JPH01291194A - Ｘ−ｙテーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、Ｘ−Ｙテーブルに関する。

（従来の技術） Ｘ−Ｙテーブルの構成は種々のものがあるが、いずれも
ステージベースに対してＸ方向にリニアな動作をするＸ
ステージと、Ｙ方向にリニアな動作をするＹステージと
が設けられ、その結果として２次元に移動可能なＸ−Ｙ
ステージが得られるというものである。

このように、従来構造では２次元駆動の駆動方向を２方
向に分け、ｘ−Ｙステージ自体はその一方向にのみ駆動
可能とし、この一方向駆動系全体を他の方向に駆動する
ことにより、間接的に２次元駆動するものであった。

また、上記のように間接的な２次元駆動を行っていなの
で、このＸ−Ｙステージの位置検出は、従来より次のよ
うな方法が採用されている。すなわち、２組のリニアエ
ンコーダをもちいて、前記ＸステージとＹステージとの
位置をそれぞれ検出し、これをもってＸ−Ｙステージの
位置とするものである。なお、上記のような間接的な２
次元駆動は、Ｘステージ、Ｙステージ毎にリニアモータ
等を配置し、この各リニアモータの駆動を上記すニアエ
ンコーダの出力によって制御することにより、Ｘ−Ｙス
テージを位置決めしていた。そして、その結果として得
られる２次元に移動可能なＸ−Ｙステージが間接的に２
次元に位置決めされるというものであった。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来の技術では、たとえば上記Ｘ−Ｙステージ
及びＹ方向駆動系の全体をＸ方向駆動系によって駆動す
ることで、間接的に２次元駆動するものであるので、Ｘ
−Ｙステージをガイドによって支持することが不可欠で
あり、万−Ｘ方向のガイドがずれている場合には、正確
な位置決めを実行することができなかった。

このように、従来の間接駆動方式ではガイドのずれがＸ
−Ｙステージの位７１精度に大きく影響し、高精度なＸ
−Ｙ駆動を行うのに限界があった。

また、このような間接駆動の場合には、駆動源の駆動力
が種々の部材を介してＸ−Ｙステージに伝達されるので
、駆動源の加速動作、停止動作に対１−５て、Ｘ−Ｙス
テージの移動が追従せずに遅れが生じ、動特性が悪いと
いう問題があった。

また、位置精度に関しては、Ｘ−Ｙステージの位置検出
が正確に実行できれば上記間接駆動による弊害を低減で
きるが、従来ではＸ−Ｙステージの位置検出を行う場合
に、２組のリニアエンコーダはＸステージとＹステージ
との位置をそれぞれ検出しているにすぎず、その後に何
等かのガイドを介して間接的に位置決めされるＸ−Ｙス
テージの位置は、そのガイドのガタや不安定さなどの悪
影響によって、位置決め精度が悪化してしまっていた。

したがって、正確な位置決めを実行できず、位置精度に
自ずから限界があった。。

また、Ｘ−ＹステージのＸ軸とＹ軸との直交度は、リニ
アエンコーダでは規定できず、Ｘ軸、Ｙ軸を規定するそ
れぞれのガイドの直交度に依存するため、その精度にも
機械的な限界があった。

従って、この直交度のずれからも位置決め精度が悪化し
ていた。

そこで、本発明の目的とするところは、」二連した従来
の問題点を解決し、従来の間接駆動よりも位置精度を向
上でき、しかも動特性の良好なＸ−Ｙテーブルを提供す
ることにあり、さらには高精度の直交度と高位置決め精
度とを有するＸ−Ｙテーブルを提供することにある。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 本発明は、Ｘ−ＹステージをＸ、Ｙ方向にテーブル駆動
するＸ−Ｙテーブルにおいて、２次元駆動される上記Ｘ
−Ｙステージに対して、それぞれ位置を変えて平面的に
Ｘ方向駆動部とＹ方向駆動部とを配置し、上記Ｘ−Ｙス
テージを直接的に２次元駆動する構成としている。

そして、上記のようなＸ方向駆動部は、Ｘ方向にのみ力
を発生し、Ｙ方向には拘束力を持たないリニアＤＣモー
タ又はリニア誘導モータ等でｉｔすることができ、Ｙ方
向駆動部も同様に構成することができる。

なお、好ましくはＸ−ＹステージのＸ、Ｙ方向の移動策
を、Ｘ−Ｙステージを基準として直接検出する構成を採
用することが望ましい。

位置検出方式として、例えばライン及スペースのスリッ
トパターンを有するメインスケールと、このメインスケ
ールと同様の形状で、かつ、各々１／４周期ずつ位相の
異なる４つのパターン領域を有するサブスケールとを有
し、相対移動する両スケールを透過した光を検出してエ
ンコーダ情報とする透過型光学式エンコーダを採用する
場合には、例えばサブスケールを−Ｙステージと共に移
動するように上記被照射部として形成し、一方メインス
ケールは固定するように構成すれば良い。

なお、反射型光学式エンコーダを採用することらできる
。また、レーザ測長機によりＸ−Ｙステージの位置を直
接検出する場合には、Ｘ、Ｙ方向の参照用ミラーは固定
し、Ｘ、Ｙ方向の反射ミ２−をＸ−Ｙステージに形成す
れば良い。

（作用） 本発明では、Ｘ−Ｙステージに対して、平面的に位置を
変えてＸ、Ｙ方向駆動部を配置しているので、Ｘ−Ｙス
テージを直接的に２次元駆動することができる。したが
って、従来の間接駆動方式に比べれば、駆動系からＸ−
Ｙステージに至る系の中に何等のガイドを必要としない
ので、Ｘ−Ｙステージの位置精度は直接駆動系自体の位
置決め精度と同一となり、従来のようにガイドのずれな
どの機械的な位置ずれが生じないので、位置決め精度を
向上することができる。

また、直接駆動方式の採用により、駆動部の加速動作、
停止動作が何等のガイドを介せずに直接Ｘ−Ｙステージ
に作用するので、駆動部に対するＸ−Ｙステージの追従
性が向上し、動特性を良好とすることができる。

さらに、Ｘ−Ｙステージ自体の位置検出を行う構成とす
れば、Ｘ−Ｙステージが移動すると、このＸ−Ｙステー
ジ自体を基準としてＸ、Ｙ方向の移ｅ−ｔが直接検出さ
れるので、Ｘ−ＹステージのＸ、Ｙ軸の移動位置に関す
るエンコーダ情報を、ｙＬｆａ的に検出することができ
る。したがって、従来とは異なりガイドの機械的位置ず
れの影響がなく、Ｘ−Ｙステージ自体を基準としてその
位置を検出しているで、その移動位置を正確に制御する
ことが可能となる。さらに、移動方向であるＸ。

Ｙ軸の直交角度は例えばパターンの形成角度にのみ依存
し、駆動系の影響を受けないので、より正確な位置検出
を実行することができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について、図面を参照して具体
的に説明する。

第１図、第２図に示すように、ステージベース１」二に
はＸ軸ガイドレール２が設けられている。

このＸ軸ガイドレール２にはＸ軸すニアガイド１０を介
してＸステージ３が取り付けられ、Ｘステージ３はＸ軸
方向にリニアな動作をする。ただし、Ｘステージ３の下
面には、ステージベース１との間に平面軸受３ａが設け
られている。

また、Ｘステージ３にはＹ軸すニアガイド軸１１を介し
てＸ−Ｙステージ４が取り付けられ、Ｘ−Ｙステージ４
はＸステージ３に対してＹ軸方向にリニアな動作をする
。

ただし、Ｘ−Ｙステージ４の下面には、ステージベース
１との間に平面軸受１２が組み込まれている（第３図参
照）。

このような構成により、Ｘ−Ｙステージ４は、ステージ
ベース１に対してＸ、Ｙ方向に２次元に移動可能となる
。

このようなＸ−Ｙステージ４の駆動をリニアＤＣモータ
により行う一例を以下に説明する。

すなわち、第３図に示すように、Ｘ−Ｙステージ４が平
面軸受１２によりステージ１上で２次元移動可能となっ
ていて、この駆動をＸ方向のりニアＤＣモータ８と、Ｙ
方向のリニアＤＣモータ９によって行っている。リニア
ＤＣモータ８，９は同様の構成を有し、第３図に示すよ
うにＸ−Ｙステージ４に取り付けられた１相コイル２２
と、ステージベース１上に取り付けられたリニアモータ
ヨーク２０及び永久磁石２１とから構成されている。永
久磁石２１とコイル２２との関係は、第４図のようにＮ
ｆ！、Ｓ極を向かい合わせた２組の永久磁石２１と軟鉄
のヨーク２０とにより矢印３０のような磁界を作り、そ
の磁界中に１相コイル２２を配置した形となっていて、
１相コイル２２に電流を流すことによってコイル２２が
矢印３１の方向に力を発生する。

そして、隣りあった２つの永久磁石２１．２１を密着さ
せて配置することにより、第６図に示すように磁束密度
Ｂが一定に近い部分を長くとることができ、コイル２２
のストロークをこの範囲に規定すれば発生力のムラの少
ないリニアＤＣモータを実現できる。

また、力の発生方向と垂直な方向（第５図における矢印
４０の方向）には、第５図においてコイル２２が永久磁
石２１に対し相対的に４１．ａ、４１ｂの距離だけ移動
するまでは拘束力を持たない。

このようなリニアＤＣモータを、その駆動方向を直交さ
せ、かつ、第１図に示すように、Ｘ−Ｙステージ４の裏
面にその位置を変えて平面的に２組設けることにより、
Ｘ−Ｙステージ４をステージベース１から直接２次元に
駆動するためのＸ方向用リニアＤＣモータ８と、Ｙ方向
用ニアＤＣモータ９とが構成できる。

このように、上記各方向のリニアＤＣモータ８゜９は、
その駆動軸方向に力を発するが、これとは直交する方向
には何等の拘束力を持たないので、リニアＤＣモータ８
，９のそれぞれのコイル２２へ通電することによりＸ、
Ｙ方向の駆動を独立して実施することで、Ｘ−Ｙテーブ
ル４を直接的に２次元駆動を実現することができる。

第７図（Ａ）、（Ｂ）に、Ｘ−Ｙステージ４の駆動系の
変形例として、その駆動をリニア誘導モータ６０により
行う場合の一例を示す。

ステータ６１をステージベース１上に設け、導体板６４
と磁性体板６５とで構成されるムーバ６２をＸ−Ｙステ
ージ４上に設ける。

ステータ６１は、溝加工された軟鉄ヨーク６３の溝部に
コイル６６ａ、６７ａ、６８ａ、６６ｂ。

６７ｂ、６８ｂを第７図（Ａ）、（Ｂ）のように巻いて
構成される。コイル６６ａと６６ｂ、６７ａと６７ｂ、
６８ａと６８ｂは、それぞれ同相の電流を流すコイルで
あり、これらにそれぞれ第８図の７６．７７．７８に示
したような１２０４だけ位相をずらした交流電流を流す
ことにより、ステータ６１とムーバ６２との間に直接的
に移動する進行磁界が発生する。

この進行磁界がムーバ６２を構成する導体板６４の中に
渦電流を誘導し、これと磁界との作用で矢印６９に示す
方向に力を発生する。

なお、ムーバ６２を構成する磁性体板６５は、磁束の通
り道を成すものである。

このようなリニア誘導毛−夕６０においては、ムーバ側
は電気的にも磁気的にも極性を持たないので、第７図に
おいてムーバ６２は磁界を発生する軟鉄ヨーク６３の平
面的な面積よりも、Ｘ−Ｙステージ２のＸ、Ｙストロー
ク分だけそれぞれの方向に大きい面積を持っているだけ
で、矢印６９の方向にそのストローク内で均一な力を発
生し、かつ、矢印７０の方向には拘束力を待たない一方
向用のリニア誘導モータ６０を実現できる。

このようなリニア誘導モータ６０を、その駆動軸方向を
直交させ、かつ、Ｘ−Ｙステージ４に対して平面的にそ
の位置を変えて２組設けることで、Ｘ−Ｙステージ４を
ステージベース１から直接２次元に移動するためのリニ
ア誘導モータを構成することができる。

なお、リニア誘導モータは、第７図に示したような構成
のものの他、ムーバを導体板のみとしてコイルを挾み込
むような構成のものなど、種々の構成を採用し得る。

次に、Ｘ−Ｙステージ４を直接的に位置検出する構成例
について、第２図及び第９図〜第Ｌ５図を参照して説明
する。なお、本例は２次元位置検出用の透過型光学式エ
ンコーダの構成例である。

第２図に示すように前記ステージベース１上には、Ｘ方
向用とＹ方向用とのそれぞれのエンコーダパターンをガ
ラス基板−Ｅに形成したメインスケール３０３がメイン
スケール支持台３２３に支持されて設けられ（第９図を
も参照）　、Ｘ−Ｙステージ４の移動によってこのＸ−
Ｙステージ４に対して相対的に２次元に移動可能となっ
ている。

Ｘ−Ｙステージ４上に設けられたＸ方向用検出器６は、
第９図に示すように光源３２９．ミラー３２８、コリメ
ータレンズ３２７とから成る照明系と、エンコーダサブ
スケール３２５と受光素子３２６とから成る受光系で構
成され、両者の間にステージベース１上に固定されたメ
インスケール３０３が挾まれる構成となっている。

なお、図中３３０は光源３２９からの光線を示している
。

また、Ｙ方向用検出器７も同様な構成となっている。

メインスケール３０３上には、第１０図に示すように１
周期をＬ（例えばＬ＝１０μｍ）とし、光が透過する部
分（以下ラインとも称する）３４０ａと透過しない部分
（以下スペースとも称する）３４０ｂとの比で１対１（
すなわち、それぞれ同じ幅Ｌ／２の幅を持つライン及ス
ペース）に形成されたエンコードパターン３４０と原点
信号用のパターン（図示せず）とが、Ｘ方向用、Ｙ方向
検出用にそれぞれ直交して２組形成されている。

これに対し、サブスケール３２５上には、第１０図の３
４１ａ、３４１ｂ、３４１ｃ、３４１ｄに示すように、
上記メインスケール３０３と同じライン及スペースのパ
ターンで、それぞれ１ｉｎ周期ずつメインスケール３０
３のパターン３４０に対して位相をずらした４つのパタ
ーン領域と、原点信号用パターン（図示せず）とが形成
されている。

前記受光素子３２６は、サブスケール３２５の４つの領
域及び原点信号用パターン領域（２領域）を通過してき
た光の強度をそれぞれ検出するために、６分割された領
域をもち、光源３２９から出て、レンズ３２７．メイン
スケール３０３．サブスケール３２５を通過してきた光
の強度を検出する。

このように構成された２次元エンコーダは、以下のよう
に動作する。

すなわち、メインスクール３０３に対してＸ方向用検出
器６が相対的に２次元移動した場合、Ｙ方向の移動成分
はエンコーダ信号の変化つまり受光素子３２６に入って
くる光の強度変化として現れないが、Ｘ方向の移動成分
は、エンコーダ信号の変化として現れる。

すなわち、第１０図において、サブスケールの３４１ａ
の領域を通過してきた光の強度は、位置Ｘに対して−ｓ
ｉｎ　ｘ＋α（αは外乱）のごとく変化し、同様に３４
１ｂの領域はｃｏｓ　Ｘ＋α、３４１ｃはｓｉｎ　Ｘ＋
α、　３４１　ｄは−ＣＯ５Ｘ＋ｆｆのように変化する
。

これらの各信号を２つずつ組にして、 （Ｓｉｎ　Ｘ＋（Ｚ　）　−（−８ｉｎ　Ｘ＋ｃｘ　）
　＝　２Ｓｉｎ　Ｘ（ｃｏｓＸ＋α）　−（−ｃｏｓ　
ｘ＋α）＝２ｃｏｓＸのように演算することで、Ｓｉｎ
　ｘ、ｃｏｓｘの２波が得られ、この信号からＸ−Ｙス
テージ４の位置をエンコードすることができる。

同様に、Ｙ方向用検出器７からｓｉｎ　Ｙ、　ｃｏｓ　
Ｙの２波が得られる。

原点信号は、メインスクール３０３の原点パターンと、
サブスケール３２うの原点パターンとが重なった時に表
れる光及のピークをあるスレッショルドレベルで２値化
して得られる、長さが前記ライン及スペース１周期弱の
信号であり、原点位置はこの原点信号と、Ｓｉｎ　Ｘ、
　ＣＯＳ　Ｘ両信号との論理積によって１／８周期の範
囲で決められる。

Ｙ方向も同様にして行われる。

原点信号用のパターンは、例えば前記ライン及スペース
の１本のラインの幅の２倍の幅を持つスリットを例えば
第１１図のように並べたものである。なお同図において
、“１”は透明部であるスペースを意味し、“０”は非
透明部であるラインを意味する（例えば、１ｂｉｔ、＝
１０μｍ）、このスリットパターンのみをメインスケー
ル３０３及びサブスケール３２５上に設け、前記スリッ
トの長手方向と直交する方向にメインスケール３０３と
サブスケール３２５との位置関係が相対的に移動した場
合、第１２図に示したような原点信号が得られる。

第１２図において、原点信号となる透過光量は、全体的
にはメインスクール３０３とサブスケール３２５のスリ
ットパターンが重なり始めた時から少しずつ増加してゆ
き、両者が重なった時に最大となり（ピーク値を示す）
、そこから再び減少していき、両者の重なり部分がなく
なワた時にゼロとなるような、底辺の幅がスリットパタ
ーン全体の幅の２倍である三角形状を示す。

さらに、細かく見ると両スリットパターンがぴったり重
なった時の前後で裾野の幅が前記ライン及スペースの約
２周期であるような三角形状に光景のピークが表れる。

これをあるスレッショルドレベルで２値化して、前記ラ
イン及スペースの１周期弱のパルス信号（原点信号）と
することにより、この信号と前記ｓｉｎ　Ｘ、Ｃ０５Ｘ
両信号との論理積によって、前記ライン及スペースの１
／８周期の範囲内で原点が決められる。

原点出しは、ステージがどのような位置にあっても原点
信号とＳｉｎ　Ｘ、　ＣＯＳ　Ｘの両信号とのみを参照
して行うことができるが、以下にその方法の一例を示す
。

第１３図に示すように、１：１のライン及スペースのパ
ータン３５１の端に前記のような原点パターン３５２を
設けたメインスケール３０３に対して、第１４図に示し
たような配置をしたサブスケール３２５が移動する場合
、サブスクール３２５の原点パターン領域３６０及び領
域全体が透明（スペース；光を透過する部分）である領
域３６１を通過する光量の信号は、それぞれ第１５図に
おける３７０，３７１のような出力を示す、そして、信
号３７０から信号３７１を引いたものが信号３７２に示
すものとなる。

この信号をあるスレショルドレベルで２値化し、０と１
のディジタル信号としてとらえる。

まず、電源投入前に前記原点信号が１であれば、該信号
がＯになるまで、第１５図における出力特性が左側に移
行するような方向にサブスケール３２５を移動し、そこ
から再び該信号が１になるまで右側に移動し、そこを仮
の原点とする。この状態では第１５図におけるＡ点かＢ
点か分からないので、次にＡ、Ｂ間距離以上に左側に移
動させて信号が０の状態から再び１になるまで右側に移
動させると、原点位２Ａに至る。

次に、電源投入時に前記原点信号が０であれば、該信号
が１になるまで右側に動かし、そこを仮の原点とする。

それ以降は前記と同様なシーケンスにより原点位？ｆｆ
Ａ点に至る。

以上のような方法により、電源投入時にステージがどの
ような位置であっても、メカリミット等に当てることな
く原点信号とｓｉｎ　Ｘ、　ｃｏｓ　Ｘの両信号とのみ
を参照して原点出しを行うことができる。

このようにして、Ｙ方向には感度を持たないＸ方向用の
エンコーダが構成されるが、同様にしてこれと直交する
方向にＹ方向用検出器７を構成することにより、２次元
移動するＸ−Ｙステージ４上で該ステージ４の位置をス
テージベース１から直接２次元的に検出できるエンコー
ダを構成することができる。

この２次元エンコーダのＸ、Ｙ軸の直交度は、メインス
ケール３上に形成されるＸ、Ｙ方向のパターンの直交度
に依存するが、これはＥＢ措画法等により、かなり高精
度なものが得られるため、高い直交度を持つエンコーダ
を構成することかできる。

このように、Ｘ−Ｙステージ４を直接的に２次元駆動し
、かつ、その移動位置検出を上記実施例のようにＸ−Ｙ
ステージ４から直接検出することで、Ｘ−Ｙステージの
位置検出をガイド等の精度に無関係に正確に検出でき、
かつ、この位置検出に基づ＜ｘ−ｙステージ４の位置決
めをガイド等の精度に無関係に直接的に実行することが
できるので、非常に正確なＸ−Ｙ移動を実現することが
できる。

以上は透過型光学式エンコーダを採用した場合の一例で
あるが、反射型光学式エンコーダを採用することもでき
、また本例以外の構成のエンコーダを採用することも可
能である。

次に、Ｘ−Ｙステージ４の直接的な位置検出の変形例に
ついて、第１６図を参照して説明する。

第１６図は、レーザ測長機によってＸ−Ｙステージ４の
位置検出を実行する一例を示すものである。

同図において、８１ａ、８１ｂ、８１．ｃそれぞれミラ
ーであり、レーザ光源８０から出た光はビームスプリッ
タ８２によりＸ方向の位置検出用の光と、Ｙ方向の位置
検出用の光とに分割される。

昼下、Ｘ方向の位置検出について説明するが、Ｙ方向も
まったく同様にして実行される。

ミラー８１ｂによりＸ軸と平行な方向に屈曲された光は
、ビームスプリッタ８３ａによりＸ方向用参照ミラー８
４ａとＸ方向用反射ミラー８５ａの２方向に分割され、
それぞれのミラーで反射されて再びビームスプリッタ８
３ａに戻り、両光の一部はＸ方向用光検出器８６ａに入
射する。

Ｘ方向用光検出器８６ａに入射する２本の光は、互いに
干渉し、Ｘ−Ｙステージ４がＸ方向に移動すると、レー
ザの波長λの周期で光の明暗が生じ、これからＸ−Ｙス
テージ４のＸ方向の移動量を測定することか出来る。

同様にして、Ｙ方向の移動量も測定することが出来る。

このように、Ｘ−Ｙステージ４の位置検出にレーザ測長
機を使用した場合には、Ｘ方向とＹ方向との直交度は、
Ｘ−Ｙステージ４を構成しているメカニカルなガイドと
は無関係に、Ｘ方向用反射ミラー８５ａと、Ｙ方向用反
射ミラー８５ｂとの直交度によって法まる。したがって
、高精度を得るために、また、直交度が９０°からある
角度θだけずれている場合、レーザ測長機で測長される
ステージの移動量が実際の移動量にＣＯＳθを乗じた値
となってしまうことによる位置検出精度の悪化を防ぐた
めに、Ｘ方向用反射ミラー８５ａと、Ｙ方向用反射ミラ
ー８５ｂとは、高直交度を有することが必要である。

第１７図に、本発明による」ユ記実施例のＸ−Ｙステー
ジの制御系の一例を示している。

本例はＸ−ＹステージをリニアＤＣモータで制御する場
合のものであり、第１７図は１軸のみの制御系を示して
いる。

なお、本例の−Ｙステージは、Ｘ軸、Ｙ軸がそれぞれ第
１７図に示す制御系によって構成されており、この２系
統のリニアＤＣモーによって２次元的な位置決めを行う
ものである。

なお、ここではＸ軸制御用の制御系について説明するが
、Ｙ軸制御用の制御も同様である。

本制御系は、エンコーダ信号処理部４１１．ディジタル
制御部４１２．アナログ制御部４１３゜パワーアンプ部
１１９により構成されている。

本例のＸ−Ｙステージ４は、その駆動系として９０゛位
相の異なった２相の正弦波出力のリニアＤＣモータを用
いている。また、リニアＤＣモータは、パワーアンプ部
１１９の出力電流をコイル１２０の電流とし、そのコイ
ル電流に比例しな推力を発生するものである。

第１７図において、リニアエンコーダ１０１の出力信号
２０１，２０２は、エンコーダ信号処理部１１に入力さ
れ、増幅器１０２，１０３によって所要の振幅に増幅さ
れた後、８分割回路１０５および位相シフト回路１０４
に入力される。

前記８分割回路１０うは、正弦波信号２０３（又は２０
４）の１／８周期毎に１クロック時間のパルスを発生す
る。８分割回路１０５は、２つの出力２０５及び２０６
を持っており、例えば正方向進行中には２０５に、負方
向進行中には２０６にパルスが出力される。

したがって、１０μｍ当たり１周期の正弦波を発生する
リニアエンコーダ１０１を使用した場合、８分割回路１
０５の出力パルス間のＸ−Ｙステージ４の進行距離は１
，２５μｍであり、進行方向はパルスが出力される信号
線によって認識できる。

すなわち、２０５にパルスが出力された場合には、Ｘ−
Ｙステージ４は正方向に１．２５μｍ進み、２０６にパ
ルスが出力された場合には、負方向に１．２５μｍ進ん
だことになる。

なお、エンコーダ信号とパルスとの関係は第１８図に示
す通りである。

位相シフト回路１０４は、２相正弦波信号２０３．２０
４と、ＣＰＵ１２１から出力される目標位置に関する位
相信号２０７，２０８とから、目標位置に負の勾配のゼ
ロクロス点ともつ正弦波１３号２０９を合成する。

目標位置を含む１／８周期長及びその前後の１／８周期
長の範囲をアナログゾーンといい、アナログ制御４１３
によって制御を行う。

また、アナログゾーン外の範囲をディジタルゾーンとい
い、ディジタル制御部４１２によって制御を行う。

ディジタル制御部４１２について説明すると、ＣＰＵ１
２１から目標位置が指令されると、エンコーダ信号の１
／８周期長を単位とした位置の整数部が目標位置レジス
Ｉ−１０９に保持される。また、目標位置に負の勾配を
持つ正弦波信号２０９が位相シフト回路１０４から出力
される。

以下、具体例を持って説明すると、目標位置を例えばｘ
＝１００１μｍとし、１周期１０μｍのリニアエンコー
ダ１０１を使用すると、その１／８周期は１．２５μｍ
であり、１００１μｍを１゜２５μｍで割った商８００
がＣＰ　ＬＩ　１．２１の出力信号２１０として出力さ
れ、前記目標位置レジスタ１０９に保持される。また、
位相シフト回路から−ｓｉｎ　　（ｘ＋１　）　２ｙｒ
／１０なる１３号が−Ｉ−記正弦波信号２０９として出
力される。これは、Ｘ＝１００１μｍの位置に負の勾配
のゼロクロス点をもつ正弦波である。この場合には、ｘ
＝９９８゜７５〜１００２．５μｍの３．７５μｍの範
囲がアナログゾーンであり、その外の範囲がディジタル
ゾーンとなる。

現在位置カウンタ１０７は、上記８分割回ｌ？８１０５
の出力信号２０５及び２０６のパルスをカウントするこ
とにより、Ｘ−Ｙステージ４の現在位置を常に更新出力
する。比較回路１０８は、目標位置と現在位置との差を
常に更新出力する。また、現在位置がアナログゾーンに
入った場合、つまり比転回路１０８が−１，０，１のい
ずれかの場合に、制御切り換えスイッチ１２２により制
御をアナログ制御部４１３に切り換えるや ＲＯＭ１．１１は、目標位置と現在位置との差に応じた
Ｘ−Ｙステージ４の目標速度が書き込まれる。そして、
比較回路１０８の出力に応じてこのＲＯＭＩＩＩから目
標速度を読み出し、それをＤ／Ａコンバータ１１２によ
りＤ／Ａ変換し、電圧出力とする。速度カウンタ１０６
は、信号２０５又は２０６のパルス間のタロツク数をカ
ウントし、その逆数をとることによりディジタル速度を
算出する。このディジタル信号は、Ｄ／Ａコンバータ１
１０によりＤ／Ａ変換され、電圧出力となる。

［目標速度及びディジタル速度の電圧出力は、加算器１
１３に入力される。この加算器１１３の出力は、スイッ
チ１２２を通りパワーアンプ１１９により電圧−電流変
換され、コイル１２０へのコイル電流２１２となり、Ｘ
−Ｙステージ４の駆動力を発生ずる。目標速度信号とデ
ィジタル速度信号は、逆の特性を持ち、ディジタル速度
が目標速度に一致するようにコイル電流は制限される。

現在位置がアナログゾーン入ると、スイッチ１２２によ
り制御をアナログ制御部４１３に切り換える。

アナログ制御部４１３について説明すると、アナログ制
御は目標位置に負の勾配のゼロクロス点を持つ正弦波信
号２０９を利用し、そのゼロクロス点すなわち目標位置
にＸ−Ｙステージ４を整定させる。

波形整形回路１１４は、信号２０９を非線形増幅回路を
利用してアナログゾーン内でリニアな波形２１１に整形
する。これによって目標位置からの変位をリニアな電圧
として検出することができる。比例増幅器１１５．微分
増幅器１１６．積分増幅器１１７は、上記のようなリニ
アな波形に対して公知のＰＩＤ制御を施すものである。

加算器１１８は、その出力がスイッチ１２２を通りパワ
ーアンプ１１９によって電圧−電流変換され、コイル１
２０へのコイル電流となってＸ軸の駆動力を発生ずるも
のである。

これによって、Ｘ−Ｙステージ４を上記波形のゼロクロ
ス点つまり目標位置に整定させる。

以上の制御をＸ軸、ＹＩＩＩＩについてそれぞれ行うこ
とにより、２次元的な位置決めを実現することができる
。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によればＸ−Ｙステージを
直接的に２次元駆動することができので、従来の間接駆
動方式と比較すればＸ−Ｙステージをガイドを介して駆
動する必要がないので、Ｘ−Ｙステージの位置精度は直
接駆動系自体の位置決め精度と同一となり、従来のよう
にガイドのずれなどの機械的な位置ずれが生じないので
、位置決め精度を向上することができる。

さらに、Ｘ−Ｙステージ自体の位置検出をＸ−Ｙステー
ジを基準として直接行う構成とすれば、ｘ−Ｙステージ
が移動すると、このＸ−Ｙステージ自体に形成された各
軸毎の被照射部も移動することになり、この被照射部に
対して照射された透過光または反射光を検出することで
、Ｘ−ＹステージのＸ、Ｙ軸の移動位置に関するエンコ
ーダ情報を直接的に検出することができる。

したがって、従来とは異なりガイドの機械的位置ずれの
影響がなく、Ｘ−Ｙステージ自体に形成した被照射部に
基づき検出しているで、その移動位置を正確に制御する
ことが可能となる。さらに、移動方向であるＸ、Ｙ軸の
直交角度は被照射部の形成角度にのみ依存し、駆動系の
影響を受けないので、より正確な位置検出を実行するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であるＸ−Ｙテーブルの平
面図、 第２図は、第１図に示すＸ−Ｙテーブルの概略斜視図、 第３図は、リニアＤＣモータの一構成例を示す概略説明
図、 第４図は、リニアＤＣモータの断面図、第５図は、リニ
アＤＣモータとコイルの位置関係を説明するための平面
図、 第６図は、第４図、第５図のように配置した場合の永久
磁石の磁束密度の分布を示す特性図、第７図（Ａ）、（
Ｂ）は、リニア誘導モータの平面図、断面図、 第８図は、同上リニア誘導モータの各コイルへ流す電流
の関係を示す特性図、 第９図は、第１図に示すＸ−Ｙエンコーダの構成要素及
び照明系を説明するための断面図、第１０図は、Ｘ−Ｙ
エンコーダを構成するメインスケールとサブスクールと
に形成される各パターンの関係を示す概略説明図、 第１１図は、原点パターンを構成するスリット列の並べ
方の一例を示す概略説明図、 第１２図は、第１１図のスリット列で構成された原点パ
ターン２組の位置関係と透過光量との関係を示す特性図
、 第１３図は、メインスケール上の１＝１のライン及スケ
ールのパターンと原点パターンの並べ方の一例を示す特
性図、 第１４図は、サブスケール上の各種パターンの並べ方の
一例を示す概略説明図、 第１５図は、エンコーダ信号のみを参照して原点出しを
するのに用いる原点信号の一例を示す特性図、 第１６図は、Ｘ−Ｙステージの直接的な位置検　　　′
出にレーザ測長機を採用した場合の構成例を示す平面図
、 第１７図は、リニアモータ用いた場合のＸ−Ｙステージ
の制御系のブロック図、 第１８図は、第１７図の回路中のエンコーダ信号とパル
スとの関係を示す特性図である。 １・・・ステージベース、 ４・・・Ｘ−Ｙステージ、 ６・・・Ｘ方向用検出器、 ７・・・Ｙ方向用検出器、 ８・・・Ｘ方向用リニアＤＣモータ、 ９・・・Ｙ方向用リニアＤＣモータ、 ６０・・・リニア誘導モータ、 ８１〜８６・・・レーザ測長機、 ８５ａ、８５ｂ・・・被照射部（反射ミラー）、３０３
・・・メインスケール、 ３２５・・・被照射部（サブスケール）、３２６・・・
受光素子、 ３４０・・・メインスケールパターン、３４１ａ〜３４
１ｄ・・・サブスケールパターン。 代理人　弁理士　井　上　　−（他１名）第３図 第４図 第５図 第７図 （Ａ） （Ｂ） ｎ ６１又子−夕 第１１図 一１００１１１Ｃ）１０．１１１００１１０１００ｏ１
００１０１０１１　　　　　（全３５ｏｂｉｔ）第１２
図 第１４図 第１５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｘ−ＹステージをＸ、Ｙ方向にテーブル駆動する
   Ｘ−Ｙテーブルにおいて、 ２次元駆動される上記Ｘ−Ｙステージ対して、それぞれ
   位置を変えて平面的にＸ方向駆動部とＹ方向駆動部とを
   配置し、上記Ｘ−Ｙステージを直接的に２次元駆動する
   構成としたことを特徴とするＸ−Ｙテーブル。
2. （２）上記Ｘ−ＹステージのＸ、Ｙ方向の移動量を、Ｘ
   −Ｙステージを基準として直接検出する検出部を設けた
   特許請求の範囲第１項記載のＸ−Ｙテーブル。