JP2010007812A - 除振装置及びこれを有する測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】調整やメンテナンスの負担が小さく、自ら振動を生じさせることなく外部からの振動が測定器に伝達するのを抑制することができる除振装置及びこれを備えた測定装置を提供すること。
【解決手段】設置面Ｔ上に設置される第一金属板２と、第一金属板２の上に設けられた第二金属板４と、第一金属板２と第二金属板４との間に挟持され、第一金属板２からの振動を受けて弾性変形可能な防振ゴム３と、第二金属板４上に設けられ、その上面に測定器６の少なくとも一部が載置されるとともに、第二金属板４からの振動に応じて少なくとも一部が弾性変形することにより、前記振動を吸収することが可能な除振台５とを備え、第一金属板２、防振ゴム３及び第二金属板４により吸収される振動の周波数の帯域と、前記除振台により吸収される振動の周波数の帯域とが異なるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、高い分解能が要求される測定器に対し外部からの振動を伝達し難くするための除振装置及びこれを有する測定装置に関するものである。

例えば、高い分解能が要求される測定器としては、特許文献１に係る光熱変換測定装置が知られている。この種の測定器では、測定する実験環境下で発生する振動や音等のノイズ源によって背景測定信号（バックグランドノイズ）が増加することに応じて測定器の測定性能が劣化するという問題がある。

このようなノイズ源を低減する対策として、例えば、特許文献２に開示されるようなアクティブ型除振装置を用いることが考えられる。特許文献２のアクティブ型除振装置は、定盤に伝わった振動を振動センサにより検出し、この検出結果に基づいて上記振動を除去するための駆動量を演算し、この駆動量に応じてアクチュエータ（底盤）を駆動させるようになっている。
特開２００４−３０１５２０号公報 特開２０００−１２０７６５号公報

しかしながら、特許文献２に係るアクティブ型除振装置は、検出された振動をアクチュエータの駆動量としてフィードバックするための精密な電気系統を要するため、その調整やメンテナンスの負担が大きく、除振装置自体が高価になるという問題があった。

また、特許文献２に係るアクティブ型除振装置は、振動を打ち消すためにアクチュエータを積極的に駆動する構成であるため、上述のように高い分解能が要求される測定器にとって、このような積極的な振動が却って測定精度を低下させる要因ともなりかねない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、調整やメンテナンスの負担が小さく、自ら振動を生じさせることなく外部からの振動が測定器に伝達するのを抑制することができる除振装置及びこれを備えた測定装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明は、設置面と測定器との間に設けられ、前記設置面からの振動が前記測定器に伝達するのを抑制するための除振装置であって、前記設置面上に設置される第一金属板と、前記第一金属板の上に設けられた第二金属板と、前記第一金属板と第二金属板との間に挟持され、前記第一金属板からの振動を受けて弾性変形可能な弾性部材と、前記第二金属板上に設けられ、その上面に前記測定器の少なくとも一部が載置されるとともに、前記第二金属板からの振動に応じて少なくとも一部が弾性変形することにより、前記振動を吸収することが可能な除振台とを備え、前記第一金属板、弾性部材及び第二金属板により吸収される振動の周波数の帯域と、前記除振台により吸収される振動の周波数の帯域とが異なることを特徴とする除振装置を提供する。

本発明に係る除振装置によれば、第一金属板と第二金属板との間に設けられた弾性部材及び除振台の少なくとも一部の弾性変形により、設置面からの振動を吸収することができるので、アクティブ除振台と異なり電気的な調整が不要となり、メンテナンスの負担を軽減することができる。

また、本発明では、除振装置自体が積極的に振動することなく、設置面からの振動を吸収することができるので、高い分解能が要求される測定器を載置する場合において自らの振動により測定精度を低下させるという事態を回避することができる。

さらに、本発明では、第一及金属板、第二金属板及び弾性部材により吸収される振動の周波数帯域と、除振台により吸収される振動の周波数帯域とが異なるものにされているため、アクティブ除振台を使用しなくても、幅広い周波数帯域の振動を吸収することが可能となり、除振性能を向上することができる。

前記除振装置において、前記除振台は、前記第二金属板に取り付けられる本体部と、前記測定器の少なくとも一部が載置される載置部と、前記本体部と載置部との間に設けられた空気室とを備え、前記空気室の容積変化によって前記振動を吸収することが好ましい。

この構成によれば、空気室内の空気の圧縮弾性を利用した空気ばねによって、本体部と載置部との間で振動を吸収することができる。

前記除振装置において、前記第一金属板、第二金属板のうちの少なくとも第一金属板は、前記測定器よりも大きな重量を有することが好ましい。

この構成によれば、測定器よりも大きな重量を有する第一金属板を介して測定器を設置するため、測定器だけを設置する場合と比較して、設置面に与えられる重量が大きなものとなり、当該設置面に対して測定器が移動し難くなる。したがって、設置面からの振動が第一金属板を介して測定器に伝わるのをより有効に抑制することができる。

また、本発明は、前記除振装置と、前記除振装置の除振台上に少なくとも一部が載置される測定器とを備えていることを特徴とする測定装置を提供する。

本発明に係る測定装置によれば、上述のように調整やメンテナンスの負担が小さく、自ら振動を生じさせることなく設置面からの振動が測定器に伝達するのを抑制することができる。

前記測定装置において、前記測定器は、測定対象物に照射される断続光を生成するためのメカニカルチョッパと、前記断続光による測定対象物の変化を測定するための測定部とを備え、前記メカニカルチョッパ又は測定部の一方が前記除振台上に、他方が前記第二金属板上に分けて配置されていることが好ましい。

このようにすれば、測定対象物の変化を測定するための測定部と、振動源となるメカニカルチョッパとが、除振台と第二金属板とに分けて配置されているので、メカニカルチョッパにより振動が生じたとしても、この振動は、除振台に吸収されて測定部に伝わり難くなる。したがって、測定部の測定精度の低下を抑制することができる。

特に、前記メカニカルチョッパは、前記第二金属板上に載置され、前記測定部は、前記除振台上に載置されていることが好ましい。

このようにすれば、上述のようにメカニカルチョッパから測定部への振動の伝達を抑制しながら、高い分解能が要求される測定部については、各金属板、弾性部材及び除振台によって設置面からの振動を吸収することができるため、測定部による測定精度の低下をより有効に阻止することができる。

そして、前記測定部は、前記断続光が照射された前記測定対象物の照射部位に測定光を照射するとともに、前記照射部位を通過する前後における測定光の位相変化を測定するように構成することができる。

このようにすれば、測定対象物に含まれる所定の成分の定量分析を行うことができる。その原理は以下の通りである。

前記所定の成分を励起させるための波長を有する光を前記断続光として選択し、この断続光を測定対象成分の照射部位に照射することにより、測定対象成分内において光熱効果による屈折率変化が生じる。この屈折率変化の程度は、前記照射部位を通過する前後における測定光の位相変化に比例するため、前記位相変化を測定することにより、前記測定対象成分内における所定の成分の定量分析を行うことができる。

本発明によれば、調整やメンテナンスの負担が小さく、自ら振動を生じさせることなく外部からの振動が測定器に伝達するのを抑制することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る測定装置を示す概略正面図である。

図１を参照して、測定装置は、所定の設置面Ｔ上に設けられた除振装置１と、この除振装置１の上に載置された測定器６とを備えている。

除振装置１は、設置面Ｔ上に設置される第一金属板２と、この第一金属板２の上に設けられた第二金属板４と、第一金属板２と第二金属板４との間に挟持された複数の防振ゴム（弾性部材）３と、第二金属板４上に設けられた除振台５とを備えている。

各金属板２、４は、本実施形態では鉄板からなる。詳しくは後述するが、除振装置１の除振性能は、各金属板２、４の重量が大きい程向上するため、各金属板２、４としてはできるだけ比重の高い材料（例えば、金）を用いることが好ましい。具体的に、本実施形態において、各金属板２、４は、それぞれ測定器６よりも大きな重量とされている。

防振ゴム３は、前記第一金属板２からの振動を受けて弾性変形可能に構成されている。防振ゴム３の形状としては、ブロック状でも、シート状でもよい。

図２は、図１の除振台５の構成を示す正面断面図である。

図２を参照して、除振台５は、前記第二金属板４に取り付けられる本体部３０と、この本体部３０に設けられたダイヤフラム３１及び封止部材３２と、前記測定器６が載置される載置部３３とを備えている。

本体部３０は、上方に開口する有底容器状に形成され、上下方向の途中部に設けられた隔壁３５と、この隔壁３５の中央部から上方に突出する突出部３６と、この突出部３６及び隔壁３５を上下に貫通する貫通孔３７とを備えている。

ダイヤフラム３１は、前記貫通孔３７内に配置される筒状部分３８と、この筒状部分の縁部であって前記突出部３６の外側に折り返された折り返し部３９とを有し、弾性変形可能な材質からなる。

封止部材３２は、前記ダイヤフラム３１を挟んで突出部３６の外側に上から被せられる部材であり、前記筒状部材３８に対応する位置で上下に貫通する挿通孔４０を備えている。この封止部材３２の内側面と前記突出部３６の外側面との間でダイヤフラム３１（折り返し部３９）が挟持されることにより、前記本体部３０内部には、空気室Ｓ１が形成される。

載置部３３は、前記測定器５が載置される載置テーブル４１と、この載置テーブル４１から下に延びる支持棒３４とを備えている。支持棒３４は、前記挿通孔４０を通して配置され、その先端部がダイヤフラム３１の筒状部分３８に固定されている。

このように構成された除振台５は、本体部３０と載置部３１とが相対的に変位することによりダイヤフラム３１が弾性変形して空気室Ｓ１の容積が変動し、これに応じた空気室Ｓ１内の空気の圧縮弾性を利用して振動を吸収することができる。

図３は、図１の測定器６の全体構成を示す概略図である。

図３を参照して、測定器６は、試料１１内の分析対象成分を励起させるための励起光学系６ａと、前記分析対象成分の定量分析を行うための測定光学系６ｂと、この測定光学系６ｂにより検出された信号を処理する信号処理装置２７とを備えている。

励起光学系６ａは、励起光（波長５３３ｎｍ、出力１００ｍＷのレーザ（ＹＡＧ倍波）光）を出射する励起光源７と、励起光を断続光にするためのメカニカルチョッパ８と、メカニカルチョッパ８からの励起光を反射するダイクロイックミラー９とを備えている。

測定光学系６ｂは、測定光（例えば、出力１ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザ）を出射するレーザ光源１３と、測定光の偏波面を調整するための１／２波長板１４と、１／２波長板１４からの測定光を各偏波Ｐ１、Ｐ２に分光するための偏光ビームスプレッダ（以下、ＰＳＢと称す）１５と、各偏波Ｐ１、Ｐ２の光周波数を変換するための音響光学変調機（以下、ＡＯＭと称す）１６、１７と、各偏波Ｐ１、Ｐ２を反射するミラー１８、１９と、各偏波Ｐ１、Ｐ２を合成するためのＰＳＢ２０と、ＰＳＢ２０からの偏波Ｐ２を通過させるとともに偏波Ｐ１を反射するＰＳＢ２１と、ＰＳＢ２１を通過した偏波Ｐ２の偏波面を調整する１／４波長板２２と、偏波Ｐ２を反射するミラー２４と、前記ＰＳＢ２１により反射された偏波Ｐ１の偏波面を調整する１／４波長板２３と、偏波Ｐ１及び前記励起光を集光するためのレンズ１０と、試料１１を通過した偏波Ｐ１を反射するミラー１２と、ＰＢＳ２１からの各偏波Ｐ１、Ｐ２を検出するための光検出器２６と、ＰＢＳ２１と光検出器２６との間に設けられた偏光板２５とを備えている。

以下、測定器６の動作について説明する。

励起光源７から出射された励起光は、メカニカルチョッパ８により所定周期の断続光に変換され、ダイクロイックミラー９で反射するとともに、レンズ１０により集光されて試料１１に照射される。これにより、試料１１が励起光を吸収して発熱し（光熱効果）、その温度上昇によって試料１１の屈折率が変化する。

一方、レーザ光源１３から出射する測定光は、１／２波長板１４により偏波面が調整され、ＰＢＳ１５によって互いに直交する２偏波Ｐ１、Ｐ２に分光される。

各偏波Ｐ１、Ｐ２は、ＡＯＭ１６、１７によって光周波数がシフトされるとともに、ミラー１８、１９で反射し、ＰＳＢ２０によって合成される。なお、２偏波Ｐ１、Ｐ２の周波数差は、例えば、３０ＭＨｚである。

合成された各偏波のうち偏波Ｐ２は、ＰＢＳ２１を通過するとともにミラー２４で反射して、ＰＢＳ２１に戻る。この際、偏波Ｐ２は、１／４偏光板２２を２度通過することにより、その偏波面が９０°回転することになるため、ミラー２４から戻る偏波Ｐ２は、ＰＢＳ２１で反射して光検出器２６に導かれる。

一方、合成された各偏波のうち偏波Ｐ１は、ＰＢＳ２１で反射するとともに、１／４波長板２３、ダイクロイックミラー９及びレンズ１０を通過して、試料１１に入射する。前記励起光は、偏波Ｐ１（測定光）の入射部に照射されるように構成されている。

試料１１を透過した偏波Ｐ１は、ミラー１２で反射し、再び試料１１を透過する。試料１１からの偏波Ｐ１は、レンズ１０、ダイクロイックミラー９、１／４波長板２３を通過してＰＢＳ２１に戻る。ここで、偏波Ｐ１は、１／４波長板２３を２度通過することにより、その偏波面が９０°回転しているため、試料１１からの偏波Ｐ１は、ＰＢＳ２１を通過して前記偏波Ｐ２と合流し、光検出器２６へ導かれる。

ここで、ＰＢＳ２１と光検出器２６との間に設けられた偏光板２５において、互いに光周波数の異なる偏波Ｐ１と偏波Ｐ２とがそれぞれ観測光と参照光として干渉し、その干渉光の光強度が光検出器２６によって電気信号（以下、干渉光強度と称す）に変換される。

信号処理装置２７は、前記光検出器２６からの干渉光強度に基づいて、試料１１内の分析対象成分の量（濃度）を分析するようになっている。以下、その原理について説明する。

前記干渉光強度は、次式（１）のようにＳ２で表される。

Ｓ２＝Ｃ１＋Ｃ２×ｃｏｓ（２π×ｆ_ｂ×ｔ＋φ）・・・（１）
ここで、Ｃ１、Ｃ２は、ＰＢＳ等の光学系や試料１１の透過率により定まる定数であり、φは、偏波Ｐ１、Ｐ２の光路長差による位相差、ｆ_ｂは、偏波Ｐ１、Ｐ２の周波数差である。この（１）式によれば、干渉光強度Ｓ２の変化に基づいて、位相差φの変化を求めることができる。

次に位相差φと試料１１中における分析対象成分の濃度との関係について説明する。前記励起光を照射したときの試料１１の発熱量（吸熱量）は、試料１１中に含まれる分析対象成分の濃度と比例して高くなり、当該発熱量に応じて偏波Ｐ１に対する試料１１の屈折率が変化し、この屈折率に応じて前記位相差φ（試料１１中の偏波Ｐ１の光路長）が変化する。すなわち、試料１１中に含まれる分析対象成分の濃度が高いほど、励起光による前記位相差φの変化が大きくなるため、位相差φを特定することにより試料１１に含まれる分析対象成分の濃度を求めることができる。

具体的には、分析対象成分の濃度が既知である複数種類の試料１１のサンプルを予め準備しておき、各サンプルについて前記測定器６を用いて位相差φを測定し、その位相差φと分析対象成分の濃度との関係を信号処理装置２７の記憶部（図示せず）にデータテーブルとして記憶しておく。そして、分析対象となる試料１１についての位相差φが測定されたときに、その測定結果と前記データテーブルとに基づいて補間処理等を行うことにより、分析対象成分の濃度を特定することが可能となる。

そして、前記実施形態では、測定器６が各金属板２、４、防振ゴム３及び除振台５の上に設けられているため、設置面Ｔからの振動が測定器６に伝わるのを効果的に抑制することが可能となる。その理由は以下の通りである。

本実施形態では、各金属板２、４がそれぞれ測定器６よりも重いものであるため、設置面Ｔに直接測定器６を設置する場合よりも、設置面Ｔに与えられる重量が大きなものとなり、測定装置全体が設置面Ｔに対して移動し難くなる。したがって、設置面からの振動が各金属板２、４を介して測定器６に伝わるのを抑制することができる。さらに、これらの金属板２、４の間には、防振ゴム３が設けられているため、第一金属板２からの振動は、防振ゴム３の弾性変形によって吸収され、測定器６に伝わり難くなる。そして、これら各金属板２、４及び防振ゴム３によって吸収される振動は、比較的高い周波数のものである。

また、本実施形態では、前記第二金属板４上に除振台５（図２参照）が設けられているため、この除振台５の空気室Ｓ１内の空気の圧縮弾性を利用した空気ばねにより、第二金属板４から伝わる比較的低い周波数の振動を吸収することができる。つまり、本実施形態に係る除振装置１においては、各金属板２、４及び防振ゴム３により吸収される振動の周波数帯域と、除振台５により吸収される振動の周波数帯域とが異なるものに設定されているため、設置面Ｔからの振動が測定器６に伝わるのを有効に抑制することができる。

前記のように空気ばねを利用した除振台５は、一般的な除振理論に基き、空気ばねの共振ピークを頂点に、高周波側で高い除振効果を奏する。その一方、前記金属板２，４および前記防振ゴム３は、特にその金属板２，４の重量を利用することにより、前記除振台５では実現することの難しい超低周波域での除振効果を実現する。従って、前記除振台５と、前記金属板２，４および防振ゴム３との組合せが、低周波から高周波に至るまでの広い周波数領域にわたって高い除振効果を得ることを実現する。

以上説明したように、前記実施形態によれば、第一金属板２と第二金属板４との間に設けられた防振ゴム３及び除振台５により、電気的な調整を行うことなく設置面Ｔからの振動を吸収することができるので、メンテナンスの負担を軽減することができる。

また、前記実施形態では、除振装置１自体が積極的に振動することなく、設置面Ｔからの振動を吸収することができるので、高い分解能が要求される測定器６を載置する場合においても自らの振動により測定精度を低下させるという事態を回避することができる。

さらに、前記実施形態では、各金属板２、４及び防振ゴム３により吸収される振動の周波数帯域と、除振台５により吸収される振動の周波数帯域とが異なるものにされているため、幅広い周波数帯域の振動を吸収することが可能となり、除振性能を向上することができる。

前記実施形態のように、各金属板２、４が測定器６よりも大きな重量を有している構成とすれば、測定器６よりも大きな重量を有する各金属板２、４を介して測定器６を設置するため、測定器６だけを設置する場合と比較して、設置面Ｔに与えられる重量が大きなものとなり、当該設置面Ｔに対して測定器６が移動し難くなる。したがって、設置面Ｔからの振動が金属板２、４を介して測定器６に伝わるのをより有効に抑制することができる。

なお、前記実施形態では、各金属板２、４の双方を測定器６よりも大きな重量としているが、各金属板２、４のうちの少なくとも第一金属板２が測定器６よりも大きな重量を有していれば、上述の効果を奏することができる。

また、前記実施形態では、図１に示すように、励起光学系６ａ及び測定光学系６ｂの双方を含む測定器６の全体を除振台５の上に設けることとしているが、図４に示すように、励起光学系６ａを第二金属板４上に、測定光学系６ｂを除振台５上に設けることが好ましい。

このようにすれば、励起光学系６ａのメカニカルチョッパ８から生じる振動が測定光学系６ｂに伝わるのを抑制することができる。つまり、図４に示す実施形態では、メカニカルチョッパ８を有する励起光学系６ａと、高い分解能が要求される測定光学系６ｂとが別々の部材の上に設けられているため、メカニカルチョッパ８により振動が生じたとしても、この振動は除振台５によって吸収されて測定光学系６ｂに伝わり難くなる。

特に、図示するように、励起光学系６ａを第二金属板４上に、測定光学系６ｂを除振台５上に設けることとすれば、上述のようにメカニカルチョッパ８から測定光学系６ｂへの振動の伝達を抑制しながら、高い分解能が要求される測定光学系については、各金属板２、４、防振ゴム３及び除振台５によって設置面からの振動を吸収することができるため、測定光学系６ｂによる測定精度の低下をより有効に阻止することができる。

以下、設置面Ｔからの振動が測定器６に伝わるのを抑制することができる他の形態について、図５〜図７を参照して説明する。

まず、図５に示す形態では、図１に示した形態から前記除振台５を省略している。この形態においては、比較的高い周波数帯域の振動を吸収する機能が低下するものの、各金属板２、４及び防振ゴム３によって比較的低い周波数帯域の振動を有効に吸収することができる。

図６に示す形態では、図１に示した形態から防振ゴム３を省略している。この形態においては、防振ゴム３により吸収されていた振動が除振台５に伝わることになるが、この振動のうち比較的低い周波数帯域を除振台５によって吸収することができる。

図７に示す形態では、図５に示した形態から防振ゴム３を省略している。この形態においては、設置面Ｔからの振動が各金属板２、４同士の重なる境界面において伝わり難くなるため、設置面Ｔから測定器６へ振動が伝わるのを抑制することができる。

本発明の実施形態に係る測定装置を示す概略正面図である。 図１の除振台の構成を示す正面断面図である。 図１の測定器の全体構成を示す概略図である。 本発明の別の実施形態に係る測定装置を示す概略正面図である。 設置面からの振動が測定器に伝わるのを抑制することができる他の形態を示す概略正面図である。 設置面からの振動が測定器に伝わるのを抑制することができる他の形態を示す概略正面図である。 設置面からの振動が測定器に伝わるのを抑制することができる他の形態を示す概略正面図である。

符号の説明

Ｓ１ 空気室
Ｔ 設置面
１ 除振装置
２ 第一金属板
３ 防振ゴム
４ 第二金属板
５ 除振台
６ 測定器
６ａ 励起光学系
６ｂ 測定光学系
８ メカニカルチョッパ

Claims (7)

1. 設置面と測定器との間に設けられ、前記設置面からの振動が前記測定器に伝達するのを抑制するための除振装置であって、
   前記設置面上に設置される第一金属板と、
   前記第一金属板の上に設けられた第二金属板と、
   前記第一金属板と第二金属板との間に挟持され、前記第一金属板からの振動を受けて弾性変形可能な弾性部材と、
   前記第二金属板上に設けられ、その上面に前記測定器の少なくとも一部が載置されるとともに、前記第二金属板からの振動に応じて少なくとも一部が弾性変形することにより、前記振動を吸収することが可能な除振台とを備え、
   前記第一金属板、弾性部材及び第二金属板により吸収される振動の周波数の帯域と、前記除振台により吸収される振動の周波数の帯域とが異なることを特徴とする除振装置。
2. 前記除振台は、前記第二金属板に取り付けられる本体部と、前記測定器の少なくとも一部が載置される載置部と、前記本体部と載置部との間に設けられた空気室とを備え、前記空気室の容積変化によって前記振動を吸収することを特徴とする請求項１に記載の除振装置。
3. 前記第一金属板、第二金属板のうちの少なくとも第一金属板は、前記測定器よりも大きな重量を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の除振装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の除振装置と、前記除振装置の除振台上に少なくとも一部が載置される測定器とを備えていることを特徴とする測定装置。
5. 前記測定器は、測定対象物に照射される断続光を生成するためのメカニカルチョッパと、前記断続光による測定対象物の変化を測定するための測定部とを備え、前記メカニカルチョッパ又は測定部の一方が前記除振台上に、他方が前記第二金属板上に分けて配置されていることを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
6. 前記メカニカルチョッパは、前記第二金属板上に載置され、前記測定部は、前記除振台上に載置されていることを特徴とする請求項５に記載の測定装置。
7. 前記測定部は、前記断続光が照射された前記測定対象物の照射部位に測定光を照射するとともに、前記照射部位を通過する前後における測定光の位相変化を測定するように構成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の測定装置。

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