JPS62187912A - Fine positioning device - Google Patents

Fine positioning device

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JPS62187912A
JPS62187912A JP2898486A JP2898486A JPS62187912A JP S62187912 A JPS62187912 A JP S62187912A JP 2898486 A JP2898486 A JP 2898486A JP 2898486 A JP2898486 A JP 2898486A JP S62187912 A JPS62187912 A JP S62187912A
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displacement
parallel
rigid body
rigid
positioning device
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健 村上
Kozo Ono
耕三 小野
Kojiro Ogata
緒方 浩二郎
Kiyoshi Nagasawa
潔 長澤
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/34Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
    • B23Q1/36Springs

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To execute the fine positioning of a center rigid part by coupling the center rigid part with rigid parts on both the sides through respective flexible beam groups and bending said flexible beam groups. CONSTITUTION:Piezo-electric actuators 19a, 19b exist between the rigid parts 15a, 15b on both the sides and the center rigid part 15c and are fixed on projection parts 18a-18c projected from the rigid parts 15a-15c. The position of the center rigid part 15c is changed by impressing an optional voltage. The rigid parts 15a, 15b on both the sides are coupled with the center rigid part 15c through parallel flexible beam part 15c through parallel flexible beams 16a, 16a', 16b, 16b' and the change of the position of the center rigid part 15c deforms the parallel flexible beams 16a, 16a', 16b, 16b' and the change is detected by strain gauges 21a-21h.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体製造装置、電子顕微鏡等のBmオーダ
ーの、調節を必要とする装置に使用される微細位(a決
め装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a fine position (a) determining device used in devices that require adjustment on the order of Bm, such as semiconductor manufacturing equipment and electron microscopes.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、各種技術分野においては、μmオーダーの微細な
変位が可能である装置が要望されている。
In recent years, in various technical fields, there has been a demand for devices capable of fine displacement on the order of μm.

その典型的な例がLSI(大規摸集積回路)、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。
Typical examples are LSI (large scale integrated circuit) and very large scale integrated circuit (LSI).
semiconductor manufacturing equipment such as mask aligners and electron beam lithography equipment used in the manufacturing process.

これらの装置においては、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っ
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#細な位置決めは上記半導体装置に
限らず、電子帽I櫃をはじめとするl!71の高倍率光
学装置等においても必要であり、そのn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。
These devices require fine positioning on the order of μm, and as the positioning accuracy improves, the degree of integration also increases, making it possible to manufacture high-performance products. Such fine positioning is not limited to the above-mentioned semiconductor devices, but also includes electronic caps and other devices. It is also necessary for 71 high magnification optical devices, etc., and by improving the n degree,
It will also greatly contribute to the development of advanced technologies such as biotechnology and space exploration.

従来、このような微細位置決め装置〃は、例えば「機械
設計」誌、第27巻第1号(1983年1月号)の第3
2頁乃至8g36頁に示されるようなC4々の型のもの
が提案さnている。これらのうち、特に面倒な変位縮小
機構が不要であり、かつ、構成が簡単である点で、平行
ばねと微動アクチュエータを用いた型の微細位置決め装
置が最も優れていると考えられるので、以下、これを図
に基づいて説明する。
Conventionally, such a fine positioning device has been described, for example, in "Mechanical Design" magazine, Vol. 27, No. 1 (January 1983 issue), No. 3.
C4 types as shown on pages 2 to 8 and 36 have been proposed. Among these, a type of fine positioning device using a parallel spring and a fine movement actuator is considered to be the most superior in that it does not require a particularly troublesome displacement reduction mechanism and has a simple configuration. This will be explained based on the diagram.

2F 6図は従来の微細位i道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 
、 21)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lと微1助テーブル3との間に35架さ
れたe、勅アクチェータである。
Figure 2F6 is a side view of a conventional fine positioning device. In the figure, 1 is a support base, 2a and 2b are plate-shaped parallel springs fixed parallel to each other on the support base 1, and 3 is a parallel spring 2a.
, 21) A highly rigid fine movement table fixed above. Reference numeral 4 denotes a rotary actuator e, which is suspended between the support stand l and the fine support table 3.

この1吸動アクチユエータ4には、圧成素子、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、倣動
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。
This single suction actuator 4 uses a compression element, an electromagnetic solenoid, etc., and by exciting this, a force is applied to the following table 3 in the X-axis direction of the coordinate axis shown in the figure.

ここで、平行ばね2a 、2bはその構造上、X神方向
の剛性は低く、これに対して2軸方向、y軸方向(紙面
に垂直な方向)の剛性が高いので、微動アクチュエータ
4が励起されると、平行ばね2a 、2bがたわみ微動
テーブル3はほぼX軸方向°にのみ変位し、他方向の変
位は小さく抑えることができる。したがって、微動テー
ブル3上に位置決め対象物体を載置しておけば、微動ア
クチュエータ4の励起の度合いに応じてxm方向に任意
の微小変位を得ることができる。
Here, due to their structure, the parallel springs 2a and 2b have low rigidity in the Then, the parallel springs 2a and 2b are deflected, and the fine movement table 3 is displaced almost only in the X-axis direction, and displacement in other directions can be kept small. Therefore, if the object to be positioned is placed on the fine movement table 3, arbitrary minute displacements can be obtained in the xm direction depending on the degree of excitation of the fine movement actuator 4.

〔発明がw4決しようとする問題点〕 ところで、位置決め装置における変位は、単に一方向の
みの変位ではなく、多方向の変位を要することが多く、
又、ある面に平行な変位(並進変位)だけでなくある軸
のまわりに回転させる回転変位を要求されることも多い
。しかしなから、上記従来の位置決め装置では一方向(
X軸方向)の並進変位のみが可能であり、他方向の並進
変位はできない。もつとも、この位置決め装置に基づき
、これを2段又は3段積重ねて他方向(y軸、zM力方
向の並進変位を得るようにすることは一応想定できるこ
とではある。しρ)し、そのように構成したとしても、
依然として回転変位を得ることは不可能である。
[Problems that the invention attempts to resolve] By the way, displacement in a positioning device often requires displacement in multiple directions, not just in one direction.
Furthermore, not only displacement parallel to a certain plane (translational displacement) but also rotational displacement around a certain axis is often required. However, the above conventional positioning device only works in one direction (
Only translational displacement in the X-axis direction is possible, and translational displacement in other directions is not possible. However, based on this positioning device, it is possible to stack them in two or three stages to obtain translational displacement in other directions (y-axis, zM force direction, ρ). Even if you configure
It is still not possible to obtain rotational displacement.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
その目的は、上記従来技術の欠点を除き、簡単な構造で
並進変位と回転変位のいずれをも行なうことができる微
細位置決め装置を提供するにある。
The present invention was made in view of these circumstances, and
The object is to provide a fine positioning device which can perform both translational displacement and rotational displacement with a simple structure, while eliminating the drawbacks of the prior art described above.

〔問題点を解決するだめの手段〕[Failure to solve the problem]

上記の目的を達成する丸め、本発明は、中央の剛体部と
、この剛体部の両側に対して対向する対向部を有する池
の剛体部と、対向部と中央の剛体部とを連結するたわみ
梁群と、これら各たわみ梁群のたわみ梁に曲げ変形を生
じさせる各アクチュエータと、これら各7クテユエータ
をそれぞれ独立して駆動することができる駆動装置とを
備えたことを特徴とする。
To achieve the above object, the present invention provides a rigid body part of the pond having a central rigid body part, opposing parts opposite to each side of this rigid body part, and a flexible body connecting the facing part and the central rigid body part. The present invention is characterized by comprising a group of beams, actuators that cause bending deformation in the flexible beams of each group of flexible beams, and a drive device that can independently drive each of these seven actuators.

〔作用〕[Effect]

駆動装置により、各たわみ梁群のたわみ梁に同一の曲げ
変形な生せしめると、中央の剛体部は並進変位せしめら
れる。これに対して、駆動装置により、各たわみ梁群の
たわみ梁に異なる曲げ変形な生ぜしめると、中央の剛体
部は回転変位せしめられる。
When the drive device causes the flexible beams of each group of flexible beams to undergo the same bending deformation, the central rigid body portion is translated. On the other hand, when the drive device causes the flexible beams of each group of flexible beams to undergo different bending deformations, the central rigid body portion is rotationally displaced.

〔実施例〕〔Example〕

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

第1図は本発明の第1の実施例に係る微細位置決め装置
mの側面図である。図で15 a * 15 b +1
5cはそれぞれ図で左、右、中央に存在する剛体部であ
る。剛体部15cは変位対象物体を載置する微動テーブ
ルとなる。16 fi 、 16 @’はそれぞれ剛体
部15 a 、 15 cの間にこれらと一体に形成さ
れ、かつ、互いに平行である平板状の平行たわみ梁であ
り、又、16 b 、 16 b’はそれぞれ剛体部1
5b、15cの間にこれらと一体に形成され、かつ、互
いに平行である平板状の平行たわみ梁である。17a、
17bはそれぞれ平行たわみ梁16 a 、 16 a
’およびコト行たわみ梁16b。
FIG. 1 is a side view of a fine positioning device m according to a first embodiment of the present invention. In the figure 15 a * 15 b +1
Reference numerals 5c are rigid body parts located on the left, right, and center in the figure, respectively. The rigid body portion 15c serves as a fine movement table on which the object to be displaced is placed. 16 fi and 16 @' are plate-shaped parallel flexible beams that are formed integrally with the rigid body parts 15 a and 15 c, respectively, and are parallel to each other, and 16 b and 16 b' are respectively Rigid body part 1
It is a flat parallel flexible beam that is formed between 5b and 15c and is parallel to each other. 17a,
17b are parallel flexible beams 16a, 16a, respectively.
' and Koto row deflection beam 16b.

16b′と各剛体部とを一体形成するために生じた貫通
孔を示す。18aは剛体部15aから貫通孔17aに突
出する突出部、18c、は剛体部15cから貫通孔17
aに突出する突出部であり、これら突出部18 a +
 18 clは互いに図の縦方向において、間隔を有し
て重なっている。同じく18bは剛体部15bから貫通
孔17bに突出する突出部、18 asは剛体部15c
から貫通孔17bに突出する突出部であり、これら突出
部18b、18c+は、突出部18 a 、 18 c
、と同様の関係にある。
The through holes formed for integrally forming 16b' and each rigid body part are shown. 18a is a protrusion that protrudes from the rigid body part 15a to the through hole 17a, and 18c is a protrusion that protrudes from the rigid body part 15c to the through hole 17.
These protrusions 18 a +
18 cl overlap each other with a gap in the vertical direction of the figure. Similarly, 18b is a protrusion projecting from the rigid body part 15b to the through hole 17b, and 18 as is a rigid body part 15c.
These protrusions 18b and 18c+ are protrusions 18a and 18c that protrude from the through hole 17b.
, has a similar relationship.

19aは突出部18aと突出部18 c、どの間圧固定
された圧電素子を積層した圧電アクチュエータ、19b
は突出部18bと突出部18C8との間に固定された圧
電アクチュエータ19aと同じ圧′閤アクチュエータで
ある。圧電アクチュエータ19aは平行たわみ梁16 
a 、 16 a’の面に垂1亘な方向の力を発生し、
それらに曲げ変形を生ぜしめ、又、圧電アクチュエータ
19bは平行たわみ梁16b。
19a is a piezoelectric actuator in which a piezoelectric element having a fixed pressure is laminated between a protrusion 18a and a protrusion 18c; 19b;
is the same pressure actuator as the piezoelectric actuator 19a fixed between the protrusion 18b and the protrusion 18C8. The piezoelectric actuator 19a is a parallel flexible beam 16
a, 16 Generate a force in the direction perpendicular to the plane of a',
The piezoelectric actuator 19b also causes a bending deformation in the parallel flexible beam 16b.

16 b’の面に垂IKな方向の力を発生し、それらに
曲げ変形を生ぜしめる。20は剛体部15a、15bを
互いに剛に連結する他の剛体肩造である。21a〜21
hは平行たわみ梁16a、16a’、16b、16b’
の歪を検出するストレンゲージであり、平行たわみ梁1
6 a 、 16 a’と剛体部15a、15cとの連
結部分、および平行たわみ梁16 b 、 161)’
と剛体部15b、15cとの連結部分に設けられている
。22aは圧電アクチュエータ19aK任意のiJt圧
を印加することかできる電源、22bは圧1(エアクチ
ュエータ19bに任意の電圧を印加することができる眠
源?示す。
A force in the direction perpendicular to IK is generated on the plane of 16b', causing bending deformation in them. 20 is another rigid shoulder structure that rigidly connects the rigid body parts 15a and 15b to each other. 21a-21
h are parallel flexible beams 16a, 16a', 16b, 16b'
It is a strain gauge that detects the strain of a parallel flexible beam 1.
6 a, 16 a' and the connecting portions of the rigid body parts 15 a, 15 c, and the parallel flexible beams 16 b, 161)'
and the rigid body portions 15b and 15c. 22a is a power supply capable of applying an arbitrary iJt pressure to the piezoelectric actuator 19a, and 22b is a pressure source capable of applying an arbitrary voltage to the air actuator 19b.

上記の構成において、剛体部15a、15c。In the above configuration, the rigid body portions 15a, 15c.

平行たわみ梁16 a 、 16 a′、突出部18a
、18c+および圧電アクチュエータ19aにより一層
の平行たわ与梁変位機構23 a fJ’−嘴、戎さj
4t、又、剛体部15b、15c、平行たわみ梁16 
b 、 16 b’、突出fJ’ l 8 b 、18
 cs 、および圧′心アクチュエータ19bにより他
方の平行たわみ梁変位機購231)が構成されている。
Parallel flexible beams 16a, 16a', protrusion 18a
, 18c+ and the piezoelectric actuator 19a, the beam displacement mechanism 23 a fJ'-beak, bursa j
4t, rigid body parts 15b, 15c, parallel flexible beam 16
b, 16 b', protruding fJ' l 8 b, 18
cs and the pressure center actuator 19b constitute the other parallel deflection beam displacement machine 231).

そして、平行たわみ梁変位機構23b(23a)は、平
行たわみ116a、16a’(16b、16b’)が構
成する十囲に直交する面に関して平行たわみ梁変位mf
#23a(23b)と面対称の関係にある。Kは両平行
たわみ梁変位機構23a 、23bを面対称の1″A係
とする面(基準面)を示す。
The parallel deflection beam displacement mechanism 23b (23a) then displaces the parallel deflection beam mf with respect to a plane perpendicular to the tenth circle formed by the parallel deflections 116a, 16a' (16b, 16b').
It has a plane symmetrical relationship with #23a (23b). K indicates a plane (reference plane) on which the parallel deflection beam displacement mechanisms 23a and 23b are symmetrical with respect to 1''A.

次に、本実施例における並進変位の動作を第2図を参照
しながら説明する。第2図は72進変位後の微細位置決
め装置の側面図である。ここで、座標軸を図示のように
定める(y軸は紙面に垂直なきさのzII11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23aに生じる変位に
ついて考える。
Next, the translational displacement operation in this embodiment will be explained with reference to FIG. FIG. 2 is a side view of the fine positioning device after the 72-ary displacement. Here, the coordinate axes are determined as shown in the figure (the y-axis generates a force f in the zII11 direction that is perpendicular to the plane of the paper. At this time, the displacement generated in one of the parallel deflection beam displacement mechanisms, for example, the parallel deflection beam displacement mechanism 23a) think about.

圧電アクチュエータ19aKt圧が印加されることによ
り、剛体部15cは力fにより2軸方向に押圧されるこ
とになる。このため、平行たわみ梁16 a 、 16
 B’はi6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15cはZ軸方向に変位す
る。同じく、他方の平行たわみ梁変位機構23bも圧電
アクチュエータ19bK電圧が印加されることにより同
一の変位を生じる。
By applying the Kt pressure to the piezoelectric actuator 19a, the rigid body portion 15c is pressed in two axial directions by a force f. For this reason, the parallel flexible beams 16a, 16
B' undergoes bending deformation in the same way as the parallel springs 2a and 2b shown in Figure i6, and the rigid body portion 15c is displaced in the Z-axis direction. Similarly, the other parallel deflection beam displacement mechanism 23b also produces the same displacement by applying the voltage to the piezoelectric actuator 19bK.

この結果、剛体部15cはz i(B方向のみの並進変
位εを生じる。
As a result, the rigid body portion 15c generates a translational displacement ε only in the direction z i (B).

又、上記のように、平行たわみ梁16a、16a’。Also, as mentioned above, parallel flexible beams 16a, 16a'.

16b、16b’か伸長してたわむと、ストレンゲージ
21a〜21hのそれぞれには、その配■a1立1トデ
により圧縮歪および伸長歪を生じる。そこで、この歪を
ストレンゲージ21a〜21hで検出し、この検出値に
基づき圧電アクチュエータ19a。
When the strain gauges 16b and 16b' are expanded and bent, compressive strain and expansion strain are generated in each of the strain gauges 21a to 21h due to their arrangement. Therefore, this strain is detected by the strain gauges 21a to 21h, and the piezoelectric actuator 19a is actuated based on the detected value.

19bの印加電圧を制御する、いわゆるフィードバック
制御基を構成すれば、より一層正確な変位CをイOるこ
とかできる。r41ち、上記各ストレンゲージ21a〜
21hをブリッジ回路に組み込んで検出した歪を電気1
g号として取り出しく変位εは歪と正確に比例する)、
これを比校fAg部に、b−いてL」像変位に相当する
信号と比較して両者の差信号を算出し、この差信号に基
づいて当該差46号がOになるように圧’lljアクチ
ュエータ19a、19bを制御jaずればよい。
If a so-called feedback control group is configured to control the voltage applied to 19b, even more accurate displacement C can be obtained. r41, each of the above strain gauges 21a~
The distortion detected by incorporating 21h into the bridge circuit is
The displacement ε extracted as g is exactly proportional to the strain),
This is sent to the ratio fAg section, and a difference signal between the two is calculated by comparing it with a signal corresponding to the image displacement of "b" and "L". Based on this difference signal, the pressure is set so that the difference No. 46 becomes O Control of the actuators 19a and 19b may be shifted.

第3図(a)は上記ブリッジ回路の回路図、第3図(b
)はブリッジ回路の出力付性図である。第2図に示す並
値変位が生じたとぎ、ストレンゲージ21a。
Figure 3(a) is a circuit diagram of the bridge circuit, Figure 3(b)
) is an output diagram of the bridge circuit. When the average displacement shown in FIG. 2 occurs, the strain gauge 21a.

21 (lは縮みを生じ、その+>1抗値を減少する。21 (l causes shrinkage and reduces its +>1 anti-value.

逆にストレンゲージ21b、21cは伸長してその抵抗
値を増力【1する。そこで、第3図(a)にクモずよう
にブリッジ回路を構成すれば、′&11に応じた出力′
r?j IE Vを得ることができる。この出力電圧V
の特性を第3図(b)に示す。図から19」らかなよう
に、出力電圧Vは変位量εに比例する。この検出電圧■
に暴づいてフィードバック制御を行なえば、希蹟する正
確な並進変位を得ることができる。
Conversely, the strain gauges 21b and 21c expand to increase their resistance value by [1]. Therefore, if a bridge circuit is constructed like a spider in Figure 3(a), the output according to '&11' will be
r? j IE V can be obtained. This output voltage V
The characteristics are shown in FIG. 3(b). As is clear from the figure, the output voltage V is proportional to the displacement amount ε. This detection voltage
By performing feedback control based on this information, it is possible to obtain extremely accurate translational displacement.

圧電アクチュエータ19a、19bに印カロされている
電圧が除かれると、各平行たわみ”41!’16af1
6a’、16b、16b’は変形前の状態に復帰し、変
位はOとなる。
When the voltage applied to the piezoelectric actuators 19a and 19b is removed, each parallel deflection "41! '16af1
6a', 16b, and 16b' return to the state before deformation, and the displacement becomes O.

次に、本実盾−トにおける回転変位の動作を第4図を参
照しながら説明する。第4図は回転変位後の微細位1讃
決め装置の1tlll而図である。ここで、座標軸を第
2図に示す1$、標軸と1げj様に定める。合、’Et
源22a 、22bにより、圧電アクチュエータ19、
にある値の電圧E:aを印加し、同時に圧′成アクチュ
エータx9bKKt圧Eaより大きな値の電圧abを印
加する。この@会、各平行たわみ梁変位機構23a、2
3bにはそれぞれ前述のような動作により並進変位を生
じるが、その変位量は平行たわみ宋変位磯構23bの方
が大きく、平行たわみ梁変位模$ 23 aの方が小さ
いので、剛体部15cは、その中心を進るy +nt+
方四の鴫のまわりに回動せしめられ、回転変位θン生じ
る。
Next, the operation of rotational displacement in the actual shield will be explained with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram of the fine position determining device after rotational displacement. Here, the coordinate axes are set to be 1$, the standard axis, and 1gej as shown in FIG. 'Et
The piezoelectric actuators 19,
A voltage E:a having a certain value is applied to the pressure forming actuator x9bKKt, and at the same time, a voltage ab having a value larger than the pressure Ea is applied to the pressure forming actuator x9bKKt. In this @ meeting, each parallel deflection beam displacement mechanism 23a, 2
3b, a translational displacement is generated by the above-mentioned operation, but the amount of displacement is larger in the parallel deflection Song displacement rock structure 23b and smaller in the parallel deflection beam displacement model $23a, so the rigid body portion 15c is , y +nt+ moving through its center
It is rotated around the four sides, producing a rotational displacement θ.

なお、第4図においては、回転変位θを誇張して図示し
たため、圧電アクチュエータ19a、19bに曲げ力が
加わっているようにみえるが、実際の回転変位は、10
0=1000μrad’eii7&テア6(Qテ、1’
): r’、、lアクチュエータ19a、19bの強度
の問題は全く生じない。
In addition, in FIG. 4, since the rotational displacement θ is exaggerated, it appears that bending force is applied to the piezoelectric actuators 19a and 19b, but the actual rotational displacement is 10
0=1000μrad'eii7&tea6(Qte,1'
): r', , l There is no problem with the strength of the actuators 19a, 19b.

このような回転変位においても、当然、ストレンゲージ
を用いたフィードバック制御が可(fMである。これを
第5図(a) 、 (b)に示す。第5図(a)はブリ
ッジ回路の回路図、第5図(b)はブリッジ回路の出力
lF!F性図である。第4図に示す回転変位において、
各平行たわみ梁16a、16a’、16b、16b’に
は、並進に伴う曲げ変形と回転に伴う変形が同時に生じ
ている。そこで、この場合のブリッジ回路は、並進に伴
う曲げ変形?キャンセルし、回転に伴う変形のみをとり
出すことができるブリッジ回路としなければならない。
Naturally, feedback control using a strain gauge is also possible for such rotational displacement (fM). This is shown in Figures 5(a) and (b). Figure 5(a) shows the circuit of the bridge circuit. Figure 5(b) shows the output lF!F characteristic diagram of the bridge circuit.At the rotational displacement shown in Fig. 4,
Bending deformation due to translation and deformation due to rotation occur simultaneously in each parallel flexible beam 16a, 16a', 16b, 16b'. So, in this case, does the bridge circuit undergo bending deformation due to translation? A bridge circuit must be used that can cancel out the deformation caused by rotation and extract only the deformation caused by rotation.

並進に伴う曲げ変形は、ストレンゲージ21e、21h
を伸長せしめ、その伸長叶は等しい。仁れに反し、回転
に伴う変形は、ストレンゲージ21eを縮め、ストレン
ゲージ21hを伸長せしめる。又、並進に伴う曲げ変形
は、ストレンゲージ21f、21gを縮め、これに反し
、回転に伴う変形は、ストレンゲージ2 Ifを伸長せ
しめ、ストレンゲージ21gを縮める。
Bending deformation due to translation is caused by strain gauges 21e and 21h.
, and the extension leaves are equal. Contrary to the bending, deformation due to rotation causes the strain gauge 21e to contract and the strain gauge 21h to expand. Further, the bending deformation caused by the translation causes the strain gauges 21f and 21g to contract, whereas the deformation caused by the rotation causes the strain gauge 2 If to expand and the strain gauge 21g to contract.

したがって、第5図(a) K示すようにブリッジ回路
を構成すれば、回転変位量θに応じた出カ慰圧Vを得る
ことができる。出力゛直圧Vは第5図(b)に示すよう
に回転変位量に比例する。この検出電圧Vに基づいてフ
ィードバック制御を行なえば、希望する正確な回転変位
を得ることかでざる。
Therefore, by configuring the bridge circuit as shown in FIG. 5(a) K, it is possible to obtain the output pressure V in accordance with the amount of rotational displacement θ. The output ``direct pressure V'' is proportional to the amount of rotational displacement as shown in FIG. 5(b). If feedback control is performed based on this detected voltage V, it is possible to obtain the desired accurate rotational displacement.

圧電アクチュエータ19a、19bK印加されているべ
圧が除かれると、各平行たわみi 16 a。
When the pressure applied to the piezoelectric actuators 19a, 19bK is removed, each parallel deflection i 16 a.

16a’、16b、16b’は変形前の状態に復帰し、
変位はOとなる。
16a', 16b, 16b' return to the state before deformation,
The displacement becomes O.

なお、上記の説明とは逆に、圧iM、アクチュエータ1
9a[印加する/[[を圧電fクテユエータlう)bに
印加するIll圧より大きくすると、逆向き(図で時計
方向)の回転変位を得ることができるのは明らかである
。又、回転変位110は圧ペアクチュエータ19 g 
、 191)に印加されろ電圧Ea 、 Eb J)差
に応じた値となる。
Note that, contrary to the above explanation, the pressure iM, the actuator 1
It is clear that if the Ill pressure applied to the piezoelectric actuator b is greater than the Ill pressure applied to the piezoelectric actuator b, a rotational displacement in the opposite direction (clockwise in the figure) can be obtained. Also, the rotational displacement 110 is determined by the pressure actuator 19 g
, 191) has a value corresponding to the difference between the voltages Ea, Eb and J).

このよ1m、本実施例では、対称に設けられた平行たわ
み梁変位機構忙おける圧電アクチュエータのそれぞれて
任意の電圧な印加できる電源を接続したので、並進変位
と回転変位の両方を得ることができる。又、全体構造は
1つの剛体ブロックに真通孔を形成するのみで構成でき
るので、構造が簡単であり、がっ、製造が容易である。
In this example, a power source that can apply any voltage is connected to each of the piezoelectric actuators in the parallel flexible beam displacement mechanism installed symmetrically, so that both translational displacement and rotational displacement can be obtained. . Further, since the entire structure can be constructed by simply forming a through hole in one rigid block, the structure is simple and manufacturing is easy.

さらに、圧電アクチュエータは、剛体部と平行たわみ梁
とで形成される領域内に装架されるので、全体を小M 
Vc +tl成することかできる。又、ストレングージ
を用いてフィードバック制御を行なうようにしたの゛乙
位社決め精度を大幅に向上せしめることができる。
Furthermore, since the piezoelectric actuator is mounted within the area formed by the rigid body part and the parallel flexible beam, the entire piezoelectric actuator has a small M
Vc +tl can be formed. In addition, the accuracy of position determination can be greatly improved by performing feedback control using a strong gear.

なお、上記実施例の説明では、1軸力向の並進変位とl
軸まわりの回転変位を1!Jることかでさる装置につい
て述べたが、この装置を適宜に3つ積み重ねれば、3軸
方向の並進変位と31iull−,4ゎりの回転変位を
得ることがでさるのは明らかである。
In addition, in the description of the above embodiment, the translational displacement in the uniaxial force direction and l
The rotational displacement around the axis is 1! Although the above-mentioned device has been described above, it is clear that if three of these devices are appropriately stacked, it is possible to obtain translational displacement in three axial directions and rotational displacement of 31 ull-.4 degrees.

又、ストレンゲージは必ずしも必要ではない。さらに、
アクチュエータは圧電アクチュエータに限ることはなく
、他のアクチュエータを使用してもよい。
Also, a strain gauge is not necessarily required. moreover,
The actuator is not limited to a piezoelectric actuator, and other actuators may be used.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたよ5Vc、本5A施例では、中火の1ail
1体とその両側の剛体を複数の平行たわみ梁で連結し、
これら平行たわみ梁を変形せしめるアクチュエータを両
側にそれぞれ設け、これらアクチュエータを独立して駆
動するよ5にしたので、 17+i単な構造により並進
変位と11動変位の両方を得ることができる。
As mentioned above, 5Vc, in this 5A example, 1ail of medium heat
Connect one body and the rigid bodies on both sides with multiple parallel flexible beams,
Since actuators for deforming these parallel flexible beams are provided on both sides and these actuators are driven independently, both translational displacement and dynamic displacement can be obtained with a simple structure of 17+i.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation 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側面
図、第2図はM、進変位U;Zの@ +k11位置決め
装置の側面図、化3図(a) 、 (b)は第1図に示
すストレンゲージによるブリッジ回路の回路図およびそ
の出力特性図、’j;’a4図は回転変位時の微、I1
1位置決め装置の側面図、第5図(a) 、 (b)は
第1図に示ずストレンゲージによるブリッジ回160回
路図♂よびその特性図、第6図は従来の微細位置決め装
置の側面図である。 15a、15b、15c ・・・・・・剛体部、16a
、16a’。 16b、16b’・・・・・・平行/lわみ梁、19 
a 、 191)  ・・・・・・圧電アクチュエータ
、22t、22b ・・・・・電源代理 人 グイ・地
平 戎 ;1;1仄部(外1乙)第1図 第3図
Fig. 1 is a side view of a fine positioning device according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a side view of a positioning device for M, advance displacement U; The circuit diagram of the bridge circuit using the strain gauge and its output characteristic diagram shown in Fig. 1, 'j;'a4 Fig.
1. A side view of the positioning device; FIGS. 5(a) and 5(b) are a circuit diagram of 160 bridge circuits using a strain gauge (not shown in FIG. 1) and its characteristic diagram; FIG. 6 is a side view of a conventional fine positioning device. It is. 15a, 15b, 15c...Rigid body part, 16a
, 16a'. 16b, 16b'...Parallel/l deflection beam, 19
a, 191) ・・・Piezoelectric actuator, 22t, 22b ・・・・Power supply agent Gui・Hira 戎 ;1;1 口(Outside 1)Fig. 1 Fig. 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 剛体部と、この剛体部の両側に対して対向する2つの対
向部を有する他の剛体部と、前記剛体部と前記各対向部
とを相互に連結する互いに平行に配置された複数のたわ
み梁より成る2つのたわみ梁群と、これら2つのたわみ
梁群の各たわみ梁に曲げ変形を生じさせる2つのアクチ
ュエータと、これら2つのアクチュエータをそれぞれ独
立して駆動する駆動装置とで構成されることを特徴とす
る微細位置決め装置。
a rigid body part, another rigid body part having two opposing parts facing each other on both sides of the rigid body part, and a plurality of flexible beams arranged in parallel to each other that interconnect the rigid body part and each of the opposing parts. Two groups of flexible beams consisting of two groups of flexible beams, two actuators that cause bending deformation in each of the beams of these two groups of flexible beams, and a drive device that drives each of these two actuators independently. Features a fine positioning device.
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US5281884A (en) * 1992-06-03 1994-01-25 At&T Bell Laboratories Adjustable X-Y stage
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