JPH1026138A

JPH1026138A - 平面駆動アクチュエータ

Info

Publication number: JPH1026138A
Application number: JP19712396A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Asano; 武史浅野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-07-08
Filing date: 1996-07-08
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化および低コスト化を図ることができる
とともに、クリーンな環境でも使用することができ、か
つ、サブミクロンオーダでの高精度の位置決めを高速で
行うことができる平面駆動アクチュエータを提供する。【解決手段】２つの正方形状のヨーク１，２を、ボー
ルベアリング３を介して互いにほぼ平行に相対的に移動
可能にして設ける。ヨーク１の上面の中心Ｏ₁に対して
線対称に１６個の磁石４を設け、ヨーク２の下面に中心
Ｏ₂に対して線対称に４個のコイル５を設ける。ヨーク
１の上面の第１〜第４象限に対応する領域に、それぞれ
４個の磁石４を十字形に配置して、ヨーク１，２、磁石
４およびコイル５により４つの十字状の磁気回路を構成
する。４つの十字状の磁気回路のそれぞれと鎖交する４
つのコイル５に流す電流の方向を制御して、ヨーク２を
ヨーク１に対してｘ軸方向、ｙ軸方向、θ方向の３軸方
向に対して駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は平面駆動アクチュ
エータに関し、特に、互いに直交する２つの軸方向への
並進移動に任意の位置での回転移動を加えた３軸駆動の
平面駆動アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路（ＩＣ）の製造工程内の
組立工程において、ＩＣチップとパッケージ等との整合
を行うために、ＩＣチップの平面内位置決めが行われ
る。図７は、そのような平面内位置決めを行う際に用い
られる従来のｘｙステージを示す斜視図である。図７に
示すように、この従来のｘｙステージ１００において
は、ベース１０１上にテーブル１０２がガイド１０３に
沿ってｙ軸方向に移動可能に設けられ、テーブル１０２
上にテーブル１０４がガイド１０５に沿ってｘ軸方向に
移動可能に設けられている。符号１０６，１０７はそれ
ぞれモータを示す。このｘｙステージ１００では、モー
タ１０６の回転を図示省略されたボールネジを介してテ
ーブル１０２に伝達することにより、テーブル１０２が
ｙ軸方向に駆動され、モータ１０７の回転をボールネジ
１０８を介してテーブル１０４に伝達することにより、
テーブル１０４がｘ軸方向に駆動される。上述の従来の
ｘｙステージ１００は、ベース１０１を固定して用いる
ことにより、最上部のテーブル１０４がｘ軸方向および
ｙ軸方向の２方向に移動可能となり、これらのｘ軸方向
およびｙ軸方向での位置決めを行うことができる。

【０００３】図８は、ｘ軸方向およびｙ軸方向の位置決
めに加えて、θ方向の位置決めを可能とした従来の平面
駆動アクチュエータを示す側面図である。図８に示すよ
うに、この従来の平面駆動アクチュエータにおいては、
図７に示した従来のｘｙステージ１００のベース１０１
が固定され、ｘ軸方向およびｙ軸方向に移動可能なテー
ブル１０４にブラケット１０９が取り付けられ、このブ
ラケット１０９に回転駆動部１１０が取り付けられてい
る。この回転駆動部１１０においては、モータ１１１の
軸に回転軸１１２が接続され、モータ１１１により回転
軸１１２がその中心の回りにθ方向に回転可能となって
いる。これにより、回転軸１１２の上部１１２ａは、ｘ
軸方向およびｙ軸方向への移動が可能であるとともに、
θ方向に回転が可能となっている。

【０００４】上述のように、従来の平面駆動アクチュエ
ータは、ｘ軸方向の一軸駆動ユニット（テーブル１０
４、ガイド１０５およびモータ１０７）、ｙ軸方向の一
軸駆動ユニット（テーブル１０２、ガイド１０３および
モータ１０６）およびθ方向の一軸駆動ユニット（回転
駆動部１１０、モータ１１１、回転軸１１２）の、３つ
の一軸駆動ユニットを組み合わせることにより、アライ
メント機能として要求されるｘ軸方向、ｙ軸方向および
θ方向の平面内位置決めを実現していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の平面駆動アクチュエータでは、以下に述べるよう
な問題があった。すなわち、従来の平面駆動アクチュエ
ータでは、３つの一軸駆動ユニットが組み合わせられた
構造となっているため、容積が大きく装置全体が大型化
してしてしまうという問題があった。このため、この平
面駆動アクチュエータを他の装置に組み込む際に不都合
を生じていた。また、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびθ方向
の位置決めを行うために、複数個のモータ（この場合、
モータ１０６，１０７，１１１の３つ）を必要とするた
め、コストが高いという問題があった。さらに、ｘ軸方
向の駆動を担うモータ１０７、ｙ軸方向の駆動を担うモ
ータ１０６およびθ方向の駆動を担うモータ１１１のそ
れぞれの負荷が異なるため、モータ１０６，１０７，１
１１のゲインの調整を行う必要があり、煩雑であった。

【０００６】また、この従来の平面駆動アクチュエータ
では、ガイド１０３，１０５、ボールネジ１０８、シャ
フト１１２などの摺動部が多く、これらの摺動部からの
発塵のため、クリーン度の高い環境での使用には適さな
いという問題があった。また、サブミクロンオーダの位
置決めを行うためには、ボールネジ１０８などのほか
に、各軸方向の駆動を担うモータ１０６，１０７，１１
１に、それぞれ減速機構を必要とするため、バックラッ
シュ・ロストモーションなどの問題があり、高精度な位
置決めを高速に行うことができないという問題があっ
た。さらに、ガイド１０３，１０５とボールネジ１０８
との異なる転がり機構を採用しているため、サブミクロ
ンオーダの位置決めにおける弾性挙動が複雑となってい
た。

【０００７】したがって、この発明の目的は、装置全体
の小型化および低コスト化を図ることができるととも
に、クリーンな環境でも使用することができ、かつ、サ
ブミクロンオーダでの高精度の位置決めを高速で行うこ
とができる平面駆動アクチュエータを提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明による平面駆動アクチュエータは、それぞ
れ磁性体からなり、かつ、互いにほぼ平行に相対的に移
動可能に設けられた第１の平板および第２の平板と、第
１の平板の第２の平板と対向する側の第１の主面に、こ
の第１の主面の第１の基準点に対して線対称に設けられ
た複数の磁石と、第２の平板の上記第１の平板と対向す
る側の第２の主面に、この第２の主面の第２の基準点に
対して線対称に設けられた複数のコイルとを有すること
を特徴とするものである。ここで、第１の基準点または
第２の基準点に対して線対称とは、第１の基準点または
第２の基準点で直交する２つの軸のそれぞれに関して線
対称であることを意味するものである。

【０００９】上述のように構成されたこの発明によれ
ば、磁性体からなる第１の平板および第２の平板と、第
１の平板の第１の主面に設けられた複数の磁石と、第２
の平板の第２の主面に設けられた複数のコイルとによ
り、複数の磁気回路が構成される。これらの複数の磁気
回路において、第２の平板の第２の主面に設けられた複
数のコイルは、磁気回路中の磁界と鎖交する。したがっ
て、これらの複数のコイルに電流を流すことにより、フ
レミングの左手の法則に従った駆動力が発生し、この駆
動力により、第１の平板に対して第２の平板を平面内で
並進移動させることが可能であるとともに、任意の位置
において第２の平板を第２の基準点の回りに回転させる
ことが可能である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態につ
いて図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全
図において、同一または対応する部分には同一の符号を
付す。図１〜図３は、この発明の一実施形態による平面
駆動アクチュエータを示す。ここで、図１Ａはこの平面
駆動アクチュエータの平面図、図１Ｂは側面図、図２は
この平面駆動アクチュエータの上部のヨークを示す斜視
図、図３はこの平面駆動アクチュエータの下部のヨーク
を示す斜視図である。

【００１１】図１〜図３に示すように、この平面駆動ア
クチュエータは、それぞれ磁性体からなるヨーク１およ
びヨーク２を有している。ここでは、ヨーク１上に、こ
のヨーク１の四隅に設けられたボールベアリング３を介
して、互いにほぼ平行に、かつ、相対的に移動可能な状
態でヨーク２が設けられている。この場合、ヨーク２
は、ヨーク１に対して並進移動および回転移動が可能と
なっている。これらのヨーク１およびヨーク２は、互い
にほぼ同一の正方形状の平面形状を有している。これら
の正方形状のヨーク１およびヨーク２の一辺の長さを２
Ｌ₁とする。ここで、ヨーク１の上面の中心（重心）を
原点Ｏ₁とし、図１Ａおよび図３に示すように、ヨーク
１の上面に対してｘ軸およびｙ軸を定める。また、同様
に、ヨーク２の下面の中心（重心）を原点Ｏ₂とし、図
１Ａおよび図２に示すように、ヨーク２の下面に対して
ｘ軸およびｙ軸を定める。この平面駆動アクチュエータ
においては、ヨーク１の上面に対して設定したｘ軸およ
びｙ軸と、ヨーク２の下面に対して設定したｘ軸および
ｙ軸とが、互いに重なり合うような位置をヨーク１に対
するヨーク２の初期位置とする。ヨーク２がこの初期位
置にあるときには、ヨーク２の下面の中心（原点Ｏ₂）
は、ヨーク１の上面の中心（原点Ｏ₁）からヨーク２の
下面に対して引いた垂線上にある。

【００１２】ヨーク１のヨーク２と対向する側の面（こ
の場合、ヨーク１の上面）には、ヨーク１の中心（原点
Ｏ₁）に対して対称に複数（この場合、１６個）の磁石
４が配置されている。この場合、ヨーク１の上面に設け
られたこれらの１６個の磁石４は、ヨーク１のｘ軸およ
びｙ軸のそれぞれに関して線対称に配置されている。こ
れらの磁石４としては、例えば、互いにほぼ同一の正方
形状の平面形状を有する永久磁石が用いられる。この場
合、ヨーク１のｘ軸およびｙ軸により分割された第１〜
第４象限に対応する領域のそれぞれに配置された４つの
磁石４は十字形をなしている。

【００１３】ここで、例えば、ヨーク１の上面の第１象
限に対応する領域に配置された４個の磁石４に着目する
と、これらの磁石４は、ｘ軸方向で向かい合う二つの磁
石４の上側に向けられた磁極が互いに異なり、かつ、ｙ
軸方向で向かい合う二つの磁石４の上側に向けられた磁
極が互いに異なっている。具体的には、例えば図３に示
すような磁極パターンとなっている。また、ｘ軸方向で
互いに向かい合う二つの磁石４は、ｘ軸と平行に配置さ
れ、同様に、ｙ軸方向で互いに向かい合う二つの磁石４
は、ｙ軸と平行に配置されている。そして、この第１象
限に対応する領域に配置された四つの磁石４の上側に向
けられた磁極は、この第１象限と隣接する第２象限およ
び第４象限に対応する領域に配置された４個の磁石４の
上側に向けられた磁極と、互いに鏡像関係にある。第２
〜第４象限に対応する領域に配置された４個の磁石４に
ついても同様である。

【００１４】一方、ヨーク２のヨーク１と対向する側の
面（この場合、ヨーク２の下面）には、ヨーク２の中心
（原点Ｏ₂）に対して対称に４つのコイル５が設けられ
ている。この場合、ヨーク２の下面の４つのコイル５
は、ヨーク２のｘ軸およびｙ軸のそれぞれに関して線対
称に配置されている。これらのコイル５は、互いにほぼ
同一の形状を有し、具体的には、例えば正方形状であ
る。また、これらのコイル５は同一のターン数を有して
いる。ここで、ヨーク１の上面の第１〜第４象限に対応
する領域に、それぞれ４個の磁石４が十字形に配置され
ているのに対応して、ヨーク２の下面の第１〜第４象限
に対応する領域には、それぞれ１つずつコイル５が配置
されている。そして、このヨーク２の下面における４つ
のコイル５の配置は、ヨーク１の上面における４つの磁
石４により構成された４つの十字形の配置と、ほぼ同一
のパターンを有している。

【００１５】この平面駆動アクチュエータにおいては、
磁性体からなるヨーク１、ヨーク２、ヨーク１の上面に
配置された磁石４およびヨーク２の下面に配置されたコ
イル５により磁気回路が構成されている。この場合、ヨ
ーク１の上面に上述のように磁石４が配置されているた
め、ヨーク１、ヨーク２、磁石４およびコイル５により
４つの十字状の磁気回路が構成されている。これらの４
つの十字状の磁気回路のそれぞれは、互いに直交する２
つの磁気回路（ヨーク１のｘ軸と平行な磁気回路および
ヨーク１のｙ軸と平行な磁気回路）により構成されてい
る。これらの４つの十字状の磁気回路は、ヨーク１の中
心（原点Ｏ₁）に対して対称であり、磁界の方向まで含
めるとヨーク１のｘ軸およびｙ軸のそれぞれに関して線
対称となっている。

【００１６】また、それぞれの十字状の磁気回路は、磁
石４およびコイル５の間にギャップを有している。そし
て、コイル５は、ギャップ中の磁束と垂直に鎖交するよ
うに設けられている。ここで、４つの十字状の磁気回路
において、コイル５の各辺がギャップ中の磁束を横切る
寸法は同一となっている。

【００１７】なお、ヨーク１上にボールベアリング３を
介して設けられたヨーク２は、上述の磁気回路の磁界中
に働く吸引力により安定的に支持されている。

【００１８】この平面駆動アクチュエータにおいては、
さらに、ヨーク１の上面のｙ軸上に、中心（重心）Ｏ₁
に対して対称に、２つの二次元位置検出用の位置検出セ
ンサ６が設けられている。また、ヨーク２の上面の位置
検出センサ６の上側に対応する部分には２つの光源７が
設けられている。位置検出センサ６としては、例えば二
次元位置検出用の半導体位置検出素子が用いられ、光源
７としては、例えば半導体レーザ（ＬＤ）や発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）が用いられる。

【００１９】図４は、この平面駆動アクチュエータの位
置検出センサ６の一例を示す。ここでは、位置検出セン
サ６として、二次元位置検出用の半導体位置検出素子を
用いている。また、図４Ａは平面図、図４Ｂは図４Ａの
Ｂ−Ｂ線に沿っての断面図である。図４に示すように、
位置検出センサ６は、例えばｐｉｎ構造を有するシリコ
ン（Ｓｉ）フォトダイオード１１からなる。このＳｉフ
ォトダイオード１１は、表面にｐ層１１ａ、中間にｉ層
１１ｂ、裏面にｎ層１１ｃを有している。また、表面の
ｐ層１１ａは、一辺の長さが２Ｌ₂の正方形状の受光面
１２を有している。この受光面１２の４辺に対応する部
分には、光電流を取り出すための電極１３ａ〜１３ｄが
設けられている。１４は裏面のｎ層１１ｃに設けられた
バイアス用の電極を示す。

【００２０】ここで、この受光面１２の中心を原点Ｏ₃
とし、受光面１２に対して図４に示すようにｘ軸および
ｙ軸を定める。これらの受光面１２のｘ軸およびｙ軸
は、ヨーク１のｘ軸およびｙ軸にそれぞれ対応してい
る。また、ヨーク１に対してヨーク２が初期位置にある
ときには、ヨーク２に設けられた光源７からの光スポッ
トが、ヨーク１に設けられた位置検出センサ６の受光面
１２の中心Ｏ₃上に照射される。

【００２１】この平面駆動アクチュエータでは、後述す
るように、この位置検出センサ６を光源７と組み合わせ
て用いることにより、ヨーク１に対するヨーク２の位置
の検出が行われる。

【００２２】次に、上述のように構成されたこの平面駆
動アクチュエータの動作原理について説明する。上述の
ように、この平面駆動アクチュエータにおいては、ヨー
ク１、ヨーク２、磁石４およびコイル５により４つの十
字状の磁気回路が構成され、それぞれの十字状の磁気回
路においてコイル５の４辺は磁界と垂直に鎖交してい
る。このため、４つのコイル５のそれぞれに電流を流す
ことにより、各コイル５のｘ軸方向およびｙ軸方向に、
それぞれフレミングの左手の法則に従った駆動力Ｆが働
く。ここで、コイル５のターン数をｎ、コイル５を流れ
る電流をｉ、十字状の磁気回路のギャップ磁束密度を
Ｂ、ギャップ中の磁束を横切るコイル５の寸法をｌとす
ると、駆動力Ｆは、Ｆ＝ｎｉＢｌと表すことができる。

【００２３】この平面駆動アクチュエータにおいては、
ヨーク１上に移動可能な状態でヨーク２が設けられてい
るので、ヨーク１を固定し、ヨーク２に設けられた４つ
のコイル５のそれぞれに上述のような直交する２つの駆
動力Ｆを作用させることにより、ヨーク１に対してヨー
ク２をｘ軸方向およびｙ軸方向に並進移動させることが
できるとともに、任意の位置においてヨーク２をその中
心（重心）の回りにθ方向に回転させることができる。
また、このときのヨーク１に対するヨーク２の移動方
向、または、ヨーク２の中心Ｏ₂の回りの回転方向は、
４つのコイル５に流す電流の向きにより制御される。

【００２４】ここで、表１を用いて、この平面駆動アク
チュエータの動作例について説明する。なお、この表１
において、コイル５を流れる電流の方向およびヨーク２
の回転方向は、この平面駆動アクチュエータをヨーク２
の上面側から見たときの向きを示し、ヨーク２のヨーク
１に対する移動方向およびコイル５に作用する駆動力Ｆ
のベクトルの向きは、図１〜図３に示した座標軸の方向
に従っている。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１に示すように、ヨーク２をヨーク１に
対してｘ軸の負の方向、すなわち、図１中左側に駆動す
る場合には、第１象限のコイル５および第４象限のコイ
ル５に反時計回りに電流を流し、第２象限のコイル５お
よび第３象限のコイル５に時計回りに電流を流す。この
とき、フレミングの左手の法則に従って、第１象限のコ
イル５においてはｘ軸の負の方向に駆動力Ｆ、ｙ軸の正
の方向に駆動力Ｆが生じる。同様に、第２象限のコイル
５においては、ｘ軸の負の方向に駆動力Ｆ、ｙ軸の負の
方向に駆動力Ｆが生じ、第３象限のコイルにおいては、
ｘ軸の負の方向に駆動力Ｆ、ｙ軸の正の方向に駆動力Ｆ
が生じ、第４象限のコイル５においては、ｘ軸の負の方
向に駆動力Ｆ、ｙ軸の負の方向に駆動力Ｆが生じる。こ
れらの４つのコイル５に作用する駆動力Ｆの合力によ
り、ヨーク２が図１中、左側に移動する。一方、ヨーク
２をｘ軸の正の方向、すなわち、図１中右側に駆動する
場合には、各コイル５に流す電流の向きを、左側に駆動
する場合と逆向きにする。

【００２７】次に、ヨーク２をヨーク１に対してｙ軸の
正の方向、すなわち、図１中、上側に駆動する場合に
は、第１象限のコイル５および第２象限のコイル５に反
時計回りに電流を流し、第３象限のコイル５および第４
象限のコイル５に時計回りに電流を流す。このとき、フ
レミングの左手の法則に従って、第１象限のコイル５に
おいてはｘ軸の負の方向に駆動力Ｆ、ｙ軸の正の方向に
駆動力Ｆが生じ、第２象限のコイル５においては、ｘ軸
の正の方向に駆動力Ｆ、ｙ軸の正の方向に駆動力Ｆが生
じ、第３象限のコイルにおいては、ｘ軸の負の方向に駆
動力Ｆ、ｙ軸の正の方向に駆動力Ｆが生じ、第４象限の
コイル５においては、ｘ軸の正の方向に駆動力Ｆ、ｙ軸
の正の方向に駆動力Ｆが生じる。これにより、ヨーク２
がヨーク１に対して図１中、上側に駆動する。一方、ヨ
ーク２をｙ軸の負の方向、すなわち、図１中、下側に駆
動する場合には、各コイル５に流す電流の向きを、上側
に駆動する場合と逆向きにする。

【００２８】任意の位置で、ヨーク２をその中心（原点
Ｏ₂）の回りに反時計回りに回転させる場合には、第１
象限のコイル５および第３象限のコイル５に反時計回り
に電流を流し、第２象限のコイル５および第４象限のコ
イル５に時計回りに電流を流す。このとき、フレミング
の左手の法則に従って、第１象限のコイル５においては
ｘ軸の負の方向に駆動力Ｆ、ｙ軸の正の方向に駆動力Ｆ
が生じ、第２象限のコイル５においては、ｘ軸の負の方
向に駆動力Ｆ、ｙ軸の負の方向に駆動力Ｆが生じ、第３
象限のコイルにおいては、ｘ軸の正の方向に駆動力Ｆ、
ｙ軸の負の方向に駆動力Ｆが生じ、第４象限のコイル５
においては、ｘ軸の正の方向に駆動力Ｆ、ｙ軸の正の方
向に駆動力Ｆが生じる。これにより、ヨーク２が図１
中、反時計回りに回転する。ヨーク２を時計回りに回転
させる場合には、各コイル５に流す電流の向きを、反時
計回りに回転させる場合と逆向きにする。

【００２９】また、ヨーク２を任意の位置に保持する場
合には、第１象限〜第４象限のコイル５に、反時計回り
に電流を流す。このとき、フレミングの左手の法則に従
って、第１象限のコイル５においてはｘ軸の負の方向に
駆動力Ｆ、ｙ軸の正の方向に駆動力Ｆが生じ、第２象限
のコイル５においては、ｘ軸の正の方向に駆動力Ｆ、ｙ
軸の正の方向に駆動力Ｆが生じ、第３象限のコイルにお
いては、ｘ軸の正の方向に駆動力Ｆ、ｙ軸の負の方向に
駆動力Ｆが生じ、第４象限のコイル５においては、ｘ軸
の負の方向に駆動力Ｆ、ｙ軸の負の方向に駆動力Ｆが生
じる。これにより、ヨーク２がその位置に保持される。
なお、ヨーク２を保持する場合には、各コイル５に時計
回りに電流を流してもよい。

【００３０】次に、位置検出センサ６および光源７を用
いたヨーク１に対するヨーク２の位置検出の原理につい
て説明する。ここでは、ヨーク１に対してヨーク２をｘ
軸方向およびｙ軸方向に並進移動させたときの位置検出
を行う場合を例にとって説明する。すなわち、この平面
駆動アクチュエータにおいては、ヨーク１に対するヨー
ク２の移動にともなって、光源７からの光スポットは、
この位置検出センサ６の受光面１２上を同様に移動す
る。ここで、点Ｐは、受光面１２上の光スポットの入射
を示す。この点Ｐの位置座標を（ｘ，ｙ）とする。

【００３１】この位置検出センサ６においては、受光面
１２上の点Ｐに光スポットが入射すると、光電変換によ
りｐ層１１ａに光電流が発生する。このｐ層１１ａは全
面にわたって均一な抵抗値を有するため、この光電流は
電極１３ａ〜１３ｄまでの距離、したがって抵抗値に逆
比例して分割され、それぞれの電極１３ａ〜１３ｄから
取り出される。ここで、電極１３ａ，１３ｂから出力さ
れる光電流をＩＸ₁，ＩＸ₂、電極１３ｃ，１３ｄから
出力される光電流をＩＹ₁，ＩＹ₂とすると、点Ｐの位
置座標（ｘ，ｙ）は、ｘ＝ｋ（ＩＸ₂−ＩＸ₁）／（Ｉ
Ｘ₁＋ＩＸ₂），ｙ＝ｋ（ＩＹ₂−ＩＹ₁）／（ＩＹ₁
＋ＩＹ₂）と表すことができる。ただし、ｋは比例定数
である。したがって、電極１３ａ〜１３ｄから出力され
る光電流ＩＸ₁〜ＩＹ₂をもとに、点Ｐの位置座標
（ｘ，ｙ）、すなわち、ヨーク１に対するヨーク２の位
置が求められる。

【００３２】図５は、上述の光電流ＩＸ₁〜ＩＹ₂をも
とに、ヨーク１に対するヨーク２の位置を検出するため
の位置検出回路の構成の一例を示すブロック図である。
図５に示すように、この位置検出回路は、ｘ方向位置検
出回路２１ａおよびｙ方向位置検出回路２１ｂを有して
いる。ｘ方向位置検出回路２１ａには、位置検出センサ
６の電極１３ａ，１３ｂからの光電流ＩＸ₁，ＩＸ₂が
入力され、ｙ方向位置検出回路２１ｂには、位置検出セ
ンサ６の電極１３ｃ，１３ｄからの光電流ＩＹ₁，ＩＹ
₂が入力される。

【００３３】ｘ方向位置検出回路２１ａにおいては、電
流電圧変換回路２２ａ，２２ｂにより、入力された光電
流ＩＸ₁，ＩＸ₂がそれぞれ対応した電圧ＶＸ₁，ＶＸ
₂に変換される。ここで、光電流ＩＸ₁，ＩＸ₂は、正
味の光電流成分に加えて暗電流成分を含んでいる。この
ため、これらの光電流ＩＸ₁，ＩＸ₂に対応した電圧Ｖ
Ｘ₁，ＶＸ₂は加算器２３ａ，２３ｂに供給され、暗電
流成分に対応したオフセット電圧ＶＥ₁，ＶＥ₂が差し
引かれる。加算器２３ａにおいて暗電流補償が行われた
電圧ＶＸ₁は、加算器２４ａの一方の入力に供給される
とともに、その極性を反転させて加算器２４ｂの一方の
入力に供給される。また、加算器２３ｂにおいて暗電流
補償が行われた電圧ＶＸ₂は、加算器２４ａの他方の入
力に供給されるとともに、加算器２４ｂの他方の入力に
供給される。これらの加算器２４ａ，２４ｂの出力は割
り算回路２５に供給され、割り算回路２５において加算
器２４ｂの出力が加算器２４ａの出力で除算される。こ
の結果、割り算回路２５から点Ｐのｘ座標に対応した信
号ＶＥＲＸが出力される。

【００３４】ｙ方向位置検出回路２１ｂは、ｘ方向位置
検出回路２１ａと同様に構成されている。したがって、
ｙ方向位置検出回路２１ｂに入力された光電流ＩＹ₁，
ＩＹ₂は、ｘ方向位置検出回路２１ａにおけると同様な
処理が施され、その結果、点Ｐのｙ座標に対応した信号
ＶＥＲＹが出力される。以上のように、点Ｐの位置座標
（ｘ，ｙ）、すなわち、ヨーク１に対するヨーク２の位
置が検出される。

【００３５】実際には、この平面駆動アクチュエータ
は、ヨーク２は、ヨーク１に対してｘ軸方向およびｙ軸
方向に並進移動するだけでなく、任意の位置においてヨ
ーク２の中心（原点Ｏ₂）の回りにθ方向に回転する。
したがって、この平面駆動アクチュエータにおいては、
２組の位置検出センサ６および光源７を用いることによ
り、ヨーク２のヨーク１に対する位置を、ｘ軸方向、ｙ
軸方向およびθ方向の３軸方向で検出している。

【００３６】図６は、ヨーク２の、ヨーク１に対するｘ
軸方向およびｙ軸方向への並進移動と、任意の位置にお
けるヨーク２の中心（原点Ｏ₂）の回りでのθ方向への
回転移動を制御するためのサーボ回路の一例を示すブロ
ック図である。図６に示すように、このサーボ回路にお
いては、アライメントに必要なｘ軸方向、ｙ軸方向およ
びθ方向の位置データＳＸ，ＳＹ，Ｓθが供給されるサ
ーボ信号発生回路３１を有している。

【００３７】このサーボ信号発生回路３１は、位置デー
タＳＸ，ＳＹ，Ｓθに従ってヨーク２を駆動させるため
に、ヨーク２の下面に設けられた４つのコイル５に対し
て供給する電流ｉの向きを制御している。また、このサ
ーボ信号発生回路３１には、ヨーク１に対するヨーク２
の位置の情報を示す２つの位置検出センサ６の出力が、
それぞれｘ方向位置検出回路２１ａおよびｙ方向位置検
出回路２１ｂを介して供給され、ヨーク２のｘ軸方向、
ｙ軸方向およびθ方向の３軸方向の位置を示す情報がフ
ィードバックされている。これにより、アライメントに
必要な位置データＳＸ，ＳＹ，Ｓθに対応して、ヨーク
２のｘ軸方向、ｙ軸方向およびθ方向の３軸方向への駆
動が制御され、ヨーク１に対するヨーク２の位置決めが
行われる。

【００３８】上述のように構成されたこの平面駆動アク
チュエータによれば、次のような効果を得ることができ
る。すなわち、２つの磁性体からなるヨーク１およびヨ
ーク２に対して、ヨーク１の上面にその中心（原点
Ｏ₁）に対して線対称に磁石４を配置し、ヨーク２の下
面にその中心（原点Ｏ₂）に対して線対称にコイル５を
配置することにより、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびθ軸方
向の３軸方向に駆動可能な平面アクチュエータを実現す
ることができる。したがって、３つの一軸駆動ユニット
を組み合わせた従来の平面駆動アクチュエータに比べ
て、装置を小型化、薄型化、かつ、低コスト化すること
ができる。

【００３９】また、ヨーク１およびヨーク２は正方形状
の平面形状を有し、これらのヨーク１およびヨーク２
に、それぞれの中心Ｏ₁，Ｏ₂に対して線対称に磁石４
およびコイル５が設けられていることから、機構がシン
メトリーとなり各軸方向に対して共通のゲイン特性が得
られる。このため、従来の平面駆動アクチュエータのよ
うに、各軸方向に対してゲインの調整を行う必要がない
ので、設計が容易である。

【００４０】さらに、フレミングの左手の法則に従った
駆動力Ｆにより、ヨーク１に対してヨーク２を駆動して
いるので、従来の平面駆動アクチュエータのような摺動
部がない。このため、摺動部での発塵がなくなるので、
クリーンな環境での使用に適している。また、従来の平
面駆動アクチュエータのように減速機構が不要であるの
で、サブミクロンオーダの高精度位置決めを高速に行う
ことができる。

【００４１】以上この発明の一実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定さ
れるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種
の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態におい
て挙げた数値、構造などはあくまで例にすぎず、これに
限定されるものではない。また、上述の一実施形態にお
いて、ヨーク１およびヨーク２の形状は正方形以外の形
状、具体的には、例えば円形であってもよい。また、ヨ
ーク１およびヨーク２は互いに異なる形状であってもよ
い。

【００４２】また、上述の一実施形態において、磁石４
は電磁石であってもよい。また、磁石４の上側に向けら
れた磁極のパターンは、図３に示したパターン以外であ
ってもよい。具体的には、例えば、図３に示したパター
ンと極性が逆転したパターンであってもよい。また、磁
石４およびコイル５の平面形状は、正方形以外であって
もよい。

【００４３】また、上述の一実施形態においては、ヨー
ク１の上面に対してその中心を原点Ｏ₁とする直交座標
系が定められ、原点Ｏ₁に対して線対称に磁石４が配置
されているが、これは、ヨーク１の上面の中心以外の点
を原点Ｏ₁とする直交座標系を定めて磁石４を配置して
もよい。ヨーク２についても同様である。具体的には、
例えば、ヨーク２の厚さが不均一で中心と重心とが一致
しない場合には、ヨーク２の下面の重心を原点Ｏ₂とす
る直交座標系を定めてもよい。

【００４４】また、上述の一実施形態においては、ヨー
ク１に対するヨーク２の駆動方向をｘ軸方向およびｙ軸
方向の２軸方向に限定することも、あるいは、ｘ軸方向
またはｙ軸方向のいずれか１軸方向に限定することも可
能である。

【００４５】また、上述の一実施形態においては、ヨー
ク１の上面に位置検出センサ６が設けられ、ヨーク２の
上面に光源７が設けられているが、ヨーク１の上面に光
源７を設け、ヨーク２の下面に位置検出センサ６を設け
てもよい。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、装置全体の小型化および低コスト化を図ることがで
きるとともに、クリーンな環境でも使用することがで
き、かつ、サブミクロンオーダでの高精度の位置決めを
高速で行うことができる平面駆動アクチュエータを実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態による平面駆動アクチ
ュエータを示す平面図および断面図である。

【図２】この発明の一実施形態による平面駆動アクチ
ュエータの上部のヨークを示す斜視図である。

【図３】この発明の一実施形態による平面駆動アクチ
ュエータの下部のヨークを示す斜視図である。

【図４】この発明の一実施形態による平面駆動アクチ
ュエータに用いられる位置検出センサ６を示す平面図お
よび断面図である。

【図５】この発明の一実施形態による平面駆動アクチ
ュエータにおいて、ヨーク１に対するヨーク２の位置を
検出するための位置検出回路の一例を示すブロック図で
ある。

【図６】この発明の一実施形態による平面駆動アクチ
ュエータにおいて、ヨーク２の駆動を制御するためのサ
ーボ回路の一例を示すブロック図である。

【図７】従来のｘｙステージを示す斜視図である。

【図８】従来の平面駆動アクチュエータを示す側面図
である。

【符号の説明】

１，２・・・ヨーク、３・・・ボールベアリング、４・
・・磁石、５・・・コイル、６・・・位置検出センサ、
７・・・光源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ磁性体からなり、かつ、互いに
ほぼ平行に相対的に移動可能に設けられた第１の平板お
よび第２の平板と、上記第１の平板の上記第２の平板と対向する側の第１の
主面に、この第１の主面の第１の基準点に対して線対称
に設けられた複数の磁石と、上記第２の平板の上記第１の平板と対向する側の第２の
主面に、この第２の主面の第２の基準点に対して線対称
に設けられた複数のコイルとを有することを特徴とする
平面駆動アクチュエータ。
【請求項２】上記第１の基準点は上記第１の平板の上
記第１の主面の中心であり、上記第２の基準点は上記第
２の平板の上記第２の主面の中心であることを特徴とす
る請求項１記載の平面駆動アクチュエータ。
【請求項３】上記複数の磁石は、十字状の磁気回路が
構成されるように十字形に配置された磁石の組を複数構
成することを特徴とする請求項１記載の平面駆動アクチ
ュエータ。
【請求項４】複数の上記十字状の磁気回路が上記第１
の基準点に対して線対称に配置されていることを特徴と
する請求項３記載の平面駆動アクチュエータ。
【請求項５】上記第１の主面に設けられた上記複数の
十字形に配置された磁石の組の配置パターンと、上記第
２の主面に設けられた上記複数のコイルの配置パターン
とは、ほぼ同一であることを特徴とする請求項３記載の
平面駆動アクチュエータ。
【請求項６】上記複数のコイルは上記複数の十字状の
磁気回路と鎖交することを特徴とする請求項５記載の平
面駆動アクチュエータ。
【請求項７】上記第１の平板に対する上記第２の平板
の位置を検出するための位置検出手段を有することを特
徴とする請求項１記載の平面駆動アクチュエータ。
【請求項８】複数の上記位置検出手段を有することを
特徴とする請求項７記載の平面駆動アクチュエータ。
【請求項９】上記位置検出手段は、上記第１の平板ま
たは上記第２の平板のいずれか一方に設けられた受光素
子と、他方に設けられた光源とを有することを特徴とす
る請求項７記載の平面駆動アクチュエータ。
【請求項１０】複数の上記受光素子が上記第１の平板
に上記第１の基準点に対して対称に設けられ、複数の上
記光源が上記第２の平板に上記第２の基準点に対して対
称に設けられていることを特徴とする請求項９記載の平
面駆動アクチュエータ。