JP2886053B2 - アクティブ除振装置およびその制御方法 - Google Patents
アクティブ除振装置およびその制御方法Info
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- JP2886053B2 JP2886053B2 JP5237701A JP23770193A JP2886053B2 JP 2886053 B2 JP2886053 B2 JP 2886053B2 JP 5237701 A JP5237701 A JP 5237701A JP 23770193 A JP23770193 A JP 23770193A JP 2886053 B2 JP2886053 B2 JP 2886053B2
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、従来技術と比較して、
除振効果を損なうことなく制振性能を向上させることが
可能で、かつその制御パラメータの設計および調整が容
易なアクティブ除振装置およびその制御方法に関する。
除振効果を損なうことなく制振性能を向上させることが
可能で、かつその制御パラメータの設計および調整が容
易なアクティブ除振装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子顕微鏡、半導体露光装置など精密機
器の高精度化にともない、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わせるために、設置
床振動など外部から伝達される振動を極力除去する除振
台が必要とされる。これは半導体の露光を露光用ＸＹス
テージが完全停止の状態で行う必要があるからである。
また、露光用ＸＹステージはステップ＆リピートという
間欠動作を特徴とし、これによる繰り返しのステップ振
動が除振台自身の振動をひきおこす。従って精密除振台
には、外部振動に対する除振と、機器自身の動作に起因
する振動に対する制振とを同時に実現することが求めら
れる。
器の高精度化にともない、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わせるために、設置
床振動など外部から伝達される振動を極力除去する除振
台が必要とされる。これは半導体の露光を露光用ＸＹス
テージが完全停止の状態で行う必要があるからである。
また、露光用ＸＹステージはステップ＆リピートという
間欠動作を特徴とし、これによる繰り返しのステップ振
動が除振台自身の振動をひきおこす。従って精密除振台
には、外部振動に対する除振と、機器自身の動作に起因
する振動に対する制振とを同時に実現することが求めら
れる。
【０００３】最近ではこのような要求に対して、除振台
に取り付けられた振動センサの出力信号を補償してアク
チュエータにフィードバックし、アクティブに振動制御
を行なうアクティブ除振装置が実用化されている。アク
ティブ除振装置は、バネやダンパだけで構成された受動
的な除振装置では困難であった除振と制振の同時実現を
可能にするものである。
に取り付けられた振動センサの出力信号を補償してアク
チュエータにフィードバックし、アクティブに振動制御
を行なうアクティブ除振装置が実用化されている。アク
ティブ除振装置は、バネやダンパだけで構成された受動
的な除振装置では困難であった除振と制振の同時実現を
可能にするものである。
【０００４】従来のアクティブ除振装置では一般に除振
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および制御演算装置を用いて、各
センサ・アクチュエータの組ごとに独立に制御を行なう
方式がとられてきた。つまり、除振台の各部に独立な制
御ループを構成するような方式がとられてきた。
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および制御演算装置を用いて、各
センサ・アクチュエータの組ごとに独立に制御を行なう
方式がとられてきた。つまり、除振台の各部に独立な制
御ループを構成するような方式がとられてきた。
【０００５】しかし、この方式では除振台の剛体全体と
しての特性を捉えにくいために、制御系の安定性に留意
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。また、この方式では除振台
の剛体全体としての運動を考慮していないために、除振
台各部に独立に構成された制御系が干渉し、制御パラメ
ータの調整が困難であるばかりでなく、振動制御性能を
向上させることも容易ではなかった。
しての特性を捉えにくいために、制御系の安定性に留意
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。また、この方式では除振台
の剛体全体としての運動を考慮していないために、除振
台各部に独立に構成された制御系が干渉し、制御パラメ
ータの調整が困難であるばかりでなく、振動制御性能を
向上させることも容易ではなかった。
【０００６】このような問題に対しては例えば特願平４
−２９９０８６［除振台の制御装置］のように、振動セ
ンサの出力から除振台の各運動モードの情報を抽出し、
運動モードごとに独立に制御演算を行なう方式が有効で
ある。除振台の運動モードごとに独立に制御演算を行な
うアクティブ除振装置は、振動センサの出力から除振台
の各運動モードの情報を抽出し、各運動モードごとに制
御演算を行なって得た操作量を推力分配演算装置を用い
て各アクチュエータにフィードバックする構成となって
いる。このアクティブ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
運動モードに着目して除振装置全体の性能を考慮しなが
ら行なうために、制御系の設計を容易かつ合理的に行な
うことが可能となる。
−２９９０８６［除振台の制御装置］のように、振動セ
ンサの出力から除振台の各運動モードの情報を抽出し、
運動モードごとに独立に制御演算を行なう方式が有効で
ある。除振台の運動モードごとに独立に制御演算を行な
うアクティブ除振装置は、振動センサの出力から除振台
の各運動モードの情報を抽出し、各運動モードごとに制
御演算を行なって得た操作量を推力分配演算装置を用い
て各アクチュエータにフィードバックする構成となって
いる。このアクティブ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
運動モードに着目して除振装置全体の性能を考慮しなが
ら行なうために、制御系の設計を容易かつ合理的に行な
うことが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、制御演
算装置において各運動モードに着目して非干渉な制御系
を構築した場合でも、制御対象となる除振台の並進や回
転の各運動モードが相互に干渉する場合には、アクティ
ブ除振装置の剛体全体としての特性、つまり閉ループ特
性が干渉系となるために、制御系全体の特性に留意して
見通しよく制御パラメータの設計および調整を行なうこ
とが困難となる。つまり、制御演算装置において抽出さ
れた各運動モードの情報にもとづいて運動モードごとに
独立に制御演算を行なった場合でも、制御対象である除
振台自身の運動が各運動モード相互に干渉している場合
には制御系全体としての特性、例えばコンプライアンス
特性や設置床振動の装置本体振動への伝達の度合いを表
す振動伝達率を運動モードごとに独立して扱うことがで
きないため、制御演算装置の制御パラメータ設計および
調整の際にも他の運動モードとの干渉を考慮する必要が
生じる。
算装置において各運動モードに着目して非干渉な制御系
を構築した場合でも、制御対象となる除振台の並進や回
転の各運動モードが相互に干渉する場合には、アクティ
ブ除振装置の剛体全体としての特性、つまり閉ループ特
性が干渉系となるために、制御系全体の特性に留意して
見通しよく制御パラメータの設計および調整を行なうこ
とが困難となる。つまり、制御演算装置において抽出さ
れた各運動モードの情報にもとづいて運動モードごとに
独立に制御演算を行なった場合でも、制御対象である除
振台自身の運動が各運動モード相互に干渉している場合
には制御系全体としての特性、例えばコンプライアンス
特性や設置床振動の装置本体振動への伝達の度合いを表
す振動伝達率を運動モードごとに独立して扱うことがで
きないため、制御演算装置の制御パラメータ設計および
調整の際にも他の運動モードとの干渉を考慮する必要が
生じる。
【０００８】このため、前記の運動モードごとに独立に
制御演算を行なう方式の特徴である制御パラメータ設計
および調整の容易さが損なわれることになる。
制御演算を行なう方式の特徴である制御パラメータ設計
および調整の容易さが損なわれることになる。
【０００９】また、除振台自身の運動モード相互の干渉
のためにアクティブ除振装置の制御性能も損なわれる。
のためにアクティブ除振装置の制御性能も損なわれる。
【００１０】従って、制御対象である除振台についても
各運動モードが非干渉となるように設計することが望ま
しい。
各運動モードが非干渉となるように設計することが望ま
しい。
【００１１】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、制御パラメータの設計および調整を容
易にし、制御性能の向上を容易にする、アクティブ除振
装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
れたものであり、制御パラメータの設計および調整を容
易にし、制御性能の向上を容易にする、アクティブ除振
装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、平板状の除振台と、前記除振台の重心位置
を対角線の交点とする水平面内の長方形または正方形の
四隅の位置に配置され、前記長方形または正方形の直交
する２辺に平行な２方向のうち、同一方向については等
しいバネ定数および粘性減衰係数を有する支持手段と、
前記水平面内の長方形または正方形の直交する２辺に平
行な２方向に沿って配置された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センサと、
前記各振動センサの出力から前記除振台の並進および回
転の各運動モードの情報を抽出する運動モード抽出演算
装置と、前記運動モード抽出演算装置の出力にもとづい
て各運動モードごとに独立に制御演算を行なう非干渉制
御演算装置と、前記非干渉制御演算装置の出力から各ア
クチュエータに推力を分配する推力分配演算装置と、を
備えたことを特徴とするものや、また、前記支持手段が
空気バネおよび粘性ダンパからなるものや、上記各アク
ティブ除振装置のいづれかにおいて、前記除振台の水平
面内並進２自由度および回転１自由度の３自由度の運動
モードの情報を抽出するために、３台の振動センサが、
前記水平面内の長方形または正方形の直交する２辺に平
行な２方向に少なくとも１台ずつ、同一方向の振動を検
出する振動センサどうしが、その検出方向の同一直線上
に並ばないように配置され、さらに、前記３自由度の運
動モードを制御するために、少なくとも３台のアクチュ
エータが、前記水平面内の長方形または正方形の直交す
る２辺に平行な２方向に少なくとも１台ずつ、同一方向
に作用するアクチュエータどうしが、その作用方向の同
一直線上に並ばないように配置されているものが考えら
れる。
の本発明は、平板状の除振台と、前記除振台の重心位置
を対角線の交点とする水平面内の長方形または正方形の
四隅の位置に配置され、前記長方形または正方形の直交
する２辺に平行な２方向のうち、同一方向については等
しいバネ定数および粘性減衰係数を有する支持手段と、
前記水平面内の長方形または正方形の直交する２辺に平
行な２方向に沿って配置された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センサと、
前記各振動センサの出力から前記除振台の並進および回
転の各運動モードの情報を抽出する運動モード抽出演算
装置と、前記運動モード抽出演算装置の出力にもとづい
て各運動モードごとに独立に制御演算を行なう非干渉制
御演算装置と、前記非干渉制御演算装置の出力から各ア
クチュエータに推力を分配する推力分配演算装置と、を
備えたことを特徴とするものや、また、前記支持手段が
空気バネおよび粘性ダンパからなるものや、上記各アク
ティブ除振装置のいづれかにおいて、前記除振台の水平
面内並進２自由度および回転１自由度の３自由度の運動
モードの情報を抽出するために、３台の振動センサが、
前記水平面内の長方形または正方形の直交する２辺に平
行な２方向に少なくとも１台ずつ、同一方向の振動を検
出する振動センサどうしが、その検出方向の同一直線上
に並ばないように配置され、さらに、前記３自由度の運
動モードを制御するために、少なくとも３台のアクチュ
エータが、前記水平面内の長方形または正方形の直交す
る２辺に平行な２方向に少なくとも１台ずつ、同一方向
に作用するアクチュエータどうしが、その作用方向の同
一直線上に並ばないように配置されているものが考えら
れる。
【００１３】さらに、前記アクチュエータとしてボイス
コイルモータを用いるものが考えられる。
コイルモータを用いるものが考えられる。
【００１４】また、前記アクティブ除振装置の制御方法
において、前記支持手段により支持された前記除振台の
水平面内３自由度の各運動モードを振動センサの出力か
ら前記の各運動モードの情報を抽出する演算装置を用い
て抽出し、前記非干渉制御演算装置を用いて各運動モー
ドごとに独立に制御演算を行ない、前記の各アクチュエ
ータに推力を分配する演算装置を用いて各アクチュエー
タを制御することにより、前記除振台の水平面内３自由
度の運動モードを独立に制御し、前記制御演算装置の制
御パラメータを前記除振台の各運動モードごとに設計お
よび調整することを特徴とする。
において、前記支持手段により支持された前記除振台の
水平面内３自由度の各運動モードを振動センサの出力か
ら前記の各運動モードの情報を抽出する演算装置を用い
て抽出し、前記非干渉制御演算装置を用いて各運動モー
ドごとに独立に制御演算を行ない、前記の各アクチュエ
ータに推力を分配する演算装置を用いて各アクチュエー
タを制御することにより、前記除振台の水平面内３自由
度の運動モードを独立に制御し、前記制御演算装置の制
御パラメータを前記除振台の各運動モードごとに設計お
よび調整することを特徴とする。
【００１５】
【作用】上記のとおりに構成された本発明では、除振台
自身の水平面内の並進および回転の各運動モード相互の
干渉をなくすことが可能となる。つまり、除振台に作用
する並進力が回転モードに伝わるようなことがなくな
る。そして前記の非干渉制御演算装置などを用いて運動
モードごとに独立に補償を行なうことにより、制御系全
体の特性も非干渉とすることが可能となり、制御パラメ
ータの設計および調整を非常に見通しよく、容易に行な
うことができる。つまり、制御系の各運動モードが完全
に非干渉となることから、他の運動モードからの振動の
影響を考慮することなく、制御パラメータの設計および
調整を個々の運動モードだけに着目して行なうことが可
能となる。アクティブ除振装置の設置においては制御パ
ラメータなど、数多くの調整を行なう必要があり、従来
の制御方式ではこれに多くの時間を費やしていたが、本
発明によりこの作業を非常に容易なものとすることが可
能となる。また、本発明においては除振台自身に運動モ
ード相互の干渉がないので、各運動モード相互に作用す
る振動制御上望ましくない影響を考慮する必要がなく、
比較的簡単な制御演算装置を用いた場合においてもアク
ティブ除振装置の制御性能を容易に向上させることが可
能となる。
自身の水平面内の並進および回転の各運動モード相互の
干渉をなくすことが可能となる。つまり、除振台に作用
する並進力が回転モードに伝わるようなことがなくな
る。そして前記の非干渉制御演算装置などを用いて運動
モードごとに独立に補償を行なうことにより、制御系全
体の特性も非干渉とすることが可能となり、制御パラメ
ータの設計および調整を非常に見通しよく、容易に行な
うことができる。つまり、制御系の各運動モードが完全
に非干渉となることから、他の運動モードからの振動の
影響を考慮することなく、制御パラメータの設計および
調整を個々の運動モードだけに着目して行なうことが可
能となる。アクティブ除振装置の設置においては制御パ
ラメータなど、数多くの調整を行なう必要があり、従来
の制御方式ではこれに多くの時間を費やしていたが、本
発明によりこの作業を非常に容易なものとすることが可
能となる。また、本発明においては除振台自身に運動モ
ード相互の干渉がないので、各運動モード相互に作用す
る振動制御上望ましくない影響を考慮する必要がなく、
比較的簡単な制御演算装置を用いた場合においてもアク
ティブ除振装置の制御性能を容易に向上させることが可
能となる。
【００１６】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１７】図１は本発明のアクティブ除振装置の一実
施例の構成を最もよく表す図である。図１において、
ｘ、ｙは水平面内の各運動モードのうち並進モードの絶
対変位を表わし、θz は除振台の重心位置Ｇを通る鉛直
軸まわりの回転モードの絶対変位を表す。また、座標系
は除振台の重心位置Ｇを原点として図１に示すように水
平方向に互いに直交するように並進ｘ、ｙをとる。
施例の構成を最もよく表す図である。図１において、
ｘ、ｙは水平面内の各運動モードのうち並進モードの絶
対変位を表わし、θz は除振台の重心位置Ｇを通る鉛直
軸まわりの回転モードの絶対変位を表す。また、座標系
は除振台の重心位置Ｇを原点として図１に示すように水
平方向に互いに直交するように並進ｘ、ｙをとる。
【００１８】本発明では除振台１の重心位置Ｇを対角線
の交点とする長方形または正方形の四隅の位置に水平ｘ
方向に２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄおよびｙ方向に３ａ，３
ｂ，３ｃ，３ｄの各支持手段を配置する。支持手段２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄおよび３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは
ｘ、ｙの同一方向ではすべて等しいバネ定数および粘性
減衰係数を有するものを用いる。各支持手段は、例えば
空気バネおよび粘性ダンパからなる。このような構成の
除振台１の振動は、加速度センサなどの振動センサ６
ａ，６ｂ，６ｃを用いて検出され、その出力から運動モ
ード抽出演算装置７を用いて各運動モードの情報が抽出
される。そして抽出された各運動モードの情報をもとに
運動モードごとに独立に制御演算を行なう非干渉制御演
算装置８ａ，８ｂ，８ｃを用いて補償が行われる。非干
渉制御演算装置８ａ，８ｂ，８ｃにより得られた操作量
は、推力分配演算装置９を用いて各アクチュエータ４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄおよび５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに
分配される。
の交点とする長方形または正方形の四隅の位置に水平ｘ
方向に２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄおよびｙ方向に３ａ，３
ｂ，３ｃ，３ｄの各支持手段を配置する。支持手段２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄおよび３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは
ｘ、ｙの同一方向ではすべて等しいバネ定数および粘性
減衰係数を有するものを用いる。各支持手段は、例えば
空気バネおよび粘性ダンパからなる。このような構成の
除振台１の振動は、加速度センサなどの振動センサ６
ａ，６ｂ，６ｃを用いて検出され、その出力から運動モ
ード抽出演算装置７を用いて各運動モードの情報が抽出
される。そして抽出された各運動モードの情報をもとに
運動モードごとに独立に制御演算を行なう非干渉制御演
算装置８ａ，８ｂ，８ｃを用いて補償が行われる。非干
渉制御演算装置８ａ，８ｂ，８ｃにより得られた操作量
は、推力分配演算装置９を用いて各アクチュエータ４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄおよび５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに
分配される。
【００１９】本発明では除振台１の重心位置Ｇを対角線
の交点とする長方形または正方形の四隅の位置にｘ，ｙ
の同一方向ではすべて等しいバネ定数および粘性減衰係
数を有する支持手段２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄおよび３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを配置することにより、除振台自
身の水平面内の各運動モードの相互干渉をなくし、制御
パラメータの設計および調整を容易になる。この事につ
いて、以下に示す運動方程式を用いて詳細に説明する。
の交点とする長方形または正方形の四隅の位置にｘ，ｙ
の同一方向ではすべて等しいバネ定数および粘性減衰係
数を有する支持手段２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄおよび３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを配置することにより、除振台自
身の水平面内の各運動モードの相互干渉をなくし、制御
パラメータの設計および調整を容易になる。この事につ
いて、以下に示す運動方程式を用いて詳細に説明する。
【００２０】除振台の一般的な水平面内３自由度運動方
程式は(1)式のようになる。
程式は(1)式のようになる。
【００２１】
【数１】 (1)式において、ｍは除振台１の質量、Ｉzは除振台１の
重心位置Ｇを通る鉛直軸回りの慣性モーメント、ｃxiは
支持手段２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの粘性減衰係数、ｃyi
は支持手段３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの粘性減衰係数、ｋ
xiは支持手段２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのバネ定数、ｋyi
は支持手段３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのバネ定数、ｘi は
前記支持手段の配置位置ｘ座標、ｙi は前記支持手段の
配置位置ｙ座標をそれぞれ表す。また、ｘ0 ，ｙ0 ，θ
z0は設置床振動の並進ｘ、ｙおよび回転θz の各モード
の絶対変位を表わし、Ｆx ，Ｆy ，Ｍz は除振台１に作
用する並進ｘ、ｙモードの並進力および回転θz モード
のモーメントを表す。
重心位置Ｇを通る鉛直軸回りの慣性モーメント、ｃxiは
支持手段２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの粘性減衰係数、ｃyi
は支持手段３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの粘性減衰係数、ｋ
xiは支持手段２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのバネ定数、ｋyi
は支持手段３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのバネ定数、ｘi は
前記支持手段の配置位置ｘ座標、ｙi は前記支持手段の
配置位置ｙ座標をそれぞれ表す。また、ｘ0 ，ｙ0 ，θ
z0は設置床振動の並進ｘ、ｙおよび回転θz の各モード
の絶対変位を表わし、Ｆx ，Ｆy ，Ｍz は除振台１に作
用する並進ｘ、ｙモードの並進力および回転θz モード
のモーメントを表す。
【００２２】(1)式のように、一般に除振台は並進・回
転の各運動モードが相互に干渉し、例えば純粋な並進力
が除振台に作用した場合でもその影響が回転モードにも
伝達してしまう。しかし、本発明の構成では各支持手段
の配置位置が除振台１の重心位置Ｇについて対称である
こと、および各支持手段のバネ定数および粘性減衰係数
が同一方向についてはすべて等しいことから除振台の運
動を表す上記行列Ｃ、Ｋの非対角成分ｃij，ｋij（ｉ≠
ｊ）がすべて０となり、(2)、(3)式に示す除振台のコン
プライアンス特性、振動伝達率を表す伝達関数のように
各運動モード相互の干渉がなくなる。
転の各運動モードが相互に干渉し、例えば純粋な並進力
が除振台に作用した場合でもその影響が回転モードにも
伝達してしまう。しかし、本発明の構成では各支持手段
の配置位置が除振台１の重心位置Ｇについて対称である
こと、および各支持手段のバネ定数および粘性減衰係数
が同一方向についてはすべて等しいことから除振台の運
動を表す上記行列Ｃ、Ｋの非対角成分ｃij，ｋij（ｉ≠
ｊ）がすべて０となり、(2)、(3)式に示す除振台のコン
プライアンス特性、振動伝達率を表す伝達関数のように
各運動モード相互の干渉がなくなる。
【００２３】
【数２】
【００２４】
【数３】 従って、前記振動センサ６ａ，６ｂ，６ｃ、運動モード
抽出演算装置７を用いて抽出した前記除振台１の運動モ
ードごとの情報を、非干渉制御演算装置８ａ，８ｂ，８
ｃを用いて運動モードごとに独立に制御演算し、得られ
た操作量を推力分配演算装置９を用いて各アクチュエー
タ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄおよび５ａ，５ｂ，５ｃ，５
ｄにフィードバックすることにより、アクティブ除振装
置全体のコンプライアンス特性や振動伝達率などの特性
も各運動モードごとに非干渉とすることができる。アク
チュエータとして、優れた応答性を示すボイスコイルモ
ータを用いたアクティブ除振装置およびその制御方法も
本発明の範囲に属する。
抽出演算装置７を用いて抽出した前記除振台１の運動モ
ードごとの情報を、非干渉制御演算装置８ａ，８ｂ，８
ｃを用いて運動モードごとに独立に制御演算し、得られ
た操作量を推力分配演算装置９を用いて各アクチュエー
タ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄおよび５ａ，５ｂ，５ｃ，５
ｄにフィードバックすることにより、アクティブ除振装
置全体のコンプライアンス特性や振動伝達率などの特性
も各運動モードごとに非干渉とすることができる。アク
チュエータとして、優れた応答性を示すボイスコイルモ
ータを用いたアクティブ除振装置およびその制御方法も
本発明の範囲に属する。
【００２５】図２は、図１に示したアクティブ除振装置
のブロック線図である。
のブロック線図である。
【００２６】前記除振台１の運動は水平面内３自由度の
各運動モードが相互に非干渉となっているために、各運
動モードごとに補償を行なうことにより制御系全体の特
性も非干渉となる。なお、図２においてＦsx，Ｆsy，Ｍ
szは、除振台１に直接作用する並進ｘ、ｙモードの外乱
力および回転θz モードのモーメントを、またＧx，
Ｇy，
各運動モードが相互に非干渉となっているために、各運
動モードごとに補償を行なうことにより制御系全体の特
性も非干渉となる。なお、図２においてＦsx，Ｆsy，Ｍ
szは、除振台１に直接作用する並進ｘ、ｙモードの外乱
力および回転θz モードのモーメントを、またＧx，
Ｇy，
【００２７】
【外１】 は並進ｘ、ｙモードおよび回転θz モードの各フィード
バック補償経路の伝達特性を表わす。
バック補償経路の伝達特性を表わす。
【００２８】上記のことから本発明ではアクティブ除振
装置のコンプライアンス特性や振動伝達率にもとづき、
比較的簡単な制御演算装置を用いて制御系を構成するこ
とが可能となり、かつその制御パラメータを容易に設計
および調整することができる。なお、除振台１の各運動
モードの情報を抽出するためには、前記振動センサ６
ａ，６ｂ，６ｃを前記水平面内の長方形または正方形の
直交する２辺に平行な２方向に少なくとも１台ずつ配置
し、このうちの、同一方向の振動を検出する複数の振動
センサが、その検出方向の同一直線上に並ばないように
する必要がある。
装置のコンプライアンス特性や振動伝達率にもとづき、
比較的簡単な制御演算装置を用いて制御系を構成するこ
とが可能となり、かつその制御パラメータを容易に設計
および調整することができる。なお、除振台１の各運動
モードの情報を抽出するためには、前記振動センサ６
ａ，６ｂ，６ｃを前記水平面内の長方形または正方形の
直交する２辺に平行な２方向に少なくとも１台ずつ配置
し、このうちの、同一方向の振動を検出する複数の振動
センサが、その検出方向の同一直線上に並ばないように
する必要がある。
【００２９】また、図１にはアクチュエータをｘ、ｙ各
方向に４台ずつ配置した構成を示したが、各運動モード
が制御可能であればアクチュエータの配置や台数は任意
に設定できる。つまり、少なくとも３台のアクチュエー
タが前記水平面内の長方形または正方形の直交する２辺
に平行な２方向に少なくとも１台ずつ配置され、このう
ちの、同一方向に作用する複数のアクチュエータが、す
べてその作用方向の同一直線上に並ばないように配置さ
れていれば、その配置や台数は任意に設定できる。
方向に４台ずつ配置した構成を示したが、各運動モード
が制御可能であればアクチュエータの配置や台数は任意
に設定できる。つまり、少なくとも３台のアクチュエー
タが前記水平面内の長方形または正方形の直交する２辺
に平行な２方向に少なくとも１台ずつ配置され、このう
ちの、同一方向に作用する複数のアクチュエータが、す
べてその作用方向の同一直線上に並ばないように配置さ
れていれば、その配置や台数は任意に設定できる。
【００３０】図３は、本発明のアクティブ除振装置の他
の実施例の構成を示す図である。この図の構成では、必
要最小限の３台のアクチュエータを用いて水平面内の振
動を制御している。
の実施例の構成を示す図である。この図の構成では、必
要最小限の３台のアクチュエータを用いて水平面内の振
動を制御している。
【００３１】上述したような振動センサ６ａ，６ｂ，６
ｃの配置は図１および図３に示したものに限らず、水平
面内の３つの運動モードの情報が抽出可能な任意の配置
でもよい。つまり、３台の振動センサが前記水平面内の
長方形または正方形の直交する２辺に平行な２方向に少
なくとも１台ずつ配置され、このうちの、同一方向の振
動を検出する複数の振動センサが、その検出方向の同一
直線上に並ばないように配置されていれば、その配置は
任意でもよい。
ｃの配置は図１および図３に示したものに限らず、水平
面内の３つの運動モードの情報が抽出可能な任意の配置
でもよい。つまり、３台の振動センサが前記水平面内の
長方形または正方形の直交する２辺に平行な２方向に少
なくとも１台ずつ配置され、このうちの、同一方向の振
動を検出する複数の振動センサが、その検出方向の同一
直線上に並ばないように配置されていれば、その配置は
任意でもよい。
【００３２】また、センサの数については３台あれば理
論上は水平面内の剛体の各運動モードを抽出できるが、
センサを増やすことにより制御系設計の自由度を増すこ
とも可能である。
論上は水平面内の剛体の各運動モードを抽出できるが、
センサを増やすことにより制御系設計の自由度を増すこ
とも可能である。
【００３３】さらに、本発明は除振台の水平面内３自由
度の運動に関するものであるが、もちろん鉛直方向に関
する運動モードを考慮してもよい。
度の運動に関するものであるが、もちろん鉛直方向に関
する運動モードを考慮してもよい。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、除振台の
重心位置Ｇを対角線の交点とする水平面内の長方形また
は正方形の四隅の位置に配置され、前記長方形または正
方形の直交する２辺に平行な２方向のうち、同一方向に
ついては等しいバネ定数および粘性減衰係数を有する支
持手段によって、除振台を支持した構成としたことによ
り、除振台自身の運動モードを非干渉化し、各運動モー
ドごとに独立に制御演算を行うことによってアクティブ
除振装置全体の特性を完全に非干渉化することができ
る。その結果、制御演算装置の制御パラメータの設計お
よび調整を見通しよく、容易に行うことが可能となる。
つまり、他の運動モードの影響を考慮することなく個々
の運動モードに着目して制御パラメータを設計および調
整することが可能となる。従って、従来の制御方式に比
較して、制御パラメータの設計および調整に要する時間
も大幅に短縮することができる。
重心位置Ｇを対角線の交点とする水平面内の長方形また
は正方形の四隅の位置に配置され、前記長方形または正
方形の直交する２辺に平行な２方向のうち、同一方向に
ついては等しいバネ定数および粘性減衰係数を有する支
持手段によって、除振台を支持した構成としたことによ
り、除振台自身の運動モードを非干渉化し、各運動モー
ドごとに独立に制御演算を行うことによってアクティブ
除振装置全体の特性を完全に非干渉化することができ
る。その結果、制御演算装置の制御パラメータの設計お
よび調整を見通しよく、容易に行うことが可能となる。
つまり、他の運動モードの影響を考慮することなく個々
の運動モードに着目して制御パラメータを設計および調
整することが可能となる。従って、従来の制御方式に比
較して、制御パラメータの設計および調整に要する時間
も大幅に短縮することができる。
【００３５】また、除振台自身の運動モード相互の振動
の干渉がないので、例えば並進力が除振台に作用した場
合に回転振動が発生してしまうような振動制御上望まし
くない特性がなく、比較的簡単な制御演算装置を用いた
場合においても、アクティブ除振装置の制御パラメータ
の設計および調整を容易に行うことが可能となり、アク
ティブ除振装置の制御性能の向上も容易に行うことがで
きる。
の干渉がないので、例えば並進力が除振台に作用した場
合に回転振動が発生してしまうような振動制御上望まし
くない特性がなく、比較的簡単な制御演算装置を用いた
場合においても、アクティブ除振装置の制御パラメータ
の設計および調整を容易に行うことが可能となり、アク
ティブ除振装置の制御性能の向上も容易に行うことがで
きる。
【図１】本発明のアクティブ除振装置の一実施例の構成
を最もよく表す図である。
を最もよく表す図である。
【図２】図１に示したアクティブ除振装置のブロック線
図である。
図である。
【図３】本発明のアクティブ除振装置の他の実施例の構
成を示す図である。
成を示す図である。
１ 除振台２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 除振台の支持
手段（ｘ方向） ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 除振台の支持手段（ｙ方
向） ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ アクチュエータ（ｘ方向） ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ アクチュエータ（ｙ方向） ６ａ，６ｂ，６ｃ 振動センサ ７ 運動モード抽出演算装置 ８ａ，８ｂ，８ｃ 非干渉制御演算装置 ９ 推力分配演算装置
手段（ｘ方向） ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 除振台の支持手段（ｙ方
向） ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ アクチュエータ（ｘ方向） ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ アクチュエータ（ｙ方向） ６ａ，６ｂ，６ｃ 振動センサ ７ 運動モード抽出演算装置 ８ａ，８ｂ，８ｃ 非干渉制御演算装置 ９ 推力分配演算装置
Claims (5)
- 【請求項１】 平板状の除振台と、 前記除振台の重心位置を対角線の交点とする水平面内の
長方形または正方形の四隅の位置に配置され、前記長方
形または正方形の直交する２辺に平行な２方向のうち、
同一方向については等しいバネ定数および粘性減衰係数
を有する支持手段と、 前記水平面内の長方形または正方形の直交する２辺に平
行な２方向に沿って配置された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センサと、 前記各振動センサの出力から前記除振台の並進および回
転の各運動モードの情報を抽出する運動モード抽出演算
装置と、 前記運動モード抽出演算装置の出力にもとづいて各運動
モードごとに独立に制御演算を行なう非干渉制御演算装
置と、 前記非干渉制御演算装置の出力から各アクチュエータに
推力を分配する推力分配演算装置と、を備えたことを特
徴とする、アクティブ除振装置。 - 【請求項２】 前記支持手段が空気バネおよび粘性ダン
パからなることを特徴とする、請求項１記載のアクティ
ブ除振装置。 - 【請求項３】 前記除振台の水平面内並進２自由度およ
び回転１自由度の３自由度の運動モードの情報を抽出す
るために、３台の振動センサが、前記水平面内の長方形
または正方形の直交する２辺に平行な２方向に少なくと
も１台ずつ、同一方向の振動を検出する振動センサどう
しが、その検出方向の同一直線上に並ばないように配置
され、さらに、前記３自由度の運動モードを制御するた
めに、少なくとも３台のアクチュエータが、前記水平面
内の長方形または正方形の直交する２辺に平行な２方向
に少なくとも１台ずつ、同一方向に作用するアクチュエ
ータどうしが、その作用方向の同一直線上に並ばないよ
うに配置されていることを特徴とする、請求項１または
２記載のアクティブ除振装置。 - 【請求項４】 前記アクチュエータとしてボイスコイル
モータを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいず
れか１項に記載のアクティブ除振装置。 - 【請求項５】 前記支持手段により支持された前記除振
台の水平面内３自由度の各運動モードを振動センサの出
力から前記の各運動モードの情報を抽出する演算装置を
用いて抽出し、前記非干渉制御演算装置を用いて各運動
モードごとに独立に制御演算を行ない、前記の各アクチ
ュエータに推力を分配する演算装置を用いて各アクチュ
エータを制御することにより、前記除振台の水平面内３
自由度の運動モードを独立に制御し、前記制御演算装置
の制御パラメータを前記除振台の各運動モードごとに設
計および調整することを特徴とする、請求項１乃至４の
いづれか１項に記載のアクティブ除振装置の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5237701A JP2886053B2 (ja) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | アクティブ除振装置およびその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5237701A JP2886053B2 (ja) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | アクティブ除振装置およびその制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0793036A JPH0793036A (ja) | 1995-04-07 |
| JP2886053B2 true JP2886053B2 (ja) | 1999-04-26 |
Family
ID=17019232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5237701A Expired - Fee Related JP2886053B2 (ja) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | アクティブ除振装置およびその制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2886053B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005276118A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Hazama Corp | アクティブ床制振装置 |
| JP2008256155A (ja) | 2007-04-06 | 2008-10-23 | Canon Inc | 除振装置、演算装置、露光装置及びデバイス製造方法 |
| JP6566192B2 (ja) * | 2015-03-31 | 2019-08-28 | 株式会社ニコン | 防振装置、露光装置、及びデバイス製造方法 |
-
1993
- 1993-09-24 JP JP5237701A patent/JP2886053B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0793036A (ja) | 1995-04-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |