JP2008051525A - 変位センサおよび変位センサを備えたテーブル駆動装置並びにその駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】センサターゲットの状態に影響されず、2つの物体のギャップ方向の変位を検出できる変位センサを提供するとともに、支持部の機械的精度やガタに影響されず、被加工物や非測定物の設置位置が安定して駆動できるテーブル駆動装置およびその駆動方法を提供する。
【解決手段】変位センサ1のメインスケール20にギャップ測定軸方向と垂直方向に長い直線状の周期的スリットパターン(メインスリット21)を形成する。変位センサ1のセンサヘッド10の信号を基に可動テーブル32のギャップ測定軸方向の位置変化を検出し、Z軸微動機構40にフィードバックすることにより、微動テーブル50のギャップ測定軸方向の位置を常に一定の高さに保つ。
【選択図】図3
【解決手段】変位センサ1のメインスケール20にギャップ測定軸方向と垂直方向に長い直線状の周期的スリットパターン(メインスリット21)を形成する。変位センサ1のセンサヘッド10の信号を基に可動テーブル32のギャップ測定軸方向の位置変化を検出し、Z軸微動機構40にフィードバックすることにより、微動テーブル50のギャップ測定軸方向の位置を常に一定の高さに保つ。
【選択図】図3
Description
本発明は、2つの物体を直線状に相対変位させるテーブル駆動装置に関し、特にテーブル上の被加工物や非測定物の設置位置を安定させるための変位センサおよび変位センサを備えた駆動装置並びにその駆動方法に関する。
従来、2つの物体を直線状に相対変位させる駆動装置としてリニアモータが開示されている。(例えば、特許文献1参照)。
図4は従来のリニアモータの側断面図、図5は斜視図である。
図において、31は固定テーブル、32は可動テーブルである。33はリニアモータの固定子であり固定テーブル31に取り付けられている。34はリニアモータの可動子であり可動テーブル32に取り付けられている。35はリニアガイドであり固定テーブル31と可動テーブル32の間を機械的に支持している。36は可動テーブルの移動方向の変位を検出するセンサで、一般にはリニアエンコーダが使用される。
図4は従来のリニアモータの側断面図、図5は斜視図である。
図において、31は固定テーブル、32は可動テーブルである。33はリニアモータの固定子であり固定テーブル31に取り付けられている。34はリニアモータの可動子であり可動テーブル32に取り付けられている。35はリニアガイドであり固定テーブル31と可動テーブル32の間を機械的に支持している。36は可動テーブルの移動方向の変位を検出するセンサで、一般にはリニアエンコーダが使用される。
また、図示しないが、空気軸受等の非接触支持装置を用いたテーブル駆動装置が開示されており、テーブルの相対移動方向と垂直方向である固定テーブル、可動テーブル間のギャップ方向の変位量を検出する変位センサとして、3角測量式の光学式センサ、渦電流センサ、静電容量センサ等が用いられている。これらの変位センサは、相対変位する一方の物体にセンサヘッドを取り付けて、相対変位する他方の物体のセンサターゲット部との相対変位を測定している。
このように、従来の駆動装置は、リニアガイドを用いて固定テーブルと可動テーブル間を機械的に支持していた。
また、空気軸受等の非接触支持装置を用いたテーブル駆動装置では、変位センサを用いてギャップ方向の変位量を検出し、ギャップ方向の位置を安定させていた。
特開2001−86727
また、空気軸受等の非接触支持装置を用いたテーブル駆動装置では、変位センサを用いてギャップ方向の変位量を検出し、ギャップ方向の位置を安定させていた。
しかしながら、従来のリニアガイドを用いた駆動装置は、リニアガイドの機械精度やガタにより、2つの物体間のギャップが変動するため走り精度が低く、可動テーブル上の被加工物や非測定物の設置位置が上下してしまうという問題点があった。
また、従来の変位センサを用いる場合、固定テーブルと可動テーブル直線方向に相対移動した場合、固定テーブル等のセンサターゲットの平面度に依存して、出力が変動するという問題点があった。
また、従来の変位センサを用いる場合、固定テーブルと可動テーブル直線方向に相対移動した場合、固定テーブル等のセンサターゲットの平面度に依存して、出力が変動するという問題点があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、センサターゲットの平面度等のセンサターゲットの状態に影響されず、相対移動に移動させた場合でも正確に2つの物体の変位を検出できる変位センサを提供するとともに、支持部の機械的精度やガタに影響されず、被加工物や非測定物の設置位置が安定して駆動できるテーブル駆動装置およびその駆動方法を提供することを目的とする。
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項1に記載の発明は、ギャップ測定軸方向および該方向と垂直方向に相対移動する一方の部材に固定され、メインスリットが形成されたメインスケールと、相対移動する他方の部材に固定され、照明光を射出する光源とインデックススケールと受光素子とを有する検出部を備え、前記2つの部材の変位量を検出する変位センサにおいて、前記メインスリットは、ギャップ測定軸方向に対して垂直方向に長い直線状の周期的スリットパターンを備え、前記2つの部材のギャップ測定軸方向の変位を検出することを特徴としている。
また、請求項2記載の発明は、2つの部材をギャップ測定軸方向および該方向と垂直方向に相対変位させるテーブル駆動装置において、前記テーブル駆動装置は、請求項1記載の変位センサを備えたことを特徴としている。
また、請求項3記載の発明は、2つの部材をギャップ測定軸方向および該方向と垂直方向に相対変位させるテーブル駆動装置の駆動方法において、一方の部材に、メインスリットが形成されたメインスケールを固定し、他方の部材に、照明光を射出する光源とインデックススケールと受光素子を有する検出部を固定し、前記メインスリットに、ギャップ測定軸方向に対して垂直方向に長い直線状の周期的スリットパターンを形成し、前記検出部で、ギャップ測定軸方向の変位量を検出することを特徴としている。
請求項1に記載の発明は、ギャップ測定軸方向および該方向と垂直方向に相対移動する一方の部材に固定され、メインスリットが形成されたメインスケールと、相対移動する他方の部材に固定され、照明光を射出する光源とインデックススケールと受光素子とを有する検出部を備え、前記2つの部材の変位量を検出する変位センサにおいて、前記メインスリットは、ギャップ測定軸方向に対して垂直方向に長い直線状の周期的スリットパターンを備え、前記2つの部材のギャップ測定軸方向の変位を検出することを特徴としている。
また、請求項2記載の発明は、2つの部材をギャップ測定軸方向および該方向と垂直方向に相対変位させるテーブル駆動装置において、前記テーブル駆動装置は、請求項1記載の変位センサを備えたことを特徴としている。
また、請求項3記載の発明は、2つの部材をギャップ測定軸方向および該方向と垂直方向に相対変位させるテーブル駆動装置の駆動方法において、一方の部材に、メインスリットが形成されたメインスケールを固定し、他方の部材に、照明光を射出する光源とインデックススケールと受光素子を有する検出部を固定し、前記メインスリットに、ギャップ測定軸方向に対して垂直方向に長い直線状の周期的スリットパターンを形成し、前記検出部で、ギャップ測定軸方向の変位量を検出することを特徴としている。
請求項1に記載の発明によると、メインスリットがギャップ測定軸方向に対して垂直方向に長い直線状の周期的スリットパターンを有するので、変位検出軸と垂直方向に移動した場合でも安定した変位検出ができる。
請求項2に記載の発明によると、テーブル駆動装置が請求項1記載の変位センサを備えているので、ギャップ測定軸方向と垂直方向の移動に対して、ギャップ測定軸方向の変位を検出できるので走り精度の高いテーブル駆動装置が実現できる。
請求項3に記載の発明によると、ギャップ測定軸方向の変位量を検出しているので、この検出量を基にギャップ測定軸方向のテーブル位置を制御することにより、駆動装置の走り精度を高くし、可動テーブル上の被加工物や非測定物の設置位置を安定させることができる。
請求項2に記載の発明によると、テーブル駆動装置が請求項1記載の変位センサを備えているので、ギャップ測定軸方向と垂直方向の移動に対して、ギャップ測定軸方向の変位を検出できるので走り精度の高いテーブル駆動装置が実現できる。
請求項3に記載の発明によると、ギャップ測定軸方向の変位量を検出しているので、この検出量を基にギャップ測定軸方向のテーブル位置を制御することにより、駆動装置の走り精度を高くし、可動テーブル上の被加工物や非測定物の設置位置を安定させることができる。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施例を示す変位センサの平面図である。
図において、10は検出部であるセンサヘッド、20はメインスリット21が形成されたメインスケールである。変位センサ1は、センサヘッド10およびメインスケール20で構成され、メインスリット21には図のようにギャップ測定軸方向と垂直方向に長い直線状の周期的スリットパターンが形成されている。
図2は、本実施例における変位センサの側断面図である。
図において、11は光源、12は受光素子、13はインデックススケールで光源スリット14とインデックススリット15が形成されている。本実施例では、3格子光学系を用いた。
図において、10は検出部であるセンサヘッド、20はメインスリット21が形成されたメインスケールである。変位センサ1は、センサヘッド10およびメインスケール20で構成され、メインスリット21には図のようにギャップ測定軸方向と垂直方向に長い直線状の周期的スリットパターンが形成されている。
図2は、本実施例における変位センサの側断面図である。
図において、11は光源、12は受光素子、13はインデックススケールで光源スリット14とインデックススリット15が形成されている。本実施例では、3格子光学系を用いた。
次に、動作について説明する。
図2において、光源11から照射されて光は、光源スリット14を透過して、メインスケール20で反射すると回折干渉現象が生じインデックススリット15上で干渉縞を発生する。この干渉縞光をインデックススリット15により選択透過し、受光素子12で検出する。
図2において、光源11から照射されて光は、光源スリット14を透過して、メインスケール20で反射すると回折干渉現象が生じインデックススリット15上で干渉縞を発生する。この干渉縞光をインデックススリット15により選択透過し、受光素子12で検出する。
図において、センサヘッド10とメインスケール20が、ギャップ測定軸方向に相対変位すると、インデックススリット15上に発生する干渉縞も移動し、受光素子12の受光量が変化する。この信号から相対変位に応じた信号を得る。すなわち、インデックススリット15は互いに電気的に90度位相の異なるインデックススリット15Aおよび15Bが形成してあり、インデックススリット15Aおよび15Bを透過した光をそれぞれ受光素子12Aおよび12Bで検出することによって、受光素子12Aおよび12Bからは互いに90度位相のことなる正弦波状の信号が出力される。この信号を、図示しない信号処理回路で相対変位に応じた信号に変換する。
一方、センサヘッド10とメインスケール20が、紙面と垂直方向(ギャップ測定軸と垂直方向)に変位する場合は、光学的な変化は生じないので、受光素子12の検出信号にも変化が生じない。
また、メインスリット21は、フォトリソグラフィ等の超微細プロセス技術を使用して作られるので、通常のギャップセンサで用いるセンサターゲットの平面度に比べて、非常に高精度である。したがって、本実施例の変位センサによって、相対変位する2つの物体のギャップ測定軸方向の変位を高精度に測定できる。
一方、センサヘッド10とメインスケール20が、紙面と垂直方向(ギャップ測定軸と垂直方向)に変位する場合は、光学的な変化は生じないので、受光素子12の検出信号にも変化が生じない。
また、メインスリット21は、フォトリソグラフィ等の超微細プロセス技術を使用して作られるので、通常のギャップセンサで用いるセンサターゲットの平面度に比べて、非常に高精度である。したがって、本実施例の変位センサによって、相対変位する2つの物体のギャップ測定軸方向の変位を高精度に測定できる。
図3は、本発明の第2実施例を示すテーブル駆動装置の構成図である。
図において、40は、可動テーブル32に固定されたZ軸微動機構、50はZ軸微動機構40上に配置された微動テーブルである。センサヘッド10は微動テーブル40に固定されている。
本実施例が従来技術と異なる点は、テーブル駆動装置がZ軸微動機構と、ギャップ測定軸方向の位置を検出する変位センサを備えている点である。
Z軸微動機構40としては、モータ等の電磁アクチュエータの他に、圧電素子等の各種アクチュエータを用いることができる。
図において、40は、可動テーブル32に固定されたZ軸微動機構、50はZ軸微動機構40上に配置された微動テーブルである。センサヘッド10は微動テーブル40に固定されている。
本実施例が従来技術と異なる点は、テーブル駆動装置がZ軸微動機構と、ギャップ測定軸方向の位置を検出する変位センサを備えている点である。
Z軸微動機構40としては、モータ等の電磁アクチュエータの他に、圧電素子等の各種アクチュエータを用いることができる。
次に、動作について説明する。
図3において、可動テーブル32の相対移動方向の位置については、従来の駆動装置と同様に、リニアエンコーダ36のセンサ信号をフィードバックすることにより精密位置決めを行う。その際に、変位センサ1の信号を基に可動テーブル32のギャップ測定軸方向の位置変化を検出し、Z軸微動機構40にフィードバック制御することにより、微動テーブルのギャップ測定軸方向の位置を常に一定の高さに保つことができる。
図3において、可動テーブル32の相対移動方向の位置については、従来の駆動装置と同様に、リニアエンコーダ36のセンサ信号をフィードバックすることにより精密位置決めを行う。その際に、変位センサ1の信号を基に可動テーブル32のギャップ測定軸方向の位置変化を検出し、Z軸微動機構40にフィードバック制御することにより、微動テーブルのギャップ測定軸方向の位置を常に一定の高さに保つことができる。
なお、磁気浮上や空気浮上等の支持機構を用いて、その支持力を制御して可動テーブルのZ軸方向の変位の調整ができるのであれば、新たなZ軸微動機構は特にもうけなくともよく、浮上位置を変位センサ1の信号を基に制御すればよい。
1 変位センサ
10 センサヘッド
11 光源
12 受光素子
13 インデックススケール
14 光源スリット
15 インデックススリット
20 メインスケール
21 メインスリット
31 固定テーブル
32 可動テーブル
33 固定子
34 可動子
35 リニアガイド
36 リニアエンコーダ
40 Z軸微動機構
50 微動テーブル
10 センサヘッド
11 光源
12 受光素子
13 インデックススケール
14 光源スリット
15 インデックススリット
20 メインスケール
21 メインスリット
31 固定テーブル
32 可動テーブル
33 固定子
34 可動子
35 リニアガイド
36 リニアエンコーダ
40 Z軸微動機構
50 微動テーブル
Claims (3)
- ギャップ測定軸方向および該方向と垂直方向に相対移動する一方の部材に固定され、メインスリットが形成されたメインスケールと、相対移動する他方の部材に固定され、照明光を射出する光源とインデックススケールと受光素子とを有する検出部を備え、前記2つの部材の変位量を検出する変位センサにおいて、
前記メインスリットは、ギャップ測定軸方向に対して垂直方向に長い直線状の周期的スリットパターンを備え、前記2つの部材のギャップ測定軸方向の変位を検出することを特徴とする変位センサ。 - 2つの部材をギャップ測定軸方向および該方向と垂直方向に相対変位させるテーブル駆動装置において、
前記テーブル駆動装置は、請求項1記載の変位センサを備えたことを特徴とするテーブル駆動装置。 - 2つの部材をギャップ測定軸方向および該方向と垂直方向に相対変位させるテーブル駆動装置の駆動方法において、
一方の部材に、メインスリットが形成されたメインスケールを固定し、他方の部材に、照明光を射出する光源とインデックススケールと受光素子を有する検出部を固定し、前記メインスリットに、ギャップ測定軸方向に対して垂直方向に長い直線状の周期的スリットパターンを形成し、前記検出部で、ギャップ測定軸方向の変位量を検出することを特徴とするテーブル駆動装置の駆動方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006225305A JP2008051525A (ja) | 2006-08-22 | 2006-08-22 | 変位センサおよび変位センサを備えたテーブル駆動装置並びにその駆動方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010139334A (ja) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Nikon Corp | アブソリュートエンコーダ及び移動体装置 |
-
2006
- 2006-08-22 JP JP2006225305A patent/JP2008051525A/ja active Pending
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JP2010139334A (ja) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Nikon Corp | アブソリュートエンコーダ及び移動体装置 |
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