JP3256556B2 - 位置決め装置 - Google Patents
位置決め装置Info
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- JP3256556B2 JP3256556B2 JP07957591A JP7957591A JP3256556B2 JP 3256556 B2 JP3256556 B2 JP 3256556B2 JP 07957591 A JP07957591 A JP 07957591A JP 7957591 A JP7957591 A JP 7957591A JP 3256556 B2 JP3256556 B2 JP 3256556B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は粗動及び微動を用いた位
置決め装置に関する。
置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７はかかる位置決め装置の構成図であ
る。テーブル１上にはスライダ２が静圧軸受３によりス
ライド自在に支持されている。このスライダ２には圧電
素子４が設けられるとともにミラー５が設けられてい
る。又、このスライダ２は粗動機構６の移動ロッド７と
連結している。なお、圧電素子４の変位位置にはミラー
４ａが設けられている。
る。テーブル１上にはスライダ２が静圧軸受３によりス
ライド自在に支持されている。このスライダ２には圧電
素子４が設けられるとともにミラー５が設けられてい
る。又、このスライダ２は粗動機構６の移動ロッド７と
連結している。なお、圧電素子４の変位位置にはミラー
４ａが設けられている。
【０００３】一方、レーザ発振器８がテーブル１上に設
けられるとともに各レーザ干渉計９、１０、ビームスプ
リッタ１１及びミラー１２が設けられ、レーザ発振器８
から出力されたレーザ光がビームスプリッタ１１により
２方向に分岐され、その一方の分岐レーザ光がレーザ干
渉計９を透過し、ミラー５で反射して再びレーザ干渉計
９に入射するようになっている。又、ビームスプリッタ
１１により分岐された他方の分岐レーザ光がミラー１２
で反射してレーザ干渉計１０に至り、このレーザ干渉計
１０を透過してミラー４ａで反射して再びレーザ干渉計
１０に入射するようになっている。そして、これらレー
ザ干渉計９、１０の干渉出力はそれぞれレシーバ１３、
１４により各電気信号に変換されて位置制御装置１５に
送られる。
けられるとともに各レーザ干渉計９、１０、ビームスプ
リッタ１１及びミラー１２が設けられ、レーザ発振器８
から出力されたレーザ光がビームスプリッタ１１により
２方向に分岐され、その一方の分岐レーザ光がレーザ干
渉計９を透過し、ミラー５で反射して再びレーザ干渉計
９に入射するようになっている。又、ビームスプリッタ
１１により分岐された他方の分岐レーザ光がミラー１２
で反射してレーザ干渉計１０に至り、このレーザ干渉計
１０を透過してミラー４ａで反射して再びレーザ干渉計
１０に入射するようになっている。そして、これらレー
ザ干渉計９、１０の干渉出力はそれぞれレシーバ１３、
１４により各電気信号に変換されて位置制御装置１５に
送られる。
【０００４】この位置制御装置１５は粗動及び微動の各
制御を実行する。すなわち、位置制御装置１５の粗動制
御機能はレシーバ１３からの電気信号からミラー５の位
置、つまりステージ２の位置を求め、この位置と目標位
置との偏差を求めてこの偏差に応じた粗動制御信号を送
出する。この粗動制御信号は粗動駆動回路１６に送ら
れ、この粗動駆動回路１６は粗動制御信号に従って粗動
機構６を駆動する。
制御を実行する。すなわち、位置制御装置１５の粗動制
御機能はレシーバ１３からの電気信号からミラー５の位
置、つまりステージ２の位置を求め、この位置と目標位
置との偏差を求めてこの偏差に応じた粗動制御信号を送
出する。この粗動制御信号は粗動駆動回路１６に送ら
れ、この粗動駆動回路１６は粗動制御信号に従って粗動
機構６を駆動する。
【０００５】又、位置制御装置１５の微動制御機能はレ
シーバ１４からの電気信号からミラー４ａの位置、つま
り圧電素子４の変位位置を求め、この位置と目標位置と
の偏差を求めてこの偏差に応じた微動制御信号を送出す
る。この微動制御信号は微動駆動回路１７に送られ、こ
の微動駆動回路１７は微動制御信号に従って圧電素子４
に電圧を印加する。
シーバ１４からの電気信号からミラー４ａの位置、つま
り圧電素子４の変位位置を求め、この位置と目標位置と
の偏差を求めてこの偏差に応じた微動制御信号を送出す
る。この微動制御信号は微動駆動回路１７に送られ、こ
の微動駆動回路１７は微動制御信号に従って圧電素子４
に電圧を印加する。
【０００６】しかしながら、上記位置決めでは粗動及び
微動の各制御ともフィードバック系を形成している。こ
のため、微動制御、粗動制御共にレーザ発振器８、レー
ザ干渉計９、１０及びレシーバ１３、１４から構成され
るレーザ測長系をフィードバックセンサとして用いてい
るために、圧電素子４の変位位置の最終的な位置決めは
レーザ測長系の位置検出精度の制限を受ける。
微動の各制御ともフィードバック系を形成している。こ
のため、微動制御、粗動制御共にレーザ発振器８、レー
ザ干渉計９、１０及びレシーバ１３、１４から構成され
るレーザ測長系をフィードバックセンサとして用いてい
るために、圧電素子４の変位位置の最終的な位置決めは
レーザ測長系の位置検出精度の制限を受ける。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上のように圧電素子
４の変位位置の最終的な位置決めはレーザ測長系の位置
検出精度の制限を受ける。そこで本発明は、レーザ測長
系の位置検出精度の制限を受けずに高精度に位置決めで
きる位置決め装置を提供することを目的とする。
４の変位位置の最終的な位置決めはレーザ測長系の位置
検出精度の制限を受ける。そこで本発明は、レーザ測長
系の位置検出精度の制限を受けずに高精度に位置決めで
きる位置決め装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、微小変位する
微小変位素子と、この微小変位素子を移動させる粗動機
構と、微小変位素子の変位位置を測定する位置検出手段
と、微小変位素子を目標位置に向かって所定の変位量で
１ステップずつ微小変位させ、かつ所定ステップだけ微
小変位させた後に微小変位素子の変位をゼロに縮めるオ
ープンループ制御手段と、微小変位素子が所定ステップ
だけ微小変位した後に変位量をゼロにすると共に、粗動
機構を移動制御して微小変位素子の所定ステップ分の変
位量だけ微小変位素子を移動させる粗動フィードバック
制御手段とを具備し、オープンループ制御手段による微
小変位素子の変位と、粗動フィードバック制御手段によ
る変位を繰り返すことにより微小変位素子を目標位置に
位置決めすることによって上記目的を達成しようとする
位置決め装置である。
微小変位素子と、この微小変位素子を移動させる粗動機
構と、微小変位素子の変位位置を測定する位置検出手段
と、微小変位素子を目標位置に向かって所定の変位量で
１ステップずつ微小変位させ、かつ所定ステップだけ微
小変位させた後に微小変位素子の変位をゼロに縮めるオ
ープンループ制御手段と、微小変位素子が所定ステップ
だけ微小変位した後に変位量をゼロにすると共に、粗動
機構を移動制御して微小変位素子の所定ステップ分の変
位量だけ微小変位素子を移動させる粗動フィードバック
制御手段とを具備し、オープンループ制御手段による微
小変位素子の変位と、粗動フィードバック制御手段によ
る変位を繰り返すことにより微小変位素子を目標位置に
位置決めすることによって上記目的を達成しようとする
位置決め装置である。
【０００９】
【作用】このような手段を備えたことにより、オープン
ループ制御手段による微小変位素子の変位と粗動フィー
ドバック制御手段による変位とを繰り返すことにより微
小変位素子を目標位置に位置決めする。
ループ制御手段による微小変位素子の変位と粗動フィー
ドバック制御手段による変位とを繰り返すことにより微
小変位素子を目標位置に位置決めする。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。なお、図７と同一部分には同一符号
を付してその詳しい説明は省略する。
しながら説明する。なお、図７と同一部分には同一符号
を付してその詳しい説明は省略する。
【００１１】図１は位置決め装置の構成図であり、図２
は電気回路の構成図である。スライダ２上には圧電素子
４が設けられている。この圧電素子４は微動駆動回路１
７から印加された電圧に応じて微小変位する。
は電気回路の構成図である。スライダ２上には圧電素子
４が設けられている。この圧電素子４は微動駆動回路１
７から印加された電圧に応じて微小変位する。
【００１２】一方、レシーバ１３の出力端子は微動粗動
制御回路２０に接続されている。この微動粗動制御回路
２０は粗動制御機能及び微動制御機能を有している。粗
動制御機能はレシーバ１３からの電気信号からミラー４
ａの位置、つまり圧電素子４の変位位置を求め、この位
置と目標位置との偏差を求めてこの偏差に応じた粗動制
御信号を送出する機能を有している。又、微動制御機能
は粗動制御機能によりスライダ２を移動しているときに
スライダ２の移動分だけ圧電素子４が縮むような電圧を
印加し、スライダ２を停止しているときに微小距離だけ
変位させる微動制御信号を送出する機能を有している。
従って、粗動制御機能はフィードバック制御系を形成
し、又微動制御機能はオープンループ制御系を形成して
いる。
制御回路２０に接続されている。この微動粗動制御回路
２０は粗動制御機能及び微動制御機能を有している。粗
動制御機能はレシーバ１３からの電気信号からミラー４
ａの位置、つまり圧電素子４の変位位置を求め、この位
置と目標位置との偏差を求めてこの偏差に応じた粗動制
御信号を送出する機能を有している。又、微動制御機能
は粗動制御機能によりスライダ２を移動しているときに
スライダ２の移動分だけ圧電素子４が縮むような電圧を
印加し、スライダ２を停止しているときに微小距離だけ
変位させる微動制御信号を送出する機能を有している。
従って、粗動制御機能はフィードバック制御系を形成
し、又微動制御機能はオープンループ制御系を形成して
いる。
【００１３】粗動駆動回路１６は微動粗動制御回路２０
からの粗動制御信号を受けて粗動機構６を動作させる機
能を有するもので、図２に示すように補償回路１６ａ、
Ｄ／Ａ変換器１６ｂ、ＰＷＭ制御回路１６ｃ及びアンプ
１６ｄが直列接続された構成となっている。
からの粗動制御信号を受けて粗動機構６を動作させる機
能を有するもので、図２に示すように補償回路１６ａ、
Ｄ／Ａ変換器１６ｂ、ＰＷＭ制御回路１６ｃ及びアンプ
１６ｄが直列接続された構成となっている。
【００１４】微動駆動回路１７は微動粗動制御回路２０
からの微動制御信号に従って圧電素子４に電圧を印加す
る機能を有するもので、Ｄ／Ａ変換器１７ａ及びアンプ
１７ｂが直列接続された構成となっている。
からの微動制御信号に従って圧電素子４に電圧を印加す
る機能を有するもので、Ｄ／Ａ変換器１７ａ及びアンプ
１７ｂが直列接続された構成となっている。
【００１５】次に圧電素子４への印加電圧について説明
する。圧電素子４の印加電圧に対する変位特性には図３
に示すようにヒステリシスが生じる。しかしながら、微
小変位領域Ａにおけるヒステリシスは小さく、例えば図
４に示すように圧電素子４の微小変位５ｎｍを生じる印
加電圧Ｖｓであれば、ヒステリシスによる誤差は 0.3ｎ
ｍの範囲内になる。この範囲 0.3ｎｍを無視できるオー
ダの位置決めにあたってヒステリシスによる誤差の影響
はほとんどない。従って、微動粗動制御回路２０の微動
制御機能は圧電素子４に対して１ステップ 2.5ｎｍ以下
変位の微動制御信号を送出する。なお、粗動機構６及び
レーザ発振器８はコンピュータ２１により動作制御され
ている。次に上記の如く構成された装置の作用について
説明する。
する。圧電素子４の印加電圧に対する変位特性には図３
に示すようにヒステリシスが生じる。しかしながら、微
小変位領域Ａにおけるヒステリシスは小さく、例えば図
４に示すように圧電素子４の微小変位５ｎｍを生じる印
加電圧Ｖｓであれば、ヒステリシスによる誤差は 0.3ｎ
ｍの範囲内になる。この範囲 0.3ｎｍを無視できるオー
ダの位置決めにあたってヒステリシスによる誤差の影響
はほとんどない。従って、微動粗動制御回路２０の微動
制御機能は圧電素子４に対して１ステップ 2.5ｎｍ以下
変位の微動制御信号を送出する。なお、粗動機構６及び
レーザ発振器８はコンピュータ２１により動作制御され
ている。次に上記の如く構成された装置の作用について
説明する。
【００１６】例えば、微動粗動制御回路２０の微動制御
機能は圧電素子４を１ｎｍ変位させる微動制御信号を送
出する。この場合、圧電素子４が１nm／１０Ｖの変位特
性を有すれば、１ｎｍ変位させるのに１０Ｖの電圧を圧
電素子４に印加する微動制御信号を送出する。この微動
制御信号は微動駆動回路１７に送られ、この微動駆動回
路１７は変位１ｎｍに応じた電圧Ｖｓを圧電素子４に印
加する。この電圧印加により圧電素子４は図６に示すよ
うに１ステップ１ｎｍ変位する。再び微動制御機能は圧
電素子４を次のステップでさらに１ｎｍだけ変位させる
微動制御信号つまり２ｎｍ変位させる微動制御信号を送
出する。以下、同様に微動制御機能は圧電素子４を１ス
テップ１ｎｍだけ変位させる微動制御信号を５ステップ
送出する。従って、圧電素子４は５ステップで５ｎｍ変
位し、このとき圧電素子４には５０Ｖの電圧が印加され
る。
機能は圧電素子４を１ｎｍ変位させる微動制御信号を送
出する。この場合、圧電素子４が１nm／１０Ｖの変位特
性を有すれば、１ｎｍ変位させるのに１０Ｖの電圧を圧
電素子４に印加する微動制御信号を送出する。この微動
制御信号は微動駆動回路１７に送られ、この微動駆動回
路１７は変位１ｎｍに応じた電圧Ｖｓを圧電素子４に印
加する。この電圧印加により圧電素子４は図６に示すよ
うに１ステップ１ｎｍ変位する。再び微動制御機能は圧
電素子４を次のステップでさらに１ｎｍだけ変位させる
微動制御信号つまり２ｎｍ変位させる微動制御信号を送
出する。以下、同様に微動制御機能は圧電素子４を１ス
テップ１ｎｍだけ変位させる微動制御信号を５ステップ
送出する。従って、圧電素子４は５ステップで５ｎｍ変
位し、このとき圧電素子４には５０Ｖの電圧が印加され
る。
【００１７】微動粗動制御回路２０の微動制御機能は圧
電素子４が５ｎｍ変位すると、圧電素子４への印加電圧
を「０」とし、これと同時に微動粗動制御回路２０の粗
動制御機能はスライダ２を５ｎｍ変位させる粗動制御信
号を送出する。かくして、スライダ２は粗動機構６によ
り５ｎｍ変位する。
電素子４が５ｎｍ変位すると、圧電素子４への印加電圧
を「０」とし、これと同時に微動粗動制御回路２０の粗
動制御機能はスライダ２を５ｎｍ変位させる粗動制御信
号を送出する。かくして、スライダ２は粗動機構６によ
り５ｎｍ変位する。
【００１８】以下、同様に微動制御と粗動制御とが連動
して粗動制御により圧電素子４が１ステップ１ｎｍづつ
変位して５ステップ５ｎｍ変位し、次に粗動制御により
５ｎｍ変位する。このようにして圧電素子４の変位位置
が目標位置に到達すると、位置決め制御は終了する。
して粗動制御により圧電素子４が１ステップ１ｎｍづつ
変位して５ステップ５ｎｍ変位し、次に粗動制御により
５ｎｍ変位する。このようにして圧電素子４の変位位置
が目標位置に到達すると、位置決め制御は終了する。
【００１９】このように上記一実施例においては、圧電
素子４をオープンループ制御により目標位置に向かって
微小変位させ、圧電素子４の微小変位に連動させて粗動
機構６を粗動させるようにしたので、圧電素子４の１ス
テップを１ｎｍとし、５ステップごとに粗微動運動させ
たときにヒステリシスは上記の如く 0.3ｎｍとなり、圧
電素子４の位置決め精度をオープンループで１nmオーダ
にすることができる。この場合、レーザ測長系の測定制
限の影響を受けることはない。そのうえ、圧電素子４の
ヒステリシスの影響も受けない。従って、圧電素子４の
変位特性を有効に使用できて高精度に位置決めができ
る。
素子４をオープンループ制御により目標位置に向かって
微小変位させ、圧電素子４の微小変位に連動させて粗動
機構６を粗動させるようにしたので、圧電素子４の１ス
テップを１ｎｍとし、５ステップごとに粗微動運動させ
たときにヒステリシスは上記の如く 0.3ｎｍとなり、圧
電素子４の位置決め精度をオープンループで１nmオーダ
にすることができる。この場合、レーザ測長系の測定制
限の影響を受けることはない。そのうえ、圧電素子４の
ヒステリシスの影響も受けない。従って、圧電素子４の
変位特性を有効に使用できて高精度に位置決めができ
る。
【００２０】なお、本発明は上記一実施例に限定される
ものでなくその要旨を変更しない範囲で変形すればよ
い。例えば、圧電素子に代えて電歪素子、磁歪素子など
を用いてもよく、又レーザ測長系に代えてリニアスケー
ルを用いてもよい。又、ヒステリシスのない圧電素子を
用いれば、さらに精度高い位置決めができる。
ものでなくその要旨を変更しない範囲で変形すればよ
い。例えば、圧電素子に代えて電歪素子、磁歪素子など
を用いてもよく、又レーザ測長系に代えてリニアスケー
ルを用いてもよい。又、ヒステリシスのない圧電素子を
用いれば、さらに精度高い位置決めができる。
【００２１】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、微
小変位素子のヒステリシスによる誤差を生ぜず、かつレ
ーザ測長系の位置検出精度の制限を受けることなく、レ
ーザ測長系の分解能以下で高精度に位置決めができる位
置決め装置を提供できる。
小変位素子のヒステリシスによる誤差を生ぜず、かつレ
ーザ測長系の位置検出精度の制限を受けることなく、レ
ーザ測長系の分解能以下で高精度に位置決めができる位
置決め装置を提供できる。
【図１】本発明に係わる位置決め装置の一実施例を示す
構成図。
構成図。
【図２】同装置の回路構成図。
【図３】同装置における圧電素子の変位特性図。
【図４】同装置における圧電素子の低電圧領域の変位特
性図。
性図。
【図５】同装置における微動及び粗動による変位を示す
図。
図。
【図６】同装置における微動及び粗動の連動を示す図。
【図７】従来装置の構成図。
２…スライダ、４…圧電素子、６…粗動機構、８…レー
ザ発振器、９…レーザ干渉計、１３…レシーバ、１６…
粗動駆動回路、１７…微動駆動回路、２０…微動粗動制
御回路。
ザ発振器、９…レーザ干渉計、１３…レシーバ、１６…
粗動駆動回路、１７…微動駆動回路、２０…微動粗動制
御回路。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05D 3/12 305 G05D 3/00
Claims (1)
- 【請求項１】 微小変位する微小変位素子と、 この微小変位素子を移動させる粗動機構と、 前記微小変位素子の変位位置を測定する位置検出手段
と、 前記微小変位素子を目標位置に向かって所定の変位量で
１ステップずつ微小変位させ、かつ所定ステップだけ微
小変位させた後に前記微小変位素子の変位をゼロに縮め
るオープンループ制御手段と、前記微小変位素子が所定ステップだけ微小変位した後に
変位量をゼロにすると共に、前記粗動機構を移動制御し
て前記微小変位素子の所定ステップ分の変位量だけ前記
微小変位素子を移動させる 粗動フィードバック制御手段
と、を具備し、 前記オープンループ制御手段による前記微小変位素子の
変位と、前記粗動フィードバック制御手段による変位と
を繰り返すことにより前記微小変位素子を前記目標位置
に位置決めする ことを特徴とする位置決め装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07957591A JP3256556B2 (ja) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | 位置決め装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07957591A JP3256556B2 (ja) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | 位置決め装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04314106A JPH04314106A (ja) | 1992-11-05 |
| JP3256556B2 true JP3256556B2 (ja) | 2002-02-12 |
Family
ID=13693796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07957591A Expired - Fee Related JP3256556B2 (ja) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | 位置決め装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3256556B2 (ja) |
-
1991
- 1991-04-12 JP JP07957591A patent/JP3256556B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04314106A (ja) | 1992-11-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |