JPH10259851A

JPH10259851A - 能動除振装置

Info

Publication number: JPH10259851A
Application number: JP9084706A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Mayama; 武彦間山; Hiroaki Kato; 宏昭加藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 1998-09-29
Anticipated expiration: 2017-03-19
Also published as: US6021991A; JP3825869B2

Abstract

(57)【要約】【課題】支持対象である除振台以外の振動成分による
影響を補償または除外して、除振装置のスピルオーバ現
象や性能劣化を回避する。【解決手段】アクチュエータと振動検出手段とを有
し、除振台を支持する除振マウントと、該振動検出手段
の出力に基づいてアクチュエータを駆動する制御手段と
を有する除振装置において、該制御手段は、該振動検出
手段の出力を高域周波数成分と低域周波数成分に分離
し、それぞれ異なる補償を施してアクチュエータを駆動
する。または、前記振動検出手段を前記除振マウント側
から切り離して除振台の側に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動検出手段と空
気ばねやリニアモータなどのアクチュエ−タとを有し、
半導体露光装置等の精密機器の支持機構として使用され
る能動除振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子顕微鏡、半導体露光装置等の精密機
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。特に半導体露光装置におい
ては、適切かつ迅速な露光を行なうために、床などの装
置設置基礎からの振動をはじめとする外部からの振動を
極力除去した除振台が必要である。これは露光に悪影響
を及ぼす振動が、露光用ステージに発生しないようにし
なければならないからである。

【０００３】また、ステップ・アンド・リピートという
間欠動作を特徴とする半導体露光装置では、露光用ＸＹ
ステージの繰り返しステップ動作が除振台の振動を励起
する。ＸＹステージの駆動反力およびＸＹステージの荷
重移動が除振台の振動を励起してしまうのである。した
がって除振台には、床などの装置設置基礎からの振動を
はじめとする外部振動に対する除振性能と、除振台に搭
載された機器の動作によって発生する振動に対する制振
性能とをバランスよく実現することが求められる。

【０００４】ステップ・アンド・リピートにかわる方式
として、スキャン露光方式を採用した半導体露光装置も
あるが、この装置においても、装置設置基礎からの振動
等、外部から伝達する振動を極力除去するとともに、露
光用ステージのスキャン動作により励起される除振台の
振動を瞬時に制振する必要がある。特にスキャン露光装
置では、露光用ステージがスキャン動作をしている状態
で露光を行なうため、外部振動に対する除振性能および
除振台に搭載された機器の動作によって発生する振動に
対する制振性能、それぞれへの要求は厳しく、一段と高
性能な除振装置が不可欠なものとなっている。

【０００５】このような要求に対して、近年では、除振
台の振動をセンサで検出し、その出力信号を補償して除
振台に制御力を加えるアクチュエータにフィードバック
することにより能動的に除振台の振動制御を行なう、能
動除振装置が実用化されている。能動除振装置は、ば
ね、ダンパなどで構成された受動的な除振装置では困難
であった、除振性能と制振性能のバランスのとれた実現
を可能にする。

【０００６】ところで、従来の能動除振装置は、除振台
上に配置された振動センサと、それと最も近くに配置さ
れたアクチュエータの組ごとに、独立に制御ループを構
成して振動や位置・姿勢制御を行なうものが一般的であ
った。つまり除振台の各部に独立な制御ループを構成す
る方式がとられてきた。図８は従来の能動除振装置の構
成を示す。ＸＹステージなどの精密機器を搭載する除振
台１は除振マウント２によって支持されている。通常、
除振マウントは複数台を用いて除振台１を支持する。例
えば除振台１が四辺形の形状であれば、除振マウントは
除振台１の四隅にそれぞれ配置する。図８ではそのうち
の１台の除振マウント２のみを図示している。

【０００７】除振マウント２の主要な構成要素は以下の
とおりである。除振マウント２は図８では不図示の機械
ばねや空気ばねなどによって除振台１を浮上支持し、除
振台１を設置床の振動から絶縁している。除振台１に締
結ボルト３１で締結されており除振台１とともに浮上す
るのが浮上部３２、設置床上に置かれるのがベース部３
３である。除振台１の鉛直方向加速度を計測するための
鉛直方向加速度センサ３４および除振台１の水平方向加
速度を計測するための水平方向加速度センサ３は浮上部
３２に固定されている。そして、除振台１へ鉛直方向に
駆動力を作用させる鉛直方向アクチュエ−タ２１、除振
台１へ水平方向に駆動力を作用させる水平方向アクチュ
エ−タ２２はベース部３３と浮上部３２との間に取付け
られている。これらの構成要素のほかにも、実際の除振
マウント２は、粘性部材など不図示の機構を含むもので
ある。しかし、図８は能動除振装置の構成の概念図であ
り、能動的に振動制御を行なうための代表的な構成要素
のみを図示している。複数台の除振マウントで除振台１
を支持する場合であっても、それぞれの除振マウント
は、図８に示した除振マウント２と同一な構成である。

【０００８】次に、除振マウント２によって除振台１の
振動を能動的に抑制するための制御系構成について説明
する。能動除振装置の制御系構成としては様々なものが
提案されている。最も代表的な構成は、除振台１に生じ
る振動の加速度を測定し、加速度の積分である速度に比
例した力を除振台１に作用させることによって、除振台
１にダンピングを付与するものである。図８はこのよう
な制御系構成を示している。鉛直方向加速度センサ３４
の計測信号を符号反転器３５で符号反転し、それに加速
度補償器３６を作用させた補償値を電力増幅器１０へ入
力する。電力増幅器１０は入力信号に応じて鉛直方向ア
クチュエ−タ２１を駆動し、除振台１へ鉛直方向駆動力
を作用させる。このように鉛直方向加速度を負帰還する
ことによって、除振台１に鉛直方向ダンピングを付与し
ている。なお、鉛直方向アクチュエ−タ２１がボイスコ
イルモータの場合、加速度信号を速度信号へ変換するた
め加速度補償器３６は積分動作となり、また、鉛直方向
アクチュエ−タ２１が空気ばねの場合、アクチュエ−タ
自身に積分特性があるので加速度補償器３６は比例動作
となる。水平方向についても全く同様である。水平方向
加速度センサ３の計測信号を符号反転器３５で符号反転
し、それに加速度補償器３６を作用させた補償値を電力
増幅器１０へ入力する。電力増幅器１０は入力信号に応
じて水平方向アクチュエ−タ２２を駆動し、除振台１へ
水平方向駆動力を作用させる。このように水平方向加速
度を負帰還することによって、除振台１に水平方向ダン
ピングを付与している。なお、水平方向アクチュエ−タ
２２がボイスコイルモータの場合、加速度信号を速度信
号へ変換するため加速度補償器３６は積分動作となり、
また、水平方向アクチュエ−タ２２が空気ばねの場合、
アクチュエ−タ自身に積分特性があるので加速度補償器
３６は比例動作となる。複数台の除振マウントで除振台
１を支持する場合であっても、それぞれの除振マウント
の制御系構成は、図８に示した除振マウント２の場合と
同様な構成である。

【０００９】しかし、この方式で制御された能動除振装
置は、除振台各部に構成された制御ループ中のパラメー
タと除振台の並進、回転などの各運動モードの挙動が一
対一には対応しない。そのために、制御系の安定性や制
御性能に留意して制御パラメータの設計および調整を見
通しよく行なうことが容易ではなかった。この方式で
は、除振台各部に独立に構成された制御系が相互に干渉
するために、制御パラメータを調整して除振装置の運動
特性を任意調整し、振動制御性能を向上させることが困
難であったのである。

【００１０】このような問題に対しては、例えば特願平
４−２９９０８６（特開平６−１８１１５８参照）［除
振台の制御装置］や特開平７−８３２７６［鉛直方向空
気ばね式除振台の制御装置］のように、除振台の並進、
回転などの各運動モードごとに振動制御を行なう除振装
置およびその制御方法が提案され、その有効性が確認さ
れている。これらの装置および方法で採用された制御系
は、前述した図８の制御系構成が除振マウント２が支持
している部位の、言い換えれば除振台１の局所的部位の
振動に着目しているのに対して、運動モード別制御は除
振台１の大局的な剛体振動に着目するものである。以下
に運動モード別制御の概略を説明する。

【００１１】除振台を運動モードごとに制御する能動除
振装置の構成例を図９に示す。この除振装置は、加速度
センサ等の振動センサ３ａ，３ｂ，３ｃの出力から除振
台１の並進、回転などの各運動モードの情報を運動モー
ド抽出回路６で抽出し、補償演算手段７で各運動モード
ごとに補償演算を行なう。そして、得られた各運動モー
ドごとの補償信号を、推力分配回路８を用いて能動除振
マウント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに備えられた除振台１
に制御力を加えるアクチュエータに分配する。能動除振
マウント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに備えられたアクチュ
エータは、推力分配回路８の出力信号にもとづき、駆動
回路１０ａ，１０ｂ．１０ｃ．１０ｄにより駆動され
る。

【００１２】このような能動除振装置では、従来、除振
台各部の個々の制御ループごとに試行錯誤に大きく依存
して行なわれていた制御パラメータの設計および調整
を、除振台の運動モード、つまり、除振台全体の運動特
性に着目して行なうことができる。そのために、除振装
置の制御パラメータの調整、設計を容易かつ合理的に行
なうことができる。

【００１３】図１０には、運動モード別制御の別の構成
例を示す。直方体形状に略記した除振台１の四隅を４台
の除振マウント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが支持してい
る。除振マウント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの構成はそれ
ぞれで同一であり、要素番号に記号ａ，ｂ，ｃ，ｄを付
記することにより４台を区別している。除振マウント２
ａは鉛直方向加速度センサ３４ａ、水平方向加速度セン
サ３ａ、鉛直方向アクチュエ−タ２１ａ、水平方向アク
チュエ−タ２２ａから構成されている。ＸＹＺ直交座標
系は除振台１の重心Ｇを原点として、各軸を直方体形状
の除振台１の辺と平行に、またＺ軸を鉛直方向に一致さ
せて除振台１に固定されている。すると、除振台１の運
動は、Ｘ軸方向並進運動ｘ、Ｙ軸方向並進運動ｙ、Ｚ軸
方向並進運動ｚ、Ｘ軸まわり回転運動θｘ、Ｙ軸まわり
回転運動θｙ、Ｚ軸まわり回転運動θｚの６自由度運動
として記述することができる。６自由度の運動モードご
とに加速度の負帰還を行ない除振台１へダンピングを付
与するのが図１０の運動モード別制御である。

【００１４】運動モード抽出装置６は鉛直方向加速度セ
ンサ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄと水平方向加速度
センサ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの計測信号から運動モー
ドごとの加速度、すなわちＸ軸方向並進加速度Ａｘ、Ｙ
軸方向並進加速度Ａｙ、Ｚ軸方向並進加速度Ａｚ、Ｘ軸
まわり角加速度Ａθｘ、Ｙ軸まわり角加速度Ａθｙ、Ｚ
軸まわり角加速度Ａθｚを演算し出力する装置である。
そして、これら運動モードごとの加速度を符号反転器３
５で符号反転し、さらに加速度補償器３６を作用させ、
運動モードごとの補償値を生成する。運動モード分配装
置８はこれら補償値を入力として、鉛直方向アクチュエ
−タ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ、水平方向アクチ
ュエ−タ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄそれぞれへの
駆動指令を生成し、電力増幅器１０に入力する。運動モ
ード分配装置８の動作は、加速度補償器３６によって生
成した運動モードごとの除振台１への駆動力を、鉛直方
向アクチュエ−タ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ、水
平方向アクチュエ−タ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ
それぞれが発生する駆動力の合力として除振台１へ作用
させるように、鉛直方向アクチュエ−タ２１ａ，２１
ｂ，２１ｃ，２１ｄ、水平方向アクチュエ−タ２２ａ，
２２ｂ，２２ｃ，２２ｄそれぞれへの駆動指令を生成す
ることである。電力増幅器１０は入力信号に応じて鉛直
方向アクチュエ−タ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ、
水平方向アクチュエ−タ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２
ｄを駆動し、除振台１へ駆動力を作用させる。このよう
に、運動モード別制御では運動モードごとに加速度を負
帰還して除振台１へダンピングを付与し、除振台１に生
じる振動を抑制している。なお、鉛直方向アクチュエ−
タ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ、水平方向アクチュ
エ−タ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄがボイスコイル
モータの場合、加速度信号を速度信号へ変換するため加
速度補償器３６は積分動作となり、また、空気ばねの場
合、アクチュエ−タ自身に積分特性があるので加速度補
償器３６は比例動作となる。

【００１５】ここで、除振マウント２ａ，２ｂ，２ｃ，
２ｄの配置について述べておくと、まず鉛直方向につい
ては、鉛直方向加速度センサ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，
３４ｄと鉛直方向アクチュエ−タ２１ａ，２１ｂ，２１
ｃ，２１ｄの方向はＺ軸方向に一致している。水平方向
については、除振マウント２ａ，２ｃの水平方向加速度
センサ３ａ，３ｃと水平方向アクチュエ−タ２２ａ，２
２ｃの方向はＸ軸と一致し、除振マウント２ｂ，２ｄの
水平方向加速度センサ３ｂ，３ｄと水平方向アクチュエ
−タ２２ｂ，２２ｄの方向はＹ軸と一致するように除振
マウント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを配置している。これ
は、除振台１の６自由度運動モードの全てが鉛直方向加
速度センサ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ、水平方向
加速度センサ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄによって可観測と
するため、また鉛直方向アクチュエ−タ２１ａ，２２
ｂ，２２ｃ，２２ｄ、水平方向アクチュエ−タ２２ａ，
２２ｂ，２２ｃ，２２ｄによって可制御とするためであ
ることはいうまでもない。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで除振台を運動
モードごとに制御する方法では、除振台の各運動モード
の挙動が十分な精度で捉えられ、各運動モードの駆動指
令信号に対応して各アクチュエータに正しく推力が分配
されなければならない。しかしながら、実際の能動除振
装置では、除振装置を除振台や被除振構造物に取付ける
際の空間的、機構的制約などから、振動センサ、アクチ
ュエータの取り付け部の剛性や除振台への除振マウント
の締結剛性を十分に確保できない場合があり、除振台周
辺各部で様々な局所的振動が発生することがある。

【００１７】除振台を運動モードごとに制御する方法は
通常、除振台の剛体運動モード、あるいは、剛体運動モ
ードと、比較的低周波数領域に固有振動数を有するいく
つかの変形運動モードに着目して制御を行なう。しか
し、振動センサ、アクチュエータ周辺や除振台自体に比
較的高い周波数領域に固有振動数を有する局所的な変形
運動モードの振動が存在すると、それらの振動の影響で
除振台の各運動モードの振動信号を正しく抽出できなか
ったり、各運動モードの補償信号に対応して推力を正し
く分配できないなどの状況が発生する。このような状況
で、低周波数領域に固有振動数を有する剛体運動モード
を主たる対象として制御を行なうと、卓越した高周波数
の局所的振動が制御性能に悪影響を及ぼし、最悪の場
合、スピルオーバ不安定を起こして除振台に非常に大き
な振動をひきおこす危険がある。

【００１８】様々な局所的振動の運動モードの信号を抽
出したり、より多くの運動モードの補償信号に対応して
推力を正しく分配することができるだけの台数の振動セ
ンサ、アクチュエータを用いれば、適切な補償演算処理
を施して制御を行なうことにより、上記のような危険を
回避することができる。しかし、産業機器ではコストダ
ウンの観点から、あまり多くの振動センサ、アクチュエ
ータを用いることは現実的ではない。

【００１９】本発明は、このような課題を解決するため
のもので、除振台を運動モードごとに制御する能動除振
装置において、除振台各部で様々な局所的振動が発生す
る場合でも、安定かつ良好な振動制御動作を実現する装
置を提供することを第１の課題とする。

【００２０】上述したように、能動除振装置は支持対象
である除振台の振動を加速度センサで計測し、計測信号
に応じてアクチュエ−タを駆動することにより除振台に
生じる振動を制御する。ところで、従来では、図８に図
示したように、加速度センサは除振マウント２の浮上部
３２に固定されていた。浮上部３２は締結ボルト３１に
よって除振台１に締結されているから、理想的には除振
台１の振動と浮上部３２との振動は一致して、浮上部３
２に固定した加速度センサによって除振台１の振動を問
題なく計測できるはずである。しかし、実際には除振台
１の振動と浮上部３２との振動は一致しない。浮上部３
２に固定した加速度センサの計測信号には、除振台１の
振動のみならず、除振台１には生じていない、浮上部３
２の固有振動をも含んでしまう。しかも、浮上部３２の
固有振動は、除振台１の振動に比較して、加速度の大き
さでみると無視できないものである場合が多い。

【００２１】浮上部３２に固有振動が生じるのは、浮上
部３２の機構的な剛性の低さに起因している。半導体露
光装置においては、露光用ＸＹステージや照明系などの
精密機器を搭載する除振台１は質量、剛性とも十分に大
きなものである。これに対して、浮上部３２は肉厚が薄
く除振台１に比べれば剛性ははるかに低い。また、締結
ボルト３１で浮上部３２を除振台１に締結している部位
の締結剛性も問題となる。図８のように、浮上部３２は
締結ボルト３１によっていわば片持ちはりのような状態
で除振台に締結されているから、締結剛性が低いと、浮
上部３２に締結部を中心とした振動が生じてしまう。浮
上部３２の肉厚を、十分な剛性を確保できるほど厚くす
ることは、除振マウント２の巨大化、肥大化を招くため
現実的でない。また、締結部の締結剛性も無限に上げら
れるわけではなく、あるレベルに制約されることが多
い。よって、浮上部３２に固有振動が生じ、本来の計測
対象である除振台１の振動と一致しなくなるという問題
は、現実上避けられないのである。

【００２２】加速度センサの計測信号にこのような浮上
部３２の固有振動が含まれると、能動除振装置の性能は
大きく損なわれてしまう。図８に示したように、能動除
振装置の代表的な制御系構成は、加速度を負帰還して除
振台１へダンピングを付与するというものである。加速
度センサが固定されている浮上部３２の振動が制御対象
である除振台１の振動と一致していなければ、除振台１
へ正しくダンピングを付与することはできない。さら
に、浮上部３２は除振台１と比べて質量が桁違いに小さ
いのが一般的であるため、浮上部３２の固有振動は、そ
の共振点における加速度の大きさでみると、除振台１の
振動に比べて卓越したものとなってしまう。このため、
加速度センサの計測信号にローパスフィルタとローカッ
トフィルタなどからなるバンドパスフィルタを作用させ
ても、浮上部３２の固有振動に起因する成分を完全に取
り去ることは困難である場合が多い。加速度の負帰還ル
ープ中に、浮上部３２大きな共振点が存在しては、制御
帯域を十分に上げられず、能動除振装置の性能を十分に
発揮することはできない。無理に制御帯域を上げようと
すると、浮上部３２の共振点が励起されて制御系が不安
定になってしまう、いわゆるスピルオーバ現象が発生し
てしまう。

【００２３】また、図１０に示した運動モード別制御で
は、浮上部３２に固有振動が存在することにより、運動
モード別制御が正しく実現されないという不都合が生じ
る。運動モード別制御では除振台１の６自由度運動モー
ドごとの加速度Ａ_x ，Ａ_y ，Ａ_z ，Ａθ_x ，Ａθ_y ，Ａ
θ_z を、それぞれの加速度センサの計測信号を入力とし
た演算によって生成しているから、加速度センサの計測
信号に除振台１の振動以外の成分が含まれていては、前
述の運動モード抽出演算が正しく行なわれないのであ
る。すなわち運動モードごとに加速度を負帰還するとい
う制御系構成が崩れてしまう。これでは、能動除振装置
がもっている制振、除振性能を十分に引き出すことがで
きない。このような能動除振装置の性能劣化は、半導体
露光装置においては装置性能の劣化に直結してしまう。

【００２４】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものである。すなわち、本発明の第２の課題は、浮上
部の固有振動など、支持対象である除振台以外の振動成
分を加速度センサの計測信号に含まず、前述のスピルオ
ーバ現象や性能劣化を回避することができるような除振
装置を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記第１の課題を解決す
るために本発明の第１の局面に係る除振装置は、精密機
器を搭載する除振台と、前記除振台を支持する防振支持
機構と、前記除振台に制御力を加える複数のアクチュエ
ータと、前記除振台の振動を検出する複数の振動検出手
段と、前記振動検出手段の出力信号のうち予め定められ
た周波数より低い周波数成分のみを通過させるローパス
フィルタと、前記振動検出手段の出力信号のうち予め定
められた周波数より高い周波数成分のみを通過させるハ
イパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力信号と
して得られる前記振動検出手段の出力信号のうち予め定
められた周波数より低い周波数成分の抽出信号に基づき
前記除振台の並進、回転などの各運動モードの振動信号
を抽出する運動モード抽出手段と、前記運動モード抽出
手段の出力信号を適切に補償する第１の補償演算手段
と、前記第１の補償演算手段によって得られた各運動モ
ードの補償信号を複数の前記アクチュエータの駆動指令
信号として分配する推力分配手段と、前記ハイパスフィ
ルタの出力信号を補償する第２の補償演算手段と、前記
推力分配手段と前記第２の補償演算手段双方の出力信号
を加算して前記アクチュエータにフィードバックする手
段とを備える。

【００２６】前記ローパスフィルタおよび前記ハイパス
フィルタのカットオフ周波数は、除振台のすべての剛体
運動モードの固有振動数より高いものであることが望ま
しい。また、前記アクチュエータは、ボイスコイルモー
タなどの電磁駆動のリニアモータ、または、空気圧制御
式アクチュエータ、または、それらの双方を併用したも
のを用いることができる。特に空気圧制御式アクチュエ
ータを用いる場合またはこれと他のアクチュエータを用
いる場合は、その空気圧制御式アクチュエータで前記防
振支持機構を兼ねることができる。すなわち空気圧制御
式アクチュエータ以外の防振支持機構を省略することが
できる。さらに、前記振動検出手段としては加速度セン
サを用いることができる。

【００２７】上記第２の課題を解決するために本発明の
第２の局面では、除振台と、加速度センサおよびアクチ
ュエ−タを有し前記除振台を支持する能動除振マウント
と、前記加速度センサの計測信号に応じて前記アクチュ
エ−タを駆動する制御手段とを備えた除振装置におい
て、前記加速度センサが前記除振台に固定されているこ
とを特徴とする。または、除振台と、鉛直方向加速度セ
ンサ、水平方向加速度センサ、鉛直方向アクチュエ−タ
および水平方向アクチュエ−タを有し前記除振台を支持
する能動除振マウントと、前記鉛直方向加速度センサお
よび前記水平方向加速度センサの計測信号に応じて前記
鉛直方向アクチュエ−タおよび前記水平方向アクチュエ
−タを駆動する制御手段とを具備する能動除振装置にお
いて、前記鉛直方向加速度センサおよび前記水平方向加
速度センサが前記除振台に固定されていることを特徴と
する。この第２の局面に係る発明は、前記加速度センサ
の計測信号から加速度に関する運動モードを抽出する運
動モード抽出手段と、前記運動モード抽出装置の出力に
補償を施した補償信号から前記アクチュエ−タへの駆動
指令を生成する運動モード分配手段とを有する制御手段
を備えた除振装置にも適用可能である。

【００２８】

【作用】前記第１の局面に係る除振装置は、防振支持機
構で支持された精密機器搭載用の除振台の振動を複数の
振動検出手段で検出し、前記振動検出手段の出力信号の
うち予め定められた周波数より低い周波数成分をローパ
スフィルタで抽出するとともに、前記振動検出手段の出
力信号のうち予め定められた周波数より高い周波数成分
をハイパスフィルタで抽出する。そして、前記ローパス
フィルタの出力信号として得られる前記振動検出手段の
出力信号のうち予め定められた周波数より低い周波数成
分の抽出信号に基づき前記除振台の並進、回転などの各
運動モードの振動信号を抽出し、抽出された各運動モー
ドの信号を適切に補償し、得られた各運動モードの補償
信号を除振台に制御力を加える複数のアクチュエータの
駆動指令信号として分配するとともに、前記ハイパスフ
ィルタの出力信号を適切に補償し、前記の各運動モード
の補償信号の分配信号と前記ハイパスフィルタの出力信
号の補償信号とを加算して前記除振台に制御力を加える
アクチュエータにフィードバックする。

【００２９】前記第２の局面によれば、加速度センサは
支持対象である除振台に固定されている。よって、浮上
部など除振装置中の機構の固有振動は、加速度センサの
計測信号に含まれない。したがって、加速度センサは、
除振台に生じている振動のみを精度よく計測する。すな
わち、この第２の局面による除振装置では、加速度の負
帰還ループ中から浮上部の共振などに代表される構造物
の高次共振を排除することができる。よって、制御帯域
を十分に上げることができ、除振装置の性能が十分に発
揮されて、除振台の振動抑制を良好におこなうことが可
能となる。

【００３０】また、高次共振に起因するスピルオーバ現
象を回避できるため、制御系の安定性が飛躍的に向上す
る。また、第２の局面による除振装置では、除振装置に
高剛性を要求しない。浮上部の肉厚を剛性確保のために
厚くする必要はないので、除振装置の軽量化が可能とな
る。また、除振装置を除振台へ締結する部位の締結剛性
を高める必要はないから、除振装置の設置作業およびメ
ンテナンス作業も簡略化される。

【００３１】さらに第２の局面による除振装置では、加
速度センサの計測信号を入力とした演算によって生成し
ている除振台の運動モードごとの加速度は精度のよいも
のとなり、運動モード別制御が好適に行なわれる。浮上
部など除振装置中の機構に固有振動が存在しても、運動
モード別制御が崩れるような不都合は生じない。

【００３２】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。実施例１図１は、本発明の第１の実施例に係る能動除振装置の構
成を示す。なお、本実施例では、水平方向に作用する除
振装置を例にとって説明するが、鉛直方向に作用する能
動除振装置に対して、以下に詳述する手段を適用しても
よい。また、本実施例では、水平面内３自由度の運動、
つまり、水平並進２自由度と鉛直軸まわり回転１自由度
の制御を行なう装置を説明するが、これに残りの３自由
度の剛体運動モード、つまり、鉛直並進１自由度、水平
軸まわり回転２自由度の制御を行なう装置を組合わせて
もよい。

【００３３】同図の能動除振装置は、半導体露光装置な
どの精密機器を搭載する除振台１と、それを防振支持す
る支持手段と除振台１に能動的な制御力を加えるアクチ
ュエータとを備えた能動除振マウント２ａ，２ｂ，２
ｃ，２ｄ、除振台の振動を検出する振動検出手段３ａ，
３ｂ，３ｃ，３ｄ、振動検出手段３ａ，３ｂ，３ｃの出
力信号のうち予め定められた周波数より低い周波数成分
を通過させるローパスフィルタ４、振動検出手段３ａ，
３ｂ，３ｃ，３ｄの出力信号のうち予め定められた周波
数より高い周波数成分を通過させるハイパスフィルタ
５、ローパスフィルタ４の出力として得られる振動検出
手段３ａ，３ｂ，３ｃの出力信号のうち予め定められた
周波数より低い周波数成分の信号から除振台１の並進、
回転などの各運動モードの振動信号を抽出する運動モー
ド抽出回路６、運動モード抽出回路６で抽出した除振台
１の各運動モードの振動信号に適切な補償演算処理を施
す第１の補償演算手段７、補償演算手段７の出力として
得られた各運動モードの推力指令信号、モーメント指令
信号を能動除振マウント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに対応
させて分配演算処理する推力分配回路８、ハイパスフィ
ルタ５の出力として得られる振動検出手段３ａ，３ｂ，
３ｃ，３ｄの出力信号のうち予め定められた周波数より
高い周波数成分の信号に適切な補償演算処理を施す第２
の補償演算手段９、推力分配回路８と補償演算手段９の
出力信号を加算した信号に基づいて能動除振マウント２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに組み込まれたアクチュエータの
駆動を行なう駆動回路１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ
などにより構成される。

【００３４】ローパスフィルタ４およびハイパスフィル
タ５のカットオフ周波数は、除振台１のすべての剛体運
動モードの固有振動数より高いものであることが望まし
い。

【００３５】能動除振マウント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ
は、除振台１を防振支持するばね、ダンパ要素、除振台
１に能動的な制御力を加えるアクチュエータ等を備えた
ものである。

【００３６】図２は、能動除振マウント２ａ，２ｂ，２
ｃ，２ｄの構成例を示したものである。同図中に符号２
を付けて示す装置が能動除振マウントである。

【００３７】能動除振マウント２（２ａ，２ｂ，２ｃ，
２ｄ）は、除振台１に鉛直方向の制御力を加える鉛直ア
クチュエータ２１、除振台１に水平方向の制御力を加え
る水平アクチュエータ２２、除振台１を鉛直方向に防振
支持する鉛直支持手段２３、除振台１を水平方向に防振
支持する水平支持手段２４などを備える。

【００３８】鉛直アクチュエータ２１、水平アクチュエ
ータ２２には、ボイスコイルモータなどの電磁駆動のリ
ニアモータ、空気ばねの内部圧力をそれへの空気の給排
気を調整するバルブによって制御する空気圧制御式アク
チュエータ、あるいはそれらを併用したものなどを用い
ることができる。鉛直アクチュエータ２１、水平アクチ
ュエータ２２として、前記のような空気ばねを使用した
空気圧制御式アクチュエータを用いる場合は、これを鉛
直支持手段２３、水平支持手段２４と兼ねることができ
る。

【００３９】振動検出手段３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに
は、加速度センサを用いることができる。振動検出手段
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、それぞれ能動除振マウント
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに近接して配置するあるいは、
内蔵することが望ましい。

【００４０】次に、図１の除振装置の動作を説明する。
すなわち、能動除振マウント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに
より防振支持された除振台１の振動を、加速度センサな
どの振動検出手段３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄで検出する。
そして、ローパスフィルタ４で振動検出手段３ａ，３
ｂ，３ｃの出力信号のうち予め定められた周波数より低
い周波数成分を、ハイパスフィルタ５で振動検出手段３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの出力信号のうち予め定められた
周波数より高い周波数成分をそれぞれ抽出する。

【００４１】そして、運動モード抽出回路６において、
ローパスフィルタ４の出力として得られる、振動検出手
段３ａ，３ｂ，３ｃの出力信号のうち予め定められた周
波数より低い周波数成分の信号から、除振台１の並進、
回転などの各運動モードの振動信号を抽出し、第１の補
償演算手段７において運動モード抽出回路６で抽出した
除振台１の各運動モードの振動信号に適切な補償演算処
理を施す。補償演算手段７の出力として得られた各運動
モードの推力指令信号、モーメント指令信号は、推力分
配回路８で能動除振マウント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに
対応した信号として分配演算処理される。

【００４２】一方、ハイパスフィルタ５の出力として得
られる振動検出手段３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの出力信号
のうち予め定められた周波数より高い周波数成分の信号
には、第２の補償演算手段９において適切に補償演算処
理を施す。

【００４３】そして、能動除振マウント２ａ，２ｂ，２
ｃ，２ｄに対応した信号として分配演算処理された推力
分配回路８の出力と補償演算手段９の出力信号を加算し
た信号に基づき、駆動回路１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１
０ｄを用いて能動除振マウント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ
に組み込まれたアクチュエータの駆動を行なう。

【００４４】なお、本実施例においては、ローパスフィ
ルタ４は振動検出手段３ａ，３ｂ，３ｃの出力信号に対
して処理を行ない、振動検出手段３ｄの出力信号には処
理を行なわない。これは、前述のとおり本実施例におけ
る除振装置は除振台１の水平面内３自由度の運動を制御
するものであり、これら３自由度の運動モードの信号、
すなわち水平並進２自由度、鉛直軸まわり回転１自由度
の信号は、最低３台の振動検出手段の出力信号から抽出
できるためである。もちろん、ローパスフィルタ４で振
動検出手段３ｄの出力信号も処理し、運動モード抽出回
路６は、振動検出手段３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの出力信
号のうち予め定められた周波数より低い周波数成分の信
号から除振台１の各運動モードの信号を抽出するもので
あってもよい。

【００４５】また、振動検出手段３ａ，３ｂ，３ｃ，３
ｄの出力信号に対して直流成分除去フィルタ、ローパス
フィルタ、バンドパスフィルタなどの信号処理手段を用
いて補償演算の前処理を施す方法は、この種の装置を制
御する際に一般的に用いられる。図１ではこのようなフ
ィルタを省略したが、振動検出手段３ａ，３ｂ，３ｃ，
３ｄの出力信号をこのようなフィルタで処理し、その信
号を本実施例のローパスフィルタ４およびハイパスフィ
ルタ５で処理する構成とした装置も、本発明に含まれる
ことはいうまでもない。

【００４６】次に、運動モード抽出回路６、推力分配回
路８における演算処理について説明する。運動モード抽
出回路６で行なう運動モード抽出の演算式、および推力
分配回路８の演算式は、振動検出手段３ａ，３ｂ，３
ｃ、能動除振マウント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの幾何的
な配置関係などに基づいて決定される。

【００４７】例えば、振動検出手段３ａ，３ｂ，３ｃが
図３のように配置されていたとする。このとき振動検出
手段の振動検出方向が同図の振動検出手段３ａ，３ｂ，
３ｃに付した矢印の向きであるとすると、それらの検出
する振動信号α₁ ，α₂ ，α₃ は、除振台１の直交する
水平２方向Ｘ，Ｙの並進振動成分α_x ，α_y と、水平面
に直行する鉛直軸まわりθ_z の回転振動成分αθとによ
り式（１）のように表される。ここで、座標系の原点Ｏ
と振動検出手段３ａ，３ｂ，３ｃとの位置関係は図３に
示したとおりであるとする。

【００４８】

【数１】したがって、各運動モードの振動成分の信号は式（１）
の逆行列演算、

【００４９】

【数２】により、式（３）のように導出できる。

【００５０】

【数３】

【００５１】なお、ここでは、振動検出手段３ａ，３
ｂ，３ｃの出力信号から、除振台１の水平面内の並進、
回転の各運動モードの振動信号を抽出する演算式を示し
たが、同様の考え方で、鉛直並進、水平軸まわり回転の
各運動モードの振動信号を抽出する演算式や、剛体６自
由度の運動モードの振動信号を抽出する演算式を導出す
ることができる。

【００５２】また、特開平７−８３２７６「鉛直方向空
気ばね式除振台の制御装置」では、４台のセンサ出力か
ら、前述したような剛体運動モードの振動成分に加え
て、装置本体の非剛体振動成分をも導出する方法が開示
されているが、本実施例における装置でも同様の演算を
行なってもよい。また、ここでは、座標系の原点Ｏと各
振動検出手段の検出軸との距離は図３に示すように１で
あるとしたが、勿論それ以外の場合でも、同様に導出で
きる。

【００５３】また、推力分配回路８の演算式は、能動除
振マウント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに組み込まれたアク
チュエータの幾何的な配置関係によって決定される。

【００５４】例えば、能動除振マウント２ａ，２ｂ，２
ｃ，２ｄが図４のように配置されていたとする。このと
き、能動除振マウント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄそれぞれ
に組み込まれた、除振台１に制御力を加えるアクチュエ
ータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの作用方向が同図
中のアクチュエータの矢印の向きであるとすると、それ
ぞれのアクチュエータの発生推力Ｆ_a ，Ｆ_b ，Ｆ_c ，Ｆ
_d と、それらの合力が除振台１の重心Ｇに作用する、直
交する水平２方向Ｘ，Ｙの推力Ｆ_x ，Ｆ_y と、鉛直軸ま
わりθ_z のモーメントＭ_z との関係は式（４）のように
なる。

【００５５】

【数４】したがって、この逆演算式、

【００５６】

【数５】によれば、水平２方向Ｘ，Ｙの推力Ｆ_x ，Ｆ_y と、鉛直
軸まわりθ_z のモーメントＭ_z の指令信号を、アクチュ
エータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ、すなわち能動
除振マウント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに組み込まれた各
アクチュエータに分配することができる。なお、ここで
は、除振台１の重心Ｇと各アクチュエータ２２ａ，２２
ｂ，２２ｃ，２２ｄの作用軸との距離は図４のように１
であるとしたが、勿論それ以外の場合でも、同様にして
演算式を導出できる。

【００５７】次に、第１の補償演算手段７、第２の補償
演算手段９における演算処理について説明する。第１の
補償演算手段７においては、運動モード抽出回路６で抽
出した除振台１の各運動モードの振動信号ごとに補償演
算を行なう。補償演算としては、ＰＩ補償（比例・積分
補償）、ゲイン補償、積分補償、またはそれらを適宜組
み合わせたものなどを適用する。なお、能動除振マウン
ト２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの配置や除振台１の重心位置
などによっては、各運動モード相互の連成が起こりうる
が、そのような場合は、それら連成振動を考慮し、図５
に示すような各運動モード相互に干渉項を有する補償演
算を行なうことができる。図５は一例として、並進Ｘの
モードと回転θ_z のモードが連成するとし、これを考慮
した補償演算手段を示したものである。

【００５８】第１の補償演算手段はこのように除振台１
の運動モードごとに補償演算を行なうことにより、除振
台１の剛体運動モードなどの比較的低周波数領域に固有
振動数を有する運動モードの振動特性の任意調整を実現
する。

【００５９】第２の補償演算手段９においては、振動検
出手段３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが配置された除振台１各
部の振動に着目して補償演算を行なう。補償演算として
は、ＰＩ補償（比例・積分補償）、ゲイン補償、積分補
償、またはそれらを適宜組み合わせたものなどを適用す
る。

【００６０】第２の補償演算手段は、第１の補償演算手
段では捉えられない、除振台１周辺各部の比較的高周波
数領域に固有振動数を有する局所的な振動モードに作用
する。これにより高周波数の卓越した局所的振動を抑制
し、良好な振動制御性能を実現する。

【００６１】除振台を運動モードごとに制御する除振装
置において、装置剛性の不足などから除振台各部で様々
な卓越した局所的振動が発生すると、制御性能に悪影響
を及ぼし、最悪の場合、スピルオーバ不安定を起こして
除振台に非常に大きな振動をひきおこす。

【００６２】本実施例は、以上のような装置および制御
方法を適用することにより、除振台を運動モードごとに
制御する除振装置において、除振台各部で様々な局所的
振動が発生する場合でも、安定かつ良好な動作を実現す
る。

【００６３】なお、本実施例では、主に水平方向に作用
する除振装置を例にとって説明したが、同様の手段を鉛
直方向に作用する能動除振装置に対して適用してもよ
い。また、本実施例では、水平面内３自由度の運動、つ
まり、水平並進２自由度と鉛直軸まわり回転１自由度の
制御を行なう装置を説明したが、これに残りの３自由度
の剛体運動モード、つまり、鉛直並進１自由度、水平軸
まわり回転２自由度の制御を行なう装置を組合わせても
よい。

【００６４】また、本実施例のように水平面内３自由度
の運動の制御だけでなく、並進、回転各３自由度をあわ
せた６自由度の運動モードを本実施例で開示した装置と
同様に制御する装置および方法も本発明に含まれること
は言うまでもない。

【００６５】実施例２次に本発明による除振装置の第２の実施例について説明
する。図６は本発明の第２の実施例に係る除振装置を示
す。ＸＹステージなどの精密機器を搭載する除振台１は
除振マウント２によって支持されている。除振マウント
は複数台を用いて除振台１を支持するのが通常であり、
例えば除振台１が四辺形の形状であれば、除振マウント
は除振台１の４隅にそれぞれ配置する。図６ではそのう
ちの１台の除振マウント２のみを図示している。

【００６６】除振マウント２の主要な構成要素は以下の
ようである。除振マウント２は不図示の機械ばねや空気
ばねなどによって除振台１を浮上支持し、除振台１を設
置床の振動から絶縁している。除振台１に締結ボルト３
１で締結されており、除振台１とともに浮上するのが浮
上部３２、設置床上に置かれるのがベース部３３であ
る。除振台１の鉛直方向加速度を計測するための鉛直方
向加速度センサ３４、除振台１の水平方向加速度を計測
するための水平方向加速度センサ３は除振台１に固定さ
れている。そして、除振台１へ鉛直方向に駆動力を作用
させる鉛直方向アクチュエータ２１、除振台１へ水平方
向に駆動力を作用させる水平方向アクチュエータ２２は
ベース部３３と浮上部３２との間に取付けられている。
これらの構成要素のほかにも、実際の除振マウント２
は、粘性部材など不図示の機構を含むものであるが、図
６は能動除振装置の構成の概念図であり、能動的に振動
制御を行なうための代表的な構成要素のみを図示してい
る。複数台の除振装置で除振台１を支持する場合であっ
ても、それぞれの除振装置は、図６に示した除振マウン
ト２と同一な構成である。

【００６７】本実施例による除振マウント２の特徴は、
除振台１の鉛直方向加速度を計測するための鉛直方向加
速度センサ３４、除振台１の水平方向加速度を計測する
ための水平方向加速度センサ３を、支持対象である除振
台１に固定していることである。この固定場所は、除振
台１において、除振マウント２により支持されている支
持部位のできるだけ近くであることが好ましい。

【００６８】次に、除振マウント２によって除振台１の
振動を能動的に抑制するための制御系構成について説明
する。図６は除振台１に生じる振動の速度を測定し、速
度に比例した力を除振台１に作用させることによって、
除振台１にダンピングを付与するような制御系構成を示
している。鉛直方向加速度センサ３４の計測信号を符号
反転器３５で符号反転し、それに加速度補償器３６を作
用させた補償値を電力増幅器１０へ入力する。電力増幅
器１０は入力信号に応じて鉛直方向アクチュエータ２１
を駆動し、除振台１へ鉛直方向駆動力を作用させる。こ
のように鉛直方向加速度を負帰還することによって、除
振台１に鉛直方向ダンピングを付与している。なお、鉛
直方向アクチュエータ２１がボイスコイルモータの場
合、加速度信号を速度信号へ変換するため加速度補償器
３６は積分動作となり、また、鉛直方向アクチュエータ
２１が空気ばねの場合、アクチュエータ自身に積分特性
があるので加速度補償器３６は比例動作となる。水平方
向についても全く同様である。水平方向加速度センサ３
の計測信号を符号反転器３５で符号反転し、それに加速
度補償器３６を作用させた補償値を電力増幅器１０へ入
力する。電力増幅器１０は入力信号に応じて水平方向ア
クチュエータ２２を駆動し、除振台１へ水平方向駆動力
を作用させる。このように水平方向加速度を負帰還する
ことによって、除振台１に水平方向ダンピングを付与し
ている。なお、水平方向アクチュエータ２２がボイスコ
イルモータの場合、加速度信号を速度信号へ変換するた
め加速度補償器３６は積分動作となり、また、水平方向
アクチュエータ２２が空気ばねの場合、アクチュエータ
自身に積分特性があるので加速度補償器３６は比例動作
となる。複数台の除振装置で除振台１を支持する場合で
あっても、それぞれの除振装置の制御系構成は、図６に
示した除振マウント２の場合と同様な構成である。

【００６９】本実施例による除振マウント２では、鉛直
方向加速度センサ３４、水平方向加速度センサ３は支持
対象である除振台１に固定されている。よって、

【発明が解決しようとする課題】において述べたような
浮上部３２の固有振動に起因する成分は、鉛直方向加速
度センサ３４、水平方向加速度センサ３の計測信号中に
含まれないのである。なぜなら、浮上部３２は除振台１
と比べて質量が桁違いに小さいのが一般的であるため、
浮上部３２に固有振動が生じても、質量が桁違いに大き
い除振台１に振動が伝わるほどの振動エネルギがないか
らである。このように、鉛直方向加速度センサ３４、水
平方向加速度センサ３を除振台１に固定することによっ
て支持対象である除振台１に生じている振動のみを精度
よく計測することができるのである。

【００７０】本実施例によれば、加速度の負帰還ループ
中から浮上部３２の共振に代表される構造物の高次共振
を排除することができる。よって、制御帯域を十分に上
げることができ、能動除振装置の性能が十分に発揮され
て、除振台１の振動抑制を良好に行なうことが可能とな
る。また、高次共振に起因するスピルオーバ現象を回避
できるため、制御系の安定性が飛躍的に向上する。

【００７１】さらに、本実施例によれば、本質的に除振
マウント２に高剛性を要求しない。浮上部３２の肉厚を
剛性確保のために厚くする必要はないので、除振マウン
ト２の軽量化が可能となる。また、除振マウント２を除
振台１へ締結する部位の締結剛性を高める必要はないか
ら、除振マウント２の設置作業およびメンテナンス作業
も簡略化される。このように、本実施例の能動除振装置
は、装置の軽量化、メンテナンス性といった面での効果
も大きい。

【００７２】実施例３次に本発明による除振装置の第３の実施例について説明
する。図７は本発明による除振装置の第２の実施例を示
す図面である。制御系構成を運動モード別制御としたも
のである。４台の除振マウント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ
は直方体形状に略記した除振台１の四隅を支持してい
る。除振マウント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの構成はそれ
ぞれで同一であり、要素番号に記号ａ，ｂ，ｃ，ｄを付
記することにより４台を区別している。除振マウント２
ａは鉛直方向加速度センサ３４ａ、水平方向加速度セン
サ３ａ、鉛直方向アクチュエータ２１ａ、水平方向アク
チュエータ２２ａから構成されている。ＸＹＺ直交座標
系は除振台１の重心Ｇを原点として、各軸を直方体形状
の除振台１の辺と平行に、またＺ軸を鉛直方向に一致さ
せて除振台１に固定されている。除振台１の運動は、Ｘ
軸方向並進運動ｘ、Ｙ軸方向並進運動ｙ、Ｚ軸方向並進
運動ｚ、Ｘ軸まわり回転運動θｘ、Ｙ軸まわり回転運動
θｙ、Ｚ軸まわり回転運動θｚの６自由度運動として記
述することができる。図７の運動モード別制御は、６自
由度の運動モードごとに加速度の負帰還を行ない除振台
１へダンピングを付与する構成である。

【００７３】運動モード抽出装置６は鉛直方向加速度セ
ンサ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄと水平方向加速度
センサ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの計測信号から運動モー
ドごとの加速度、すなわちＸ軸方向並進加速度Ａ_x 、Ｙ
軸方向並進加速度Ａ_y 、Ｚ軸方向並進加速度Ａ_z 、Ｘ軸
まわり角加速度Ａθ_x 、Ｙ軸まわり角加速度Ａθ_y 、Ｚ
軸まわり角加速度Ａθ_z を演算し出力する。そして、こ
れら運動モードごとの加速度を符号反転器３５で符号反
転し、さらに加速度補償器３６を作用させ、運動モード
ごとの補償値を生成する。運動モード分配装置８はこれ
ら補償値を入力として、鉛直方向アクチュエータ２１
ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ、水平方向アクチュエータ
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄそれぞれへの駆動指令
を生成し、電力増幅器１０に入力する。運動モード分配
装置８の動作は、加速度補償器３６によって生成した運
動モードごとの除振台１への駆動力を、鉛直方向アクチ
ュエータ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ、水平方向ア
クチュエータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄそれぞれ
が発生する駆動力の合力として除振台１へ作用させるよ
うに、鉛直方向アクチュエータ２１ａ，２１ｂ，２１
ｃ，２１ｄ、水平方向アクチュエータ２２ａ，２２ｂ，
２２ｃ，２２ｄそれぞれへの駆動指令を生成することで
ある。電力増幅器１０は入力信号に応じて鉛直方向アク
チュエータ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ、水平方向
アクチュエータ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを駆動
し、除振台１へ駆動力を作用させる。このように、運動
モードごとに加速度を負帰還して除振台１へダンピング
を付与し、除振台１に生じる振動を抑制している。な
お、鉛直方向アクチュエータ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，
２１ｄ、水平方向アクチュエータ２２ａ，２２ｂ，２２
ｃ，２２ｄがボイスコイルモータの場合、加速度信号を
速度信号へ変換するため加速度補償器３６は積分動作と
なり、また、空気ばねの場合、アクチュエータ自身に積
分特性があるので加速度補償器３６は比例動作となる。

【００７４】除振マウント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは次
のように配置している。鉛直方向については、鉛直方向
加速度センサ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄと鉛直方
向アクチュエータ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの方
向はＺ軸方向に一致している。水平方向については、除
振マウント２ａ，２ｃの水平方向加速度センサ３ａ，３
ｃと水平方向アクチュエータ２２ａ，２２ｃの方向はＸ
軸と一致し、除振マウント２ｂ，２ｄの水平方向加速度
センサ３ｂ，３ｄと水平方向アクチュエータ２２ｂ，２
２ｄの方向はＹ軸と一致するように除振マウント２ａ，
２ｂ，２ｃ，２ｄを配置している。この配置は、除振台
１の６自由度運動モードの全てが、鉛直方向加速度セン
サ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ、水平方向加速度セ
ンサ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄによって可観測であるため
の、また鉛直方向アクチュエータ２１ａ，２１ｂ，２１
ｃ，２１ｄ、水平方向アクチュエータ２２ａ，２２ｂ，
２２ｃ，２２ｄによって可制御であるための配置であ
る。勿論、この可観測性、可制御性を満たすものであれ
ば、図７に示した以外の除振マウント２ａ，２ｂ，２
ｃ，２ｄの配置であってもよい。

【００７５】本実施例による除振マウント２ａ，２ｂ，
２ｃ，２ｄでは、鉛直方向加速度センサ３４ａ，３４
ｂ，３４ｃ，３４ｄ、水平方向加速度センサ３ａ，３
ｂ，３ｃ，３ｄは支持対象である除振台１に固定されて
いる。よって、これまでに述べてきたような浮上部３２
の固有振動に起因する成分は、それぞれの加速度センサ
の計測信号中に含まれない。支持対象である除振台１に
生じている振動のみを精度よく計測することができる。
すなわち、それぞれの加速度センサの計測信号を入力と
した演算によって生成している除振台１の６自由度運動
モードごとの加速度Ａ_x ，Ａ_y ，Ａ_z ，Ａθ_x ，Ａθ
_y ，Ａθ_z は精度のよいものとなり、運動モード別制御
が好適に行なわれる。浮上部３２に固有振動が存在する
ことにより、運動モード別制御が崩れるような不都合は
生じないのである。このように、本実施例によれば、運
動モード別制御を好適に実施できるという効果がある。

【００７６】なお、上述の第２および第３の実施例では
除振マウント２が鉛直方向加速度センサ３４、水平方向
加速度センサ３、鉛直方向アクチュエータ２１、水平方
向アクチュエータ２２を有する場合、また、直方体形状
である除振台１の四隅を４台の除振マウント２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄで支持する場合を開示しているが、本発
明はこのような実施形態に限定されるものではない。加
速度センサを支持対象である除振台に固定することを特
徴とする除振装置であるという本発明第２局面の本質
は、加速度センサとアクチュエータの方向、除振台の形
状やそれを支持する除振装置の台数と配置などを問わず
に、実施できるのである。

【００７７】

【発明の効果】上述のように、本発明の第１の局面に係
る除振装置は、防振支持機構で支持された精密機器搭載
用の除振台の振動を複数の振動検出手段で検出し、前記
振動検出手段の出力信号のうち予め定められた周波数よ
り低い周波数成分をローパスフィルタで抽出するととも
に、前記振動検出手段の出力信号のうち予め定められた
周波数より高い周波数成分をハイパスフィルタで抽出す
る。そして、前記ローパスフィルタの出力信号として得
られる前記振動検出手段の出力信号のうち予め定められ
た周波数より低い周波数成分の抽出信号に基づき前記除
振台の並進、回転などの各運動モードの振動信号を抽出
し、抽出された各運動モードの信号を適切に補償し、得
られた各運動モードの補償信号を除振台に制御力を加え
る複数のアクチュエータの駆動指令信号として分配する
とともに、前記ハイパスフィルタの出力信号を適切に補
償し、前記の各運動モードの補償信号の分配信号と前記
ハイパスフィルタの出力信号の補償信号とを加算して前
記除振台に制御力を加えるアクチュエータにフィードバ
ックする。第１の補償演算手段は、除振台の剛体運動モ
ードなどの比較的低周波数領域に固有振動数を有する運
動モードの振動制御特性の任意調整を実現する。第２の
補償演算手段は、除振台各部の振動に着目して補償演算
を行なう。

【００７８】これにより、除振台を運動モードごとに制
御する除振装置において、除振台各部で様々な局所的振
動が発生する場合でも、安定かつ良好な動作を実現す
る。また、除振台の各運動モードごとの運動特性を任意
調整できるので、除振装置の制御パラメータの設計・調
整を容易かつ合理的に行なうことができる。すなわち、
本発明の第１の局面によれば、除振性能を損なうことな
く制振性能を向上させることが可能で、特に、装置の運
動特性を支配するパラメータの設定が容易な、精密機器
搭載用の能動除振装置が提供される。

【００７９】また、本発明の第２の局面に係る除振マウ
ントは、各加速度センサが除振台に固定されているの
で、除振マウントの浮上部の固有振動などに起因する成
分は、それぞれの加速度センサの計測信号中に含まれな
い。したがって、加速度の負帰還ループ中から除振マウ
ント浮上部の共振に代表される構造物の高次共振を排除
することができる。よって、制御帯域を十分に上げるこ
とができ、能動除振装置の性能が十分に発揮されて、除
振台の振動抑制を良好に行なうことが可能となる。ま
た、高次共振に起因するスピルオーバ現象を回避できる
ため、制御系の安定性が飛躍的に向上する。

【００８０】すなわち、本発明の第２の局面によれば、
支持対象である除振台の振動を精度よく計測する除振装
置を提供することができる。よって、除振装置に関し
て、装置の共振現象に起因するスピルオーバ現象を回避
することができる、制御系の安定性が向上する、制御帯
域が上がり装置の性能が向上する、装置が軽量化され
る、メンテナンス性が向上する、また運動モード別制御
を好適に実施できるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る能動除振装置の
構成図である。

【図２】図１の装置における能動除振マウントの一例
を表わす図である。

【図３】図１の装置における除振台振動を検出するセ
ンサの配置を表わす図である。

【図４】図１の装置における能動除振マウントとそれ
に組み込まれたアクチュエータの配置を表す図である。

【図５】運動モード相互に干渉項を持たせた補償器の
一例を表す図である。

【図６】本発明の第２の実施例に係る除振装置の構成
を示す図である。

【図７】本発明の第３の実施例に係る除振装置の構成
を示す図である。

【図８】第１の従来例に係る除振装置を示す図であ
る。

【図９】除振台を各運動モードごとに振動制御する従
来の除振装置の構成例を表わす図面である。

【図１０】従来の除振装置による運動モード別制御の
構成を示した図である。

【符号の説明】

１：除振台、２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ：能動除振マ
ウント、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ：振動検出手段（水平
方向加速度センサ）、４：ローパスフィルタ、５：ハイ
パスフィルタ、６：運動モード抽出回路（運動モード抽
出装置）、７：第１の補償演算手段、８：推力分配回路
（運動モード分配装置）、９：第２の補償演算手段、１
０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ：駆動回路、２１，２１
ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ：除振台１に鉛直方向の制
御力を加えるアクチュエータ（鉛直方向アクチュエー
タ）、２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ：除振台
１に水平方向の制御力を加えるアクチュエータ（水平方
向アクチュエータ）、２３：除振台１を鉛直方向に防振
支持する鉛直支持手段、２４：除振台１を水平方向に防
振支持する水平支持手段、３１：締結ボルト、３２：浮
上部、３３：ベース部、３４，３４ａ，３４ｂ，３４
ｃ，３４ｄ：鉛直方向加速度センサ、３５：符号反転
器、３６：加速度補償器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】精密機器を搭載する除振台と、前記除振
台を支持する防振支持機構と、前記除振台に制御力を加
える複数のアクチュエータと、前記除振台の振動を検出
する複数の振動検出手段と、前記振動検出手段の出力信
号のうち予め定められた周波数より低い周波数成分のみ
を通過させるローパスフィルタと、前記振動検出手段の
出力信号のうち予め定められた周波数より高い周波数成
分のみを通過させるハイパスフィルタと、前記ローパス
フィルタの出力信号として得られる前記振動検出手段の
出力信号のうち予め定められた周波数より低い周波数成
分の抽出信号に基づき前記除振台の並進、回転などの各
運動モードの振動信号を抽出する運動モード抽出手段
と、前記運動モード抽出手段の出力信号を適切に補償す
る第１の補償演算手段と、前記第１の補償演算手段によ
って得られた各運動モードの補償信号を複数の前記アク
チュエータの駆動指令信号として分配する推力分配手段
と、前記ハイパスフィルタの出力信号を補償する第２の
補償演算手段と、前記推力分配手段と前記第２の補償演
算手段双方の出力信号を加算して前記アクチュエータに
フィードバックする手段とを備えたことを特徴とする能
動除振装置。
【請求項２】前記ローパスフィルタおよびハイパスフ
ィルタのカットオフ周波数が、前記除振台のすべての剛
体運動モードの固有振動数より高いものである請求項１
に記載の除振装置。
【請求項３】前記アクチュエータは、空気圧制御式ア
クチュエータもしくはボイスコイルモータなどの電磁駆
動のリニアモータまたはそれらの双方を併用したもので
ある請求項１または２に記載の能動除振装置。
【請求項４】前記アクチュエータが、前記空気圧制御
式アクチュエータまたはこれと前記リニアモータとを併
用したものであり、かつ前記空気圧制御式アクチュエー
タが前記防振支持機構を兼ねている請求項３に記載の能
動除振装置。
【請求項５】前記振動検出手段は加速度センサである
請求項１〜４のいずれかに記載の能動除振装置。
【請求項６】除振台と、加速度センサおよびアクチュ
エ−タを有し前記除振台を支持する能動除振マウント
と、前記加速度センサの計測信号に応じて前記アクチュ
エ−タを駆動する制御手段とを具備する能動除振装置に
おいて、前記加速度センサは前記除振台に固定されてい
ることを特徴とする能動除振装置。
【請求項７】除振台と、鉛直方向加速度センサ、水平
方向加速度センサ、鉛直方向アクチュエ−タおよび水平
方向アクチュエ−タを有し前記除振台を支持する能動除
振マウントと、前記鉛直方向加速度センサおよび前記水
平方向加速度センサの計測信号に応じて前記鉛直方向ア
クチュエ−タおよび前記水平方向アクチュエ−タを駆動
する制御手段とを具備する能動除振装置において、前記
鉛直方向加速度センサおよび前記水平方向加速度センサ
は前記除振台に固定されていることを特徴とする能動除
振装置。
【請求項８】前記制御手段は、前記加速度センサの計
測信号から加速度に関する運動モードを抽出する運動モ
ード抽出手段と、前記運動モード抽出装置の出力に補償
を施した補償信号から前記アクチュエ−タへの駆動指令
を生成する運動モード分配手段とを有することを特徴と
する請求項６または７記載の能動除振装置。