JPH09250592A - アクティブ除振装置 - Google Patents

アクティブ除振装置

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JPH09250592A
JPH09250592A JP8087060A JP8706096A JPH09250592A JP H09250592 A JPH09250592 A JP H09250592A JP 8087060 A JP8087060 A JP 8087060A JP 8706096 A JP8706096 A JP 8706096A JP H09250592 A JPH09250592 A JP H09250592A
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JP
Japan
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actuator
vibration isolation
thrust
vibration
gravity
Prior art date
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Application number
JP8087060A
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English (en)
Inventor
Koji Ito
浩司 伊藤
Takehiko Mayama
武彦 間山
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Publication of JPH09250592A publication Critical patent/JPH09250592A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 支持物の重心位置がずれたり、各支持点の動
特性が異なった場合でも制御性能の悪化を低減する。 【解決手段】 除振台1と、前記除振台を支持するバネ
係数と粘性減衰係数を有する複数の支持手段2と、前記
除振台に所望の推力を印加する複数のアクチュエータ3
と、所望の基準点からの位置を計測する位置検出手段6
と、前記位置検出手段の出力から前記アクチュエータに
指令する推力を演算する制御手段5とを有するアクティ
ブ除振装置において、前記除振台と床の相対位置を検出
する相対位置検出手段8と、前記相対位置検出手段の出
力から前記支持手段が発生する力を演算し、前記アクチ
ュエータの指令値に加算する推力を演算する補償手段1
0とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、床などの装置設置
基礎からの振動の伝達特性を従来に比較して大幅に改善
した、半導体露光装置等のアクティブ除振装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】電子顕微鏡、半導体露光装置などの精密
機器の高精度化に伴い、それらを搭載する精密除振装置
の高性能化が求められている。このような要求に対し
て、除振台に取り付けられた振動センサの出力信号をア
クチュエータにフィードバックし、能動的に振動制御を
行うアクティブ除振装置が実用化されている。アクティ
ブ除振装置は、バネやダンパだけで構成された受動的な
除振装置では困難であった除振と制振の同時実現を可能
にする。
【0003】従来の技術として例えば特開平7−930
36の「アクティブ除振装置およびその制御方法」を説
明する。ここでは除振方向は水平方向であり、また支持
点は4点である。この特開平7−93036では、水平
方向のX,Y,θz方向の運動をそのモード別に制御す
るモード別制御(非干渉制御)の有効性を主張してい
る。モード別制御では、除振台の重心まわりの並進、回
転運動を変数として制御系を構成する。モード別制御で
は、ある運動方向の動作が他の運動方向の動作に影響を
与えないように制御することが目的である。そのために
どのように機械系、制御系を構成するかが問題である。
この例では、各制御方向の支持点の動特性による各運動
モード間の干渉を、機械的な配置により解決している。
すなわち、除振台の重心位置に対して4点の支持点を対
称位置に配置し、かつ、4点の支持点の動特性は同一に
することにより干渉を生じないようにしている。機械系
の特性をこのように非干渉化した上で、除振台のX,
Y,θz方向の運動を振動センサから演算し、アクチュ
エータの推力を運動モードに応じて分配することによ
り、非干渉制御を実現している。
【0004】この特開平7−93036から、除振方向
を鉛直方向とし、また支持点を3点とする構成を考える
ことができる。さらに、この特開平7−93036では
振動センサとして加速度センサを用いているが、ここで
は位置検出器を用いることにする。ここではこのような
機械構造のアクティブ除振装置を従来方式1として説明
する。この従来方式のアクティブ除振装置の構成を図8
に示す。また、この構成に対応するブロック図は図2に
おいて、8(8a,8b,8c),9(9a,9b,9
c),10(10a,10b,10c)の補償ループを
外した場合に相当する。ここでは、支持手段2の3点
(2a,2b,2c)の動特性は同じであり、また、除
振台の重心位置と、支持手段の3点の作る3角形の幾何
的な重心位置を一致させ、かつ、この3角形は2等辺三
角形とすることにより、干渉を生じないようにする。こ
こでは、このような機械配置も含め従来方式としてお
く。従来方式1では非干渉制御は行わず、3つのアクチ
ュエータの推力は各駆動点で独立に制御するものとす
る。
【0005】図9はこの系のZ方向の床振動(振幅2.
5[μm]、周波数10[Hz])に対する除振台のZ
方向、θx,θy方向の位置応答を示す。Z方向には
0.05[μm]、θx,θy方向にはほとんど振動し
ていない。
【0006】また、他の従来方式として同じ機械系で制
御系を運動モード別に制御したものを従来方式2とす
る。この従来方式のアクティブ除振装置のブロック図は
図4において8(8a,8b,8c),9(9a,9
b,9c),10(10a,10b,10c)の補償ル
ープをはずした場合に相当する。ここで51は運動モー
ド抽出演算要素であり、除振台1の位置から、Z,θ
x,θy方向の位置を演算する。52は推力分配演算要
素であり、各運動モードごとの制御入力を、3つのアク
チュエータの推力に分配する。また、50(50a,5
0b,50c)は各運動モードごとの制御要素(モード
別制御手段)である。53(53a,53b,53c)
は各運動モードへの指令位置信号である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来方式では、非干渉
制御を良好に実現するために、機械的な配置、特性を調
整することにより、各運動方向間の干渉を生じないよう
にしている。すなわち、除振台の重心位置と支持点の幾
何的な重心位置を一致させ、また、支持点の動特性を同
じにする。従って、機械的な調整が十分でない場合に
は、干渉を生じてしまうことになる。図10および図1
1は、各々前記の従来方式1および従来方式2で示した
系で重心位置と幾何的重心位置をXおよびY方向に各々
10[mm]程度ずらした場合の、Z方向の床振動(振
幅2.5[μm]、周波数10[Hz])に対する応答
である。重心位置が一致している場合は図9に示した。
重心位置をずらした図10では、Z方向には0.05
[μm]で、図9とほとんど同じであり、θx,θy方
向には0.05[ppm]程度である。また図11で
は、Z方向には0.07[μm]で、多少大きく、θ
x、θy方向には0.5[ppm]程度で10倍程度で
ある。このように、重心位置を僅かにずらしただけで、
回転方向θx,θyの除振性能は格段に悪化する。とく
にモード別制御を実現した従来方式2は、独立制御を行
った従来方式1に比べても格段に性能が悪化している。
もし重心位置と幾何的重心位置が一致していても、支持
点の動特性が異なる場合にも同じ傾向が現われる。この
ように、従来方式では、機械的な調整が十分でないと、
満足な制御性能を得ることはできない。通常、重心位置
と幾何的重心位置を完全に一致させたり、支持点の動特
性をすべて同一特性にする、などの機械的な調整は困難
である場合が多い。
【0008】本発明は、上述の従来方式における問題点
に鑑みてなされたもので、重心位置がずれたり、各支持
点の動特性が異なった場合でも制御性能の悪化の少ない
除振装置を提供することを目的とする。
【0009】
【問題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明のアクティブ除振装置は、除振台と、前記除振
台を支持するバネ係数と粘性減衰係数を有する複数の支
持手段と、前記除振台に所望の推力を印加する複数のア
クチュエータと、前記除振台と床の相対位置を検出する
相対位置検出手段と、所望の基準点からの位置を計測す
る位置検出手段と、前記位置検出手段の出力から前記ア
クチュエータに指令する推力を演算する制御手段と、前
記相対位置検出手段の出力から前記支持手段が発生する
力を演算し、前記アクチュエータの指令値に加算する推
力を演算する補償手段を有することを特徴とする。
【0010】前記位置検出手段の代わりに、または前記
位置検出手段とともに加速度検出手段を設けてもよい。
前記アクチュエータは例えば電磁アクチュエータであ
る。前記補償手段は、例えば前記支持手段の動特性を補
償する補償器であるが、この補償器の他に低周波遮断特
性をもつフィルタを設けることができる。本発明のアク
ティブ除振装置は、例えば前記除振台を3つの支持手段
で垂直方向に3点で支持し、前記除振台の重量重心と、
3つの支持手段がつくる3角形の幾何的な重心位置がほ
ぼ一致し、かつ、この3角形はほぼ2等辺3角形である
ように配置されている。
【0011】
【作用】従来方式では、機械的な配置、特性を調整する
ことにより干渉を生じないようにしている。しかし、こ
の方法では機械系の特性による制約以上の制御性能を得
ることは困難である。本発明では、除振台と床の相対位
置を検出し、支持手段のバネ係数と粘性減衰係数から支
持手段に発生する外力を演算し、その影響を補償器で打
ち消すことにより、機械系の制約を緩和し、従来方式よ
り制御性能の良い能動除振装置を提供する。例えば、従
来方式では、機械的な重心位置と幾何的重心位置がずれ
ている場合には、カウンターバランス等を置いて機械的
な重心位置を移動するなどの機械的な調整が必要であ
る。重心の位置のずれがあまり大きい場合には調整は不
可能である。十分な調整ができない場合には制御性能は
悪化する。本発明はこのような場合にも制御性能を向上
させることができる。
【0012】
【実施例1】図1は本発明の一実施例に係る除振装置の
構成を示す。また、図2は図1に対応するブロック図で
ある。ここでは、各軸は独立に制御系を構成するものと
する。同図において、1は除振台、2(2a,2b,2
c)はバネやダンパ等からなる支持手段、3(3a,3
b,3c)はアクチュエータ、4(4a,4b,4c)
は駆動信号、5(5a,5b,5c)は制御手段、6
(6a,6b,6c)は位置検出手段、7(7a,7
b,7c)は位置信号、8(8a,8b,8c)は相対
位置検出手段、9(9a,9b,9c)は相対位置信
号、10(10a,10b,10c)は補償手段であ
る。
【0013】位置検出器6は除振台1の位置を検出し、
位置フィードバックによりアクチュエータ3を駆動す
る。ここで、補償器10は図6の構成になっている。こ
こでKi,Di(i=1,2,3)は支持手段2のバネ
係数と粘性減衰係数を測定した値とする。また、Tci
は一次遅れフィルタの時定数である。またsはラプラス
演算子である。図3はこの系のZ方向の床振動(振幅
2.5[μm]、周波数10[Hz])に対する応答波
形である。図10の補償がない場合の波形に比べ、Z方
向の振動は1/2程度、回転方向(θx,θy)の振動
は1/6程度に減少していることが分かる。
【0014】
【実施例2】実施例1では各軸を独立に制御する場合の
構成を示した。ここでは、3軸を非干渉制御する場合に
も本発明の補正が有効である例を示す。図4は実施例2
の構成を示すブロック図である。従来方式2はこの図で
補償手段10がない場合に相当する。このときの応答を
図5に示す。図5はZ方向の床振動(振幅2.5[μ
m]、周波数10[Hz])に対する系の応答である。
本発明の補償を行わない非干渉制御の特性(図11)に
比べ、Z方向は1/3、回転方向の振動は1/20程度
に減少していることが分かる。このように、支持手段の
動特性を補償することにより制御性能は向上する。
【0015】
【実施例3】実施例3では実施例1、実施例2の補償器
10(図6参照)に直列にローカット・フィルタを接続
した図7の補償器を用いる。水平方向の支持手段の役目
のひとつは除振台の低周波の力を支持手段に負担させる
ためである。その結果アクチュエータは過渡的な高周波
の力成分のみ負担すればよいので、容量をあまり大きく
しないで制御系を構成できる。このとき図6の補償器を
用いると低周波成分の力もすべてアクチュエータが負担
することになるため経済的でない。図7の補償器を用い
ることにより低周波成分の力は支持手段に負担させるこ
とができる。実施例1、実施例2のような、垂直方向の
支持手段の場合は、この補償器を用いてもよいが、重力
と平衡した点を相対位置検出器の原点とすれば、低周波
成分の力はほとんど支持手段に負担させることができ
る。ここでaはローカット・フィルターの遮断周波数で
ある。他の記号は図6と同じである。
【0016】
【実施例4】実施例1、実施例2では位置検出手段6に
より除振台の位置を検出してフィードバックすることに
より所定の位置に除振台を制御する場合を示した。この
系ではさらに、位置検出手段6の代わりに除振台の加速
度を検出しフィードバックすることにより振動を制御す
ることができる。加速度フィードバックは位置検出器と
併用することもできるが、加速度フィードバックだけで
制御系を構成することもできる。このときは、位置制御
はできないが振動を低減することは可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る除振装置の構成を示
す図である。
【図2】 図1の装置の制御系の構成を示すブロック図
である。
【図3】 図1の装置の特性を示す図である。
【図4】 本発明の他の実施例に係る除振装置の制御系
の構成を示すブロック図である。
【図5】 図4の装置の特性を示す図(補正あり)であ
る。
【図6】 図1の装置における補償器の構成を示すブロ
ック図である。
【図7】 図4の装置における補償器の構成を示すブロ
ック図である。
【図8】 従来方式1の構成を示す図である。
【図9】 従来方式1の特性を示す図(重心位置一致)
である。
【図10】 従来方式1の特性を示す図(重心位置不一
致)である。
【図11】 従来方式2の特性を示す図(補正なし)で
ある。
【符号の説明】
1:除振台、2,2a,2b,2c:支持手段、3,3
a,3b,3c:アクチュエータ、4,4a,4b,4
c:駆動信号、5,5a,5b,5c:制御手段、6,
6a,6b,6c:位置検出手段、7,7a,7b,7
c:位置信号、8,8a,8b,8c:相対位置検出手
段、9,9a,9b,9c:相対位置信号、10,10
a,10b,10c:補償手段、50,50a,50
b,50c:モード別制御手段、51:運動モード抽出
演算要素、52:推力分配演算要素、53,53a,5
3b,53c:指令位置信号。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 除振台と、前記除振台を支持するバネ係
    数と粘性減衰係数を有する複数の支持手段と、前記除振
    台に所望の推力を印加する複数のアクチュエータと、前
    記除振台と床の相対位置を検出する相対位置検出手段
    と、所望の基準点からの位置を計測する位置検出手段
    と、前記位置検出手段の出力から前記アクチュエータに
    指令する推力を演算する制御手段と、前記相対位置検出
    手段の出力から前記支持手段が発生する力を演算し、前
    記アクチュエータの指令値に加算する推力を演算する補
    償手段を有することを特徴とするアクティブ除振装置。
  2. 【請求項2】 前記位置検出手段の代わりに、または前
    記位置検出手段と同時に加速度検出手段を有する請求項
    1記載のアクティブ除振装置。
  3. 【請求項3】 前記アクチュエータは電磁アクチュエー
    タであることを特徴とする請求項1または2記載のアク
    ティブ除振装置。
  4. 【請求項4】 前記補償手段は支持手段の動特性を補償
    する補償器の他に、低周波遮断特性をもつフィルタをも
    つことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のア
    クティブ除振装置。
  5. 【請求項5】 前記除振台を3つの支持手段で垂直方向
    に3点で支持し、前記除振台の重量重心と、3つの支持
    手段がつくる3角形の幾何的な重心位置がほぼ一致し、
    かつ、この3角形はほぼ2等辺3角形であるように配置
    されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに
    記載のアクティブ除振装置。
JP8087060A 1996-03-18 1996-03-18 アクティブ除振装置 Pending JPH09250592A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002006700A1 (fr) * 2000-07-13 2002-01-24 Ebara Corporation Dispositif d'isolation contre les vibrations faisant intervenir des dispositifs de levitation magnetique
KR100698693B1 (ko) * 2005-09-16 2007-03-23 현대모비스 주식회사 에어백 컨트롤 유닛 마운팅 구조
JP2007247822A (ja) * 2006-03-17 2007-09-27 Japan Aviation Electronics Industry Ltd アクティブ除振装置
JP2020514814A (ja) * 2017-03-21 2020-05-21 カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー 組立誤差を特定する方法

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Effective date: 20040225