DE112018007955T5 - Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers und Fouriertransform-Infrarotspektrometer - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers 10 ist eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position eines beweglichen Spiegels 24 eines Interferometers, das einen Strahlteiler 22, einen feststehenden Spiegel 23 und den beweglichen Spiegel 24 aufweist, wobei die Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers 10 umfasst: eine Laserlichtquelle 11; ein optisches Phasentrennungssystem (eine 1/8-Wellenlängenplatte 15 und einen Polarisationsstrahlteiler 16), das zum Bewirken, dass ein erstes Licht und ein zweites Licht, die aus Licht der Laserlichtquelle 11 erzeugt werden, durch den feststehenden Spiegel 23 und den beweglichen Spiegel 24 reflektiert werden und voneinander verschiedene Phasen aufweisen, separat erfasst werden, ausgebildet ist; eine Signalumwandlungseinheit (einen ersten Lichtdetektor 17A und einen zweiten Lichtdetektor 17B), die zum Erfassen des ersten Lichts und des zweiten Lichts synchronisiert mit einer Position des beweglichen Spiegels 24 ausgebildet ist, so dass jeweils ein erstes Sinuswellensignal und ein zweites Sinuswellensignal erzeugt werden; eine Phasenberechnungseinheit 18, die zum Durchführen einer Normalisierung und Phasendifferenzkorrektur mit jedem des ersten Sinuswellensignals und des zweiten Sinuswellensignals und dann Berechnen einer Phase des ersten Sinuswellensignals oder des zweiten Sinuswellensignals bei jedem Zeitpunkt ausgebildet ist; und eine Einheit zur Bestimmung der Position eines beweglichen Spiegels 19, die zum Bestimmen einer Position des beweglichen Spiegels 24 bei einem vorgegebenen Zeitpunkt aus einer Phase bei dem vorgegebenen Zeitpunkt auf der Basis einer Beziehung zwischen einer Position des beweglichen Spiegels 24 und der Phase ausgebildet ist.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers zur Bestimmung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers mit einem Strahlteiler, einem feststehenden Spiegel und dem beweglichen Spiegel, und ein Fouriertransform-Infrarotspektrometer (FTIR), das mit der Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers ausgestattet ist.
• STAND DER TECHNIK
• In einem FTIR erzeugt ein Interferometer, wie z.B. ein Michelson-Interferometer, Interferenzlicht mit einer Amplitude, die sich im Zeitverlauf ändert, und eine Probe wird mit dem Licht bestrahlt, und das durchgelassene Licht, das durch die Probe hindurchtritt, oder reflektiertes Licht, das von der Probe reflektiert wird, werden als Interferogramm erfasst. Durch Durchführen einer Fouriertransformationsverarbeitung mit diesem Interferogramm wird ein Spektrum mit der Wellenzahl (oder Wellenlänge) auf der horizontalen Achse und der Intensität auf der vertikalen Achse erhalten. Dabei ist das Michelson-Interferometer eine Vorrichtung, die einen Strahlteiler (halbdurchlässigen Spiegel), einen feststehenden Spiegel und einen beweglichen Spiegel umfasst, wobei Licht durch den Strahlteiler in zwei Strahlen aufgeteilt wird und ein Strahl durch den feststehenden Spiegel reflektiert wird, während der andere Strahl durch den beweglichen Spiegel reflektiert wird. Diese zwei reflektierten Lichtstrahlen interferieren miteinander. Durch Bewegen des beweglichen Spiegels ändert sich die Intensität des erhaltenen Interferenzlichts im Zeitverlauf.
• Eines der Steuerverfahren des Bewegens des beweglichen Spiegels in einem Michelson-Interferometer ist ein Verfahren, das als Quadratursteuerung bezeichnet wird (Patentdokument 1). In diesem Verfahren wird ein Laserinterferometer verwendet, das eine Laserlichtquelle, einen Strahlteiler, einen feststehenden Spiegel und einen beweglichen Spiegel umfasst, wobei die Laserlichtquelle getrennt von dem Michelson-Interferometer bereitgestellt ist, während der Strahlteiler, der feststehende Spiegel und der bewegliche Spiegel alle Teil des Michelson-Interferometers sind. Die Position des beweglichen Spiegels wird aus der Differenz der optischen Weglänge (Differenz des optischen Wegs) zwischen dem Licht, das durch den feststehenden Spiegel reflektiert wird, und dem Licht, das durch den beweglichen Spiegel reflektiert wird, erhalten. Die 5 zeigt ein Beispiel eines Laserinterferometers, der in dem Verfahren verwendet wird. Ein Laserinterferometer 90 weist eine Laserlichtquelle 91, die einen linear polarisierten Strahl emittiert, einen Strahlteiler 92, einen feststehenden Spiegel 93 und einen beweglichen Spiegel 94 auf, die von einem Michelson-Interferometer stammen. Das Laserinterferometer 90 weist ferner eine 1/8-Wellenlängenplatte 95 auf, die zwischen dem Strahlteiler 92 und dem feststehenden Spiegel 93 bereitgestellt und so angeordnet ist, dass die Polarisationsebene in Bezug auf die lineare Polarisation des Strahls geneigt ist. Auf der Emissionsseite des Strahlteilers 92 ist ein Polarisationsstrahlteiler 96 angeordnet, der einen p-Polarisationsstrahl und einen s-Polarisationsstrahl trennt, und ein erster Lichtdetektor 97A ist auf der Emissionsseite des p-Polarisationsstrahls angeordnet, und ein zweiter Lichtdetektor 97B ist auf der Emissionsseite des s-Polarisationsstrahls angeordnet. Der erste Lichtdetektor 97A ist mit einer ersten Wellenform-Formgebungseinrichtung 98A verbunden und der zweite Lichtdetektor 97B ist mit einer zweiten Wellenform-Formgebungseinrichtung 98B verbunden, wohingegen die erste Wellenform-Formgebungseinrichtung 98A und die zweite Wellenform-Formgebungseinrichtung 98B mit einem Aufwärts-Abwärts-Zähler 99 verbunden sind.
• In diesem Laserinterferometer 90 wird ein linear polarisierter Strahl von der Laserlichtquelle 91 emittiert und der Strahl wird durch den Strahlteiler 92 in zwei Strahlen aufgeteilt. Einer der aufgeteilten Strahlen wird durch den feststehenden Spiegel 93 reflektiert und der andere wird durch den beweglichen Spiegel 94 reflektiert. Dabei bleibt der Strahl, der durch den beweglichen Spiegel 94 reflektiert wird, linear polarisiert, wohingegen der linear polarisierte Strahl, der durch den feststehenden Spiegel 93 reflektiert wird, durch zweimaliges Hindurchtreten durch die 1/8-Wellenlängenplatte 95 zirkular polarisiert oder elliptisch polarisiert wird. Diese zwei Strahlen werden durch den Strahlteiler 92 überlagert, so dass sie zu Interferenzlicht werden, und das Interferenzlicht wird durch den Polarisationsstrahlteiler 96 in den p-Polarisationsstrahl und den s-Polarisationsstrahl getrennt. Der getrennte p-Polarisationsstrahl tritt in den ersten Lichtdetektor 97A ein und der s-Polarisationsstrahl tritt in den zweiten Lichtdetektor 97B ein. Der erste Lichtdetektor 97A und der zweite Lichtdetektor 97B wandeln jeweils die Intensität des Interferenzlichts in ein Stromsignal um, das ein Interferenzsignal ist. Wie es in den 6A und 6B gezeigt ist, werden das Interferenzsignal des p-Polarisationsstrahls und das Interferenzsignal des s-Polarisationsstrahls periodische Signale in Bezug auf die Zeit, und eine Periode entspricht einer Zeit, in der sich der bewegliche Spiegel 94 um eine Distanz von einer halben Wellenlänge des Lasers der Laserlichtquelle 91 bewegt. Diese Interferenzsignale werden durch die erste Wellenform-Formgebungseinrichtung 98A und die zweite Wellenform-Formgebungseinrichtung 98B zu Pulssignalen ausgebildet und in den Aufwärts-Abwärts-Zähler 99 eingespeist.
• Dabei wird, wenn sich der bewegliche Spiegel 94 von dem Strahlteiler 92 wegbewegt, eines (in dem Fall von 6A und 6B der p-Polarisationsstrahl. Abhängig von der Drehrichtung des zirkular polarisierten Strahls oder des elliptisch polarisierten Strahls kann es der Polarisationsstrahl entgegengesetzt zu dem in den 6A und 6B sein, d.h., eine s-Polarisation. Das Gleiche gilt nachstehend.) des p-Polarisationsinterferenzsignals und des s-Polarisationsinterferenzsignals bezüglich des anderen um 90° phasenverzögert (in den 6A und 6B die s-Polarisation). Wenn sich der bewegliche Spiegel 94 dem Strahlteiler 92 nähert, eilt der eine (in dem Fall der 6A und 6B der p-Polarisationsstrahl) dem anderen bezüglich der Phase um 90° vor (in dem Fall der 6A und 6B dem s-Polarisationsstrahl). Der Aufwärts-Abwärts-Zähler 99 zählt +1, wenn das Pulssignal durch das eine Interferenzsignal mit einer Phasenverzögerung von 90° in Bezug auf das Pulssignal durch das andere Interferenzsignal eingespeist wird, und zählt -1, wenn das Pulssignal durch das andere Interferenzsignal mit einer Phasenverzögerung von 90° in Bezug auf das Pulssignal durch das eine Interferenzsignal eingespeist wird. Durch Addieren dieser Zählwerte durch den Aufwärts-Abwärts-Zähler wird die Vor- und Zurückbewegung um die Differenz des optischen Wegs einer Wellenlänge des Laserstrahls, d.h., den Abstand einer halben Wellenlänge in dem beweglichen Spiegel 94, gemessen, und die Position des beweglichen Spiegels 94 wird bestimmt.
• DOKUMENTENLISTE
• PATENTDOKUMENT
• Patentdokument 1: JP H02-253103 A
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• TECHNISCHES PROBLEM
• Bei der herkömmlichen Quadratursteuerung ist es unmöglich, die Position zu bestimmen, wenn sich der bewegliche Spiegel auf halbem Weg der halben Wellenlänge befindet, da die Position des beweglichen Spiegels in Einheiten der halben Wellenlänge des Laserstrahls bestimmt wird. In dem FTIR ist ein Verfahren bekannt, das als Stufenabtastung bezeichnet wird, bei der eine Einheitsbewegung wiederholt wird, wobei die Einheitsbewegung das Bewegen des beweglichen Spiegels um die Distanz einer halben Wellenlänge, das Stoppen des beweglichen Spiegels und das Aufzeichnen eines Interferogramms umfasst. Zum Durchführen der Steuerung des Stoppens des beweglichen Spiegels ist es erforderlich, einen Fehler von einer Zielstoppposition mit einer Positionsauflösung zu bestimmen, die ausreichend höher ist als eine halbe Wellenlänge. Bei der herkömmlichen Quadratursteuerung ist es jedoch unmöglich, das Stufenabtasten durchzuführen, da die Positionsauflösung eine halbe Wellenlänge beträgt.
• Das durch die vorliegende Erfindung zu lösende Problem ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers, welche die Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers ungeachtet der Position mit einer hohen Auflösung bestimmen kann, und eines FTIR, das mit der Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers ausgestattet ist.
• LÖSUNG DES PROBLEMS
• Die vorliegende Erfindung, die zum Lösen der vorstehenden Probleme gemacht wurde, ist eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers, wobei das Interferometer einen Strahlteiler, einen feststehenden Spiegel und den beweglichen Spiegel aufweist, wobei die Vorrichtung umfasst:
1. a) eine Laserlichtquelle;
2. b) ein optisches Phasentrennungssystem, das zum Bewirken, dass ein erstes Licht und ein zweites Licht getrennt erfasst werden, ausgebildet ist, wobei das erste und das zweite Licht durch die Emission von der Laserlichtquelle und die Reflexion durch den feststehenden Spiegel bzw. den beweglichen Spiegel erzeugt werden, wobei das erste und das zweite Licht voneinander verschiedene Phasen aufweisen;
3. c) eine Signalumwandlungseinheit, die zum Erfassen des ersten Lichts und des zweiten Lichts entsprechend einer Position des beweglichen Spiegels und zum jeweiligen Erzeugen eines ersten elektrischen Sinuswellensignals und eines zweiten elektrischen Sinuswellensignals ausgebildet ist;
4. d) eine Phasenberechnungseinheit, die zum Durchführen einer Normalisierung und Phasendifferenzkorrektur mit jedem des ersten Sinuswellensignals und des zweiten Sinuswellensignals und dann Berechnen einer Phase des ersten Sinuswellensignals oder des zweiten Sinuswellensignals in Echtzeit ausgebildet ist; und
5. e) eine Einheit zur Bestimmung der Position eines beweglichen Spiegels, die zum Bestimmen einer Position des beweglichen Spiegels bei einem vorgegebenen Zeitpunkt aus einer Phase bei dem vorgegebenen Zeitpunkt auf einer Basis der Beziehung zwischen einer Position des beweglichen Spiegels und der Phase ausgebildet ist.
• Bei jedem Zeitpunkt weist das erste oder zweite elektrische Sinuswellensignal, das durch die Phasenberechnungseinheit erhalten wird, eine Phase mit einer vorgegebenen Beziehung zu einer Position des beweglichen Spiegels auf, was eine Bestimmung der Position des beweglichen Spiegels ermöglicht. Anschließend erzeugt dies die bestimmte Position des beweglichen Spiegels mit einer hohen Auflösung. Es sollte beachtet werden, dass eine Position des beweglichen Spiegels bei jedweder Position bestimmt werden kann, insbesondere auch an einer spezifischen Position, wenn der bewegliche Spiegel um eine halbe Wellenlänge bewegt wird.
• Beispiele für das optische Phasentrennungssystem umfassen ein System, in dem Licht, das durch den feststehenden Spiegel reflektiert wird, und Licht, das durch den beweglichen Spiegel reflektiert wird, unterschiedlich polarisiert werden, so dass sie getrennt erfasst werden können. Für ein solches optisches Phasentrennungssystem können beispielsweise eine Laserlichtquelle, die einen linear polarisierten Strahl emittiert, eine 1/8-Wellenlängenplatte, die zwischen dem Strahlteiler und dem feststehenden Spiegel angeordnet ist, und ein Polarisationsstrahlteiler, der bei einer nachfolgenden Stufe des Strahlteilers angeordnet ist, die in der vorstehend beschriebenen Quadratursteuerung verwendet werden, eingesetzt werden. Alternativ kann die 1/8-Wellenlängenplatte zwischen einem Strahlteiler und einem beweglichen Spiegel angeordnet sein. Ferner kann ein Polarisator verwendet werden, der von einer 1/8-Wellenlängenplatte verschieden ist.
• In der vorliegenden Erfindung steht der Begriff „Phasendifferenzkorrektur“ für eine Korrektur eines ersten Sinuswellensignals und eines zweiten Sinuswellensignals, so dass die Phasendifferenz zwischen diesen zwei Sinuswellensignalen einen vorgegebenen Wert erreicht (typischerweise 90°).
• Die Phasenberechnungseinheit normalisiert das Interferenzsignal durch die Verwendung des Durchschnittswerts und der Amplitude des ersten Sinuswellensignals und des zweiten Sinuswellensignals und führt die Phasendifferenzkorrektur durch Verwenden der Phasendifferenz zwischen dem ersten Sinuswellensignal und dem zweiten Sinuswellensignal als Parameter durch. Werte des Durchschnitts und der Amplitude des ersten Sinuswellensignals und des zweiten Sinuswellensignals werden als Parameter behandelt, die zur Berechnung der Phase erforderlich sind.
• Für diese Parameter ist vor dem Berechnen der Phase des ersten Sinuswellensignals und der Phase des zweiten Sinuswellensignals eine Kalibrierung erforderlich. Zum Erhalten dieser Kalibrierungswerte der Parameter ist es bevorzugt, dass die Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers gemäß der vorliegenden Erfindung ferner eine Parameter-Kalibrierungseinheit umfasst, die zum wiederholten Durchführen einer Verarbeitung von: Erfassen einer Mehrzahl von Intensitätswerten des ersten Sinuswellensignals und des zweiten Sinuswellensignals bei vorgegebenen Phasenintervallen; Erhalten eines Durchschnittswerts der Mehrzahl von erfassten Intensitätswerten für jedes des ersten Sinuswellensignals und des zweiten Sinuswellensignals; und Durchführen einer diskreten Fouriertransformation mit der Mehrzahl von erfassten Intensitätswerten zum Erhalten einer Amplitude und einer Phasendifferenz zwischen dem ersten Sinuswellensignal und dem zweiten Sinuswellensignal ausgebildet ist.
• Die Position des beweglichen Spiegels kann durch Durchführen einer Normalisierung unter Verwendung eines Durchschnittswerts und einer Amplitude, die auf der Basis der Mehrzahl von Intensitätswerten des ersten Sinuswellensignals und des zweiten Sinuswellensignals erhalten wird, die bei vorgegebenen Phasenintervallen erfasst werden, und Berechnen der Phase auf der Basis des ersten Sinuswellensignals und des zweiten Sinuswellensignals nach der Normalisierung auf diese Weise genauer bestimmt werden.
• Ein FTIR gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst
• ein optisches Infrarotlicht-Interferenzsystem mit einer Infrarotlichtquelle, einem Strahlteiler, einem feststehenden Spiegel und einem beweglichen Spiegel,
• einen Infrarotlichtdetektor, der zum Erfassen von Interferenzlicht ausgebildet ist, das durch das optische Infrarotlicht-Interferenzsystem erzeugt wird, und
• die vorstehend genannte Vorrichtung.
• Das FTIR gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Stufenabtaststeuereinheit umfassen, die zum Steuern des beweglichen Spiegels derart, dass ein Vorgang des Stoppens des beweglichen Spiegels an verschiedenen Positionen bei vorgegebenen regelmäßigen Intervallen durch Durchführen einer Steuerung unter Verwendung eines Positionssignals von der Einheit zur Bestimmung der Position eines beweglichen Spiegels wiederholt durchgeführt wird, und mehrmaligen Erfassen eines Erfassungssignals von dem Infrarotlichtdetektor an jeder der Positionen ausgebildet ist. Dadurch kann die Stufenabtastung mit einer hohen Genauigkeit durchgeführt werden.
• VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
• Gemäß der Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers und dem FTIR gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers ungeachtet der Position mit einer hohen Auflösung bestimmt werden.
• Figurenliste
• 1A ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 1B ist ein Blockdiagramm, das Funktionen einer Phasenberechnungseinheit und einer Einheit zur Bestimmung der Position eines beweglichen Spiegels in der Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers zeigt.
• 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Funktion einer Parameter-Berechnungseinheit zeigt, die in einer Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird.
• 3A bis 3C sind Ansichten, die ein Beispiel für den zeitlichen Ablauf zeigen, bei dem die Parameter-Berechnungseinheit Daten erfasst.
• 4 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel für ein FTIR zeigt, das eine Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
• 5 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines herkömmlichen Laserinterferometers zeigt.
• 6A ist ein Graph, der die zeitliche Änderung eines Interferenzsignals, eines Pulssignals, in dem eine Wellenform des Interferenzsignals geformt ist, und eines Ausgangssignals eines Aufwärts-Abwärts-Zählers zeigt, wenn sich ein beweglicher Spiegel von dem Strahlteiler in einem herkömmlichen Laserinterferometer wegbewegt, und 6B ist dasselbe, wenn sich ein beweglicher Spiegel dem Strahlteiler nähert.
• BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers
• Aufbau der Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers der vorliegenden Ausführungsform
• Eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1A und 1B beschrieben. Eine Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers 10 der vorliegenden Ausführungsform ist eine Vorrichtung, die in ein später beschriebenes FTIR 20 einbezogen wird, und weist, wie es in der 1A gezeigt ist, eine Laserlichtquelle 11, eine 1/8-Wellenlängenplatte 15, einen Polarisationsstrahlteiler 16, einen ersten Lichtdetektor 17A und einen zweiten Lichtdetektor 17B, eine Phasenberechnungseinheit 18 und eine Einheit zur Bestimmung der Position eines beweglichen Spiegels 19 auf. Die 1/8-Wellenlängenplatte 15 und der Polarisationsstrahlteiler 16 entspricht dem vorstehend beschriebenen optischen Phasentrennungssystem und der erste Lichtdetektor 17A und der zweite Lichtdetektor 17B entsprechen der vorstehend beschriebenen Signalumwandlungseinheit. Die 1A zeigt auch einen Strahlteiler 22, einen feststehenden Spiegel 23 und einen beweglichen Spiegel 24 des FTIR 20.
• Die Laserlichtquelle 11 emittiert einen linear polarisierten Laserstrahl. Die 1/8-Wellenlängenplatte 15 ist in dem FTIR 20 zwischen dem Strahlteiler 22 und dem feststehenden Spiegel 23 angeordnet. Der Polarisationsstrahlteiler 16 ist in dem FTIR 20 auf der Emissionsseite des Strahlteilers 22 angeordnet. Der erste Lichtdetektor 17A ist auf der p-Polarisationsstrahl-Emissionsseite des Polarisationsstrahlteilers 16 angeordnet, und der zweite Lichtdetektor 17B ist auf der s-Polarisationsstrahl-Emissionsseite des Polarisationsstrahlteilers 16 angeordnet. Der erste Lichtdetektor 17A und der zweite Lichtdetektor 17B entsprechen der vorstehend beschriebenen Signalumwandlungseinheit.
• Wie es in der 1B gezeigt ist, weist die Phasenberechnungseinheit 18 eine Normalisierungsverarbeitungseinheit 181, eine Phasendifferenz-Korrektureinheit 182 und eine Arkustangens-Verarbeitungseinheit 183 auf. Die Einheit zur Bestimmung der Position eines beweglichen Spiegels 19 weist eine Phasenverbindungseinheit 191 und eine Positionsumrechnungseinheit 192 auf. Jede dieser Einheiten ist durch Hardware eines Computers ausgeführt, wie z.B. einen Logikschaltkreis, der eine digitale Signalverarbeitung durchführt, eine CPU und einen Speicher sowie Software. Die Funktionen von jeder dieser Einheiten werden später beschrieben.
• Betrieb der Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers der vorliegenden Ausführungsform
• Der Betrieb der Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers 10 der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben. Die Laserlichtquelle 11 emittiert einen linear polarisierten Strahl. Dieser Strahl wird durch den Strahlteiler 22 des FTIR 20 in zwei Strahlen aufgeteilt. Einer der aufgeteilten Strahlen wird durch den feststehenden Spiegel 23 des FTIR 20 reflektiert und der andere wird durch den beweglichen Spiegel 24 des FTIR 20 reflektiert. Der Strahl, der durch den feststehenden Spiegel 23 reflektiert wird, wird durch zweimaliges Hindurchtreten durch die 1/8-Wellenlängenplatte 15 vor und nach der Reflexion ein zirkularer Polarisationsstrahl oder ein elliptischer Polarisationsstrahl. Diese zwei Strahlen werden durch den Strahlteiler 22 des FTIR 20 überlagert und treten in den Polarisationsstrahlteiler 16 der Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers 10 ein. Der Polarisationsstrahlteiler 16 trennt den überlagerten Strahl in einen p-Polarisationsstrahl und einen s-Polarisationsstrahl. Der p-Polarisationsstrahl tritt in den ersten Lichtdetektor 17A ein und der s-Polarisationsstrahl tritt in den zweiten Lichtdetektor 17B ein. Der erste Lichtdetektor 17A wandelt den einfallenden p-Polarisationsstrahl in ein elektrisches Signal um und der zweite Lichtdetektor 17B wandelt den einfallenden s-Polarisationsstrahl in ein elektrisches Signal um.
• Die durch den ersten Lichtdetektor 17A und den zweiten Lichtdetektor 17B so erzeugten zwei elektrischen Signale werden zu Sinuswellen, deren Intensität jedesmal, wenn sich der bewegliche Spiegel 24 um eine Wellenlänge des Laserstrahls mit der Differenz der optischen Weglänge bewegt, eine Ein-Periode-Änderung erfährt. Nachstehend wird das elektrische Signal, das durch den ersten Lichtdetektor 17A erzeugt wird, als erstes Sinuswellensignal I_A bezeichnet, und das elektrische Signal, das durch den zweiten Lichtdetektor 17B erzeugt wird, wird als zweites Sinuswellensignal I_B bezeichnet.
• Die Phasenberechnungseinheit 18 führt den folgenden Vorgang mit dem ersten Sinuswellensignal I_A und dem zweiten Sinuswellensignal I_B durch.
• Wenn die Amplituden des ersten Sinuswellensignals I_A und des zweiten Sinuswellensignals I_B a_A bzw. a_B sind, sind die Durchschnittswerte des ersten Sinuswellensignals I_A und des zweiten Sinuswellensignals I_B b_A bzw. b_B und die Phasendifferenz zwischen den zwei Sinuswellensignalen ist Δφ, wobei die Phasen dieser zwei Sinuswellensignale als (φ + (Δφ/2)) bzw. (φ - (Δφ/2)) angegeben werden können. Durch das Angeben der Sinuswellensignale auf diese Weise werden das erste Sinuswellensignal I_A und das zweite Sinuswellensignal I_B wie folgt angegeben: $${\text{I}}_{\text{A}}={\text{a}}_{\text{A}}\text{cos}\left(\mathrm{\phi }+\left(\mathrm{\Delta \phi }/2\right)\right)+{\text{b}}_{\text{A}}$$

  

  $${\text{I}}_{\text{B}}={\text{a}}_{\text{B}}\text{cos}\left(\mathrm{\phi }-\left(\mathrm{\Delta \phi }/2\right)\right)+{\text{b}}_{\text{B}}$$

  
• Wenn die hier angegebenen fünf Parameter im Vorhinein erhalten werden, d.h., die Amplituden a_A und a_B, die Durchschnittswerte b_A und b_B sowie die Phasendifferenz Δφ, kann die Position des beweglichen Spiegels durch das nachstehend beschriebene Verfahren berechnet werden. Die Berechnungsgenauigkeit dieser fünf Parameter beeinflusst die Berechnungsgenauigkeit der Endposition des beweglichen Spiegels stark. Darüber hinaus werden diese fünf Parameter durch den Aufbau des optischen Systems bestimmt und sind stets konstante Werte, wenn das optische System streng ideal ist, jedoch ändern sie sich in einem realen optischen System in einer realen Vorrichtung aufgrund einer Änderung der Lichtmenge aufgrund einer Änderung der erfassten Laserstrahlintensität aufgrund der Bewegung des beweglichen Spiegels oder einer geringfügigen Änderung der Laserkohärenz. Daher wird durch die Durchführung einer Kalibrierung dieser fünf Parameter mit einer hohen Genauigkeit und in Echtzeit die Genauigkeit der Position des beweglichen Spiegels verbessert. Ein Beispiel für ein Kalibrierungsverfahren wird nachstehend beschrieben.
• Durch Subtrahieren des Durchschnittswerts von und Dividieren der Amplitude durch diese zwei Sinuswellensignale I_A bzw. I_B erzeugt die Normalisierungsverarbeitungseinheit 181 zwei normalisierte Sinuswellensignale J_A und J_B, mit denen die Normalisierungsverarbeitung durchgeführt worden ist, $${\text{J}}_{\text{A}}=\left({\text{I}}_{\text{A}}-{\text{b}}_{\text{A}}\right)/{\text{a}}_{\text{A}}$$

  

  $${\text{J}}_{\text{B}}=\left({\text{I}}_{\text{B}}-{\text{b}}_{\text{B}}\right)/{\text{a}}_{\text{B}}$$

  
• Das Durchführen der Normalisierungsverarbeitung auf diese Weise beseitigt einen Einfluss einer Differenz zwischen den Amplituden und den Durchschnittswerten der zwei Polarisationsstrahlen, die durch eine Differenz zwischen der Durchlässigkeit eines Polarisationsstrahls und dem Reflexionsgrad des anderen Polarisationsstrahls in dem Polarisationsstrahlteiler 16 oder eine Differenz bei der Erfassungsempfindlichkeit zwischen dem ersten Lichtdetektor 17A und dem zweiten Lichtdetektor 17B verursacht wird.
• Als nächstes führt die Phasendifferenz-Korrektureinheit 182 mit diesen zwei normalisierten Sinuswellensignalen J_A und J_B eine Verarbeitung des Erzeugens von zwei normalisierten Sinuswellensignalen c und s nach einer Phasendifferenzkorrektur durch, wobei deren Phasendifferenz auf 90° korrigiert wird. Insbesondere werden durch Durchführen einer Verarbeitung durch den folgenden Ausdruck (3),
  [Math1] $$\left[\begin{array}{c}c\\ s\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\text{sin}\left(\mathrm{\Delta }\varphi /2\right)& \text{sin}\left(\mathrm{\Delta }\varphi /2\right)\\ -\text{cos}\left(\mathrm{\Delta }\varphi /2\right)& \text{cos}\left(\mathrm{\Delta }\varphi /2\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{J}_A\\ J_B\end{array}\right]$$

  

  die normalisierten Sinuswellensignale c und s nach der Phasendifferenzkorrektur $$\text{c}=\text{sin}\left(\mathrm{\Delta \phi }\right)\cdot \text{cos}\mathrm{\phi =}\text{sin}\left(\mathrm{\Delta \phi }\right)\cdot \text{sin}\left(\mathrm{\phi }+\mathrm{\pi }/2\right)$$

  

  $$\text{s}=\text{sin}\left(\mathrm{\Delta \phi }\right)\cdot \text{sin}\mathrm{\phi }$$

  

  und die Phasendifferenz zwischen diesen wird 90°.
• Die Arkustangens-Verarbeitungseinheit 183 dividiert ein Signal s der zwei normalisierten Sinuswellensignale nach der Phasendifferenzkorrektur durch das andere Signal b, und erhält dann den Arkustangens. Dann ergibt sich aus den Ausdrücken (4a) und (4b) $$\mathrm{\phi }=\text{arctan}\left(\text{s}/\text{c}\right)$$

  

  und die Phase φ wird berechnet.
• Als nächstes rechnet die Einheit zur Bestimmung der Position eines beweglichen Spiegels 19 die Phase φ, die durch die Phasenberechnungseinheit 18 erhalten worden ist, in eine Position x des beweglichen Spiegels um. Bei dieser Umrechnung führt zuerst die Phasenverbindungseinheit 191 eine Phasenverbindungsverarbeitung mit φ durch, wie sie in dem Ausdruck (5) gezeigt ist. Die Phasenverbindungsverarbeitung bezieht sich auf die Verarbeitung von Verbindungsdiskontinuitäten (einer unvermittelten Veränderung von Daten), die auftreten, wenn die Phase -π und +π ist, da φ eine Arkustangensfunktion ist, so dass sie kontinuierliche Daten werden. Dabei wird die Phasenverbindungsverarbeitung durch eine Funktion von „Unwrap(cp)“ angezeigt.
• Die Positionsumrechnungseinheit 192 nutzt die Phase φ nach der Phasenverbindung und eine Wellenlänge λ des Laserstrahls zum Bestimmen der Position x des beweglichen Spiegels durch den folgenden Ausdruck (6) $$\text{x}=\left(\mathrm{\lambda }/4\mathrm{\pi }\right)\text{Unwrap}\left(\mathrm{\phi }\right)$$

  
• Bei dem Interferometer gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Durchführen der vorstehenden Verarbeitung die Position x nicht nur bei einem bestimmten Zeitpunkt bestimmt werden, wie z.B. wenn sich der bewegliche Spiegel um eine Wellenlänge bewegt, sondern bei jedwedem Zeitpunkt, und somit kann die Position des beweglichen Spiegels mit einer hohen Auflösung bestimmt werden.
• Beispiele für Konfigurationen und den Einsatz von Kalibrieramplituden a_A und a_B, von Durchschnittswerten b_A und b_B und der Phasendifferenz Δφ
• Als nächstes wird die Konfiguration und der Einsatz einer Parameter-Kalibrierungseinheit 185 zum Kalibrieren der Amplituden a_A und a_B, der Durchschnittswerte b_A und b_B und der Phasendifferenz Δφ, die Parameter sind, die in der Phasenberechnungseinheit 18 verwendet werden, unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben. Die Parameter-Kalibrierungseinheit 185 weist eine Datensamplingeinheit 1851, eine Samplingdaten-Aufzeichnungseinheit 1852, eine Parameter-Berechnungseinheit 1853 und eine berechneter Parameter-Ausgabeeinheit 1854 auf.
• Die Datensamplingeinheit 1851 erfasst bei jedem vorgegebenen Zeitpunkt Daten des ersten Sinuswellensignals I_A und des zweiten Sinuswellensignals I_B, die durch den ersten Lichtdetektor 17A und den zweiten Lichtdetektor 17B erzeugt worden sind, und die Phase φ, bevor die Phasenverbindung von der Arkustangens-Verarbeitungseinheit 183 ausgegeben wird. Dabei können, wie es durch die Kreise in der 3A angegeben ist, beispielsweise die Zeitpunkte der Erfassung dieser Werte der Zeitpunkt sein, der durch Aufteilen einer Periode des ersten Sinuswellensignals I_A und des zweiten Sinuswellensignals I_B in N gleiche Teile (N ist eine ganze Zahl, die 2 oder größer ist) erhalten wird, d.h., die N Zeitpunkte (n ist eine ganze Zahl zwischen 0 und (N - 1)), wenn die Phase φ (2πn/N) beträgt. In der 3A ist, wobei die Phasendifferenz Δφ zwischen dem ersten Sinuswellensignal I_A und dem zweiten Sinuswellensignal I_B etwa 90° beträgt (als 90° betrachtet wird), die Beziehung zwischen diesen durch Kreise in dem Graphen angegeben, wobei die Intensität von I_A durch die vertikale Achse dargestellt ist und die Intensität von I_B durch die horizontale Achse dargestellt ist.
• Die Zeitpunkte der Erfassung der Daten von I_A, I_B und φ sind nicht auf den Fall von 3A beschränkt, und können die Zeitpunkte sein, die in 3B und 3C gezeigt sind. In der 3B, während wiederholt Daten bei einer Samplingrate erfasst werden, die ausreichend kürzer ist als der Zeitpunkt, bei dem die Phase φ (2πn/N) ist, werden Daten, die unmittelbar bevor und nachdem die Phase φ (2πn/N) wird, erhalten werden, so extrahiert, dass beide Daten interpoliert werden, wodurch die Daten bei (2πn/N) erfasst werden. Anstatt des Interpolierens beider Daten kann ein Durchschnittswert beider Daten berechnet werden oder nur eine Art von Daten unmittelbar bevor oder unmittelbar nachdem die Phase φ
  (2πn/N) wird, kann verwendet werden. Das Verfahren, bei dem die Daten verwendet werden, die unmittelbar bevor und unmittelbar nachdem die Phase φ (2πn/N) wird, auf diese Weise erhalten werden, ist in einem Fall effektiv, bei dem die Zeiträume des ersten Sinuswellensignals I_A und des zweiten Sinuswellensignals I_B ausreichend lang sind und eine ausreichend große Menge von Daten für jedes (2π/N) erfasst werden kann.
• Andererseits werden in einem Fall, bei dem die Perioden des ersten Sinuswellensignals I_A und des zweiten Sinuswellensignals I_B ausreichend kurz sind, wie es in der 3C gezeigt ist, Daten nur extrahiert, wenn die Phase φ innerhalb des Bereichs von (2πn/N ± δ) liegt (δ ist ein Wert, der ausreichend kleiner als 2π/N ist), während wiederholt Daten bei der kürzestmöglichen Samplingrate erfasst werden. In einem Fall, bei dem die Periode so kurz ist, dass sich die Phase φ während eines Samplings über 2π/N hinaus ändert, beträgt die Anzahl von Daten, die in jeder Phase von (2πn/N) während einer Periode erfasst werden können, 0 oder höchstens 1. Durch Erfassen von Daten über eine Mehrzahl von Perioden können jedoch zwei oder mehr Daten in jeder Phase von (2πn/N) erfasst werden. Folglich können in jeder Phase von (2πn/N) durch Interpolieren der erfassten zwei Daten die Daten in jeder Phase von (2πn/N) erfasst werden. Alternativ kann ein Durchschnittswert von zwei erfassten Daten berechnet werden oder nur eine Art von erfassten Daten kann verwendet werden.
• Die Samplingdaten-Aufzeichnungseinheit 1852 zeichnet Daten von I_A, I_B und φ auf, die in jeder Phase in der Datensamplingeinheit 1851 erfasst worden sind.
• Die Parameter-Berechnungseinheit 1853 erfasst die Daten von I_A(n), I_B(n) und φ(n) in einer Phase, bei der n innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, die in der Samplingdaten-Aufzeichnungseinheit 1852 aufgezeichnet worden sind, und erhält auf der Basis der Daten Kalibrierungswerte der Amplituden a_A und a_B von I_A und I_B, die Durchschnittswerte b_A und b_B von I_A und I_B und die Phasendifferenz Δφ zwischen I_A und I_B. Nachstehend wird ein Fall als Beispiel erläutert, bei dem N Daten für eine Periode verwendet werden, jedoch ist die Anzahl der zu verwendenden Daten nicht auf N beschränkt.
• Zuerst wird der Kalibrierungswert des Durchschnittswerts b_A von I_A durch Dividieren der Summe von I_A(n) (n = 0 bis (N - 1)) durch N erhalten. Entsprechend wird der Kalibrierungswert des Durchschnittswerts b_B von I_B durch Dividieren der Summe von I_B(n) (n = 0 bis (N - 1)) durch N erhalten.
  [Math. 2] $$b_{\text{A}}=\frac{1}{\text{N}}{\displaystyle \sum _{\text{n}=0}^{\text{N}-1}{I}_{\text{A}}\left(\text{n}\right)}$$

  

  $$b_{\text{B}}=\frac{1}{\text{N}}{\displaystyle \sum _{\text{n}=0}^{\text{N}-1}{I}_{\text{B}}\left(\text{n}\right)}$$

  
• Der Kalibrierungswert der Amplitude a_A von I_A wird durch den folgenden Ausdruck (9a) unter Verwendung der komplexen Komponente der normalisierten Frequenz X_A (des folgenden Ausdrucks (8a)) erhalten, die durch Durchführen einer diskreten Fouriertransformation mit N I_A(n) erhalten wird. Entsprechend wird der Kalibrierungswert der Amplitude a_B von I_B durch den folgenden Ausdruck (9b) unter Verwendung der komplexen Komponente der normalisierten Frequenz X_B (des folgenden Ausdrucks (8b)) erhalten.
  [Math. 3] $$X_{\text{A}}={\displaystyle \sum _{\text{n}=0}^{\text{N}-1}{I}_{\text{A}}\left(\text{n}\right)}\text{ exp}\left(-\text{j}\frac{2\mathrm{\pi }\text{n}}{\text{N}}\right)$$

  

  $$X_{\text{B}}={\displaystyle \sum _{\text{n}=0}^{\text{N}\cdot 1}{I}_{\text{B}}\left(\text{n}\right)}\text{ exp}\left(-\text{j}\frac{2\mathrm{\pi }\text{n}}{\text{N}}\right)$$

  

  
  [Math. 4] $$a_{\text{A}}=\frac{2}{\text{N}}\left|X_{\text{A}}\right|$$

  

  $$a_{\text{B}}=\frac{2}{\text{N}}\left|X_{\text{B}}\right|$$

  
• Der Kalibrierungswert der Phasendifferenz Δφ zwischen I_A und I_B wird durch den folgenden Ausdruck (10) aus der Differenz zwischen einem Argument ∠X_A einer komplexen Zahl X_A und einem Argument ∠X_B einer komplexen Zahl X_B erhalten. $$\mathrm{\Delta \phi }=\angle X_{\text{A}}-\angle X_{\text{B}}$$

  
• Die berechneter Parameter-Ausgabeeinheit 1854 gibt die Kalibrierungswerte der Amplituden a_A und a_B und die Durchschnittswerte b_A und b_B, die durch die Parameter-Berechnungseinheit 1853 erhalten worden sind, an die Normalisierungsverarbeitungseinheit 181 aus, und gibt den Kalibrierungswert der Phasendifferenz Δφ, der durch die Parameter-Berechnungseinheit 1853 berechnet worden ist, an die Phasendifferenz-Korrektureinheit 182 aus. Die Normalisierungsverarbeitungseinheit 181 führt eine Normalisierungsverarbeitung des ersten Sinuswellensignals I_A und des zweiten Sinuswellensignals I_B unter Verwendung der Kalibrierungswerte der Amplituden a_A und a_B und der Durchschnittswerte b_A und b_B durch, und die Phasendifferenz-Korrektureinheit 182 führt eine Phasenkorrektur unter Verwendung des Kalibrierungswerts der Phasendifferenz Δφ durch. Dieses Kalibrierungsverfahren verbessert die Genauigkeit der Berechnung der Phase φ verglichen mit dem Fall der Verwendung von unkalibrierten Werten der Amplituden a_A und a_B, des Durchschnitts b_A und b_B und der Phasendifferenz Δφ. Darüber hinaus verbessert dieses Verfahren auch die Lokalisierungsgenauigkeit der Position x des beweglichen Spiegels sehr stark.
• Ferner kann eine Reihe von Vorgängen des Durchführens einer Kalibrierung des Parameters durch die Parameter-Kalibrierungseinheit 185 unter Verwendung des Werts der hochgenauen Phase φ, die auf diese Weise erhalten worden ist, wiederholt werden. Dies kann ferner die Lokalisierungsgenauigkeit der Position x des erhaltenen beweglichen Spiegels erhöhen. Daher kann selbst dann, wenn der anfänglich verwendete Parameter einen Wert mit geringer Genauigkeit aufweist, eine gewünschte Genauigkeit durch wiederholtes mehrmaliges Verarbeiten durch die Parameter-Kalibrierungseinheit 185 erhalten werden. Insbesondere ist es ausreichend, die Kalibrierung unter Verwendung der Durchschnittswerte b_A und b_B, die aus dem Durchschnitt der Spitzen und Täler des ersten Sinuswellensignals und des zweiten Sinuswellensignals erhalten werden, der Amplituden a_A und a_B, die aus der Differenz zwischen den Spitzen und Tälern erhalten wird, und der Phasendifferenz Δφ = π/2 als Parameter von Anfangswerten mehrmals durchzuführen. Ferner ermöglicht selbst bei einer Änderung des Parameters aufgrund einer dynamischen Änderung des optischen Systems eine wiederholte und kontinuierliche Kalibrierung das konstante Erhalten des Parameters mit einer hohen Genauigkeit und die schließlich erhaltene Lokalisierungsgenauigkeit der Position x des beweglichen Spiegels wird mit hoher Genauigkeit konstant gehalten.
• Eine Ausführungsform des FTIR
• Als nächstes wird das FTIR 20, in das die Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers 10 einbezogen ist, unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben. Das FTIR 20 weist eine Infrarotlichtquelle 21, den Strahlteiler 22, den feststehenden Spiegel 23, den beweglichen Spiegel 24, eine Probenkammer 25 und einen Infrarotlichtdetektor 26 auf. Ein erster konvergierender Spiegel 251, der Infrarotlicht auf eine Probe in der Probenkammer 25 konvergiert, ist vor der Probenkammer 25 bereitgestellt, und ein zweiter konvergierender Spiegel 252, der Infrarotlicht auf den Infrarotlichtdetektor 26 konvergiert, ist zwischen der Probenkammer 25 und dem Infrarotlichtdetektor 26 bereitgestellt. Das Infrarotlicht, das von der Infrarotlichtquelle 21 emittiert wird, wird auf den Strahlteiler 22 angewandt und wird durch den Strahlteiler 22 in zwei Richtungen zu dem feststehenden Spiegel 23 und dem beweglichen Spiegel 24 aufgeteilt. Das Infrarotlicht, das durch den feststehenden Spiegel 23 bzw. den beweglichen Spiegel 24 reflektiert wird, kehrt zu dem Strahlteiler 22 zurück und vereinigt sich damit. Dabei tritt, wenn der bewegliche Spiegel 24 bewegt wird, eine Differenz zwischen dem optischen Weg des Infrarotlichts, das durch den feststehenden Spiegel 23 reflektiert wird, und der optischen Weglänge des Infrarotlichts, das durch den beweglichen Spiegel 24 reflektiert wird, auf und Infrarot-Interferenzlicht, das einer Interferenz mit verschiedenen Phasen gemäß der Differenz der optischen Weglänge unterlag, wird erzeugt. Das Infrarot-Interferenzlicht wird durch den ersten konvergierenden Spiegel 251 konvergiert und auf die Probe in der Probenkammer 25 angewandt. Das Infrarot-Interferenzlicht, das durch die Probe hindurchtritt, wird durch den Infrarotlichtdetektor 26 erfasst.
• Die Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers 10, die in das FTIR 20 einbezogen ist, weist zusätzlich zu der vorstehend genannten Laserlichtquelle 11, der 1/8-Wellenlängenplatte 15, dem Polarisationsstrahlteiler 16, dem ersten Lichtdetektor 17A, dem zweiten Lichtdetektor 17B, der Phasenberechnungseinheit 18 und der Einheit zur Bestimmung der Position eines beweglichen Spiegels 19 einen ersten kleinen Reflexionsspiegel 111, der zwischen der Infrarotlichtquelle 21 und dem Strahlteiler 22 bereitgestellt ist, und einen zweiten kleinen Reflexionsspiegel 112, der zwischen dem Strahlteiler 22 und dem ersten konvergierenden Spiegel 251 bereitgestellt ist, auf. Die Laserlichtquelle 11 ist an einer Position entfernt von dem optischen Weg (zwischen zwei parallelen gestrichelten Linien in der 4) von Infrarotlicht zwischen der Infrarotlichtquelle 21 und dem Strahlteiler 22 angeordnet, so dass der Strahl, der von der Laserlichtquelle 11 emittiert wird, durch den ersten kleinen Reflexionsspiegel 111 reflektiert wird und in den Strahlteiler 22 eintritt. Der Polarisationsstrahlteiler 16 ist an einer Position entfernt von dem optischen Weg von Infrarotlicht des Strahlteilers 22 und des ersten konvergierenden Spiegels 251 angeordnet, so dass der Strahl, der durch den Strahlteiler 22 hindurchgetreten ist, durch den zweiten kleinen Reflexionsspiegel 112 reflektiert wird und in den Polarisationsstrahlteiler 16 eintritt. Da sowohl der erste kleine Reflexionsspiegel 111 als auch der zweite kleine Reflexionsspiegel 112 klein sind, kann das Infrarotlicht nahezu ohne Störung des Infrarotlichts hindurchtreten.
• Gemäß dem FTIR 20 kann ein Interferogramm mit einem ähnlichen Verfahren wie demjenigen in dem herkömmlichen FTIR erfasst werden, während die Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers 10 die Position des beweglichen Spiegels 24 erhält.
• Das FTIR 20 kann ferner eine Stufenabtaststeuereinheit 27 umfassen, die zum wiederholten Durchführen eines Vorgangs des Erfassens eines Erfassungssignals von dem Infrarotlichtdetektor 26, während eine Regelung des Stoppens des beweglichen Spiegels 24 an einer vorgegebenen Position durchgeführt wird, bei verschiedenen Positionen bei vorgegebenen Intervallen ausgebildet ist. Dies ermöglicht die Durchführung der Stufenabtastung mit einer hohen Genauigkeit.
• Während vorstehend die Ausführungsformen der Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers und des FTIR gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und verschiedene Modifizierungen können gemäß dem Umfang der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
• Bezugszeichenliste

10

Vorrichtung zur Messung der Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers

11, 91

Laserlichtquelle

111

Erster kleiner Reflexionsspiegel

112

Zweiter kleiner Reflexionsspiegel

15, 95

1/8-Wellenlängenplatte

16, 96

Polarisationsstrahlteiler

17A, 97A

Erster Lichtdetektor

17B, 97B

Zweiter Lichtdetektor

18

Phasenberechnungseinheit

181

Normalisierungsverarbeitungseinheit

182

Phasendifferenz-Korrektureinheit

183

Arkustangens-Verarbeitungseinheit

185

Parameter-Kalibrierungseinheit

1851

Datensamplingeinheit

1852

Samplingdaten-Aufzeichnungseinheit

1853

Parameter-Berechnungseinheit

1854

Berechneter Parameter-Ausgabeeinheit

19

Einheit zur Bestimmung der Position eines beweglichen Spiegels

191

Phasenverbindungseinheit

192

Positionsumrechnungseinheit

20

FTIR

21

Infrarotlichtquelle

22, 92

Strahlteiler

23, 93

Feststehender Spiegel

24, 94

Beweglicher Spiegel

25

Probenkammer

251

Erster konvergierender Spiegel

252

Zweiter konvergierender Spiegel

26

Infrarotlichtdetektor

27

Stufenabtaststeuereinheit

90

Laserinterferometer

98A

Erste Wellenform-Formgebungseinrichtung

98B

Zweite Wellenform-Formgebungseinrichtung

99

Aufwärts-Abwärts-Zähler

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP H02253103 A [0006]

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Bestimmen einer Position eines beweglichen Spiegels eines Interferometers, wobei das Interferometer einen Strahlteiler, einen feststehenden Spiegel und den beweglichen Spiegel aufweist, wobei die Vorrichtung umfasst: a) eine Laserlichtquelle; b) ein optisches Phasentrennungssystem, das zum Bewirken, dass ein erstes Licht und ein zweites Licht getrennt erfasst werden, ausgebildet ist, wobei das erste und das zweite Licht durch die Emission von der Laserlichtquelle und die Reflexion durch den feststehenden Spiegel bzw. den beweglichen Spiegel erzeugt werden, wobei das erste und das zweite Licht voneinander verschiedene Phasen aufweisen; c) eine Signalumwandlungseinheit, die zum Erfassen des ersten Lichts und des zweiten Lichts entsprechend einer Position des beweglichen Spiegels und zum jeweiligen Erzeugen eines ersten elektrischen Sinuswellensignals und eines zweiten elektrischen Sinuswellensignals ausgebildet ist; d) eine Phasenberechnungseinheit, die zum Durchführen einer Normalisierung und Phasendifferenzkorrektur mit jedem des ersten Sinuswellensignals und des zweiten Sinuswellensignals und dann Berechnen einer Phase des ersten Sinuswellensignals oder des zweiten Sinuswellensignals in Echtzeit ausgebildet ist; und e) eine Einheit zur Bestimmung der Position eines beweglichen Spiegels, die zum Bestimmen einer Position des beweglichen Spiegels bei einem vorgegebenen Zeitpunkt aus einer Phase bei dem vorgegebenen Zeitpunkt auf einer Basis einer Beziehung zwischen einer Position des beweglichen Spiegels und der Phase ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Parameter-Kalibrierungseinheit umfasst, die zum wiederholten Durchführen einer Verarbeitung von: Erfassen einer Mehrzahl von Intensitätswerten des ersten Sinuswellensignals und des zweiten Sinuswellensignals bei vorgegebenen Phasenintervallen; Erhalten eines Durchschnittswerts der Mehrzahl von erfassten Intensitätswerten für jedes des ersten Sinuswellensignals und des zweiten Sinuswellensignals; und Durchführen einer diskreten Fouriertransformation mit der Mehrzahl von erfassten Intensitätswerten zum Erhalten einer Amplitude und einer Phasendifferenz zwischen dem ersten Sinuswellensignal und dem zweiten Sinuswellensignal ausgebildet ist.
3. Fouriertransform-Infrarotspektrometer, umfassend: ein optisches Infrarotlicht-Interferenzsystem mit einer Infrarotlichtquelle, einem Strahlteiler, einem feststehenden Spiegel und einem beweglichen Spiegel; einen Infrarotlichtdetektor, der zum Erfassen von Interferenzlicht ausgebildet ist, das durch das optische Infrarotlicht-Interferenzsystem erzeugt wird; und die Vorrichtung nach Anspruch 1.
4. Fouriertransform-Infrarotspektrometer nach Anspruch 3, das eine Stufenabtaststeuereinheit umfasst, die zum Steuern des beweglichen Spiegels derart, dass ein Vorgang des Stoppens des beweglichen Spiegels an verschiedenen Positionen bei vorgegebenen regelmäßigen Intervallen durch Durchführen einer Steuerung unter Verwendung eines Positionssignals von der Einheit zur Bestimmung der Position eines beweglichen Spiegels wiederholt durchgeführt wird, und mehrmaligen Erfassen eines Erfassungssignals von dem Infrarotlichtdetektor an jeder der Positionen ausgebildet ist.
5. Fouriertransform-Infrarotspektrometer, umfassend: ein optisches Infrarotlicht-Interferenzsystem mit einer Infrarotlichtquelle, einem Strahlteiler, einem feststehenden Spiegel und einem beweglichen Spiegel; einen Infrarotlichtdetektor, der zum Erfassen von Interferenzlicht ausgebildet ist, das durch das optische Infrarotlicht-Interferenzsystem erzeugt wird; und die Vorrichtung nach Anspruch 2.
6. Fouriertransform-Infrarotspektrometer nach Anspruch 5, das eine Stufenabtaststeuereinheit umfasst, die zum Steuern des beweglichen Spiegels derart, dass ein Vorgang des Stoppens des beweglichen Spiegels an verschiedenen Positionen bei vorgegebenen regelmäßigen Intervallen durch Durchführen einer Steuerung unter Verwendung eines Positionssignals von der Einheit zur Bestimmung der Position eines beweglichen Spiegels wiederholt durchgeführt wird, und mehrmaligen Erfassen eines Erfassungssignals von dem Infrarotlichtdetektor an jeder der Positionen ausgebildet ist.

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