JPH0934550A - 微動位置決め制御装置 - Google Patents
微動位置決め制御装置Info
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- JPH0934550A JPH0934550A JP20511095A JP20511095A JPH0934550A JP H0934550 A JPH0934550 A JP H0934550A JP 20511095 A JP20511095 A JP 20511095A JP 20511095 A JP20511095 A JP 20511095A JP H0934550 A JPH0934550 A JP H0934550A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 微動位置決め装置で、安定性を確保して位置
決め応答性を向上させる。 【解決手段】 位置決め対象物を駆動する変位発生型ア
クチュエータ２と、この移動距離を計測する位置センサ
３と、この出力を電気信号に変換する変位増幅器４と、
この出力を入力して位置に関する運動モードを抽出する
回路９と、この出力と目標位置指令信号との運動モード
別偏差信号を取得し、これを所定の感度となす増幅器６
と、この出力をゲイン調整する補償器７と、加速度を検
出するセンサ１２と、この出力を電気信号に変換する増
幅器１３と、この出力を入力して加速度に関する運動モ
ードを抽出する回路１１と、この出力に対して補償を行
なう回路２６と、補償器７の出力と回路２６の出力とを
比較して駆動信号し、これにより各軸への駆動信号を生
成する分配回路１０と、変位発生型アクチュエータを駆
動する電力増幅器８とを備える。
決め応答性を向上させる。 【解決手段】 位置決め対象物を駆動する変位発生型ア
クチュエータ２と、この移動距離を計測する位置センサ
３と、この出力を電気信号に変換する変位増幅器４と、
この出力を入力して位置に関する運動モードを抽出する
回路９と、この出力と目標位置指令信号との運動モード
別偏差信号を取得し、これを所定の感度となす増幅器６
と、この出力をゲイン調整する補償器７と、加速度を検
出するセンサ１２と、この出力を電気信号に変換する増
幅器１３と、この出力を入力して加速度に関する運動モ
ードを抽出する回路１１と、この出力に対して補償を行
なう回路２６と、補償器７の出力と回路２６の出力とを
比較して駆動信号し、これにより各軸への駆動信号を生
成する分配回路１０と、変位発生型アクチュエータを駆
動する電力増幅器８とを備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、変位発生型アクチュエ
ータの代表であるピエゾ素子を使ったサブミクロンオー
ダの位置決め装置に関し、特に、位置のメインフィード
バックループに対して設ける加速度のマイナーループの
補償手段の構成に関する。
ータの代表であるピエゾ素子を使ったサブミクロンオー
ダの位置決め装置に関し、特に、位置のメインフィード
バックループに対して設ける加速度のマイナーループの
補償手段の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、精密加工、組立、調整などの分野
における微小位置決めにおいては、サブミクロンオーダ
の位置決め精度が要求されている。特に、微細パターン
の露光を目的とした超精密位置決めステージにおいて
は、高い分解能と周波数応答の高帯域化を実現するべ
く、変位発生型アクチュエータとして圧電素子や電歪素
子が多用されている。一例として、鉛直Ｚ軸方向の並進
１自由度と水平面内の傾きの２自由度を位置決め制御す
る３自由度の微動位置決め装置を図３に示す。この装置
は、特願平６−１３２４０５号に開示されたものであ
り、位置決め対象物である平板状の基板１を印加電圧に
応じて鉛直Ｚ軸方向に変位させるアクチュエータ２Ｍ，
２Ｒ，２Ｌによって位置決め制御するものである。アク
チュエータ２Ｍ，２Ｒ，２Ｌには駆動素子としてのピエ
ゾ素子とその変位を拡大する変位拡大機構が含まれる。
アクチュエータ２Ｍ，２Ｒ，２Ｌの近傍には、基板１の
鉛直Ｚ軸方向の変位を計測する位置センサ３Ｍ，３Ｒ，
３Ｌが配置されている。また、アクチュエータ２Ｍ，２
Ｒ，２Ｌの近傍には、基板１の鉛直Ｚ軸方向の加速度を
計測する加速度センサ１２Ｍ，１２Ｒ，１２Ｌも配置さ
れる。これらの構成要素からなる気候を微動位置決め機
構と呼ぶ。
における微小位置決めにおいては、サブミクロンオーダ
の位置決め精度が要求されている。特に、微細パターン
の露光を目的とした超精密位置決めステージにおいて
は、高い分解能と周波数応答の高帯域化を実現するべ
く、変位発生型アクチュエータとして圧電素子や電歪素
子が多用されている。一例として、鉛直Ｚ軸方向の並進
１自由度と水平面内の傾きの２自由度を位置決め制御す
る３自由度の微動位置決め装置を図３に示す。この装置
は、特願平６−１３２４０５号に開示されたものであ
り、位置決め対象物である平板状の基板１を印加電圧に
応じて鉛直Ｚ軸方向に変位させるアクチュエータ２Ｍ，
２Ｒ，２Ｌによって位置決め制御するものである。アク
チュエータ２Ｍ，２Ｒ，２Ｌには駆動素子としてのピエ
ゾ素子とその変位を拡大する変位拡大機構が含まれる。
アクチュエータ２Ｍ，２Ｒ，２Ｌの近傍には、基板１の
鉛直Ｚ軸方向の変位を計測する位置センサ３Ｍ，３Ｒ，
３Ｌが配置されている。また、アクチュエータ２Ｍ，２
Ｒ，２Ｌの近傍には、基板１の鉛直Ｚ軸方向の加速度を
計測する加速度センサ１２Ｍ，１２Ｒ，１２Ｌも配置さ
れる。これらの構成要素からなる気候を微動位置決め機
構と呼ぶ。
【０００３】同図において、位置センサ３Ｍ，３Ｒ，３
Ｌによって計測される基板１の鉛直Ｚ軸方向の変位は、
変位増幅器４Ｍ，４Ｒ，４Ｌによって各軸変位の電気信
号ｚM ，ｚR ，ｚL に変換される。同電気信号は運動モ
ード抽出回路９に導かれ、運動モード変位信号ｚg ，ｚ
θx ，ｚθy となる。運動モード抽出回路９の演算は、
例えば数１式に示される。
Ｌによって計測される基板１の鉛直Ｚ軸方向の変位は、
変位増幅器４Ｍ，４Ｒ，４Ｌによって各軸変位の電気信
号ｚM ，ｚR ，ｚL に変換される。同電気信号は運動モ
ード抽出回路９に導かれ、運動モード変位信号ｚg ，ｚ
θx ，ｚθy となる。運動モード抽出回路９の演算は、
例えば数１式に示される。
【０００４】
【数１】 次に、運動モード変位信号ｚg ，ｚθx ，ｚθy は、指
令電圧入力端子５Ｍ，５Ｒ，５Ｌに加えられる目標電圧
ｚg0，ｚθx0，ｚθy0と比較されて運動モード偏差信号
ｅg ，ｅθx ，ｅθy になる。この偏差信号は所定の感
度を得るために偏差増幅器６Ｍ，６Ｒ，６Ｌに導かれ
る。さらに、偏差増幅器６Ｍ，６Ｒ，６Ｌの出力は制御
ループの調整を運動モード別に行うゲイン補償器７Ｍ，
７Ｒ，７Ｌに導かれて位置に関する運動モード別補償信
号ｃg ，ｃθx ，ｃθy となる。
令電圧入力端子５Ｍ，５Ｒ，５Ｌに加えられる目標電圧
ｚg0，ｚθx0，ｚθy0と比較されて運動モード偏差信号
ｅg ，ｅθx ，ｅθy になる。この偏差信号は所定の感
度を得るために偏差増幅器６Ｍ，６Ｒ，６Ｌに導かれ
る。さらに、偏差増幅器６Ｍ，６Ｒ，６Ｌの出力は制御
ループの調整を運動モード別に行うゲイン補償器７Ｍ，
７Ｒ，７Ｌに導かれて位置に関する運動モード別補償信
号ｃg ，ｃθx ，ｃθy となる。
【０００５】一方、加速度センサ１２Ｍ，１２Ｒ，１２
Ｌの出力は、加速度増幅器１３Ｍ，１３Ｒ，１３Ｌによ
って電気信号ａM ，ａR ，ａL に変換され、加速度信号
に対する運動モード抽出回路（第２の運動モード抽出回
路）１１に導かれ、運動モード別加速度信号ａg ，ａθ
x ，ａθy となる。加速度信号に対する運動モード抽出
回路の演算も数１式に従う。すなわち、数２式のように
なる。
Ｌの出力は、加速度増幅器１３Ｍ，１３Ｒ，１３Ｌによ
って電気信号ａM ，ａR ，ａL に変換され、加速度信号
に対する運動モード抽出回路（第２の運動モード抽出回
路）１１に導かれ、運動モード別加速度信号ａg ，ａθ
x ，ａθy となる。加速度信号に対する運動モード抽出
回路の演算も数１式に従う。すなわち、数２式のように
なる。
【０００６】
【数２】 この運動モード別加速度信号ａg ，ａθx ，ａθy は、
フィルタ回路１４Ｍ，１４Ｒ，１４Ｌによって適切なフ
ィルタリングを施され、ゲイン回路１５Ｍ，１５Ｒ，１
５Ｌによってゲイン調整されて運動モード別加速度負帰
還信号ａg ´，ａθx ´，ａθy ´となる（適切なフィ
ルタリングの意味は後述する）。この負帰還信号は加算
器１６Ｍ，１６Ｒ，１６Ｌの減算端子に入力されて、ゲ
イン補償器７Ｍ，７Ｒ，７Ｌから出力される位置信号に
関する運動モード別補償信号ｃg ，ｃθx ，ｃθy と演
算され、運動モード別駆動信号ｄg ，ｄθx ，ｄθy と
なる。最終的にこれらの運動モード別駆動信号ｄg ，ｄ
θx ，ｄθy は、例えば数３式で示されるような運動モ
ード分配回路１０に入力されて各軸への駆動信号ｄM，
ｄR ，ｄL となり、電流出力型の電力増幅器８Ｍ，８
Ｒ，８Ｌを駆動する。
フィルタ回路１４Ｍ，１４Ｒ，１４Ｌによって適切なフ
ィルタリングを施され、ゲイン回路１５Ｍ，１５Ｒ，１
５Ｌによってゲイン調整されて運動モード別加速度負帰
還信号ａg ´，ａθx ´，ａθy ´となる（適切なフィ
ルタリングの意味は後述する）。この負帰還信号は加算
器１６Ｍ，１６Ｒ，１６Ｌの減算端子に入力されて、ゲ
イン補償器７Ｍ，７Ｒ，７Ｌから出力される位置信号に
関する運動モード別補償信号ｃg ，ｃθx ，ｃθy と演
算され、運動モード別駆動信号ｄg ，ｄθx ，ｄθy と
なる。最終的にこれらの運動モード別駆動信号ｄg ，ｄ
θx ，ｄθy は、例えば数３式で示されるような運動モ
ード分配回路１０に入力されて各軸への駆動信号ｄM，
ｄR ，ｄL となり、電流出力型の電力増幅器８Ｍ，８
Ｒ，８Ｌを駆動する。
【０００７】
【数３】 上述の如き加速度信号に関するマイナーループと位置信
号に関するメインループとを含めて非干渉化フィードバ
ック装置と呼び、微動位置決め機構と非干渉化フィード
バック装置とを含めて微動位置決め装置と称することに
する。
号に関するメインループとを含めて非干渉化フィードバ
ック装置と呼び、微動位置決め機構と非干渉化フィード
バック装置とを含めて微動位置決め装置と称することに
する。
【０００８】なお。ここでは、運動モード抽出回路９、
第２の運動モード抽出回路１１および運動モード分配回
路１０の具体的な演算内容を各々数１式、数２式および
数３式のように定めた。図４にアクチュエータ２Ｍ，２
Ｒ，２Ｌ、位置センサ３Ｍ，３Ｒ，３Ｌおよび加速度セ
ンサ１２Ｍ，１２Ｒ，１２Ｌを配置した座標系を示す
が、座標の原点に対して並進運動と面内の回転運動を定
義すると、数１式から数３式までの関係が導出される。
もちろん、図４に示す座標系の原点からずれた場所など
を中心に並進運動と回転運動を定義して非干渉化フィー
ドバック装置を構成することも可能である。この場合、
数１式から数３式の演算数値は当然異なるが、図３の制
御装置の構造そのものは不変なことは言うまでもない。
また、上述の説明において、電力増幅器８Ｍ，８Ｒ，８
Ｌは入力電圧に対して電流を出力するタイプのものであ
る。このようなフィードバック装置の構成によれば、定
常偏差「零」への収束性が保証される。何故ならば、ア
クチュエータ２Ｍ，２Ｒ，２Ｌの構成要素であるピエゾ
素子は電気的にみるとコンデンサであり、電流出力型の
電力増幅器８Ｍ，８Ｒ，８Ｌと、それが駆動する各ピエ
ゾ素子とを含めた伝達関数には積分器が自ずと含まれ、
いわゆる位置の閉ループは１形になり制御理論の教える
ところによれば定常偏差「零」が補償されるのである。
第２の運動モード抽出回路１１および運動モード分配回
路１０の具体的な演算内容を各々数１式、数２式および
数３式のように定めた。図４にアクチュエータ２Ｍ，２
Ｒ，２Ｌ、位置センサ３Ｍ，３Ｒ，３Ｌおよび加速度セ
ンサ１２Ｍ，１２Ｒ，１２Ｌを配置した座標系を示す
が、座標の原点に対して並進運動と面内の回転運動を定
義すると、数１式から数３式までの関係が導出される。
もちろん、図４に示す座標系の原点からずれた場所など
を中心に並進運動と回転運動を定義して非干渉化フィー
ドバック装置を構成することも可能である。この場合、
数１式から数３式の演算数値は当然異なるが、図３の制
御装置の構造そのものは不変なことは言うまでもない。
また、上述の説明において、電力増幅器８Ｍ，８Ｒ，８
Ｌは入力電圧に対して電流を出力するタイプのものであ
る。このようなフィードバック装置の構成によれば、定
常偏差「零」への収束性が保証される。何故ならば、ア
クチュエータ２Ｍ，２Ｒ，２Ｌの構成要素であるピエゾ
素子は電気的にみるとコンデンサであり、電流出力型の
電力増幅器８Ｍ，８Ｒ，８Ｌと、それが駆動する各ピエ
ゾ素子とを含めた伝達関数には積分器が自ずと含まれ、
いわゆる位置の閉ループは１形になり制御理論の教える
ところによれば定常偏差「零」が補償されるのである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】さて、上述の如き微動
位置決め制御装置は、ダンピング調整手段であるところ
のゲイン回路１５Ｍ，１５Ｒ，１５Ｌを各々操作するこ
とによって、運動モード別にダンピングを調整すること
ができた。その上で、位置決め特性調整手段であるとこ
ろの運動モード別のゲイン補償器７Ｍ，７Ｒ，７Ｌのゲ
インを順次大きくすることによって位置決め時間の短縮
がはかれた。しかし、位置決めの応答性向上には、やは
り限界があった。すなわち、従来技術では、安定性を確
保したうえで位置決めの応答性を上げたい、すなわち固
有値を増加させたい、という要請には応えられなかっ
た。
位置決め制御装置は、ダンピング調整手段であるところ
のゲイン回路１５Ｍ，１５Ｒ，１５Ｌを各々操作するこ
とによって、運動モード別にダンピングを調整すること
ができた。その上で、位置決め特性調整手段であるとこ
ろの運動モード別のゲイン補償器７Ｍ，７Ｒ，７Ｌのゲ
インを順次大きくすることによって位置決め時間の短縮
がはかれた。しかし、位置決めの応答性向上には、やは
り限界があった。すなわち、従来技術では、安定性を確
保したうえで位置決めの応答性を上げたい、すなわち固
有値を増加させたい、という要請には応えられなかっ
た。
【００１０】そこで、本発明の目的は、微動位置決め装
置において、安定性を確保しつつ位置決め応答性をさら
に向上させることにある。
置において、安定性を確保しつつ位置決め応答性をさら
に向上させることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段および作用】上述したよう
に、微動位置決め機構における位置のフィードバックル
ープのゲインを上げると、順次応答性は引き上げられ
る。しかし、やがては機構自身のダイナミクスを刺激す
るに至り、速応性の向上は頭打ちになってしまう。そこ
で、速応性を更に引き上げるために、加速度センサを使
用してダンピングを付与することが既に案出されてい
た。
に、微動位置決め機構における位置のフィードバックル
ープのゲインを上げると、順次応答性は引き上げられ
る。しかし、やがては機構自身のダイナミクスを刺激す
るに至り、速応性の向上は頭打ちになってしまう。そこ
で、速応性を更に引き上げるために、加速度センサを使
用してダンピングを付与することが既に案出されてい
た。
【００１２】本発明では、加速度フィードバックによっ
てダンピングのみ電気的に付与するだけではなく、ダン
ピングとともに剛性も同時に付与する。このような加速
度フィードバックによれば、微動位置決め機構は安定性
が良好でしかも固有振動数の高いものへと同機構を電気
的に成形し直せる。それに対して、位置の閉ループを構
成したときには、整定性が良好でかつ位置決め時間を短
縮することが期待できる。
てダンピングのみ電気的に付与するだけではなく、ダン
ピングとともに剛性も同時に付与する。このような加速
度フィードバックによれば、微動位置決め機構は安定性
が良好でしかも固有振動数の高いものへと同機構を電気
的に成形し直せる。それに対して、位置の閉ループを構
成したときには、整定性が良好でかつ位置決め時間を短
縮することが期待できる。
【００１３】本発明の第１の態様に係る微動位置決め制
御装置は、位置決め対象物を駆動する複数個の変位発生
型アクチュエータと、位置決め対象物の移動距離を計測
する複数個の位置センサと、各位置センサの出力を電気
信号に変換する変位増幅器と、変位増幅器の出力信号を
入力とする演算によって位置決め対象物に関する複数個
の位置に関する運動モードを抽出する第１の運動モード
抽出回路と、第１の運動モード抽出回路の出力信号と与
えられる目標位置指令信号との運動モード別偏差信号を
取得し各偏差信号を所定の感度となす偏差増幅器と、偏
差増幅器の出力に対してゲイン調整を行うゲイン補償器
と、位置決め対象物の加速度を検出する複数個の加速度
センサと、加速度センサの出力を電気信号に変換する加
速度増幅器と、加速度増幅器の出力信号を入力とする演
算によって位置決め対象物に関する複数個の加速度に関
する運動モードを抽出する第２の運動モード抽出回路
と、第２の運動モード抽出回路の出力に対して補償を行
なう加速度フィードバック補償回路と、ゲイン補償器の
出力と加速度フィードバック補償回路の出力とを比較し
て運動モード別駆動信号となし、この信号に基づいて各
軸への駆動信号を生成するための運動モード分配回路
と、運動モード分配回路の出力信号に応動して変位発生
型アクチュエータを駆動する電流出力型の電力増幅器と
を備えたことを特徴とする。
御装置は、位置決め対象物を駆動する複数個の変位発生
型アクチュエータと、位置決め対象物の移動距離を計測
する複数個の位置センサと、各位置センサの出力を電気
信号に変換する変位増幅器と、変位増幅器の出力信号を
入力とする演算によって位置決め対象物に関する複数個
の位置に関する運動モードを抽出する第１の運動モード
抽出回路と、第１の運動モード抽出回路の出力信号と与
えられる目標位置指令信号との運動モード別偏差信号を
取得し各偏差信号を所定の感度となす偏差増幅器と、偏
差増幅器の出力に対してゲイン調整を行うゲイン補償器
と、位置決め対象物の加速度を検出する複数個の加速度
センサと、加速度センサの出力を電気信号に変換する加
速度増幅器と、加速度増幅器の出力信号を入力とする演
算によって位置決め対象物に関する複数個の加速度に関
する運動モードを抽出する第２の運動モード抽出回路
と、第２の運動モード抽出回路の出力に対して補償を行
なう加速度フィードバック補償回路と、ゲイン補償器の
出力と加速度フィードバック補償回路の出力とを比較し
て運動モード別駆動信号となし、この信号に基づいて各
軸への駆動信号を生成するための運動モード分配回路
と、運動モード分配回路の出力信号に応動して変位発生
型アクチュエータを駆動する電流出力型の電力増幅器と
を備えたことを特徴とする。
【００１４】また、本発明の第２の態様に係る微動位置
決め制御装置は、第１の態様における電流出力型の電力
増幅器を、ＰＩ補償器が前段に接続された電圧出力型の
電力増幅器で置き換えたものであることを特徴とする。
ここで、ＰＩ補償器の零点は電圧出力型の電力増幅器の
１次遅れ特性としての極をキャンセルするように設計さ
れていることを特徴とする。ここで、加速度フィードバ
ック補償回路は一つ以上の運動モードに対して積分要素
が備えられていることを特徴とする。あるいは、一つ以
上の運動モードに対して積分要素と１次遅れ要素のカス
ケード接続の形の補償要素が備えられていることを特徴
とする。
決め制御装置は、第１の態様における電流出力型の電力
増幅器を、ＰＩ補償器が前段に接続された電圧出力型の
電力増幅器で置き換えたものであることを特徴とする。
ここで、ＰＩ補償器の零点は電圧出力型の電力増幅器の
１次遅れ特性としての極をキャンセルするように設計さ
れていることを特徴とする。ここで、加速度フィードバ
ック補償回路は一つ以上の運動モードに対して積分要素
が備えられていることを特徴とする。あるいは、一つ以
上の運動モードに対して積分要素と１次遅れ要素のカス
ケード接続の形の補償要素が備えられていることを特徴
とする。
【００１５】位置決め対象物である基板上の加速度セン
サの速度センサへの置換も可能であり、この場合には加
速度増幅器に代えて速度増幅器を備え、かつ図１および
図２に示す加速度フィードバック補償回路２６の部位に
は少なくとも一つ以上の運動モードの信号に対してゲイ
ン補償要素が備えられていることを特徴とする。
サの速度センサへの置換も可能であり、この場合には加
速度増幅器に代えて速度増幅器を備え、かつ図１および
図２に示す加速度フィードバック補償回路２６の部位に
は少なくとも一つ以上の運動モードの信号に対してゲイ
ン補償要素が備えられていることを特徴とする。
【００１６】位置決め用のアクチュエータが変位発生型
であり（例えば、ピエゾ素子）、それを電流出力型の電
力増幅器で駆動するという条件下では、その電力増幅器
への入力電圧から微動位置決め機構の変位までの伝達関
数に積分器が含まれる。対して、電圧出力型の電力増幅
器で駆動するという条件下では、積分器が含まれない。
であり（例えば、ピエゾ素子）、それを電流出力型の電
力増幅器で駆動するという条件下では、その電力増幅器
への入力電圧から微動位置決め機構の変位までの伝達関
数に積分器が含まれる。対して、電圧出力型の電力増幅
器で駆動するという条件下では、積分器が含まれない。
【００１７】電流出力型の電力増幅器で変位発生型のア
クチュエータを駆動するという条件下で、積分器が含ま
れるという特殊性を利用して、加速度信号に対して積分
を施した信号を電流出力型の電力増幅器の前段に負帰還
すると、その帰還量は微動位置決め機構に対して粘性項
とともに剛性項も増加させるように作用する。したがっ
て、上述のような加速度フィードバックによって粘性項
とともに剛性項を微動位置決め機構に付与し、さらにこ
の外側に位置のフィードバックを構成すると整定性が良
好で高速位置決めが行える。
クチュエータを駆動するという条件下で、積分器が含ま
れるという特殊性を利用して、加速度信号に対して積分
を施した信号を電流出力型の電力増幅器の前段に負帰還
すると、その帰還量は微動位置決め機構に対して粘性項
とともに剛性項も増加させるように作用する。したがっ
て、上述のような加速度フィードバックによって粘性項
とともに剛性項を微動位置決め機構に付与し、さらにこ
の外側に位置のフィードバックを構成すると整定性が良
好で高速位置決めが行える。
【００１８】
【実施例】図１は、本発明の一実施例に係る微動位置決
め装置の構成を示す。同図において、図３と共通または
対応する部分には同一符号を付しており、その部分の詳
細な説明は省略する。
め装置の構成を示す。同図において、図３と共通または
対応する部分には同一符号を付しており、その部分の詳
細な説明は省略する。
【００１９】さて、図１に示した本発明の微動位置決め
お内の構成を採ったとき、加速度フィードバックループ
の働きによって微動位置決め機構に対して粘性項と剛性
項を電気的にかつ同時に付与可能なことを示す。ただ
し、図１では、鉛直Ｚ軸並進運動に対してのみ粘性項と
剛性項を同時に増加させ、Ｚ軸およびＹ軸回りの回転運
動に対しては粘性項のみ増加させるような加速度フィー
ドバックの構成になっている。
お内の構成を採ったとき、加速度フィードバックループ
の働きによって微動位置決め機構に対して粘性項と剛性
項を電気的にかつ同時に付与可能なことを示す。ただ
し、図１では、鉛直Ｚ軸並進運動に対してのみ粘性項と
剛性項を同時に増加させ、Ｚ軸およびＹ軸回りの回転運
動に対しては粘性項のみ増加させるような加速度フィー
ドバックの構成になっている。
【００２０】まず、簡便のために、１軸の微動位置決め
機構を対象にして粘性項と剛性項が同時に増加させ得る
ことを示す。図５に１軸の微動位置決め機構１７が電流
出力型の電力増幅器８によって駆動されるときのブロッ
ク図を示す。駆動変位ｘd から負荷の変位ｘまでの伝達
関数Ｇp （ｓ）は数４式によって与えられる。ただし、
Ｍは質量、Ｋはバネ定数、Ｄは粘性摩擦係数、ｓはラプ
ラス演算子である。
機構を対象にして粘性項と剛性項が同時に増加させ得る
ことを示す。図５に１軸の微動位置決め機構１７が電流
出力型の電力増幅器８によって駆動されるときのブロッ
ク図を示す。駆動変位ｘd から負荷の変位ｘまでの伝達
関数Ｇp （ｓ）は数４式によって与えられる。ただし、
Ｍは質量、Ｋはバネ定数、Ｄは粘性摩擦係数、ｓはラプ
ラス演算子である。
【００２１】
【数４】 従来技術では、図６に示すような加速度検出器１８によ
る検出信号をフィルタ回路１４に通し、その出力信号を
電流出力信号８の電力Ｚ増幅器の前段に負帰還してい
た。このとき、ｖからｘまでの伝達関数は数５式のよう
になる。
る検出信号をフィルタ回路１４に通し、その出力信号を
電流出力信号８の電力Ｚ増幅器の前段に負帰還してい
た。このとき、ｖからｘまでの伝達関数は数５式のよう
になる。
【００２２】
【数５】 ここで、Ｔ＝２ζＴ0 となるようにＴを設計すると数６
式を得る。
式を得る。
【００２３】
【数６】 数６式は、加速度フィードバックによって電気的な粘性
項を付与できることを意味する。一方、本発明では、図
７のように、加速度検出器１８の出力を適切なゲインを
有する積分器１９に通し、その出力を電流出力型の電力
増幅器８の前段に負帰還する。このとき、ｖからｘまで
の伝達関数は数７式となる。
項を付与できることを意味する。一方、本発明では、図
７のように、加速度検出器１８の出力を適切なゲインを
有する積分器１９に通し、その出力を電流出力型の電力
増幅器８の前段に負帰還する。このとき、ｖからｘまで
の伝達関数は数７式となる。
【００２４】
【数７】 数７式は、加速度検出器１８の出力を積分器１９に通し
て得られる信号を電流出力型の電力増幅器８の前段に負
帰還することにより粘性項のみならず剛性項も増大でき
ることを意味する。つまり、数７式に対して位置の閉ル
ープを構成したときには、数６式に示すような加速度フ
ィードバックの場合に比べて、勿論、加速度フィードバ
ックのない場合であり、微動位置決め機構そのものを表
現する数４式に比べても、整定性が良好でかつ高速の応
答をさせることができる。
て得られる信号を電流出力型の電力増幅器８の前段に負
帰還することにより粘性項のみならず剛性項も増大でき
ることを意味する。つまり、数７式に対して位置の閉ル
ープを構成したときには、数６式に示すような加速度フ
ィードバックの場合に比べて、勿論、加速度フィードバ
ックのない場合であり、微動位置決め機構そのものを表
現する数４式に比べても、整定性が良好でかつ高速の応
答をさせることができる。
【００２５】再び図１における加速度信号のマイナール
ープを参照すると、信号ａθx はフィルタ回路１４Ｒと
ゲイン回路１５Ｒを、ａθy はフィルタ回路１４Ｌとゲ
イン回路１５Ｌを通って運動モード分配回路１０の前段
に負帰還されている。つまり、Ｘ軸回りおよびＹ軸回り
の回転運動の両者については、図３と同様のフィードバ
ックループ構成であり、したがってこれらの運動モード
に対しては粘性項のみ電気的に付与されている。しか
し、信号ａg はオフセット電圧除去と高周波雑音除去な
どの信号処理を行う前処理回路２４Ｍを通して積分回路
２５Ｍに入力され、その出力信号を運動モード分配回路
１０の前段に負帰還している。つまり、Ｚ軸並進運動に
対しては粘性と剛性の両者を増加させる作用を持たせて
いる。勿論、ａg のみならず、ａθx とａθy に対して
も２５Ｍのような積分回路を通した信号を運動モード分
配回路１０の前段に負帰還するように加速度フィードバ
ック補償回路２６を構成しても構わない。つまり、位置
決め仕様に基づいて、一つ以上の運動モード別加速度信
号に対して２５Ｍの如き積分器を備えればよい。
ープを参照すると、信号ａθx はフィルタ回路１４Ｒと
ゲイン回路１５Ｒを、ａθy はフィルタ回路１４Ｌとゲ
イン回路１５Ｌを通って運動モード分配回路１０の前段
に負帰還されている。つまり、Ｘ軸回りおよびＹ軸回り
の回転運動の両者については、図３と同様のフィードバ
ックループ構成であり、したがってこれらの運動モード
に対しては粘性項のみ電気的に付与されている。しか
し、信号ａg はオフセット電圧除去と高周波雑音除去な
どの信号処理を行う前処理回路２４Ｍを通して積分回路
２５Ｍに入力され、その出力信号を運動モード分配回路
１０の前段に負帰還している。つまり、Ｚ軸並進運動に
対しては粘性と剛性の両者を増加させる作用を持たせて
いる。勿論、ａg のみならず、ａθx とａθy に対して
も２５Ｍのような積分回路を通した信号を運動モード分
配回路１０の前段に負帰還するように加速度フィードバ
ック補償回路２６を構成しても構わない。つまり、位置
決め仕様に基づいて、一つ以上の運動モード別加速度信
号に対して２５Ｍの如き積分器を備えればよい。
【００２６】最後に、図１に示した本発明の微動位置決
め装置の有効性を数値実験によって示す。図９は、加速
度フィードバック補償回路２６の中でＺ軸並進運動モー
ドに対してのみ積分回路を挿入したときの運動モード別
のステップ応答を示す。つまり、３つの運動モードの中
からＺ軸並進運動だけを選択して、この運動モードの粘
性項と剛性項を高めて位置決めさせたときの位置決め偏
差波形である。
め装置の有効性を数値実験によって示す。図９は、加速
度フィードバック補償回路２６の中でＺ軸並進運動モー
ドに対してのみ積分回路を挿入したときの運動モード別
のステップ応答を示す。つまり、３つの運動モードの中
からＺ軸並進運動だけを選択して、この運動モードの粘
性項と剛性項を高めて位置決めさせたときの位置決め偏
差波形である。
【００２７】図９中、実線は積分回路を挿入しない場合
（図３の場合）であり、破線は積分回路を挿入した場合
（図１の場合）の応答を各々示す。まず、図９左側のデ
ータは、Ｚ軸方向にＺ軸並進ステップを指令したときの
応答である。上述の解析に従い、積分回路を挿入するこ
とにより、位置決め機構の粘性項と剛性項を共に電気的
に増加させることができた。したがって、Ｚ軸方向への
並進ステップ指令に対する位置決め波形では、ダンピン
グが効いた応答で、かつ固有振動数の上昇がみられる筈
である。並進運動偏差信号ｅg を観察すると、応答波形
に重畳する脈動の周期は実線のそれに比較して短くなっ
ており、かつ粘性項の増加によって緩慢な応答を呈して
いることが了解できる。
（図３の場合）であり、破線は積分回路を挿入した場合
（図１の場合）の応答を各々示す。まず、図９左側のデ
ータは、Ｚ軸方向にＺ軸並進ステップを指令したときの
応答である。上述の解析に従い、積分回路を挿入するこ
とにより、位置決め機構の粘性項と剛性項を共に電気的
に増加させることができた。したがって、Ｚ軸方向への
並進ステップ指令に対する位置決め波形では、ダンピン
グが効いた応答で、かつ固有振動数の上昇がみられる筈
である。並進運動偏差信号ｅg を観察すると、応答波形
に重畳する脈動の周期は実線のそれに比較して短くなっ
ており、かつ粘性項の増加によって緩慢な応答を呈して
いることが了解できる。
【００２８】一方、Ｚ軸並進運動を指令しているので、
Ｘ軸回りの回転運動偏差ｅθx とＹ軸回りの回転運動偏
差信号ｅθy への影響は勿論僅少である。
Ｘ軸回りの回転運動偏差ｅθx とＹ軸回りの回転運動偏
差信号ｅθy への影響は勿論僅少である。
【００２９】次に、図９中央のＸ軸回りの回転ステップ
応答をみる。加速度フィードバックループの中で積分回
路の挿入はＺ軸返信運動に対してのみであるから、Ｘ軸
回りの回転運動に対する影響は無い筈であり、数値実験
結果のそれを裏付けている。すなわち、ｅθx の応答は
実線と破線が重なっており、応答性は不変である。同様
に、図９右側のＹ軸回りの回転ステップでも応答性は変
化していないことが了解できる。
応答をみる。加速度フィードバックループの中で積分回
路の挿入はＺ軸返信運動に対してのみであるから、Ｘ軸
回りの回転運動に対する影響は無い筈であり、数値実験
結果のそれを裏付けている。すなわち、ｅθx の応答は
実線と破線が重なっており、応答性は不変である。同様
に、図９右側のＹ軸回りの回転ステップでも応答性は変
化していないことが了解できる。
【００３０】
【他の実施例】実施例１では、ピエゾ素子（アクチュエ
ータ）２Ｍ，２Ｒ，２Ｌの駆動に際して電流出力型の電
力増幅器８Ｍ，８Ｒ，８Ｌを用いている。このタイプの
電力増幅器でピエゾ素子を駆動するという条件のもと
で、加速度フィードバックループに積分回路を挿入する
ことによって微動位置決め機構の粘性と剛性項の両者を
増加させることができ、この効果を使用することによっ
て位置の閉ループを構成したときにおける位置決め特性
は、安定性が良好な高速位置決め特性となった。
ータ）２Ｍ，２Ｒ，２Ｌの駆動に際して電流出力型の電
力増幅器８Ｍ，８Ｒ，８Ｌを用いている。このタイプの
電力増幅器でピエゾ素子を駆動するという条件のもと
で、加速度フィードバックループに積分回路を挿入する
ことによって微動位置決め機構の粘性と剛性項の両者を
増加させることができ、この効果を使用することによっ
て位置の閉ループを構成したときにおける位置決め特性
は、安定性が良好な高速位置決め特性となった。
【００３１】しかし、一般的に、ピエゾ素子は電圧出力
型の電力増幅器によって駆動される。そこで、この第２
実施例では、電圧出力型の電力増幅器の仕様を前提にし
た微動位置決め装置の構成を与える。図２は、本第２実
施例に係る微動位置決め装置の構成を示すブロック図で
ある。同図において、２０Ｍ，２０Ｒ，２０Ｌは電圧出
力型の電力増幅器であり、その前にカスケード接続した
２１Ｍ，２１Ｒ，２１ＬはＰＩ補償器である。これらＰ
Ｉ補償器は、電圧出力型の電力増幅器２０Ｍ，２０Ｒ，
２０Ｌの１次遅れ特性としての極をＰＩ補償器の零点で
キャンセルするように設計される。このように設計した
とき、ＰＩ補償器と電圧出力型の電力増幅器とをカスケ
ード接続した総合の伝達関数は積分特性となり、図１に
おいてアクチュエータを電流出力型の電力増幅器で駆動
した場合と等価な特性を得るのである。ここで、Ｐは比
例を、Ｉは積分動作をそれぞれ意味する。さて、加速度
フィードバックの構成は、図１と同様であり、Ｚ軸並進
運動に対してのみ粘性と剛性の両者を同時にかつ電気的
に付与できる。もちろん、Ｘ軸回りの回転運動とＹ軸回
りの回転運動のそれぞれの運動モードに対して、粘性と
剛性項を電気的に付与するように構成できることは言う
までもない。
型の電力増幅器によって駆動される。そこで、この第２
実施例では、電圧出力型の電力増幅器の仕様を前提にし
た微動位置決め装置の構成を与える。図２は、本第２実
施例に係る微動位置決め装置の構成を示すブロック図で
ある。同図において、２０Ｍ，２０Ｒ，２０Ｌは電圧出
力型の電力増幅器であり、その前にカスケード接続した
２１Ｍ，２１Ｒ，２１ＬはＰＩ補償器である。これらＰ
Ｉ補償器は、電圧出力型の電力増幅器２０Ｍ，２０Ｒ，
２０Ｌの１次遅れ特性としての極をＰＩ補償器の零点で
キャンセルするように設計される。このように設計した
とき、ＰＩ補償器と電圧出力型の電力増幅器とをカスケ
ード接続した総合の伝達関数は積分特性となり、図１に
おいてアクチュエータを電流出力型の電力増幅器で駆動
した場合と等価な特性を得るのである。ここで、Ｐは比
例を、Ｉは積分動作をそれぞれ意味する。さて、加速度
フィードバックの構成は、図１と同様であり、Ｚ軸並進
運動に対してのみ粘性と剛性の両者を同時にかつ電気的
に付与できる。もちろん、Ｘ軸回りの回転運動とＹ軸回
りの回転運動のそれぞれの運動モードに対して、粘性と
剛性項を電気的に付与するように構成できることは言う
までもない。
【００３２】なお、図１と図２の微動位置決め装置は、
３軸の微動位置決め機構に対する適用例である。もちろ
ん、３自由度方向の微動位置決め機構のみならず、１自
由度方向から多自由度方向の微動位置決め機構に対して
も、本発明の主旨を逸脱しない範囲内においてその適用
は妨げられない。また、図１と図２の実施例において
は、アナログ演算回路で制御系を実現しているが、この
うちの一部もしくは全部を電子計算機のようなデジタル
演算装置で置き換えても構わない。
３軸の微動位置決め機構に対する適用例である。もちろ
ん、３自由度方向の微動位置決め機構のみならず、１自
由度方向から多自由度方向の微動位置決め機構に対して
も、本発明の主旨を逸脱しない範囲内においてその適用
は妨げられない。また、図１と図２の実施例において
は、アナログ演算回路で制御系を実現しているが、この
うちの一部もしくは全部を電子計算機のようなデジタル
演算装置で置き換えても構わない。
【００３３】再び、図７を参照して、加速度検出器１８
の出力を積分器１９を通してフィードバックすることに
より、数７式の伝達関数を得る。同様の伝達関数は、加
速度センサを速度センサに置換しても実現し得る。図８
を参照して、２２は速度検出器、２３は速度検出器２２
の出力に対してゲイン補償するためのゲイン回路であ
り、ｖからｘまでの伝達関数は数８式となる。
の出力を積分器１９を通してフィードバックすることに
より、数７式の伝達関数を得る。同様の伝達関数は、加
速度センサを速度センサに置換しても実現し得る。図８
を参照して、２２は速度検出器、２３は速度検出器２２
の出力に対してゲイン補償するためのゲイン回路であ
り、ｖからｘまでの伝達関数は数８式となる。
【００３４】
【数８】 明らかに数８式は、数７式と同じである。よって、上述
の原理を図１と図２の実施例へ適用する場合は、加速度
センサ１２Ｍ，１２Ｒ，１２Ｌと加速度増幅器１３Ｍ，
１３Ｒ，１３Ｌに代えて速度センサとその出力を電気信
号に変換する速度増幅器とを備え、かつ図１およびず２
に示す加速度フィードバック補償回路２６の部位には少
なくとも一つ以上の運動モードの信号に対してゲイン補
償要素が備えられている。なお、速度センサとしては、
例えばジオフォンセンサなどが好適に使用できる。
の原理を図１と図２の実施例へ適用する場合は、加速度
センサ１２Ｍ，１２Ｒ，１２Ｌと加速度増幅器１３Ｍ，
１３Ｒ，１３Ｌに代えて速度センサとその出力を電気信
号に変換する速度増幅器とを備え、かつ図１およびず２
に示す加速度フィードバック補償回路２６の部位には少
なくとも一つ以上の運動モードの信号に対してゲイン補
償要素が備えられている。なお、速度センサとしては、
例えばジオフォンセンサなどが好適に使用できる。
【００３５】図７によれば、加速度検出器１８の出力を
積分器１９に通した信号をフィードバックすることによ
り、１軸の微動位置決め機構１７には粘性項と剛性項と
が同時に付与される。一方、粘性項のみを付与する場合
には、図６のような加速度フィードバックを施せばよ
い。そこで、本実施例では、１軸の微動位置決め機構１
７に剛性項のみを電気的に付与する補償手段を与える。
図７に基づくと粘性項と剛性項の両者が電気的に付与さ
れるが、このうちの電気的に増えた粘性項を図６のフィ
ードバック構成によって差し引くことで、結果として剛
性項のみ電気的に付与できる。ゆえに、剛性項のみ付与
する加速度フィードバックの構成は図１０となる。図示
の記号を使って、ｖからｘまでの伝達関数は数９式とな
る。
積分器１９に通した信号をフィードバックすることによ
り、１軸の微動位置決め機構１７には粘性項と剛性項と
が同時に付与される。一方、粘性項のみを付与する場合
には、図６のような加速度フィードバックを施せばよ
い。そこで、本実施例では、１軸の微動位置決め機構１
７に剛性項のみを電気的に付与する補償手段を与える。
図７に基づくと粘性項と剛性項の両者が電気的に付与さ
れるが、このうちの電気的に増えた粘性項を図６のフィ
ードバック構成によって差し引くことで、結果として剛
性項のみ電気的に付与できる。ゆえに、剛性項のみ付与
する加速度フィードバックの構成は図１０となる。図示
の記号を使って、ｖからｘまでの伝達関数は数９式とな
る。
【００３６】
【数９】 数９式の導出においては、もちろんＴ＝２ζＴ0 と選択
する。ここで、Ｂ＝ＡＴとなるように設計する。結局の
ところ、積分器１９と１次遅れ特性のフィルタ回路１４
とをず１０のように並列接続したときの総合の伝達関数
が数１０式のように積分要素と１次遅れ要素のカスケー
ド接続の形であるとき、ｖからｘまでの伝達関数は数１
１式となる。
する。ここで、Ｂ＝ＡＴとなるように設計する。結局の
ところ、積分器１９と１次遅れ特性のフィルタ回路１４
とをず１０のように並列接続したときの総合の伝達関数
が数１０式のように積分要素と１次遅れ要素のカスケー
ド接続の形であるとき、ｖからｘまでの伝達関数は数１
１式となる。
【００３７】
【数１０】
【００３８】
【数１１】 明らかに、電気的に剛性項のみ増加させる作用がある。
よって、上述の原理を図１あるいは図２の装置に適用す
る場合には、加速度フィードバック補償回路２６に数１
０式の形の補償要素を備えることになる。
よって、上述の原理を図１あるいは図２の装置に適用す
る場合には、加速度フィードバック補償回路２６に数１
０式の形の補償要素を備えることになる。
【００３９】
【発明の効果】従来、位置のループゲインを順次大とな
していったときには位置決め時間の短縮がはかれるが、
次第に微動位置決め機構のダイナミクスを刺激するに至
りループゲインの上限が抑えられてしまう、という問題
があった。しかし、本発明に寄れば、加速度フィードバ
ックによって微動位置決め機構のダイナミクスを安定側
にシフトさせることができるので、位置のループゲイン
を従前に比してさらに高く設定できる。つまり、位置決
め時間を従来に比して短縮できる、という効果がある。
特に、運動モード別の加速度フィードバックにおいて、
特定の運動モードに積分回路を挿入することにより、そ
の運動モードのみ粘性項のみならず剛性項も同時に増加
させることができる。したがって、位置の閉ループを構
成したときには、整定性の良好な高速位置決めが行え
る、という効果がある。本発明の微動位置決め機構に加
わる外乱の種類は、同機構が搭載される装置の運転パタ
ーンによって一意である。したがって、この外乱がイン
化される特定の運動モードにのみ、粘性および剛性を電
気的に高めるという応用が期待できる。以って、最小の
コストで位置決め特性を向上させることができる、とい
う効果がある。
していったときには位置決め時間の短縮がはかれるが、
次第に微動位置決め機構のダイナミクスを刺激するに至
りループゲインの上限が抑えられてしまう、という問題
があった。しかし、本発明に寄れば、加速度フィードバ
ックによって微動位置決め機構のダイナミクスを安定側
にシフトさせることができるので、位置のループゲイン
を従前に比してさらに高く設定できる。つまり、位置決
め時間を従来に比して短縮できる、という効果がある。
特に、運動モード別の加速度フィードバックにおいて、
特定の運動モードに積分回路を挿入することにより、そ
の運動モードのみ粘性項のみならず剛性項も同時に増加
させることができる。したがって、位置の閉ループを構
成したときには、整定性の良好な高速位置決めが行え
る、という効果がある。本発明の微動位置決め機構に加
わる外乱の種類は、同機構が搭載される装置の運転パタ
ーンによって一意である。したがって、この外乱がイン
化される特定の運動モードにのみ、粘性および剛性を電
気的に高めるという応用が期待できる。以って、最小の
コストで位置決め特性を向上させることができる、とい
う効果がある。
【図１】 本発明の一実施例に係る微動位置決め制御装
置のブロック図である。
置のブロック図である。
【図２】 本発明の他の実施例に係る微動位置決め制御
装置のブロック図である。
装置のブロック図である。
【図３】 従来技術に係る微動位置決め制御装置のブロ
ック図である。
ック図である。
【図４】 図３のアクチュエータ、位置センサ、および
加速度センサの配置を示す座標系である。
加速度センサの配置を示す座標系である。
【図５】 １軸の微動位置決め機構を電流出力型の電力
増幅器で駆動したときのブロック図である。
増幅器で駆動したときのブロック図である。
【図６】 １軸の微動位置決め機構を電流出力型の電力
増幅器で駆動する場合であって、加速度フィードバック
を施したときのブロック図である。
増幅器で駆動する場合であって、加速度フィードバック
を施したときのブロック図である。
【図７】 １軸の微動位置決め機構を電流出力型の電力
増幅器で駆動する場合であって、加速度出力を積分器を
通してフィードバックしたときのブロック図である。
増幅器で駆動する場合であって、加速度出力を積分器を
通してフィードバックしたときのブロック図である。
【図８】 １軸の微動位置決め機構を電流出力型の電力
増幅器で駆動する場合であって、速度フィードバックを
施したときのブロック図である。
増幅器で駆動する場合であって、速度フィードバックを
施したときのブロック図である。
【図９】 発明の効果を示す数値実験結果である。
【図１０】 １軸の微動位置決め機構を電流出力型の電
力増幅器で駆動する場合であって、剛性項のみ電気的に
付与するためのブロック図である。
力増幅器で駆動する場合であって、剛性項のみ電気的に
付与するためのブロック図である。
１：基板、２Ｍ，２Ｒ，２Ｌ：圧電素子などのアクチュ
エータ、３Ｍ，３Ｒ，３Ｌ：位置センサ、４Ｍ，４Ｒ，
４Ｌ：変位増幅器、５Ｍ，５Ｒ，５Ｌ：指令電圧入力端
子、６Ｍ，６Ｒ，６Ｌ：偏差増幅器、７Ｍ，７Ｒ，７
Ｌ：ゲイン補償器、８Ｍ，８Ｒ，８Ｌ，８：電流出力型
の電力増幅器、９：第１の運動モード抽出回路、１０：
運動モード分配回路、１１：第２の運動モード抽出回
路、１２Ｍ，１２Ｒ，１２Ｌ：加速度センサ、１３Ｍ，
１３Ｒ，１３Ｌ：加速度増幅器、１４Ｍ，１４Ｒ，１４
Ｌ：フィルタ回路、１５Ｍ，１５Ｒ，１５Ｌ：ゲイン回
路、１６Ｍ，１６Ｒ，１６Ｌ：加算器、１７：１軸の微
動位置決め機構、１８：加速度検出器、１９：積分器、
２０Ｍ，２０Ｒ，２０Ｌ：電圧出力型の電力増幅器、２
１Ｍ，２１Ｒ，２１Ｌ：ＰＩ補償器、２２：速度検出
器、２３：ゲイン回路、２４Ｍ：前処理回路、２５Ｍ：
積分回路、２６：加速度フィードバック補償回路、ｅ
g ，ｅθx ，ｅθy ：運動モード別偏差信号、ｚM ，ｚ
R，ｚL ：変位増幅器４Ｍ，４Ｒ，４Ｌの出力、ｚg ，
ｚθx ，ｚθy ：運動モード別変位信号、ｃg ，ｃθ
x ，ｃθy ：運動モード別補償信号、ｄg ，ｄθx ，ｄ
θy ：運動モード別駆動信号、ｄM ，ｄR ，ｄL ：各軸
への駆動信号、ａM ，ａR ，ａL ：加速度信号、ａg ，
ａθx ，ａθy ：運動モード別加速度信号、ａg ´，ａ
θx ´，ａθy ´：運動モード別加速度負帰還信号、ｚ
g0，ｚθx0，ｚθy0：指令電圧入力端子５Ｍ´，５Ｒ
´，５Ｌ´に加えられる目標電圧。
エータ、３Ｍ，３Ｒ，３Ｌ：位置センサ、４Ｍ，４Ｒ，
４Ｌ：変位増幅器、５Ｍ，５Ｒ，５Ｌ：指令電圧入力端
子、６Ｍ，６Ｒ，６Ｌ：偏差増幅器、７Ｍ，７Ｒ，７
Ｌ：ゲイン補償器、８Ｍ，８Ｒ，８Ｌ，８：電流出力型
の電力増幅器、９：第１の運動モード抽出回路、１０：
運動モード分配回路、１１：第２の運動モード抽出回
路、１２Ｍ，１２Ｒ，１２Ｌ：加速度センサ、１３Ｍ，
１３Ｒ，１３Ｌ：加速度増幅器、１４Ｍ，１４Ｒ，１４
Ｌ：フィルタ回路、１５Ｍ，１５Ｒ，１５Ｌ：ゲイン回
路、１６Ｍ，１６Ｒ，１６Ｌ：加算器、１７：１軸の微
動位置決め機構、１８：加速度検出器、１９：積分器、
２０Ｍ，２０Ｒ，２０Ｌ：電圧出力型の電力増幅器、２
１Ｍ，２１Ｒ，２１Ｌ：ＰＩ補償器、２２：速度検出
器、２３：ゲイン回路、２４Ｍ：前処理回路、２５Ｍ：
積分回路、２６：加速度フィードバック補償回路、ｅ
g ，ｅθx ，ｅθy ：運動モード別偏差信号、ｚM ，ｚ
R，ｚL ：変位増幅器４Ｍ，４Ｒ，４Ｌの出力、ｚg ，
ｚθx ，ｚθy ：運動モード別変位信号、ｃg ，ｃθ
x ，ｃθy ：運動モード別補償信号、ｄg ，ｄθx ，ｄ
θy ：運動モード別駆動信号、ｄM ，ｄR ，ｄL ：各軸
への駆動信号、ａM ，ａR ，ａL ：加速度信号、ａg ，
ａθx ，ａθy ：運動モード別加速度信号、ａg ´，ａ
θx ´，ａθy ´：運動モード別加速度負帰還信号、ｚ
g0，ｚθx0，ｚθy0：指令電圧入力端子５Ｍ´，５Ｒ
´，５Ｌ´に加えられる目標電圧。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｋ
Claims (7)
- 【請求項１】 位置決め対象物を駆動する複数個の変位
発生型アクチュエータと、 前記位置決め対象物の移動距離を計測する複数個の位置
センサと、 前記各位置センサの出力を電気信号に変換する変位増幅
器と、 前記変位増幅器の出力信号を入力とする演算によって前
記位置決め対象物に関する複数個の位置に関する運動モ
ードを抽出する第１の運動モード抽出回路と、 前記第１の運動モード抽出回路の出力信号と与えられる
目標位置指令信号との運動モード別偏差信号を取得し各
偏差信号を所定の感度となす偏差増幅器と、 前記偏差増幅器の出力に対してゲイン調整を行うゲイン
補償器と、 前記位置決め対象物の加速度を検出する複数個の加速度
センサと、 前記加速度センサの出力を電気信号に変換する加速度増
幅器と、 前記加速度増幅器の出力信号を入力とする演算によって
前記位置決め対象物に関する複数個の加速度に関する運
動モードを抽出する第２の運動モード抽出回路と、 前記第２の運動モード抽出回路の出力に対して補償を行
なう加速度フィードバック補償回路と、 前記ゲイン補償器の出力と前記加速度フィードバック補
償回路の出力とを比較して運動モード別駆動信号とな
し、この信号に基づいて各軸への駆動信号を生成するた
めの運動モード分配回路と、 前記運動モード分配回路の出力信号に応動して前記変位
発生型アクチュエータを駆動する電流出力型の電力増幅
器とを、備えたことを特徴とする微動位置決め制御装
置。 - 【請求項２】 位置決め対象物を駆動する複数個の変位
発生型アクチュエータと、 前記位置決め対象物の移動距離を計測する複数個の位置
センサと、 前記各位置センサの出力を電気信号に変換する変位増幅
器と、 前記変位増幅器の出力信号を入力とする演算によって前
記位置決め対象物に関する複数個の位置に関する運動モ
ードを抽出する第１の運動モード抽出回路と、 前記第１の運動モード抽出回路の出力信号と指令電圧入
力端子に加える目標電圧とを比較して運動モード別偏差
信号を取得し各偏差信号を所定の感度となす偏差増幅器
と、 前記偏差増幅器の出力に対してゲイン調整を行うゲイン
補償器と、 前記位置決め対象物の加速度を検出する複数個の加速度
センサと、 前記加速度センサの出力を電気信号に変換する加速度増
幅器と、 前記加速度増幅器の出力信号を入力とする演算によって
前記位置決め対象物に関する複数個の加速度に関する運
動モードを抽出する第２の運動モード抽出回路と、 前記第２の運動モード抽出回路の出力信号に対する補償
を行う加速度フィードバック補償回路と、 前記ゲイン補償器の出力と前記加速度フィードバック補
償回路の出力を比較して運動モード別駆動信号となし、
この信号に基づいて各軸への駆動信号を生成する運動モ
ード分配回路と、 前記運動モード分配回路の出力に対するＰＩ補償器と、 前記ＰＩ補償器の出力信号に応動して前記変位発生型ア
クチュエータを駆動する電圧出力型の電力増幅器とを、
備えたことを特徴とする微動位置決め制御装置。 - 【請求項３】 前記加速度フィードバック補償回路は少
なくとも一つ以上の運動モードの信号に対して積分特性
を持たせた補償要素であることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の微動位置決め制御装置。 - 【請求項４】 前記ＰＩ補償器の零点は前記電圧出力型
の電力増幅器の１次遅れ特性としての極をキャンセルす
るように設計されていることを特徴とする請求項２記載
の微動位置決め制御装置。 - 【請求項５】 前記加速度センサと前記加速度増幅器に
代えて前記位置決め対象物の速度を検出する速度センサ
と、その出力を電気信号に変換する速度増幅器とを備
え、かつ前記加速度フィードバック補償回路には少なく
とも一つ以上の運動モードの信号に対してゲイン補償要
素が備えられていることを特徴とする請求項１または２
記載の微動位置決め制御装置。 - 【請求項６】 前記加速度フィードバック補償回路には
少なくとも一つ以上の運動モードの信号に対して積分要
素と１次遅れ要素のカスケード接続の形の補償要素が備
えられていることを特徴とする請求項１または２記載の
微動位置決め制御装置。 - 【請求項７】 位置決め対象物を駆動するアクチュエー
タと、前記位置決め対象物の位置を検出する第１のセン
サと、この検出位置を負帰還して所定の目標位置との偏
差を得る第１のフィードバック手段と、前記位置決め対
象物の加速度または速度を検出する第２のセンサと、こ
の第２センサの出力を負帰還させる第２のフィードバッ
ク手段と、前記偏差および第２フィードバック手段の負
帰還値に基づいて前記アクチュエータを駆動する駆動手
段とを備えた位置決め装置において、前記駆動手段への
入力から前記位置決め対象物の位置に至る伝達関数は積
分特性を有するものであり、かつ、第２フィードバック
手段は前記速度に積分作用を加えて負帰還させあるいは
前記速度を負帰還させるものであり、これにより前記偏
差から前記位置決め対象物の位置に至る伝達関数が第２
フィードバック手段の負帰還に応じた値をとる剛性項を
有することを特徴とする微動位置決め制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20511095A JP3279880B2 (ja) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | 微動位置決め制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20511095A JP3279880B2 (ja) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | 微動位置決め制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0934550A true JPH0934550A (ja) | 1997-02-07 |
| JP3279880B2 JP3279880B2 (ja) | 2002-04-30 |
Family
ID=16501596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20511095A Expired - Fee Related JP3279880B2 (ja) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | 微動位置決め制御装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3279880B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014163010A1 (ja) * | 2013-04-02 | 2014-10-09 | 東京エレクトロン株式会社 | 移載装置及び移載方法 |
| CN107368078A (zh) * | 2017-08-29 | 2017-11-21 | 华南理工大学 | 一种基于加速度传感器反馈的跟踪控制装置及方法 |
-
1995
- 1995-07-20 JP JP20511095A patent/JP3279880B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014163010A1 (ja) * | 2013-04-02 | 2014-10-09 | 東京エレクトロン株式会社 | 移載装置及び移載方法 |
| CN107368078A (zh) * | 2017-08-29 | 2017-11-21 | 华南理工大学 | 一种基于加速度传感器反馈的跟踪控制装置及方法 |
| CN107368078B (zh) * | 2017-08-29 | 2023-04-28 | 华南理工大学 | 一种基于加速度传感器反馈的跟踪控制装置及方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3279880B2 (ja) | 2002-04-30 |
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