JP2954815B2 - 鉛直方向除振装置 - Google Patents
鉛直方向除振装置Info
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置の一構
成ユニット等として使用され、支持脚４台を有する鉛直
方向除振装置に係り、特に、並進１自由度と回転２自由
度の剛体運動モードのみならず捻り１自由度の柔軟運動
モードをも含めた合計４自由度の運動を効果的に制御で
きる鉛直方向除振装置に関する。
成ユニット等として使用され、支持脚４台を有する鉛直
方向除振装置に係り、特に、並進１自由度と回転２自由
度の剛体運動モードのみならず捻り１自由度の柔軟運動
モードをも含めた合計４自由度の運動を効果的に制御で
きる鉛直方向除振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】空気ばね式除振台上には、振動を排除し
て使用せねばならない機器群が搭載される。例えば、露
光用ＸＹステージなどである。適切かつ迅速な露光を行
なわせるため、この機器は外部から伝達する振動を極力
除去した除振台上に搭載されねばならない。何故なら
ば、露光は露光用ＸＹステージが完全停止の状態で行な
われねばならないからである。さらに、露光用ＸＹステ
ージはステップ＆リピートという間欠運動を特徴として
いるので、繰返しのステップ振動を自身が発生し、これ
が除振台の揺れを惹起することにも注意せねばならな
い。この種の振動が整定しきれないで残留する場合も、
露光動作に入ることは不可能となる。従って、除振台に
は、外部振動に対する除振と、強制振動に対する制振と
をバランスよく実現することが求められる。
て使用せねばならない機器群が搭載される。例えば、露
光用ＸＹステージなどである。適切かつ迅速な露光を行
なわせるため、この機器は外部から伝達する振動を極力
除去した除振台上に搭載されねばならない。何故なら
ば、露光は露光用ＸＹステージが完全停止の状態で行な
われねばならないからである。さらに、露光用ＸＹステ
ージはステップ＆リピートという間欠運動を特徴として
いるので、繰返しのステップ振動を自身が発生し、これ
が除振台の揺れを惹起することにも注意せねばならな
い。この種の振動が整定しきれないで残留する場合も、
露光動作に入ることは不可能となる。従って、除振台に
は、外部振動に対する除振と、強制振動に対する制振と
をバランスよく実現することが求められる。
【０００３】周知のように、空気ばね式除振台の制御装
置には、除振台変位を検出しその量に応じて除振台を駆
動するという能動的フィードバック制御が導入されてい
る。図２は、空気ばね式支持脚４台を用いて除振台８を
鉛直方向に位置決め制御する従来の鉛直方向空気ばね式
除振装置を示すブロック図である。空気ばね式支持脚は
除振台８の４隅に配置されている。図２において、１ａ
は空気ばね２ａへ動作流体の空気を給気・排気するサー
ボバルブ、３ａは支持台４ａの鉛直方向変位を計測する
位置センサ、５ａは支持台４ａの鉛直方向加速度を計測
する加速度センサ、６ａは予圧用機械ばね、７ａは空気
ばねと機械ばね及び図示していない機構全体の粘性を表
現する粘性要素である。これらの要素部品１ａ〜７ａか
ら成る機構は空気ばね式支持脚と呼ばれている。図２に
示すように、空気ばね式支持脚は除振台８を鉛直方向に
支持するために４台使用されるが、それらの要素部品番
号の次にａ，ｂ，ｃ，ｄの記号を付けて区別する。
置には、除振台変位を検出しその量に応じて除振台を駆
動するという能動的フィードバック制御が導入されてい
る。図２は、空気ばね式支持脚４台を用いて除振台８を
鉛直方向に位置決め制御する従来の鉛直方向空気ばね式
除振装置を示すブロック図である。空気ばね式支持脚は
除振台８の４隅に配置されている。図２において、１ａ
は空気ばね２ａへ動作流体の空気を給気・排気するサー
ボバルブ、３ａは支持台４ａの鉛直方向変位を計測する
位置センサ、５ａは支持台４ａの鉛直方向加速度を計測
する加速度センサ、６ａは予圧用機械ばね、７ａは空気
ばねと機械ばね及び図示していない機構全体の粘性を表
現する粘性要素である。これらの要素部品１ａ〜７ａか
ら成る機構は空気ばね式支持脚と呼ばれている。図２に
示すように、空気ばね式支持脚は除振台８を鉛直方向に
支持するために４台使用されるが、それらの要素部品番
号の次にａ，ｂ，ｃ，ｄの記号を付けて区別する。
【０００４】次に、空気ばね式支持脚（１ａ〜７ａ）に
対するフィードバック装置１５ａの構成とその動作を説
明する。まず、加速度センサ５ａの出力は適切な増幅度
と時定数とを有するローパスフィルタ９ａを通ってサー
ボバルブ１ａの弁開閉用の電圧電流変換器１０ａの前段
に負帰還される。この加速度フィードバックループによ
り機構の安定化がはかられる。すなわち、ダンピングが
付与される。さらに、位置センサ３ａの出力は変位増幅
器１１ａを通って比較回路１２ａへ入力され、そこで、
地面に対する支持台４ａの目標位置と等価な目標電圧１
３ａと比較され、位置偏差信号ｅa となる。この位置偏
差信号ｅa はＰＩ補償器１４ａを通って電圧電流変換器
１０ａを励磁する。すると、サーボバルブ１ａの弁開閉
によって空気ばね２ａ内の圧力が調整されて支持台４ａ
は所定位置に定常偏差零で保持可能となる。ここで、Ｐ
は比例、Ｉは積分動作をそれぞれ意味する。他の３個の
空気ばね式支持脚に対しても、フィードバック装置１５
ａと同様の構成が採られる。すなわち、図２においてフ
ィードバック装置１５ｂ、１５ｃ、１５ｄはフィードバ
ック装置１５ａと同様の装置構成となる。
対するフィードバック装置１５ａの構成とその動作を説
明する。まず、加速度センサ５ａの出力は適切な増幅度
と時定数とを有するローパスフィルタ９ａを通ってサー
ボバルブ１ａの弁開閉用の電圧電流変換器１０ａの前段
に負帰還される。この加速度フィードバックループによ
り機構の安定化がはかられる。すなわち、ダンピングが
付与される。さらに、位置センサ３ａの出力は変位増幅
器１１ａを通って比較回路１２ａへ入力され、そこで、
地面に対する支持台４ａの目標位置と等価な目標電圧１
３ａと比較され、位置偏差信号ｅa となる。この位置偏
差信号ｅa はＰＩ補償器１４ａを通って電圧電流変換器
１０ａを励磁する。すると、サーボバルブ１ａの弁開閉
によって空気ばね２ａ内の圧力が調整されて支持台４ａ
は所定位置に定常偏差零で保持可能となる。ここで、Ｐ
は比例、Ｉは積分動作をそれぞれ意味する。他の３個の
空気ばね式支持脚に対しても、フィードバック装置１５
ａと同様の構成が採られる。すなわち、図２においてフ
ィードバック装置１５ｂ、１５ｃ、１５ｄはフィードバ
ック装置１５ａと同様の装置構成となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】さて、上述したように
除振台８の上には、振動を極力排除せねばならない機器
群を搭載する。したがって、一般に除振台８は極めて剛
に作る必要がある。これは、除振台８とその上に搭載し
た機器群を含めた装置全体の重量の著しい増加を招く。
また、大重量物でしかも精密機器を搭載する装置なの
で、その搬出・搬入作業は危険且つ細心の注意を必要と
する。搬送用の特別な機械が必要にもなる。さらには、
大重量物の装置配置場所を堅固と成すことも必要になっ
てくる。具体的には、耐床荷重の大きな建物を準備せね
ばならない。結局、除振台８を剛に作らねばならないこ
とが、それ自身のコストを上げるのみならず、装置の搬
出・搬入あるいは設置場所などを含めた総合コストを引
き上げる結果を招来するのである。
除振台８の上には、振動を極力排除せねばならない機器
群を搭載する。したがって、一般に除振台８は極めて剛
に作る必要がある。これは、除振台８とその上に搭載し
た機器群を含めた装置全体の重量の著しい増加を招く。
また、大重量物でしかも精密機器を搭載する装置なの
で、その搬出・搬入作業は危険且つ細心の注意を必要と
する。搬送用の特別な機械が必要にもなる。さらには、
大重量物の装置配置場所を堅固と成すことも必要になっ
てくる。具体的には、耐床荷重の大きな建物を準備せね
ばならない。結局、除振台８を剛に作らねばならないこ
とが、それ自身のコストを上げるのみならず、装置の搬
出・搬入あるいは設置場所などを含めた総合コストを引
き上げる結果を招来するのである。
【０００６】また、上述の他に、特開平３−２８９１０
号には空気ばね式除振台に対する制御として状態フィー
ドバックをベースにした方式が開示されている。しか
し、状態フィードバックは制御対象の物理パラメータに
強く依存した制御となるため、産業用機器として実用的
なものとはならない。
号には空気ばね式除振台に対する制御として状態フィー
ドバックをベースにした方式が開示されている。しか
し、状態フィードバックは制御対象の物理パラメータに
強く依存した制御となるため、産業用機器として実用的
なものとはならない。
【０００７】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、支持脚それぞれに対して、加速度のマイナ
ーループと、位置に関する所定の補償を含むループとを
有するフィードバック装置を独立に付与した制御装置を
対象にしてその改良を図り、産業用機器として実用的な
技術内容のものにすることにある。具体的には、取扱い
が安全かつ簡便で低コストの鉛直方向除振装置を提供す
ることを目的とする。
題点に鑑み、支持脚それぞれに対して、加速度のマイナ
ーループと、位置に関する所定の補償を含むループとを
有するフィードバック装置を独立に付与した制御装置を
対象にしてその改良を図り、産業用機器として実用的な
技術内容のものにすることにある。具体的には、取扱い
が安全かつ簡便で低コストの鉛直方向除振装置を提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明では、除振台の４隅に設けられ、前記除振台の鉛
直方向における位置を検出して位置信号を出力する位置
センサ、前記除振台の鉛直方向における加速度を検出し
て加速度信号を出力する加速度センサおよび前記除振台
を鉛直方向に支持するアクチュエータをそれぞれが有す
る４台の支持脚、並びに前記位置信号のそれぞれをフィ
ードバックして前記アクチュエータのそれぞれを駆動す
るための駆動信号を生成し、前記駆動信号に対応する前
記加速度信号をフィードバックするフィードバック手段
を備えた鉛直方向除振装置において、前記フィードバッ
ク手段は、前記位置センサのそれぞれからの位置信号と
それらに対応する基準位置信号との偏差信号から並進１
自由度と、回転２自由度と、捻り１自由度の各運動モー
ド毎の偏差信号を抽出する運動モード抽出回路と、この
運動モード偏差信号に対して運動モード毎に補償を施し
て運動モード補償信号を出力する補償回路と、これら運
動モード補償信号に基づき前記アクチュエータのそれぞ
れに対応する駆動信号を出力する運動モード分配回路を
具備することを特徴とする。
本発明では、除振台の４隅に設けられ、前記除振台の鉛
直方向における位置を検出して位置信号を出力する位置
センサ、前記除振台の鉛直方向における加速度を検出し
て加速度信号を出力する加速度センサおよび前記除振台
を鉛直方向に支持するアクチュエータをそれぞれが有す
る４台の支持脚、並びに前記位置信号のそれぞれをフィ
ードバックして前記アクチュエータのそれぞれを駆動す
るための駆動信号を生成し、前記駆動信号に対応する前
記加速度信号をフィードバックするフィードバック手段
を備えた鉛直方向除振装置において、前記フィードバッ
ク手段は、前記位置センサのそれぞれからの位置信号と
それらに対応する基準位置信号との偏差信号から並進１
自由度と、回転２自由度と、捻り１自由度の各運動モー
ド毎の偏差信号を抽出する運動モード抽出回路と、この
運動モード偏差信号に対して運動モード毎に補償を施し
て運動モード補償信号を出力する補償回路と、これら運
動モード補償信号に基づき前記アクチュエータのそれぞ
れに対応する駆動信号を出力する運動モード分配回路を
具備することを特徴とする。
【０００９】
【作用】この構成において、除振台が基準位置からずれ
ると、偏差信号等に基づく駆動信号によりアクチュエー
タが駆動され、除振台は基準位置に復帰させられるが、
その際、偏差信号から並進１自由度、回転２自由度、お
よび捻り１自由度の各運動モードの偏差信号が抽出さ
れ、それらは各運動モード毎に適正な補償が施されれ、
そして、再び各アクチュエータの駆動成分に分配されて
駆動信号が生成される。したがって、除振台に捻れを含
む場合でも、捻れの運動モードに対応した補償が行われ
るため、適切な除振制御が行われる。すなわち、従来に
比して、除振台を剛に作る本質的必要性が排除され、剛
に作らなかったことによって発生する柔軟な振動モード
の捻り運動は本制御装置により適正に制御される。ある
いは、如何に除振台を剛に作ろうとも高周波的にみると
柔構造物となってしまうことは周知であり、従来の剛に
作られた除振台へ本発明を適用する場合には、姿勢制御
が更に改善される。
ると、偏差信号等に基づく駆動信号によりアクチュエー
タが駆動され、除振台は基準位置に復帰させられるが、
その際、偏差信号から並進１自由度、回転２自由度、お
よび捻り１自由度の各運動モードの偏差信号が抽出さ
れ、それらは各運動モード毎に適正な補償が施されれ、
そして、再び各アクチュエータの駆動成分に分配されて
駆動信号が生成される。したがって、除振台に捻れを含
む場合でも、捻れの運動モードに対応した補償が行われ
るため、適切な除振制御が行われる。すなわち、従来に
比して、除振台を剛に作る本質的必要性が排除され、剛
に作らなかったことによって発生する柔軟な振動モード
の捻り運動は本制御装置により適正に制御される。ある
いは、如何に除振台を剛に作ろうとも高周波的にみると
柔構造物となってしまうことは周知であり、従来の剛に
作られた除振台へ本発明を適用する場合には、姿勢制御
が更に改善される。
【００１０】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明に係る鉛直方向空気ばね式除振装置の
構成を示すブロック図である。この装置は、同図に示す
ように、空気ばね式支持脚４台を平板状の除振台８の４
隅に配置し、これを鉛直目標位置に定常偏差なく位置決
めするためのフィードバック手段を備えてなる空気ばね
式除振装置において、比較回路１２ａ〜１２ｄとＰＩ補
償器１４ａ〜１４ｄとの間に接続され、各空気ばね式支
持脚の位置偏差信号［ｅa ，ｅb ，ｅc ，ｅd ］T を入
力として剛体運動モード３種類（並進１自由度および回
転２自由度）と柔軟な運動モード１種類（捻り１自由
度）の運動モード偏差信号［ｚg ，ｚθx ，ｚθy ，ｚ
θψ］T を抽出する４自由度の運動モード抽出回路１６
を備え、且つＰＩ補償器１４ａ〜１４ｄとサーボバルブ
１ａ〜１ｄ対する電圧電流変換器１０ａ〜１０ｄとの間
に接続され、運動モード補償信号［ｚg'，ｚθx'，ｚθ
y'，ｚθψ' ］T を入力とする演算によって駆動信号
［Ｓa ，Ｓb ，Ｓc ，Ｓd ］T を各空気ばね式支持脚の
４箇所のアクチュエータに分配して出力する運動モード
分配回路１７を備える。ここで、上付き添字Ｔは転置を
意味する。そして、駆動信号［Ｓa ，Ｓb ，Ｓc ，Ｓ
d ］T とローパスフィルタ９ａ〜９ｄの負帰還信号とを
加算したものが電圧電流変換器１０ａ〜１０ｄへ入力さ
れる。他の構成は、図２の装置と同様である。
る。図１は本発明に係る鉛直方向空気ばね式除振装置の
構成を示すブロック図である。この装置は、同図に示す
ように、空気ばね式支持脚４台を平板状の除振台８の４
隅に配置し、これを鉛直目標位置に定常偏差なく位置決
めするためのフィードバック手段を備えてなる空気ばね
式除振装置において、比較回路１２ａ〜１２ｄとＰＩ補
償器１４ａ〜１４ｄとの間に接続され、各空気ばね式支
持脚の位置偏差信号［ｅa ，ｅb ，ｅc ，ｅd ］T を入
力として剛体運動モード３種類（並進１自由度および回
転２自由度）と柔軟な運動モード１種類（捻り１自由
度）の運動モード偏差信号［ｚg ，ｚθx ，ｚθy ，ｚ
θψ］T を抽出する４自由度の運動モード抽出回路１６
を備え、且つＰＩ補償器１４ａ〜１４ｄとサーボバルブ
１ａ〜１ｄ対する電圧電流変換器１０ａ〜１０ｄとの間
に接続され、運動モード補償信号［ｚg'，ｚθx'，ｚθ
y'，ｚθψ' ］T を入力とする演算によって駆動信号
［Ｓa ，Ｓb ，Ｓc ，Ｓd ］T を各空気ばね式支持脚の
４箇所のアクチュエータに分配して出力する運動モード
分配回路１７を備える。ここで、上付き添字Ｔは転置を
意味する。そして、駆動信号［Ｓa ，Ｓb ，Ｓc ，Ｓ
d ］T とローパスフィルタ９ａ〜９ｄの負帰還信号とを
加算したものが電圧電流変換器１０ａ〜１０ｄへ入力さ
れる。他の構成は、図２の装置と同様である。
【００１１】これによれば、比較回路１２ａ〜１２ｄの
出力信号を入力とした運動モード抽出回路１６の演算に
よって、除振台８が有する４つの運動モードを検出する
ことが可能となる。この運動モードの姿態は図３に示さ
れる。図中、（ａ）は除振台８全体が鉛直方向に変位す
る並進運動モード、（ｂ）は除振台８全体がｘ軸回りに
回転する回転運動モード、（ｃ）は除振台８全体がｙ軸
回りに回転する回転運動モードである。これらの３自由
度の運動は何れも除振台８の変形を伴わない剛体運動モ
ードである。最後に残った（ｄ）は除振台８が柔である
ことに原因して発生する変形を伴う捻り運動モードであ
る。
出力信号を入力とした運動モード抽出回路１６の演算に
よって、除振台８が有する４つの運動モードを検出する
ことが可能となる。この運動モードの姿態は図３に示さ
れる。図中、（ａ）は除振台８全体が鉛直方向に変位す
る並進運動モード、（ｂ）は除振台８全体がｘ軸回りに
回転する回転運動モード、（ｃ）は除振台８全体がｙ軸
回りに回転する回転運動モードである。これらの３自由
度の運動は何れも除振台８の変形を伴わない剛体運動モ
ードである。最後に残った（ｄ）は除振台８が柔である
ことに原因して発生する変形を伴う捻り運動モードであ
る。
【００１２】さて、運動モード抽出回路１６の出力であ
る運動モード偏差信号［ｚg ，ｚθx ，ｚθy ，ｚθ
ψ，］T は各々ＰＩ補償器１４ａ〜１４ｄに入力されて
いる。一方、図２の従来の制御装置におけるＰＩ補償器
１４ａ〜１４ｄに対しては各空気ばね式支持脚の局所的
な位置偏差信号［ｅa ，ｅb ，ｅc ，ｅd ］T が入力さ
れている。これら従来の各位置偏差信号中には、除振台
８の並進、回転及び捻り運動成分が全て存在するので、
ＰＩ補償器１４ａ〜１４ｄの出力信号の中にも様々な運
動成分が含まれる。しかし、図１に示すＰＩ補償器１４
ａ〜１４ｄは、順番に並進、ｘ軸回りの回転、ｙ軸回り
の回転、及び捻りの運動成分だけに対する補償の役割を
有するのである。
る運動モード偏差信号［ｚg ，ｚθx ，ｚθy ，ｚθ
ψ，］T は各々ＰＩ補償器１４ａ〜１４ｄに入力されて
いる。一方、図２の従来の制御装置におけるＰＩ補償器
１４ａ〜１４ｄに対しては各空気ばね式支持脚の局所的
な位置偏差信号［ｅa ，ｅb ，ｅc ，ｅd ］T が入力さ
れている。これら従来の各位置偏差信号中には、除振台
８の並進、回転及び捻り運動成分が全て存在するので、
ＰＩ補償器１４ａ〜１４ｄの出力信号の中にも様々な運
動成分が含まれる。しかし、図１に示すＰＩ補償器１４
ａ〜１４ｄは、順番に並進、ｘ軸回りの回転、ｙ軸回り
の回転、及び捻りの運動成分だけに対する補償の役割を
有するのである。
【００１３】次に、図１におけるＰＩ補償器１４ａ〜１
４ｄの出力である運動モード補償信号［ｚg '，ｚθx '，
ｚθy '，ｚθψ' ，］T は運動モード分配回路１７への
入力となり、その出力［Ｓa ，Ｓb ，Ｓc ，Ｓd ］T は
除振台８の四隅に配置した空気ばね式支持脚に駆動力を
発生させるための信号となる。すなわち、並進、回転、
及び捻り運動モードに対する運動モード補償信号
［ｚg '，ｚθx '，ｚθy '，ｚθψ' ］T を運動モード分
配回路１７に通すことによって、再び除振台８の四隅に
配置した空気ばね式支持脚部位での駆動に対応する信号
に変換する。
４ｄの出力である運動モード補償信号［ｚg '，ｚθx '，
ｚθy '，ｚθψ' ，］T は運動モード分配回路１７への
入力となり、その出力［Ｓa ，Ｓb ，Ｓc ，Ｓd ］T は
除振台８の四隅に配置した空気ばね式支持脚に駆動力を
発生させるための信号となる。すなわち、並進、回転、
及び捻り運動モードに対する運動モード補償信号
［ｚg '，ｚθx '，ｚθy '，ｚθψ' ］T を運動モード分
配回路１７に通すことによって、再び除振台８の四隅に
配置した空気ばね式支持脚部位での駆動に対応する信号
に変換する。
【００１４】運動モード分配回路１７における演算は数
１式、運動モード抽出回路１６における演算は数２式で
示される。これらの演算は、演算増幅器と抵抗を使って
容易に実現することができる。
１式、運動モード抽出回路１６における演算は数２式で
示される。これらの演算は、演算増幅器と抵抗を使って
容易に実現することができる。
【００１５】
【数１】
【００１６】
【数２】 最後に、図２に示す従来の鉛直方向空気ばね式除振装置
の運転性能と対比することによって、図１に示す本実施
例の鉛直方向空気ばね式除振装置の優位性を明らかにす
る。図４は、電圧電流変換器１０ａ〜１０ｄの入力段に
加算端子を設け、ここにステップ電圧を印加して除振台
８にとってステップ状の捻り運動となるような外乱を印
加したときの運動モード偏差信号［ｚg ，ｚθx ，ｚθ
y ，ｚθψ］T の収束の様子を示す。図２の除振装置の
場合、捻り運動を引き起こす外乱印加に対して捻り偏差
信号ｚθψのみならずその他の運動モード偏差信号も有
意な励振が認められる。ところが、図１の場合には、捻
り偏差信号ｚθψ以外の運動モード偏差信号の励振は零
である。しかも、図２の運動性能に比して捻り偏差信号
ｚθψ自身の励振振幅はよく抑えられており、整定時間
も短縮されている。従って、本実施例の鉛直方向空気ば
ね式除振装置によれば、柔軟な捻り運動モードを良く抑
えることができるので除振台８を剛に作る必要性がない
のである。
の運転性能と対比することによって、図１に示す本実施
例の鉛直方向空気ばね式除振装置の優位性を明らかにす
る。図４は、電圧電流変換器１０ａ〜１０ｄの入力段に
加算端子を設け、ここにステップ電圧を印加して除振台
８にとってステップ状の捻り運動となるような外乱を印
加したときの運動モード偏差信号［ｚg ，ｚθx ，ｚθ
y ，ｚθψ］T の収束の様子を示す。図２の除振装置の
場合、捻り運動を引き起こす外乱印加に対して捻り偏差
信号ｚθψのみならずその他の運動モード偏差信号も有
意な励振が認められる。ところが、図１の場合には、捻
り偏差信号ｚθψ以外の運動モード偏差信号の励振は零
である。しかも、図２の運動性能に比して捻り偏差信号
ｚθψ自身の励振振幅はよく抑えられており、整定時間
も短縮されている。従って、本実施例の鉛直方向空気ば
ね式除振装置によれば、柔軟な捻り運動モードを良く抑
えることができるので除振台８を剛に作る必要性がない
のである。
【００１７】なお、図示しないが、図４と同様の方法で
除振台８に並進及び２種類の回転の外乱を与えた場合の
比較も行なっている。勿論、本実施例の方が従来の制御
装置に比して運動モード偏差信号の収束性能は良好であ
る。
除振台８に並進及び２種類の回転の外乱を与えた場合の
比較も行なっている。勿論、本実施例の方が従来の制御
装置に比して運動モード偏差信号の収束性能は良好であ
る。
【００１８】なお、本発明は、上述の実施例に限定され
るものではない。例えば、上述においては、空気ばねを
アクチュエータとした鉛直方向空気ばね式除振装置にお
いて、剛体運動モードのみならず柔軟運動モードまでも
含めた運動を制御しているため、本発明は空気ばねをア
クチュエータとする能動的除振装置に限定されるもので
はない。例えばボイスコイルモータをアクチュエータと
した能動的除振装置への適用も、本発明の範囲に属する
ことは言うまでもない。また、図１の実施例はアナログ
演算回路で制御系を構成しているが、このうちの一部も
しくは全部を電子計算機のようなディジタル演算装置で
置き換えてもよい。
るものではない。例えば、上述においては、空気ばねを
アクチュエータとした鉛直方向空気ばね式除振装置にお
いて、剛体運動モードのみならず柔軟運動モードまでも
含めた運動を制御しているため、本発明は空気ばねをア
クチュエータとする能動的除振装置に限定されるもので
はない。例えばボイスコイルモータをアクチュエータと
した能動的除振装置への適用も、本発明の範囲に属する
ことは言うまでもない。また、図１の実施例はアナログ
演算回路で制御系を構成しているが、このうちの一部も
しくは全部を電子計算機のようなディジタル演算装置で
置き換えてもよい。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、４
箇所からの位置偏差信号を入力とした演算によって並進
１自由度と回転２自由度という合計３個の剛体運動モー
ドのみならず柔軟な捻り運動モードに対応した偏差信号
をも抽出し、それらの運動モード毎に最適な補償を施
し、そしてこれら補償信号を再び各アクチュエータの駆
動に対応した駆動信号に分配するようにしたため、それ
らの運動モード毎に効果的な制御を掛けることができ
る。すなわち、フィードバック制御装置が支持脚１台毎
に独立している従来の制御装置においては、他の支持脚
の運動が及ぼす影響の為に姿勢制御が効果的に掛けられ
なかったが、本発明によればそうした問題は解決され
る。
箇所からの位置偏差信号を入力とした演算によって並進
１自由度と回転２自由度という合計３個の剛体運動モー
ドのみならず柔軟な捻り運動モードに対応した偏差信号
をも抽出し、それらの運動モード毎に最適な補償を施
し、そしてこれら補償信号を再び各アクチュエータの駆
動に対応した駆動信号に分配するようにしたため、それ
らの運動モード毎に効果的な制御を掛けることができ
る。すなわち、フィードバック制御装置が支持脚１台毎
に独立している従来の制御装置においては、他の支持脚
の運動が及ぼす影響の為に姿勢制御が効果的に掛けられ
なかったが、本発明によればそうした問題は解決され
る。
【００２０】また、従来、４台の支持脚によって除振台
を鉛直方向に安定に支持する調整作業は相互干渉の為に
煩雑であった。すなわち、ある支持脚に対する基準位置
信号の調整による目標位置設定、制御ループゲイン調
整、あるいはＰＩ補償器の時定数調整などは、他の支持
脚の運動にも相互に影響を及ぼすために、除振台８を安
定に支持する調整作業は煩雑であった。しかし、本発明
によれば、支持脚の取り付け部位に限定された局所的な
安定化作業とは異なり、除振台の大局的運動をみた調整
が可能となり、安定化の調整作業は従来に比して簡便と
なる。
を鉛直方向に安定に支持する調整作業は相互干渉の為に
煩雑であった。すなわち、ある支持脚に対する基準位置
信号の調整による目標位置設定、制御ループゲイン調
整、あるいはＰＩ補償器の時定数調整などは、他の支持
脚の運動にも相互に影響を及ぼすために、除振台８を安
定に支持する調整作業は煩雑であった。しかし、本発明
によれば、支持脚の取り付け部位に限定された局所的な
安定化作業とは異なり、除振台の大局的運動をみた調整
が可能となり、安定化の調整作業は従来に比して簡便と
なる。
【００２１】さらに、従来から除振台はその上に大重量
物の機器を搭載するため剛に作られており、これは装置
全体の重量を著しく増加せしめていた。このため、従来
は、装置の搬出・搬入は不便であるし、且つ大重量物設
置に耐える床工事を必要としていた。しかし本発明によ
れば、捻り運動モードを効果的に抑制できるので除振台
を剛に作る本質的必要性はなくなる。この場合、装置全
体重量を増加させることがないので、装置の搬出・搬入
に苦労はなくなるし、かつ耐荷重の大きな床を準備する
こともない。つまり、総合的コスト上昇を抑えることが
できる、という効果がある。
物の機器を搭載するため剛に作られており、これは装置
全体の重量を著しく増加せしめていた。このため、従来
は、装置の搬出・搬入は不便であるし、且つ大重量物設
置に耐える床工事を必要としていた。しかし本発明によ
れば、捻り運動モードを効果的に抑制できるので除振台
を剛に作る本質的必要性はなくなる。この場合、装置全
体重量を増加させることがないので、装置の搬出・搬入
に苦労はなくなるし、かつ耐荷重の大きな床を準備する
こともない。つまり、総合的コスト上昇を抑えることが
できる、という効果がある。
【００２２】また、除振台を如何に剛に作ろうとも、所
詮は捻り運動の如き柔軟な運動モードは存在する。従っ
て、剛に作られた従来からの除振台に対して本発明を適
用した場合も姿勢制御は好適に実現される。
詮は捻り運動の如き柔軟な運動モードは存在する。従っ
て、剛に作られた従来からの除振台に対して本発明を適
用した場合も姿勢制御は好適に実現される。
【図１】 本発明の一実施例に係る鉛直方向空気ばね式
除振装置を示すブロック図である。
除振装置を示すブロック図である。
【図２】 従来例に係る鉛直方向空気ばね式除振装置を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図３】 除振台の運動モードを示す説明図である。
【図４】 図１及び図２の装置において除振台にステッ
プ状の捻りを外乱として与えたときの運動モード偏差信
号の収束の様子を示す波形図である。
プ状の捻りを外乱として与えたときの運動モード偏差信
号の収束の様子を示す波形図である。
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ：サーボバルブ、２ａ，２ｂ，
２ｃ，２ｄ：空気ばね、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ：位置
センサ、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ：支持台、５ａ，５
ｂ，５ｃ，５ｄ：加速度センサ、６ａ，６ｂ，６ｃ，６
ｄ：予圧用機械ばね、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ：粘性要
素、８：除振台、９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ：ローパスフ
ィルタ、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ：電圧電流変
換器、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ：変位増幅器、
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ：比較回路、１３ａ，
１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ：目標電圧、１４ａ，１４ｂ，
１４ｃ，１４ｄ：ＰＩ補償器、１５ａ，１５ｂ，１５
ｃ，１５ｄ：フィードバック装置、１６：運動モード抽
出回路、１７：運動モード分配回路。
２ｃ，２ｄ：空気ばね、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ：位置
センサ、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ：支持台、５ａ，５
ｂ，５ｃ，５ｄ：加速度センサ、６ａ，６ｂ，６ｃ，６
ｄ：予圧用機械ばね、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ：粘性要
素、８：除振台、９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ：ローパスフ
ィルタ、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ：電圧電流変
換器、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ：変位増幅器、
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ：比較回路、１３ａ，
１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ：目標電圧、１４ａ，１４ｂ，
１４ｃ，１４ｄ：ＰＩ補償器、１５ａ，１５ｂ，１５
ｃ，１５ｄ：フィードバック装置、１６：運動モード抽
出回路、１７：運動モード分配回路。
Claims (2)
- 【請求項１】 除振台の４隅に設けられ、前記除振台の
鉛直方向における位置を検出して位置信号を出力する位
置センサ、前記除振台の鉛直方向における加速度を検出
して加速度信号を出力する加速度センサおよび前記除振
台を鉛直方向に支持するアクチュエータをそれぞれが有
する４台の支持脚、並びに前記位置信号のそれぞれをフ
ィードバックして前記アクチュエータのそれぞれを駆動
するための駆動信号を生成し、前記駆動信号に対応する
前記加速度信号をフィードバックするフィードバック手
段を備えた鉛直方向除振装置において、前記 フィードバック手段は、前記位置センサのそれぞれ
からの位置信号とそれらに対応する基準位置信号との偏
差信号から並進１自由度と、回転２自由度と、捻り１自
由度の各運動モード毎の偏差信号を抽出する運動モード
抽出回路と、この運動モード偏差信号に対して運動モー
ド毎に補償を施して運動モード補償信号を出力する補償
回路と、これら運動モード補償信号に基づき前記アクチ
ュエータのそれぞれに対応する駆動信号を出力する運動
モード分配回路を具備することを特徴とする鉛直方向除
振装置。 - 【請求項２】 前記運動モード抽出回路は、前記鉛直方
向をｚ軸として、前記位置センサのそれぞれからの位置
信号とそれらに対応する基準位置信号との偏差信号か
ら、ｚ軸方向に変位する並進１自由度と、ｘ軸回りの回
転運動とｙ軸回りの回転運動の回転２自由度と、前記除
振台の変形を伴う捻り１自由度の偏差信号を抽出するこ
とを特徴とする請求項１記載の鉛直方向除振装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5175957A JP2954815B2 (ja) | 1993-06-24 | 1993-06-24 | 鉛直方向除振装置 |
| US08/257,527 US5478043A (en) | 1993-06-24 | 1994-06-09 | Control apparatus for vertical vibration elimination table |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5175957A JP2954815B2 (ja) | 1993-06-24 | 1993-06-24 | 鉛直方向除振装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07139582A JPH07139582A (ja) | 1995-05-30 |
| JP2954815B2 true JP2954815B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=16005218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5175957A Expired - Fee Related JP2954815B2 (ja) | 1993-06-24 | 1993-06-24 | 鉛直方向除振装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5478043A (ja) |
| JP (1) | JP2954815B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5734246A (en) * | 1995-05-16 | 1998-03-31 | The Aerospace Corporation | Active piezo-electric vibration isolation and directional systems |
| US5750897A (en) * | 1995-06-14 | 1998-05-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Active anti-vibration apparatus and method of manufacturing the same |
| EP0789160B1 (en) * | 1995-08-11 | 2003-10-29 | Ebara Corporation | Magnetically levitated vibration damping apparatus |
| US5812420A (en) * | 1995-09-05 | 1998-09-22 | Nikon Corporation | Vibration-preventive apparatus and exposure apparatus |
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| JP3337906B2 (ja) * | 1996-04-02 | 2002-10-28 | キヤノン株式会社 | 空圧式振動絶縁除去装置、投影露光装置及びこれを用いたデバイス製造方法 |
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| US6128552A (en) * | 1996-11-08 | 2000-10-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Anti-vibration apparatus and method |
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-
1993
- 1993-06-24 JP JP5175957A patent/JP2954815B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-06-09 US US08/257,527 patent/US5478043A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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