CN103180699B - 分光器中的倾斜修正方法 - Google Patents

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Abstract

在分光测定前的粗调工序中,使移动镜移动(#11),将由4分割传感器接收到移动镜的反射光与固定镜的反射光的干涉光时的各分割元件的输出相加,来检测干涉光的对比度的变化(#12),并且基于该对比度的变化,检测两反射光的相对倾斜量(#13),对初始倾斜误差进行修正(#14)。另一方面,在分光测定前的微调工序中,基于由4分割传感器接收到两反射光的干涉光时的各分割元件的输出的相位差,检测两反射光的相对倾斜量以及倾斜方向,对初始倾斜误差进行修正。

Description

分光器中的倾斜修正方法
技术领域
本发明涉及对分光器中的移动镜的反射光与固定镜的反射光的倾斜误差进行修正的倾斜修正方法。
背景技术
在FTIR(FourierTransformInfraredSpectroscopy:傅氏转换红外线光谱分析仪)所利用的迈克耳孙双光束干涉仪中,采用了利用光束分光器(beamsplitter)将从光源发出的红外光向固定镜以及移动镜的2个方向分割,并将由该固定镜以及移动镜分别反射回来的光通过上述光束分光器合成为一个光路这一构成。若使移动镜前后(沿入射光的光轴向)移动,则由于分割后的双光束的光路差发生变化,所以合成得到的光成为光的强度根据该移动镜的移动量发生变化的干涉光(干涉图)。通过对该干涉图进行采样,并进行AD变换以及傅立叶变换,能够求出入射光的光谱分布,根据该光谱分布能够求出每一个波数(1/波长)的干涉光的强度。
为了在这样的FTIR中发挥高的性能,希望将干涉仪中的干涉效率保持为最佳。因此,需要将固定镜以及移动镜与光束分光器的角度关系分别保持恒定。即,当移动镜的反射光与固定镜的反射光从最佳干涉的角度偏离而发生干涉时,干涉光的对比度降低,无法进行高精度的分光分析。因此,需要对两个反射光的上述的角度偏移进行修正。其中,为了便于说明,将上述的角度偏移也称为倾斜误差(倾斜错误),将对上述的角度偏移进行的修正还称为倾斜修正。
关于该点,例如在专利文献1的装置中,即使在因传输中的冲击、振动而导致干涉状态变差的情况下,通过在分光测定前对固定镜的角度进行调整来进行倾斜修正,能够使干涉状态恢复。
专利文献1:日本特开2004-28609号公报(权利要求1,参照段落〔0016〕~〔0020〕等)
作为倾斜误差的种类,存在两种。一种是分光测定前的初始倾斜误差,这包括因时间变化、冲击、振动而引起的倾斜误差、因温度变化时部件的伸缩而引起的倾斜误差。另一种是在分光测定过程中对移动镜并进驱动时产生的倾斜误差。
在专利文献1中,如上述所述,对分光测定前的初始倾斜误差进行了修正,但将该初始倾斜误差的修正进一步分为两个阶段进行(参照段落〔0016〕,〔0017〕)。更详细而言,作为第1阶段,一边检测利用光检测器(4分割传感器)检测出激光干涉光(激光干涉带)时的来自各分割元件的输出的振幅,一边按规定的顺序使固定镜倾斜,以使该振幅成为最大。然后,当发现振幅最大的固定镜的位置时,作为第2阶段,以该位置为中心,基于来自各分割元件的输出的相位差来再次调整固定镜的位置。
可认为在第1阶段中,一边检测4个分割元件各自的输出的振幅或者一个输出的振幅,一边将固定镜倾斜。该情况下,由于各个分割元件的各受光面积必然比4分割传感器整体的受光面积小,所以在各个分割元件的输出中,振幅(对比度)相对于固定镜的倾斜(倾斜量)的变化的变化量比将4分割传感器整体视为一个传感器时所得到的输出(4个分割元件的输出的总和)中的振幅的变化量大。因此,若过度倾斜固定镜,则存在无法检测出振幅的情况,倾斜固定镜的范围受到限制。从而,在专利文献1的构成中,会产生在初始倾斜误差大的情况下,无法修正该大的初始倾斜误差这一问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题点而提出的,其目的在于,提供一种即使在分光测定前的初始倾斜误差大的情况下,也能够可靠地修正该大的初始倾斜误差的倾斜修正方法。
本发明的倾斜修正方法是对分光器中的移动镜的反射光与固定镜的反射光的倾斜误差进行修正的倾斜修正方法,其特征在于,具有:初始调整工序,该初始调整工序包括:在分光测定前对上述两反射光的初始倾斜误差进行检测并修正的粗调工序、和与上述粗调工序相比更细致地对上述初始倾斜误差进行检测并修正的微调工序;以及动态校准(dynamicalignment)工序,在分光测定中,对因上述移动镜的移动而产生的上述两反射光的倾斜误差进行检测并修正;在上述粗调工序中,将激光分离成2份光并导向上述移动镜以及上述固定镜,将一边使上述移动镜移动一边用4分割传感器接收到上述移动镜的反射光与上述固定镜的反射光的干涉光时的各分割元件的输出相加来检测上述干涉光的对比度的变化,并且基于上述对比度的变化来检测上述两反射光的相对倾斜量,并对上述初始倾斜误差进行修正,在上述微调工序中,基于由上述4分割传感器接收到上述两反射光的干涉光时的各分割元件的输出的相位差,来检测上述两反射光的相对倾斜量以及倾斜方向,并对上述初始倾斜误差进行修正。
根据本发明,由于在粗调工序中,将各分割元件的输出相加来检测干涉光的对比度的变化,所以能够扩大基于干涉光的对比度变化的两反射光的倾斜量变化的检测范围。由此,即使在因随着时间变化等而导致初始倾斜误差大的情况下,也能够通过粗调工序可靠地检测并修正该大的初始倾斜误差。
附图说明
图1是示意性表示本发明的一个实施方式的傅立叶变换分光分析装置的概略构成的说明图。
图2是表示在上述傅立叶变换分光分析装置中应用的干涉仪的第2光检测器的概略构成的俯视图。
图3是表示基于上述第2光检测器的检测结果而输出的相位信号的说明图。
图4是表示上述傅立叶变换分光分析装置的干涉仪所具有的移动镜驱动机构的概略构成的立体图。
图5是上述移动镜驱动机构的剖视图。
图6是表示上述移动镜驱动机构的驱动部的概略构成、和刚体以及移动镜的位移方式的说明图。
图7是表示上述移动镜驱动机构的板簧部的平板部的长度与压电元件的长度之比、和向上述驱动部施加的施加电压的关系的图。
图8是表示上述移动镜驱动机构的另一构成的立体图。
图9是图8的移动镜驱动机构的剖视图。
图10是表示上述移动镜驱动机构的另一构成的剖视图。
图11是表示上述移动镜驱动机构的又一构成的剖视图。
图12是表示图11的移动镜驱动机构中的、初始动作下的基于电压控制的动作流程的流程图。
图13是表示图11的移动镜驱动机构中的、稳定动作下的基于电压控制的动作的流程的流程图。
图14是表示上述移动镜驱动机构的另一构成的剖视图。
图15是表示上述移动镜驱动机构的又一构成的剖视图。
图16是表示上述移动镜驱动机构的另一构成的剖视图。
图17是表示上述移动镜驱动机构的又一构成的剖视图。
图18是表示在图4的移动镜驱动机构中,移动镜的位移与倾斜(Pitch)方向的倾斜错误量(倾斜角)的关系的说明图。
图19是表示图4的移动镜驱动机构中,移动镜的位移与转动(Roll)方向的倾斜错误量(倾斜角)的关系的说明图。
图20(a)是表示倾斜方向的说明图,图20(b)是表示转动方向的说明图。
图21(a)是表示上述干涉仪的光路修正装置的概略构成的侧视图,图20(b)表示由上述光路修正装置支承的固定镜的俯视图。
图22是表示对上述固定镜进行非共振驱动时进行的反馈控制的框图。
图23(a)是表示上述光路修正装置的其他构成的俯视图,图23(b)是上述光路修正装置的侧视图。
图24是表示上述光路修正装置的转动部件的从压电元件侧观察的仰视图。
图25是上述转动部件转动前后的上述光路修正装置的侧视图。
图26是表示本实施方式的倾斜修正方法的大致流程的流程图。
图27是表示上述倾斜修正方法中的初始调整工序的粗调工序的详细流程的流程图。
图28是表示移动镜的反射光与固定镜的反射光的相对倾斜和此时的对比度之间的关系的说明图。
图29是将两反射光的相对倾斜与将4分割传感器的各分割元件的输出合计而检测出的干涉光的对比度之间的关系、以及两反射光的相对倾斜与仅从一个分割元件的输出检测出的干涉光的对比度之间的关系一并表示的说明图。
图30是表示上述初始调整工序的微调工序的详细流程的流程图。
图31是表示倾斜(pitch)方向的两反射光的相对倾斜与在和倾斜方向对应的方向上相邻的2个分割元件的输出的相位差之间的关系的说明图。
图32是表示上述倾斜修正方法中的动态校准工序的详细流程的流程图。
具体实施方式
关于本发明的一个实施方式,基于附图进行如下说明。
〔1.傅立叶变换分光分析装置的构成〕
图1是示意性表示本实施方式的作为分光器的傅立叶变换分光分析装置的概略构成的说明图。该装置是利用迈克耳孙干涉仪的原理对测定光进行分光的装置,其构成为具有干涉仪1、运算部2以及输出部3。干涉仪1由双光路分支型的迈克耳孙干涉仪构成,其详细说明将后述。运算部2对从干涉仪1输出的信号进行采样、A/D变换以及傅立叶变换,生成测定光所包含的波长的光谱、即表示每个波数(1/波长)的光的强度的光谱。输出部3输出(例如显示)由运算部2生成的光谱。以下,对干涉仪1的详细情况进行说明。
干涉仪1具有第1光学系统10、第2光学系统20以及倾斜修正部100。以下,按顺序进行说明。
第1光学系统10具备测定光输入部11、反射准直仪12、BS(光束分光器)13、固定镜14、移动镜15、反射准直仪16、第1光检测器17、以及驱动机构18。其中,固定镜14和移动镜15相对BS13的位置关系可以相反。另外,也可以在光路中设置用于修正与BS13的厚度相当的光路长的修正板。
测定光输入部11是从未图示的光源射出并透过试样或者由试样反射的光(测定光、近红外光)所入射的部分。反射准直仪12由使来自测定光输入部11的光反射,并且转换成平行光而导向BS13的反射面(准直光学系统)构成。BS13将入射光、即从测定光输入部11射出的光分离成2份光,分别导向固定镜14以及移动镜15,并且,将被固定镜14以及移动镜15反射后的各光合成,作为第1干涉光射出,BS13例如由半透半反镜构成。
反射准直仪16由使被BS13合成并射出的光反射且聚光而导向第1光检测器17的反射面(聚光光学系统)构成。第1光检测器17接收从BS13经由反射准直仪16入射的第1干涉光来检测干涉图(干涉图案)。此外,上述反射准直仪12、16也可以是准直仪透镜。
驱动机构18是按使由固定镜14反射的光的光路与由移动镜15反射的光的光路之差(光路长之差)发生变化的方式,使移动镜15沿入射光的光轴向平行移动(并进)的移动镜驱动机构,在本实施方式中,由平行板簧式的驱动机构构成,其详细情况将后述。
在上述的构成中,从测定光输入部11射出的光(测定光)在被反射准直仪12转换成平行光后,通过借助BS13的透过以及反射而被分离成2个光束。分离后的一方的光束被移动镜15反射,另一方的光束被固定镜14反射,分别顺原光路返回并在BS13被重叠,成为第1干涉光。此时,通过驱动机构18使移动镜15连续移动,当从BS13到各镜(移动镜15、固定镜14)的光路长之差为波长的整数倍时,重叠的光的强度最大。另一方面,在因移动镜15的移动而使得2个光路长产生差时,重叠的光的强度发生变化。第1干涉光被反射准直仪16聚光而入射到第1光检测器17,在此作为干涉图被检测。
在运算部2中,通过对来自第1光检测器17的检测信号(干涉图)采样,并进行A/D变换以及傅立叶变换,来生成表示每个波数的光的强度的光谱。上述的光谱由输出部3输出(例如显示),基于该光谱,能够分析试样的特性(材料、构造、成分量等)。
接下来,对第2光学系统20以及倾斜修正部100进行说明。第2光学系统20与上述的第1光学系统10共享一部分构成,除了上述的反射准直仪12、BS13、固定镜14、移动镜15、反射准直仪16以外,还具有参照光源21、光路合成镜22、光路分离镜23以及第2光检测器24。
参照光源21是用于检测移动镜15的位置、或用于生成运算部2执行的采样的定时信号的光源,例如由发出波长660nm附近的红色光作为参照光的半导体激光器构成。即,构成参照光源21的半导体激光器输出比从测定光输入部11射出的光(近红外光)的最短波长短的波长的激光。通过使用半导体激光器作为参照光源21,与使用大型的He-Ne激光器的构成相比,能够使干涉仪1小型化。
光路合成镜22是通过使来自测定光输入部11的光透过,并反射来自参照光源21的光,来将这些光的光路合成为同一光路的光轴合成光束组合器。光路分离镜23是通过使从测定光输入部11射出并经由BS13以及固定镜14(或者BS13以及移动镜15)入射的光透过,使从参照光源21射出并经由BS13以及固定镜14(或者BS13以及移动镜15)入射的光反射,来将这些光的光路分离的光束分光器。
第2光检测器24检测从参照光源21射出并经由BS13以及固定镜14(或者BS13以及移动镜15)输入到光路分离镜23而在那里被反射的光(第2干涉光、参照干涉光),例如由4分割传感器(SPD:SiliconPhotoDiode)构成。
倾斜修正部100针对固定镜14进行用于对因驱动机构18进行驱动时移动镜15的倾斜而产生的、由移动镜15反射的反射光与由固定镜14反射的反射光的相对倾斜(从干涉状态为最佳状态起的角度偏移)加以修正的驱动。以下,将因移动镜15移动时的倾斜而产生的、移动镜15的反射光与固定镜14的反射光的相对倾斜还称为2个光路间的光的倾斜(倾斜误差、倾斜错误)。
另外,在本实施方式中,2个光路、即由BS13分离的一方的光被移动镜15反射并再次入射到BS13时的光路、和由BS13分离的另一方的光被固定镜14反射并再次入射到BS13时的光路通过第1光学系统10和第2光学系统20成为共用光路(同轴)。在该构成中,(1)按测定光输入部11、BS13、移动镜15、BS13、第1光检测器17的顺序行进的光与按测定光输入部11、BS13、固定镜14、BS13、第1光检测器17的顺序进行的光之间的相对倾斜(以下也称为第1倾斜)、和(2)按参照光源21、BS13、移动镜15、BS13、第2光检测器24的顺序行进的光与按参照光源21、BS13、固定镜14、BS13、第2光检测器24的顺序行进的光之间的相对倾斜(以下也称为第2倾斜)相同。因此,倾斜修正部100通过基于来自第2光检测器24的第2干涉光的受光信号来检测第2倾斜,能够与检测第1倾斜等效地基于该检测结果对第1倾斜进行修正。
这样的倾斜修正部100具体由信号处理部101、光路修正装置102构成。信号处理部101基于由第2光检测器24检测出的第2干涉光的强度,来检测2个光路间的光的倾斜。例如,如图2所示,将第2光检测器24的4个受光区域按逆时针的顺序设为E1~E4,第2干涉光的光点(spot)D位于整个受光区域的中心。当将在受光区域E1、E2检测出的光的强度之和设为A1,将在受光区域E3、E4检测出的光的强度之和设为A2时,若得到图3所示的信号作为表示强度A1、A2相对时间经过的变化的相位信号,则能够基于这些信号来检测2个光路间的光的倾斜(相对的倾斜方向以及倾斜量)。该例中,在受光区域E1、E2与受光区域E3、E4排列的方向(图2中为上下方向)上2个光路间产生了与相位差Δ对应的角度的光的倾斜。其中,图3的纵轴的强度用相对值表示。此外,在相位信号的频率慢(低)的情况下,也能够不根据相位比较而根据强度比来检测2个光路间的光的倾斜。
另外,由于即使第2干涉光的光点D不位于整个受光区域的中心(即使光点D从受光面的中心偏离),也会由于受光面的位置的不同而导致所受光的强度不同,所以能够根据各受光区域的强度比检测出2个光路间的光的倾斜。例如,求出在受光区域E1、E2检测出的光的强度之和与在受光区域E3、E4检测出的光的强度之和的比(第1比)、以及在受光区域E1、E4检测出的光的强度之和与在受光区域E2、E3检测出的光的强度之和的比(第2比),通过对第1比与第2比进行比较,能够检测2个光路间的光的倾斜。
这样,通过第2光检测器24由4分割传感器构成,倾斜修正部100(信号处理部101)能够基于来自4分割传感器的各区域(各分割元件)的信号来可靠地检测2个光路间的光的倾斜。
此外,倾斜修正部100(信号处理部101)也可以基于来自4分割传感器的一个区域的输出与来自其他区域的输出的相位差,检测2个光路间的光的倾斜(倾斜角、倾斜方向)。该情况下,由于也从各区域输出与图3相同的信号,所以能够利用上述的方法来检测2个光路间的光的倾斜。
另外,信号处理部101基于由第2光检测器24检测出的第2干涉光的强度,来检测移动镜15的位置,并且生成表示采样的定时的脉冲信号。上述的运算部2与该脉冲信号的产生定时同步地对来自第1光检测器17的检测信号(干涉图)进行采样,转换成数字数据。在第2光检测器24中,由于根据移动镜的位置(光路差),第2干涉光的强度整体上在明与暗之间变化,所以通过检测该强度,能够检测移动镜15的位置。
光路修正装置102基于由信号处理部101检测出的2个光路间的光的倾斜,对由固定镜14反射的光的光路进行修正,来修正2个光路间的光的倾斜,其详细情况将后述。
在上述的构成中,从参照光源21射出的光(参照光)被光路合成镜22反射,在被反射准直仪12转换成平行光后入射到BS13,在此被分离成2个光束。由BS13分离后的一方的光束被移动镜15反射,另一方的光束被固定镜14反射,分别按原光路返回并在BS13重叠而成为第2干涉光。然后,第2干涉光被反射准直仪16反射并聚光,进而被光路分离镜23反射而入射到第2光检测器24。
倾斜修正部100的信号处理部101如上述那样,基于由第2光检测器24检测出的第2干涉光的强度,检测2个光路间的光的倾斜,光路修正装置102基于信号处理部101的检测结果来调整固定镜14的姿势(相对BS13的角度),对固定镜14的反射光的光路进行修正。通过进行反复修正反射光的光路、检测2个光路间的光的倾斜的反馈控制(参照图22),最终能够使2个光路间的光的倾斜无限接近零。由此,能够避免由第1光检测器17检测的第1干涉光的对比度降低。
〔2.移动镜的驱动机构〕
(2-1.整体构成)
接下来,对上述驱动机构18的详细情况进行说明。图4是表示驱动机构18的概略构成的立体图,图5是驱动机构18的剖视图。该驱动机构18除了上述的移动镜15以外,还由具有2个板簧部31、32、2个刚体33、34、驱动部35、电压施加部36以及保持部37的平行板簧构成。其中,在图5以及其后的剖视图中,为了方便起见,省略了后述的引出电极53以及固定电极54的图示。
此外,如图4所示,驱动机构18在刚体33侧与刚体34侧X方向的宽度不同,这是为了确保引出电极53与固定电极54的形成区域、以及保持部37的形成区域,不会给移动镜15的平行移动造成任何影响。
板簧部31、32是隔着刚体33、34相互对置(平行)配置的板簧。这些板簧部31、32例如使用SOI(SilicononInsulator)基板而形成。用于形成板簧部31的SOI基板通过层叠由硅构成的支承层31a、由氧化硅构成的绝缘氧化膜层(BOX层)31b、由硅构成的活性层31c而构成。同样,用于形成板簧部32的SOI基板也通过层叠由硅构成的支承层32a、绝缘氧化膜层(BOX层)32b、由硅构成的活性层32c而构成。然后,按照支承层31a、32a为内侧,活性层31c、32c为外侧的方式,即按照支承层31a、32a位于比活性层31c、32c靠近刚体33、34的位置的方式,对置配置板簧部31、32。其中,以下将板簧部31、32对置的方向也称为Z方向。该Z方向与移动镜15的移动方向相同。
支承层31a以及绝缘氧化膜层31b、支承层32a以及绝缘氧化膜层32b分别被部分除去。更详细而言,支承层31a以及绝缘氧化膜层31b与刚体33的对置区域以及与刚体34的对置区域残留,这些以外的部分被除去。其中,支承层31a中的与刚体33的对置区域以及与刚体34的对置区域分别是指在支承层31a中与刚体33直接对置的支承层31a1、以及与刚体34直接对置的支承层31a2。另外,绝缘氧化膜层31b中的与刚体33的对置区域以及与刚体34的对置区域分别是指在绝缘氧化膜层31b中隔着支承层31a1与刚体33对置的绝缘氧化膜层31b1、以及隔着支承层31a2与刚体34对置的绝缘氧化膜层31b2
同样,支承层32a以及绝缘氧化膜层32b与刚体33的对置区域以及与刚体34的对置区域残留,这些以外的部分被除去。其中,支承层32a中的与刚体33的对置区域以及与刚体34的对置区域分别是指在支承层32a中与刚体33直接对置的支承层32a1、以及与刚体34直接对置的支承层32a2。另外,绝缘氧化膜层32b中的与刚体33的对置区域以及与刚体34的对置区域分别是指在绝缘氧化膜层32b中隔着支承层32a1与刚体33对置的绝缘氧化膜层32b1、以及经由支承层32a2与刚体34对置的绝缘氧化膜层32b2
这样,支承层31a、32a以及绝缘氧化膜层31b、32b被部分除去,结果,活性层31c中的除了与刚体33的对置区域以及与刚体34的对置区域之外的部位与活性层32c中的除了与刚体33的对置区域以及与刚体34的对置区域之外的部位隔着刚体33与刚体34之间的空间直接对置。其中,活性层31c中的与刚体33的对置区域以及与刚体34的对置区域分别是指在活性层31c中隔着支承层31a1以及绝缘氧化膜层31b1与刚体33对置的活性层31c1、和隔着支承层31a2以及绝缘氧化膜层31b2与刚体34对置的活性层31c2。另外,活性层32c中的与刚体33的对置区域以及与刚体34的对置区域分别是指在活性层32c中隔着支承层32a1以及绝缘氧化膜层32b1与刚体33对置的活性层32c1、隔着支承层32a2以及绝缘氧化膜层32b2与刚体34对置的活性层32c2
另外,板簧部31、32分别具有平板部31p、32p。平板部31p、32p是板簧部31、32中的隔着刚体33与刚体34之间的空气层对置的平板部分。在此,各平板部31p、32p分别由在除了与刚体33的对置区域(支承层31a1、32a1、绝缘氧化膜层31b1、32b1)以及与刚体34的对置区域(支承层31a2、32a2、绝缘氧化膜层31b2、32b2)之外而从各SOI基板除去了支承层31a、32a以及绝缘氧化膜层31b、32b时,隔着刚体33与刚体34之间的空间而对置的活性层31c、32c构成。
板簧部31的支承层31a中的与刚体33、34的对置区域(支承层31a1、31a2)和刚体33、34分别连结。同样,板簧部32的支承层32a中的与刚体33、34的对置区域(支承层32a1、32a2)和刚体33、34分别连结。
刚体33、34在板簧部31、32间被配置成在与它们对置的方向(Z方向)垂直的方向上分离。其中,以下将刚体33、34分离配置的方向、即刚体33、34隔着空气层并列配置的方向也称为Y方向。在此,上述的XYZ各方向相互正交。
刚体33与板簧部31(特别是支承层31a1)连结,并且与板簧部32(特别是支承层32a1)连结。同样,刚体34与板簧部31(特别是支承层31a2)连结,并且与板簧部32(特别是支承层32a2)连结。
另外,刚体33、34两方均由比板簧部31、32的各平板部31p、32p厚的玻璃构成。在本实施方式中,作为上述的玻璃,例如使用了含有氧化钠(Na2O)、氧化钾(K2O)的碱性玻璃。
在本实施方式中,由于刚体33、34由玻璃构成,板簧部31的支承层31a1、31a2以及板簧部32的支承层32a1、32a2均由硅构成,所以刚体33、34与板簧部31、32例如通过阳极接合而连结。其中,阳极接合是指通过在数百℃的温度下对硅以及玻璃施加数百V的直流电压而产生Si-O的共价键,来使两者直接接合的方法。
保持部37是在将驱动机构18固定于干涉仪1时利用固定部件等保持的部分,按照能够上下夹持驱动机构18进行保持的方式,分别设置在位于刚体34的上方以及下方的板簧部31、32的外表面(与刚体33、34侧相反侧的面)的边缘。
通过使板簧部31、32的一方产生弯曲变形,驱动部35使刚体33以及移动镜15相对刚体34(向Z方向)平行移动。在本实施方式中,驱动部35被设置于板簧部31的表面,关于其配置位置的详细内容将后述。另一方面,上述的移动镜15被设置在板簧部31中的刚体33的上方、且与刚体33相反侧的表面。此外,驱动部35以及移动镜15也可以被设置于板簧部32。
在此,驱动部35由根据来自后述的电压施加部36的施加电压而伸缩的压电元件(PZT元件)35a构成。如图6所示,该压电元件35a成为利用电极42、43夹持作为压电材料的PZT(锆钛酸铅)41的构造。通过对电极42、43施加正或负的电压,使PZT41沿水平方向伸缩,能够使板簧部31弯曲变形,可使移动镜15与刚体33一起位移。例如,当通过向电极42、43施加电压使得PZT41沿水平方向延伸时,由于板簧部31变形为向上凸起,所以移动镜15与刚体33一同向下方位移。另一方面,当通过向电极42、43施加极性与上述相反的电压使得PZT41沿水平方向缩短时,板簧部31变形为向下凸起,移动镜15与刚体33一同向上方位移。
这样,通过对电极42、43施加正或负的电压来使PZT41沿水平方向伸缩,能够使板簧部31弯曲变形,由此可使刚体33以及移动镜15相对刚体34位移。
图4所示的电压施加部36用于对压电元件35a施加电压。这样的对压电元件35a施加电压的方式能够通过以下的构成实现。在板簧部31中与设置有压电元件35a的面相同的面,预先形成引出电极53、固定电极54。在形成压电元件35a之前,预先在板簧部31上蒸镀作为引出电极53的金属膜,通过使该金属膜与压电元件35a的下表面的电极43接触,能够将下表面的电极43引出。该引出电极53与电压施加部36引线接合。
另外,固定电极54与压电元件35a的上表面的电极42引线接合,还与电压施加部36引线接合。通过该构成,电压施加部36能够经由引出电极53以及固定电极54向压电元件35a施加电压。其中,引出电极53以及固定电极54在板簧部31的表面只要位于容易在刚体34的上方进行引线接合的位置即可,可以形成在任何位置。
(2-2.共振一次模式)
在平行板簧中,存在即使对压电元件施加电压,移动体(例如相当于刚体33、移动镜15)也不平行移动而倾斜移动的情况。可认为其原因在于,基于压电元件的伸缩,仅有一方的板簧部伸缩(变形),从而导致2个板簧部彼此长度不同。
鉴于此,在本实施方式中,着眼于移动体在平行板簧的共振一次模式下平行移动,电压施加部36以与由包含板簧部31、32的一部分和刚体33的系统决定的一次共振频率f0相同的频率f(=f0),向压电元件35a施加电压。其中,如图6所示,共振一次模式是指例如以在板簧部31中即使通过压电元件35a的伸缩也完全不在Z方向上位移的点A0为节点,距该点的第一个腹(点A1)在自由端的位置成为最大位移那样的振动模式。其中,此时的共振频率f0(Hz)被如下那样表示。
f 0 = ( 1 / 2 π ) · ( k / m )
其中,k:弹簧部的弹簧常量
m:平行移动部的质量(g)。
其中,上述的“弹簧部”是指在板簧部31、32中通过变形而实际发挥弹簧功能的部分,具体是指板簧部31的平板部31p、板簧部32的平板部32p。另外,上述的“平行移动部”是指通过上述弹簧部的变形而平行移动的部分,具体是指板簧部31的支承层31a1、绝缘氧化膜层31b1以及活性层31c1、和板簧部32的支承层32a1、绝缘氧化膜层32b1以及活性层32c1、刚体33。其中,移动镜15的质量未被考虑到上述的m中。其原因在于移动镜15为薄膜,其质量几乎可以忽略。
这样,由于电压施加部36以与板簧部31、32以及刚体33一体共振时的共振频率f0相同的频率f,对压电元件35a施加电压,所以能够抑制刚体33以及移动镜15的倾斜移动。并且,由于通过共振使刚体33以及移动镜15位移,所以与以其他频率对压电元件35a施加电压来使刚体33以及移动镜15位移的情况相比,能够使它们的位移量可靠地增大。
(2-3.驱动部的配置位置)
接下来,对驱动部35(压电元件35a)的配置位置的详细情况进行说明。如图4以及图5所示,压电元件35a被设置在板簧部31中的与板簧部32相反侧的表面。并且,压电元件35a在板簧部31的上述表面被设置在比刚体33、34排列配置的方向(Y方向)上的、板簧部31的平板部31p的中央C靠向刚体34侧。通过这样配置压电元件35a,能够获得以下的效果。
首先,由于如上述那样,压电元件35a是以薄电极42、43夹持PZT41的构造,所以与如VCM(音圈马达)那样的使用了磁铁和线圈的电磁式驱动源相比,非常小型、薄型。另外,在使用电磁式驱动源的情况下,还必须确保其设置位置(大的空间),导致驱动机构本身被大型化,而在将小型且薄型的压电元件35a用作驱动源的情况下,如本发明那样只要在想要进行弯曲变形的部位(板簧部31的表面)直接形成压电元件35a即可,无需确保大的设置空间。因此,通过由压电元件35a构成驱动部35并设置在板簧部31的表面,能够可靠地实现小型的驱动机构18。结果,能够可靠地使应用了该驱动机构18的干涉仪1甚至分光分析装置小型化。
另外,由于压电元件35a并非设置在板簧部31的平板部31p的整个表面而是设置在表面的一部分,所以能够减轻板簧部31弯曲变形时由该压电元件35a造成的负载,即便使用低的驱动电压也能够驱动压电元件35a。并且,由于压电元件35a被设置在比平板部31p的中央C靠刚体34侧,所以即便使用低的驱动电压驱动压电元件35a,也能够如图6所示那样使板簧部31可靠地共振,由此能够使刚体33以及移动镜15较大位移。因此,在应用了这样的驱动机构18的分光分析装置中,能够可靠地实现高分辨率。
另外,如图5所示,将压电元件35a中的刚体34侧的面设为面S1,将刚体33侧的面设为面S2。而且,将刚体34中的刚体33侧的面设为面S3。在本实施方式中,在Y方向上,面S1比面S3更位于刚体33相反侧,面S2相对平板部31p的中央C在刚体34侧并且比面S3靠刚体33侧。
这样,由于压电元件35a以跨过面S3的方式、即以压电元件35a的一部分位于刚体34的上方的方式,被设置在板簧部31的表面,所以只要如上述那样在板簧部31的表面、刚体34的上方形成引出电极53以及固定电极54,就能够避免将引出电极53、固定电极54与其他部位(例如压电元件35a的上表面的电极42、电压施加部36)通过引线接合连接时的板簧部31的破损。即,由于此时的接合作业在刚体34的上方进行,所以不对平板部31p施加来自外部的应力,能够避免外部应力造成的板簧部31的破损。另外,由于接合后的线不位于平板部31p的上方而位于刚体34的上方,所以在接合后,该线不会抑制平板部31p而阻碍板簧部31的变形(共振),能够避免对板簧部31的变形造成负面影响。
此时,在Y方向上,若将板簧部31的平板部31p的长度设为L1(mm),将从包括面S3的面起压电元件35a在刚体33侧的长度设为L2(mm),则优选满足L2/L1≤0.3。其原因如下。
在压电元件35a被设于板簧部31、32的一方(在此为板簧部31)的构成中,若压电元件35a在平板部31p上的长度变长,则在板簧部31、32间变形时的平衡失衡,刚体33以及移动镜15倾斜移动,并且,该倾斜变大。即,压电元件35a在平板部31p上越短,则刚体33以及移动镜15移动时的倾斜越小,因此优选。
另外,图7是表示使移动镜15的位移量恒定时的、L2/L1与向压电元件35a施加的电压(电场强度)之间的关系的曲线图。其中,图7的纵轴的电场强度以压电元件35a的长度进行了归一化。根据该图,在L2/L1>0.3时,虽然施加电压本身能够减小,但施加电压相对L2/L1的变化量的变化量变小,能够使施加电压大幅减少的效果小。
因此,由于通过满足L2/L1≤0.3,使得L2相对于L1充分小,所以能够充分获得对刚体33以及移动镜15移动时的倾斜进行抑制的效果,并且能够高效地驱动压电元件35a。
其中,上述的条件式能够与板簧部31、32以及刚体33的构成材料、各平板部31p、32p的厚度无关地获得。其理由如下。
若L2比L1小,则应力最集中于压电元件35a的刚体33侧的端部,由于向上述端部从板簧部31离开的方向施力,所以为了获得刚体33以及移动镜15所希望的位移,需要对压电元件35a施加大的电压(参照图7)。另一方面,若L2比L1大,则由于在向压电元件35a施加电压时压电元件35a顺势而来,所以应力最集中于压电元件35a中的刚体34侧的端部。无论是板簧部31、32以及刚体33的构成材料改变,还是各平板部31p、32p的厚度改变,只要刚体33以及移动镜15的位移量恒定,则这样的倾斜相同。因此,可以说即使用于获得刚体33以及移动镜15的所希望的位移量的、向压电元件35a施加的电压的值(绝对值)根据板簧部31、32以及刚体33的构成材料、各平板部31p、32p的厚度不同而变动,作为L2/L1的比,与板簧部31、32以及刚体33的构成材料、各平板部31p、32p的厚度无关,只要为0.3以下即可。
(2-4.设置2个压电元件的构成)
图8是表示驱动机构18的其他构成的立体图,图9是图8的驱动机构18的剖视图。该驱动机构18与图4以及图5的驱动机构18的不同之处在于具备与压电元件35a不同的压电元件38。该压电元件38被设置在板簧部32中的与板簧部31相反侧的表面且相对于与板簧部31、32的对置方向(Z方向)垂直的面R,和压电元件35a对称的位置处。
通过这样设置压电元件38,能够良好地保持构成平行板簧的驱动机构18的上下平衡、即能够使板簧部31、32平衡地变形,可提高使刚体33以及移动镜15平行移动时的平行度。即,能够使刚体33以及移动镜15以无限接近平行的状态移动(位移)。另外,由于只要如上述那样设置压电元件38即可,不需要用于对压电元件38施加电压的布线,所以能够以简便的构成容易地使平行移动时的平行度提高。
另外,图10是表示驱动机构18的另一构成的剖视图。该驱动机构18成为在如图8以及图9所示那样设置有2个压电元件35a、38的构成中,由电压施加部36对两方的压电元件35a、38施加电压的构成。即,在板簧部32侧也设置有与设置于板簧部31侧的引出电极53以及固定电极54对应的电极(未图示),这些电极与压电元件38的上下电极以及电压施加部36通过引线接合而电连接。在该构成中,优选电压施加部36按照因压电元件35a的伸缩而引起的板簧部31的变形、与因压电元件38的伸缩而引起的板簧部32的变形相同的方式,对压电元件35a、38施加电压。
即,在图10中,为了通过板簧部31、32的变形使刚体33以及移动镜15向上方(Z方向)移动,需要对各压电元件35a、38施加如压电元件35a沿水平方向缩短,另一方面压电元件38沿水平方向伸长那样的电压。相反,为了通过板簧部31、32的变形使刚体33以及移动镜15向下方移动,需要对各压电元件35a、38施加如压电元件35a沿水平方向伸长,另一方面压电元件38沿水平方向缩短那样的电压。
因此,在图10中,如果压电元件35a、38中的PZT的极化方向例如相互反向(一方朝上,另一方朝下),则电压施加部36只要按照对压电元件35a、38的夹持PZT的2个电极中相对PZT位于相同侧的电极以相同的频率施加相同极性的电压的方式,对各压电元件35a、38施加电压即可。例如,电压施加部36只要按照对压电元件35a的上侧的电极42(相对PZT41与刚体34相反侧的电极)、和压电元件38的上侧的电极(相对PZT位于刚体34侧的电极)施加相同极性的电压的方式,对各压电元件35a、38施加电压即可。
另外,如果压电元件35a、38中的PZT的极化方向例如为同向(例如两方均向上),则电压施加部36按照对压电元件35a、38的夹持PZT的2个电极中相对PZT位于相同侧的电极以相同的频率施加相互反极性的电压的方式,对各压电元件35a、38施加电压即可。例如,电压施加部36只要按照在对压电元件35a的上侧的电极42施加正的电压时,对压电元件38的上侧的电极(相对PZT位于刚体34侧的电极)施加负的电压的方式,对各压电元件35a、38施加电压即可。
通过电压施加部36如上述那样对各压电元件35a、38施加电压,能够使板簧部31、32以相同的方式变形(共振),使得一方的变形不阻碍另一方的变形,容易地进行共振。由此,能够可靠地提高使刚体33以及移动镜15平行移动时的平行度。
(2-5.能够应对共振频率的变动的构成)
压电元件若被施加电压则伸缩,相反在施加力使其变形时输出与其变形对应的电压。若在共振时刚体33以及移动镜15的位移最大,则由于压电元件也大幅形变,所以从压电元件输出的电压(例如绝对值)也为最大。因此,如果利用上述记载的内容对从压电元件输出的电压(特别是最大电压)进行监视,则能够检测出刚体33以及移动镜15是否因共振而位移,还能够应对共振频率的变动。其中,共振频率的变动例如由于因参照光源21的发热而引起的环境温度的变化使得上述弹簧部的形状因热膨胀或者收缩而发生变化,导致弹簧常量变化而引起。以下,对能够应对共振频率的变动的具体构成进行说明。
图11是表示驱动机构18的另一构成的剖视图。该驱动机构18除了如图8以及图9那样设置2个压电元件35a、38的构成以外,还具备检测部39以及控制部40。其中,由于图8以及图9的构成为基本,所以慎重起见预先说明电压施加部36仅对一方的压电元件35a施加电压,不向另一方的压电元件38施加电压的情况。
检测部39是在板簧部32变形时根据从压电元件38输出的、与压电元件38的变形对应的电压来检测刚体33以及移动镜15的最大位移的传感器。由于从压电元件38输出的电压(例如绝对值)越大,则刚体33以及移动镜15位移越大,所以检测部39通过检测从压电元件38输出的电压的最大电压(例如绝对值),能够检测刚体33以及移动镜15的最大位移。此外,检测部39也可以基于从压电元件38输出的电压的大小和方向(正负的符号),来检测刚体33以及移动镜15的位移量和方向(位移了的位置)。
控制部40用于控制由电压施加部36向压电元件35a施加的电压。更具体而言,控制部40对电压施加部36进行控制,以使向压电元件35a的施加电压的频率根据由检测部39检测出的刚体33以及移动镜15的最大位移的变动而变动。进行这样的控制的控制部40被构成为包含CPU(CentralProcessingUnit)。
另外,上述电压施加部36被构成为包含VCO(voltagecontrolledoscillator:电压控制振荡器)电路。VCO电路是根据输入电压使输出电压的频率变化的电路。因此,电压施加部36能够通过控制部40的控制来使输出电压(向压电元件35a的施加电压)的频率变化。
接下来,根据图12以及图13对控制部40执行的电压控制的动作的流程进行说明。图12以及图13是控制部40执行的电压控制的动作的流程的流程图,图12表示寻找共振频率的初始动作,图13表示使振动频率追随共振频率的变动的稳定动作。
在初始动作中,首先控制部40开始电压施加部36的VCO电路的输入电压的上升,使输出电压的频率增大(S1)。然后,检测部39检测从压电元件38输出的电压的最大值(例如绝对值),检测刚体33以及移动镜15的最大位移(S2)。
接着,控制部40将在S2中检测出的最大位移与在此之前检测出的最大位移的大小进行比较(S3)。在此,由于在动作开始时刚体33以及移动镜15的最大位移为零,所以在S2中检测出的最大位移必然比之前检测出的最大位移大(S3为否)。因此,控制部40使VCO电路的输入电压进一步上升,使输出电压的频率进一步增大(S4)。
以后,反复进行S2~S4的步骤,当在S2中检测出的最大位移比之前检测出的最大位移小的时刻(S3为是),控制部40判定为刚体33以及移动镜15达到了最大位移,使VCO电路的输入电压的上升停止(S5)。在刚体33以及移动镜15达到了最大位移时,由于可判断为刚体33以及移动镜15正在通过共振而进行振动,所以可认为此时的VCO电路的输出电压的频率为共振频率。即,通过这样的初始动作,即使不根据上述的理论计算也能够求出共振频率。
在稳定动作中,检测部39检测从压电元件38输出的电压的最大值(例如绝对值),来检测刚体33以及移动镜15的最大位移(S11)。控制部40对在S11中检测出的最大位移与之前检测出的最大位移(例如在图12的S5中使VCO电路的输入电压的上升停止之前刚刚检测出的最大位移)的大小进行比较(S12)。在此,在共振频率未变动的情况下,由于在S11中检测出的最大位移与前次的最大位移相同(S12为否),所以该情况下结束本流程。其中,当存在多个共振频率时,预先存储刚体33以及移动镜15的最大位移,将成为最大位移的频率作为共振频率。
另一方面,若共振频率发生变动,则由于在S11中检测出的最大位移比前次的最大位移小(S12为是),所以该情况下,控制部40使VCO电路的输入电压上升,使输出电压的频率增大(S13)。然后,检测部39检测从压电元件38输出的电压的最大值,来检测刚体33以及移动镜15的最大位移(S14)。
接着,控制部40将在S14中检测出的最大位移与之前检测出的最大位移(例如在S11中检测出的最大位移)的大小进行比较(S15)。在S14中检测出的最大位移比之前检测出的最大位移大的情况下(S15为否),由于可知最大位移向频率增大的方向增大,所以控制部40使VCO电路的输入电压进一步上升,使输出电压的频率增大(S16)。然后,检测部39检测从压电元件38输出的电压的最大值,检测刚体33以及移动镜15的最大位移(S17)。然后,控制部40将在S17中检测出的最大位移与之前检测出的最大位移(例如在S14中检测出的最大位移)的大小进行比较(S18)。
当在S17中检测出的最大位移比之前检测出的最大位移大时(S18为否),由于可认为存在最大位移增大的余地,所以反复进行S16~S18的步骤。然后,在S17中检测出的最大位移比之前检测出的最大位移小的时刻(S18为是),控制部40判断为刚体33以及移动镜15达到最大位移,向压电元件35a施加的电压的频率与共振频率一致,并结束本流程。
另外,当在S15中判断为在S14中检测出的最大位移比之前检测出的最大位移小时(S15为是),由于可知最大位移向频率减少的方向增大,所以控制部40使VCO电路的输入电压下降,使输出电压的频率减少(S19)。然后,检测部39检测从压电元件38输出的电压的最大值,检测刚体33以及移动镜15的最大位移(S20)。然后,控制部40将在S20中检测出的最大位移与之前检测出的最大位移(例如在S14中检测出的最大位移)的大小进行比较(S21)。
当在S20中检测出的最大位移比之前检测出的最大位移大时(S21为否),由于可认为存在最大位移的增大的余地,所以反复进行S19~S21的步骤。然后,当在S20中检测出的最大位移比之前检测出的最大位移小的时刻(S21为是),控制部40判断为刚体33以及移动镜15达到最大位移,向压电元件35a施加的电压的频率与共振频率一致,并结束本流程。
如以上那样,由于控制部40对电压施加部36进行控制,以使VCO电路的输出电压的频率(向压电元件35a施加的电压的频率)根据由检测部39检测出的刚体33以及移动镜15的最大位移的变动而变动,所以即使在驱动机构18的动作中因环境温度变化等而导致共振频率发生变动,也能够使VCO电路的输出电压的频率追随发生变动的共振频率。
特别是由于控制部40对电压施加部36(VCO电路)进行控制,以便基于由检测部39检测出的电压,使向压电元件35a施加的电压的频率与共振频率一致,所以即使在共振频率发生变动那样、或者容易发生变动的环境下使用本发明的驱动机构18时,也能够总是保持稳定的共振状态。
此外,以上基于由检测部39检测出的电压,对刚体33以及移动镜15的位移进行监视,并根据其位移对电压施加部36进行控制,但也可以根据由检测部39检测出的电压的正负符号在规定时间内的反转次数来检测振动频率,并根据该振动频率来控制电压施加部36(使向压电元件35a施加的电压的频率追随发生变动的共振频率)。
(2-6.驱动机构的另一构成)
图14是表示驱动机构18的另一构成的剖视图。如该图所示,驱动机构18的板簧部31的平板部31p可以由绝缘氧化膜层31b和活性层31c这两层构成,板簧部32的平板部32p可以由绝缘氧化膜层32b和活性层32c这两层构成。
另外,图15是表示驱动机构18的又一构成的剖视图。如该图所示,驱动机构18的板簧部31、32可以分别由平板状的硅基板81、81构成。其中,板簧部31、32(硅基板81、81)与由玻璃构成的刚体33、34的连结可使用阳极接合。在该构成中,能够通过利用平板状的硅基板81、81夹持刚体33、34这一简单的构成来容易地实现驱动机构18。另外,与使用SOI基板61的情况相比,能够大幅简化板簧部31、32的制作工序。
另外,图16是表示驱动机构18的另一构成的剖视图。如该图所示,驱动机构18的板簧部31、32可以分别由平板状的玻璃基板91、91构成。该情况下,能够通过对例如厚度为100μm以下的玻璃(例如碱性玻璃)实施激光加工或者切割加工,来得到玻璃基板91、91。其中,板簧部31、32(玻璃基板91、91)与由玻璃构成的刚体33、34的连结可采用光胶(opticalcontact)或者扩散接合。其中,光胶是使平滑的面彼此紧贴,利用分子的引力来将两个部件连结的方法。扩散接合是不使使母材熔融地进行加热、加压保持,穿过接合面使接合界面的原子扩散来获得接合部的方法。
这样,通过由玻璃基板91、91分别构成板簧部31、32,能够以利用平板状的玻璃基板91、91夹持刚体33、34这一简单构成容易地实现驱动机构18。另外,与使用SOI基板61的情况相比,能够大幅简化板簧部31、32的制作工序。并且,由于刚体33、34以及板簧部31、32的构成材料均为玻璃,所以能够可靠地防止因温度变化引起的驱动机构18的变形,并能够可靠地防止因温度变化而导致可动部(刚体33以及移动镜15)的倾斜。
另外,由于刚体33、34与板簧部31、32的连结采用了以上述的阳极接合为代表的光胶、扩散接合等不使用粘合剂来进行连结的方法,所以能够排除如使用粘合剂时那样的制造误差(制造时粘合剂的收缩的影响),当将驱动机构18应用于干涉仪1、分光分析装置时,不用设置大型的三面直角棱镜就能够实现由高精度的干涉带来的高分辨率。即,能够使干涉仪1以及分光分析装置小型化,并且能够实现由高精度的干涉带来的高分辨率。
此外,也可以取代上述的硅基板81、玻璃基板91,而由金属(铁、铝、合金等)形成的平板构成板簧部31、32。
此外,上述刚体33、34可以不由玻璃而由硅构成。此时,在板簧部31、32与刚体33、34的连结部为硅与玻璃的连结的情况下,能够使用阳极接合作为接合方法,在上述连结部为硅与硅的连结的情况下,能使用光胶或者扩散接合作为接合方法。
另外,图17是表示驱动机构18的又一构成的剖视图。驱动机构18的驱动部35可以由电磁式驱动源构成。该驱动部35由线圈35b和磁铁35c构成。线圈35b由1根铜线卷绕数周而成,其一端以及另一端与电压施加部36连接。另外,线圈35b与设置在刚体33的侧面的磁铁35c以对置的方式分离配置(固定)。磁铁35c被设置在刚体33的侧面,刚体33侧为N极,线圈35b侧为S极。因此,在线圈35b与磁铁35c之间,从线圈35b朝向磁铁35c的方向为磁场B的方向。
在上述的构成中,当从电压施加部36对线圈35b流过例如与图17的纸面垂直的方向且从近前向纵深的电流时,则根据夫累铭的左手法则,根据这样的电流朝向和磁场B的方向的关系,对线圈35b作用图中向下的力F。相反,当对线圈35b流过从图17的纸面纵深侧向近前的电流时,对线圈35b作用图中向上向的力F。实际上,由于线圈35b被固定,所以当流入线圈35b的电流的方向相互交替时,磁铁35c侧的刚体33上下移动。因此,通过这样由电磁式驱动源构成驱动部35,对流入线圈35b的电流进行控制,能够隔着刚体33使2个板簧部31、32共振,由此能够使移动镜15共振驱动。
〔3.移动镜在共振驱动时的性能〕
接下来,对通过上述构成的驱动机构18对移动镜15进行共振驱动的情况下的性能进行说明。图18以及图19分别表示通过驱动机构18对移动镜在Z方向驱动±1.5mm时的移动镜的位移与倾斜错误量(倾斜角)的关系,图18表示了倾斜方向的倾斜错误量,图19表示了转动(Roll)方向的倾斜错误量。
在此,图20(a)(b)表示了作为移动镜15的倾斜方向的倾斜方向以及转动方向。倾斜以及转动的各方向被定义如下。即,当将驱动机构18的板簧部31的延伸设置方向(刚体33、34排列的方向)设为Y方向,在通过板簧部31的共振使移动镜15沿Z方向平行移动的构成中,将与YZ平面垂直的方向设为X方向时,倾斜方向是移动镜15在YZ平面内倾斜时的倾斜方向,转动方向是移动镜15在ZX平面内倾斜时的倾斜方向。
在使移动镜15沿Z方向并进±1.5mm时,从图18可知,倾斜方向的倾斜错误残留±0.5分钟左右,从图19可知,转动方向的倾斜错误残留0.2分钟左右。在倾斜方向产生倾斜错误的重要因素例如可考虑平行板簧的Z方向的厚度误差、平行移动部向前端侧的倾斜、平行移动部与支承部的Z方向的厚度误差、平行移动部以及支承部的平面性的降低等。另一方面,在转动方向产生倾斜错误的重要因素例如可考虑平行移动部的X方向的厚度误差、平行板簧与平行移动部向X方向的移动误差、压电元件35a向X方向的粘贴误差、平行板簧向转动方向的扭曲等。
其中,上述的平行板簧是指在板簧部31、32中通过变形而实际发挥弹簧功能的部分,具体是指板簧部31的平板部31p和板簧部32的平板部32p。另外,上述的平行移动部是指通过上述的平行板簧的变形而平行移动的部分,具体例如在图5的构成中是指板簧部31的支承层31a1、绝缘氧化膜层31b1以及活性层31c1、板簧部32的支承层32a1、绝缘氧化膜层32b1以及活性层32c1、刚体33。另外,上述的支承部是指支承层31a2、绝缘氧化膜层31b2、活性层31c2、支承层32a2、绝缘氧化膜层32b2、活性层32c2以及刚体34。
在本实施方式中,通过由上述修正部100的光路修正装置102对固定镜14进行非共振驱动,修正了因分光测定中移动镜15的共振驱动而产生的上述的倾斜错误。其中,除了能够修正这样的在分光测定中产生的倾斜错误以外,光路修正装置102还能够对分光测定前的因随时间变化、温度变化而产生的倾斜错误(初始倾斜错误)进行修正。以下,对光路修正装置102的详细情况进行说明。
〔4.光路修正装置的详细情况〕
(4-1.光路修正装置的构成)
图21(a)是表示光路修正装置102的概略构成的侧视图,图21(b)是由光路修正装置102支承的固定镜14的俯视图。光路修正装置102具有多个通过电压施加而伸缩的(图21(b)为4个)压电元件103。各压电元件103的伸缩方向的一端面与固定镜14连结,另一方面,另一端面与固定台104连结,使得各压电元件103被支承。各压电元件103相对于通过固定镜14的底面中心的轴在周方向上被以等间隔(每隔90度)配置。结果,2个压电元件103、103隔着上述轴对置配置,并且这样对置配置的压电元件103、103存在2组。
在此,当移动镜15例如被以70Hz的共振频率共振驱动时,若在移动镜15的倾斜错误中含有高达4次高频成分,则光路修正装置102被要求能够以280Hz进行非共振驱动(后述的伺服驱动)的性能。鉴于此,在本实施方式中,使用多个层叠型的压电元件103实现了高速响应。通过使用4个压电元件103,能够利用各对压电元件进行对倾斜、转动各方向的倾斜错误的修正(倾斜修正)。以下,具体进行说明。此外,压电元件103的数量为3个也能够进行倾斜修正。
若将能够向压电元件103施加的电压设为150V,则按照能够对该150V稍有富余地调整施加到100V为止的电压的方式,来设计光路修正装置102。在固定镜14侧与移动镜15侧的机械式倾斜错误(设计误差)为零时,使向各压电元件103施加的电压为例如50V。与此相对,当存在倾斜、转动各方向的倾斜错误时,通过向对置配置的压电元件103、103的一方施加比50V大的电压,向另一方施加比50V小的电压,使得一方的压电元件103伸长,另一方的压电元件103收缩,因此能够使固定镜14倾斜。如果利用长度为5mm左右的压电元件103,将对置的压电元件103、103以2mm的间隔配置,则能够进行±4分钟左右的倾斜调整。
在分光分析装置中,在分光测定前测定初始倾斜错误,按照该倾斜错误成为±0.2分钟左右的等级的方式,使各压电元件103伸缩来调整固定镜14的倾斜。其中,对分光测定前的倾斜修正的详细内容将后述。然后,在分光测定中,使移动镜15并进驱动(共振),实时监视因移动镜15的驱动而产生的倾斜错误,并且通过各压电元件103的伸缩对固定镜14进行非共振驱动,按照总是使倾斜错误为零的方式进行伺服驱动。
图22是表示在分光测定中对固定镜14非共振驱动时进行的反馈控制(伺服驱动)的框图。如该图所示,光路修正装置102除了上述的压电元件103以外,还具有PID控制器105。该PID控制器105是进行将比例动作、积分动作、微分动作组合了的控制的控制器,基于由信号处理部101检测出的倾斜量(倾斜错误)与伺服目标值(倾斜量为零)对向各压电元件103施加的电压进行控制,以使倾斜量接近目标值(一直为零),通过基于非共振驱动而引起的各压电元件103的伸缩来调整固定镜14的倾斜。通过这样的反馈控制,即使在倾斜错误根据移动镜15的移动而变动的情况下,也能够适当地修正该倾斜错误。其中,这样的PID控制在本实施方式中针对倾斜、转动各方向进行。结果,分光测定中的倾斜错误在倾斜、转动各方向都一直为±0.1分钟以下。
其中,由于对第2光检测器24(4分割传感器)中的倾斜以及转动各方向的轴、和固定镜14的倾斜修正时的倾斜以及转动各方向的轴进行机械式调整并不容易,所以现实中使用微型计算机等轴变换运算单元将前者的轴变换为后者的轴来进行应对。
上述的光路修正装置102如图21(a)所示,还具有安装框106。该安装框106是用于将光路修正装置102安装于干涉仪1的安装部件,以从侧方包围固定镜14的方式设置于固定台104。在构成安装框106的4个面分别设置有多个向干涉仪1进行安装时的位置调整用孔106a。孔106a的径比插入其中的螺丝的径稍大。因此,将安装框106螺栓固定于干涉仪1时,能够对安装框106的位置进行微调。
由此,能够对光路修正装置102相对干涉仪1的安装位置、即固定镜14的位置进行微调,可在产品出厂前进行倾斜修正。例如,在产品出厂时因各功能块的组装误差叠加而产生了±15分钟的倾斜错误时,通过上述安装位置的机械式调整,能够调整成移动镜15的倾斜错误为±1分钟的等级。
(4-2.光路修正装置的其他构成)
图23(a)是表示光路修正装置102的其他构成的俯视图,图23(b)是上述光路修正装置102的侧视图。其中,在图23(a)中,为了方便而省略了固定镜14的图示。图23(a)(b)所示的光路修正装置102也能够应用于干涉仪1以及分光分析装置。
该光路修正装置102具有在支承固定镜14的同时转动的转动部件111。转动部件111通过由不锈钢等金属形成的直径不同的2个圆柱部111a、111b同轴且以经过转动中心P的轴连结的形状的镜支承台构成。大径的圆柱部111a的直径与固定镜14(这里为圆盘状)的直径大体相同,固定镜14被该圆柱部111a中的与圆柱部111b相反侧的端面支承。另一方面,在小径的圆柱部111b中的与大径的圆柱部111a相反侧的端面固定有隔着微小间隙成捆配置的四棱柱状的4根压电元件112(112a~112d)。小径的圆柱部111b的半径大致被设定成压电元件112的截面的1条边的长度的一半。
压电元件112是通过电压施加而向与转动部件111转动的方向对应的方向伸缩的位移部件。该压电元件112仅由与伸缩方向垂直的端面112S的一部分的区域112S1经由粘合剂113(参照图25)与转动部件111连结。由此,在将与压电元件112的端面112S对置的转动部件111的区域分割成距离转动中心P近的第1区域111R1和距离转动中心P远的第2区域111R2时,压电元件112在基于电压施加而伸长时,能够通过端面112S的一部分的区域112S1隔着粘合剂113按压转动部件111的第1区域111R1,使转动部件111转动。
在此,图24是转动部件111的从压电元件112侧观察时的仰视图。对第1区域111R1以及第2区域111R2更详细进行说明。在转动部件111中,若将与压电元件112的端面112S对置的区域设为111R,则第1区域111R1为区域111R中的、位于转动部件111的小径圆柱部111b的端面的区域,成为比沿着经过压电元件112的端面112S的中心的伸缩方向的中心轴L接近转动部件111的转动中心P(参照图23(b))的区域。另一方面,第2区域111R2为区域111R的剩余区域、即位于大径的圆柱部111a的端面的区域。这样,区域111R被分割成距离转动中心P近的第1区域111R1、和距离转动中心P远的第2区域111R2
另外,为了按压转动部件111的不同区域,如上述那样设置了多个压电元件112(在本实施方式中为4根)。各压电元件112a~112d的伸缩方向分别与转动部件111的转动方向对应,在图23(b)中,作为一个例子,表示了压电元件112a、112c的伸缩方向(B-B′方向)与转动部件111的转动方向(A-A′方向)对应。压电元件112a与压电元件112c、压电元件112b与压电元件112d相对于经过转动部件111的转动中心P的轴被对置配置。各压电元件112在与转动部件111相反侧的端面全体经由环氧树脂粘合剂被固定在由不锈钢等金属构成的固定台114。
其中,由上述的压电元件112对转动部件111的按压方式可以说在全部的压电元件112a~112d中相同。因此,上述转动部件111的第1区域111R1以及第2区域111R2与各压电元件112a~112d对应设置,各压电元件112a~112d在伸长时通过经由粘合剂113对对应的第1区域111R1按压,来使转动部件111转动。
上述的粘合剂113是将各压电元件112与转动部件111粘合连结的连结部件。基于粘合剂113的连接部分(连结部分)在决定光路修正装置102的特性上是重要的部分,在本实施方式中,作为粘合剂,以遵循规格的形式适当地选择杨氏模量比较大的环氧树脂粘合剂、具有适度弹性的环氧树脂及改性硅粘合剂等。另外,由于粘合剂113的厚度也很重要,所以优选直径一致的球形的塑料珠被混入到粘合剂113。在本实施方式中,作为粘合剂113,使用了混合有直径为30μm的塑料珠的环氧树脂粘合剂。
另外,上述的各压电元件112与电压施加部(未图示)连接,通过分别控制向各压电元件112a~112d的电压施加,能够使各压电元件112a~112d分别独立地伸缩。
图25是光路修正装置102的侧视图,表示了转动部件111转动前后的姿势。其中,在图25中,为了方便而省略了压电元件112b的图示。压电元件112a被施加+v(V)的电压,压电元件112a伸长了d(mm)(d(+)的位移)。另一方面,压电元件112c被施加-v(V)的电压,压电元件112c收缩了d(mm)(d(-)的位移)。由此,压电元件112a经由粘合剂113按压转动部件111的圆柱部111b,在转动部件111整体支承固定镜14的状态下,以转动中心P为中心,绕图23(a)所示的y轴转动了转动角θ(°)。其中,转动部件111转动时的转动中心P由构成部件的力学关系决定。
另一方面,在使固定镜14绕图23(a)所示的x轴转动时,只要对压电元件112b和压电元件112d施加相位偏移了180°的电压即可。由此,根据与绕y轴时相同的原理,能够在支承固定镜14的状态下以转动中心P为中心,使转动部件111绕x轴转动。
在此,表示了使固定镜14以及转动部件111绕y轴以及x轴转动的情况,通过将这些绕y轴以及x轴的转动组合,能够实现任意的摆头运动。由此,能够适当地进行倾斜修正。例如,在使用4个截面为1.65mm×1.65mm的压电元件112,并将小径圆柱部111b的半径、即从经过转动中心P的轴到第1区域111R1的圆周为止的距离设为0.7mm,对固定镜14进行了非共振驱动的情况下,能够实现小型的构成,并且能够进行±7分钟的倾斜修正。
此外,以上对固定镜14进行了由光路修正装置102实现的倾斜修正,但也能够对移动镜15进行,另外,还能够对固定镜14以及移动镜15两者进行。例如,若将光路修正装置102的各压电元件103的一端面与驱动机构18的基台连结,则能够通过各压电元件103的伸缩对移动镜15进行非共振驱动,从而进行倾斜修正。
〔5.倾斜修正的步骤〕
接下来,对本实施方式中的倾斜修正的步骤详细进行说明。
如前述那样,在表示从移动镜15的反射光与固定镜14的反射光的最佳干涉状态起的角度偏移的倾斜错误(倾斜误差、两反射光的相对倾斜)中,存在因分光测定前的随着时间变化等而引起的初始倾斜误差、在分光测定中因移动镜15的并进驱动而引起的倾斜误差这两种。鉴于此,在本实施方式中,如图26所示,在分光测定前进行对初始倾斜误差加以修正的初始调整工序(#1),在分光测定中对因移动镜15的移动而产生的倾斜误差实时进行修正的动态校准工序(#2)。在此,#1中的初始调整工序由粗调工序(#10)和微调工序(#20)构成,在通过粗调工序对初始倾斜误差进行了大幅修正后,通过微调工序进行细致修正。以下,对各工序的详细进行说明。
〔5-1.粗调工序〕
图27是表示初始调整工序的粗调工序的详细流程的流程图。在粗调工序中,首先在驱动移动镜15的同时(#11),使用第2光检测器24(4分割传感器)检测激光干涉光,检测此时的干涉光的对比度的变化(#12),并且基于该对比度的变化来检测倾斜误差(倾斜量)(#13)。然后,通过上述的压电元件103等的伸缩对固定镜14进行非共振驱动来修正倾斜误差(#14)。其中,对比度表示干涉光的明暗的强度比,明暗之差越大则对比度越高。
图28表示了移动镜15的反射光与固定镜14的反射光的相对倾斜(倾斜误差)和此时的对比度之间的关系。通过该图可知,当在倾斜方向以及转动方向上两反射光的相对倾斜为零时,对比度最大(例如为1),不管在各方向中的哪一方产生两反射光的相对倾斜,对比度都会降低。因此,通过一边检测干涉光的对比度,一边向倾斜方向以及转动方向例如以0.5分钟间距对固定镜14进行驱动,能够寻找对比度最高的固定镜14的位置,由此能够对初始倾斜误差进行大幅修正。此外,也可以通过最初在倾斜方向以及转动方向以1分钟间距对固定镜14进行驱动,然后以0.5分钟间距对固定镜14进行驱动,寻找对比度最高的固定镜14的位置,由此对初始倾斜误差进行大幅修正。
在此,在本实施方式中,每当检测干涉光的对比度时,都对4分割传感器的各分割元件的输出相加来检测。其原因如下。
图29一并表示了两反射光的相对倾斜与将4分割传感器的各分割元件的输出相加而检测出的干涉光的对比度之间的关系、以及两反射光的相对倾斜与仅根据一个分割元件的输出而检测出的干涉光的对比度之间的关系。其中,在此将干涉光的光束径设为例如φ1.65mm,通过配置在第2光检测器24之前的光阑,将上述光束径限制为例如φ1mm。可知在将各分割元件的输出相加来检测对比度的情况下,即便使两反射光的相对倾斜变化到160秒(约3分钟),也能够检测对比度的变化(该图中为0.4~1的变化)。这反而意味着基于对比度的变化的、能够检测两反射光的相对倾斜的范围大到160秒。
与此相对,在仅根据一个分割元件的输出来检测对比度时,若使两反射光的相对倾斜变化为120秒,则对比度为零,在这以上的倾斜下不能检测对比度。因此,能够使该倾斜变化的范围为120秒以下。即,对于能够检测该倾斜的范围而言,后者比前者狭。这是由于传感器的受光面积相对干涉光的恒定光束径越小,则针对对比度的变化的灵敏度越高,输出(振幅)的变化越大。
这样,由于在粗调工序中,通过将各分割元件的输出相加来检测干涉光的对比度,使得干涉光的对比度相对两反射光的相对倾斜的变化的变化量变小,所以反而能够使基于干涉光的对比度的变化的可检测两反射光的相对倾斜(倾斜量)的范围扩大。因此,即使在因随着时间的变化等初始倾斜误差变大的情况下,也能够通过粗调工序可靠地检测并修正该大的初始倾斜误差。
其中,由于在粗调工序中,通过基于对比度的变化的、可检测固定镜14的倾斜的范围扩大到约3分钟,如图29所示,相对倾斜的变化的对比度的变化变小,所以无法基于对比度的变化以0.2分钟以下的间距检测固定镜14的倾斜。将这样的能够检测固定镜14的倾斜的间距的最小值(在上述的例中为0.2分钟)也称为分辨率。
〔5-2.微调工序〕
接下来,对初始调整工序的微调工序进行说明。图30是表示微调工序的详细流程的流程图。在微调工序中,首先按照移动镜15与固定镜14的相位差(光路差)为零附近的方式,对移动镜15进行微小驱动(#21),并且利用第2光检测器24(4分割传感器)检测激光干涉光,检测此时的移动镜15的位置(#22)。然后,检测相位差为零附近的两反射光的相对倾斜量(倾斜量)以及相对倾斜方向(倾斜方向)(#23)。然后,通过上述压电元件103等的伸缩对固定镜14进行非共振驱动,来修正倾斜误差(#24)。
这里,在#21中,在按照往复移动移动镜15的方式进行了驱动时的最大驱动振幅的1/10以下的范围内(以相位差零的位置为中心±0.2mm的范围内)对移动镜15进行驱动。在这样的移动镜15的移动范围内,移动镜15以几乎接近静止的状态被驱动,两反射光的相位差为零附近。
在相位差为零附近的移动镜15的位置,由于移动镜15的移动量几乎为零,所以几乎无需考虑因移动镜15的移动而产生的倾斜误差,可认为此时产生的倾斜误差与由于随时间变化等而导致的初始倾斜误差中的、通过粗调工序未被修正而残余的倾斜误差几乎相等。因此,在#23中能够检测出通过粗调工序未被修正而残余的倾斜误差(倾斜量、倾斜方向)。
另外,在#23中,基于由4分割传感器对两反射光的干涉光进行受光时的各分割元件的输出的相位差,来检测两反射光的相对倾斜量以及倾斜方向。
图31表示了例如倾斜方向的两反射光的相对倾斜和在与倾斜方向对应的方向上相邻的2个分割元件的输出的相位差之间的关系。根据该图可知,利用各分割元件的输出的相位差能够检测约60秒(1分钟)的上述倾斜。另外,由于每当上述倾斜从0秒到60秒时,相位差的变化量大,所以还能够基于上述相位差以0.01分钟间距检测上述倾斜。此外,关于转动方向,也可得到与图31相同的关系。这样,在微调工序中,能够以比粗调工序高的分辨率检测倾斜量。并且,在微调工序中,由于观察各分割元件的输出的相位差,所以根据相位差在哪2个分割元件中产生,还能够检测倾斜方向。
因此,在微调工序中,能够基于在#23中检测出的倾斜量以及倾斜方向,在#24中将固定镜14向不存在初始倾斜误差的方向倾斜规定量来进行倾斜修正。结果,能够在分光测定前高精度地排除初始倾斜误差。因此,在之后的分光测定中,通过利用分光测定中的动态校准工序对因移动镜15的移动而产生的倾斜误差进行修正,能够高精度地进行分光分析。
其中,相位差为零的移动镜15的位置例如也能够根据第1光学系统10的第1光检测器17的输出来获得。在第1光学系统10的测定光输入部11发出近红外光的情况下,由于在移动镜15的相位差为零的位置,产生无论关于哪一波长的光,干涉强度均为最大的所谓中心爆发点(centerburst),所以通过基于第1光检测器17的输出对中心爆发点进行监视,能够检测移动镜15的相位差为零的位置。
此外,每当检测两反射光的相对倾斜量以及倾斜方向时,可以如图2所示那样,基于多个分割元件(例如受光区域E1、E2)的输出之和与多个分割元件(例如受光区域E3、E4)的输出之和的相位差,来检测倾斜量以及倾斜方向。
〔5-3.动态校准工序〕
接下来,对动态校准工序进行说明。图32是表示动态校准工序的详细流程的流程图。动态校准工序是在一边从测定光输入部11导入测定光、一边以最大振幅对移动镜15进行并进驱动的分光测定中进行的工序,通过上述的反馈控制(参照图22),针对倾斜、转动各方向进行动态校准工序。
即,在分光测定中,基于第2光检测器24(4分割传感器)接收到第2干涉光时的各分割元件的输出,实时检测因移动镜15的移动而产生的两反射光的倾斜量以及倾斜方向(倾斜、转动各方向)(#31、#32),并通过压电元件103等的伸缩对固定镜14进行非共振驱动,来对两反射光的倾斜误差进行修正(#33、#34)。其中,倾斜量以及倾斜方向的检测方法除了以最大振幅对移动镜15进行驱动之外,其余均与微调工序完全相同。即,能够基于在与倾斜方向对应的方向上相邻的2个分割元件的输出的相位差,检测倾斜方向的倾斜量,并能够基于在与转动方向对应的方向上相邻的2个分割元件的输出的相位差,检测转动方向的倾斜量。在动态校准工序中,结果对于倾斜、转动各方向均能够使倾斜误差抑制在±0.1分钟以下。
综上所述,若针对初始调整工序的粗调工序、微调工序、动态校准工序进行总结,则如表1所示。
【表1】
〔6.效果〕
如以上那样,在本实施方式的倾斜修正方法中,由于通过粗调工序对各分割元件(全部分割元件)的输出相加来检测干涉光的对比度及其变化,所以能够扩大基于干涉光的对比度变化的两反射光的倾斜量变化的检测范围。由此,即使由于随着时间变化等而导致初始倾斜误差较大的情况下,也能够通过粗调工序可靠地检测并修正该较大的初始倾斜误差。
另外,在微调工序中,由于基于由4分割传感器接收到两反射光的干涉光时的各分割元件的输出的相位差,来检测两反射光的相对倾斜量,所以能够比粗调工序更细致地检测倾斜量。并且,通过对观察相位差的2个分割元件进行选择,还能够检测倾斜方向。因此,通过微调工序能够实现比粗调工序分辨率高的倾斜修正。
另外,在微调工序中,由于在几乎不产生因移动镜15的移动而导致的倾斜误差的相位差零附近检测倾斜误差并进行修正,所以能够通过微调工序可靠地除去不是由于移动镜15的移动而导致的、在粗调工序中未被修正完的剩余的初始倾斜误差。由此,能够在分光测定前高精度地除去初始倾斜误差。
另外,通过动态校准工序,能够一边进行分光测定一边对因移动镜15的移动而产生的倾斜误差实时进行修正。另外,若在分光测定中对移动镜15进行共振驱动,则能够使移动镜15大位移地移,但若移动镜15的移动量大,则难以确保并进性,容易产生倾斜误差。因此,基于动态校准工序对分光测定中的倾斜误差的修正尤其在对移动镜15进行共振驱动的情况下非常有效。
另外,由于在初始调整工序(粗调工序、微调工序)以及动态校准工序中,通过对固定镜14进行驱动来对倾斜误差进行修正,所以能够使倾斜误差的修正机构与移动镜15的驱动机构18为独立的构成。由此,能够避免移动镜15的驱动机构18的复杂化。
另外,在本实施方式中,由于通过固定镜14的非共振驱动来进行倾斜修正,所以能够简单地进行倾斜修正。此时,通过压电元件103等的伸缩,能够可靠地实现固定镜14的非共振驱动。
另外,通过使用了平行板簧的驱动机构18来对移动镜15进行共振驱动(参照图4等)。通过使用平行板簧,能够容易地对移动镜15进行共振驱动。此时,在构成平行板簧的2个板簧部31、32中的一方31的表面形成压电元件35a,移动镜15通过因压电元件35a的伸缩而引起的2个板簧部31、32的共振而被共振驱。通过这样的使用了压电元件35a的平行板簧,能够可靠地实现移动镜15的共振驱动。
另外,如图7所示那样,驱动机构18还可以具备具有线圈35b和磁铁35c的驱动部35。而且,可以通过对流入线圈35b的电流进行控制,使2个板簧部31、32共振,来对移动镜15进行共振驱动。该情况下,通过使用了线圈35b和磁铁35c作为驱动部35的电磁方式,能够可靠地实现移动镜15的共振驱动。
〔7.其他〕
在本实施方式中,说明了在干涉仪的外部对试样照射光,使经由试样而得到的光入射到干涉仪并进行分光分析的情况,但例如也可以是使用从干涉仪的外部导入的光在干涉仪中生成干涉光,对试样照射该干涉光并进行分光分析的情况、或将从干涉仪的外部入射的光本身作为分析的对象。另外,若代替本实施方式所示的测定光输入部11而配置测定光源,则也能够进行测定光源的分析。并且,还可以构成为干涉仪内置有测定光源并将从测定光源射出的测定光对试样进行照射。因此,可以说用于取得第1干涉光的测定光可以是从干涉仪内置的光源射出的光,也可以是从干涉仪的外部入射的光。
工业实用性
本发明能够应用于使用迈克耳孙型干涉仪来进行分光分析的傅立叶变换分光分析装置。
附图标记说明:14...固定镜;15...移动镜;18...驱动机构;24...第2光检测器(4分割传感器);31...板簧部;32...板簧部;35a...压电元件;35b...线圈;35c...磁铁;103...压电元件;112...压电元件。

Claims (9)

1.一种倾斜修正方法,是对分光器中的移动镜的反射光与固定镜的反射光的倾斜误差进行修正的倾斜修正方法,其特征在于,具有:
初始调整工序,该初始调整工序包括:在分光测定前对上述两反射光的初始倾斜误差进行检测并修正的粗调工序、和与上述粗调工序相比更细致地对上述初始倾斜误差进行检测并修正的微调工序;以及
动态校准工序,在分光测定中,对因上述移动镜的移动而产生的上述两反射光的倾斜误差进行检测并修正;
在上述粗调工序中,将激光分离成2份光并导向上述移动镜以及上述固定镜,将一边使上述移动镜移动一边由4分割传感器接收到上述移动镜的反射光与上述固定镜的反射光的干涉光时的各分割元件的输出相加来检测上述干涉光的对比度的变化,并且基于上述对比度的变化来检测上述两反射光的相对倾斜量,对上述初始倾斜误差进行修正,
在上述微调工序中,基于由上述4分割传感器接收到上述两反射光的干涉光时的各分割元件的输出的相位差,来检测上述两反射光的相对倾斜量以及倾斜方向,对上述初始倾斜误差进行修正,
在上述微调工序中,在按照往复移动上述移动镜的方式进行了驱动时的最大驱动振幅的1/10以下的移动范围内,检测上述两反射光的相对倾斜量以及倾斜方向,对上述初始倾斜误差进行修正。
2.根据权利要求1所述的倾斜修正方法,其特征在于,
在上述动态校准工序中,基于由上述4分割传感器接收到上述两反射光的干涉光时的各分割元件的输出,来检测上述两反射光的相对倾斜量以及倾斜方向,对因上述移动镜的移动而产生的上述两反射光的倾斜误差进行修正。
3.根据权利要求1或2所述的倾斜修正方法,其特征在于,
分光测定中的上述移动镜的驱动为共振驱动。
4.根据权利要求1或2所述的倾斜修正方法,其特征在于,
在上述初始调整工序以及上述动态校准工序中,通过对上述固定镜进行驱动来修正倾斜误差。
5.根据权利要求4所述的倾斜修正方法,其特征在于,
在上述初始调整工序以及上述动态校准工序中,通过上述固定镜的非共振驱动来修正倾斜误差。
6.根据权利要求5所述的倾斜修正方法,其特征在于,
上述固定镜通过压电元件的伸缩而被非共振驱动。
7.根据权利要求3所述的倾斜修正方法,其特征在于,
上述移动镜被使用了平行板簧的驱动机构共振驱动。
8.根据权利要求7所述的倾斜修正方法,其特征在于,
在构成上述平行板簧的2个板簧部的至少一方的表面形成有压电元件,
上述移动镜通过因上述压电元件的伸缩而引起的上述2个板簧部的共振被共振驱动。
9.根据权利要求7所述的倾斜修正方法,其特征在于,
对上述平行板簧配置有磁铁,线圈与上述磁铁分离配置,
通过对流入上述线圈的电流进行控制来使2个板簧部共振,从而共振驱动上述移动镜。
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