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。
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| 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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