JPH02222916A - 揺動駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＸ線または可視光等のエネルギービームを可動
する反射鏡により走査する揺動駆動装置に関し、特にシ
ンクロトン放射光を利用した露光装置で放射光を走査す
る反射鏡を駆動する揺動駆動装置に間する。

〔従来の技術〕

従来、シンクロトンの放射光を利用するりソグラフィは
、ビームを縦方向に走査し、照射領域を縦方向に拡大す
るために、反射鏡を用いてビームの入射角を大きくして
ほぼ全反射させ、その反射鏡を縦方向に回動させ反射ビ
ームを走査する機構が使用されている。また、この機構
を使用した類似した例として、例えば、Ｘ線、レーザ光
、あるいはその他の可視光の走査する機構にもしばしば
使用されている。

この反射鏡である被駆動体を陽動させる駆動方法として
、例えば、駆動源であるモータの回転によりカムやリン
ク等の運動変換機構を用いて直線あるいは揺動運動に変
換し被駆動体を陽動させる方法が知られている。反射鏡
の揺動にこのような運動変換機構を利用する場合には、
反射ビームを一定の速度で走査させるためにカムの形状
を所望の形状に設計される。すなわち、揺動角度だけを
決める場合なら、クランク機構や偏心円カムなどで十分
であるが、等速に走査する場合には、カム線図が等速曲
線となる等速カムが必要となってくる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来のカムやリンク機構で回転運動を直
線あるいは揺動運動に変換する機構では、入力である回
転運動が一定の回転速度である限り、カムの形状あるい
はその機構の構成でその運動パターンは一義的に決定さ
れる。従って、速度の変化パターンを変更しようとする
場合には、カムの交換など機構の変更が必要となり、再
製作および交換作業等のコストが重むという欠点がある
。特に、この速度パターンの変更が頻繁な場合は困難で
ある。

本発明の目的は、かかる問題を解消し、位置、速度の変
化パターンの変更時に再製作および交換作業のコストが
発生することなく頻繁に変更しても、容易に変更出来る
揺動駆動装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の揺動駆動装置は、エネルギービーム等を反射す
る反射鏡を揺動させる揺動駆動装置において、前記反射
鏡を揺動する駆動源であるモータと、このモータにより
駆動される回転運動を直線もしくは揺動運動に変換する
リンク機構と、このリンク機構により揺動駆動される前
記反射鏡と、前記モータあるいは前記リンク機構の回転
部の回転角度を検出するとともにこの回転角度の検出器
を信号に変換し出力する角度検出器と、前記信号を入力
するとともに前記信号に対応して基準速度指令信号を出
力する基準速度指令発生器と、前記基準速度指令信号に
変更し得る所定値を乗じて速度指令信号として出力する
速度指令信号発生器と、前記速度指令信号を入力すると
ともに前記モータの回転速度を制御するモータ速度制御
装置とと備え構成される。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示す揺動駆動装置の機
構部の説明図、第２図は第１図に示す機構部の制御系を
示すブロック図である。この揺動駆動装置の機構部は、
第１図に示すように、軸２を中心に揺動する反射ｉｔｉ
　１と、この反射鏡１の一端１ａには、回転し得る連結
節３ａを介して接続される連結棒３と、この連情棒３の
他端にある回転可能な連結節３ｂを介して連結されたク
ランク４と、このクランク４の回転軸５を回転させるエ
ンコーダ７付きモータ６とを有している。

この機構部の動作は、モータ６により回転軸５が回転さ
れ、この回転によりクランク４が回転する。クランク４
の回転による連結棒３が直線的運動をし、反射鏡１が揺
動運動される。また、モータ６には、回転角度検出器と
して回転角度に対応したアブソリュートの角度信号を発
生するエンコーダ７が取り付けられているので、モータ
６の回転角すなわちクランク４の回転角を検出すること
が出来る。

一方、揺動駆動装置の制御系は、第２図に示すように、
角度検出器であるエンコーダ７と、この角度検出器７か
ら出力される角度信号９を入力し角度に対応した基準速
度指令信号１１を出力する基準速度指令発生器１０と、
この基準速度指令信号１１を入力するとともにポテンシ
ョメータ等の設定器１３により設定された所定の設定値
を乗じられる速度指令発生器１２と、この速度指令発生
器１２より出力される速度指令信号１５を入力する速度
制御装置１６とを有している。

また、この速度制御装Ｗ１６はモータ６の速度を制御す
るものであって、例えば、モータ６に直結されたタコジ
ェネレータによりモータの回転速度をフィードバックし
て制御する公知の速度制御装置を揺いても良い。

第３図は本発明の第２の実施例を示す揺動駆動装置の機
構部の説明図、第４図は第３図の機構部を制御する制御
系のブロック図である。この揺動駆動装置の機構部は、
第３図に示すように、軸２を中心として揺動し得る保持
具２０に支持される反射鏡１と、保持具２０の一端２０
ａに連結節３ａを介して連結される連結棒３と、連結棒
３の他端に連結節３ｂを介して一端２１ａが連結される
てこ２１と、このてこ２１を軸２２を中心に揺動させる
カム２４及びカムフォロワー２３と、このカム２４にモ
ータ６の回転数を減速する歯車対２６．２７により回転
を伝える回転軸２５と、モータ６の回転速度を検出する
エンコーダ７ａと、カム２４の回転を検知する検出器２
８とを有している。

この機構部は、モータ６の回転数が歯車対２６．２７で
減速されカム２４を回転する。このカム２４の回転によ
りてこ２１はシーソ運動をし、連結棒３の直線運動で反
射鏡１を支持した保持具２０は揺動する。このとき、モ
ータ６に取り付けられたエンコーダ７ａは角度変化に対
応したインクリメンタルな角度変化信号を出力し、検出
器２８はカム２４の一回転毎の基準位置を検出し基準信
号を出力する。

この揺動駆動装置の制御系は、第４図に示すように、角
度変化信号２９を発生するエンコーダ７ａと、基準信号
３１を出力する検出器２８と、これら信号を入力するカ
ウンタ３０とからなる角度検出器８と、この角度検出器
８より出力される角度信号９を入力する基準速度指令発
生器１０と、この基準速度指令発生器１０より出力され
る基準速度指令信号１１を入力すもとともに所定値１４
を乗じて速度指令信号１５を出力する速度指令発生器１
２と、速度指令信号１５を入力してモータ６の回転速度
を制御する速度制御装置とから構成されている。

次に、この制御系の個々の機器について述べる。

エンコーダ７ａにより出力される角度変化信号２９はカ
ウンタ３０で積算される。カウンタ３０は検出器２８か
らの基準信号３１が出力されると、特定値（例えば、０
）にリセットされるので、カウンタ３０の出力としては
カム２４の角度を表す角度信号９が得られる。すなわち
、角度信号検出器８はカム２４の回転角を直接検出する
ものであってもよい。

角度信号９は基準速度指令信号発生器１０に入力される
と、角度に応じた基準速度指令信号１１を発生し、速度
指令発生器１２に入力される。この速度指令発生器１２
は基準速度指令信号１１に可変可能な所定値１４が乗ぜ
られ、速度指令信号１５を速度制御装置１６に入力する
。この速度制御装置１６は速度指令信号１５によりモー
タ６の回転を制御する。すなわち、カム２４の回転速度
が速度指令信号１５に従って制御される。

第５図（ａ）〜（ｄ）は本発明の揺動駆動装置の動作を
説明するためのカムの回転角と反射鏡の揺動角及びカム
の回転角に対するカムの角速度及び反射鏡の揺動角速度
のグラフである。

次に、この揺動駆動装置のカムと揺動する反射鏡の動作
を説明する。いま、仮に、カム２４を偏心カムを用いた
とする。カム２４の回転角をθとし、反射鏡１の揺動角
をφとすると、次の近似式が成立する。

φ＝Ａ・（１−ｃｏｓθ）・・・・・・・・・（１）た
だし、Ａ：機構で決まる定数 この式をグラフ化すると、第５図（ａ＞に示すグラフに
なる。このときの回転角θに対するφの変化率ｄφ／ｄ
θは、 ｄφ／ｄθ＝Ａ−ｓｉｎθ＝−・−（２）となり、その
グラフは第５図（ｂ）に示すようになる。

ここで、第５図（Ｃ）に示すグラフのように、カム２４
の回転角θが区間ｅ１内のとき、回転角θに対するカム
２４の基準回転速度をＢ／ｓｉｎθとし、これに所定値
Ｃを乗じた速度でカム２４を回転すると、カム２４の回
転速度ｄθ／ｄｔはただし、Ｂ、Ｃ：定数 として回転角θに対応して変化し、揺動角の変化速度ｄ
φ／ｄｔ、は式（２）、（３）から、θ２で反射鏡１の
揺動速度ｄφ／ｄｔは一定となる。

次に、再び、第４図を参照すると、角度信号９により回
転角θの値を基準速度指令発生器１０に入力し、式（３
）の右辺のＢ／ｓｉｎθの値を求めて速度指令信号１５
としている。具体的には、記憶装置３２内に回転角θに
対するＢ／Ｓｉｎθの値を基準速度指令値として、予め
テーブルに作成し、入力された回転角θに対応する基準
速度指令値を読出して基準速度指令信号１１とする。基
“単速度指令信号１１は、別に設定された所定値１４と
ともに乗算型のアナログ／ディジタル変換器３３に入力
され、アナログ信号に変換されると同時に所定値１４が
乗ぜられ、速度指令信号１５となる。

もちろん、基準速度指令信号１１をアナログ信号に変換
してから、アナログ乗算器により所定値１４を乗じても
よい。速度制御装置１６がディジタル入力が可能ならば
、アナログ／ディジタル変換器３３にかえてディジタル
乗算器を用い、速度指令信号１５をディジタル値として
得て速度制御袋Ｗ１６に入力する。また、角度信号９を
アナログ値として得て、基準速度指令発生器１０をアナ
ログ回路で構成してもよい。

所定値１４の値をポテンショメータやスイッチ等の設定
手段、あるいは他の制御袋ｒで一定に維持すれば、式（
４）のＣの値が変更され、ｄφ／ｄｔがＣに比例して変
更される。よって、第５図（ｄ）に示す速度線図は縦軸
方向に拡大または縮小される。つまり基準速度指令発生
器１０で作成する基準速度指令発生器１ｏで作成する基
準速度指令値１１を修正しなくとも、相似の速度変化パ
ターンを保ちつつ反射鏡１の平均揺動速度を変更するこ
とができる。

このようにすれば、第５図に示す偏心カムを用いて、第
５図（ｄ）のように等速カムと同様の揺動運動を得るこ
とが出来る。また、同様にして他の形状、形式のカムあ
るいはリンク等を用いた場合にも、そのカム等の通常の
出力どは異なる任意の速度線図をもつ揺動運動を得るこ
とが可能である。さらに、記憶装置３２をＲＯＭ　（リ
ードオンメモリ）で構成すれば、ＲＯＭの交換により容
易に速度変化パターンに変更でき、ＲＡＭ　（ランダム
アクセスメモリ）で構成すれば、他の制御装置等により
その内容を書き換えることで、容易に速度変化パターン
を変更できる。また、メモリの内容を書換えずに平均揺
動速度を変更することが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、運動変換機構の入力の回
転速度を入力回転速度を反射鏡の揺動変位の関数として
揺動変位と同期させて変化させるので、出力の変位速度
のパターンとして、カムの形状など機構を変更した場合
と同等の速度変化パターンを得ることができ、相似の速
度変化パターンを保ちつつ平均揺動速度の変更が容易に
行なえる。さらに、速度変化パターンの変更時に、機構
の再製作及び交換作業等のコストが発生せず、変更が容
易に、しかも頻繁に変更できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す揺動駆動装置の機
構部の説明図、第２図は第１図に示す機構部の制御系を
示すブロック図、第３図は本発明の第２の実施例を示す
揺動駆動装置の機構部の説明図、第４図は第３図の機構
部を制御する制御系のブロック図、第５図（ａ）〜（ｄ
）は本発明の揺動駆動装置の動作を説明するためのカム
の回転角と反射鏡の揺動角及びカムの回転角に対するカ
ムの角速度及び反射鏡の揺動角速度のグラフである。 １・・・反射鏡、２．２２・・−軸、３・・・連結棒、
３ａ・・・連結節、３ｂ・・・連結節、４・・・クラン
ク、５．２５・・・回転軸、６・・・モータ、７．７ａ
・・・エンコーダ、８・・・角度検出器、９・・・角度
信号、１０・・・基準速度指令発生器、１１・・・基準
速度指令信号、１２・・・速度指令発生器、１３・・・
設定器、１４・・・所定値、１５・・・速度指令信号、
１６・・・速度制御装置、２０・・・保持具、２０ａ、
２１ａ・・・一端、２１・・・てこ、２３・・・カムフ
ォローワ、２４・・・カム、２６．２７・・・歯車対、
２８・・・検出器、２９・・・角度変化信号、３０・・
・カウンタ、３１・・・基準信号、３２・・・記憶装置
、３３・・・変換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エネルギービーム等を反射する反射鏡を揺動させる揺動
   駆動装置において、前記反射鏡を揺動する駆動源である
   モータと、このモータにより駆動される回転運動を直線
   もしくは揺動運動に変換するリンク機構と、このリンク
   機構により揺動駆動される前記反射鏡と、前記モータあ
   るいは前記リンク機構の回転部の回転角度を検出すると
   ともにこの回転角度の検出量を信号に変換し出力する角
   度検出器と、前記信号を入力するとともに前記信号に対
   応して基準速度指令信号を出力する基準速度指令発生器
   と、前記基準速度指令信号に可変し得る所定値を乗じて
   速度指令信号として出力する速度指令信号発生器と、前
   記速度指令信号を入力するとともに前記モータの回転速
   度を制御するモータ速度制御装置とを有することを特徴
   とする揺動駆動装置。