(57)【要約】【課題】スライダを広範囲で移動できるとともに、安定した位置制御を可能とする位置制御装置を提供する。【解決手段】複数のレーザ干渉計３ａ〜３ｑと、スライダ２の位置を計測する位置計測部８２と、位置計測手段８２により計測されるスライダの計測位置に応じて、複数のレーザ干渉計３ａ〜３ｑの中からスライダ２の位置制御のために使用するレーザ干渉計を選択する選択部８１と、を備える。選択部８１は、前回レーザ干渉計を切り替えた後、所定時間経過するまでの間は、使用するレーザ干渉計の新たな切り替えを行わない。【選択図】図１
2008275433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ干渉計の計測結果に基づいてスライダの位置制御を実行する位置制御装置において、
複数のレーザ干渉計と、
スライダの位置を計測する位置計測手段と、
前記位置計測手段により計測される前記スライダの計測位置に応じて、前記複数のレーザ干渉計の中から前記スライダの位置制御のために使用するレーザ干渉計を選択する選択手段と、
を備え、
前記選択手段は、前回レーザ干渉計を切り替えた後、所定時間経過するまでの間は、使用するレーザ干渉計の新たな切り替えを行わないことを特徴とする位置制御装置。
【請求項２】
レーザ干渉計の計測結果に基づいてスライダの位置制御を実行する位置制御装置において、
複数のレーザ干渉計と、
スライダの位置を計測する位置計測手段と、
前記位置計測手段により計測される前記スライダの計測位置に応じて、前記複数のレーザ干渉計の中から前記スライダの位置制御のために使用するレーザ干渉計を選択する選択手段と、
を備え、
前記選択手段は、使用するレーザ干渉計を切り替えるべき基準となる第１の切り替え位置を、前記計測位置が通過した場合に、使用するレーザ干渉計を第１のレーザ干渉計から第２のレーザ干渉計に切り替えるとともに、使用するレーザ干渉計を切り替えるべき基準となる第２の切り替え位置を、前記計測位置が通過した場合に、使用するレーザ干渉計を第２のレーザ干渉計から第１のレーザ干渉計に切り替え、
前記第１の切り替え位置および前記第２の切り替え位置は、レーザ干渉計の切替時における前記スライダの移動方向について互いに解離した位置とされることを特徴とする位置制御装置。
【請求項３】
前記位置計測手段は、前記選択手段により選択されている前記レーザ干渉計の計測結果を用いて前記スライダの位置を計測することを特徴とする請求項１または２に記載の位置制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ干渉計の計測結果に基づいてスライダの位置制御を実行する位置制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラテン上で２次元方向に位置制御されるスライダの位置を、固定配置されたレーザ干渉計とこのレーザ干渉計の照射ビームを反射するスライダに搭載されたバーミラーを用いて検出するＸＹステージが、特許文献１に開示されている。このＸＹステージでは、検出されたスライダの位置情報に基づいて、スライダの位置制御を行っている。
【特許文献１】特開２００５−９９５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、レーザ干渉計を用いたスライダの位置制御では、バーミラーからの反射ビームをＸ軸方向およびＹ軸方向でレーザ干渉計に入力する必要があり、スライダがプラテンの両極端部に移動した場合でもこの条件を満足する必要がある。
【０００４】
従って、スライダは、搭載するバーミラーからの反射ビームが外れる直前位置までが移動制御の限界であり、スライダの動作範囲はバーミラーのサイズにより制限を受ける。このために、スライダを広範囲で移動させたい場合、バーミラーのサイズを大きくする必要があるとともに、スライダの移動空間の確保のためスペース効率が低下し、装置全体が極端に大型化する。また、バーミラーの変形に起因する位置制御の精度が低下することも問題となる。
【０００５】
このような問題を解消するために、スライダの移動範囲をカバーするように複数のレーザ干渉計を設置し、スライダの位置に応じて、使用するレーザ干渉計を切り替えることも考えられる。しかし、レーザ干渉計を切り替える過渡期において、位置制御を安定して実行することが難しいという技術的課題が存在する。
【０００６】
本発明の目的は、スライダを広範囲で移動できるとともに、安定した位置制御を可能とする位置制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の位置制御装置は、レーザ干渉計の計測結果に基づいてスライダの位置制御を実行する位置制御装置において、複数のレーザ干渉計と、スライダの位置を計測する位置計測手段と、前記位置計測手段により計測される前記スライダの計測位置に応じて、前記複数のレーザ干渉計の中から前記スライダの位置制御のために使用するレーザ干渉計を選択する選択手段と、を備え、前記選択手段は、前回レーザ干渉計を切り替えた後、所定時間経過するまでの間は、使用するレーザ干渉計の新たな切り替えを行わないことを特徴とする。
この位置制御装置によれば、前回レーザ干渉計を切り替えた後、所定時間経過するまでの間は、使用するレーザ干渉計の新たな切り替えを行わないので、レーザ干渉計の頻繁な切り替えに起因する位置制御の不安定性を回避できる。
【０００８】
本発明の位置制御装置は、レーザ干渉計の計測結果に基づいてスライダの位置制御を実行する位置制御装置において、複数のレーザ干渉計と、スライダの位置を計測する位置計測手段と、前記位置計測手段により計測される前記スライダの計測位置に応じて、前記複数のレーザ干渉計の中から前記スライダの位置制御のために使用するレーザ干渉計を選択する選択手段と、を備え、前記選択手段は、使用するレーザ干渉計を切り替えるべき基準となる第１の切り替え位置を、前記計測位置が通過した場合に、使用するレーザ干渉計を第１のレーザ干渉計から第２のレーザ干渉計に切り替えるとともに、使用するレーザ干渉計を切り替えるべき基準となる第２の切り替え位置を、前記計測位置が通過した場合に、使用するレーザ干渉計を第２のレーザ干渉計から第１のレーザ干渉計に切り替え、前記第１の切り替え位置および前記第２の切り替え位置は、レーザ干渉計の切替時における前記スライダの移動方向について互いに解離した位置とされることを特徴とする。
この位置制御装置によれば、使用するレーザ干渉計を切り替えるべき基準となる切り替え位置を、レーザ干渉計の切り替え方向に応じてスライダの移動方向について互いに解離した位置となるので、レーザ干渉計の頻繁な切り替えに起因する位置制御の不安定性を回避できる。
【０００９】
前記位置計測手段は、前記選択手段により選択されている前記レーザ干渉計の計測結果を用いて前記スライダの位置を計測してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の位置制御装置によれば、前回レーザ干渉計を切り替えた後、所定時間経過するまでの間は、使用するレーザ干渉計の新たな切り替えを行わないので、レーザ干渉計の頻繁な切り替えに起因する位置制御の不安定性を回避できる。
【００１１】
本発明の位置制御装置によれば、使用するレーザ干渉計を切り替えるべき基準となる切り替え位置を、レーザ干渉計の切り替え方向に応じてスライダの移動方向について互いに解離した位置となるので、レーザ干渉計の頻繁な切り替えに起因する位置制御の不安定性を回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図１〜図７を参照して、本発明による位置制御装置の一実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態の位置制御装置の構成を示す平面図、図２は、本実施形態の位置制御装置における制御系の構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の位置制御装置は、装置本体１のプラテン１１上に載置されＸＹ平面内を駆動されるスライダ２と、プラテン１１の周囲に取り付けられ、スライダ２の位置を計測するための複数のレーザ干渉計３ａ〜３ｑと、を備える。
【００１５】
本実施形態の位置制御装置では、レーザ干渉計３ａ〜３ｑにおいて位相信号を用いてスライダ２の位置を計測する。なお、位相信号を用いる位置の算出方法は周知（例えば、特開２００５−９９５２号公報参照）であるため、その詳細説明は省略する。
【００１６】
図１に示すように、レーザ干渉計３ａ〜３ｄの光軸はＸ方向に向けられ、スライダ２の側面に設けられたミラー２１からの反射光を受光することで、スライダ２のＸ方向の位置を計測する。レーザ干渉計３ｅ〜３ｈの光軸は−Ｙ方向に向けられ、スライダ２の側面に設けられたミラー２２からの反射光を受光することで、スライダ２のＹ方向の位置を計測する。レーザ干渉計３ｉ〜３ｍの光軸は−Ｘ方向に向けられ、スライダ２の側面に設けられたミラー２３からの反射光を受光することで、スライダ２のＸ方向の位置を計測する。レーザ干渉計３ｎ〜３ｑの光軸はＹ方向に向けられ、スライダ２の側面に設けられたミラー２４からの反射光を受光することで、スライダ２のＹ方向の位置を計測する。
【００１７】
図１に示すように、レーザ光源５から射出されたレーザ光は、光ファイバー５１を介して分岐手段としての分岐ユニット６に導かれる。分岐ユニット６は、レーザ光源５からのレーザ光を光量等分して光ファイバー群７を構成する個々の光ファイバーに分岐し、個々の光ファイバーにより導かれたレーザ光が個々のレーザ干渉計３ａ〜３ｑに与えられる。個々のレーザ干渉計３ａ〜３ｑは、それぞれの光軸に沿ってレーザ光を照射し、スライダ２からの反射光を受光する。
【００１８】
図２に示すように、本実施形態の位置制御装置は、レーザ干渉計３ａ〜３ｑの計測結果に基づいてスライダ２の位置（現在のスライダ２の位置）を計測する位置計測手段としての位置計測部８２と、位置計測部８２におけるスライダ２の位置の計測結果に基づいて、使用するレーザ干渉計３ａ〜３ｑを選択する選択手段としての選択部８１と、位置計測部８２におけるスライダ２の位置の計測結果に基づいて、駆動装置８４を制御する制御部８３と、を備える。駆動装置８４は、制御部８３からの指令に基づいてプラテン１１上のスライダ２をＸＹ平面内で駆動する。このように、スライダ２のＸＹ平面内の位置がフィードバック制御される。
【００１９】
図１に示すように、並行して配置されたレーザ干渉計３ａ〜３ｄの間隔は、スライダ２のミラー２１の幅よりも小さくされており、スライダ２の位置にかかわらず、レーザ干渉計３ａ〜３ｄのうち少なくとも１つのレーザ干渉計はミラー２１に対向する。同様に、レーザ干渉計３ｅ〜３ｈのうち少なくとも１つのレーザ干渉計はミラー２２に、レーザ干渉計３ｉ〜３ｍのうち少なくとも１つのレーザ干渉計はミラー２３に、レーザ干渉計３ｎ〜３ｑのうち少なくとも１つのレーザ干渉計はミラー２４に、それぞれ対向する。
【００２０】
選択部８１は、位置計測部８２において計測されたスライダ２の現在の位置情報を取得し、その位置情報に基づいて、スライダ２のミラーに現在対向しているレーザ干渉計を選択する。位置計測部８２では選択されたレーザ干渉計の計測結果を用いてスライダ２の位置を計測し、その位置情報は制御部８３および選択部８１に与えられる。このように、選択部８１が最新の位置情報に基づいてレーザ干渉計を選択し続けることで、スライダ２の位置にかかわらず、位置計測部８２においてスライダ２の位置を計測し、制御部８３においてスライダ２の位置制御を実行し続けることが可能となる。
【００２１】
レーザ干渉計が切り替えられる場合、切り替え時の計測結果が引き継がれる。例えば、レーザ干渉計３ａからレーザ干渉計３ｂに切り替えられた場合、レーザ干渉計３ａを使用し位置計測部８２で計測されていたスライダ２のＸ座標が、レーザ干渉計３ｂを使用して計測される同時のスライダ２のＸ座標に置換される。また、例えば、レーザ干渉計３ｅからレーザ干渉計３ｆに切り替えられた場合、レーザ干渉計３ｅを使用し位置計測部８２で計測されていたスライダ２のＹ座標が、レーザ干渉計３ｆを使用して計測される同時のスライダ２のＹ座標に置換される。このため、レーザ干渉計の切り替えに際して、スライダ２の計測位置の継続性が確保される。
【００２２】
図３は、選択部８１の動作を示すフローチャートである。
【００２３】
図３のステップＳ１では、タイマがタイムアップするのを待って、ステップＳ２へ進む。このタイマは、前回の切り替え時刻からの経過時間を管理するためのものである。タイマの計時が所定時間に到達していれば、ステップＳ１の判断が肯定される。
【００２４】
ステップＳ２では、選択部８１は、位置計測部８２からスライダ２の現在の位置情報を取得する。次に、ステップＳ３では、選択部８１は、今回取得した位置情報と前回切り替え時に取得した位置情報とを比較し、レーザ干渉計の切り替えが必要か否か判断する。判断が肯定されればステップＳ４へ進み、判断が否定されれば、ステップＳ１へ戻る。
【００２５】
図４はスライダ２の位置と、レーザ干渉計との対応関係を例示する図である。
【００２６】
図４に示すように、位置計測部８２で計測されるスライダ２のＹ座標（例えば、スライダ２の中心のＹ座標）に、例えば、レーザ干渉計３ａ〜３ｄのいずれかが対応付けられている。この例では、スライダ２のＹ座標がＹ１以下の場合には、レーザ干渉計３ａが、スライダ２のＹ座標がＹ１〜Ｙ２の場合には、レーザ干渉計３ｂが、スライダ２のＹ座標がＹ２〜Ｙ３の場合には、レーザ干渉計３ｃが、スライダ２のＹ座標がＹ３以上の場合には、レーザ干渉計３ｄが、それぞれ対応付けられる。
【００２７】
このようにＹ１，Ｙ２およびＹ３が切り替え位置（Ｙ座標）として規定されており、これらの切り替え位置を基準としてレーザ干渉計の切り替えを行う。
【００２８】
同様に、図４に示すように、位置計測部８２で計測されるスライダ２のＸ座標（例えば、スライダ２の中心のＸ座標）に、例えば、レーザ干渉計３ｅ〜３ｈのいずれかが対応付けられている。この例では、スライダ２のＸ座標がＸ１以下の場合には、レーザ干渉計３ｅが、スライダ２のＸ座標がＸ１〜Ｘ２の場合には、レーザ干渉計３ｆが、スライダ２のＸ座標がＸ２〜Ｘ３の場合には、レーザ干渉計３ｇが、スライダ２のＸ座標がＸ３以上の場合には、レーザ干渉計３ｈが、それぞれ対応付けられる。
【００２９】
このようにＸ１，Ｘ２およびＸ３が切り替え位置（Ｘ座標）として規定されており、これらの切り替え位置を基準としてレーザ干渉計の切り替えを行う。
【００３０】
ステップＳ３では、現在選択されているレーザ干渉計が、今回取得した位置情報に対応するレーザ干渉計と異なっている場合には、判断が肯定され、両者が同一であれば判断が否定されることになる。例えば、現在、レーザ干渉計３ａが選択されているが、今回取得した位置情報により、現在のスライダ２のＹ座標がＹ１〜Ｙ２の間にある、すなわちレーザ干渉計３ｂを選択すべきことが示された場合には、判断が肯定される。
【００３１】
次に、ステップＳ４では、ステップＳ３における判断に従い、レーザ干渉計を切り替える。例えば、現在、レーザ干渉計３ａが選択されているが、今回取得した位置情報により、現在のスライダ２のＹ座標がＹ１〜Ｙ２の間にあることがステップＳ３において判明すれば、使用するレーザ干渉計をレーザ干渉計３ｂに切り替える。
【００３２】
次に、ステップＳ５では、上記タイマをリセットして計時を開始し、ステップＳ１へ戻る。
【００３３】
このように、本実施形態の位置制御装置では、前回の切り替え時刻からの経過時間が所定時間に達していない場合（ステップＳ１の判断が否定される場合）には、その間、スライダ２が切り替え位置を通過したとしても即座にレーザ干渉計の切り替えを行うことはしない。このため、レーザ干渉計が頻繁に切り替えられ、位置制御が不安定あるいは不能になることが防止される。
【００３４】
図５は、切り替え後の経過時間を管理することの効果を示す図である。
【００３５】
図５（ａ）の例では、スライダ２が、切り替え位置（座標Ｙ１）上を緩やかに移動する場合を示している。例えば、スライダ２を切り替え位置（座標Ｙ１）近辺で減速あるいは一時停止させるような場合には、スライダ２が切り替え位置（座標Ｙ１）の前後で振動する可能性がある。しかし、スライダ２の位置に応じてレーザ干渉計を頻繁に切り替えると、スライダ２の計測位置を引き継ぐ際の誤差が蓄積され、スライダ２の位置制御が困難になる可能性がある。しかし、本実施形態の位置制御装置では、一定時間を経過しない限り、レーザ干渉計の次の切り替えを行わないため、レーザ干渉計が頻繁に切り替えられることはなく、安定した位置制御が可能となる。
【００３６】
例えば、図５（ａ）では、時刻ｔ０においてスライダ２の計測位置が切り替え位置（座標Ｙ１）に到達し、この時点でレーザ干渉計３ａからレーザ干渉計３ｂに切り替えられる。その後、スライダ２が切り替え位置（座標Ｙ１）の前後で振動しているが、所定時間Ｔが経過するまで、レーザ干渉計の切り替えが禁止される。所定時間Ｔの経過時点（時刻ｔ０＋Ｔ）では、スライダ２の位置（Ｙ座標）はレーザ干渉計３ｂの領域にあるため、レーザ干渉計の切り替えは行われない。
【００３７】
また、図５（ｂ）の例では、時刻ｔ１においてスライダ２の計測位置が切り替え位置（座標Ｙ１）に到達し、この時点でレーザ干渉計３ａからレーザ干渉計３ｂに切り替えられている。その結果、スライダ２の計測位置を引き継ぐ際の誤差によって、スライダ２の見かけの計測位置が再び切り替え前の位置に戻ってしまっている。このため、仮に、スライダ２の計測位置に追従してレーザ干渉計を切り替えると、切り替え動作の連鎖が切れず、いつまでもレーザ干渉計の交代を繰り返すことになり、スライダ２の位置計測ができなくなる。
【００３８】
しかし、本実施形態の位置制御装置では、所定時間Ｔの経過時点（時刻ｔ１＋Ｔ）には、スライダ２の位置（Ｙ座標）はレーザ干渉計３ｂの領域にあるため、レーザ干渉計の切り替えは行われない。結局、１回の切り替え動作で適切にレーザ干渉計を選択できるため、スライダ２の位置制御を安定して継続できる。
【００３９】
図６は、レーザ干渉計の切り替え位置をスライダ２の移動方向に応じて異なる位置に設定する例を示している。例えば、スライダ２がＹ方向に移動している場合には、スライダ２が切り替え位置（座標Ｙ１１）を通過したときにレーザ干渉計をレーザ干渉計３ａからレーザ干渉計３ｂに切り替える。しかし、スライダ２が−Ｙ方向に移動している場合には、スライダ２が切り替え位置（座標Ｙ１２）を通過したときにレーザ干渉計をレーザ干渉計３ｂからレーザ干渉計３ａに切り替える。ここで、座標Ｙ１１＞座標Ｙ１２であるから、レーザ干渉計の切り替え位置は、スライダ２の移動方向について互に解離した位置にある。
【００４０】
他の切り替え位置についても同様とされ、レーザ干渉計３ｂ→レーザ干渉計３ｃへの切り替え位置はＹ座標Ｙ２１であるのに対し、レーザ干渉計３ｃ→レーザ干渉計３ｂへの切り替え位置はＹ座標Ｙ２２である。レーザ干渉計３ｃ→レーザ干渉計３ｄへの切り替え位置はＹ座標Ｙ３１であるのに対し、レーザ干渉計３ｄ→レーザ干渉計３ｃへの切り替え位置はＹ座標Ｙ３２である。レーザ干渉計３ｅ→レーザ干渉計３ｆへの切り替え位置はＸ座標Ｘ１１であるのに対し、レーザ干渉計３ｆ→レーザ干渉計３ｅへの切り替え位置はＸ座標Ｘ１２である。レーザ干渉計３ｆ→レーザ干渉計３ｇへの切り替え位置はＸ座標Ｘ２１であるのに対し、レーザ干渉計３ｇ→レーザ干渉計３ｆへの切り替え位置はＸ座標Ｘ２２である。レーザ干渉計３ｇ→レーザ干渉計３ｈへの切り替え位置はＸ座標Ｘ３１であるのに対し、レーザ干渉計３ｈ→レーザ干渉計３ｇへの切り替え位置はＸ座標Ｘ３２である。  
【００４１】
このように、スライダ２の移動方向に応じて切り替え位置が異なるため、選択されるレーザ干渉計を示す曲線はヒステリシス曲線を描く。
【００４２】
図７は、レーザ干渉計の切り替え位置をスライダ２の移動方向に応じて異なる位置に設定する場合（図６）の効果を説明する図である。
【００４３】
図７の例では、スライダ２が、切り替え位置（座標Ｙ１１、座標Ｙ１２）近傍を振動しながら移動する例を示している。図７の例では、時刻ｔ３においてスライダ２が切り替え位置（座標Ｙ１１）に到達して、レーザ干渉計３ａ→レーザ干渉計３ｂへの切り替えが行われた後、時刻ｔ４においてスライダ２が切り替え位置（座標Ｙ１２）に到達するまでの間、レーザ干渉計の切り替え（レーザ干渉計３ｂ→レーザ干渉計３ａ）が行われることはない。このように、スライダ２が揺れ動くような場合でも、レーザ干渉計が頻繁に切り替えられることなく、スライダ２の位置制御を安定して実行できる。
【００４４】
また、図５（ｂ）に示したような、計測位置を引き継ぐ際の誤差に起因する現象に対しても、同様の効果を発揮する。
【００４５】
上記実施形態では、平面内でスライダの位置（２次元パラメータ）を制御する例を示したが、本発明は、１次元あるいは３次元以上のパラメータによる位置制御にも適用できる。スライダの回転角度（例えば、Ｚ軸周りの角度）をパラメータとして位置制御することもできる。
【００４６】
上記実施形態では、スライダ２の位置を制御部８３によりフィードバック制御するためのスライダ２の位置情報と、レーザ干渉計を選択するためのスライダ２の位置情報とを共通化している。すなわち、位置計測部８２における計測結果を両者の位置情報として兼用している。しかし、本発明の位置制御装置において、レーザ干渉計を選択するためのスライダ２の位置情報として、スライダ２の位置をフィードバック制御するためのスライダ２の位置情報とは別の情報を使用してもよい。例えば、選択部８１で選択されていないレーザ干渉計の計測結果に基づいて、選択部８１で選択されるレーザ干渉計を決定してもよい。また、レーザ干渉計３ａ〜３ｑとは別の手段（位置計測手段）によりスライダ２の位置を計測し、この位置情報に基づいてレーザ干渉計を選択してもよい。
【００４７】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、レーザ干渉計の計測結果に基づいてスライダの位置制御を実行する位置制御装置に対し、広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】一実施形態の位置制御装置の構成を示す平面図。
【図２】本実施形態の位置制御装置における制御系の構成を示すブロック図。
【図３】選択部の動作を示すフローチャート。
【図４】スライダの位置とレーザ干渉計との対応関係を例示する図。
【図５】切り替え後の経過時間を管理することの効果を示す図。
【図６】レーザ干渉計の切り替え位置をスライダの移動方向に応じて異なる位置に設定する例を示す図。
【図７】レーザ干渉計の切り替え位置をスライダの移動方向に応じて異なる位置に設定する場合の効果を説明する図。
【符号の説明】
【００４９】
２      スライダ
３ａ〜３ｑ  レーザ干渉計
８１    選択部（選択手段）
８２    位置計測部（位置計測手段）
【図１】
2008275433.tif 000003
【図２】
2008275433.tif 000004
【図３】
2008275433.tif 000005
【図４】
2008275433.tif 000006
【図５】
2008275433.tif 000007
【図６】
2008275433.tif 000008
【図７】
2008275433.tif 000009