(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的振動を測定可能であり、該振動により引き起こされる電気入力信号を生成可能であり、また、減衰されるべきボディと基準マスとの間に取付けられるよう設計されるセンサと、
前記電気入力信号に応答し、電気出力信号を生成する電気コントローラと、
前記電気出力信号に応答し、それにより、前記減衰されるべきボディと外部ボディとの間に力を生成するアクチュエータであり、前記減衰されるべきボディに接続される第一部分と前記外部ボディに接続される第二部分とを含むアクチュエータと、
を有するダンパシステムであって、
前記センサと前記アクチュエータとの間の距離は、前記振動の伝達時間に関連する約１ミリ秒未満の音響的遅延を発生させる距離である、
ダンパシステム。
【請求項２】
前記センサは、ローレンツタイプのセンサコイルとセンサ磁石とを有し、
前記アクチュエータは、ローレンツタイプのアクチュエータコイルとアクチュエータ磁石とを有する、
請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記センサの作用線は、前記アクチュエータの作用線と一致する請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記センサコイルにおける外乱を引き起こす電流となる音響波が、前記センサコイルに到達する前に、実質的に減衰されるよう、前記センサコイルの周りに配置される音響シールドを更に有する請求項２記載のシステム。
【請求項５】
前記センサコイル及び前記アクチュエータコイルは、それらの誘導磁場が互いに実質的に垂直となるよう配置される請求項２記載のシステム。
【請求項６】
それぞれ反対の極性を有する二つのセンサ磁石を用いる二つのセンサコイルは、前記アクチュエータコイル及び外部源のうちの少なくとも１つが発生させる磁場外乱が二つのセンサ信号の減算或いは加算により実質的に打ち消されるよう、位置付けられる請求項２記載のシステム。
【請求項７】
前記アクチュエータが発生させるＥＭフィールドが実質的に減衰されるよう配置される磁気シールドを更に有する請求項２記載のシステム。
【請求項８】
前記アクチュエータが発生させるＥＭフィールドが実質的に減衰されるよう配置される電気シールドを更に有する請求項２記載のシステム。
【請求項９】
前記遅延は、約５００マイクロ秒未満である請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記遅延は、約５０マイクロ秒未満である請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
減衰されるべきボディと、床、及び反作用力の受け体として作用する別のボディのうちの１つとの間に取付けられる、アクティブに振動を隔離し且つ相殺する絶対ダンパを有する装置であって、
前記ダンパは、
機械的振動を測定可能であり、該振動により引き起こされる電気入力信号を生成可能であり、また、減衰されるべきボディと基準マスとの間に取付けられるよう設計されるセンサと、
前記電気入力信号に応答し、電気出力信号を生成する電気コントローラと、
前記電気出力信号に応答し、それにより、前記減衰されるべきボディと、前記床、及び前記反作用力の受け体として作用する別のボディのうちの１つとの間に力を生成するアクチュエータであり、前記減衰されるべきボディに接続される第一部分と前記床、及び前記反作用力の受け体として作用する別のボディのうちの１つに接続される第二部分とを含むアクチュエータと、
を有し、
前記センサと前記アクチュエータとの間の距離は、前記振動の伝達時間に関連する約１ミリ秒未満の音響的遅延を発生させる距離である、
装置。
【請求項１２】
前記センサは、ローレンツタイプのセンサコイルを有し、
前記アクチュエータは、ローレンツタイプのアクチュエータコイルを有する、
請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記センサの作用線は、前記アクチュエータの作用線と一致する請求項１１記載の装置
【請求項１４】
前記センサコイルにおける外乱を引き起こす電流となる音響波が、前記センサコイルに到達する前に、実質的に減衰されるよう、前記センサコイルの周りに配置される音響シールドを更に有する請求項１２記載の装置。
【請求項１５】
前記センサコイル及び前記アクチュエータコイルは、それらの誘導磁場が互いに実質的に垂直となるよう配置される請求項１２記載の装置。
【請求項１６】
前記アクチュエータが発生させるＥＭフィールドが実質的に減衰されるよう配置される磁気シールドを更に有する請求項１２記載の装置。
【請求項１７】
前記アクチュエータが発生させるＥＭフィールドが実質的に減衰されるよう配置される電気シールドを更に有する請求項１２記載の装置。
【請求項１８】
前記遅延は、約５００マイクロ秒未満である請求項１１記載の装置。
【請求項１９】
前記遅延は、約５０マイクロ秒未満である請求項１１記載の装置。
【請求項２０】
ボディの振動をアクティブに減衰する方法であって、
減衰されるべき前記ボディと基準マスとの間に取付けられるよう設計されるセンサを用いて機械的振動を測定する段階と、
前記振動により引き起こされる電気入力信号を生成する段階と、
前記電気入力信号に応答し、且つ、電気出力信号を生成するよう電気コントローラを用いる段階と、
前記電気出力信号に応答し、それにより、前記減衰されるべきボディと外部ボディとの間に力を生成するアクチュエータであり、前記減衰されるべきボディに接続される第一部分と前記外部ボディに接続される第二部分とを含むアクチュエータを用いる段階と、
前記センサと前記アクチュエータとの間の距離が、前記振動の伝達時間に関連する約１ミリ秒未満の音響的遅延を発生させる距離となるように配置された前記センサ及び前記アクチュエータを用いる段階と、を有する、
方法。
【請求項２１】
前記遅延は、約５００マイクロ秒未満である請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記遅延は、約５０マイクロ秒未満である請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
前記センサは、ローレンツタイプのセンサコイルとセンサ磁石とを有し、
前記アクチュエータは、ローレンツタイプのアクチュエータコイルとアクチュエータ磁石とを有する、
請求項２０記載の方法。
【請求項２４】
前記センサの作用線は、前記アクチュエータの作用線と一致する請求項２０記載の方法。
【請求項２５】
前記センサコイル及び前記アクチュエータコイルは、それらの誘導磁場が互いに実質的に垂直となるよう配置される請求項２３記載の方法。
【請求項２６】
反対の極性を有する二つのセンサ磁石を用いる二つのセンサコイルは、前記アクチュエータコイル及び外部源のうちの少なくとも１つが発生させる磁場外乱が二つのセンサ信号の減算或いは加算により実質的に打ち消されるよう、位置付けられる請求項２３記載の方法。
【請求項２７】
基準に対するボディの運動を制御するためのシステムであって、
前記運動を表すセンサ信号を供給するセンサと、
前記センサ信号に依存して制御信号を供給するコントローラと、
前記制御信号の制御下で前記運動に影響を与えるアクチュエータと、
を有し、
前記センサと前記アクチュエータとの間の距離が、前記運動の伝達時間に関する音響的遅延に実質的に依存する１ミリ秒未満の信号遅延を発生させる距離である、
システム。
【請求項２８】
前記遅延時間は、５００マイクロ秒未満である請求項２７記載のシステム。
【請求項２９】
前記遅延時間は、５０マイクロ秒未満である請求項２７記載のシステム。
【請求項３０】
集積回路の製造に用いる請求項２７記載のシステム。
【請求項３１】
前記運動を減衰するための請求項２７記載のシステム。
【請求項３２】
前記センサは、ローレンツタイプのセンサコイルとセンサ磁石とを有し、
前記アクチュエータは、ローレンツタイプのアクチュエータコイルとアクチュエータ磁石とを有する、
請求項２７記載のシステム。
【請求項３３】
前記センサの作用線は、前記アクチュエータの作用線と一致する請求項２７記載のシステム。
【請求項３４】
前記センサコイル及び前記アクチュエータコイルは、それらの誘導磁場が互いに実質的に垂直となるよう配置される請求項３２記載のシステム。
【請求項３５】
反対の極性を有する二つのセンサ磁石を用いる二つのセンサコイルは、前記アクチュエータコイル及び外部源のうちの少なくとも１つが発生させる磁場外乱が二つのセンサ信号の減算或いは加算により実質的に打ち消されるよう、位置付けられる請求項３２記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、振動絶縁及び相殺システム及び方法に係り、特に、排他的にではないが、高精度のウェハーチップの生産及び検査機器に適する。
【０００２】
アクティブ振動絶縁及び相殺技術を用いる製品は市販されているが、その効果の程は、改良の余地がある。ＩＣ生産及び検査機器のためのアクティブ振動絶縁及び相殺技術（エアーマウント技術としても知られる）は、かつてないほどの小さい特徴を必要とするチップの生産の進歩に伴いより効果的になる必要がある。一般的に、アクティブ振動絶縁／相殺システムにおけるアクチュエータ及びセンサは一体化されていない。例えば、Schubertに与えられた米国特許第６，２８６，６４４号は、アクティブ振動絶縁器を開示し且つ記載するが、図７では、センサ「ＰＯ」と空気バネアクチュエータ「ＡＳ」は、別個の構成要素である。
【０００３】
本発明は、アクチュエータとセンサを一体化するアクティブ振動絶縁／相殺システムを提供することを目的とする。このシステムは、かなり改善された振動相殺作用を与える。このシステムは、特に、例えば、チップ生産機器のためのエアーマウント、高精度顕微鏡、及び他の高精度機器といった略全てのタイプの高精度生産機器に有用である。このシステムを適用することにより、例えば、より小さい特徴を有するチップのための探求における決定的な障害を少なくする。本発明は、アクティブ振動絶縁／相殺システムにおけるアクチュエータ及びセンサは、（周知の制御理論からのゲイン及び位相関係により説明されるような）多くの既知のパフォーマンス制限を、もはやパフォーマンス制限ではなくなる度合いまで取り除くよう一体化可能であるという考えに基づいている。
【０００４】
本発明は更に、提案するアクティブ振動絶縁／相殺システムを、絶対ダンパ（absolute
damper）に適用することを目的とする。ダンパ技術をエアーマウント技術と組合わせることにより、より改善されたエアーマントパフォーマンスが達成される。本発明の絶対タイプの（動作）ダンパは、一般的に、制限的にではないが、少なくとも減衰される方向において、互いに対し可動な２つの部分を有する。このタイプのダンパの第１の部分は、アクチュエータコイルとセンサ組立体一式を有し得、第１のボディ（一般的に減衰されるべきマス）に接続される。このタイプのセンサのセンサが磁石又はコイルタイプである場合、例えば、センサコイルである１つの部分は、第１のボディに接続され、例えば、本発明のセンサ磁石であるもう１つの部分は、減衰される必要のある動作に対し第１のボディに緩く接続され得る。発明者は、他のボディからの振動による負の影響を受けていないと想定する基準マスにセンサ磁石を取付けることを提案する。基準マスは、浮動マス（第１のボディに緩く接続される）により実現可能である。この浮動マスは、絶対ダンパにおいて絶対基準として作用する。このタイプのダンパの第２の部分は、アクチュエータ磁石を有し得、第２のボディ（一般的に、床又は動作のない基準）に固く接続される。第２のボディは、アクチュエータにより第１のボディにかけられる作動力の反作用として反作用力を与えるためにダンパの動作に対してのみ必要である。更に、反作用力を蓄える追加のボディを使うことも可能である。これは、低周波数において低レベルのパフォーマンスを与えるが、特定の場合には好適となることが可能である。上及び下の説明において、コイル及び磁石の場所は、本発明の一般的な概念に影響を与えることなく交換してもよい。コイルと磁石の場所を交換するか否かは、多くの要因に依存する議論であり、実施によって異なり得る。しかし、一般的に、最も低い慣性を有する構成要素を、その動作が減衰又は制御されるべきボディに取付けることが好適である。
【０００５】
しかし、本発明の様々な面は、相対ダンパにも適用可能であるので、絶対ダンパに制限されるものではない。相対タイプの（動作）ダンパは、一般的に、少なくとも減衰されるべき方向において互いに対し可動な２つの部分を有する。このタイプのダンパの第１の部分は、アクチュエータコイル及びセンサコイルを有し得、第１のボディに固く接続される。このタイプのダンパの第２の部分は、アクチュエータ磁石及びセンサ磁石を有し得、第２のボディに固く接続される。
【０００６】
１つの好適な実施例では、センサとしてのローレンス（Lorenz）タイプのコイルと、アクチュエータとしてのローレンスタイプのコイルが、その略理想に近いパフォーマンスという理由により用いられる。特定のコイル設計を用いることにより、センサとアクチュエータのコイル間の潜在的なクロストークは、無視可能なレベルにまで最小化することが可能である。ダンパは、速度に対し対抗力を与える。ローレンスタイプのコイル（ボイスコイルとも称される）は、速度を感知し、力を供給可能であるので、このコイルは、センサ及びアクチュエータとしての魅力的な候補である。（アクティブエアーマウントにおけるように）実際の実施では、このコイルは、上述した理由及び他の理由から頻繁に使用される。他のタイプのセンサ及びアクチュエータも使用可能である。しかし、これらの他のタイプのセンサ及びアクチュエータは、適用可能となるために信号調整又は他の演算を必要とし得る。別のタイプのセンサの一例として、レーザ干渉計が挙げられる。
【０００７】
本発明の１つの重要な面は、センサ及びアクチュエータは、その組合わせ（ダンパの一部である）が特定の関連特性を有するよう取付けられることが好適であるという観察にある。関連特性の１つは、アクチュエータが発生させた機械的信号のセンサへの伝達時間が短いことである。アクチュエータが、機械的運動を発生させた後、センサは、その機械的運動を測定する。本発明のセンサ及びアクチュエータの組合わせは、１つの好適な実施例では、１ミリ秒よりずっと短い時間（一般的に、４０マイクロ秒より速い）の音響的遅延を有する。センサとアクチュエータ間の直接路におけるマスも、剛性は最大限にされるべき一方で、最小限にされるべきである。これらの全ての規定は、センサとアクチュエータを実質的に互いの近くに配置することにより達成可能である。（アクチュエータとセンサの間で）実質的なクロストークを発生させることなく、機械的信号の伝達時間を制限することは、任意の不安定性を有することなしにダンパが高いゲインのフィードバック制御ループを有することを可能にする。更に、本発明のダンパは、排他的ではないが、１マイクロ秒未満の（センサとアクチュエータの間の）電気的遅延を有することが好適である。これは、機械的運動により発生される信号がセンサによって検出されたときの迅速な反応（アクチュエータに力を生成するよう命令すること）が可能であることを意味する。
【０００８】
本発明は更に、特に、アクチュエータとセンサ間のクロストーク及び干渉を最小限にすることを目的とする。発明者は、クロストークは、特に、磁気タイプのアクチュエータと非磁気タイプのセンサを用いると低減されることが分かった。非磁気タイプのセンサの一例は、光学センサである。最低限の望ましくないクロストークを達成するための追加の新規の方法は、アクチュエータコイルとセンサコイルを、互いに対し垂直に配置することである。そのようにすることにより、アクチュエータのアクチュエータコイルにより発生される磁場は、センサコイル内に発生される電流を最小限にする。センサコイルは、磁場を発生せず、従って、クロストークは、１つの方向のみに関連する。
【０００９】
１つではなく２つのセンサコイルを有することにより、また、基準ボディにおいて反対の極性の磁石を用いることにより、動作があるときは反対の信号を与えるが、電気的又は磁気的外乱がある場合は等しい信号を与える２つのセンサが形成される。２つのセンサ信号を減算することにより、動作の測定は増幅され、また、全ての共通の外乱は相殺される。同様に効果的な方法は、同一の磁石構成をと反対のコイル巻線方向を用いることである。
【００１０】
発明者は、アクチュエータとセンサとの間にシールドを用いて望ましくないクロストークを低減する別の方法を見つけた。電導体（例えば、銅シールド）を有するシールドを適用すると、ＥＭ波に対する遮蔽が達成される。このタイプのシールドは、外部ＥＭ源（例えば、５０／６０Ｈｚ本線給電配線）により引き起こされる負の影響を低減するのに有益である。シールドは、センサとアクチュエータ及び／又は外部ＥＭ源との間に適用されるべきである。例えば、センサ及び／又はアクチュエータは、銅箔によりパックされることが可能である。望ましくない磁気クロストークを低減するためには、磁気シールドを適用する必要がある。このことは、例えば、いわゆるμ金属でセンサコイルを囲むことにより達成可能である。
【００１１】
発明者は更に、雑音に対するカバーでダンパを覆うと、ダンパのパフォーマンスが更に改善されることを見つけた。これは、発明者は音響波がコイル上に外乱を発生させる電流として作用することを見つけたことによる。発明者は、絶対タイプのダンパにおいて、特に、浮動基準マスの周りにおいて音響シールドを設けることが有利であることを見つけた。このシールドは、基準マスとは接触しないべきである。一般的な、しかし、排他的ではない実施例において、センサ磁石は、減衰されるべきマスに緩く接続される。アクチュエータコイルが理想的な電流源から給電されると、第２のボディの動作は、アクチュエータコイル内に電流を発生させることはできない。（アクチュエータ磁石が取付けられる）第２のボディは、アクチュエータの作用力の反作用力を与えるためだけに存在する（それ以外は、減衰されるべきマスには動作は生成されない）。電流源は、略理想源として設計されるとき、第２のボディの動作からの外乱はほとんど又は全く予期されない（衝突が発生する第２のボディの激しい（wild）動作以外。この場合、構造誤差がある）。
【００１２】
１つの好適な実施例では、センサとアクチュエータは共に、減衰の必要なボディに取付けられるが、互いには取付けられない（例えば、従来技術では、センサとアクチュエータは共に、アセンブリ内に取付けられ、このアセンブリが、減衰されるべき対象に取付けられた）。この従来技術の不利点は、パフォーマンスは、このアセンブリが減衰されるボディにどれだけ良好に取付けられているかに依存する点である。最も良くても、パフォーマンスは常に制限される。センサ及びアクチュエータにそれぞれの接点を与えることにより、この依存性はなくなる。センサとアクチュエータを、互いに対し（直列ではなく）並列に取付けることにより、減衰されるべき対象は、（例えば、限られた剛性による）ダンパにおける変形により引き起こされる影響を受けない。というのは、センサは、アクチュエータの力によるダンパにおける変形の悪影響なく、対象の動作のみを測定するからである。
【００１３】
別の好適な実施例では、センサの作用線（又は複数のセンサの組合わせ）及びアクチュエータの作用線は、同じ点及び同じ方向にある（従来技術ではそうではなかった）。この実施例は、外乱が測定された正確な場所において減衰作用が行われるのでボディの減衰を向上する。減衰特性は、外乱が予測可能であり、予測補正信号が、ダンパの補正手段（例えば、アクチュエータに接続される電気回路）に供給可能であるときに一層向上される。
【００１４】
追加の利点及び新規の特徴は、以下の説明に示し、部分的に、以下の検討後、当業者には明らかとなるか又は本発明の実施により学習し得る。
【００１５】
本発明は、添付図面を参照しながら、例示的に、更に詳細に説明する。
【００１６】
アクティブ振動絶縁／相殺システムのパフォーマンスの制限は、制御理論からのゲイン及び位相関係を用いて説明可能である。
【００１７】
図１は、基本的なダンパ原理を説明するシステム１００を示す図である。システム１００は、約１０００［ｋｇ］の主プレート１０２と、床ダンパ１０４と、剛性（床バネとも称する）１０６と、床１０８を有する。主プレート１０２と床１０８は、剛性１０６及びダンパ１０４により互いに接続される。剛性１０６は、１［Ｈｚ］の共鳴周波数を与える程の剛性である。ダンパ１０４の値は、一般的に、全システム１００が決定的に減衰されるようにする値である。そのようなシステムの力感度を図２に示す。
【００１８】
低周波数において、１［Ｎ］の力は、１［ｍｍ／ｓ２］より小さい振動を与える。１［Ｈｚ］より上では、振動振幅は、一定の１［ｍｍ／ｓ２］となる。これは、現在市場で入手可能なものを考慮して妥当なエアーマウントパフォーマンスである。しかし、多くの企業は、これは十分ではないとしている。外乱は、しばしば１［Ｎ］より大きく、また、リソグラフィック機械及び電子光学機械は、ここで提供されるよりも低い振動レベルを必要とする。
【００１９】
振動の主要な誤差の原因は、床である。床の振動が、床ダンパ及び床バネを介して主プレートに影響を及ぼしている。この影響を図３に示す。１０［Ｈｚ］における１０マイクロメータの床振動は、１０ｅ−６［ｍ］＊５００〔１／ｓ２〕＝５〔ｍｍ／ｓ２〕の主プレート振動をもたらす。
【００２０】
図４は、改良されたエアーマントを有するシステム４００を示す図である。このシステムは、主プレート４０２と基準マス４２２の間のセンサ４３０と、主プレート４０２と床４０８の間のアクチュエータ４１０の追加が関連する。システムの他の部分は、床ダンパ４０４、剛性４０６、もう１つのダンパ４２４、及びもう１つの剛性４２６を有する。センサ４３０が動作を感知すると、アクチュエータ４１０は、その動作が低減されるよう命令される。これは、実質的に、追加のダンパである。基準マス４２２は、主プレートが動いたときをセンサに示す手段として効果的に機能し、それにより、センサにおいて信号を生成する。
【００２１】
これまでの電気機械的ダンパ経験から、１ｅ６［Ｎｓ／ｍ］のパフォーマンスを行うことが可能であることが知られている。一般的であるが排他的ではない実施例では、基準マスは、０．５［Ｈｚ］で支持される。この電子的な追加は、高いゲインを有する安定したシステムを作ることを可能にするようコントローラを必要とする。コントローラを有する新しいシステムの１つの可能な開ループパフォーマンスを図５に示す。これは、新しいシステムが機能するようにする唯一の方法ではなく、これは一例に過ぎない。負荷は、第４次のシステム（4th order system）（アクチュエータが、第１のマスに取付けられ、センサは第２のマスに取付けられる）であるので、全体で３６０度の位相シフトを予期すべきである。低周波数において、剛性は支配し、速度センサの微分動作と組合わされて＋２７０度の位相シフトを有する低周波数における＋３のスロープを与える。次に、−９０度の位相を有する−１スロープで終了する２点の共鳴を見ることができる。上述の＋３スロープにおいてダブルローカルラグリードフィルタ（double local lag-lead filter）を追加することにより、かなりのゲインを可能にする安定したシステムが得られる。注目してもらうために、図５において、５ｅ７のピークゲインを用いている。右側では、極プロットは、開ループ伝達関数から形成される。ナイキスト−１点は、最小の安定性マージンを示す、半径０．５を有する赤い丸で囲まれる。緑の丸は、√０．５の半径を有し、減衰された時間領域応答に対し良好な距離である。
【００２２】
エアーマウントシステムのパフォーマンス改善はかなりのものである（図６参照）。低周波数において、開始は同じである。これは、ここでは、挙動は、同一に維持される床バネの剛性により支配されるからである。従来技術のダンパは、１［Ｈｚ］から改善され始めたのに対し、新しいダンパは０．００３［Ｈｚ］から改善され始める。１［Ｈｚ］において、振動レベルは、１［ｎｍ／ｓ２］（１ｅ６倍の改善）である。パフォーマンスは、１０００［Ｈｚ］以上までかなり良好のままである。１０００［Ｈｚ］において、改善は依然として１０００倍である。
【００２３】
図７は、床振動に対する感度を示す図である。図７は、広い周波数範囲に亘って、減衰は、従来のアプローチより多数倍の大きさのオーダで良好である。
【００２４】
新しいアプローチの低頻度活動（low frequent activities）により、それは、従来のアプローチにおいて見受けられるよりかなり長いセトリング（settling）挙動を示す。図８では、シミュレーションの開始後０．１〔ｓ〕で与えられる０．１〔ｓ〕の長さの１［Ｎ］のパルスに対する従来の応答が示される。図９は、新しいシステムに対する同一のものを示す。
【００２５】
アクティブシステムの応答は、略１５００倍低い振幅と３００倍長い時間スケールを有する。これらの数は共に、望む低加速レベルにとって有益であるが、パワーダウンした後にシステムを開始するのにどれだけかかるかに関する懸念に対する理由がある。同様の懸念は、基準マスの外乱にどのようにシステムが応答するかということである。このことを調べるために、更に、（大きい）１［Ｎ］の０．１〔ｓ〕のパルスが、図１０に示す基準マスに与えられる。システムは、基準に積極的に従うよう設定されるので、意義のある主プレート応答が結果として得られる。実際には、このような大きな力は、基準マスに投入されることはないが、（例えば、ウェイクアップショックによって）基準が動き始めると、それは、長い間振動し続けることを理解することが重要である。
【００２６】
図１０に、基準マスの動作のゆっくりと減衰する信号を見ることができる。その減衰の速度を測定する式を見つけることを試みることができる。これは、エネルギー解析により得ることができる。残留振動は、マス、ダンパ、及びバネシステムとしてモデル化することが可能である。次に、これらのパラメータが与えられると、位置エネルギー（０．５ｋｘ２）と運動エネルギー（０．５ｍｖ２）の合計を計算することができる。この合計は、等価の対応距離（√（０．５ｘ２＋０．５ｍｖ２／ｋ））として提示される。この距離は、図１１に示す。１２００秒の終わりにおいて、停止するまで実質的な移動距離（０．１〔ｍ〕）があるのが分かる。更に、低下の速度は緩慢である。
【００２７】
基準マスの状態は、開始時には未知であると想定しなければならないので、上述の安定までの緩慢なアプローチは不利である。コントローラにおける変更により、この挙動を改善可能である。最初に、基準マスの共鳴周波数が、１０［Ｈｚ］まで動かされる。これは、抑圧のほとんどをより高い周波数にシフトする。その結果、低周波数においてパフォーマンスがあまりなく、これは、低周波数の回復を改善する。剛性の増加と組合わされて、全体的なゲインも減少される。これは、低頻度抑制を下げながら高頻度抑制を維持することを目的とする。第３の方法として、−１点までの開ループ曲線の距離が増加される。この増加は、閉ループ応答においてより多くの減衰をもたらす。中間周波数範囲を改善するために、微分フィルタが５［Ｈｚ］に、積分フィルタが５０〔Ｈｚ〕に配置される。図１２を参照されたい。
【００２８】
図１３に、主プレートにかかる力に対する閉ループシステム応答を示し、図１４は、床振動の応答を示す。
【００２９】
上述したシステムのパフォーマンスはより緩やかであるが、依然として、（１乃至１００［Ｈｚ］の範囲において）パッシブシステムより１０倍良好である。８乃至１６Ｈｚにおいて、１０ミクロンの床振動は、０．０１［ｍｍ／ｓ２］より小さい主プレート振動をもたらす。最悪の点である１［Ｈｚ］においても、それは依然として良好な０．１［ｍｍ／ｓ２］である。これは、パッシブアプローチより５倍良好である。図１５には、主プレートにかかるパルスに対する時間応答を示す。パッシブシステムに比べて、抑制は１５倍良好であり、６秒である調整時間は、１．５倍の多くの期間を有して４倍長い。組合わせると、これは、１４＊（４／１．５）＾２＝１００倍の加速の減少である。
【００３０】
図１６は、主プレートの、基準マスにかかるパルスの応答を示す。ここでも応答時間は妥当であるように見える。挙動が良好である理由は、図１７により部分的に説明可能である。
【００３１】
図１７は、基準マスにかかる力により引き起こされる主プレートの動作の周波数応答関数である。０．２［Ｈｚ］以降、直線となることが分かり、これは、この周波数より上は、主プレートは、基準マスラインに良好にスレーブされる（移動のための力から−１８０度の位相シフトを有する１／１０［ｋｇ］）ことを示す。０．２［Ｈｚ］付近では、ほとんどピークはなく、システムは良好に減衰される。０．２［Ｈｚ］より下では、システムは、＋３のスロープを示す。これは、システムは、０．２［Ｈｚ］より下の周波数に対し急速に鈍感となることを意味する。０．２［Ｈｚ］より下では、基準マスは、床基準と連通する。これは、減衰量に依存して、セトリングのために５秒間待機すべきであることを意味する。小さい減衰では、これは容易に５０秒になることが可能であるが、本発明のシステムでは、最初の５秒後にはエネルギーの９０％が無くなっているよう十分な減衰を有するよう構成している。５秒後、振動はもはやなく、指数関数的な減衰があり、これは、本発明のシステムが、単純な２次のシステムで（second order system）はなく、それぞれ独自の減衰された挙動を有する様々な部分の集まりであることを示す。
【００３２】
図１６のグラフのエネルギーの減衰速度を見ることができる。これは、図１８に示す。９［ｓ］から１５［ｓ］の間、残留距離が、２ｅ−４から２ｅ−５［ｍ］に直線で減少することが分かる。従って、６秒毎に、振動レベルは、１０倍減少する。これは多くのパワーアップシーケンスに対し十分に迅速である。
【００３３】
提案するエアーマウントは、パッシブエアーマウントよりかなり良好である。パフォーマンスは、パワーアップ速度と減衰パフォーマンスの妥協である。１０［Ｈｚ］の基準支持と相対的に高頻度のフィルタ（０．００２［Ｈｚ］ではなく０．５［Ｈｚ］付近）を有し、且つ、任意のインテグレータを有さない実施される設計は、エアーマウントについて良好な結果を与えるようである。本発明は、更に良好な結果を可能にする。特定の制御オプションは、より最適化可能である。最後のコントローラを開始時に使用し、そして、システムが一旦安定し静かになると、高パフォーマンスコントローラに切替える可能性もある。これは、より良好な結果を与えるものと予期される。
【００３４】
パッシブシステムの主プレートと床の間の剛性は、もはや重要な役割を果たさないので、緩めることが可能である。ダンパは、完全に取出されることが可能である。パフォーマンスグラフから分かるように、２［Ｈｚ］のエアーマウント共鳴の付近では何も変化しない。ダンパを取り除くことは、床から主プレートへの振動の伝達を低減する。剛性を変更することは、力感度には影響を及ぼさないが、床伝達性には影響を及ぼす。
【００３５】
基準のマスは重要ではない。しかし、共鳴周波数は重要である。なぜなら、それは、多くの改善がある場所を決定するからである。
【００３６】
基準の機械的減衰が低いほど、それはより可動であり、また、より多くのセンサ信号が生成される。これは、図６及び７に、０．５［Ｈｚ］において下落（dip）がある理由である。
【００３７】
予測されるアプリケーション特有のチューニングは、マスとペイロードの剛性のチューニング（剛性体モード）と、フィードフォワード信号のチューニングである。ダンパ間のクロストークを除去することは、フィードフォワードをチューニングする手順と同一の手順である。
【００３８】
図１９は、一対のセンサコイル１９２０に対し垂直に配置されるアクチュエータコイル１９１０を有するダンパを示す。アクチュエータ１９１０及びセンサ１９２０は、減衰されるべき対象１９３０に接続される。アクチュエータ１９１０及びセンサ１９２０を互いに垂直に配置することにより、望ましくないクロストーク（例えば、センサとアクチュエータが共にローレンスタイプのコイルである場合、ＥＭクロストーク）が最小限にされる。というのは、センサコイル及びアクチュエータコイルのＥＭフィールドのベクトルは、互いに対し９０度であるので、互いのＥＭフィールドを見ることができないからである。
【００３９】
図２０は、図１９と類似するが、磁気クロストーク対抗手段が追加される。図２０は、一対のセンサ２０２０に対し垂直に配置されるアクチュエータ２０１０を有するダンパと、減衰されるべき対象２０３０と、磁気シールド２０４０を有する。磁気シールドは、μ金属の材料から構成され、一般的に、センサ２０２０の一部であるセンサコイルの周りに配置される。この磁気シールドは、アクチュエータ又は環境からのＥＭクロストークを最小限にするよう導電層を有することも可能である。シールドは更に、環境からの任意の音響的外乱を減衰するようマスと剛性を与えられることが可能である。
【００４０】
図２１は、浮動基準マスを有する本発明の絶対ダンパを示す。図２１は、アクチュエータコイル２１１０と、床２１７０に接続されるアーム２１６０上に取付けられるアクチュエータ磁石２１５０と、減衰されるべき対象２１３０を有する。減衰されるべき対象２１３０上には、センサコイル２１２０が取付けられ、且つ、バネ２１９０を介して磁石組立体２１８０が接続される。磁石組立体２１８０は、基準マスとセンサ磁石を有する。磁石組立体２１８０は更に、センサ（コイル２１２０とセンサ磁石を有する）を、アクチュエータ（アクチュエータコイル２１１０とアクチュエータ磁石２１５０を有する）と外部の電気的又は磁気的外乱から遮蔽する電磁気シールドを有してもよい。
【００４１】
図２２は、アクティブダンパを示す図である。図２２は、センサコイル２２２０と、アクチュエータコイル２２１０と、センサ磁石２２８０と、アクチュエータ磁石２２５０と、減衰されるべき対象２２３０と、電気コントローラ２２９５を有する。磁石２２５０は、床２２７０に取付けられる。磁石２２８０は、基準マスに取付けられる。コイル２２１０及び２２２０は、減衰されるべき対象２２３０に固く取付けられる。センサコイル２２２０は、センサ磁石２２８０に対する動作があると電気信号Ｉを生成する。このアクティブダンパの例では、電気コントローラは、低域通過フィルタ増幅器と信号Ｉが供給される高域通過フィルタ増幅器を有する。多くの他の種類の電気コントローラも存在し、また、本発明に適用可能である。増幅器の出力は加算され、電気信号Ｉ−ａを生成する。増幅及びフィルタパラメータは、アクティブダンパが一部であるシステムのパラメータに応じて調整且つ合わせられることが可能である。電気信号Ｉ−ａは、アクチュエータ磁石２２５０に対するアクチュエータコイル２２１０の動作を生成する。そして、アクティブダンパは、所望の周波数範囲における振動を所望の減衰特性で絶縁及び相殺可能なときに初めて適切に調整且つ合わせられる。図２２に示すダンパは、相対タイプであるが、多くの電気コントローラは、絶対ダンパにも用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】基本的なダンパ原理のシステムを示す図である。
【図２Ａ】市販されるエアーマントのエアーマウントパフォーマンスを示す図である。
【図２Ｂ】市販されるエアーマントのエアーマウントパフォーマンスを示す図である。
【図３Ａ】主プレートに影響を与える床振動を示す図である。
【図３Ｂ】主プレートに影響を与える床振動を示す図である。
【図４】改良されたエアーマウントを有するシステムを示す図である。
【図５Ａ】コントローラを有する改良システムの開ループパフォーマンスを示す図である。
【図５Ｂ】コントローラを有する改良システムの開ループパフォーマンスを示す図である。
【図５Ｃ】コントローラを有する改良システムの開ループパフォーマンスを示す図である。
【図６Ａ】改良エアーマウントシステムのパフォーマンス改善を示す図である。
【図６Ｂ】改良エアーマウントシステムのパフォーマンス改善を示す図である。
【図７Ａ】床振動に対する感度を示す図である。
【図７Ｂ】床振動に対する感度を示す図である。
【図８】１［Ｎ］のパルスに対する従来のシステムの応答を示す図である。
【図９】１［Ｎ］のパルスに対する改良システムの応答を示す図である。
【図１０】パワーダウン後、改良システムを開始するのにかかる時間を示す図である。
【図１１】等価の対応距離としての位置エネルギーと運動エネルギーの合計を示す図である。
【図１２Ａ】微分フィルタを用いることによる中間周波数範囲におけるシステムの改良を示す図である。
【図１２Ｂ】微分フィルタを用いることによる中間周波数範囲におけるシステムの改良を示す図である。
【図１２Ｃ】微分フィルタを用いることによる中間周波数範囲におけるシステムの改良を示す図である。
【図１３Ａ】改良システムの主プレートにかかる力に対する閉ループシステム応答を示す図である。
【図１３Ｂ】改良システムの主プレートにかかる力に対する閉ループシステム応答を示す図である。
【図１４Ａ】改良システムの床振動の応答を示す図である。
【図１４Ｂ】改良システムの床振動の応答を示す図である。
【図１５】改良システムの主プレートにかかるパルスに対する時間応答を示す図である。
【図１６】主プレートの、改良システムの基準マスにかかるパルスの応答を示す図である。
【図１７Ａ】改良システムの基準マスにかかる力により引き起こされる主プレートの動作の周波数応答関数を示す図である。
【図１７Ｂ】改良システムの基準マスにかかる力により引き起こされる主プレートの動作の周波数応答関数を示す図である。
【図１８】図１６のグラフのエネルギーの減衰速度を示す図である。
【図１９】センサに対し垂直に配置されたアクチュエータを有する本発明のダンパを示す図である。
【図２０】磁気シールドが追加された、センサに対し垂直に配置されたアクチュエータを有する本発明のダンパを示す図である。
【図２１】浮動マスを有する本発明の絶対ダンパを示す図である。
【図２２】アクティブダンパを示す図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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