JPH071453B2 - Control device for fine positioning device - Google Patents

Control device for fine positioning device

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JPH071453B2
JPH071453B2 JP7626987A JP7626987A JPH071453B2 JP H071453 B2 JPH071453 B2 JP H071453B2 JP 7626987 A JP7626987 A JP 7626987A JP 7626987 A JP7626987 A JP 7626987A JP H071453 B2 JPH071453 B2 JP H071453B2
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Japan
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displacement
fine positioning
amount
positioning device
strain
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潔 長澤
耕三 小野
浩二郎 緒方
健 村山
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、サブμmオーダの微細な変位制御を行なう微
細位置決め装置に関する。
The present invention relates to a fine positioning device for performing fine displacement control on the order of sub-μm.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、各種技術分野においては、サブμmオーダーの微
細な変位調節が可能である装置が要望されている。その
典型的な例がLSI(大規模集積回路)、超LSIの製造工程
において使用されるマスクアライナ、電子線描画装置等
の半導体製造装置である。これらの装置においては、サ
ブμmオーダーの微細な位置決めが必要であり、位置決
めの精度が向上するにしたがつてその集積度も増大し、
高性能の製品を製造することができる。このような微細
な位置決めは上記半導体装置に限らず、電子顕微鏡をは
じめとする各種の高倍率光学装置等においても必要であ
り、その精度向上により、バイオテクノロジ、宇宙開発
等の先端技術においてもそれらの発展に大きく寄与する
ものである。
In recent years, in various technical fields, a device capable of fine displacement adjustment on the order of sub-μm has been demanded. A typical example thereof is a semiconductor manufacturing apparatus such as an LSI (Large Scale Integrated Circuit), a mask aligner used in a manufacturing process of a VLSI, an electron beam drawing apparatus and the like. In these devices, fine positioning on the order of sub-μm is necessary, and as the positioning accuracy improves, the degree of integration increases,
High-performance products can be manufactured. Such fine positioning is necessary not only in the above-mentioned semiconductor device but also in various high-magnification optical devices such as electron microscopes, and by improving its precision, even in advanced technologies such as biotechnology and space development. Will greatly contribute to the development of.

従来、このような微細位置決め装置として、第11図に示
す装置が提案されている。即ち、第11図は従来の微細位
置決め装置の側面図である。図で、1は支持台、2a,2b
は支持台1上に互いに平行に固定された板状の平行ば
ね、3は平行ばね2a,2b上に固定された剛性の高い微動
テーブルである。4は支持台1と微動テーブル3との間
に装架された微動アクチユエータである。この微動アク
チユエータ4には、圧電素子、電磁ソレノイド等が用い
られ、これを励起することにより、微動テーブル3に図
中に示す座標軸のx軸方向の力が加えられる。5は微動
アクチユエータ4の電源を示す。
Conventionally, an apparatus shown in FIG. 11 has been proposed as such a fine positioning apparatus. That is, FIG. 11 is a side view of a conventional fine positioning device. In the figure, 1 is a support, 2a, 2b
Is a plate-shaped parallel spring fixed on the support base 1 in parallel with each other, and 3 is a highly rigid fine movement table fixed on the parallel springs 2a and 2b. Reference numeral 4 denotes a fine movement actuator mounted between the support base 1 and the fine movement table 3. A piezoelectric element, an electromagnetic solenoid, or the like is used for the fine movement actuator 4, and when it is excited, a force in the x-axis direction of the coordinate axis shown in the drawing is applied to the fine movement table 3. Reference numeral 5 indicates a power supply for the fine movement actuator 4.

ここで、平行ばね2a,2bはその構造上、x軸方向の剛性
は低く、これに対してZ軸方向、y軸方向(紙面に垂直
な方向)の剛性が高いので、微動アクチユエータが励起
されると、微動テーブル3はほぼx軸方向にのみ変位
し、他方向の変位はほとんど発生しない。したがつて、
微動アクチユエータ4を励起することにより、図示破線
に示すように微動テーブル3をx軸方向に距離εだけ
微笑変位させることができる。
Because of the structure of the parallel springs 2a and 2b, the rigidity in the x-axis direction is low, while the rigidity in the Z-axis direction and the y-axis direction (direction perpendicular to the paper surface) is high, so that the fine motion actuator is excited. Then, the fine movement table 3 is displaced substantially only in the x-axis direction, and the displacement in the other direction hardly occurs. Therefore,
By exciting the fine movement actuator 4, the fine movement table 3 can be displaced by a distance ε 1 in the x-axis direction with a smile as shown by the broken line in the figure.

ところで、微動テーブル3はx軸方向以外の方向の変位
はほとんど生じないとはいえ、平行ばね2a,2bが破線の
ように変形することにより微動テーブル3はz軸方向
(図で下方)に変位する。この変位(横変位)は極めて
僅かであるが、高精度の微細位置決めが要求される場合
には無視し得ない重大な誤差の原因となる。
By the way, although the fine movement table 3 is hardly displaced in directions other than the x-axis direction, the fine movement table 3 is displaced in the z-axis direction (downward in the figure) due to deformation of the parallel springs 2a and 2b as shown by the broken lines. To do. Although this displacement (lateral displacement) is extremely small, it causes a serious error that cannot be ignored when high-precision fine positioning is required.

このような横変位を生じない微細位置決め装置が本出願
人等により、特願昭60−46443号で提案されている。こ
れを図により説明する。第12図(a),(b)は提案さ
れた微細位置決め装置の側面図である。図で、10,11a,1
1bは剛体部、14a1,14a2は剛体部10,11a間に互いに平行
に連結された平行たわみ梁である。、平行たわみ梁14
a1,14a2は剛体部にあけた貫通孔12aにより形成される。
14b1,14b2は剛体部10,11b間に互いに平行に連結された
平行たわみ梁であり、剛体部にあけられた貫通孔12bに
より形成される。16a,16bは圧電アクチユエータであ
り、それぞれ貫通孔12a,12b内に突出した剛体部からの
突出部間に装着されている。剛体部10の中心から左方の
構成により平行たわみ梁変位機構19aが、又、右方の構
成により平行たわみ梁変位機構19bが構成される。
A fine positioning device which does not cause such a lateral displacement has been proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 60-46443. This will be described with reference to the drawings. 12 (a) and 12 (b) are side views of the proposed fine positioning device. In the figure, 10,11a, 1
Reference numeral 1b is a rigid body portion, and 14a 1 and 14a 2 are parallel flexible beams connected in parallel to each other between the rigid body portions 10 and 11a. , Parallel flexural beams 14
a 1 and 14a 2 are formed by through holes 12a formed in the rigid body portion.
Reference numerals 14b 1 and 14b 2 are parallel flexible beams connected in parallel to each other between the rigid body portions 10 and 11b, and are formed by through holes 12b formed in the rigid body portions. Reference numerals 16a and 16b denote piezoelectric actuators, which are mounted between the protruding portions from the rigid body portions protruding into the through holes 12a and 12b, respectively. A parallel flexural beam displacement mechanism 19a is configured by the configuration on the left side of the center of the rigid body portion 10, and a parallel flexural beam displacement mechanism 19b is configured by the configuration on the right side.

ここで、座標軸を図示のように定める(y軸は紙面に垂
直な方向)。今、圧電アクチユエータ16a,16bに同時に
電圧を印加して同一大きさのz軸方向の力fを発生させ
る。このとき、一方の平行たわみ梁変位機構、例えば平
行たわみ梁変位機構19aに生じる変位について考える。
圧電アクチユエータ16aに電圧が印加されることによ
り、剛体部10は力fによりz軸方向に押圧されることに
なる。このため、平行たわみ梁14a1,14a2は第11図に示
す平行ばね2a,2bと同じように曲げ変形を生じ、剛体部1
0は第12図(b)に示すようにz軸方向に変位する。こ
のとき、仮に他方の平行たわみ梁変位機構19bが存在し
ないとすると剛体部10には極めて微少ではあるが前述の
横変位をも同時に生じるはずである。
Here, the coordinate axes are defined as shown (the y axis is the direction perpendicular to the paper surface). Now, a voltage is applied to the piezoelectric actuators 16a and 16b at the same time to generate a force f in the z-axis direction of the same magnitude. At this time, a displacement occurring in one of the parallel flexible beam displacement mechanisms, for example, the parallel flexible beam displacement mechanism 19a will be considered.
When the voltage is applied to the piezoelectric actuator 16a, the rigid portion 10 is pressed in the z-axis direction by the force f. Therefore, the parallel flexible beams 14a 1 and 14a 2 undergo bending deformation in the same manner as the parallel springs 2a and 2b shown in FIG.
0 is displaced in the z-axis direction as shown in FIG. 12 (b). At this time, if the other parallel flexural beam displacement mechanism 19b does not exist, the lateral displacement described above should occur at the same time in the rigid body portion 10 although it is extremely small.

又、平行たわみ梁変位機構19aが存在しない場合、他方
の平行たわみ梁変位機構19bに生じる変位について考え
ると、平行たわみ梁変位機構19bは剛体部10の中心を通
るy軸方向に沿う面(基準面)に対して平行たわみ梁変
位機構19aと面対称に構成されていることから、基準面
に関して面対称な力fを受けると上記と同様に、剛体部
10にはz軸方向の変位と同時に上記横変位が生じ、その
大きさや方向は、平行たわみ梁変位機構19aのそれと基
準面に関して面対称となる。すなわち、上記横変位につ
いてみると、平行たわみ梁変位機構19aに生じる横変位
は、x軸方向の変位については図で左向き、y軸まわり
の回転変位については図で反時計方向に生じ、一方、平
行たわみ梁変位機構19aに生じる横変位は、x軸方向変
位については図で右向き、y軸まわりの回転変位につい
ては図で時計方向に生じる。そして、それら各x軸方向
変位の大きさおよびy軸まわりの回転変位の大きさは等
しい。したがつて、両者に生じる横変位は互いにキヤン
セルされる。この結果、力fが加わつたことにより、各
平行たわみ梁14a1,14a2,14b1,14b2にその長手方向の伸
びによる僅かな内部応力の増大が生じるだけで、剛体部
10はz軸方向のみの変位(主変位)εを生じる。
Further, when the parallel flexible beam displacement mechanism 19a does not exist, considering the displacement generated in the other parallel flexible beam displacement mechanism 19b, the parallel flexible beam displacement mechanism 19b is a surface along the y-axis direction passing through the center of the rigid body part 10 (reference Since it is configured to be plane-symmetric with the flexural beam displacement mechanism 19a parallel to the plane), when a force f that is plane-symmetric with respect to the reference plane is received, the rigid body part
The lateral displacement occurs at the same time as the displacement in the z-axis direction, and the magnitude and direction thereof are plane-symmetric with that of the parallel flexible beam displacement mechanism 19a with respect to the reference plane. That is, regarding the lateral displacement, the lateral displacement generated in the parallel flexible beam displacement mechanism 19a is leftward in the figure for displacement in the x-axis direction, and counterclockwise in the figure for rotational displacement around the y-axis. The lateral displacement occurring in the parallel flexural beam displacement mechanism 19a occurs rightward in the figure for displacement in the x-axis direction and clockwise in the figure for rotational displacement around the y-axis. The magnitude of each x-axis direction displacement and the magnitude of rotational displacement about the y-axis are equal. Therefore, the lateral displacements that occur on both sides cancel each other. As a result, the force f is applied to each of the parallel flexible beams 14a 1 , 14a 2 , 14b 1 and 14b 2 only to cause a slight increase in the internal stress due to the elongation in the longitudinal direction.
10 produces displacement (main displacement) ε only in the z-axis direction.

圧電アクチユエータ16a,16bに印加されている電圧が除
かれると、各平行たわみ梁14a1,14a2,14b1,14b2は変形
前の状態に復帰し、平行たわみ梁変位機構19a,19bは第1
2図(a)に示す状態に戻り、変位εは0となる。
When the voltage applied to the piezoelectric actuators 16a, 16b is removed, the parallel flexible beams 14a 1 , 14a 2 , 14b 1 , 14b 2 return to the state before deformation, and the parallel flexible beam displacement mechanisms 19a, 19b move to the first position. 1
Returning to the state shown in Fig. 2 (a), the displacement ε becomes zero.

このように、第12図(a)に示す装置では、1つの軸方
向に沿う変位(並進変位)を横変位を生じることなく実
施することができ、変位の精度を飛躍的に向上させるこ
とができる。
As described above, in the device shown in FIG. 12 (a), displacement (translational displacement) along one axial direction can be performed without causing lateral displacement, and the accuracy of displacement can be dramatically improved. it can.

本出願人等は、さらに前記特願昭60−46443号により、
上記並進変位とは異なり、1つの軸まわりに微細回転変
位を生じる微細位置決め装置をも提案した。これを図に
より説明する。第13図(a),(b)は回転変位を生じ
る提案された微細位置決め装置の側面図である。図で、
20,21a,21bは剛体部、24a1,24a2,24b1,24b2は放射たわ
み梁である。各放射たわみ梁24a1,24a2,24b1,24b2は剛
体部20の中心を通る紙面に垂直な軸Oに対して一点鎖線
L1,L2に沿つて放射状に延びており、それぞれ隣接する
剛体部間を連結している。放射たわみ梁24a1,24a2は貫
通孔22aをあけることにより形成され、又、放射たわみ
梁24b1,24b2は貫通孔22bをあけることにより形成され
る。26a,26bは圧電アクチユエータであり、それぞれ貫
通孔22a,22bに剛体部から突出した突出部間に装着され
ている。軸Oの左側の構成により放射たわみ梁変位機構
29aが、又、右側の構成により放射たわみ梁変位機構29b
が構成される。
The applicant of the present invention, further, by the above-mentioned Japanese Patent Application No. 60-46443,
In addition to the above-mentioned translational displacement, a fine positioning device that produces a fine rotational displacement about one axis has also been proposed. This will be described with reference to the drawings. FIGS. 13 (a) and 13 (b) are side views of the proposed fine positioning device that causes rotational displacement. In the figure,
20, 21a and 21b are rigid bodies, and 24a 1 , 24a 2 , 24b 1 and 24b 2 are radial bending beams. Each radiating flexible beam 24a 1 , 24a 2 , 24b 1 , 24b 2 is an alternate long and short dash line with respect to an axis O perpendicular to the plane of the paper passing through the center of the rigid body 20.
It extends radially along L 1 and L 2 , and connects adjacent rigid body portions. The radial flexible beams 24a 1 and 24a 2 are formed by forming the through holes 22a, and the radial flexible beams 24b 1 and 24b 2 are formed by forming the through holes 22b. Reference numerals 26a and 26b denote piezoelectric actuators, which are mounted in the through holes 22a and 22b between the protruding portions protruding from the rigid body portion. Radial flexible beam displacement mechanism by the configuration on the left side of the axis O
29a is also a radial flexible beam displacement mechanism 29b due to the configuration on the right side.
Is configured.

今、圧電アクチユエータ26a,26bに同時に所定の電圧を
印加して同一の大きさの、中心軸Oを中心とする円に対
する接線方向の力fを発生させる。そうすると、剛体部
20の左方の突出部は圧電アクチユエータ26aに発生した
力により上記接線に沿つて上向きに押され、剛体部20の
右方の突出部は圧電アクチユエータ26bに発生した力に
より上記接線に沿つて下向きに押される。剛体部20は両
剛体部21a,21bに放射たわみ梁24a1,24a2,24b1,24b2で連
結された形となつているので、上記の力を受けた結果、
第13図(b)に示すように放射たわみ梁24a1,24a2,24
b1,24b2の剛体部21a,21bに連結されている部分は点Oか
ら放射状に延びる直線L1,L2上にあるが、剛体部20に連
結されている部分は、上記直線L1,L2から僅かにずれた
直線(この直線も点Oから放射状に延びる直線であ
る。)L1′,L2′上にずれる微小変位を生じる。このた
め、剛体部20は図で時計方向に微小角度δだけ回動す
る。この回転変位δの大きさは、放射たわみ梁24a1,24a
2,24b1,24b2の曲げに対する剛性により定まるので、力
fを正確に制御すれば、回転変位δもそれと同じ精度で
制御できることになる。
Now, a predetermined voltage is applied to the piezoelectric actuators 26a and 26b at the same time to generate a force f of the same magnitude in the tangential direction with respect to a circle centered on the central axis O. Then, the rigid body part
The protrusion on the left side of 20 is pushed upward along the tangent line by the force generated in the piezoelectric actuator 26a, and the protrusion on the right side of the rigid body portion 20 is moved downward along the tangent line by the force generated in the piezoelectric actuator 26b. Pushed by. Since the rigid body portion 20 is connected to both the rigid body portions 21a and 21b by the flexural beams 24a 1 , 24a 2 , 24b 1 and 24b 2 , as a result of receiving the above force,
As shown in FIG. 13 (b), the radiating flexible beams 24a 1 , 24a 2 , 24
The portions of b 1 and 24b 2 that are connected to the rigid body portions 21a and 21b are on straight lines L 1 and L 2 that extend radially from the point O, but the portion that is connected to the rigid body portion 20 is the above straight line L 1 , L 2 slightly deviated from L 2 (this straight line also extends radially from the point O) L 1 ′, L 2 ′ is displaced slightly on the displacement. Therefore, the rigid body portion 20 rotates clockwise by a minute angle δ in the figure. The magnitude of this rotational displacement δ is determined by the radial flexible beams 24a 1 and 24a.
Since it is determined by the rigidity of 2 , 24b 1 and 24b 2 against bending, if the force f is accurately controlled, the rotational displacement δ can be controlled with the same accuracy.

圧電アクチユエータ26a,26bに印加されている電圧が除
かれると、放射たわみ梁24a1,24a2,24b1,24b2は変形前
の状態に復帰し、回転変位機構は第13図(a)に示す状
態に戻り、変位δは0となる。
When the voltage applied to the piezoelectric actuators 26a, 26b is removed, the radiating flexible beams 24a 1 , 24a 2 , 24b 1 , 24b 2 return to the state before deformation, and the rotary displacement mechanism is shown in FIG. 13 (a). Returning to the state shown, the displacement δ becomes zero.

さて、以上述べた微細位置決め装置において、所望の変
位を高い精度で得るためには、各アクチユエータに印加
する電圧を正確に制御する必要がある。このため用いら
れていた並進変位の場合の制御手段を第11図に示す装置
について第14図により説明する。
In the fine positioning device described above, in order to obtain a desired displacement with high accuracy, it is necessary to accurately control the voltage applied to each actuator. The control means used for this purpose in the case of translational displacement will be described with reference to FIG. 14 for the device shown in FIG.

第14図は従来の制御装置の系統図である。図で、6は第
11図に示すものと同じ微細位置決め装置であり、同一部
分には同一符号が付されている。7は微動テーブル3の
変位方向端面に取付けられたミラーである。30はレーザ
測長器であり、微動テーブル3の微小変位を正確に測定
する。このレーザ測長器30はレーザヘツド31、インタフ
エロメータ32、レシーバ33およびパルスコンパレータ34
を備えている。レーザヘツド31には、例えば2周波He−
Neレーザヘツドが用いられ、僅かに異なる周波数f1,f2
のレーザ光を出力するとともに、当該周波数f1,f2の差
に比例する信号(f1−f2)をも出力する。インタフエロ
メータ32はレーザヘツド31から出力されたレーザ光のう
ち周波数f1のレーザ光のみをミラー7に送る。レシーバ
33はインタフエロメータ32から送られてくるレーザ光の
周波数に基づいて演算された信号を出力する。パルスコ
ンパレータ34はレーザヘツド31からの信号とレシーバ33
の信号とを加算し、これに基づく信号をレーザ測長器30
の信号として出力する。
FIG. 14 is a system diagram of a conventional control device. In the figure, 6 is
It is the same fine positioning device as that shown in FIG. 11, and the same reference numerals are given to the same parts. Reference numeral 7 denotes a mirror attached to the end face of the fine movement table 3 in the displacement direction. Reference numeral 30 is a laser length measuring device, which accurately measures a minute displacement of the fine movement table 3. The laser length measuring device 30 includes a laser head 31, an interferometer 32, a receiver 33 and a pulse comparator 34.
Is equipped with. The laser head 31 has, for example, a 2-frequency He-
Ne laser head is used and slightly different frequencies f 1 and f 2
In addition to outputting the laser light of, the signal (f 1 −f 2 ) proportional to the difference between the frequencies f 1 and f 2 is also output. The interferometer 32 sends only the laser light of the frequency f 1 out of the laser light output from the laser head 31 to the mirror 7. Receiver
Reference numeral 33 outputs a signal calculated based on the frequency of the laser light sent from the interferometer 32. The pulse comparator 34 receives the signal from the laser head 31 and the receiver 33.
The signal based on this is added, and the signal based on this is added
Output as a signal.

35は微細位置決め装置6の目標変位量Lに応じた信号V
を出力する信号変換器、36はレーザ測長器30の出力をこ
れに応じた信号V′に変換して出力する信号変換器、3
7,38は加算器、39はピエゾ増幅器である。ピエゾ増幅器
39はアクチユエータ4に対して所要の電圧を出力する。
35 is a signal V corresponding to the target displacement amount L of the fine positioning device 6.
3 is a signal converter for outputting the laser beam length measuring device 30 and a signal converter 36 for converting the output of the laser length measuring device 30 into a signal V'corresponding thereto
7, 38 are adders and 39 is a piezo amplifier. Piezo amplifier
39 outputs a required voltage to the actuator 4.

上記制御装置の動作を説明する。レーザヘツド31からの
各レーザ光はインタフエロメータ32に入力され、周波数
f1のレーザ光のみミラー7に照射される。このとき微動
テーブル3が変位すると照射されたレーザ光には、ドツ
プラ効果によりドツプラ変調が発生し、ミラー7から反
射されるレーザ光の周波数は(f1±Δf)となる。この
反射レーザ光はインタフエロメータ32を経て周波数f2
レーザ光とともにレシーバ33に入力され、レシーバ33で
は、これら2つのレーザ光の周波数に基づき{f2−(f1
±Δf1)}の演算がなされ、これに応じた信号が出力さ
れる。一方、レーザヘツド31からは各レーザ光の周波数
の差に応じた信号(f1−f2)が出力され、レシーバ33の
信号とともにパルスコンパレータ34に入力される。パル
スコンパレータ34では両入力値に基づいて{(f1−f2
+f2−(f1±Δf1)}の演算が実行され、この結果、信
号±Δf1がとり出される。この信号±Δf1は微動テーブ
ル3の変位に応じた信号である。
The operation of the control device will be described. Each laser beam from the laser head 31 is input to the interferometer 32 and
Only the laser light of f 1 is applied to the mirror 7. At this time, when the fine movement table 3 is displaced, the irradiated laser light undergoes Doppler modulation due to the Doppler effect, and the frequency of the laser light reflected from the mirror 7 becomes (f 1 ± Δf). The reflected laser light is input to the receiver 33 together with the laser light having the frequency f 2 via the interferometer 32. At the receiver 33, {f 2 − (f 1
± Δf 1 )} is calculated, and a signal corresponding to this is output. On the other hand, the laser head 31 outputs a signal (f 1 −f 2 ) corresponding to the difference in the frequency of each laser beam, and is input to the pulse comparator 34 together with the signal of the receiver 33. In the pulse comparator 34, based on both input values, {(f 1 −f 2 )
The calculation + f 2 − (f 1 ± Δf 1 )} is executed, and as a result, the signal ± Δf 1 is extracted. This signal ± Δf 1 is a signal corresponding to the displacement of the fine movement table 3.

一方、信号変換器35は微動テーブル3の目標変位Lに応
じた信号Vを出力する。又、信号変換器36はパルスコン
パレータ34の出力に応じた信号V′を出力する。この信
号V′は微動テーブル3の実際の変位量に対応する。信
号変換器35,36の出力は加算器37に入力され、両者の偏
差ΔV(ΔV=V−V′)が演算され、又、加算器38は
この偏差ΔVと信号変換器35の出力信号Vを加算する。
加算器38の出力信号(V+ΔV)はピエゾ増幅器39に出
力され、ピエゾ増幅器39はこの信号に比例したアクチユ
エータ4の駆動電圧{k(V+ΔV)}を出力する。
On the other hand, the signal converter 35 outputs a signal V corresponding to the target displacement L of the fine movement table 3. Further, the signal converter 36 outputs a signal V'corresponding to the output of the pulse comparator 34. This signal V'corresponds to the actual displacement amount of the fine movement table 3. The outputs of the signal converters 35 and 36 are input to the adder 37, and the deviation ΔV (ΔV = V−V ′) between the two is calculated, and the adder 38 outputs the deviation ΔV and the output signal V of the signal converter 35. Is added.
The output signal (V + ΔV) of the adder 38 is output to the piezo amplifier 39, and the piezo amplifier 39 outputs the drive voltage {k (V + ΔV)} of the actuator 4 proportional to this signal.

このような制御手段により、アクチユエータ4には最終
的に偏差ΔVが0になるように電圧が印加されることに
なり、これにより、微動テーブル3に正確に所望の変位
Lを発生させることができる。
By such control means, a voltage is applied to the actuator 4 so that the deviation ΔV finally becomes 0, whereby the desired displacement L can be accurately generated on the fine movement table 3. .

なお、第12図(a)および第13図(a)に示す微細位置
決め装置に対しても、変位部(剛体部10,20)にミラー
を取付けることにより上記制御装置を適用できるのは明
らかである。
It is obvious that the above control device can be applied to the fine positioning device shown in FIG. 12 (a) and FIG. 13 (a) by attaching a mirror to the displacement portion (rigid body portions 10 and 20). is there.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

ところで、上記制御装置にはレーザ測長器が使用される
が、このレーザ測長器はその容積が極めて大きく、か
つ、高価であり、個々の微細位置決め装置に対してそれ
ぞれ設置することは現実的に不可能である。したがつ
て、第12図(a)又は第13図(a)に示す優れた微細位
置決め装置を用いた場合、相当高精度の変位は得られる
ものの、それ以上の精度の変位を得るのは必ずしも容易
ではなく、折角の優れた微細位置決め装置の機能を充分
に発揮せしめることができないという問題があつた。
By the way, a laser length-measuring device is used for the control device, but the laser length-measuring device has an extremely large volume and is expensive, and it is practical to install it for each fine positioning device. Impossible. Therefore, when the excellent fine positioning device shown in FIG. 12 (a) or FIG. 13 (a) is used, displacement with considerably high accuracy can be obtained, but displacement with higher accuracy is not necessarily obtained. There is a problem that it is not easy and the function of the fine positioning device having an excellent bending angle cannot be fully exerted.

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、高精度
の変位制御を行なうことができる微細位置決め装置の制
御装置を提供するにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a control device of a fine positioning device capable of performing highly accurate displacement control.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

上記の目的を達成するため、本発明は、2つの剛体間に
対向配置された板状たわみ梁および前記剛体間に力を作
用させるアクチュエータを備えた平板構造単位を対称的
に連結した微細位置決め装置において、前記各平板構造
単位毎に配置されその変位量を検出する各変位検出手段
と、前記微細位置決め装置の目標変位量を設定するとと
もにこの目標変位量に応じた値を出力する変位量設定手
段と、前記各変位検出手段の検出値に基づいて所望の変
位形態の変位分および当該所望の変位形態以外の変位形
態の変位分をそれぞれ独立して抽出する変位分抽出手段
と、前記変位量設定手段に設定された目標変位量と前記
変位抽出手段により抽出された前記所望の変位形態の変
位分との偏差、および前記所望の変位形態以外の変位形
態の変位分に基づいて、この変位分および前記偏差をな
くすように前記アクチュエータに与える電圧を制御する
制御手段とを設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a fine positioning device in which flat plate structural units each having a plate-shaped flexible beam and a rigid body, which are opposed to each other, are connected symmetrically to each other. In each of the flat plate structure units, displacement detecting means for detecting the displacement amount thereof and displacement amount setting means for setting a target displacement amount of the fine positioning device and outputting a value according to the target displacement amount A displacement amount extraction means for independently extracting displacement amounts of a desired displacement type and displacement amounts other than the desired displacement type based on the detection values of the displacement detection means, and the displacement amount setting Based on the deviation between the target displacement amount set in the means and the displacement amount of the desired displacement form extracted by the displacement extraction unit, and the displacement amount of the displacement form other than the desired displacement form. Te, characterized in that a control means for controlling a voltage applied to said actuator so as to eliminate the displacement amount and the deviation.

〔作用〕[Action]

変位量設定手段に目標変位量を設定すると、当該変位量
設定手段からは設定された目標変位量に応じた値が出力
され、これら各値に応じて各平板構造単位のアクチユエ
ータが駆動される。これにより、板状たわみ梁がたわん
で微細位置決め装置が変位するとともに、その変位が変
位検出手段により検出され、これにより所望の変位形態
による変位分および所望の変位形態以外の変位形態によ
る変位分が求められる。そして、所望の変位形態による
変位分と前記変位量設定手段から出力される各変位分と
が一致するように、かつ、所望の変位形態以外の変位形
態による変位分が0となるように各平板構造単位のアク
チユエータに印加する電圧が制御される。この結果、微
細位置決め装置は目標変位量で変位せしめられる。
When the target displacement amount is set in the displacement amount setting means, the displacement amount setting means outputs a value corresponding to the set target displacement amount, and the actuator of each flat plate structure unit is driven in accordance with these values. As a result, the plate-shaped flexible beam is deflected to displace the fine positioning device, and the displacement is detected by the displacement detection means, whereby the displacement due to the desired displacement form and the displacement due to the displacement form other than the desired displacement form are detected. Desired. Then, each flat plate is arranged so that the displacement amount due to the desired displacement form and each displacement amount output from the displacement amount setting means coincide with each other and the displacement amount due to the displacement form other than the desired displacement form becomes zero. The voltage applied to the actuator of the structural unit is controlled. As a result, the fine positioning device is displaced by the target displacement amount.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.

第1図は本発明の実施例に係る微細位置決め装置の制御
装置のブロツク図であるが、この制御装置を説明する前
に当該制御装置が使用される微細位置決め装置について
図により説明する。
FIG. 1 is a block diagram of a control device for a fine positioning device according to an embodiment of the present invention. Before describing this control device, a fine positioning device in which the control device is used will be described with reference to the drawings.

第2図(a),(b)は本発明の実施例に係る微細位置
決め装置の側面図である。図で、第12図(a)に示す部
分と同一部分には同一符号が付してある。40a1,40a2,40
a3,40a4は平行たわみ梁変位機構19aにおいて、平行たわ
み梁14a1,14a2の各剛体部10,11aとの連結部に貼着され
たひずみゲージである。又、40b1,40b2,40b3,40b4は同
じく平行たわみ梁変位機構19bにおいて平行たわみ梁14b
1,14b2の各剛体部10,11bとの連結部に貼着されたひずみ
ゲージである。各ひずみゲージは、与えられたひずみに
応じてその抵抗値を変化する。
2 (a) and 2 (b) are side views of the fine positioning apparatus according to the embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG. 12 (a) are designated by the same reference numerals. 40a 1 , 40a 2 , 40
Reference numerals a 3 and 40a 4 are strain gauges attached to the joint portions of the parallel flexible beams 14a 1 and 14a 2 with the rigid body portions 10 and 11a in the parallel flexible beam displacement mechanism 19a. Further, 40b 1 , 40b 2 , 40b 3 and 40b 4 are also parallel flexible beams 14b in the parallel flexible beam displacement mechanism 19b.
The strain gauges are attached to the connecting portions of 1 and 14b 2 with the rigid body portions 10 and 11b. Each strain gauge changes its resistance value according to the applied strain.

この微細位置決め装置は第12図(a),(b)に示す装
置の動作の説明において述べたように、圧電アクチユエ
ータ16a,16bに所定の電圧を印加することにより各平行
たわみ梁14a1〜14b2がたわみ、所定の並進変位を生じ
る。この変位量Lは圧電アクチユエータ16a,16bに印加
する電圧に比例する。一方、各平行たわみ梁14a1〜14b2
がたわむと、各ひずみゲージにはひずみが生じてその抵
抗値が変化する。したがつて、これらひずみゲージを適
宜な電気回路に構成すれば各平行たわみ梁14a1〜14b2
ひずみ量を検出することができる。
This fine positioning device Figure 12 (a), as mentioned in the description of the operation of the apparatus (b), the piezoelectric actuator 16a, the parallel bending beams 14a by applying a predetermined voltage to 16b 1 ~14b 2 bends, causing a given translational displacement. This displacement amount L is proportional to the voltage applied to the piezoelectric actuators 16a and 16b. On the other hand, each of the parallel flexible beams 14a 1 to 14b 2
When the strain is deflected, strain is generated in each strain gauge and its resistance value changes. Therefore, if these strain gauges are configured in an appropriate electric circuit, the amount of strain of each of the parallel flexible beams 14a 1 to 14b 2 can be detected.

ところで、第2図(a)に示すような対称形の微細位置
決め装置においては、平行たわみ梁変位機構19a,19bを
完全に同一に構成することは不可能であり、両者の対応
する部分間における寸法のバラツキ等を避けることはで
きない。又、圧電アクチユエータ16a,16bの特性にも多
少の差が存在する。このため、圧電アクチユエータ16a,
16bに同一電圧を印加しても、微細位置決め装置は第12
図(b)に示すような並進変位は行なわず、第2図
(b)に示すようにいずれかの側に回転変位する。(な
お、この回転変位は極端に誇張して描かれている。又、
ひずみゲージの図示は省略されている。)この回転変位
が符号αで示されている。換言すれば、圧電アクチユエ
ータ16a,16bに同一電圧を印加した場合、平行たわみ梁1
4a1,14a2のたわみによるひずみ量と、平行たわみ梁14
b1,14b2のたわみによるひずみ量とは異なることにな
る。もし、両ひずみ量が等しければ、これらひずみ量が
微細位置決め装置の変位量となるが、異なる場合は上述
の回転変位を生じ、正確な微細位置決めを行なうことは
できなくなる。
By the way, in the symmetrical fine positioning device as shown in FIG. 2 (a), it is impossible to configure the parallel flexible beam displacement mechanisms 19a, 19b completely identically, and the corresponding portions between the two are not provided. Inevitable variations in dimensions are unavoidable. In addition, there are some differences in the characteristics of the piezoelectric actuators 16a and 16b. Therefore, the piezoelectric actuator 16a,
Even if the same voltage is applied to 16b, the fine positioning device
The translational displacement shown in FIG. 2B is not performed, but the displacement is rotationally displaced to either side as shown in FIG. 2B. (Note that this rotational displacement is exaggerated.
Illustration of the strain gauge is omitted. ) This rotational displacement is indicated by the symbol α. In other words, when the same voltage is applied to the piezoelectric actuators 16a and 16b, the parallel flexible beam 1
Strain amount due to deflection of 4a 1 and 14a 2 and parallel deflection beam 14
This is different from the amount of strain due to the bending of b 1 and 14b 2 . If the two strain amounts are equal, these strain amounts become the displacement amount of the fine positioning device, but if they are different, the above-mentioned rotational displacement occurs and accurate fine positioning cannot be performed.

そこで、本実施例においては、平行たわみ梁変位機構19
a、19bの並進変位によるひずみ量と、回転変位によるひ
ずみ量とを個別に検出し、この検出値に基づいて正確な
変位量を得るための制御を行なうものである。したがつ
て、本実施例ではこれら2つのひずみ量を検出する手段
が不可欠となる。この手段を図により説明する。
Therefore, in the present embodiment, the parallel flexible beam displacement mechanism 19
The amount of strain due to translational displacement of a and 19b and the amount of strain due to rotational displacement are individually detected, and control is performed to obtain an accurate amount of displacement based on this detected value. Therefore, in this embodiment, means for detecting these two strain amounts is indispensable. This means will be described with reference to the drawings.

第3図(a),(b)はひずみ量検出回路の回路図であ
る。各図で、40a1,40a2,40a3,40a4,40b1,40b2,40b3,40b
4はそれぞれ第2図(a)に示すひずみゲージである。4
1は平行たわみ梁変位機構19a,19bの並進変位によるひず
み量を検出するためのブリツジ回路、42は平行たわみ梁
変位機構19a,19bの回転変位によるひずみ量を検出する
ためのブリツジ回路を示す。各ブリツジ回路41,42にお
いては、各ひずみゲージが図示のように接続されてい
る。Bは直流電源である。
FIGS. 3A and 3B are circuit diagrams of the strain amount detection circuit. 40a 1 , 40a 2 , 40a 3 , 40a 4 , 40b 1 , 40b 2 , 40b 3 , 40b
Reference numerals 4 are strain gauges shown in FIG. Four
1 is a bridge circuit for detecting the amount of strain due to translational displacement of the parallel flexible beam displacement mechanisms 19a, 19b, and 42 is a bridge circuit for detecting the amount of strain due to rotational displacement of the parallel flexible beam displacement mechanisms 19a, 19b. In each bridge circuit 41, 42, the strain gauges are connected as shown. B is a DC power supply.

今、圧電アクチユエータ16a,16bに電圧が印加され、第1
2図(b)に示すような変位が生じたとすると、ブリツ
ジ回路41においては、ひずみゲージ40a1,40b2が縮み、
ひずみゲージ40a2,40b1が伸び、これに応じてそれらの
抵抗値が変化し、これら変化量が加算された形でひずみ
量εとして出力される。ブリツジ回路42においては、
ひずみゲージ40a4,40a3が縮み、ひずみゲージ40b3,40a4
が伸び、それらの抵抗値の変化量がキヤンセルされる形
でひずみ量εが出力される。第12図(b)に示された
状態の場合、ひずみ量εは0であるが、第2図(b)
に示された状態の場合、回転変位分が含まれるのでひず
み量εは0ではない。なお、以下の説明でこのような
場合のひずみ量εは正,逆方向の回転変位分のひずみ
量εは負であるとする。
Now, voltage is applied to the piezoelectric actuators 16a and 16b, and the first
2 If the displacement shown in FIG. 2 (b) occurs, the strain gauges 40a 1 and 40b 2 in the bridge circuit 41 contract,
The strain gauges 40a 2 and 40b 1 are stretched, their resistance values are changed accordingly, and the strain amounts ε 1 are output in a form in which these variations are added. In the bridge circuit 42,
Strain gauges 40a 4 and 40a 3 contract, strain gauges 40b 3 and 40a 4
Is extended, and the strain amount ε 2 is output in a form in which the changes in the resistance values are canceled. In the case of the state shown in FIG. 12 (b), the strain amount ε 2 is 0, but FIG. 2 (b)
In the case of the state shown in (1), the amount of strain ε 2 is not 0 because the rotational displacement is included. In the following case in the description such strain amount epsilon 2 positive, the rotational displacement amount of the strain amount epsilon 2 in the reverse direction it is assumed to be negative.

ここで、このようなひずみ量検出手段を用いた第1図に
示す微細位置決め装置の制御装置を以下に説明する。図
で、16a,16bは圧電アクチユエータ、19a,19bは平行たわ
み梁変位機構、40a1〜40a4,40b1〜40b4はひずみゲージ
であり、これらは第2図(a)に示すものと同じであ
る。
Here, the control device of the fine positioning device shown in FIG. 1 using such strain amount detecting means will be described below. In FIG, 16a, 16b are piezoelectric actuator, 19a, 19b parallel flexure beams displacement mechanism, 40a 1 ~40a 4, 40b 1 ~40b 4 is a strain gauge, which are the same as those shown in FIG. 2 (a) Is.

45は第2図(a)に示す微細位置決め装置の目標変位量
を設定する変位量設定器である。変位量設定器45は目標
変位量Lが設定されるとこれに対応した前記ひずみ量ε
に比例する値Vが出力される。即ち、上記微細位置決
め装置に対し、ある変位量についてこの変位量を得たと
きのブリツジ回路41の出力(ひずみ量)εを予め測定
し、この測定を各変位量毎に行なう。変位量設定器45に
は、測定された各ひずみ量に比例する値Vが各変位量毎
に記憶されている。そして、変位量設定器45は目標変位
量Lが入力されたとき、これに対応する記憶された値V
をとり出して出力する。
Reference numeral 45 is a displacement amount setting device for setting a target displacement amount of the fine positioning device shown in FIG. 2 (a). When the target displacement amount L is set, the displacement amount setter 45 determines the strain amount ε corresponding to the target displacement amount L.
A value V proportional to 1 is output. That is, the output (strain amount) ε 1 of the bridge circuit 41 when the displacement amount is obtained for a certain displacement amount is measured in advance for the fine positioning device, and this measurement is performed for each displacement amount. The displacement amount setter 45 stores a value V proportional to each measured strain amount for each displacement amount. Then, when the target displacement amount L is input, the displacement amount setter 45 stores the stored value V corresponding to this.
Output and output.

46a,46bは加算器、47a1,47a2,47b1,47b2はゲイン調整
器、48a,48bは積分器、49a,49bは加算器である。ここ
で、ゲイン調整器47a1,47a2,47b1,47b2および積分器48
a,48bは、加算器46a,46bから出力される偏差信号(後
述)を用いるフイードバツク制御システムにおいて、フ
イードバツク信号の単位時間当りの大きさを変化させる
ものであり、ゲイン調整器47a1〜48bのゲインの大きさ
を調整することにより制御システムに生じるハンチング
を防止するとともに、位置偏差が生じないようにして迅
速に変位を目標位置に到達せしめる機能を有する。50a,
50bは加算器49a,49bの出力をこれに比例して圧電アクチ
ユエータの駆動レベルに増幅する増幅器である。
46a and 46b are adders, 47a 1 , 47a 2 , 47b 1 and 47b 2 are gain adjusters, 48a and 48b are integrators, and 49a and 49b are adders. Here, the gain adjusters 47a 1 , 47a 2 , 47b 1 , 47b 2 and the integrator 48
a and 48b are for changing the size of the feed back signal per unit time in a feed back control system using a deviation signal (described later) output from the adders 46a and 46b, and are for gain adjusters 47a 1 to 48b. By adjusting the magnitude of the gain, it has a function of preventing hunting that occurs in the control system, and preventing displacement and allowing the displacement to quickly reach the target position. 50a,
Reference numeral 50b is an amplifier that amplifies the outputs of the adders 49a and 49b in proportion to the outputs of the adders 49a and 49b to the drive level of the piezoelectric actuator.

51はブリツジ回路41を含み、その出力εを所定レベル
の電圧に増幅するひずみ計であり、このひずみ計51の出
力が値V1で示されている。又、52はブリツジ回路42を含
み、その出力εを所定レベルの電圧に増幅するひずみ
計であり、このひずみ計52の出力が値V2で示されてい
る。54はひずみ計51,52の出力に基づいて変位量を表示
する表示器である。
A strain gauge 51 includes a bridge circuit 41 and amplifies its output ε 1 to a voltage of a predetermined level. The output of the strain gauge 51 is indicated by a value V 1 . Reference numeral 52 is a strain gauge that includes the bridge circuit 42 and amplifies its output ε 2 to a voltage of a predetermined level. The output of the strain gauge 52 is indicated by a value V 2 . Reference numeral 54 is a display device that displays the amount of displacement based on the outputs of the strain gauges 51 and 52.

次に、本実施例の動作を説明する。第2図(a)に示す
微細位置決め装置を変位量Lだけ変位させるべく変位量
設定器45に値Lを入力設定すると、変位量設定器45で
は、値Lに対応するひずみ量εに比例する電圧Vが出
力される。この電圧Vは加算器46a,ゲイン調整器47a1,4
7a2,積分器48aおよび加算器49aを経て増幅器50aに入力
される。増幅器50aはこの入力信号に比例し、かつ圧電
アクチユエータ16aを駆動するのに適したレベルの電圧
を発生し、これを圧電アクチユエータ16aに印加する。
この結果、平行たわみ梁変位機構19aの平行たわみ梁14a
1,14a2がたわみ、これに応じてひずみゲージ40a1〜40a4
にひずみを生じる。同様に、変位量設定器45から出力さ
れた電圧Vは増幅器50bで増幅され、圧電アクチユエー
タ16bが駆動され、平行たわみ梁変位機構19bの平行たわ
み梁14b1,14b2がたわんでひずみゲージ40b1〜40b4にひ
ずみを生じる。
Next, the operation of this embodiment will be described. When the value L is input to the displacement amount setter 45 to displace the fine positioning device shown in FIG. 2 (a) by the displacement amount L, the displacement amount setter 45 is proportional to the strain amount ε 1 corresponding to the value L. Voltage V is output. This voltage V is added to the adder 46a and the gain adjusters 47a 1 and 4
It is input to the amplifier 50a via 7a 2 , the integrator 48a and the adder 49a. The amplifier 50a generates a voltage which is proportional to this input signal and has a level suitable for driving the piezoelectric actuator 16a, and applies this voltage to the piezoelectric actuator 16a.
As a result, the parallel flexible beam 14a of the parallel flexible beam displacement mechanism 19a is
1 and 14a 2 bend, and strain gauges 40a 1 to 40a 4
Strain. Similarly, the voltage V output from the displacement amount setter 45 is amplified by the amplifier 50b, the piezoelectric actuator 16b is driven, and the parallel flexible beams 14b 1 and 14b 2 of the parallel flexible beam displacement mechanism 19b are deflected and the strain gauge 40b 1 Strain occurs at ~ 40b 4 .

ひずみ計51にはひずみゲージ40a1,40a2,40b1,40b2が第
3図(a)に示すブリツジ回路41を構成するように接続
されており、これらひずみゲージのひずみの結果、並進
変位分のひずみ量εが検出され、このひずみ量ε
これに比例する信号V1に増幅され、ひずみ形51から出力
される。一方、ひずみ計52にはひずみゲージ40a3,40a4,
40b3,40b4,が第3図(b)に示すブリツジ回路42を構成
するように接続され、回転変位分のひずみ量εが検出
され、増幅された信号V2が出力される。
Strain gauges 40a 1 , 40a 2 , 40b 1 and 40b 2 are connected to the strain gauge 51 so as to form a bridge circuit 41 shown in FIG. 3 (a). A minute strain amount ε 1 is detected, and this strain amount ε 1 is amplified to a signal V 1 proportional to this and output from the strain type 51. On the other hand, the strain gauge 52 has strain gauges 40a 3 , 40a 4 ,
40b 3 and 40b 4 are connected so as to form the bridge circuit 42 shown in FIG. 3B, the strain amount ε 2 of the rotational displacement is detected, and the amplified signal V 2 is output.

ひずみ計51の信号は、加算器46a,46bに入力され、信号
Vに加算されて両者の偏差(V−V1)が得られる。又、
ひずみ計52の信号V2は加算器46a,46bに入力される。即
ち、今、微細位置決め装置が第2図(b)に示す状態に
あるとき、第3図(b)に示すブリツジ回路42の出力ε
、したがつて信号V2は正の値となる。この場合、平行
たわみ梁変位機構19a側の変位が大きく、平行たわみ梁
変位機構19b側の変位が小さいので、圧電アクチユエー
タ16aに印加する電圧を減少し、圧電アクチユエータ16b
に印加する電圧を増加する方向の制御が必要である。そ
して、加算器46aでは信号V2が減算され、加算器46bでは
信号V2が加算される。結局、加算器46aの出力は平行た
わみ梁変位機構19a側の変位を減少させ、平行たわみ梁
変位機構19b側の変位を増加させるような値となる。
Strain gauge 51 signals of the adders 46a, is input to the 46b, it is added to the signal V both of the deviation (V-V 1) is obtained. or,
The signal V 2 of the strain gauge 52 is input to the adders 46a and 46b. That is, when the fine positioning device is now in the state shown in FIG. 2 (b), the output ε of the bridge circuit 42 shown in FIG. 3 (b).
2. Therefore, the signal V 2 has a positive value. In this case, since the displacement on the side of the parallel flexible beam displacement mechanism 19a is large and the displacement on the side of the parallel flexible beam displacement mechanism 19b is small, the voltage applied to the piezoelectric actuator 16a is reduced, and the piezoelectric actuator 16b is reduced.
It is necessary to control the direction of increasing the voltage applied to. Then, the adder 46a subtracts the signal V 2 and the adder 46b adds the signal V 2 . After all, the output of the adder 46a has a value that reduces the displacement on the side of the parallel flexible beam displacement mechanism 19a and increases the displacement on the side of the parallel flexible beam displacement mechanism 19b.

増幅器50a,50bには、加算器49a,49bにより、目標値Vに
対して前記偏差分だけ増減された値が信号として入力さ
れる。そして、このような動作が繰返えされることによ
り、最終的にブリツジ回路41の出力εに比例した電圧
V1と変位量設定器45の出力電圧Vとが一致し、かつ、ブ
リツジ回路42の出力εが0となり、目標とする並進変
位を高い精度で得ることができる。
To the amplifiers 50a and 50b, a value obtained by increasing or decreasing the target value V by the deviation is input as a signal by the adders 49a and 49b. Then, by repeating such operations, the voltage proportional to the output ε 1 of the bridge circuit 41 is finally obtained.
V 1 and the output voltage V of the displacement amount setter 45 match, and the output ε 2 of the bridge circuit 42 becomes 0, so that the target translational displacement can be obtained with high accuracy.

なお、ひずみゲージ40a1,40a2,40b1,40b2により回転変
位分を検出するブリツジ回路を構成し、ひずみゲージ40
a3,40a4,40b3,40b4により並進変位分を検出するブリツ
ジ回路を構成することもできる。
The strain gauges 40a 1 , 40a 2 , 40b 1 , 40b 2 constitute a bridge circuit for detecting the rotational displacement,
It is also possible to configure a bridge circuit that detects a translational displacement amount by using a 3 , 40a 4 , 40b 3 , and 40b 4 .

このように、本実施例では、微細位置決め装置の同一側
にあるひずみゲージによりそれぞれブリツジ回路を構成
し、一方のブリツジ回路により並進変位分を検出し、他
方のブリツジ回路により回転変位分を検出し、これらの
検出値に基づいて並進変位分が目標値になるように、か
つ、回転変位分が0になるようにフイードバツク制御を
行うようにしたので、精度の高い並進変位を得ることが
できる。また、上記制御システムは極めて小型かつ安価
に構成することができるので、各微細位置決め装置のそ
れぞれに設置することができる。
Thus, in this embodiment, the strain gauges on the same side of the fine positioning device constitute the respective bridge circuits, one of the bridge circuits detects the translational displacement, and the other bridge circuit detects the rotational displacement. Since the feed back control is performed so that the translational displacement amount becomes the target value and the rotational displacement amount becomes 0 based on these detected values, it is possible to obtain the translational displacement with high accuracy. Further, since the control system can be constructed extremely small and inexpensive, it can be installed in each fine positioning device.

第4図は本発明の他の実施例に係る微細位置決め装置の
制御装置のブロツク図である。本実施例においては、第
13図(a)に示す微細位置決め装置に対し、回転変位の
みを発生させるようにし、しかも精度の高い回転変位を
得るような制御装置を提供するものである。このため、
本実施例の制御装置を説明する前にひずみゲージの配置
およびひずみ量の検出回路について図により説明する。
第5図(a),(b)で第11図(a)に示す部分と同一
部分には同一符号を付して説明を省略する。60a1,60a2
は放射たわみ梁24a1に貼着されたひずみゲージ、60a3,6
0a4は放射たわみ梁24a2に貼着されたひずみゲージ、60b
1,60b2は放射たわみ梁24b2に貼着されたひずみゲージで
ある。
FIG. 4 is a block diagram of a control device for a fine positioning apparatus according to another embodiment of the present invention. In this embodiment,
It is intended to provide a control device for generating only a rotational displacement and obtaining a highly accurate rotational displacement with respect to the fine positioning device shown in FIG. 13 (a). For this reason,
Before explaining the control device of the present embodiment, the arrangement of the strain gauges and the strain amount detection circuit will be described with reference to the drawings.
In FIGS. 5 (a) and 5 (b), the same parts as those shown in FIG. 11 (a) are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. 60a 1 , 60a 2
Is a strain gauge affixed to the radiating flexible beam 24a 1 , 60a 3 , 6
0a 4 is a strain gauge attached to the radiating flexible beam 24a 2 , 60b
Reference numerals 1 and 60b 2 are strain gauges attached to the radiating flexible beam 24b 2 .

圧電アクチユエータ26a,26bに所定の電圧を印加する
と、各放射たわみ梁24a1〜24b2がたわみ、所定の回転変
位を生じる。この回転変位量は圧電アクチユエータ26a,
26bに印加した電圧に比例する。各放射たわみ梁24a1〜2
4b2がたわむと各ひずみゲージ60a1〜60b2にはひずみが
生じ、その抵抗値が変化する。したがつて、これらのひ
ずみゲージ60a1〜60b2を用いて各放射たわみ梁24a1〜24
b2のひずみ量を検出することができる。
The piezoelectric actuator 26a, when a predetermined voltage is applied to 26b, each radiating flexure beam 24a 1 ~24b 2 is deflected, resulting in a predetermined rotational displacement. This rotational displacement is calculated by the piezoelectric actuator 26a,
It is proportional to the voltage applied to 26b. Each radiation deflection beams 24a 1 ~2
When 4b 2 is bent, strain is generated in each strain gauge 60a 1 to 60b 2 and its resistance value changes. Therefore, using these strain gauges 60a 1 to 60b 2 , each radial flexible beam 24a 1 to 24b
The strain amount of b 2 can be detected.

ところで、この微細位置決め装置においても、さきの実
施例の説明で述べたのと同じ理由で、完全な回転変位を
得られないのが通常であり、第5図(b)に示す回転変
位の状態においても、僅かながらx軸方向およびz軸方
向の並進変位を含むことが多い。したがつて、本実施例
においても、さきの実施例と同じく回転変位によるひず
み量とx軸方向およびz軸方向の並進変位によるひずみ
量を検出し、並進変位によるひずみ量を0にする制御を
実行する。このために必要なひずみ量の検出手段を第6
図(a)〜(c)に示す。
By the way, even in this fine positioning apparatus, it is usual that a complete rotational displacement cannot be obtained for the same reason as described in the description of the embodiment, and the state of rotational displacement shown in FIG. 5 (b) is obtained. Also, in many cases, translational displacements in the x-axis direction and the z-axis direction are included. Therefore, also in the present embodiment, similarly to the previous embodiment, the control for detecting the strain amount due to the rotational displacement and the strain amount due to the translational displacement in the x-axis direction and the z-axis direction and setting the strain amount due to the translational displacement to 0 is performed. Run. A sixth means for detecting the amount of strain necessary for this is
It shows in figure (a)-(c).

第6図(a)〜(c)はひずみ量検出回路の回路図であ
る。第6図(a)は回転変位によるひずみ量εを検出
するブリツジ回路61を示し、又、第6図(b)はx軸方
向の並進変位分によるひずみ量εを検出するブリツジ
回路62を示し、さらに、第6図(c)はz軸方向の並進
変化分によるひずみ量εを検出するブリツジ回路63を
示す。各ひずみゲージ60a1〜60b2を2枚ずつ貼着すれ
ば、各ブリツジ回路61,62,63を構成することができるの
は明らかである。
FIGS. 6A to 6C are circuit diagrams of the strain amount detection circuit. 6A shows a bridge circuit 61 for detecting the strain amount ε 3 due to the rotational displacement, and FIG. 6B shows a bridge circuit 62 for detecting the strain amount ε 4 due to the translational displacement in the x-axis direction. 6C shows a bridge circuit 63 for detecting the strain amount ε 5 due to the translational change in the z-axis direction. It is obvious that each of the bridge circuits 61, 62 and 63 can be constructed by sticking two strain gauges 60a 1 to 60b 2 to each other.

ここで、上記ひずみ量検出手段を用いた本実施例の微細
位置決め装置の制御装置を説明する。第4図で、第1図
に示す部分と同一部分には同一符号を付して説明を省略
する。ただし、変位量設定器45は回転変位量を設定する
設定器である。26a,26bは第5図(a)に示す圧電アク
チユエータ、29a,29bは第5図(a)に示す放射たわみ
梁変位機構である。60a1〜60b4,60b1,60b2はそれぞれ第
5図(a)に示すひずみゲージである。65,66x,66zはそ
れぞれ第1図に示すひずみ計51,52に相当するひずみ計
であり、ひずみ計65は第6図(a)に示すブリツジ回路
61を含み、ひずみ計66xは第6図(b)に示すブリツジ
回路62を含み、ひずみ計66zは第6図(c)に示すブリ
ツジ回路63を含む。
Here, the control device of the fine positioning apparatus of the present embodiment using the above strain amount detecting means will be described. In FIG. 4, the same parts as those shown in FIG. However, the displacement amount setting device 45 is a setting device that sets the rotational displacement amount. Reference numerals 26a and 26b are piezoelectric actuators shown in FIG. 5 (a), and 29a and 29b are radial deflection beam displacement mechanisms shown in FIG. 5 (a). 60a 1 to 60b 4 , 60b 1 and 60b 2 are strain gauges shown in FIG. 5 (a). Reference numerals 65, 66x, 66z are strain gauges corresponding to the strain gauges 51, 52 shown in FIG. 1, and the strain gauge 65 is a bridge circuit shown in FIG. 6 (a).
61, the strain gauge 66x includes the bridge circuit 62 shown in FIG. 6 (b), and the strain gauge 66z includes the bridge circuit 63 shown in FIG. 6 (c).

本実施例では、加算器46a、ゲイン調整器47a1,47a2,積
分器48a、加算器49a、増幅器50a、圧電アクチユエータ2
6a、放射たわみ梁変位機構29a、ひずみゲージ60a1〜60a
4,60b1,60b2,ひずみ計65,66x,66zを経由するループによ
り放射たわみ梁変位機構29a側の駆動制御が行われ、
又、加算器46b、ゲイン調整器47b1,47b2,積分器48b、加
算器49b、増幅器50b、圧分アクチユエータ26b、放射た
わみ梁変位機構29b、ひずみゲージ60b1,60b2、ひずみ計
65,66x,66zを経由するループにより放射たわみ梁変位機
構29b側の駆動制御が行われる。この制御により、ひず
み計66xの出力V4およびひずみ計66zの出力V5の値が0と
され、即ち、回転変位中に含まれるx軸方向およびz軸
方向の並進変位分が除去され、同時に、ひずみ計65の出
力V3が変位量設定器45の出力Vと一致せしめられる。本
実施例側の動作はさきの実施例の動作に準じるので、詳
細な説明は省略する。
In this embodiment, the adder 46a, gain adjusters 47a 1 and 47a 2 , integrator 48a, adder 49a, amplifier 50a, piezoelectric actuator 2
6a, Radial flexible beam displacement mechanism 29a, Strain gauge 60a 1 to 60a
4 , 60b 1 , 60b 2 , strain gauges 65, 66x, 66z are radiatively flexed beam displacement mechanism 29a side drive control is performed by a loop,
Further, the adder 46b, the gain adjusters 47b 1 and 47b 2 , the integrator 48b, the adder 49b, the amplifier 50b, the pressure division actuator 26b, the radial flexible beam displacement mechanism 29b, the strain gauges 60b 1 and 60b 2 , the strain gauge.
Drive control on the side of the radiating flexible beam displacement mechanism 29b is performed by a loop passing through 65, 66x, 66z. By this control, the values of the output V 4 of the strain gauge 66x and the output V 5 of the strain gauge 66z are set to 0, that is, the translational displacements in the x-axis direction and the z-axis direction included in the rotational displacement are removed, and at the same time, The output V 3 of the strain gauge 65 is made to match the output V of the displacement amount setter 45. Since the operation of this embodiment is similar to the operation of the previous embodiment, detailed description will be omitted.

このように、本実施例では、放射たわみ梁に貼着された
ひずみゲージにより、変位量中回転変位分を検出するブ
リツジ回路、x軸方向並進変位分を検出するブリツジ回
路、およびz軸方向並進変位分を検出するブリツジ回路
を用い、回転変位分が目標値になり、同時に各並進変位
分が0になるようにフイードバツク制御を行うようにし
たので、精度の高い回転変位を得ることができる。又、
上記制御システムは極めて小型かつ安価に構成すること
ができるので、各微細位置決め装置のそれぞれに設置す
ることができる。
As described above, in this embodiment, the strain gauge attached to the radial bending beam is used to detect the rotational displacement during the displacement amount, the bridge circuit for detecting the x-axis translational displacement, and the z-axis translational displacement. Since the bridge circuit for detecting the displacement amount is used to perform the feed back control so that the rotational displacement amount becomes the target value and each translational displacement amount becomes 0 at the same time, the rotational displacement with high accuracy can be obtained. or,
Since the control system can be constructed extremely small and inexpensive, it can be installed in each fine positioning device.

第7図は本発明のさらに他の実施例に係る制御装置の制
御対象となる微細位置決め装置の斜視図である。本実施
例における微細位置決め装置は、第5図(a)に示す対
称形の微細位置決め装置を中央で切断して単体形の微細
位置決め装置を構成し、これら2つの単体形の微細位置
決め装置を剛性の高い連結板70で連結した構成となつて
いる。図において、第5図に示す各部に対応する部分に
は同一符号が付されている。
FIG. 7 is a perspective view of a fine positioning device to be controlled by the control device according to still another embodiment of the present invention. The fine positioning device in the present embodiment constitutes a single-type fine positioning device by cutting the symmetrical fine-positioning device shown in FIG. 5 (a) at the center, and these two single-type fine positioning devices are made rigid. It is configured to be connected by a high connecting plate 70. In the figure, parts corresponding to the parts shown in FIG.

このような構成の微細位置決め装置においても、さきの
各実施例における微細位置決め装置と同様、放射たわみ
梁変位機構29a,29bの両者を完全に等しく回転変位させ
ることは困難である。そして、放射たわみ梁変位機構29
a,29bの回転変位が同一でないと、連結板70が完全に回
転変位せず捩れを生じるのは明らかである。
Even in the fine positioning device having such a configuration, it is difficult to rotationally displace both of the radial bending beam displacement mechanisms 29a and 29b in the same manner as the fine positioning device in each of the above embodiments. Then, the radial flexible beam displacement mechanism 29
If the rotational displacements of a and 29b are not the same, it is obvious that the connecting plate 70 is not completely rotationally displaced and twists.

そこで、この微細位置決め装置に対しても、さきの各実
施例に準じて、回転変位分を目標値に制御すると同時に
捩れによる変位分を0にする制御を行う。このために要
する回転変位および捩れによる変位のひずみ量検出手段
を図により説明する。
Therefore, also with respect to this fine positioning apparatus, the rotational displacement is controlled to a target value and the displacement due to the twist is controlled to 0 at the same time, in accordance with the respective embodiments described above. The strain amount detecting means for the rotational displacement and the displacement due to the twist required for this purpose will be described with reference to the drawings.

第8図(a),(b)はひずみ量検出回路の回路図であ
る。各図で、60a1〜60a4,60b1,60b2,は第7図に示すひ
ずみゲージである。71は回転変位分のひずみ量εを検
出するブリツジ回路、72は捩れによる変位分のひずみ量
εを検出するブリツジ回路である。
8A and 8B are circuit diagrams of the strain amount detection circuit. In the figures, 60a 1 ~60a 4, 60b 1 , 60b 2, is a strain gauge shown in Figure 7. Reference numeral 71 is a bridge circuit for detecting the strain amount ε 6 for the rotational displacement, and 72 is a bridge circuit for detecting the strain amount ε 7 for the displacement due to the twist.

本実施例の微細位置決め装置の制御装置は第4図に示す
さきの実施例の制御装置とほぼ同じである。即ち、第4
図に示す制御装置において、ひずみ計65,66x,66zに代え
て、ブリツジ回路71を含むひずみ計、およびブリツジ回
路72を含むひずみ計を設け、前者(ブリッジ回路71)の
ひずみ計の出力信号は加算器46a、46bにそれぞれ符号
「−」で入力し、後者(ブリッジ回路72)のひずみ計の
出力信号は加算器46aに対して符号「−」で、加算器46b
に対して符号「+」で入力する。その他の構成は第4図
に示す装置の構成と同じである。又、その動作も第4図
に示す装置の動作に準ずる。
The control device of the fine positioning apparatus of this embodiment is almost the same as the control device of the previous embodiment shown in FIG. That is, the fourth
In the control device shown in the figure, in place of the strain gauges 65, 66x, 66z, a strain gauge including the bridge circuit 71 and a strain gauge including the bridge circuit 72 are provided, and the output signal of the former strain gauge (bridge circuit 71) is Input to the adders 46a and 46b with a sign "-", and the output signal of the strain gauge of the latter (bridge circuit 72) is a sign "-" to the adder 46a and the adder 46b.
Enter with the sign "+". The other structure is the same as that of the apparatus shown in FIG. The operation is also similar to that of the device shown in FIG.

このように、本実施例では、2つの単体の放射たわみ梁
変位機構を連結板で連結した微細位置決め装置におい
て、変位量中の回転変位分を検出するブリツジ回路およ
び捩り変位分を検出するブリツジ回路を用い、回転変位
分が目標値になり同時に捩り変位分が0になるようにフ
ィードバツク制御を行うようにしたので、さきの実施例
と同じ効果を奏する。
As described above, in the present embodiment, in the fine positioning device in which the two radial bending beam displacement mechanisms are connected by the connecting plate, the bridge circuit for detecting the rotational displacement and the bridge circuit for detecting the torsional displacement in the displacement amount. The feed back control is performed so that the rotational displacement amount becomes the target value and the torsional displacement amount becomes 0 at the same time. Therefore, the same effect as the previous embodiment can be obtained.

上記実施例の説明では、平行たわみ梁14a1,14a2,14b1,1
4b2の変形量をひずみゲージを用いて検出する例につい
て述べた。しかしながら上記変形量の検出は他の検出手
段によつても可能である。以下、当該他の検出手段を用
いる例について説明する。
In the description of the above embodiment, the parallel flexible beams 14a 1 , 14a 2 , 14b 1 , 1
An example of detecting the deformation amount of 4b 2 using a strain gauge was described. However, the above-mentioned deformation amount can be detected by other detecting means. Hereinafter, an example of using the other detecting means will be described.

第9図(a),(b)は本発明の制御対象となる他の微
細位置決め装置の側面図である。第9図(a)で、第2
図(a)に示す部分と同一部分には同一符号を付して説
明を省略する。11cは剛体より成る支持部であり、剛体
部11a,11bから平行たわみ梁14a2,14b2および剛体部10の
底面10cと平行に伸長して構成される。80a、80bは支持
部11cに固定された静電容量形変位検出器であり、その
上端面と底面10cとの間の間隔δを検出する。なお、こ
の静電容量形変位検出器80a,80bについては後述する。
9 (a) and 9 (b) are side views of another fine positioning apparatus to be controlled by the present invention. In FIG. 9 (a), the second
The same parts as those shown in FIG. 9A are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Reference numeral 11c is a support portion formed of a rigid body, and is configured by extending from the rigid body portions 11a and 11b in parallel with the parallel bending beams 14a 2 and 14b 2 and the bottom surface 10c of the rigid body portion 10. Reference numerals 80a and 80b are capacitance type displacement detectors fixed to the support portion 11c, and detect a distance δ between the upper end surface and the bottom surface 10c. The capacitance type displacement detectors 80a and 80b will be described later.

今、圧電アクチユエータ16a,16bに所定の電圧が印加さ
れると平行たわみ梁14a1,14a2,14b1,14b2が第9図
(a)に示すように変形し、これにより剛体部10の底面
10cも図で上方に変位する。したがつて、間隔δも変化
し、この変化した間隔は静電容量形変位検出器80a,80b
により検出される。
Now, when a predetermined voltage is applied to the piezoelectric actuators 16a, 16b, the parallel flexible beams 14a 1 , 14a 2 , 14b 1 , 14b 2 are deformed as shown in FIG. Bottom
10c is also displaced upward in the figure. Therefore, the interval δ also changes, and the changed interval is the capacitance type displacement detectors 80a, 80b.
Detected by.

ここで、変位が第2図(b)に示すような回転変位を含
む場合を考える。この場合、平行たわみ梁変位機構19a
側の静電容量形変位検出器80aの検出値をδa、平行た
わみ梁変位機構19b側の静電容量形変位検出器80bの検出
値をδbとすると、第2図(b)に示す変形態様におい
ては、並進変位分は(δa+δb)/2、回転変位分は
(δa−δb)/2であると考えられる。
Here, consider a case where the displacement includes a rotational displacement as shown in FIG. In this case, the parallel flexible beam displacement mechanism 19a
When the detection value of the capacitance type displacement detector 80a on the side is δa and the detection value of the capacitance type displacement detector 80b on the side of the parallel flexible beam displacement mechanism 19b is δb, the modification shown in FIG. 2 (b) In, it is considered that the translational displacement is (δa + δb) / 2 and the rotational displacement is (δa−δb) / 2.

したがつて、第1図に示す制御装置において、変位量設
定器45の出力Vを予め静電容量形変位検出器80a,80bに
対応させて定めておき、かつ、各ひずみゲージおよび各
ひずみ計に代えて静電容量形変位検出器80a,80bおよび
上記並進変位分と回転変位分とを演算する演算機構を用
いれば、ひずみゲージを用いる場合と全く同様の制御を
行うことができる。
Therefore, in the control device shown in FIG. 1, the output V of the displacement amount setter 45 is determined in advance so as to correspond to the capacitance type displacement detectors 80a and 80b, and each strain gauge and each strain gauge is used. Instead of using the capacitance type displacement detectors 80a and 80b and the arithmetic mechanism that calculates the translational displacement amount and the rotational displacement amount, the same control as in the case of using the strain gauge can be performed.

第9図(b)は静電容量形変位検出器の取付位置が第9
図(a)に示すものとは異なる微細位置決め装置の側面
図であり、第9図(a)に示す部分と同一部分には同一
符号が付してある。静電容量形変位検出器80a,80bはそ
れぞれ剛体部10から内方に突出して圧電アクチユエータ
16a,16bを保持する保持部10a,10bの上面に固定されてい
る。各静電容量形変位検出器80a,80bはそれぞれ平行た
わみ梁14a1,14b1と対向する位置にあり、平行たわみ梁1
4a1,14b1が変形すると、両者の間隔δの変化を検出す
る。この微細位置決め装置も第9図(a)に示すものと
同様、第1図に示す制御装置への適用が可能である。
In FIG. 9 (b), the mounting position of the capacitance type displacement detector is the 9th position.
It is a side view of a fine positioning device different from that shown in FIG. 9A, and the same portions as those shown in FIG. 9A are denoted by the same reference numerals. Capacitive displacement detectors 80a and 80b project inwardly from the rigid body 10 and are piezoelectric actuators.
It is fixed to the upper surfaces of the holding portions 10a, 10b holding the 16a, 16b. The capacitance type displacement detectors 80a and 80b are located at positions facing the parallel flexible beams 14a 1 and 14b 1 , respectively.
When 4a 1 and 14b 1 are deformed, a change in the distance δ between them is detected. This fine positioning device can be applied to the control device shown in FIG. 1 as well as that shown in FIG. 9 (a).

次に、このような静電容量形変位検出器80a,80bの構成
および検出回路の概略を説明する。第10図(a),
(d)は静電容量形変位検出器の断面図および底面図、
第10図(c)は検出回路の回路図である。以下、静電容
量形変位検出器80aについてのみ説明する。第10図
(a),(b)で、80a1は円柱状の中心電極、80a2は中
心電極80a1を中心とする円筒電極である。80a3は中心電
極80a1と円筒電極80a2との間に存在する誘電体である。
中心電極80a1と円筒電極80a2とは、それらの断面積が等
しくなるように構成されている。
Next, the configuration of such capacitance type displacement detectors 80a and 80b and the outline of the detection circuit will be described. Figure 10 (a),
(D) is a sectional view and bottom view of the capacitance type displacement detector,
FIG. 10 (c) is a circuit diagram of the detection circuit. Hereinafter, only the capacitance type displacement detector 80a will be described. In FIGS. 10A and 10B, 80a 1 is a cylindrical center electrode, and 80a 2 is a cylindrical electrode centered on the center electrode 80a 1 . 80a 3 is a dielectric that exists between the center electrode 80a 1 and the cylindrical electrode 80a 2 .
The center electrode 80a 1 and the cylindrical electrode 80a 2 are configured so that their cross sectional areas are equal.

ここで、この静電容量形変位検出器80aの底面とこれに
対向する面との間隔をδ、中心電極80a1および円筒電極
80a2の断面積をそれぞれS、誘電体の誘電率をεとする
と、中心電極80a1と円筒電極80a2との間の静電容量Caは
次式で表わされる。
Here, the distance between the bottom surface of this capacitance type displacement detector 80a and the surface facing it is δ, the center electrode 80a 1 and the cylindrical electrode
When the cross-sectional area of 80a 2 is S and the dielectric constant of the dielectric is ε, the capacitance Ca between the central electrode 80a 1 and the cylindrical electrode 80a 2 is expressed by the following equation.

Ca=εS/δ したがつて、この静電容量形変位検出器80aの静電量Ca
を測定することにより間隔δを検出することができる。
Ca = εS / δ Therefore, the capacitance Ca of this capacitance type displacement detector 80a
The interval δ can be detected by measuring

この静電容量Caは第10図(c)に示す検出回路で検出さ
れる。第10図(c)で、81は発振器、82は基準の静電容
量CYを与えるコンデンサ、83はAC増幅器、80aは上記静
電容量形変位検出器、84はAC/DCコンバータ、85はDC増
幅器、86はローパスフイルタである。
This capacitance Ca is detected by the detection circuit shown in FIG. 10 (c). In FIG. 10 (c), 81 is an oscillator, 82 is a capacitor for giving a reference electrostatic capacitance C Y , 83 is an AC amplifier, 80a is the capacitance type displacement detector, 84 is an AC / DC converter, and 85 is The DC amplifier 86 is a low-pass filter.

ここで、発振器81の所定周波数および所定電圧の信号を
eexとし、静電容量形変位検出器80aの静電容量CaをAC増
幅器83で増幅すると、その出力eaは ea=−eex・CY/Ca となる。この信号はAC/DCコンバータ84により直流に変
換され、DC増幅器85でスパン調整されて増幅され、ロー
パスフイルタ86で整形され、結局、信号eaは となり、間隔δの検出信号として出力される。即ち、静
電容量形変位検出器80aにより間隔δを検出することが
できる。
Here, the signal of the predetermined frequency and the predetermined voltage of the oscillator 81
and EEx, when amplifying a capacitance Ca of the electrostatic capacitance type displacement detector 80a in AC amplifier 83, whose output ea becomes ea = -eex · C Y / Ca . This signal is converted to direct current by the AC / DC converter 84, span-adjusted and amplified by the DC amplifier 85, shaped by the low-pass filter 86, and finally the signal ea is And is output as a detection signal of the interval δ. That is, the interval δ can be detected by the capacitance type displacement detector 80a.

なお、上記各実施例の説明では、一方向の並進変位およ
び一軸まわりの回転変位の制御装置について説明した
が、複数方向の並進変位、複数軸まわりの回転変位、又
は並進変位と回転変位の両方を行う微細位置決め装置に
対しても本発明を適用することができるのは明らかであ
る。
In the description of each of the above embodiments, the control device for translational displacement in one direction and rotational displacement about one axis has been described, but translational displacement in multiple directions, rotational displacement about multiple axes, or both translational displacement and rotational displacement. It is obvious that the present invention can be applied to a fine positioning device that performs

〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明では、所望の変位形態の変位
量を検出してこれを目標値に一致させ、同時に、望まし
くない変位形態変位量を検出してこれを0とするフイー
ドバツク制御を行うようにしたので、高精度の変位を得
ることができる。
[Effects of the Invention] As described above, in the present invention, the displacement amount of the desired displacement form is detected and matched with the target value, and at the same time, the undesired displacement form displacement amount is detected and set to 0. Since the feed back control is performed, it is possible to obtain a highly accurate displacement.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の実施例に係る微細位置決め装置の制御
装置のブロツク図、第2図(a),(b)は第1図に示
す制御装置の制御対象である微細位置決め装置の側面
図、第3図(a),(b)はひずみ量検出回路の回路
図、第4図は本発明の他の実施例に係る微細位置決め装
置の制御装置のブロツク図、第5図(a),(b)は第
4図に示す制御装置の制御対象である微細位置決め装置
の側面図、第6図(a),(b),(c)はひずみ量検
出回路の回路図、第7図は本発明のさらに他の実施例に
係る制御装置の制御対象である微細位置決め装置の斜視
図、第8図(a),(b)はひずみ量検出回路の回路
図、第9図(a),(b)は第1図に示す制御装置に用
いられる他の微細位置決め装置の側面図、第10図
(a),(b),(c)はそれぞれ第9図(a),
(b)に示す静電容量形変位検出器の断面図、底面図お
よび検出回路図、第11図,第12図(a),(b)および
第13図(a),(b)は従来の微細位置決め装置の側面
図、第14図は従来の微細位置決め装置の制御装置の系統
図である。 14a1,14a2,14b1,14b2,……平行たわみ梁、16a,16b,26a,
26b……圧電アクチユエータ、19a,19b……平行たわみ梁
変位機構、24a1,24a2,24b1,24b2……放射たわみ梁、29
a,29b……放射たわみ梁変位機構、40a1〜40a4,40b1〜40
b4,60a1〜60a4,60b1〜60b4……ひずみゲージ、45……変
位量設定器、46a,46b……加算器、51,52,65,66x,66z…
…ひずみ計、80a,80b……静電容量形変位検出器。
FIG. 1 is a block diagram of a control device for a fine positioning device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are side views of the fine positioning device which is a control target of the control device shown in FIG. 3 (a) and 3 (b) are circuit diagrams of a strain amount detecting circuit, FIG. 4 is a block diagram of a control device of a fine positioning apparatus according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 (a), (B) is a side view of a fine positioning device which is a control target of the control device shown in FIG. 4, (a), (b) and (c) of FIG. 6 are circuit diagrams of a strain amount detection circuit, and FIG. A perspective view of a fine positioning device which is a control target of a control device according to still another embodiment of the present invention, FIGS. 8 (a) and 8 (b) are circuit diagrams of a strain amount detection circuit, FIG. 9 (a), (B) is a side view of another fine positioning device used in the control device shown in FIG. 1, and FIGS. 10 (a), (b) and (c) are it. It is Figure 9 (a),
A sectional view, a bottom view and a detection circuit diagram of the capacitance type displacement detector shown in (b) are shown in FIG. 11, FIG. 12 (a), (b) and FIG. 13 (a), (b). FIG. 14 is a side view of the fine positioning device, and FIG. 14 is a system diagram of a control device of the conventional fine positioning device. 14a 1 , 14a 2 , 14b 1 , 14b 2 , ... parallel flexural beams, 16a, 16b, 26a,
26b …… Piezoelectric actuator, 19a, 19b …… Parallel flexible beam displacement mechanism, 24a 1 , 24a 2 , 24b 1 , 24b 2 …… Radial flexible beam, 29
a, 29b …… Radial flexible beam displacement mechanism, 40a 1 〜 40a 4 , 40b 1 〜 40
b 4 , 60a 1 to 60a 4 , 60b 1 to 60b 4 …… Strain gauge, 45 …… Displacement setting device, 46a, 46b …… Adder, 51,52,65,66x, 66z…
… Strain gauges, 80a, 80b… Capacitive displacement detectors.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村山 健 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 昭61−209846(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Ken Murayama, 650, Jinritsucho, Tsuchiura, Ibaraki Prefecture, Tsuchiura Plant, Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. (56) References JP-A-61-209846 (JP, A)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】2つの剛体間に対向配置された板状たわみ
梁および前記剛体間に力を作用させるアクチュエータを
備えた平板構造単位を対称的に連結した微細位置決め装
置において、前記各平板構造単位毎に配置されその変位
量を検出する各変位検出手段と、前記微細位置決め装置
の目標変位量を設定するとともにこの目標変位量に応じ
た値を出力する変位量設定手段と、前記各変位検出手段
の検出値に基づいて所望の変位形態の変位分および当該
所望の変位形態以外の変位形態の変位分をそれぞれ独立
して抽出する変位分抽出手段と、前記変位量設定手段に
設定された目標変位量と前記変位抽出手段により抽出さ
れた前記所望の変位形態の変位分との偏差、および前記
所望の変位形態以外の変位形態の変位分に基づいて、こ
の変位分および前記偏差をなくすように前記アクチュエ
ータに与える電圧を制御する制御手段とを設けたことを
特徴とする微細位置決め装置。
1. A fine positioning device in which flat plate structural units each having a plate-shaped flexural beam and a rigid body which are arranged to face each other between two rigid bodies are connected symmetrically to each other. Displacement detection means arranged for each of the displacement detection means, displacement amount setting means for setting a target displacement amount of the fine positioning apparatus and outputting a value according to the target displacement amount, and each displacement detection means. Displacement amount extraction means for independently extracting the displacement amount of the desired displacement form and the displacement amount of the displacement form other than the desired displacement form based on the detection value of the target displacement, and the target displacement set in the displacement amount setting means. Based on the deviation between the amount and the displacement amount of the desired displacement form extracted by the displacement extraction means, and the displacement amount of the displacement form other than the desired displacement form, this displacement amount and the previous Fine positioning apparatus characterized in that a control means for controlling a voltage applied to the actuator to eliminate the deviation.
【請求項2】特許請求の範囲第(1)項において、前記
平板構造単位は、前記板状たわみ梁が互いに平行に配置
されている平行平板構造単位であることを特徴とする微
細位置決め装置。
2. The fine positioning device according to claim 1, wherein the flat plate structural unit is a parallel flat plate structural unit in which the plate-shaped flexible beams are arranged in parallel with each other.
【請求項3】特許請求の範囲第(1)項において、前記
平板構造単位は、前記板状たわみ梁が予め定められた軸
に関して互いに放射状に配置されている放射平板構造単
位であることを特徴とする微細位置決め装置。
3. The flat plate structural unit according to claim 1, wherein the flat plate structural unit is a radial flat plate structural unit in which the plate-shaped flexible beams are radially arranged with respect to a predetermined axis. Fine positioning device.
【請求項4】特許請求の範囲第(1)項において、前記
アクチュエータは、積層形圧電素子であることを特徴と
する微細位置決め装置。
4. A fine positioning device according to claim 1, wherein the actuator is a laminated piezoelectric element.
【請求項5】特許請求の範囲第(1)項において、前記
変位検出手段は、前記板状たわみ梁の所定個所に設けら
れたひずみゲージであることを特徴とする微細位置決め
装置。
5. A fine positioning device according to claim 1, wherein the displacement detecting means is a strain gauge provided at a predetermined position of the plate-shaped flexible beam.
【請求項6】特許請求の範囲第(1)項において、前記
変位検出手段は、前記微細位置決め装置の変位部分に対
向する位置に設けられた静電容量形検出器であることを
特徴とする微細位置決め装置。
6. The device according to claim 1, wherein the displacement detecting means is a capacitance type detector provided at a position facing a displaced portion of the fine positioning device. Fine positioning device.
JP7626987A 1986-09-09 1987-03-31 Control device for fine positioning device Expired - Lifetime JPH071453B2 (en)

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US07/244,102 US5005298A (en) 1986-09-09 1988-09-14 Displacement controller for fine positioning device
US07/244,101 US4991309A (en) 1986-09-09 1988-09-14 Fine positioning device and displacement controller therefor
US07/244,168 US4888878A (en) 1986-09-09 1988-09-14 Fine positioning device
US07/244,169 US4920660A (en) 1986-09-09 1988-09-14 Fine positioning device and displacement controller therefor

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JP2005236166A (en) * 2004-02-23 2005-09-02 Bondotekku:Kk Piezo alignment system

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JP2005236166A (en) * 2004-02-23 2005-09-02 Bondotekku:Kk Piezo alignment system
JP4563695B2 (en) * 2004-02-23 2010-10-13 ボンドテック株式会社 Pressurizing method and joining apparatus

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