JPH04205111A

JPH04205111A - サーボ機構

Info

Publication number: JPH04205111A
Application number: JP32889990A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Sakai; 俊彦酒井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-27
Anticipated expiration: 2014-06-21
Also published as: JP2908010B2

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】膚！とへ魁ｈ〔嘴叫−刺に断鉤分野〕本発明はメカニカルなサーボ機構及びその制御方法に係
り、特に光学的検出系を有し、精密機器の位置決め等に
好適なサーボ機構に関する６〔従来の技術〕従来のサーボ機構は、特開昭５６−１１４００１号公報
「空気式調節計」に記載のように、光センサが検出した
制御対象の状態に対応する検呂信号を、−旦電気信号に
変換して、電気信号で与えられる目標値信号との間のフ
ィードバック演算を電気信号を媒体として行っていた。

また、その結果求まった修正信号も、電気信号として操
作器へと入力し、操作器の出力であるレーザー光の強度
を変化させることにより行われていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、光センサからの検出光信号を
電気信号に変換する為の装置が必要であり、システムが
大きくなるという問題があった。

また、電気信号を伝達するためにシステム内の電気系各
要素を導体線材等により相互に接続配線する必要があり
、微小素子の実現が困難であるという問題があった。ま
た、電磁的雑音の影響を受けやすいという問題があった
。

また、制御対象を修正操作信号の強度調整のみにより制
御するため、光の信号媒体としての能力が充分活かされ
ていなかった。

本発明の目的は、上記のような電気信号と光信号とがフ
ィードバックループ内に共存することによる装置の大型
化、効率低下、電気信号伝達における雑音の影響などの
諸問題を解決し、微小範囲の物体の精密制御とフィード
バック作用の高速高機能化を達成することである。

〔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は、制御対象の状態に
対応した光信号を検出する光学系（以降、検出光学系と
称する）と、予め設定された目標信号値に対応する光を
生成する光学系（以降、目標値光学系と称する）と、上
記目標値光学系の光源と、上記検出光学系により得られ
る光及び上記目標値光学系により得られる光とを伝搬処
理する光学系（以降、処理光学系と称する）と、上記処
理光学系により得られる光を照射されて制御対象に作用
を及ぼす手段（以降、光アクチュエータと称する）とを
備えた光駆動サーボ機構。

〔作用〕

検出光学系は、制御対象の持つ各種物理量の値、例えば
位置に応じて検出光の特徴量、または位相が変化するよ
うに空間内に配置されている。処理光学系は、上記検出
光を所定の空間配置において受光する。上記処理光学系
にはまた。制御対象の目標状態に対応する特徴量を持た
せた目標信号光が目標値光学系より入力され、上記検出
光との間で光学的相互作用がなされる。処理光学系の構
造を適切に定めてやることで、上記の相互作用の結果と
して実現される光の特徴量、例えば強度が、上記検出光
の特徴量に応じて変化するようにできる。光アクチュエ
ータは、上記相互作用の結果として実現される偏差光を
エネルギー源として制御対象に作用を及ぼしこれを操作
制御する。こうして、制御対象の状態が目標信号に追従
するようなフィードバック作用が実現できる。

この一連のフィードバック処理において、フィードバッ
クループを構成する信号媒体は全て光であり、電気信号
がフィードバック信号の媒体となることは無いように構
成される。このため、配線等に要する空間が不要となる
ので微小範囲の物体の精密制御が可能となるほか、装置
の小形化が図れる。また、電磁雑音によるフィードバッ
ク作用の性能劣化が無く、高速、高機能な制御が達成出
来る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は本発明による光駆動形サーボ機構のブロック構
成図である。

ここで、１は制御対象、２は検出光学系、３は目標値光
学系、４は処理光学系、５は光アクチュエータ、６は制
御対象１の状態、７は検出光、８は目標信号、９は目標
信号光、１０は操作修正信号系、１１は作用である。

検出光学系２は、制御対象１の状態６に対応した光学的
特徴量、例えば光強度、波長９位相、あるいは光束断面
積、光波伝播方向などを持つ検出光７を生成する。一方
、目標値光学系３は、目標信号８を入力して、対応する
目標状態を表す目標信号光９を生成する。処理光学系４
は検出信号光７と目標信号光９とからの偏差演算及び所
定の制御アルゴリズム演算を行う。この結果は操作修正
信号光１０として、光アクチュエータ５に入力される。

光アクチュエータ５は、操作修正信号光１０により機械
的エネルギーを発生して制御対象の状態６を変化させる
作用１１を及ぼす。

この構造の光学系において、制御対象の状態６が目標状
態と異なる場合は、検出光７と目標信号光９とでその光
学的特徴量が異なる。このため処理光学系では、これら
の偏差に応じた演算結果が出力として生成され、光アク
チュエータ５に印加され、制御対象の状態を変化させる
ことになる。

ここで、処理光学系４における演算として適切なものを
設定しておけば、任意の初期状態にある制御対象を安定
に目標状態へと移すことができる。

制御対象１が目標状態に到達すると、検出光７と目標信
号光９との光学的特徴量が一致して、処理光学系内で行
う偏差演算の出力は零となる。このとき操作修正信号光
１ｏは、光アクチュエータ５において機械的エネルギー
を発生しないようなものとなされ、その結果制御対象は
目標状態で保持される。

更に、何らかの外乱要因により制御対象が目標状態から
変動したときでも、その変化は検出光７の光学的特徴量
の変化として検出され、処理光学系４の偏差演算により
操作修正信号光１０が機械的エネルギーを発生させるよ
うな状態に速やかに変化するにのため光アクチュエータ
５が制御対象を目標状態へ復帰させようとする作用を及
ぼし、外乱の影響を抑圧する。

第２図は、本発明による光駆動形サーボ機構により実現
したピストンの位置制御系である。ここで１２はピスト
ン、１３は遮光羽根、１４は光エネルギーによる熱膨張
作用を有する流体、１５はシリンダ、１６はミラー、１
７ａ、１７ｂは平行平面板の対、１８は目標値用可変屈
折率媒質、１９は帰還用可変屈折率媒質である。平行平
面板の対１７ａ、１７ｂは同一材質で同一構造のものを
対向させて、表面同士を平行になるように配置しておく
。

光アクチユエータ駆動のための光はレーザービームをコ
リメートして拡大平行光束にして１７ａに入射させる。

今、この平行光束の進行方向にＸ軸をとれば、この光を
スカラーの波動で表したときの式は、ｕｔ＝Ａｉ　”ｅ
Ｘｐ　（、ｊ　　（ｋｘ−ωｔ）　）ｋ＝２π／λ となる。

ｕ、　：波動表現における平行位置からの変位量Ａｉ　：振幅ｊ　　：虚数単位ｋ　　：波数 λ　　：レーザビームの波長Ｘ　　：光路に沿った長さ ω　　：レーザビームの各周波数ｔ　　：時間この入射光２ｏは平行平面板１７ａの表面及び裏面にて
第２図中に示すように反射と屈折とを受け、表面反射波
２１と裏面反射波２２とに分かれる。それぞれは、可変
屈折率媒質１８及び可変屈折率媒質１９中を通過した後
、再び平行平面板１７ｂの表面及び裏面にて反射と屈折
とを受け、第２図中に示すように３つの光束２３，２４
゜２５を生じる。ここで２３は、可変屈折率媒質１８を
通過した後１７ｂの表面にて反射された光束、２４は可
変屈折率媒質１８を通過した後１７ｂの裏面にて反射さ
れた光束と可変屈折率媒質１９中を通過した後１７ｂの
表面にて反射された光束との重ね合った光束、２５は可
変屈折率媒質１９中を通過した後１７ｂの裏面にて反射
された光束である。

いま、１７ａによる光束分割に伴う表面反射波２１と裏
面反射波２２との光路差をΔａとすると、１７ｂによっ
て生じる裏面反射波と表面反射波との光路差は−Δａと
なる。従って入力光束２０の分割と合成に伴う位相差の
発生はない。一方、媒質１８と１９中ではこれらの屈折
率ｎ１ｌｎ２に応じて光束２１．２２の光路長がそれぞ
れｎ工１゜ｎ２１となり、この差に応じた位相差が発生
する。

ここで、１は両媒質の長さである。

この時、平行平面板の表面反射率１表面入射時透過率、
表面出射時透過率、裏面反射率をそれぞれ振幅変化率で
ｒ□、ｔ□、ｔ□′、ｒ２と表し、媒質１８．１９の通
過に伴う振幅変化率をそれぞれａ工、ａ２とすると、重
ね合った光束２４を表す波動の式は、ｕａ＝Ａｉ−Ｔ’　（ａｘ　・ｅｘｐ　（ｊ　（ｋ−ｎ
１１）　）＋ａ２・ｅｘｐ　（ｊ　（ｋ−ｎ２１）））
　・ｅｘｐ（ｊ（ｋｘ−＊ｔ））但し、Ｔ　＝　ｒ□６　ｒ２・ｔ□・ｔ□’　、　ｋ　
＝　２７Ｃ／λとなる。ここでＴは平行平面板の対１７
ａ、ｂによって生じる光強度の損失を表す。

この光束２４によるエネルギーＵａは、Ｕ、の自乗の時
間平均で与えられ、Ｕａ＝（Ａｉ”ｒ）２／２Ｘ（ａ、”＋ａ、”＋２ａ１
ａ２・ｃｏｓδ）δ＝に−ｎ１１−に−ｎ２１となる。ここでｎ□ｌ　ｎ２は、照射光量により変化す
るため、δの値により重ね合った光束２４のエネルギー
強度のＲｔＡができる。可変屈折率媒質１８と１９とを
同一物質で構成すれば、ａ□＝ａ。

となり、δとＵａとの関係は第３図（ａ）のようになる
。即ち、Ｕ　ａ　＝　ＵａｍＸ　（１＋ｃｏｓδ）−・・−・（
１）Ｕａｍ＝　（ａ、　・Ａｉ−Ｔ）” である。

こうして出力された上記重ね合った光束２４は、シリン
ダ１５の透明壁を通して内部の流体１４に照射される。

なお、原理説明をわかりやすくするために本実施例では
光束２３．２５は平行平面板１７ｂの近傍において遮光
（図示せず）するものとする、流体はこの光束２４の光
エネルギーを吸収して熱膨張する。このような流体とし
ては例えばメタンガスなどがある。いま、シリンダ内の
流体の温度をＴ□、外部の等偏熱源の温度をＴ２、これ
らの間の熱コンダクタンスをσとすると、Ｕａ＝σ・　
（Ｔ□−Ｔ２）　　　−−（２）となる温度Ｔ工におい
て入射光エネルギーと熱的損失とがつりあって、流体の
膨張は止まり、ピストンは静止する６従って、Ｕａとピ
ストン位ｔｉｄｙとの間には、第３図（ｂ）に示すよう
な正の相関関係が成立する。

ピストンには遮光羽根１３が付いており、入射光束の一
部分を遮るようになっている。これによりシリンダを通
過してミラー１６に到達する光束の面積は、ピストンの
位置に応じて変化する。今、入射光束２４がちょうど遮
光羽根１３により遮られるようなピストン位置を原点と
して、ピストンが図中の上方に変位する向きにピストン
変位ｙをとるものとする。入射光束２４の全面積をＳａ
。

ミラー１６に到達する光束の面積をＳＯとすると、５ｏ
＝Ｓａ−ｙ／ｙ０ｙ、二人射光束が全てミラーに到達する時のｙの値となり、検出光２６の全光量ＵＯも入射光２４の全光量
Ｕａと次の関係を持つ。

Ｕ　ｂ　＝　Ｔ　ｆ−Ｕ　ａ−３’　／　ｙｏ　　　　
”’　”’　（３）Ｔｆ：流体による吸収これを第３図（ｃ）に示す。こうして制御対象であるピ
ストンの位置が検出光２６の全光量Ｕｂとして検出でき
る。

この検出光２６は、２つのミラー１６により光路を曲げ
られて可変屈折率媒質１９の側面に入射させられる。可
変屈折率倍率１８．１９は、側方より入射している光の
強度に応じて屈折率が第３図（ｄ）（ｅ）に示すように
変化するものであり、例えば、所定の温度、及び圧力に
て空気などを密封したものを用いれば、照射光強度に応
じた圧力変化により、このような作用を発生せしめるこ
とが出来る。

すると、可変屈折率媒質１９の屈折率ｎ２は、フィード
バックした検出光２６の変化に応じて、ｎ　２＝　ｎ　
ｏ（１＋　ｘ　Ｕ　ｂ　）　　　　　　　−−（４）Ｘ
：単位光量光たりの屈折率増加係数に従って変化する。一方、可変屈折率媒質１８の屈折率
ｎ□は目標信号光２７の光量Ｕｒに応じてｎ、＝ｎ、（
１＋ｘＵｒ）　　　　　・・−・（５）に従って変化す
るので、光束２１と２２との位相差δは、 δ＝ｋｌ　（ｎｚ−ｎ□）＝ｋ　ｌ　ｎ、Ｘ　（ｕｂ−Ｕｒ）　　　−（６）とな
る。この様子を第３図（ｆ）に示した。

こうして、目標信号光２７とフィードバック検出光２６
の光量差（Ｕｂ−Ｕｒ）に応じて、（６）式、（１）式
を通して照射光Ｕａが変化させられて、純光学的にサー
ボ動作が実現される。

例として、Ｕｒ＝Ｏで、かっＡｉに適当な光強度を与え
た場合を考える。すると、第３図中に示すように、上記
（１）〜（６）の各式を満たすピストン位置ｙ、。、検
出光量Ｕｂ、、位相差δ。、入射光量Ｕａ０において、
系は安定して保持される。

いま、何らかの外乱でピストン位置ｙがｙ４゜がら微小
値だけ増加したとする。このとき、検出光量ＵｂはＵｂ
ｏから増加し、位相差δもδ。から増加する。従って、
第３図（ａ）かられかるように入射光２４の全光量Ｕａ
は減少して、ピストン位置ｙはもとの平衡値ｙ、。に戻
ろうとする。逆にピストン位置ｙがｙｌ。から微小値だ
け減少した場合は各物理量の変化の方向が逆になるだけ
で、同様にもとの平衡値ｙ１゜に戻ろうとする。即ち、
負のフィードバック作用が実現され、任意の外乱の影響
は速やかに除去される。

次に、ピストン位置を移動させるために、可変屈折率媒
質１８に光量Ｕｒ□を与えた場合を考える。

このとき、可変屈折率媒質１８の屈折率ｎ□は第３図（
ｅ）に従って増加するが、Ｕｒ□に対応する値に一瞬に
して変化する訳ではない。従って、ｎ゛□の増加に応じ
て位相差δが減少し、その影響は入射光量Ｕａの増加を
もたらし、更にピストン位置ｙの増加とフィードバック
光量Ｕｂの増加を生じさせる。これにより可変屈折率媒
質１９の屈折率ｎ２は増加するので、ｎ２−ｎ□は全体
として正の値を取りつつ減少して行き、安定点に向かう
。結局第３図中に示すような’！−１ｙ　Ｕ　ｂ□、δ
□、Ｕａ１まで移動したところで安定する。即ち、ピス
トン位置ｙを目標値ｙ、□に移動させるサーボ動作が実
現されたことになる。

ここで、任意の目標位置ｙ１に対応する目標信号光量Ｕ
ｒは、以下に示した手順で→′印に従って図上求解を行
うことで求められる。

■第３図（ｂ）にてｙ１→Ｕａｒ■同図（ａ）にてＵａ
ｒ→δｒ　■同図（ｃ）にてｙ、→Ｕｂｒ■同図（ｆ）
にてδｒ　＋（Ｕ　ｂ　ｒ　−Ｕｒ）　　■　■と■と
からＵｒを算出また、ｙを減少させる向きの動作についても、Ｕｒを減
少させた場合の挙動について第３図を同様にたどること
により、問題なく実現出来ることが確かめられる。即ち
、以上述べたようにすれば、任意の目標値ｙ、に対する
サーボ機構としての動作が達成される。

このようにして光学系だけによるフィードバック作用に
よるサーボ機構が実現でき、間に電気信号を介さずに制
御対象の位置決めが可能となる。

この例を第１図と対応づけると、ピストン１２が制御対
象１、遮光羽根１３とミラー１６が検出光学系２、シリ
ンダ内の流体１４が光アクチュエータ５に相当しており
、また、平行平面板１７ａ。

１７ｂ、及び可変屈折率媒質１８．１９が全体で目標値
光学系３と処理光学系４を構成していることになる。

第４図は、上記の原理的構成をそのまま用いた、ウェハ
アライメントステージのｙ方向駆動系の斜視図である。

この例では、レーザー光源３０からのビームを、ビーム
エキスパンダ３１によりコリメート光束にしている。又
、目標信号として、別のレーザー光源３２のビームを用
いている。ピストン１２には移動ステージ３３が固定さ
れており、移動ステージ３３は、大ストロークステージ
３４上に微小変位可能に保持されている９サ一ボ機構を
構成している部品１２．１５１１６．１７ａ。

１７ｂ、１８．１９及びレーザー光源３２は大ストロー
クステージ３４上に固定されており、第１の平行平面板
１７ａ、レーザー光源３０及びビームエキスパンダ３１
は固定部材上に配置されている。この実施例では、長い
距離の移動については大ストロークステージ３４によっ
て行い、精密な位置合わせは本発明のサーボ機構によっ
て行う。

その際、大ストロークステージ３４上には、移動ステー
ジ３３のフィードバック機構のみを配置しておけば良く
、移動させるエネルギーを供給するレーザー光源３０な
どは固定部材上に配置することが可能となる。このため
、可動部の質量低減ができ、高速移動できるメリットが
ある。

ここまでの説明では、シリンダに照射する光束は、重ね
合った光束２４のみであったが、遮光羽根の配置等の調
整による検出光束面積の調整と、目標信号値の設定方法
の調整とにより、第２図中に示した３つの光束２３，２
４．２５のすべてを照射するようにしても良い。

第５図（ａ）は第２図とは異なる構成による。

本発明の実施例の図である。ここで、ピストン１２、遮
光羽根１３、流体１４、シリンダ１５は第２図と同じで
ある。３６は非線形ファプリーペロー共振器である。

ファプリーペロー共振器は一般に１両端面を鏡面として
この間で光を多重反射させ、干渉効果により定まる光強
度の出力光を得るためのものである。非線形ファプリー
ペロー共振器３６は、ファプリーペロー共振器において
、多重反射させる部分の光学媒質として、入射光の強度
に応じて第６図（ａ）に示すように屈折率が変化する非
線形光学媒質、例えばポリジアセチレン、ニトロスチル
ベンゼン、半導体ドープガラスなどを用いている。

ここで共振器長１を、第６図（ａ）中に示した光振幅強
度閾値Ａｔｈに対応する屈折率ｎｔｈにおいて共振する
ように、２・ｎｔｈ−１＝ｍ・λ ｍ：整数 λ：使用するレーザーの波長とすると、一般に知られているように、共振器の入射光
強度Ａｉｎと出射光強度Ａｏｕｔとの関係は、第６図（
ｂ）に示すようなものとなる。

検出光学系を構成している４個のミラー１６はファプリ
ーペロー共振器３６．シリンダ１５．流体１４．及び４
つあるミラー１６を経て再びファプリーペロー共振器の
左端に至る光学的距離りがＬ＝　（ｍ’　＋１／２）　
　・λ ｍ′　：整数となるように予め調節しておく。但しここで、ファプリ
ーペロー共振器内における光路長は、ｒｌｔｈ・１であ
るとする。このとき、目標信号光２ｏと検出光２６との
波動としての振幅をそれぞれＡ　ｒｅｆ　。

Ａｂとすれば、これらが合成された実効入射光の波動と
しての振幅は、（Ａｒｅｆ−Ａｂ）となり、負帰還作用
を持つようにできる。

ピストン位置ｙは、前記の実施例と同様に表現する。即
ち、入射光束３７がちょうど遮光羽根１３により遮られ
るようなピストン位置を原点として、ピストンが図中の
上方に変位する向きにピストン変位ｙをとるものとする
。入射光束３７の全面積をＳａ、ミラー１６に到達する
光束の面積を特徴とする特許Ｓ　ｂ＝ｓ　ａ　　・　（ｙ／ｙｏ）である。

いま、ｙ＝Ｑの初期状態を考え、これを所定の目標位置
に移動させる目的で強度Ａｒｅｆ　（＞Ａｔｈ）の目標
信号光２０を与えた場合を考える。非線形ファプリーペ
ロー共振器の入出力特性（第６図（ｂ））から、シリン
ダ入射光３７の強度Ａａ＝Ａｔｈとなり、流体は膨張し
てピストンを押し上げる。従ってｙは増加して行き、検
出光２６の光束面積ｓｂは上式で表したようになる。こ
のためファプリーペロー共振器の左端において、検出光
束２６が照射された部分については上述した負帰還作用
が起こり、入力強度が、Ａ１ｎ＝　Ａｒｅｆ　−Ｔ　ｆ−Ａ　ａ＝　Ａｒｅｆ　
−Ｔ　ｆ−Ａｏｕｔに従って減少する。但し、Ｔｆは流体による吸収である
。このため共振状態が変化して動作点は第６図（ｂ）の
曲線上を原点方向に移動してゆく。

そして同図（ｃ）に示すように上式の関係と第６図（ｂ
）とのつりあうＰ点においてこのフィードバック系は安
定する。このとき共振器は第５図（ｂ）に示すように、
屈折率がｎｔｂの部分３８とＰ点に対応するＡｐにおけ
る屈折率ｎ、（＜ｎ、−）の部分３９とから成っている
。そしてＰ点に対応する部分３９からのシリンダ入射光
３７の強度Ａａは、Ａ　ｐ即ちほぼ（Ａａ≠０）となる
。

こうして、Ａ　ａ　”＝　Ｏとなる部分の面積がｙの増
加と共に増加して行き、流体への入射光エネルギーは減
少して行く。そして前記実施例同様に、ある温度Ｔ１に
おいて入射光エネルギーと熱的損失とがつりあって、流
体の膨張は止まり、ピストンは静止する。この状態が第
５図（ａ）に示しである。

次に、ピストン位置ｙの目標値ｙ、を増加するには、第
５図（ｂ）に示すように目標信号光２゜の入射位置をず
らせばよい。すると、シリンダに入射した光束のうち、
遮光羽根に遮られる割合が増えるので、上述したフィー
ドバック効果が及ぶ部分の面積が減少し、入射光エネル
ギーが増加する。従って流体は膨張して、あらたに第５
図（ｃ）のようになって安定する。一方ｙ、を減少させ
る場合は、目標信号光２０の入射位置を下にずらせば、
フィードバック効果が及ぶ部分の面積が増えて入射光エ
ネルギーが減少して、ピストン位置は減少する。即ち、
以上述べたようにすれば、任意の目標値ｙ、に対するサ
ーボ機構としての動作が達成される。

なお本実施例によれば、第６図（Ｃ）から分かるように
ピストン位置が目標値からずれた場合の出力強度Ａｏｕ
ｔの変化が大きいため、フィードバンク効果のゲインを
大きくでき、精度の高い位置決めに有利であるという効
果が有る。

第７図（ａ）は、上記実施例の代案変形の１例である。

この実施例では非線形ファプリーペロー共振器の変わり
にハーフミラ−４０を用いて、目標信号光２０と検出光
２６との演算を行っている。

この例の場合、検出光束２６が照射された部分について
は、シリンダ入射光強度Ａａは、Ａｒｅｆ／２から第７
図（ｂ）に示すようにＱ点に対応する強度Ａｑへと減少
し、第６図（Ｃ）と同様に安定する。目標位置を変化さ
せる場合に、目標信号光のハーフミラ−４０への入射位
置を変えるのは前例と同じである。この実施例では、Ｑ
点付近のフィードバック効果のゲインが大きくないため
、光ノイズの大きいシステムに対して、安定度余裕を持
たせて振動などが起こりにくくできるという効果がある
。

なお、上述した例ではアナログ方式のフィードバックの
みを用いているが、光入力形光スイッチを用いることで
、オンオフ形の光駆動形サーボ機構も実現できる。また
、検出光の生成方法として上記の実施例では遮光羽根に
よる光束面積変化のみを用いているが、このほかにも、
回折格子の相対的位置変化による透過光量変化を用いる
こともできる。また、目標状態に対応する画像の空間的
波面分布をホログラムに記録したものを目標値光学系と
して、３次元的な目標位置に対してのフィードバック作
用を実現することも可能である。

以上述へた通り、本実施例によれば配線が不要となるた
め、たとえ制御対象が微小な領域にある場合でもフィー
ドバック制御が可能である。又、−間に電気信号を介さ
ないため電磁雑音による性能劣化がない。従って、高性
能な制御動作が達成できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光の伝搬だけでサーボ機構が構成でき
るので、制御対象の周囲に配線の空間が不要となって、
微小空間における物体操作が可能となる。又、光の伝搬
速度でフィードバックがなされるため超高速応答が実現
される効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光駆動形サーボ機構のブロック図
、第２図は本発明によるピストンの位置制御系の構造図
、第３図はその動作原理の説明図、第４図は本発明によ
るウェハアライメントステージ駆動系の斜視図、第５図
は本発明によるピストンの位置制御系の別の構成方法を
示す図、第６図はその動作原理の説明図、第７図は本発
明によるピストンの位置制御系の別の構成方法を示す図
である。符号の説明１・・・制御対象、　　　　　　２・・・検出光学系。３・・・目櫻値光学系、　　　４・・・処理光学系。５・・光アクチュエータ、　６・・・状態。７・・検出光、　　　　　　　８・・目標信号。９・・・目標信号光、１０・・操作修正信号光。１１・・・作用、　　　　　　　　　１２・ピストン。１３・・・遮光羽根。１４・・光エネルギーによる熱膨張作用を有する流体。１５・・・シリンダ、　　　　　　　１６・・・ミラー
。１７ａ、１７ｂ・・・平行平面板の対、１８・・・目標
値用可変屈折率媒質。１９・・・帰還用可変屈折率媒質。２０・・・入射光、２１・・・表面反射波。２２・・・裏面反射波、　　　　　２３，２４．２５・
・・光束。２４・・・重ね合った光束、２６・・・検出光。２７・・・目標信号光、３０・・・レーザー光源。３１・・・ビームエキスパンダ。３２・・・別のレーザー光源、３３・・移動ステージ。３４・・・大ストロークステージν ３５・・・ウェハ。３６・・・ファブリペロ−共振器。３７・・・シリンダ入射光、４０・・ハーフミラ−０第
　１　口第　３０第　５　口

Claims

【特許請求の範囲】１、与えられた目標信号値に応じて制御対象の状態を目
標値に追従させるサーボ機構において、上記制御対象の
状態を検出する検出光学系と、予め設定された目標信号
値に対応する光を生成する目標値光学系と、上記検出光
学系により得られる光及び上記生成する光学系により得
られる光とを伝搬処理する処理光学系と、上記処理光学
系により得られる光を照射されて制御対象を駆動する駆
動手段とを備えたことを特徴とするサーボ機構。２、予め設定された目標信号値に対応する光を生成する
目標値光学系と、上記目標値光学系からの光が入力され
るビームエクスパンダと、対向させた２枚の平行平面板
と、上記平行平面板の間に互いに平行に配置された第１
、第２の可変屈折率媒体と、照射された光エネルギーに
より膨張作用を有する流体を封入した透明なシリンダと
、上記流体の膨張及び収縮に応じて位置を変えられるよ
うにシリンダの壁面に摺動可能に保持されたピストンと
、上記ピストン上に配置され上記照射された光の一部を
遮る遮光羽根と、上記シリンダを透過してきた光束を反
射するためのミラーと、第２のレーザ光源とを備えた光
学系であって、上記透過してきた光束が上記第１の可変
屈折率媒体の側面に入射されるようにミラーを配置する
と共に、第２のレーザー光源からの光が上記第２の可変
屈折率媒体の側面に入射されるよう配置したことを特徴
とするサーボ機構。３、レーザー光源と、このレーザー光源からのビームを
入力されるビームエクスパンダと、対向した２つの平行
端面の内側に反射鏡面を構成した光学的共振器と、照射
された光エネルギーにより膨張作用を有する流体と、上
記流体を封入した透明なシリンダと、上記流体の膨張及
び収縮に応じて位置を変えられるようにシリンダの壁面
に摺動可能に保持されたピストンと、上記ピストン上に
配置され上記照射された光の一部を遮る遮光羽根と、上
記シリンダを透過してきた光束を反射するための１つ或
いは複数のミラーとを備えた光学系であって、上記ビー
クエクスパンダからのレーザー光束を上記光学的共振器
の一方の端面に入射させると共に、上記透過してきた光
束がこの端面上において元の通過点に再び入射するよう
に上記１つ或いは複数のミラーを配置し、上記光学的共
振器への入射光が上記レーザー光束と上記透過してきた
光束との双方により決定されるように構成したことを特
徴とするサーボ機構。４、上記光学的共振器の材質として非線形光学媒質を用
いたことを特徴とする請求項３記載のサーボ機構。５、上記光学的共振器のかわりにハーフミラーを用い、
上記ハーフミラーの出力面において、入射レーザー光束
と透過してきた光束とが重ねあわせられることを特徴と
する請求項３記載のサーボ機構。６、上記予め設定された目標信号値に対応する光を生成
する光学系としてホログラムを用いたことを特徴とする
請求項１記載のサーボ機構。