(57)【要約】  精密機器における望ましくない運動を低減する装置および方法が記載される。アクティブ振動絶縁システム２００が、中間質量１１０ａ、１１０ｂの運動を感知するフィードバックループを含むことができる。通常ならフィードバックループが絶縁をもたらすことができないかまたは不十分な絶縁をもたらすことになる雑音環境において、床振動を感知し、通常なら床振動に誘起されることになる中間質量１１０ａ、１１０ｂの運動を低減するために、フィードフォワード制御を実装することができる。フィードフォワード制御は、中間質量１１０ａ、１１０ｂの運動をフィードバックループが満足に動作することができるようにするレベルまで低減することができる。
2020531758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブ振動絶縁システムであって、
中間質量と、
第１の感度を有し、前記中間質量の運動を感知するようになされたフィードバック運動センサと、
前記第１の感度より低い第２の感度を有し、前記中間質量を支持する基部の運動を感知するように構成されたフィードフォワード運動センサと、
前記中間質量を、前記基部に対して相対的に駆動するようになされたアクチュエータと、
前記フィードバック運動センサおよび前記フィードフォワード運動センサからの信号を処理し、前記中間質量の望ましくない振動運動を低減するように前記アクチュエータを駆動する駆動信号を出力するように構成された制御回路とを含む、ことを特徴とするアクティブ振動絶縁システム。
【請求項２】
請求項１に記載のアクティブ振動絶縁システムであって、前記制御回路に前記フィードフォワードセンサからの信号を印加しない状態で、前記アクティブ振動絶縁システムの設置場所における振動レベルが前記フィードバック運動センサからの信号を飽和させる、ことを特徴とするアクティブ振動絶縁システム。
【請求項３】
請求項１に記載のアクティブ振動絶縁システムであって、前記制御回路は、
前記フィードフォワード運動センサからの信号と並列して前記フィードバック運動センサからの信号を処理し、
前記駆動信号を生成するために、前記フィードバック運動センサと前記フィードフォワード運動センサとからの処理された前記信号を合計する、ことを特徴とするアクティブ振動絶縁システム。
【請求項４】
請求項３に記載のアクティブ振動絶縁システムであって、前記制御回路は、前記フィードバック運動センサからの信号を受信する第１の信号経路を含み、前記第１の信号経路は、
第１の信号フィルタと、
第１の位相調整器と、
第１の増幅器とを含む、ことを特徴とするアクティブ振動絶縁システム。
【請求項５】
請求項４に記載のアクティブ振動絶縁システムであって、前記第１の信号経路においてアナログ−デジタル変換器をさらに含み、前記信号フィルタと、前記位相調整器と、前記増幅器とが、プロセッサ上で実行されるソフトウェアとして実装されている、ことを特徴とするアクティブ振動絶縁システム。
【請求項６】
請求項４に記載のアクティブ振動絶縁システムであって、前記制御回路は、前記フィードバック運動センサからの信号を受信する第２の信号経路を含み、前記第２の信号経路は、
第２の信号フィルタと、
第２の位相調整器と、
第２の増幅器とを含む、ことを特徴とするアクティブ振動絶縁システム。
【請求項７】
請求項１に記載のアクティブ振動絶縁システムであって、
前記アクチュエータと、
前記中間質量を支持するようになされたオフロードスプリングと、
を含む絶縁アセンブリをさらに含む、ことを特徴とするアクティブ振動絶縁システム。
【請求項８】
請求項７に記載のアクティブ振動絶縁システムであって、前記絶縁アセンブリは、
前記中間質量と、
水平調整器と、をさらに含む、ことを特徴とするアクティブ振動絶縁システム。
【請求項９】
請求項８に記載のアクティブ振動絶縁システムであって、前記絶縁アセンブリは、
ペイロード支持部材と、
前記ペイロード支持部材と前記中間質量との間に結合されたペイロード支持ばねと、
前記ペイロード支持部材と前記中間質量との間の前記ペイロード支持ばねと並列して結合されたダンパと、
をさらに含む、ことを特徴とするアクティブ振動絶縁システム。
【請求項１０】
請求項７に記載のアクティブ振動絶縁システムであって、前記オフロードスプリングは、前記アクチュエータがペイロードの重量を実質的にまったく支持しないように、設置場所において前記絶縁アセンブリに作用する前記ペイロードの重量のほぼすべてを支持するような大きさとされている、ことを特徴とするアクティブ振動絶縁システム。
【請求項１１】
請求項１に記載のアクティブ振動絶縁システムであって、前記アクチュエータはボイスコイルモータである、ことを特徴とするアクティブ振動絶縁システム。
【請求項１２】
請求項１に記載のアクティブ振動絶縁システムであって、
前記アクチュエータと前記制御回路とを含む第１の絶縁アセンブリと、
前記フィードバック運動センサと前記フィードフォワード運動センサとからの前記信号を処理するようになされた、前記制御回路内の第１のプロセッサと、
第２の絶縁アセンブリであって、
第２の中間質量を前記基部に対して相対的に駆動するようになされた第２のアクチュエータと、
第２のフィードバック運動センサと前記フィードフォワード運動センサとからの第２の信号を処理し、前記第２の中間質量の望ましくない振動運動を低減するように前記第２のアクチュエータを駆動するために第２の駆動信号を出力するように構成された第２の制御回路とを含む前記第２の絶縁アセンブリと、
前記第１のプロセッサと並行して、前記第２のフィードバック運動センサと前記フィードフォワード運動センサとからの前記第２の信号を処理するようになされた、前記第２の制御回路内の第２のプロセッサとをさらに含む、ことを特徴とするアクティブ振動絶縁システム。
【請求項１３】
設置場所におけるペイロードに振動絶縁を与える方法であって、
前記設置場所における振動レベルが、アクティブ振動絶縁システムの中間質量に取り付けられた１つまたは複数のフィードバック運動センサから受信される信号を飽和させると判断することであって、前記アクティブ振動絶縁システムが、
前記中間質量を基部に対して相対的に駆動するようになされたアクチュエータと、
前記１つまたは複数のフィードバック運動センサから信号を受信し、前記アクチュエータを駆動するために１つまたは複数の駆動信号を出力するように構成された制御回路とを含む、前記判断することと、
前記基部に取り付けられた１つまたは複数のフィードフォワード運動センサからの信号を前記制御回路に供給することと、
前記１つまたは複数のフィードフォワード運動センサからの前記信号を前記制御回路によって処理することと、
前記１つまたは複数のフィードフォワード運動センサからの処理された前記信号に応答して、１つまたは複数のフィードバック運動センサから受信される信号が飽和しないように、前記基部の運動によって誘起される前記中間質量の運動を低減するように前記アクチュエータを駆動することとを含む、ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記１つまたは複数のフィードフォワード運動センサが、前記１つまたは複数のフィードバック運動センサが飽和する第２の振動レベルよりも高い第１の振動レベルで飽和する、ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法であって、前記中間質量と前記基部との間の前記アクチュエータと並列に結合されたオフロードスプリングによって、前記中間質量の重量と、前記中間質量に作用する前記ペイロードの重量とのほぼすべてを支持することをさらに含む、ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、前記アクチュエータと中間質量とは、前記ペイロードの重量の一部を支持する第１の絶縁アセンブリの一部であり、前記アクティブ振動絶縁システムは、前記ペイロードの重量の支持を補助する追加の絶縁アセンブリを含む、ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法であって、振動絶縁が複数の方向にもたらされる、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、支持されたペイロードにおける望ましくない運動を低減するアクティブ振動絶縁システムに関する。ある実装形態では、支持されるペイロードは、光学顕微鏡、原子間力顕微鏡または電子顕微鏡などの精密機器とすることができる。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２０１７年８月１５日に出願された「Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ−Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｗｉｔｈ  Ｆｌｏｏｒ  Ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ  Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ」という名称の米国仮特許出願第６２／５４５，９４８号の優先権を主張し、本願に引用して援用する。
【０００３】
様々な技術分野で使用される精密機器（例えば、集積回路製造、計測、顕微鏡法の様々な分野、精密医療機器など）にとっては、望ましくない運動（例えば振動、衝撃など）を精密機器に持ち込む可能性のある雑音の環境発生源の絶縁が有利である。振動絶縁の１つの手法は、パッシブモーションダンパ（例えば、粘性流体または物質を有するパッシブダンパなど、運動減衰構成要素を備えた空気サスペンションおよび／またはばねサスペンションシステム）を有する台の上に機器を取り付けることである。場合によっては、精密機器が、パッシブ運動ダンパでは十分な絶縁をもたらさないレベルまでの外部発生源からの振動絶縁を必要とすることがある。そのような性能を実現するために、精密機器とその機器を支持する基部との間にアクティブ振動絶縁システムを採用することができる。例えば、外部から誘起される精密機器の運動に対抗するようにアクチュエータを駆動するために、アクティブフィードバックシステムを使用することができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
アクティブ振動絶縁システムを改良するための装置および方法について記載する。ある実施形態によると、アクティブ振動絶縁システムは、精密機器などのペイロードを支持する中間質量の外部および／または内部誘起運動に対抗する１つまたは複数のアクチュエータを駆動するフィードバックシステムを含む。雑音環境では、外部の運動発生源がフィードバックシステムの動作範囲を超える可能性がある。フィードバックシステムの限界を超えるのを防止するために、振動絶縁システムを支持する基部に振動センサを取り付け、中間質量の運動を低減しシステムをコンプライアンス状態にするように中間質量を駆動するために、アクチュエータにフィードフォワード制御を与えることができる。コンプライアンス状態の場合、フィードバックシステムは、雑音のより少ない環境で通常であれば動作するように、振動を低減するために満足に動作することができる。本明細書に記載のようにフィードフォワード制御を採用することによって、フィードバックシステムは、通常ならフィードバックシステムに変更を加える必要なしに動作することができるはずの環境よりも雑音の多い環境でも動作することができる。このようにして、フィードバックシステムにハードウェアの変更を加えることなく、既存のフィードバックシステムの有効動作範囲および／または性能を向上させることができる。
【０００５】
ある実施形態は、中間質量と、第１の感度を有し、中間質量の運動を感知するようになされたフィードバック運動センサと、第１の感度より低い第２の感度を有し、中間質量を支持する基部の運動を感知するように構成されたフィードフォワード運動センサと、中間質量を基部に対して相対的に駆動するようになされたアクチュエータと、フィードバック運動センサとフィードフォワード運動センサとからの信号を処理し、中間質量の望ましくない振動運動を低減するようにアクチュエータを駆動するための信号を出力するように構成された制御回路とを含むアクティブ振動絶縁システムに関する。
【０００６】
ある実施形態は、設置場所におけるペイロードに振動絶縁を与える方法に関する。方法は、設置場所における振動レベルが、アクティブ振動絶縁システムの中間質量に取り付けられた１つまたは複数のフィードバック運動センサから受信される信号を飽和させると判断する動作を含むことができ、アクティブ振動絶縁システムは、中間質量を基部に対して相対的に駆動するようになされたアクチュエータと、１つまたは複数のフィードバック運動センサから信号を受信し、少なくとも１つのアクチュエータを駆動するための１つまたは複数の駆動信号を出力するように構成された制御回路とを含む。振動絶縁を与える方法は、基部に取り付けられた１つまたは複数のフィードフォワード運動センサからの信号を制御回路に供給する動作と、制御回路によって１つまたは複数のフィードフォワード運動センサからの信号を処理する動作と、１つまたは複数のフィードバック運動センサから受信される信号が飽和しないように、基部の運動によって誘起される中間質量の運動を低減するために、１つまたは複数のフィードフォワード運動センサからの処理された信号に応答してアクチュエータを駆動する動作とをさらに含み得る。
【０００７】
上記の概要は、例示のために示しており、限定的であることを意図していない。上記の装置および方法の実施形態は、上述の、または以下で詳述する、態様、特徴および動作の任意の適合する組み合わせによって実装可能である。本教示の上記およびその他の態様、実施形態および特徴は、添付図面とともに以下の説明を読めばよりよく理解することができる。
【０００８】
当業者は、本明細書に記載の図面が例示のみを目的としていることがわかるであろう。場合によっては実施形態の様々な態様は、実施形態をわかりやすくするために誇張または拡大されて示されていることがあることを理解されたい。図中、同様の文字は、様々な図面全体を通じて同様の特徴、機能的に類似および／または構造的に類似した要素を総称的に指す。図面は必ずしも一律の縮尺ではなく、本教示の原理を示すことに重点をおいている。図面は、決して本教示の範囲を限定することを意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ある実施形態による、アクティブ振動絶縁システムを示す図である。
【図２】ある実施形態による、フィードフォワード補助を含むアクティブ振動絶縁システムを示す図である。
【図３Ａ】ある実施形態による、アクティブ振動絶縁システムのための制御回路を示す図である。
【図３Ｂ】ある実施形態による、アクティブ振動絶縁システムのための制御回路を示す図である。
【図４】フィードバック制御もフィードフォワード制御も採用していない第１の設置場所における第１の振動絶縁システム内の運動センサからの例示の信号のプロットを示す図である。
【図５】フィードバック制御のみを採用した図４の振動絶縁システムにおける同じ運動センサからの例示の信号のプロットを示す図である。
【図６】フィードバック制御を採用した第２の設置場所における第２の振動絶縁システムにおける２つの運動センサからの２つの例示の信号のプロットを示す図である。
【図７】フィードバック制御と床補助フィードフォワード制御とを採用した図６の振動絶縁システムにおける同じ運動センサからの２つの例示の信号のプロットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本教示の態様、実施形態および特徴は、添付図面とともに以下の説明を読めばよりよく理解することができる。
【００１１】
科学研究界と、微細加工、医療、ナノテクノロジー、光学、および半導体業界とは、研究環境および商用環境で使用される精密機器の振動絶縁に対する難しい要求を生み出し続けている。振動絶縁は、精密機器に影響を及ぼし、摂動させ、その性能を損なうことになる（典型的には外部発生源からの）動的力の抑制を一般に必要とする。ある種の精密機器の正常な動作と性能改善を得るためには、機器の望ましくない運動をサブミクロン、またはさらに１００ｎｍ未満のレベルにまで抑制する必要がある場合がある。
【００１２】
本発明人らは、望ましくない運動を生じさせる発生源がわずかである場合も複数ある場合もある多様な環境に精密機器が配置され得ることを認識し、理解している。発生源は精密機器の外部にある場合もあれば、精密機械の内部に由来する場合もある。場合によっては、精密機器を摂動させる動的力が機器の外部にあり、（例えば基部支持部材、給電線、および／または装置への音響結合を介して）機器内に結合し、機器の望ましくない運動を生じさせることがある。
【００１３】
パッシブ型振動絶縁では十分ではない可能性がある、大きく異なる複数の雑音源を有する場所において振動絶縁を与える１つの手法は、アクティブ振動絶縁システムを採用することである。アクティブ振動絶縁システムは、１つまたは複数の運動センサと、１つまたは複数のフィードバックシステムを含み得る。運動センサを、精密機器を支持する構造の少なくとも１つの自由度において運動を感知するように構成することができ、フィードバックシステムを、雑音源によって誘起される運動に対抗するために構造を電気機械的に駆動するように構成することができる。例えば、フィードバックシステムは、雑音源によって誘起される構造の運動に対抗するように１つまたは複数のフィードバック信号によって駆動される１つまたは複数のアクチュエータを含むことができる。
【００１４】
多くの場合、より高い性能を達成するために、アクティブ振動絶縁システムを、システムが支持することになるペイロードと、システムが配置されることになる環境とに合わせて調整することができる。例えば、まず、雑音環境を特性解析するためにエンジニアが現場査察を行うことができる。現場査察中に収集されたデータをアクティブ振動絶縁システムの製造時に使用してアクティブ振動絶縁システムをその雑音環境に対応するように調整する（例えば、アクティブ振動絶縁システムにおけるフィードバックループの利得および雑音フィルタパラメータを設定する）ことができる。場合によっては、この調整は、システムハードウェアを変更せずに、例えばソフトウェアコードで利得値とフィルタ設定を調整することによって電子的に行うことができる。このようにして、既存のアクティブ振動絶縁システムが、システムハードウェアを変更することなく異なる雑音環境に対応することができる。システムハードウェアを変更すると、システムコストが無用に増加することになり、製造に遅延を生じさせる可能性がある。
【００１５】
図１に、ある実施形態による、フィードバックループを採用するアクティブ振動絶縁システム１００の略図を示す。ある実施形態では、アクティブ振動絶縁システム１００は、複数の絶縁アセンブリ１０５ａ、１０５ｂによって基部１０５の上方に支持される中間質量１１０を含むことができる。１つまたは複数の方向（例えば、図１に示す実施形態の場合はｚ方向であるが、他の実施形態では追加のセンサを使用してｘ方向およびｙ方向も感知してもよい）の中間質量の運動を感知するために、中間質量に１つまたは複数の運動センサ１１２を取り付けることができる。場合によっては、単一の多軸センサ（例えば多軸受振器または加速度計）が中間質量の２つ以上の方向の運動を感知することができる。信号を処理し、感知された運動に対抗し、低減するために絶縁アセンブリ１０５ａ、１０５ｂ内のアクチュエータ１０７ａ、１０７ｂに駆動信号を供給する制御回路１６０に、運動センサからの出力を供給することができる。アクチュエータ１０７ａ、１０７ｂは、中間質量１１０を基部１０５に対して相対的に駆動するように構成することができる。そのようなフィードバック制御は、中間質量１１０の望ましくない運動を低減するように動作する。アクティブ振動絶縁システム１００は、ペイロード１６２を支持する中間質量の上方に配置されたパッシブ振動絶縁（例えばダンパ１２０ａ、１２０ｂおよびばね１２６ａ、１２６ｂ）を備えた支持構造（例えばペイロード支持部材１３０）をさらに含むことができる。場合によって、ペイロード１６２は精密機器とすることができ、その例は上記で示してある。
【００１６】
図１の図面には２つの絶縁アセンブリ１０５ａ、１０５ｂのみが示されているが、アクティブ振動絶縁システム１００は、中間質量１１０と基部１０５との間に配置された３つ以上の絶縁アセンブリを含むことができる。ある実施形態では、図１に示すようにｚ方向だけでなく、複数の方向に（例えばｘ方向および／またはｙ方向に、中間質量１１０と側壁または、基部１０５から上方に延びる柱との間に配置された）振動絶縁をもたせるように構成された絶縁アセンブリがあってもよい。
【００１７】
ある実施形態では、絶縁アセンブリは、中間質量１１０のピッチ、ロールおよび／またはヨーに影響を与えることになる摂動に対する絶縁を与えるように構成することができる。例えば、中間質量１１０上の異なる場所に位置する２つまたは３つの運動センサが、中間質量１１０のピッチ、ロールおよび／またはヨーを検出することができ、検出されたピッチ、ロールおよび／またはヨーを相殺するようにアクチュエータを駆動するために制御回路１６０によって処理可能なフィードバック信号を発生することができる。ロールの一例として、第１の絶縁アセンブリ１０５ａの近傍の第１のセンサが、第２の絶縁アセンブリ１０５ｂの近傍の第２のセンサによって検出されるものとの差である中間質量１１０のｚ運動を検出してもよい。（中間質量１１０のロールを示す）検出されたｚ運動の相違に応答して、ロールを相殺するために、制御回路が第１のアクチュエータ１０７ａを第２のアクチュエータ１０７ｂとは異なるように駆動することができる。
【００１８】
ある実施形態では、絶縁アセンブリがオフロードスプリングとアクチュエータとを含むことができる。例えば、第１の絶縁アセンブリ１０５ａがオフロードスプリング１１６ａとアクチュエータ１０７ａとを含むことができる。ある実施形態では、オフロードスプリング１１６ａ、１１６ｂが、ペイロード１６２と、中間質量１１０と、中間質量１１０の上方の支持構造との重量のほとんどまたは全部を担うように、オフロードスプリング１１６ａ、１１６ｂはアクチュエータ１０７ａ、１０７ｂより高い剛性を有することができる。オフロードスプリングがアクチュエータより高い剛性を有するシステムの例は、米国特許第８，８９９，３９３号および第９，３５３，８２４号に記載されており、それらの全体を本願に引用して援用する。そのような実装形態では、アクチュエータはボイスコイルドライバなどのソフトアクチュエータを含み得る。
【００１９】
ある実施形態では、アクチュエータが、ペイロード１６２と、中間質量１１０と、中間質量１１０の上方の支持構造との重量のほとんどまたは全部を担うように、オフロードスプリング１１６ａ、１１６ｂが存在しなくてもよいか、またはアクチュエータ１０７ａ、１０７ｂよりも低い剛性を有してもよい。オフロードスプリングがアクチュエータより低い剛性を有するシステムの例は、米国特許第５，６６０，２５５に記載されており、その全体を本願に引用して援用する。そのような実装形態では、アクチュエータは圧電アクチュエータなどの硬いアクチュエータを含み得る。
【００２０】
中間質量１１０は、アルミニウム、ステンレス鋼、またはこれらの組み合わせなどの任意の適切な材料で形成可能であるが、実施形態によっては他の材料も使用可能である。図１は、複数の絶縁アセンブリ１０５ａ、１０５ｂにわたる１つの中間質量１１０を示すが、場合によっては、各絶縁アセンブリが、他のすべての絶縁アセンブリの中間質量に接続されていないそれ自体の中間質量を有することができる。そのような場合、１つまたは複数の方向の運動を感知するために各絶縁アセンブリの中間質量に１つまたは複数の運動センサ１１２を取り付けることができる。各絶縁アセンブリは、ペイロード１６２の別々の領域を支持することができる。場合によっては、共通のアクチュエータ駆動信号により絶縁アセンブリが並列して動作するように、所与の方向について同じフィードバックループによって各絶縁アセンブリを制御してもよい。場合によっては、異なるアクチュエータ駆動信号により絶縁アセンブリが並列して動作するように、所与の方向について各絶縁アセンブリを異なるフィードバックループによって制御してもよい。各絶縁アセンブリが異なるフィードバックループによって制御され、絶縁アセンブリが分離されている場合、ピッチ、ロールおよび／またはヨーの相殺を自動的に行うことができ、別々に感知されて考慮される必要がない。
【００２１】
基部１０５は、アルミニウム、ステンレススチール、またはこれらの組み合わせなど任意の適切な材料を含み得るが、他の材料を使用することも可能である。実装形態によっては、基部１０５は、施設の床、テーブルまたはその他の構造を含むことができ、製造される振動絶縁システム１００の一部として含まれなくてもよい。そのような実装形態では、絶縁アセンブリ１０５ａを、ペイロード１６２と基部１０５との間に取り付けるように構成された、別個にパッケージ化されたアセンブリとして提供することができる。
【００２２】
ある実装形態によると、中間質量１１０および／またはペイロード１６２の水平度を調整するために絶縁アセンブリとともに水平調整器１０８ａ、１０８ｂを含めることができる。例えば、水平調整器１０８ａは、アクチュエータ１０７ａに結合され、基部１０５の上方のアクチュエータ１０７ａ、１０７ｂの高さを調整するために（手動および／または自動で）回転させることができる、ねじ式駆動アセンブリを含むことができる。場合によっては、水平調整器は、基部１０５の上方のオフロードスプリング１１６ａの高さをさらに調整することができる。
【００２３】
ある実施形態によると、運動センサ１１２が、例えば加速度計または受振器を含むことができ、１方向（例えばｚ方向）の運動を表す少なくとも１つの信号を制御回路１６０に出力することができる。他の種類の運動センサ（例えばひずみゲージセンサ、マイクロエレクトロメカニカルセンサ、ジャイロメータ、光学干渉センサなど）も使用可能であり、本発明は加速度計および受振器のみには限定されない。多軸振動絶縁システムでは、１つまたは複数の運動センサ１１２が、２つ以上の方向の運動（例えば、ｘ、ｙ、ｚ、ピッチ、ロールおよびヨーの任意の組み合わせ）を表す運動信号を出力することができる。制御回路１６０を、運動センサ１１２からの信号を処理し、運動センサによって感知された運動に対抗するような方式で中間質量１１０を駆動する駆動信号をアクチュエータ１０７ａ、１０７ｂに出力するように構成することができる。制御回路１６０に含めることができるフィードバック制御のいくつかの例が、米国特許第５，８２３，３０７号に図１、図２、図４、図１８、図１９、および図２２に関連して記載され、米国特許第７，７２６，４５２号に図４に関連して記載されており、これらの両方を本願に引用して援用する。制御回路１６０は、受動、能動、アナログおよび／またはデジタル回路構成要素を含むことができ、本明細書および上記の各米国特許の項に記載のように、望ましくない運動のフィードバック相殺を行うようになされた処理電子素子（例えば、論理素子、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積回路、デジタルシグナルプロセッサ、またはこれらの何らかの組み合わせ）を含むことができる。
【００２４】
ある実施形態によると、ユーザーインターフェース１８０が制御回路１６０と通信することができ、ユーザー入力を受け取り、振動絶縁システム１００の動作の安定性を示すように構成することができる。ユーザーインターフェースは、タッチスクリーン、タッチパネル、グラフィカルユーザーインターフェース、機械式ノブ、ボタン、トグル、またはスイッチ、インジケータライト、画像ディスプレイ、またはこれらの何らかの組み合わせを含み得る。ある実装形態では、ユーザーインターフェース１８０は、無線または有線通信リンクを介して制御回路と通信するパーソナルコンピュータまたはスマートフォンを含む。パーソナルコンピュータまたはスマートフォン上では、制御回路１６０の処理電子素子上で実行されるソフトウェア要素との通信と、それらのソフトウェア要素の再構成とを可能にするカスタムソフトウェアアプリケーションを実行することができる。
【００２５】
ある実施形態によると、追加の支持ばね１２６ａ、１２６ｂによって中間質量１１０の上方にペイロード支持部材１３０を支持することができる。また、ペイロード支持部材１３０の運動を減衰させるために、ペイロード支持部材１３０と中間質量１１０との間にダンパ１２０ａ、１２０ｂを付加することができる。ある実施形態では、支持ばね１２６ａ、１２６ｂとダンパ１２０ａ、１２０ｂの組が３組以上あってもよい。場合によっては、ペイロード支持部材１３０および／またはペイロード１６２を水平にするために、ペイロード支持部材１３０と中間質量１１０との間に水平調整器１０８ａ、１０８ｂを含めることができる。実装形態によっては、ペイロード１６２は、図のように複数の支持ばね１２６ａ、１２６ｂおよびダンパ１２０ａ、１２０ｂにわたる単一のペイロード支持部材１３０上に直接搭載することができる。他の実装形態では、ペイロード支持部材１３０は、複数の支持ばねおよびダンパにわたっていなくてもよい。その代わりに、各支持ばねおよびダンパに別々のペイロード支持板を配置し、ペイロード１６２の一部を支持してもよい。場合によっては、支持ばね１２６ａ、１２６ｂおよびダンパ１２０ａ、１２０ｂをペイロード１６２上の別々の位置に直接接続してもよく、ペイロード支持部材またはペイロード支持板を使用しなくてもよい。
【００２６】
本発明者らは、設置場所によっては、図１に関連して説明したシステムのような既存または既製振動絶縁システムの限界を超える可能性があることを認識し、理解した。そのような設置場所は、大規模な鋼構造建造物（例えば１辺が５００メートルを超える建造物）の高層階（例えば３階より上の階）である場合がある。そのような場所では、床の振動が大き過ぎて、振動絶縁システムにおけるフィードバックループを閉じることができず、フィードバックループがペイロードの望ましくない運動をすべて有意に低減するように正常に動作することができないか、または、フィードバックループがその他の点では正常に動作していても精密機器の仕様を満たすような振動の十分な低減をもたらすことができない場合がある。
【００２７】
本発明者らは、雑音環境において中間質量上に取り付けられたセンサ１１２には問題が生じることがあることを発見した。典型的には、運動センサ１１２は、サブミクロンレベルの運動を検出することができるほどきわめて高感度である。大振幅振動の場合、運動センサ１１２は反応が非線形になることがある。例えば、運動センサ１１２は高い振動レベルで飽和する（ロールオーバおよび／または平坦化する）信号を出力することがある。センサ１１２のこの非線形挙動は、フィードバックループによって正常に対応することができる正しい運動感知信号を提供しない場合があり、その結果、振動絶縁システム１００の望ましくない性能につながる。
【００２８】
既存のアクティブ振動絶縁システム１００は、そのセンサ１１２に合わせて製造され、調整され得るため、フィードバックセンサ１１２を変更すると、その結果としてフィードバック回路の再調整を必要とすることがあり、場合によってはアクティブ振動絶縁システム１００内の他のハードウェア構成要素の変更を必要とすることもある。上述のように、このような変更は費用がかかり、製造の遅延につながる可能性がある。場合によっては、アクティブ振動絶縁システム１００が設置場所にすでに設置されており、以前には満足に動作していた場合がある。しかし、設置場所における雑音条件が時間の経過とともに増大し、アクティブ振動絶縁システム１００の範囲を超えるほどになっていることがある。既存のアクティブ振動絶縁システム１００を再設計または交換するのではなく、アクティブ振動絶縁システム１００が環境雑音を正しく検出するように元々構成されているよりも雑音の多い環境でアクティブ振動絶縁システム１００を使用し、環境雑音の影響をアクティブ振動絶縁システム１００が正常に機能することができるレベルまで低減する方が好ましいであろう。
【００２９】
図２に、フィードフォワード制御によって補助される少なくとも１つのフィードバックループを有するアクティブ振動絶縁システム２００を示す。ある実施形態では、１つまたは複数のフィードフォワード運動センサ１１４を、アクティブ振動絶縁システム２００を支持する基部１０５（例えば床）に取り付けることができる。この１つまたは複数のフィードフォワード運動センサ１１４は、基部１０５の１つまたは複数の方向の運動を感知することができる。フィードフォワード運動センサ１１４は、フィードバック運動センサ１１２と同じ種類であっても異なる種類であってもよいが、アクティブ振動絶縁システム２００が設置されている雑音環境でその出力信号が飽和しないように、運動センサ１１２よりは感度を低くすることができる。ある実施形態では、フィードフォワード運動センサ１１４の感度は、フィードバック運動センサ１１２の感度の１．５分の１から３０分の１の間である。運動センサの感度は、運動感知単位当たりのボルトまたは電流出力（例えば１ミクロン当たりのボルト数）で表して測定されてもよい。より低い感度を有することによって、フィードフォワード運動センサ１１４は、飽和せずにフィードバック運動センサ１１２より多くの量の振動運動を検出することができる。したがって、フィードフォワード運動センサ１１４は、フィードバック運動センサ１１２よりも高い振動運動レベルで飽和し得る。場合によっては、フィードフォワード運動センサ１１４の感度は、フィードバック運動センサ１１２の感度とほぼ同じであってもよい。
【００３０】
フィードフォワード運動センサ１１４からの信号を制御回路１６０に供給することができる。制御回路１６０は、フィードフォワード運動センサ１１４から受信した信号を処理し、フィードフォワード運動センサ１１４によって感知された運動によって誘起されることになる中間質量１１０ａ、１１０ｂの運動に対抗するように１つまたは複数のアクチュエータ１０７ａ、１０７ｂにフィードフォワード駆動信号を出力することができる。例えば、フィードフォワード運動センサ１１４が＋ｚ方向の床の運動を感知した場合、制御回路１６０は中間質量を−ｚ方向に移動させるようにアクチュエータ１０７ａ、１０７ｂにフィードフォワード駆動信号を出力することができる。実装形態によっては、基部に取り付けられたフィードフォワード運動センサ１１４からの信号を、中間質量に取り付けられたフィードバックセンサ１１２から受信した信号とは別に処理することができる。
【００３１】
図２に示す実施形態は、各絶縁アセンブリ１０５ａ、１０５ｂの一部としての別々の中間質量１１０ａ、１１０ｂを示している。このような場合、各絶縁アセンブリを支持ユニットとしてパッケージ化することができる。絶縁アセンブリ１０５ａは、支持ばね１２６ａとダンパ１２０ａとをさらに含むことができる。場合によっては、各絶縁アセンブリを機器１６２の、または機器が載置される台の一部の下に配置することができるように、（単一のペイロード支持部材１３０が存在するのではなく）各絶縁アセンブリが別個のペイロード支持部材をさらに含むことができる。
【００３２】
場合によっては、基部取り付け運動フィードフォワードセンサ１１４からの信号を、基部１０５の振動が最も顕著な特定の帯域に限定することができる。例えば、基部取り付け運動フィードフォワードセンサ１１４からの信号を、バンドパスフィルタによってフィルタリングすることができる。バンドパスフィルタの（半値全幅で測定した）帯域幅は、中間質量１１０ａ、１１０ｂの最大の運動を誘起する基部１０５からの（半値全幅で測定した）周波数の帯域幅とほぼ一致するかまたはより大きくすることができる。基部１０５が、中間質量１１０ａ、１１０ｂの最大の運動を誘起する原因である単一の周波数または周波数の小クラスタを示す場合、バンドパスフィルタの中心周波数を実施的にその周波数とすることができ、その周波数または周波数のクラスタより有意に大きい帯域幅を有してもよい。実装形態によっては、バンドパスフィルタは中心周波数値の２０％と５０％の間の半値全幅値を有することができ、その場合、低い方の周波数でより狭い帯域幅が使用される。例えば、５Ｈｚを中心とする外乱の半値全幅値は１Ｈｚとすることができ、１００Ｈｚを中心とする外乱の半値全幅値を５０Ｈｚとすることができる。ある実施形態では、バンドパスフィルタを制御回路１６０で実装されるソフトウェアフィルタとして実現することができる。場合によっては、バンドパスフィルタを回路として実現することができる。場合によっては、異なる周波数にある複数の外乱を通過させるために複数のフィルタを使用することができ、その複数のフィルタの複合帯域幅は外乱周波数のうちの１つの周波数の５０％より大きく（例えば最大５００％）であってもよい。実装形態によっては、フィルタはＤＣから、雑音環境で検出される外乱の最高周波数の最大５倍までとすることができる周波数値まで及び得る周波数の選択された範囲にわたるように、デジタルで実装することができる。
【００３３】
動作時、基部取り付けフィードフォワード運動センサ１１４と、制御回路１６０と、アクチュエータ１０７ａ、１０７ｂとによって提供されるフィードフォワード制御により、基部の運動により誘起される中間質量１１０の運動を、中間質量に取り付けられたより高感度のフィードバックセンサ１１２が非線形挙動または飽和を示さない程度まで減衰させることができる。これにより、通常であれば既製アクティブ振動絶縁システム１００には対処し難く、システムハードウェアの再設計（例えば運動センサ１１２の交換、アクチュエータ１０７ａ、１０７ｂの交換）を必要とするような設置場所において、システムのフィードバックループ（中間質量取り付けセンサ１１２と、制御回路１６０と、アクチュエータ１０７ａ、１０７ｂとを含む）を正常に動作させることができるようにし、中間質量１１０とペイロード１６２とに適切な振動絶縁を与えることができる。
【００３４】
本発明者らは、フィードフォワード制御は、通常のフィードバック制御下で動作するアクティブ振動絶縁システム１００の性能を（少なくとも２倍から５倍）向上させることができることも見出した。例えば、特定の周波数（例えば２Ｈｚ）でペイロード１６２のｚ方向の振動の２０ｄＢの減衰をもたらすアクティブ振動絶縁システム１００を、通常ならアクティブ振動絶縁システム１００では対処し難い環境において、上述のようにｚ方向フィードフォワード運動センサ１１４の追加とフィードフォワード制御によって同じ周波数でペイロード１６２のｚ方向の振動の２６ｄＢから３０ｄＢの減衰をもたらすことで向上させることができる。本明細書に記載のようにフィードフォワード制御を加えることによって、性能のより大幅な向上も得られる。一般に、フィードフォワード制御を含むアクティブ振動絶縁システム２００は、約０．３Ｈｚから約１００Ｈｚまでに及び得る周波数範囲で低周波の動的外力からの絶縁（振動の大幅な減衰）をもたらすことができる。さらに、アクティブ振動絶縁システム２００のパッシブダンピング構成要素（支持ばね１２６ａ、１２６ｂおよびパッシブダンパ１２０ａ、１２０ｂなど）は、例えばマルチキロヘルツ周波数に及ぶシステムの固有振動周波数を超える周波数での絶縁をもたらすことができる。
【００３５】
フィードバック制御とフィードフォワード補助とのための制御回路１６０の一例を図３Ａに示すが、本発明は図に示す回路構成のみには限定されない。ある実施形態によると、制御回路１６０は、周波数フィルタ２２０と、位相調整器２３０と、増幅器２４０と、信号分割器２５０とを含む、少なくとも１つのフィードバック回路を含むことができる。周波数フィルタと、位相調整器と、増幅器とは、図に示す順序とは異なる順序で配置することもできるが、これらの構成要素のうちの少なくとも１つが運動センサ１１２から信号を受信することができる。実施形態によっては、周波数フィルタ２２０および／または位相調整器２３０を含まなくてもよい。場合によっては、周波数フィルタリングおよび／または位相調整機能を増幅器２４０に含めてもよい。実施形態よっては、周波数フィルタ２２０と、位相調整器２３０と、増幅器２４０とを含むフィードバックループに積分器（図示せず）を含んでもよい。ある実施形態では、積分器の積分時定数に関連付けられたパラメータを、ユーザー調整可能振動絶縁設定によって変更することができる。信号分割器２５０は、中間質量１１０に接続された複数のアクチュエータ１０７ａないし１０７ｄを駆動するための複数の信号を出力することができる。実装形態によっては、特定の自由度のためにすべてのアクチュエータに同じ信号が印加される（例えば、図１の中間質量１１０にｚ方向支持を与えるように配置された４つのアクチュエータ１０７ａないし１０７ｄに印加される）。場合によっては、受信したフィードバック信号またはフィードフォワード信号または処理されたフィードバック信号またはフィードフォワード信号は、プロセッサ２７０または受動素子によって操作されることができる。場合によっては、上述のようにアクチュエータ１０７ａないし１０７ｄに異なる信号が印加されるように、各アクチュエータがそれ自体のセンサ１１２とフィードバック回路とを有することができる。
【００３６】
図３Ａには４つのアクチュエータが図示されているが、アクティブ振動絶縁システム２００は、制御回路１６０によって制御される、これより少ないかまたは多い数のアクチュエータを有することができる。場合によっては、システム２００に複数の制御回路１６０があってもよい。例えば、システム内の一部のアクチュエータが第１の方向（例えば垂直方向）の振動を抑制するようになされ、１つの制御回路によって制御されてもよく、システム内の一部のアクチュエータが第２の、異なる方向（例えば水平方向）の振動を抑制するようになされてもよい。
【００３７】
より詳細には、図３Ａに示す回路は、少なくとも１方向（例えば、図２を参照するとｚ方向）のフィードフォワード補助を備えたアクティブ振動絶縁制御を与えることができる。中間質量１１０上のフィードバック運動センサ１１２を、ｚ方向の運動を感知するように構成することができる。フィードバック回路は、感知されたｚ方向の運動を処理し、アクチュエータ１０７ａないし１０７ｄに送信される、ｚ方向の望ましくない運動を抑制する制御信号を生成することができる。ある実施形態は、振動絶縁制御が望まれる追加の自由度（例えばｘ、ｙ、ピッチ、ロール、ヨー）のために１つまたは複数の追加のフィードバック運動センサ１１２と、追加のフィルタ２２０と、追加の位相調整器２３０と、追加の増幅器２４０と、少なくとも１つの追加のアクチュエータ１０７とを含むことができる。場合によっては、各フィードバック回路が他のフィードバック回路とは独立して動作してもよい。
【００３８】
ある実施形態によると、周波数フィルタ２２０はフィードバック運動センサ１１２から信号を受信することができ、受信した信号の異なるスペクトル成分を異なる量だけ減衰させることができる。ある実施形態では、周波数フィルタ２２０が、周波数フィルタによって操作される異なるスペクトル帯域幅についての減衰量を決定する複数の設定可能フィルタパラメータを含むことができる。例えば、フィルタパラメータ値は、１つまたは複数のスペクトル帯域幅の減衰値を決定することができる。ある実施形態によると、フィルタパラメータ値は、０．０１Ｈｚから３０ｋＨｚの周波数範囲で設定可能である。周波数フィルタ２２０は、ハードウェア、ソフトウェアまたはその組み合わせで実装可能である。
【００３９】
位相調整器２３０は、フィードバック運動センサ１１２から受信した信号の１つまたは複数の周波数成分の位相を変更する（例えば信号遅延を加える）ことができる。ある実施形態では、位相調整器２３０は、異なるスペクトル帯域幅にわたる位相調整の量を決定する複数の設定可能位相パラメータを含むことができる。例えば、位相パラメータ値は、特定のスペクトル帯域幅について加えられる信号遅延の量を決定することができる。位相調整器２３０は、ハードウェア、ソフトウェアまたはその組み合わせで実装可能である。
【００４０】
増幅器２４０は、フィードバック運動センサ１１２から受信した信号を増幅し、アクティブ振動絶縁システム２００の１つまたは複数のアクチュエータを駆動するために出力信号を供給する任意の適合する増幅器を含み得る。ある実施形態によると、増幅器２４０は、増幅器により操作される１つまたは複数のスペクトル帯域幅の利得値を決定する１つまたは複数の設定可能な利得パラメータを含むことができる。ある実施形態では、増幅器は、増幅信号の帯域幅全体にわたって適用される単一の設定可能利得値を有することができる。場合によっては、増幅器２４０は、反転増幅器であってもよい。増幅器２４０の電力利得値は、ある実施形態によると１．５と５の間とすることができるが、これより高いかまたは低い電力利得の値も可能である。ある実施形態では、振動を制御する対象となる異なる自由度のために異なる利得値を使用することができる。例えば、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向のアクティブ振動絶縁制御のために異なる利得値を使用することができる。実装形態によっては、フィードバック回路内に追加の利得が存在してもよく、フィードバック回路のループ利得は１．５と２００の間の値を有し得る。場合によっては、ループ利得を調整するために利得設定可能増幅器２４０が含まれていてもよい。増幅器２４０は、ハードウェア、ソフトウェアまたはその組み合わせで実装可能である。実装形態によっては、ループ利得を調整するためにフィードバックループに調整可能減衰器が含まれてもよい。
【００４１】
制御回路１６０は、フィードフォワード制御のために並列して使用される周波数フィルタ２２２と、位相調整器２３２と、増幅器２４２も含むことができる。周波数フィルタ２２２と、位相調整器２３２と、増幅器２４２とは、上述の周波数フィルタ２２０、位相調整器２３０および増幅器２４０と同じか類似していてもよい。場合によっては、各絶縁アセンブリ１０５ａ、１０５ｂが、専用のフィードフォワード制御回路を有し得る。他の場合には、複数の絶縁アセンブリ内のアクチュエータを制御するために共通のフィードフォワード制御回路を使用することができる。
【００４２】
ある実施形態によると、フィードバックとフィードフォワードの結合信号が１つまたは複数のアクチュエータに印加されるように、フィードフォワード増幅器２４２から出力されたフィードフォワード信号を、フィードバック増幅器２４０から出力されたフィードバック信号に加えることができる。例えば、信号分割器２５０によって分割される前または後に、フィードバック信号にフィードフォワード信号を加えることができる。実装形態によっては、信号分割器を、フィードフォワード信号とフィードバック信号とを信号分割器の入力で加算し、次に、１つまたは複数のアクチュエータへの送信のためにその結果の結合信号を分割するように構成することができる。ある実施形態では、結合されたフィードバックおよびフィードフォワード信号を単一の増幅器で増幅してから１つまたは複数のアクチュエータに印加することができるように、増幅の前にフィードバック信号にフィードフォワード信号を加えることができる。
【００４３】
本明細書で使用するフィードバック信号とは、中間質量１１０の感知された運動から導出され、中間質量の感知された運動に対抗するようにそれに反応して印加される信号である。フィードフォワード信号とは、中間質量１１０を支持する基部１０５の感知された運動から導出され、基部の感知された運動に起因する中間質量の予測される運動を相殺するように未然に印加される信号である。
【００４４】
制御回路１６０は、入力コントロール２０５から信号を受信するように構成されたパラメータ設定器２１０をさらに含むことができる。入力コントロールは、ある実施形態によると、ユーザーインターフェース１８０の一部（例えば、機械式ノブ、トグルスイッチ、押しボタン、またはグラフィカルユーザーインターフェース上の項目）を含み得る。入力コントロール２０５を操作するユーザーは、振動絶縁システムによって提供される複数の「振動絶縁」設定のうちの１つを選択することができる。
【００４５】
ある実施形態では、制御回路１６０が、上述のパラメータ設定、フィルタリング、位相調整、および増幅機能の一部または全部を実行するように機械可読コードによって構成することができるプロセッサ２７０も含むことができる。プロセッサ２７０は、論理回路、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、またはこれらの何らかの組み合わせを含むことができる。制御回路１６０は、プロセッサ２７０と通信するデータ記憶装置２７５（例えば、ＲＯＭおよび／またはＲＡＭ型メモリ）をさらに含み得る。プロセッサ２７０は、ある実施形態ではパラメータ設定器２１０とも通信することができる。
【００４６】
図３Ａは、フィードバックと床フィードフォワード補助とを有する制御回路１６０における単一のプロセッサ２７０を示すが、本発明は単一のプロセッサ２７０には限定されない。実施形態によっては、各振動絶縁アセンブリの１つまたは複数の制御ループ用、または、２つ以上の振動絶縁アセンブリのために実装された制御ループのグループ用の専用プロセッサがあってもよい。例えば、そのアセンブリのｘ、ｙ、ｚ制御ループのうちの１つまたは複数の制御ループを扱う第１の振動絶縁アセンブリ１０５ａ用の第１の専用プロセッサ、第２の振動絶縁アセンブリ１０５ｂ用の第２の専用プロセッサなどのように、振動絶縁システム２００における各振動絶縁アセンブリ用のプロセッサがあってもよい。あるいは、システム内の振動絶縁アセンブリの一部または全部のためのすべてのｘ制御ループを扱う第１のプロセッサがあってもよい。実施形態では、プロセッサ２７０は互いに通信することができる。それらのプロセッサのうちの１つ、または別個のプロセッサを、マスターコントローラとして機能するように構成することができ、プロセッサの動作を監視し、および／または、連係させてもよい。複数のプロセッサを使用する利点は、複数の複雑なフィルタリングアルゴリズム、フィードバックアルゴリズム、および／またはフィードフォワードアルゴリズムを単一のプロセッサで同時に扱おうとするのではなく、各プロセッサでより複雑なフィルタリングアルゴリズムを採用し、並列して実行することができることである。場合によっては、単一のプロセッサが特定の雑音環境のために同時に複数の複雑なフィルタリングアルゴリズム、フィードバックアルゴリズム、および／またはフィードフォワードアルゴリズムを扱うのに十分な処理能力を持たないことがある。
【００４７】
図３Ｂに、いくつかの構成要素が、プロセッサ２７０上で実行されるソフトウェアで実装されている制御回路１６１の一実施形態を示す。例えば、周波数フィルタ２２０、２２２、位相調整器２３０、２３２、および増幅器２４０、２４２を、図３Ａに関して上述した機能を持たせるようにソフトウェアで実装することができる。実装形態によっては、フィードバック運動センサ１１２とフィードフォワード運動センサ１１４からの信号をそれぞれ増幅するために、アナログ前置増幅器２４４、２４６を含めることができる。前置増幅器からの出力をアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２１２、２１４に供給することができる。場合によっては、Ａ／Ｄ変換器は、プロセッサ２７０の信号入力ポートにおいて、アナログ信号を受信するように構成されたハードウェア入力回路を含む。デジタル増幅器２４０、２４２からの出力をプロセッサ２７０によって合計し、単一の出力信号として、少なくとも１つのアクチュエータ１０７ａを駆動するように構成された駆動増幅器２４８に供給することができる。固定または調整可能利得Ｇ５を有する駆動増幅器２４８は、アクチュエータ１０７ａを駆動するのに十分な電流を供給する電力ハードウェア増幅器を含み得る。
【００４８】
図３Ｂに示す制御回路１６０は、単一のアクチュエータを駆動するものとして示されている。このような実施形態では、アクティブ振動絶縁システム２００内の各アクチュエータ用に別々の制御回路があってもよい。ある実施形態では、基部１０５の１方向の運動を感知するために単一のフィードフォワードセンサ１１４を使用することができる。フィードフォワードセンサ１１４からの出力信号を、加算の前にフィードフォワード信号経路のいずれかの個所で分割し、他のアクチュエータを駆動するようになされた１つまたは複数の制御回路１６１に供給することができる。ある実施形態では、図３Ａに示すような信号分割器２５０と、追加の駆動増幅器とを含めることによって、図３Ｂに示す制御回路１６１を使用して複数のアクチュエータを駆動することができる。
【００４９】
図４のグラフは、第１の設置場所において、図２に関して説明したシステムと類似したアクティブ振動絶縁システム２００の運動センサ１１２（受振器）から検出された例示の信号をプロットしたものである。運動センサ１１２は、アクティブ振動絶縁システム２００上の第１の位置におけるｙ方向の運動を感知するように構成されている。システム上の複数の位置におけるｘ、ｙおよびｚ方向の運動を検出するために、システム上の複数の異なる位置に他のセンサも存在していたが、これらのセンサからの信号はグラフを簡単にするためにプロットされていない。ある実施形態では、それぞれが中間質量板を含み、それぞれが異なる位置においてペイロードを支持する、個別の絶縁アセンブリ１０５ａ、１０５ｂに配置された１つまたは複数の運動センサが存在し得る。図４のグラフにプロットされている信号は、設置場所における中間質量の振動誘起運動のベースライン特性解析を得るために、フィードバック制御またフィードフォワード制御を作動させていないときに設置場所において得たものである。この出力記録は、運動センサ１１２からの信号が様々な時点で飽和し得る（±３０，０００カウントの信号レベルを超える）ことを示している。この設置場所における精密機器の振動誘起運動は、フィードバック運動センサ１１２の線形範囲を超えるため、フィードバック制御のみを採用するアクティブ振動絶縁システム１００の能力または動作範囲を超えることになる。
【００５０】
図５のグラフは、図４に関して説明した振動絶縁システムのためにフィードバックのみを採用した場合のフィードバック運動センサ１１２から検出された例示の信号をプロットしたものである。フィードバックのみを採用するアクティブ振動絶縁は、約２秒の時点で開始され、最適ではない。大きな絶対運動（±１５，０００カウントを超える）は、フィードバック運動センサによって依然として検出される。これらの結果は、フィードバック運動制御だけでは、一部の雑音環境における外部誘起運動を適切に抑制するのに十分ではない可能性があることを示している。
【００５１】
図６のグラフは、フィードバックのみを採用している第２の設置場所における第２の振動絶縁システムの２つのフィードバック運動センサ１１２からの２つの例示の信号をプロットしたものである。第２の振動絶縁システムは、第１の振動絶縁システムと実質的に同じであるが、環境雑音が異なる。図５の場合と比較してより高い周波数雑音が少なく、改善されたフィードバック制御があるが、約２．５秒においてｘセンサ１１２によって検出された中間質量１１０の外乱など、この環境にはフィードバック運動センサ１１２を飽和させる可能性のあるランダムな大きな外乱がある。図６のグラフにはｙセンサ１１２からの信号もプロットされている。この環境においても、フィードバック制御のみを採用した場合、検出される中間質量の外乱は１５，０００カウントを超えることがある。
【００５２】
図７は、図６のシステムにおける同じ２つの運動センサ１１２からの例示の信号をプロットしたものである。図７の場合、上述のようにフィードバックと床フィードフォワード制御の両方が採用されている。この例では、約５秒において床フィードフォワードがオンにされ、すでに動作しているフィードバック制御に追加される。その他の条件は実質的に図６の条件と同じである。床フィードフォワード制御の補助により、アクティブ振動絶縁システム２００は、振動の十分な減衰を確実に行うことができる。３０，０００個を超える量による中間質量のふれを、５，０００カウント未満に抑制することができ、全体的に６分の１未満に低減される。図６に示すフィードバックのみの場合と比較しても、少なくとも４分の１に改善することができる。
【００５３】
実施形態は、上述のアクティブ振動絶縁システムを動作させる方法を含む。例示の方法は、フィードバックセンサを有するアクティブ振動絶縁システムを、アクティブ振動絶縁システムによって相殺することができる振動の範囲を超える振動雑音レベルを有する設置場所に設置する動作を含むことができる。この方法は、アクティブ振動絶縁システムの基部の運動を検出するために、フィードバックセンサよりも低い感度を有するフィードフォワード運動センサを設けることと、振動雑音レベルの影響を、アクティブ振動絶縁システムのフィードバック制御によって補償することができる範囲まで低減するために、フィードフォワード運動センサからアクティブ振動絶縁システムのアクチュエータに信号を供給することとを含むことができる。
【００５４】
別の例示の方法は、アクティブ振動絶縁システムの基部に取り付けられたフィードフォワード運動センサからフィードフォワード信号を受信する動作を含むことができ、振動絶縁システムは、振動雑音レベルが振動絶縁システムのフィードバック回路の動作範囲を超える場所に設置される。この方法は、アクティブ振動絶縁システムの中間質量に取り付けられたフィードバックセンサから受信したフィードバック信号と並行してフィードフォワード信号を処理することと、振動雑音レベルの影響をアクティブ振動絶縁システムのフィードバック制御によって補償することができる範囲まで低減するように、アクティブ振動絶縁システムのアクチュエータに、フィードフォワード信号に少なくとも基づく駆動信号を印加することとをさらに含むことができる。
【００５５】
本明細書に記載の振動絶縁装置は、様々な構成で実現することができる。例示の構成は、以下で説明する構成（１）から（１２）の組み合わせを含む。
【００５６】
（１）アクティブ振動絶縁システムであって、中間質量と、第１の感度を有し、上記中間質量の運動を感知するようになされたフィードバック運動センサと、上記第１の感度より低い第２の感度を有し、上記中間質量を支持する基部の運動を感知するように構成されたフィードフォワード運動センサと、上記中間質量を、上記基部に対して相対的に駆動するようになされたアクチュエータと、上記フィードバック運動センサおよび上記フィードフォワード運動センサからの信号を処理し、上記中間質量の望ましくない振動運動を低減するように上記アクチュエータを駆動する駆動信号を出力するように構成された制御回路とを含むアクティブ振動絶縁システム。
【００５７】
（２）上記制御回路に上記フィードフォワードセンサからの信号を印加しない状態で、上記アクティブ振動絶縁システムの設置場所における振動レベルが上記フィードバック運動センサからの信号を飽和させる、構成（１）のアクティブ振動絶縁システム。
【００５８】
（３）上記制御回路は、上記フィードフォワード運動センサからの信号と並列して上記フィードバック運動センサからの信号を処理し、上記駆動信号を生成するために、上記フィードバック運動センサと上記フィードフォワード運動センサとからの処理された上記信号を合計するようになされた、構成（１）または（２）のアクティブ振動絶縁システム。
【００５９】
（４）上記制御回路は、上記フィードバック運動センサからの信号を受信する第１の信号経路を含み、上記第１の信号経路は、第１の信号フィルタと、第１の位相調整器と、第１の増幅器とを含む、構成（３）のアクティブ振動絶縁システム。
【００６０】
（５）上記第１の信号経路においてアナログ−デジタル変換器をさらに含み、上記信号フィルタと、上記位相調整器と、上記増幅器とが、プロセッサ上で実行されるソフトウェアとして実装される、構成（４）のアクティブ振動絶縁システム。
【００６１】
（６）上記制御回路は、上記フィードバック運動センサからの信号を受信する第２の信号経路を含み、上記第２の信号経路は、第２の信号フィルタと、第２の位相調整器と、第２の増幅器とを含む、構成（４）または（５）のアクティブ振動絶縁システム。
【００６２】
（７）上記アクチュエータと、上記中間質量を支持するようになされたオフロードスプリングとを含む絶縁アセンブリをさらに含む、構成（１）ないし（６）のいずれか１つの構成のアクティブ振動絶縁システム。
【００６３】
（８）上記絶縁アセンブリは、上記中間質量と、水平調整器と、をさらに含む、構成（７）のアクティブ振動絶縁システム。
【００６４】
（９）上記絶縁アセンブリは、ペイロード支持部材と、上記ペイロード支持部材と上記中間質量との間に結合されたペイロード支持ばねと、上記ペイロード支持部材と上記中間質量との間の上記ペイロード支持ばねと並列して結合されたダンパとをさらに含む、構成（８）のアクティブ振動絶縁システム。
【００６５】
（１０）上記オフロードスプリングは、上記アクチュエータがペイロードの重量を実質的にまったく支持しないように、設置場所において上記絶縁アセンブリに作用する上記ペイロードの重量のほぼすべてを支持するような大きさとされた、構成（７）ないし（９）のいずれか１つの構成のアクティブ振動絶縁システム。
【００６６】
（１１）上記アクチュエータはボイスコイルモータである、構成（１）ないし（１０）のいずれか１つの構成のアクティブ振動絶縁システム。
【００６７】
（１２）上記アクチュエータと上記制御回路とを含む第１の絶縁アセンブリと、上記フィードバック運動センサと上記フィードフォワード運動センサとからの上記信号を処理するようになされた、上記制御回路内の第１のプロセッサと、第２の絶縁アセンブリであって、第２の中間質量を上記基部に対して相対的に駆動するようになされた第２のアクチュエータと、第２のフィードバック運動センサと上記フィードフォワード運動センサとからの第２の信号を処理し、上記第２の中間質量の望ましくない振動運動を低減するように上記第２のアクチュエータを駆動するために第２の駆動信号を出力するように構成された第２の制御回路とを含む上記第２の絶縁アセンブリと、上記第１のプロセッサと並行して、上記第２のフィードバック運動センサと上記フィードフォワード運動センサとからの上記第２の信号を処理するようになされた、上記第２の制御回路内の第２のプロセッサとをさらに含む、構成（１）ないし（１１）のいずれか１つの構成のアクティブ振動絶縁システム。
【００６８】
上記の構成の振動絶縁装置を動作させる方法は、以下の方法（１３）から（１７）に記載のような動作の異なる組み合わせを含む。
【００６９】
（１３）設置場所におけるペイロードに振動絶縁を与える方法であって、上記設置場所における振動レベルがアクティブ振動絶縁システムの中間質量に取り付けられた１つまたは複数のフィードバック運動センサから受信される信号を飽和させると判断することであって、上記アクティブ振動絶縁システムが、上記中間質量を基部に対して相対的に駆動するようになされたアクチュエータと、上記１つまたは複数のフィードバック運動センサから信号を受信し、上記アクチュエータを駆動するために１つまたは複数の駆動信号を出力するように構成された制御回路とを含む、上記判断することと、上記基部に取り付けられた１つまたは複数のフィードフォワード運動センサからの信号を上記制御回路に供給することと、上記１つまたは複数のフィードフォワード運動センサからの信号を上記制御回路によって処理することと、上記１つまたは複数のフィードフォワード運動センサからの処理された上記信号に応答して、１つまたは複数のフィードバック運動センサから受信される信号が飽和しないように上記基部の運動によって誘起される上記中間質量の運動を低減するように上記アクチュエータを駆動することとを含む方法。
【００７０】
（１４）上記１つまたは複数のフィードフォワード運動センサが、上記１つまたは複数のフィードバック運動センサが飽和する第２の振動レベルよりも高い第１の振動レベルで飽和する、（１３）の方法。
【００７１】
（１５）上記中間質量と上記基部との間の上記アクチュエータと並列に結合されたオフロードスプリングによって、上記中間質量の重量と、上記中間質量に作用する上記ペイロードの重量とのほぼすべてを支持することをさらに含む、（１３）または（１４）の方法。
【００７２】
（１６）上記アクチュエータと中間質量とは、上記ペイロードの重量の一部を支持する第１の絶縁アセンブリの一部であり、上記アクティブ振動絶縁システムは、上記ペイロードの重量の支持を補助する追加の絶縁アセンブリを含む、（１５）の方法。
【００７３】
（１７）振動絶縁が複数の方向にもたらされる、（１３）ないし（１６）のいずれか１つの方法。
【００７４】
本明細書に記載の技術は方法として実現することができ、そのうちの少なくとも１つの例を示した。この方法の一部として実行される動作は、任意の適切な方式で順序付けることができる。したがって、示されているものと異なる順序で動作が行われる実施形態も構成することができ、これには、例示の実施形態で順次動作として示されていても一部の動作を同時に行うことが含まれ得る。したがって、方法が、ある実施形態では示されている動作よりも多くの動作を含んでもよく、他の実施形態では示されている動作よりも少ない動作を含んでいてもよい。
【００７５】
特に明記されていない限り、「ほぼ」および「約」という用語は、ある実施形態では目標寸法の±２０％以内、ある実施形態では目標寸法の±１０％以内、ある実施形態では目標寸法の±５％以内、ある実施形態では目標寸法のさらに±２％以内を意味するために使用されている。「ほぼ」および「約」という用語は、目標寸法を含み得る。「実質的に」という用語は、目標寸法の±３％以内を意味するために使用されている。
【００７６】
以上、本発明の少なくとも１つの例示の実施形態について説明したが、当業者には様々な変更、変形、および改良が容易に思いつくであろう。そのような変更、変形および改良は、本発明の思想および範囲に含まれるものと意図される。したがって、上記の説明は、例示に過ぎず、限定的であることを意図していない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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