特許第4874998号であり、複数の自由
度を有し磁気的に空中浮揚される精密移動装置を開示し
ている。この精密移動装置は、コンプライアンス並びに
移動がプログラミング可能である。
電磁装置などの通常の型式の装置のいくつかは、上記
の参照文献のいくつかに開示されている。本発明の装置
は異なった型式の装置であり、電気力学式装置である。
電気力学式装置とは、移動するコイル中の電流が定磁界
と直接に相互作用して動力を発生させる装置である。こ
れに対して、電磁式装置は、固定コイル中の電流が透磁
体中の磁界を変化させて動力を発生させる装置である。
本発明の電気力学的装置は、Ｘ及びＹ方向移動するのみ
ならず回転もし、移動要素が空気軸受で支えられている
ので、静止摩擦がない。
［発明の開示］ 本発明の精密位置決め装置は、多次元平面移動を実行
することができ、少なくとも２つの固定アセンブリと少
なくとも２つの移動アセンブリを含み、２つの移動要素
は固定アセンブリに対して互いに反対方向に高速で動く
ように構成されており、２つの移動要素の運動量が互い
に相殺され、それによって移動要素が高速かつ精密に位
置決めされる。
多次元平面移動を実行することができる精密位置決め
装置は、第１固定アセンブリ、第１移動要素、第３固定
アセンブリ、第２移動要素、及び第２固定アセンブリを
含み、第１移動要素は第１及び第３固定アセンブリ内に
収容され、第２移動要素は第２及び第３固定アセンブリ
内に収容され、かつ第１移動要素は、第２移動要素に対
して運動量を相殺する形で移動するように構成されてい
る。
多次元平面移動を実行することができる精密位置決め
装置は、第１固定アセンブリ、第１移動要素、第２移動
要素、第２固定アセンブリを含み、第１及び第２移動要
素は第１及び第２固定アセンブリ内に収容され、第１移
動要素は、第２移動要素に対して運動量を相殺する形で
移動するように構成されている。
上記の精密位置決め装置は、１つのモータを形成する
固定アセンブリと移動要素を有し、移動要素の移動がセ
ンサによって測定され、このセンサが制御装置手段に情
報を供給し、制御装置が、所望の移動が達成されるよう
に保証する。
［図面の簡単な説明］ 第１図は、本発明による位置決め装置の分解斜視図で
ある。
第２図は、いくつかの要素を取り除いた、本発明によ
る部分的に組み立てられた位置決め装置の斜視図であ
る。
第３図は、第２図に示す本発明による位置決め装置の
断面３−３に沿った立面図である。
第４図は、本発明による組立て済みの位置決め装置の
斜視図である。
第5A図、第5B図、及び第5C図は、本発明による位置決
め装置のコイルのいくつかの可能な構成を示す概略平面
図である。
第６図は、本発明による他の実施例を示す組立て済み
の位置決め装置の立面図である。
［発明の好ましい実施例］ 本発明の基本的構想は、平面磁気コイル・アクチュエ
ータ、空気軸受拘束冷却手段、位置感知、及び制御手段
を相乗的かつ斬新な形で組み合わせて、外部の機械的イ
ンターフェースに反動力を与えることなく、平面内で極
めて高い並進及び回転加速度で移動することのできる装
置を作成することである。
本発明は、永久磁石によって生成される磁界中で動作
する、いくつかの平巻きコイルまたは平面コイルから成
る。２組のコイルが、両側を空気軸受で拘束された２対
の薄い層の間に挟まれている。これは、固定ハウジング
またはフレーム及び同じ１対の平面移動要素を備える装
置を含んでいる。各移動要素の位置と角度は、センサに
よって測定され、アナログ・コンピュータまたはディジ
タル・コンピュータによって、一方の移動要素の各移動
ごとにもう一方の要素に対して逆の移動が実施されるよ
うな形で制御される。この結果、システムの外側から見
ると力及びトルクがほぼ完全に相殺される。便宜上、移
動要素の一方を主要素と呼び、他方を反動要素と呼ぶこ
とができる。さらに、どちらかの移動要素が主要素にな
ることができ、残りの移動要素は反動移動要素と呼ぶこ
とができる。主移動要素は、有用な仕事（例えば、サン
プルまたはツールを空間内で移動する）を行い、その動
的性能が非常に高いために、高い線形及び角運動量を有
する。反動移動要素がなければ、等しい逆向きの運動量
がフレーム（機械的基礎）に伝わって、キックを発生さ
せ、振動を誘発させる。しかし反動移動要素は、等しい
逆向きのキック（すなわち主移動要素の運動量と逆向き
の運動量）を与えるような形で制御され、したがってフ
レームに伝達される残留運動量はゼロに近づくことがで
きる。
ロボットが高性能位置決めステージを担持する場合の
ような粗位置決めと精密位置決めとの組み合わせを用い
るようなプログラム式自動化の応用例にとって、精密移
動ステージからの擾乱が粗移動ロボットの運動に影響し
ないようにするため、反動がほとんどないことは極めて
重要となる。粗密位置決めを使用し、つまりロボットを
使って高性能位置決め装置を載荷し、精密移動装置から
の妨害が粗移動ロボットの移動に影響しないようにす
る。
平面内で自由度３の移動を実現するには、最低３本の
コイルが必要である。ただし、４本、５本、６本、また
はそれ以上のコイルが有利な場合もある。
本発明の性質を示すため、第１図ないし第４図に、本
発明の教示に従って作成した好ましい実施例を示す。制
御を簡単にし、理解し易くするために、４コイルまたは
４スターの構成を選択した。本発明の趣旨または意図か
ら逸脱することなくその他多くの設計が可能である。
第１図に、装置アセンブリの分解斜視図を示し、第２
図に、上部ハウジングと中部ハウジングの一部分を取り
外した内部の図を示す。第２図では、すべてのハウジン
グと左半分の上部リターン・プレートは、磁石アセンブ
リが見えるように外してある。各移動要素のサンドイッ
チ配置の上部シートも、磁気コイルの関係が容易に見え
るように左半分が外してある。
第１図にさらに明解に示すように、超高速電気力学式
Ｘ、Ｙ、Θ位置決め装置５は、第１の固定アセンブリす
なわち下部フレーム10を有し、下部フレーム10は非磁性
材料製で、リターン・プレート18（第１図には示さず）
と下部磁石16を収容するための開口14を有する。第１図
においては磁石16の磁極が下部フレームの表面に現れて
いる。下部磁石16は永久磁石であることが好ましいが、
他の電磁石を使用することもできる。磁束の帰路を与え
るリターン・プレート18は鉄などの透磁性材料製であ
る。下部フレーム10の周縁には、空間を画定する、下部
スペーサ12が形成され、その空間内で第１のすなわち反
動移動要素30が動作可能である。下部スペーサ12の高さ
または厚さは、第１移動要素30の厚さに、第１移動要素
30の上下のエアー・ギャップの厚さを加えたものに等し
い。これは第３図にさらに詳しく示す。第３の固定アセ
ンブリすなわち中部フレーム50の周囲下縁は、下部スペ
ーサ12の上面に載り、またははまり合っている。下部ス
ペーサ12はロッドやブロックなど、どのような形状にす
ることもでき、また開口13を有することができる。開口
13は、もちろん空気軸受用の出口となる。開口13は、図
のように連続した開口でもよく、また構造材料と開放領
域の両方を有するスロット付きの開口でもよい。下部フ
レーム10には、１つまたは複数の光学式または他の形式
のセンサ８を取り付けることもできる。下部フレーム10
は、第１移動要素30の下部シート34の下面にアクセスで
きるようにするための、１つまたは複数の孔15、17を有
することもできる。この孔の１つが、中央アクセス孔17
として示してある。１つまたは複数の開口15はまた、光
信号または電気信号の伝送にも使用できる。
次に、第１移動要素30は、第１固定アセンブリすなわ
ち下部フレーム10の上に置かれ、摩擦が最少になるよう
に並置される。第１移動要素30全体は、動作中は空中に
浮遊している。第１移動要素30は種々の部品から成る。
例えば、上部シート32と下部シート34を有する。上部シ
ート32及び下部シート34内に、開口または空洞37があ
る。この開口または空洞37は、第３図に示すように、ハ
ニカムまたは他の軽量構造材料38、及び下部コイル36で
充填することができる。下部コイル36は、非磁性マンド
レルに巻きつけることが好ましく、次いで下部コイル36
は移されて、下部シート34の上面に置かれる。また、下
部コイル36を非磁性マンドレルと共に、下部シート34の
上面の上に置くことが好ましい場合もある。上部シート
32と下部シート34はそれぞれ、構造材料38とコイル36を
固定して保持する。にかわ、またはある種の接着剤、ま
たはエポキシその他の接着手段を使って、下部シート3
4、上部シート32、及びそれらの内容を一緒に固定保持
することができる。シート32、34は、グラファイトまた
はKevlar（米国デラウェア州ウィルミントンのＥ・Ｉ・
デュポン・ドゥ・ヌムール社の商標）または強化エポキ
シを使用して作成することが好ましいが、ガラス強化エ
ポキシまたはアルミニウムまたはチタンまたはベリリウ
ムでもよい。コイル36からのリード線（図示せず）は、
移動要素30の動きを制御するアナログまたはディジタル
・システム（図示せず）に接続されることになる。アナ
ログまたはディジタル制御装置は、装置５に固定して取
り付けてもよく、また離れた位置にあってもよい。配線
はもちろん、コイル36への適切な電気的接触を確保する
ため、同定して取り付け、移動要素30中を通さなければ
ならない。アナログまたはディジタル制御装置をコイル
36に接続する導線は、編組み線でインダクタンスが低い
ことが好ましい。
第１移動要素30はまた、上部シート32及び下部シート
34を使用せずに作成することもできる。この場合、露出
した下部コイル36は、構造材料38によって一緒に保持さ
れ、第１移動要素30全体が、動作中に空中に浮遊するこ
とになる。
第３の固定アセンブリすなわち中部フレーム50は、主
として中央アクセス孔すなわち開口57と、開口54、55か
ら成る。中部フレーム50の１つまたは複数の孔55は、光
信号または電気信号の伝送に使用される。開口54内に中
部磁石56を埋め込むことが好ましい。中部磁石56は永久
磁石であることが好ましいが、電磁石でもよく、さらに
中部磁石56は、中部フレーム50と同じ厚さであることが
好ましい。その代りに、１つまたは複数の開口54に鉄な
どの透磁性材料を埋め込んでもよい。中部磁石56の下面
と上面は、それぞれ第１移動要素30と第２移動要素70に
自由に影響を及ぼすことができ、その結果、各移動要素
からの少なくとも１つのコイルが同じ磁界を共用する。
中部フレーム50は、第１移動要素30を第２のすなわち主
移動要素70から分離する。第２移動要素70は、上部シー
ト72及び下部シート74を使用せずに作成することもでき
る。この場合、第３図に示すように、露出した上部コイ
ル76は、構造材料78によって一緒に保持され、第２移動
要素70全体が、動作中に空中に浮遊停滞することにな
る。
上部の第２移動要素70は、構造及び質量が第１移動要
素30と同様であり、これも摩擦が最少になるように精密
位置決め装置の内部に並置される。第２移動要素70全体
が、動作中に空中に浮遊する。場合によっては、第１移
動要素30または第２移動要素70のいずれかの質量または
構造を変えることが必要なこともあり得る。第２移動要
素70は、上部シート72と下部シート74を含む。空洞また
は開口77は空洞37と同様であり、既に述べたように、こ
れはハニカムや軽量構造材料78などの構造材料で充填す
ることができる。構造材料78は、第２移動要素70の、上
部シート72と下部シート74との間に挟まっている。上部
シート72及び下部シート74内に、少なくとも３のつの上
部コイル76がある。下部コイル36と同様に、このコイル
76も、アルミニウム・マンドレルなどの非磁性マンドレ
ルに巻きつけられる。コイル76からのリード線79（第２
図に示す）は、移動要素70の動きを制御するアナログま
たはディジタル・システム（図示せず）に接続され、回
路手段が作動電流を供給する。アナログまたはディジタ
ル制御装置は、装置５に固定して取り付けてもよく、ま
た離れた位置にあってもよい。配線79はもちろん、コイ
ル76への適切な電気的接触を確保するため、固定して取
り付け、移動要素70中を通さなければならない。アナロ
グまたはディジタル制御装置をコイル76に接続する導線
79は、編組み線でインダクタンスが低いことが好まし
い。
第２の固定アセンブリすなわち上部フレーム90は、第
１の固定アセンブリすなわち下部フレーム10を作成する
ために使用されるものと同様の材料製である。上部フレ
ーム90は、光信号または電気信号を伝達するための開口
95を有する。中央アクセス孔すなわち開口97は、被加工
物（図示せず）を上部フレーム90の中央に、また第２移
動要素70のシート72の上面に置くことができるようにす
る。また上部フレーム90は上部スペーサ92を有し、上部
スペーサ92の間に開口93を有する。中部フレーム50の周
囲上縁は、上部スペーサ92の下面とはまり合う。上部ス
ペーサ92は、ロッドやブロックなどどのような形状にす
ることもでき、また開口93を有することができる。開口
93はもちろん、空気軸受用の出口となる。開口93は、図
のように連続した開口でもよく、また構造材料及び開放
領域の両方を有するスロット付きの開口でもよい。フレ
ーム90には、１つまたは複数の光学式または他の型式セ
ンサ（図示せず）を取り付けることもできる。フレーム
90は、第２移動要素70の上部シート72の下面にアクセス
できるようにするための、１つまたは複数の孔を有する
こともできる。このような孔の１つが、中央アクセス孔
97として示してある。
上部リターン・プレート98は、第２図に示すように上
部フレーム90の開口94に組み込まれている。さらに、第
２図に位置決め装置の斜視図を示すが、上部フレームと
第２移動要素とのサンドイッチ構造は、磁石とコイルの
位置関係を示すために外してある。磁気ギャップは小さ
いので、磁石領域の上の磁界はほぼ一定であると考えら
れ、したがって磁石の幅は、コイルの幅に移動範囲を加
えたものと同じかそれ以上にすべきである。また、移動
要素に面する磁石の表面は、過渡応答を改善するため、
その上に導電性フォイル（図示せず）を有する。
第１図と第２図を見るとはっきりわかるように、第２
移動要素70には、上部固定フレーム90内の大きな中央ア
クセス孔すなわち開口97を通じてアクセス可能である。
各移動要素内のコイルは同じ移動平面にあることが好ま
しいが、場合によっては、移動要素内の１つまたは複数
のコイルが異なる移動平面にあってもよい。さらに、移
動要素自体は平面内から外れる移動に関しては剛性で、
平面内の移動に関してはフレキシブルであることが好ま
しい。
僅かな余分の質量を加えることによって、拡張プラッ
トフォーム（図示せず）を追加して、上部フレーム90の
表面の上に突き出した移動装置を提供することもでき
る。
また第１移動要素30には、下部シート34に固定して取
り付けた下部LED48または同様の感知装置を備えること
ができる。下部LED48は、下部固定フレーム10に固定し
て取り付けたセンサ８に光信号を伝送して、フィードバ
ック・システムに第１移動要素30の位置または場所を知
らせる。同様に、第２移動要素70にも、下部シート74に
取り付けた上部LED88または同様の装置を備えることが
でき、中部フレーム50の開口55及び下部フレーム10の開
口15を通じて、移動要素70の動きを制御するフィードバ
ック・システムに信号を伝送することができる。同様の
センサまたは伝送装置（図示せず）を、移動要素70の上
部シート72の上面にも取り付けて、上部フレーム90の開
口95を通じて、センサ（図示せず）に信号を伝送するこ
とができる。同様な原理で、センサまたは伝送装置を、
第１移動要素30の上部シート32の上面に取り付けて、中
部フレーム50の開口55及び上部フレーム90の開口95を通
じて、センサ（図示せず）に信号を伝送することができ
る。このセンサは主に、位置決め装置のＸ、Ｙ、Θ移動
を感知するが、他のパラメータを検出するためにも使用
できると考えられる。
精密位置決め操作では、移動要素の位置と向きをリア
ルタイムで測定しなければならない。これは、キャパシ
タンス、インダクタンス、空気圧式、及び光学的手段に
よるセンシングを含む、いくつかの方法のずれによって
も実施可能である。第１図及び第２図に示すLED及び光
学的センシング手段は、移動要素の加速度、速度、位
置、及び向きを測定する１つの方法である。ラテラル効
果フォトダイオードによる同様の光学的センシング手段
が、前掲の米国特許第4514674号で使用されている。
移動装置に取り付けられた単一の発光ダイオード（LE
D）からの放射光が、任意選択のレンズ（図示せず）に
よってラテラル効果位置感知フォトダイオード（ラテラ
ル・セル）の活性表面上に結像される。こうして、移動
装置の位置がＸ、Ｙの２次元で測定される。移動要素に
取り付けられた２個またはそれ以上のLEDを使用して、
移動要素の位置並びに向き、すなわちＸ、Ｙ、およびΘ
が測定できる。測定される移動範囲はレンズの倍率で拡
大または縮小できる。ラテラル・セル表面における移動
の解像度は、帯域幅が20kHzのとき0.1〜1.0ミクロン程
度にすることができ、フルスケールの直線性は１〜２％
である。
この好ましい実施例では、１対のLED48、88が、第１
図及び第２図に示すように各移動要素に堅固に取り付け
られている。これらのLEDの１つまたは複数からの放射
光が、レンズによって、下部固定フレーム10に堅固に取
り付けられた、対応するラテラル効果セルの活性表面上
に焦点を結ぶ。各ラテラル・セルは、その表面上に焦点
を結んだ光スポットの２つの直交座標を測定し、次いで
簡単な計算によって、移動要素のＸ−Ｙ並進移動値とΘ
回転角が得られる。
１つの代替手法は、IBMテクニカル・ディスクロージ
ャ・ブルテン、第30巻、第７号、pp.33〜34、1987年12
月所載の「２次元並進及び回転用の非接触センサ（Non-
contact Sensor for Two-Dimensional Translation and
Rotation）」に開示されているように、各移動要素用
の単一ラテラル・セルを、各移動要素の上に取り付けた
１対のフラッシュLEDと組み合わせて使用することであ
る。
所望の軌道及び所望の位置と角度への移動を行き過ぎ
ることなく正確に追跡するためには、何らかの形の閉ル
ープ制御を実施する必要がある。制御手段は、アナログ
回路の形をとってもよく、またアナログ回路とディジタ
ル回路の組合せでもよい。十分速度が高い場合は、プロ
グラム式マイクロプロセッサまたはディジダル信号プロ
セッサ（DSP）を使用することができる。簡単に言う
と、点間移動、正弦波走査、および定速度走査に適した
制御方式が可能と考えられる。
第３図は、第２図の断面３−３を示す。得られるエネ
ルギー積を最大にするためには、NdFeB磁石が好まし
く、鉄を含むリターン・プレート18、98で閉磁気構造を
形成する。アルミニウム導線は最高の全体的性能をもた
らすので、駆動コイルは長方形断面のアルミニウム導線
から巻くことが好ましい。コイル36、76と構造材料38、
78を、薄いグラファイトまたはKevlar（Ｅ・Ｉ・デュポ
ン・ドゥ・ヌミュール社の商標）またはベリリウムまた
はチタンまたは強化エポキシ・パネルの間に挟んで、強
力で軽量の構造を作成する。前述のように、この構造は
開口37、77を有する中空構造でもよい。第２移動要素70
と第１移動要素30は共に、それぞれ空気軸受によって項
部側及び底部側から拘束されている。空気軸受用の圧縮
空気は、上部、中部、及び下部のフレーム90、50、10に
組み込まれている。
１つまたは複数の下部空気軸受空気入口45によって、
１つまたは複数の空気入口22から下部固定フレーム10を
通って空気の流入が可能になる。１つまたは複数の空気
軸受オリフィスすなわち空気出口40によって、空気入口
45を通ってきた空気の流出が可能になる。１つまたは複
数の中部空気軸受空気入口65によって、１つまたは複数
の空気入口52から中部固定フレーム50を通って、空気の
流入が可能になる。１つまたは複数の空気軸受オリフィ
スすなわち空気出口60によって、空気入口65を通ってき
た空気の流出が可能になる。１つまたは複数の下部空気
軸受の空気入口85によって、１つまたは複数の空気入口
102から上部固定フレーム90を通って空気の流入が可能
になる。１つまたは複数の空気軸受オリフィスすなわち
空気出口80によって、空気入口85を通ってきた空気の流
出が可能になる。空気を１例として使用したが、いくつ
か名前を挙げると、アルゴン、クロロフルオロカーボ
ン、フルオロカーボン、ヘリウム、窒素など他の流体も
容易に使用できる。クロロフルオロカーボンを使用する
場合は、トリクロロフルオロメタン（11番）またはジク
ロロフルオロメタン（12番）が好ましい。フルオロカー
ボンの場合には、いくつか名前を挙げると、テトラフル
オロメタン（14番）、ジクロロジフルオロメタン（21
番）、またはヘクサフルオロエタン（116番）などのフ
ルオロカーボンのどれでも受け入れられる。上記の流体
のうちのいずれかを空気入口45、65、または85のいずれ
かを通って位置決め装置内に導入する。流入流体の温度
が装置温度より低い時には、コイルの電気抵抗は低くな
る。流体入口45、65、85のうちのいずれかを通って装置
に導入された流体は、必要な流体または空気軸受を提供
するのみならず、移動要素及びコイルを冷却するための
手段も提供する。
空気入口45、65、及び85を通って装置５に注入された
空気は、動作中に第１移動要素30及び第２移動要素70を
持ち上げて、空気中に浮遊させる。移動要素が空気中に
浮遊している時、上部及び第１移動要素の回転及び並進
に作用する摩擦はほとんどない。システムに導入された
空気は、開口13、93のうちの１つまたは複数を通って流
出する。したがって、移動要素30、70に作用する空気圧
を、開口13、93の断面積及び空気入口45、65、85におけ
る入口圧に基づいて適切に調節する必要がある。
第１移動要素30は、下部コイル36、空洞37を有し、上
部シート32と下部シート34の間に埋め込まれたまたは挟
まれた構造材料38を有する。同様に上部コイル76は、第
２移動要素70の上部シート72と下部シート74の間に挟ま
れまたは埋め込まれている。磁束経路すなわち方向を矢
線99で示す。もちろん、磁束経路の方向は、磁石が置か
れる方法によって変わる。
空気軸受は、移動要素用のほぼ理想的な拘束手段を提
供する。空気軸受は、非常に剛性の高い支持体を提供
し、静止摩擦がゼロである。下部、中部、上部固定フレ
ーム10、50、90内のポートすなわち空気入口22、52、10
2はそれぞれ、下部、中部、上部空気軸受オリフィス4
0、60、80に圧縮空気を送り込み、各移動要素の上下に
薄い（約10ミクロン未満の）膜を作る。これらの軸受の
設計は、所望の剛性、耐荷重、及び空気流量を含むいく
つかの要因によって決まる。
本発明で使用される空気軸受の副次的であるが重要な
特徴は、駆動コイルに冷却を提供できることである。高
速動作では、大きな電力がコイル内で熱として発散す
る。この熱の多くは逃げていく空気膜によって除去でき
る。この空気を冷却して冷却手段として使用することも
でき、また窒素など他の流体を使用することもできる。
液体窒素からの気化も使用可能である。冷却のその他の
利点は、電気コイル抵抗の低下であり、場合によって
は、流入する流体の温度が位置決め装置の温度より低く
なることもある。位置決め装置は内部流体出口から冷却
することが好ましいが、装置を冷却する別の方法は外側
からである。
並進及び回転の動作を第３図と第６図に示す。
たとえば、第２移動要素70がその行程の右上の限界ま
で並進移動した場合、下にある第１移動要素30はその左
下の限界まで並進移動し、その結果、位置決め装置５に
送られる線形運動量は完全に相殺される。２つの移動質
量の重心位置はｚ方向で僅かに異なるので、小さな残留
トルクが発生する。この小さな残留トルクさえも、第２
移動要素70から下に延び第１移動要素30から上に延びる
バランス・ウェイトの対を追加してｚ方向の重心位置を
同平面にすることによって、打ち消すことができる。
たとえば、装置の動作が５度の回転である場合、第２
移動要素70は＋５度回転しなければならず、一方、第１
移動要素30は自動的に−５度回転することになり、その
結果、位置決め装置５に伝えられる角運動量が完全に相
殺される。一般に、回転と並進移動の組合せは、必要に
応じて第２移動要素と第１移動要素の両方によって実施
される。
第４図は、本発明による完全に組立て済みの位置決め
装置を示し、様々な部分も共に示されている。本発明に
よる位置決め装置を完全に組み立てた時に形成される開
口13、93もはっきり見える。
前述のように、多くのコイル構成が可能であるが、好
ましい構成のいくつかを第5A図、第5B図、第5C図に示
す。これらは可能なコイル構成であるが、他の多くの変
形も可能である。第5A図は３スター構成に配置されたコ
イル176を示し、第5B図は４スター構成に配置されたコ
イル276を示す。４スター構成はまた、本発明の好まし
い実施例に関連して考察したものでもある。第5C図は５
スター構成のコイル376を示す。
さらに、中部フレーム50は、第６図に示すように完全
に省略することもできる。この場合、第２移動要素70と
第１移動要素30は、上部フレーム90と下部フレーム10の
内部に保持され、エア・ギャップによって分離されるだ
けである。
円滑な制御のための重要な考慮点は、アクチュエータ
の動作範囲全体にわたる力と電流の比である。電気力学
式アクチュエータでは、この比は、（ａ）コイルが定磁
界領域と移動領域の和より大きいか、または（ｂ）定磁
界領域がコイルと移動領域の和より大きい場合、ほぼ一
定になる。いずれの場合でも、力と電流との比が一定と
なるが、選択肢（ｂ）では抵抗、インダクタンス、及び
移動質量が最少になる。
（電気的試験の応用例におけるなど）既知の負荷を伴
う高速点間移動には、「バングバング」手法が適してい
る。これは移動の前半にはフル正電流を要し、後半には
フル負電流を要するものである。電流サーボが飽和電力
供給電圧で使用される。切替え時間は、正確なモデル化
または実験によって決定でき、装置が点間移動の終端近
くでは非常に低い速度になるように設計されることにな
る。次に最終の比例モードまたはPID（比例積分導関
数）モードを使用して、位置及び回転の残留誤差をゼロ
にすることができる。
顕微鏡検査の応用例のための正弦波Ｘ−Ｙ走査は、加
速度、速度、及び位置に対して、円滑な（正弦波）波形
による未飽和線形駆動を保つという利点を有する。Ｘ−
Ｙ移動は、開ループで実施するのが最良であり、ある程
度の過剰走査はサンプル寸法に関する線形性を改善す
る。次いで位置センサがイメージ生成のための情報を提
供することになる。不必要な回転のせいで困難が生じ
る。回転の場合、閉ループΘ補正が開ループ走査動作に
重ね合わされることがあり得る。
定速度走査のためには（たとえばいくつかの計測応用
例には）速度サーボが不可欠である。速度サーボを位置
決め装置に追加することができ、また逆起電力を速度の
尺度として使用することができ、また速度を位置センサ
から推定することもできる。
これまで述べてきた制御モードでは、全般的な関心は
第２移動要素のみを制御することにあった。第２移動要
素の動作中、第１移動要素に対して随伴制御が実行され
る。これは第２移動要素の制御機構を複製したものでも
よいが、あるいはより興味深いことであるが、幾分異な
るものでもよい。たとえば、位置制御機構を第２移動要
素に使用する場合、第１移動要素を位置制御するのでは
なく、第２移動要素の加速度に追従ように制御すること
ができる。この場合第１移動要素はフレームに取り付け
た加速度計からの情報を使用しても良い。このように加
速度を互いに相殺することにより第２移動要素の運動量
が反動要素の運動量と相殺される。装置のコンプライア
ンスまたはそれに加えられる力が変化する可能性のある
ものを含めて、その他の制御モードも可能である。
例 下記に述べる例は、本発明をさらに詳しく例示するた
めのもので、本発明の範囲をいかなる形でも限定しよう
とするものではない。
例１ 本発明の教示に従って作成された超高速電気力学式
Ｘ、Ｙ、Θ位置決め装置は、どのようなサイズまたは寸
法にすることもできる。この例では、本発明の教示に従
って作成された位置決め装置は、幅約158mm（6.25イン
チ）、長さ158mm（6.25インチ）、高さ38.1mm（1.5イン
チ）であり、Ｘ−Ｙ平面の動作範囲は12.7mm（0.5イン
チ）×12.7mm（0.5インチ）となるように意図されてい
る。この結果、動作範囲が長さのわずか1/12であり、移
動質量がその固定質量に比べて僅かな装置が得られる。
磁気ギャップは小さいので、磁石領域の上の磁界はほ
ぼ一定と考えられ、したがって磁石の幅はコイル幅と移
動範囲との和と同じかそれ以上にすべきである。この設
計では、コイル幅は6.35mm（0.25インチ）、移動範囲は
12.7mm（0.5インチ）、磁石の幅は19.05mm（0.75イン
チ）である。同様に、コイル端は有用な力を発生しない
ので、磁石の長さは、第１図を見るとわかるように、コ
イル幅から移動範囲を引いた差と同じにすべきである。
シート32、34、72、74にはガラス強化エポキシ・シー
トを使用することが好ましいが、グラファイトまたはKe
vlar強化エポキシもシートの材料として受け入れられ
る。
アルムニウムを使用する場合、各アルムニウム・コイ
ルの質量は３・99gであり、したがって４個のコイルの
質量は約16gとなる。複合スターの質量は8.4gであり、
２枚のシートでは16.8gとなる。したがって、全質量Ｍ
＝32.8g（コイルを含む２枚のシートの質量）＋9.2g
（接着剤とリード線の質量）＝42gとなる。
銅コイルを使用する場合、各銅コイルの質量は13.2g
であり、４個のコイルの質量は52.8gとなる。上記の計
算では２枚のシートの質量は16.8gであり、したがっ
て、全質量Ｍ＝69.6g（コイルを含む２枚のシートの質
量）＋10.4g（接着剤とリード線の質量）＝80gとなる。
この例では、アルミニウム・コイルを使用すると銅コイ
ルに比べて非常に速い性能が得られる。
0.25インチ厚のNdFeB磁石（35 MGOe）を用いると、7K
G＝0.7ウェーバー／m2またはそれ以上の平均ギャップ磁
界が得られる。
0.013mm（0.5ミル）の絶縁材を有する４ミル導線の有
効長は、31.75mm×100（巻）＝3175mm＝3.175mである。
コイル当りの力は0.7ウェーバー／m2×3.175m＝2.22N/A
である。
コイルの長軸に垂直な方向における最大の力は、２個
のコイルがオン（及びオフ）のときに発生する。
Fmax＝２×2.22＝4.44N/A 最大可能加速度は磁力と質量との比で与えられる。す
なわち ａ＝F/M＝（4.44N/A）／（0.042kg＝106m/sec2Agで表す
と、これは106/9.8＝10.8g/A である。この種のコイルでは、大アンペア数の電流が短
時間に可能である。
適当な電圧源を想定すると、コイル内の電流上昇時間
はL/R時定数によって決定される。ここで、ＬとＲはそ
れぞれコイルのインダクタンスと抵抗である。Alの抵抗
率は2.8×10-8Ωｍであり、銅の抵抗率は1.7×10-8Ωｍ
である。この例では、コイルの抵抗Ｒは1.24Ωと計算さ
れた。コイルのインダクタンスＬは約0.3mHである。こ
れらの数値から時定数（τ）はほぼ次のようになる。
τ＝L/R＝0.24ミリ秒 約1V/マイクロ秒のスルーレートで、20Aで40V以上を
供給することのできる電力増幅器が使用可能なので、コ
イルの時定数が電流上昇時間に対する制限要因となる。
正弦波走査のための装置の性能は、下記の関係式によ
って決定される。
amax＝ＡΩ2＝Ａ（２πｆ）2 ただし、amaxは最大加速度、Ａは位置の振幅、ｆは励起
周波数（Hz）である。
正弦波電流では下記のようになる。
ｉ＝imaxsin（Ω×ｔ） コイル内で消散される瞬間電力は（インダクタンスを無
視すると） Ｐ＝imax 2Rsin2（Ω×ｔ） となり、平均電力は Pavg＝imax 2R/2 装置の電力損を任意に、たとえばPavg＝100Wに制限す
る場合、Ｒ＝1.24Ωのとき最大電流imax＝12.7Aであ
る。このimaxのとき、 amax＝1343m/sec2＝137gである。したがって、100Wの電
力損の場合、位置の振幅は下式によって得られる。
Ａ＝amax／（２π×ｆ）2＝34.1/f2 約ｆ＝70Hz以下の走査周波数では、6.35mmの全移動振
幅が使用できる。ｆ＝500Hzでは、移動振幅は0.14mmで
ある。周波数ｆ＝15,750Hzは標準の米国テレビの水平走
査周波数であるので、この周波数に対する振幅を計算す
ることは興味深い。この周波数では、振幅は0.137ミク
ロンすなわち1370オングストロームである。したがっ
て、通常のテレビ出力を用いて実時間走査トンネル顕微
鏡を実施することが可能である。
この装置が実行できる点間移動性能を示すために、こ
こで、この例の設計最大移動範囲の79％である典型的な
10mmの移動について考える。対象物をできるだけ短い経
過時間で点Ａから点Ｂに移動させる。
最小移動時間のための最適の開ループ駆動方式は、正
の全駆動電流を移動距離の半分だけコイル中に送って、
装置を最高速度にもってゆき、次に残りの距離には負の
全駆動電流を送って、装置を完全に停止させることであ
る。もちろん、力学系がモデル化されていないので、閉
ループ制御を使用して対象物に遭遇したことを確認する
ことになる。
この方式を用いると、時刻０で増幅器電圧は急速に上
限電圧になる。この例では、電圧と電流の限界は任意に
±40Vと±10Aに設定した。電流が（時定数τに応じて）
10Aになるので、電圧は、最高値に固定されたままとな
る。それから電圧は、コイル抵抗Ｒにしたがって約12.4
Vに急落する。したがって電流は約0.1ミリ秒の間10Aで
安定する。電圧が緩やかに上昇してコイルの逆起電力を
補償するとき、この電流は0.1ミリ秒から約3.2ミリ秒ま
で維持される。移動の中間の僅か手前の時間に増幅器の
電圧が反転し、電流が−10Aで安定するまで、この下限
値に固定されたままとなる。最後に約6.4ミリ秒で、電
流はゼロに戻り移動を完了する。
±1058m/sec2＝108gの最高加速度は、移動のほとんど
の間維持される。約3.3m/秒の最高速度には、移動の中
間（5mm）で達する。開始から停止までの10mmの全移動
は約6.4ミリ秒で完了する。この時間の逆数をとると、
１秒間にこのような移動が156回実施できることがわか
る。
ここで重要な考慮点は、コイル中で消散される電力で
ある。この例では、124Wの定常的な消費電力があり、２
つの活性コイルに分けられる（すなわち各コイルに62
W）。放射表面で表すと、これは約3.3W/cm2の電力密度
に当たる。高い断熱と軸受からの空冷によって、この電
力レベルが維持できることは妥当である。
正弦波走査及び点間移動のこれらの例では、４個のコ
イルのうち２個だけが付勢されたことに留意されたい。
第１図を見ると、コイルの長軸から45度の方向に動かす
方が良いことは明らかである。全電流は1/√２に減少
し、このため全電力は半分になり、それが４つのコイル
すべてに配分される。これは電力密度が1/4になること
を意味する。
例２ 本発明は、基板または電気パッケージ上で実施される
点間連続性試験及び単点短絡試験にも使用できる。基板
上には何千個ものヴァイア点があり、十分な速さであれ
ば２腕ロボットで走査である。本発明による超高速位置
決め装置をロボットの各腕に取り付けて、前述のような
粗密システムを形成することができる。性能をほとんど
犠牲にせずに、位置決め装置に小型の電気プローブを装
着することができる。本明細書に記載した発明は、基板
上の試験部位全体にわたって高速移動が可能なので、粗
動ロボットは、単に特定の各試験部位に移動し、そこで
停止するだけでよい。各部位で、超高速位置決め装置が
試験部位内の各ヴァイア点に移動する。
このようなシステムの性能を評価するために、例１と
同じパラメータを使って、点間移動性能を調べた。結果
は点間移動時間が1.0ミリ秒となり、約１秒間でたとえ
ば1000個の点が試験できることになる。各移動に100g以
上の加速度を使用したが、粗動ロボットに伝えられる反
動力はなく、ロボットはその位置を正確に維持できる。
一般に、試験部位に密集することのない数千の試験点
を含む応用例では、粗動ロボットは、停止さえせずにあ
る全体経路に沿って緩やかに「巡航」でき、その間に超
高速装置が粗移動を補償しながら急速に点を拾ってい
く。
本発明を、特定の好ましい実施例に関して具体的に説
明したが、上記の記載に照らせば、多くの代替例、修正
例及び変形例が明白なことは、当業者には明らかであ
る。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真
の範囲及び趣旨に含まれるあらゆる代替例、修正例及び
変形例を包含するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−76164（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−301038（ＪＰ，Ａ) 米国特許4618789（ＵＳ，Ａ) 米国特許4514674（ＵＳ，Ａ) 西独国特許出願公開2603680（ＤＥ, Ａ) 西独国特許出願公開3037648（ＤＥ, Ａ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１平面にある表面を有し、該表面の中心
    に関して異なる角度に複数の磁極を配置して成る第１固
    定アセンブリと、 上記第１平面と平行な第２平面にある表面を有し、該表
    面の中心に関して異なる角度に複数の磁極を配置して成
    る第２固定アセンブリと、 上記第１平面と平行な両側の表面を有し、上記第１およ
    び第２表面間に配置された第３固定アセンブリと、 上記第１平面と平行な両側の表面を有し、該両表面間に
    複数のコイルを内蔵した全体として平板状の移動要素で
    あって、上記第１及び第３固定アセンブリのそれぞれの
    表面と並行に該表面の間に浮動配置された第１移動要素
    と、 上記第２平面と平行な両側の表面を有し、該両表面間に
    複数のコイルを内蔵した全体として平板状の移動要素で
    あって、上記第２及び第３固定アセンブリのそれぞれの
    表面と並行に該表面の間に浮動配置された第２移動要素
    と、 上記移動要素を浮動支持するため上記第１、第２及び第
    ３固定アセンブリのそれぞれの表面に設けられた流体オ
    リフィスと、 上記第１移動要素および上記第２移動要素を互いに反対
    方向の等しい量だけ移動させるため、大きさが等しくか
    つ反対方向の作動電流を上記第１および第２移動要素の
    コイルにそれぞれ供給する制御装置と、 を有し、 上記第１および第２固定アセンブリは同数の互いに対向
    する磁極を有し、かつ、互いに対向する磁極の間で上記
    第１平面に垂直な磁界を与えるように、磁石および該磁
    石と共に磁束の帰路を与える磁性部材を有し、 上記第１および第２移動要素のコイルはそれぞれ上記第
    １および第２固定アセンブリの対向する磁極の間に対を
    なして介在するように上記第１および第２移動要素内に
    配置され、 これにより、上記第１および第２移動要素の対をなすコ
    イルの内の１対は作動電流が供給されたとき上記第１平
    面に平行な面内で第１方向の駆動力を発生し、上記第１
    および第２移動要素の対をなすコイルの内の別の１対は
    作動電流が供給されたとき上記第１平面に平行な面内で
    上記第１方向と交差する方向の駆動力を発生することを
    特徴とする平面内精密位置決め装置。
  2. 【請求項２】第１平面にある表面を有し、該表面の中心
    に関して異なる角度に複数の磁極を配置して成る第１固
    定アセンブリと、 上記第１平面と平行な第２平面にある表面を有し、該表
    面の中心に関して異なる角度に複数の磁極を配置して成
    る第２固定アセンブリと、 上記第１平面と平行な両側の表面を有し、該両表面間に
    複数のコイルを内蔵した全体として平板状の移動要素で
    あって、上記第１固定アセンブリの第１平面と並行に該
    平面に対面して浮動配置された第１移動要素と、 上記第２平面と平行な両側の表面を有し、該両表面間に
    複数のコイルを内蔵した全体として平板状の移動要素で
    あって、上記第２固定アセンブリの第２平面と上記第１
    移動要素の表面との間で該表面に対し並行に浮動配置さ
    れた第２移動要素と、 上記移動要素を浮動支持するため上記第１及び第２固定
    アセンブリのそれぞれの表面に設けられた流体オリフィ
    スと、 上記第１移動要素および上記第２移動要素を互いに反対
    方向の等しい量だけ移動させるため、大きさが等しくか
    つ反対方向の作動電流を上記第１および第２移動要素の
    コイルにそれぞれ供給する制御装置と、 を有し、 上記第１および第２固定アセンブリは同数の互いに対向
    する磁極を有し、かつ、互いに対向する磁極の間で上記
    第１平面に垂直な磁界を与えるように、磁石および該磁
    石と共に磁束の帰路を与える磁性部材を有し、 上記第１および第２移動要素のコイルはそれぞれ上記第
    １および第２固定アセンブリの対向する磁極の間に対を
    なして介在するように上記第１および第２移動要素内に
    配置され、 これにより、上記第１および第２移動要素の対をなすコ
    イルの内の１対は作動電流が供給されたとき上記第１平
    面に平行な面内で第１方向の駆動力を発生し、上記第１
    および第２移動要素の対をなすコイルの内の別の１対は
    作動電流が供給されたとき上記第１平面に平行な面内で
    上記第１方向と交差する方向の駆動力を発生することを
    特徴とする平面内精密位置決め装置。
  3. 【請求項３】上記第１及び第２固定アセンブリの少なく
    とも１つに取り付けられた位置センサであって、対面す
    る上記移動要素の上記固定アセンブリに対する位置を感
    知する位置センサを備えた請求項１または２の平面内精
    密位置決め装置。
  4. 【請求項４】上記第１移動要素が上記第２移動要素と同
    じ質量を有する請求項１または２の平面内精密位置決め
    装置。
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