JPH10141428A

JPH10141428A - 能動除振装置

Info

Publication number: JPH10141428A
Application number: JP8313015A
Authority: JP
Inventors: Isao Iwai; 功岩井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 1998-05-29

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】設置基礎からの振動の伝達特性を大きく改善
する。【解決手段】除振台振動フィードバックループにおい
ては支持機構３２により支持された除振台３１の振動
を、第１の振動検出手段３４により検出し、増幅器４０
で増幅した後にバンドパスフィルタ４１により必要な周
波数帯域のみを通過させた振動情報をフィードバック補
償器５３で演算処理し、駆動回路５２を介してアクチュ
エータ３６にフィードバックする。また床振動フィード
フォワードループにおいては、設置基礎３３の振動を第
２の振動検出手段３５で検出し、増幅器４６で増幅した
後にバンドパスフィルタ４７により必要な周波数帯域の
みを通過させた振動情報をＡ／Ｄ変換器４８でデジタル
化し、適応フィルタ４４のフィードフォワード補償器４
９を介してフィードフォワード制御信号として、Ｄ／Ａ
変換器５０によりアナログ信号に変換し、駆動回路５２
はこの信号によりアクチュエータ３６を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、床などの設置基礎
からの振動の伝達特性を、従来に比較して大きく改善す
る例えば電子顕微鏡や半導体露光装置等の精密機器搭載
用の能動除振装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】振動制御方法として、振動源の振動情報
を参照入力とし除振対象物の振動情報を誤差入力とする
適応デジタルフィルタを構成し、フィードフォワード制
御を施す方法があり、車両用サスペンション制御などに
も多く使用されている。この制御方法はデジタル的なフ
ィードフォワード補償器を用いることで、除振対象物の
特性が未知の場合でも、それ自体の適応動作によって、
除振台の特性に応じた適切な補償器の特性を自動的に導
出、実現できるという利点がある。そして、この制御方
法はＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）などの離散
演算装置が容易に利用できるようになった今日では極め
て効果的であり、特開平６−２３５４３９号公報で開示
されている「振動制御方法および装置」などが提案され
ている。

【０００３】図９は従来例の構成図であり、精密機器を
搭載する防振台１は支持機構２を介して設置基礎３上に
設けられている。防振台１上には水平２方向（Ｘ、Ｙ）
及び鉛直方向（Ｚ）の振動情報を検出する第１の振動検
出手段４が設けられ、設置基礎３上には同様に３方向の
振動情報を検出する第２の振動検出手段５が設けられて
いる。また、除振台１上に水平２方向及び鉛直方向に加
振力を発生させるアクチュエータ６が設けられている。

【０００４】そして、第１の振動検出手段４の３つの成
分の出力は、それぞれ増幅器１０、バンドパスフィルタ
１１、Ａ／Ｄ変換器１２を介して適応フィルタ１３のパ
ラメータ推定機構１４に入力されている。一方、第２の
振動検出手段５の３つの成分の出力も、同様に増幅器１
５、バンドパスフィルタ１６、Ａ／Ｄ変換器１７を介し
て適応フィルタ１３のパラメータ推定機構１４、フィー
ドフォワード補償器１８にそれぞれ入力されている。パ
ラメータ推定機構１４の３つの出力はフィードフォワー
ド補償器１８、Ｄ／Ａ変換器１９、合成回路２０、駆動
回路２１を介してアクチュエータ６に接続されている。
また、第１の振動検出手段４のバンドパスフィルタ１１
の出力は、フィードバック補償器２２を介して合成回路
２０に入力されている。

【０００５】除振台１の振動を第１の振動検出手段４に
より検出し、増幅器１０で増幅した後にバンドパスフィ
ルタ１１により必要な周波数帯域のみを通過させた振動
情報をフィードバック補償器２２で演算処理し、合成回
路２０、駆動回路２１を介してアクチュエータ６にフィ
ードバックする。また、設置基礎３の振動を第２の振動
検出手段５で検出し、増幅器１５で増幅した後にバンド
パスフィルタ１６により必要な周波数帯域のみを通過さ
せた振動情報を適応フィルタ１３で演算処理し、得られ
た操作量を駆動回路２１に入力しアクチュエータ６を駆
動する。

【０００６】除振台１の振動を振動センサ４で検出し、
その出力信号を補償して、除振台１へ制御力を加えるア
クチュエータ６にフィードバックするだけでなく、設置
基礎３の振動を適切に補償しアクチュエータ６にフィー
ドフォワードする振動制御方法により、設置基礎３から
の振動の絶縁性能が大きく向上し、設置基礎３の振動基
準も緩和している。

【０００７】フィードフォワード補償器の一例として
は、例えば特開平５−２６３８６８号公報に開示されて
いる「除振台の地動外乱制御方法」のように、アクチュ
エータの特性を含めた能動除振装置の幾つかの特性を実
測し、補償器を実現する方法がある。同公報では、能動
除振装置のアクチュエータを用いた除振台の加振応答
と、設置基礎から除振台までの振動伝達率から、最適な
フィードフォワード補償器の特性を導出する方法が開示
されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
の除振装置においては、アクチュエータ６の取り付けや
重心位置によって、水平２方向及び鉛直方向の振動にそ
れぞれ干渉成分が発生、重畳しており、除振台１の各方
向の推定パラメータの収束速度が方向ごとに異なると、
推定パラメータの推移が他方向のパラメータ推定に影響
を与え、パラメータが収束しなかったりパラメータが発
散し、除振性能を劣化させることがある。

【０００９】また、従来例の能動除振装置では、水平２
方向、鉛直１方向の振動を打ち消すように制御力をアク
チュエータ６により発生させるが、アクチュエータ６の
取り付けや除振装置の重心位置によっては他方向への干
渉が発生し、除振性能が劣化することがある。

【００１０】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
床などの設置基礎からの振動の伝達特性を従来例に比較
して大きく改善し、防振性能が良好な能動除振装置を提
供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの第１発明に係る能動除振装置は、除振台と、該除振
台を防振支持する支持機構と、前記除振台に水平２方向
及び鉛直方向に制御力を加えるアクチュエータと、前記
除振台の水平２方向及び鉛直方向の振動情報を検出する
第１の振動検出手段と、該第１の振動検出手段により検
出した前記除振台の振動情報を入力としフィードバック
制御信号を発生するフィードバック補償器と、前記支持
機構を設置する設置基礎の水平２方向及び鉛直方向の振
動を検出する第２の振動検出手段と、該第２の振動検出
手段により検出した前記設置基礎の振動情報と前記除振
台の振動情報を入力とし係数を逐次に更新し前記設置基
礎の振動情報を参照入力としてフィードフォワード制御
信号を生成する適応フィルタと、該適応フィルタを停止
／動作させる動作切換機構と、パラメータ調整則の情報
に基づき前記切換機構を制御する判定機構と、前記フィ
ードバック制御信号と前記フィードフォワード制御信号
を合成し前記アクチュエータに駆動信号を加えることを
特徴とする。

【００１２】第２発明に係る能動除振装置は、除振台
と、該除振台を防振支持する支持機構と、前記除振台へ
水平２方向及び鉛直方向に制御力を加えるアクチュエー
タと、前記除振台の水平２方向及び鉛直方向の振動情報
を検出する第１の振動検出手段と、前記第１の振動検出
手段により検出した前記除振台の振動情報を入力としフ
ィードバック制御信号を発生するフィードバック補償器
と、前記支持機構を設置する設置基礎の水平２方向及び
鉛直方向の振動を検出する第２の振動検出手段と、前記
第２の振動検出手段により検出した前記設置基礎の振動
情報を参照入力としてフィードフォワード制御信号を生
成するフィードフォワード補償器と、干渉成分の特性を
推定する干渉特性推定器と、干渉成分特性を推定するた
めに必要な信号を生成するＭ系列信号発生器と、前記干
渉特性推定器の推定結果に基づいて調整し非干渉化制御
信号を生成する非干渉化補償器と、前記フィードバック
制御信号と前記フィードフォワード制御信号と前記非干
渉化制御信号を合成し前記アクチュエータに駆動信号を
加えることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明を図１〜図８に図示の実施
例に基づいて詳細に説明する。図１は第１の実施例であ
り、精密機器を搭載する防振台３１は支持機構３２を介
して設置基礎３３上に設けられている。防振台３１上に
は、水平２方向（Ｘ、Ｙ）及び鉛直方向（Ｚ）の振動情
報を検出する第１の振動検出手段３４が設けられ、設置
基礎３３上には同様な第２の振動検出手段３５が設けら
れている。また、除振台３１上に水平２方向及び鉛直方
向に加振力を発生させるアクチュエータ３６が設けられ
ている。

【００１４】そして、第１の振動検出手段３４の３つの
成分の出力は、それぞれ増幅器４０、バンドパスフィル
タ４１、Ａ／Ｄ変換器４２、動作切換機構４３を介して
適応フィルタ４４のパラメータ推定機構４５に入力され
ている。一方、第２の振動検出手段３５の３つの成分の
出力も、同様に増幅器４６、バンドパスフィルタ４７、
Ａ／Ｄ変換器４８、動作切換機構４３を介して適応フィ
ルタ４４のパラメータ推定機構４５に入力されている。
パラメータ推定機構４５の３つの出力はフィードフォワ
ード補償器４９、Ｄ／Ａ変換器５０、合成回路５１、駆
動回路５２を介してアクチュエータ３６に接続されてい
る。

【００１５】また、第１の振動検出手段３４のバンドパ
スフィルタ４１の出力はフィードバック補償器５３を介
して合成回路５１に入力され、第２の振動検出手段３５
のＡ／Ｄ変換器４８の出力は適応フィルタ４４のフィー
ドフォワード補償器４９に接続されている。更に、パラ
メータ推定機構４５の出力は判定機構５４を介して動作
切換機構４３を駆動するようにされている。

【００１６】この能動除振装置は除振台３１の振動に着
目して振動制御を行う除振台振動フィードバックループ
と、設置基礎３３から除振台３１への振動伝達に着目し
て、振動制御を行う床振動フィードフォワードループと
から成っている。

【００１７】除振台振動フィードバックループにおいて
は、支持機構３２により防振支持された除振台３１の振
動を、加速度センサなどの第１の振動検出手段３４によ
り検出し、増幅器４０で増幅した後にバンドパスフィル
タ４１により必要な周波数帯域のみを通過させた振動情
報をフィードバック補償器５３で演算処理し、駆動回路
５２を介してアクチュエータ３６にフィードバックす
る。

【００１８】また、床振動フィードフォワードループに
おいては、設置基礎３３の振動を第２の振動検出手段３
５で検出し、増幅器４６で増幅した後にバンドパスフィ
ルタ４７により必要な周波数帯域のみを通過させた振動
情報をＡ／Ｄ変換器４８でデジタル化し、適応フィルタ
４４のフィードフォワード補償器４９を介してフィード
フォワード制御信号として、Ｄ／Ａ変換器５０によりア
ナログ信号に変換し出力する。駆動回路５２はこの信号
により、アクチュエータ３６を駆動する。

【００１９】また、第２の振動検出手段３５には加速度
センサを用いることができるが、第２の振動検出手段３
５は例えば第１の振動検出手段３４と、設置基礎３３と
除振台３１の相対変位を検出する変位センサの信号か
ら、設置基礎３３の加速度信号と等価な信号を演算で求
めるものであってもよい。

【００２０】また、フィードフォワード補償器４９は第
１の振動検出手段３４により検出された除振台３１の振
動情報と、第２の振動検出手段３５により検出された設
置基礎３３の振動情報とを入力とするパラメータ推定機
構４５により逐次調節される。

【００２１】動作切換機構４３は判定機構５４によって
フィードフォワード補償器４９の停止／動作を制御する
ものであり、判定機構５４は推定パラメータの推移を監
視し、定められた方向の推定パラメータが収束したと判
断した場合は、動作切換機構４３に対し次方向のパラメ
ータの推定を開始させる。例えば、始めはＸ方向のみ推
定を開始し、Ｙ、Ｚ方向の推定は行わない。Ｘ方向の推
定パラメータが収束したと判定機構５４が判断した場合
にＹ方向の推定を開始する。更に、Ｙ方向の推定パラメ
ータが収束するとＺ方向の推定を開始する。なお、推定
を開始する順序は上記の順番に限ったものではなく、任
意に選ぶことができる。

【００２２】なお、除振台３１上には精密機器等が搭載
されるので、精密機器等の搭載に影響が出ないように、
支持機構３２にアクチュエータを組み込んでもよい。こ
の場合には、図２に示すように駆動回路５２の出力は支
持機構３２のアクチュエータに接続される。

【００２３】また、各方面のパラメータの収束時間が予
め明らかな場合には、図３に示すように判定機構５４に
代えて、タイマ５５により動作切換機構４３を切換える
ようにしてもよい。

【００２４】床などの設置基礎３３の振動が小さくなる
と、必然的にパラメータ推定機構４５への入力も小さく
なる。そのため、ノイズ成分が優勢となりパラメータ推
定値が最適値から外れ、除振性能を悪化させることがあ
る。そこで、図４に示すように判定機構５４に設置基礎
３３の振動を入力し、設置基礎３３の振動が小さくなっ
たと判断した場合には、動作切換機構４３に指令を出し
パラメータの推定を停止させることもできる。

【００２５】なお、別の判断基準を設けることで、他方
向からの干渉の影響を減少させるだけでなく、設置基礎
３３の振動が小さくなった際の適応フィルタ４４による
除振性能の悪化を防ぐことができる。

【００２６】図５は第２の実施例を示し、この第２の実
施例における除振台３１、支持機構３２、アクチュエー
タ３６、第１の振動検出手段３４、第２の振動検出手段
３５の構成は第１の実施例と同様である。

【００２７】第１の振動検出手段３４の出力は増幅器４
０、バンドパスフィルタ４１を介してフィードバック補
償器５３及び干渉特性推定機構６１に接続されている。
また、第２の振動検出手段３５の出力は増幅器４６、バ
ンドパスフィルタ４７を介してフィードフォワード補償
器６２に接続されている。干渉特性推定機構６１の出力
は非干渉化補償器６３に接続され、干渉特性推定機構６
１、非干渉化補償器６３にはＭ系列信号発生器６４の出
力が接続されている。非干渉補償器１１の出力は、フィ
ードバック補償器５３の出力、フィードフォワード補償
器６２の出力及びＭ系列信号発生器６４の出力と合成回
路５１において合成され、駆動回路５２を介してアクチ
ュエータ３６に接続されている。なお、合成回路５１の
出力の一部は非干渉化補償器６３にフィードバックされ
ている。

【００２８】この能動除振装置は除振台３１の振動に着
目して振動制御を行う除振台振動フィードバックループ
と、設置基礎３３から除振台３１への振動伝達に着目し
て振動制御を行う床振動フィードフォワードループと各
方向間の干渉の影響を相殺する非干渉化ループから成
る。

【００２９】除振台振動フィードバックループにおいて
は、支持機構３２により防振支持された除振台３１の振
動を第１の振動検出手段３４で検出し、増幅器４０で増
幅した後にバンドパスフィルタ４１により必要な周波数
帯域のみを通過させた振動情報をフィードバック補償器
５３で演算処理し、合成回路５１、駆動回路５２を介し
てアクチュエータ３６にフィードバックする。

【００３０】床振動フィードフォワードループにおいて
は、設置基礎３３の振動を第２の振動検出手段３５で検
出し、増幅器４６で増幅した後にバンドパスフィルタ４
７により必要な周波数帯域のみを通過させた振動情報を
フィードフォワード補償器６２で演算処理し、得られた
操作量を合成回路５１を介して駆動回路５２に入力し、
アクチュエータ３６を駆動する。

【００３１】非干渉化ループはアクチュエータ３６の駆
動信号を非干渉化補償器６３により演算し、他方向のア
クチュエータを駆動するものである。図６にはＸ方向か
らＹ方向に伝わる干渉を相殺する非干渉ループの構成を
示し、Ｘ方向アクチュエータ３６ｘの駆動信号を非干渉
化補償器６３で演算処理し、得られた操作量を駆動回路
５２ｙに入力し、Ｙ方向のアクチュエータ３６ｙを駆動
するものである。

【００３２】Ｘ方向からからＹ方向に伝わる干渉を相殺
する非干渉化補償器６３の特性は以下の手順で求められ
る。

【００３３】手順１として、図７に示すようにＭ系列信
号発生器６４によりＹ方向のアクチュエータ３６ｙを駆
動し、駆動信号からＹ方向の定盤振動までの特性Ｇyy
を、ＧｙをＹ方向定盤本体特性、ＵｙをＹ方向アクチュ
エータ特性として、次式を基に干渉特性推定機構６１に
より推定する。Ｇyy＝Ｇｙ・Ｕｙ・・・ (1)

【００３４】手順２として、図８に示すようにＭ系列信
号発生器６４によりＸ方向のアクチュエータ３６ｘを駆
動し、駆動信号からＹ方向の定盤振動までの特性Ｇxy
を、ＴxyをＸ→Ｙ方向への干渉特性、ＵｘをＸ方向アク
チュエータ特性として、干渉特性推定機構６１で次式に
より推定する。Ｇxy＝Ｇｙ・Ｔxy・Ｕｘ・・・ (2)

【００３５】求めるべき非干渉補償特性Ｈxyは、Ｔxy・Ｕｘ＝Ｈxy・Ｕｙ・・・ (3) となるように、非干渉補償特性Ｈxyを求めればよく、非
干渉補償特性Ｈxyは式(2) と手順１で得られた特性の逆
関数を掛け合わせた次式となる。Ｈxy＝Ｔxy・Ｕｘ／Ｕｙ＝Ｇｙ・Ｔxy・Ｕｘ／（Ｇｙ・Ｕｙ）＝Ｇxy／Ｇyy ・・・ (4) 以上の手順を干渉間ごとに繰り返せばよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る第１発
明に係る能動除振装置によれば、水平２方向及び鉛直方
向の間に干渉があった場合でも、推定パラメータは他方
向からの干渉を受けることなく速やかに最適値へと収束
し、十分な除振性能を引き出すことができる。

【００３７】また第２発明に係る能動除振装置によれ
ば、水平２方向及び鉛直方向の各方向間に干渉があった
場合にも、新たな加振装置やセンサを用いることなく、
干渉を相殺する非干渉化ループを簡便に構成することが
でき、十分な除振性能を引き出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の構成図である。

【図２】第１の変形例の構成図である。

【図３】第２の変形例の構成図である。

【図４】第３の変形例の構成図である。

【図５】第２の実施例の構成図である。

【図６】Ｘ方向からＹ方向への干渉を相殺する非干渉化
ループの構成図である。

【図７】非干渉化補償特性を求める手順１の説明図であ
る。

【図８】非干渉化補償特性を求める手順２の説明図であ
る。

【図９】従来例の構成図である。

【符号の説明】

３１除振台３２支持機構３３設置基礎３４第１の振動検出手段３５第２の振動検出手段３６アクチュエータ４３切換機構４４適応フィルタ４５パラメータ推定機構４９、６２フィードフォワード補償器５２駆動回路５３フィードバック補償器５４判定機構５５タイマ６１干渉特性推定機構６３非干渉化補償器６４Ｍ系列信号発生器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】除振台と、該除振台を防振支持する支持
機構と、前記除振台に水平２方向及び鉛直方向に制御力
を加えるアクチュエータと、前記除振台の水平２方向及
び鉛直方向の振動情報を検出する第１の振動検出手段
と、該第１の振動検出手段により検出した前記除振台の
振動情報を入力としフィードバック制御信号を発生する
フィードバック補償器と、前記支持機構を設置する設置
基礎の水平２方向及び鉛直方向の振動を検出する第２の
振動検出手段と、該第２の振動検出手段により検出した
前記設置基礎の振動情報と前記除振台の振動情報を入力
とし係数を逐次に更新し前記設置基礎の振動情報を参照
入力としてフィードフォワード制御信号を生成する適応
フィルタと、該適応フィルタを停止／動作させる動作切
換機構と、パラメータ調整則の情報に基づき前記切換機
構を制御する判定機構と、前記フィードバック制御信号
と前記フィードフォワード制御信号を合成し前記アクチ
ュエータに駆動信号を加えることを特徴とする能動除振
装置。
【請求項２】前記第１の振動検出手段、前記第２の振
動検出手段の少なくとも一方を加速度センサとした請求
項１に記載の能動除振装置。
【請求項３】前記動作切換機構は前記判定機構により
前記パラメータ推定機構を停止／動作させる請求項１に
記載の能動除振装置。
【請求項４】除振台と、該除振台を防振支持する支持
機構と、前記除振台へ水平２方向及び鉛直方向に制御力
を加えるアクチュエータと、前記除振台の水平２方向及
び鉛直方向の振動情報を検出する第１の振動検出手段
と、前記第１の振動検出手段により検出した前記除振台
の振動情報を入力としフィードバック制御信号を発生す
るフィードバック補償器と、前記支持機構を設置する設
置基礎の水平２方向及び鉛直方向の振動を検出する第２
の振動検出手段と、前記第２の振動検出手段により検出
した前記設置基礎の振動情報を参照入力としてフィード
フォワード制御信号を生成するフィードフォワード補償
器と、干渉成分の特性を推定する干渉特性推定器と、干
渉成分特性を推定するために必要な信号を生成するＭ系
列信号発生器と、前記干渉特性推定器の推定結果に基づ
いて調整し非干渉化制御信号を生成する非干渉化補償器
と、前記フィードバック制御信号と前記フィードフォワ
ード制御信号と前記非干渉化制御信号を合成し前記アク
チュエータに駆動信号を加えることを特徴とする能動除
振装置。
【請求項５】前記第１の振動検出手段又は前記第２の
振動検出手段の少なくとも一方を加速度センサとした請
求項４に記載の能動除振装置。