JP2011169891A - 干渉計のステップ走査システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】いくつかの実施形態では、ステップ走査赤外線(IR)分光干渉計における路長差(遅延)は、ステップ変更に続く第1の期間について交流サーボ機構(サーボ)制御下で、および、第1の期間に続く第2の期間について直流サーボ制御下で維持される。データは、直流サーボ制御期間中および/または直流サーボ制御期間後に取得される。データ取得前に交流サーボ制御を停止することで、ディザー周波数ノイズを制限することができる。さもないと、ディザー周波数ノイズは、高速時間分解分光法(TSR)などの高速時間スケール用途で特に、対象となる信号に影響を与える可能性がある。鏡位置制御回路は、鏡位置ステップ、および、交流から直流への鏡サーボ制御の切り換えを制御する。
【選択図】図2
Description
以下の説明において、一式の要素は1つ以上の要素を含んでいる。複数の要素は2つ以上の要素を含んでいる。ある要素への言及は、1つ以上の要素を包含するものと理解されたい。言及された各要素または構造体は、単体の構造体もしくは単体の構造体の一部により構成されていてもよく、または、複数の別個の構造体により構成されていてもよい。特に説明のない場合、言及した電気的または機械的な接続は、直接的な接続であってもよく、また、中間的な構造体を介した間接的な駆動的接続であってもよい。2つの事象が同時に(同期して)起きるという記述は、これら2つの事象が同一のクロック周期で起きることを意味している。特に説明のない場合、「論理」という用語は、特定用途向けのハードウェア(例えば、特定用途向け集積回路ASICの一部)およびプログラマブル論理回路(例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイFPGA、プログラマブルデジタル信号処理器DSP、または、マイクロコントローラなどの他のプログラマブル処理器の一部)を包含する。
図1は、本発明のいくつかの実施形態に係る、例示的なステップ走査分光干渉計システム10を示している。干渉計システム10は、広帯域の赤外線光源20と、レーザなどの単色の参照光源22と、広帯域の赤外線光源20およびレーザ22に光学的に結合された干渉計24と、干渉計24に電気的に結合された制御器26とを含んでいる。図1に示す例示的な干渉計は、90°マイケルソン干渉計であるが、以下に説明するシステムおよび方法は、他の干渉計構成とともに使用されてもよい。干渉計24は、ビームスプリッタ30と、ビームスプリッタ30に光学的に結合された、2つの可動式の、横断する方向に向けられた(例えば、互いに直交する)平面鏡32、34と、それぞれビームスプリッタ30に光学的に結合された、赤外線および参照光学検知器46、48とを含んでいる。鏡32は、その反射面に垂直な方向に沿って、直線的に移動することができる。鏡34の位置および方位は、2つの回転軸に沿って調節することが可能であり、鏡32、34の間の相対角および光路に沿った1つの並進方向を制御することができる。鏡32は、リニアモータ(LM)40に機械的に結合されており、リニアモータ40は、鏡32の直線運動(並進)を制御する。鏡34は、3つの素子の圧電変換器(PZT)44に機械的に結合されており、PZT44は、鏡32に対する鏡34の方位および距離を制御し、鏡34のディザーを可能にする。いくつかの実施形態では、PZT44の3つの素子は、鏡34の後面に沿って、三角形状に等間隔に配置されている。3つのPZT素子すべてを同等に駆動することにより並進が実現され、一方、3つのPZT素子を非同等に駆動することにより(例えば、1つまたは2つの要素を、所望の角度変化に従って駆動することにより)鏡の方位の変更を実現する。3つのPZT素子すべてにシヌソイド(正弦曲線)の駆動信号を同等に適用することにより、ディザーを実現してもよい。制御器26は、LM40、PZT44および検知器48に電気的に接続されている。制御器26は、以下に説明するように、検知器48から受信した信号に応答して、LM40およびPZT44の作動を制御する。
図5は、本発明のいくつかの実施形態に係る、復調器80に関する入力信号、制御信号および出力信号の例示的な時間依存性を示している。図5に示すシステム/方法により、交流サーボ制御から直流サーボ制御への切り換え時に、過度現象を低減することができる。A/D変換器82(図3)から受信した復調器入力は、第2調波周波数変調に重畳されたディザー周波数で、大略的にシヌソイドの変動を示す。クロック信号生成器98(図3)により生成された復調器制御信号は、ディザー周波数の第2調波において、矩形波となっている。
Claims (12)
- ステップ走査干渉計において、光路長差を第1の値から第2の値へとステップ的に変化させる工程と、
前記第2のステップ値で前記路長差を安定させるために、第1の時間間隔について、交流サーボ制御下で、干渉計鏡ディザーを有効にする工程と、
前記第1の時間間隔に続く第2の時間間隔について、交流サーボ制御下で、前記鏡ディザーを無効にし、干渉計鏡位置直流サーボ制御を有効にする工程と、
交流サーボ制御下での前記鏡ディザーを無効にしている間に、干渉計サンプルデータ収集を行う工程とを含む、方法。 - 前記第1の時間間隔について、-A+B-C+Dに比例する交流サーボ入力信号を設定する工程であって、式中、A、B、CおよびDは、それぞれがディザー期間の4分の1に等しい4つの等しくかつ連続した時間間隔にわたる、路長差光検知器信号の時間積分を示す工程と、
前記第2の時間間隔について、A’+B’+C’+D’に比例する直流サーボ入力信号を設定する工程であって、式中、A’、B’、C’およびD’は、それぞれが前記ディザー期間の4分の1に等しい4つの等しくかつ連続した時間間隔にわたる、前記路長差光検知器信号の時間積分を示す工程とをさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記第1の時間間隔中に、交流サーボ入力信号を生成するために、第1の値を有する交流サーボ入力信号ゲインを前記路長差光検知器信号に与える工程と、
前記第2の時間間隔中に、直流サーボ入力信号を生成するために、前記第1の値と異なる第2の値を有する直流サーボ入力信号ゲインを前記路長差光検知器信号に与える工程とをさらに含む、請求項2に記載の方法。 - 前記第1の時間間隔中に測定された最後の誤差位置を、前記第2の時間間隔についてオフセットされた初期位置になるように設定する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の時間間隔中および前記第2の時間間隔中に、路長差光検知器信号をサーボ入力として提供する工程と、
前記第1の時間間隔について、前記路長差光検知器信号にハイパスフィルタを適用する工程と、
前記第2の時間間隔について、前記路長差光検知器信号にハイパスフィルタを適用しない工程とをさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記光路長差を前記ステップ的に変化させることを行うために、リニアモータに取り付けられた第1の干渉計鏡の位置を制御する工程と、
前記干渉計鏡ディザーを行うために、圧電変換器に取り付けられた第2の干渉計鏡の位置を制御する工程とをさらに含む、請求項1に記載の方法。 - ステップ走査干渉計において、光路長差を第1の値から第2の値へとステップ的に変化させるように構成された少なくとも1つのアクチュエータと、
前記少なくとも1つのアクチュエータに接続されたシステム制御器とを含み、前記システム制御器が、
前記第2のステップ値で前記路長差を安定させるために、第1の時間間隔について、交流サーボ制御下で、干渉計鏡ディザーを有効にし、
前記第1の期間に続く第2の時間間隔について、交流サーボ制御下で、前記鏡ディザーを無効にし、干渉計鏡位置直流サーボ制御を有効にし、
交流サーボ制御下での前記鏡ディザーを無効にしている間に、干渉計サンプルデータ収集を行うように構成されている、装置。 - 前記システム制御器が、
前記第1の時間間隔について、-A+B-C+Dに比例する交流サーボ入力信号を設定するように、さらに構成されており、式中、A、B、CおよびDは、それぞれがディザー期間の4分の1に等しい4つの等しくかつ連続した時間間隔にわたる、路長差光検知器の時間積分を示し、
前記第2の時間間隔について、A’+B’+C’+D’に比例する直流サーボ入力信号を設定するように、さらに構成されており、式中、A’、B’、C’ およびD’は、それぞれが前記ディザー期間の4分の1に等しい4つの等しくかつ連続した時間間隔にわたる、前記路長差光検知器の時間積分を示す、請求項7に記載の装置。 - 前記システム制御器が、
前記第1の時間間隔中に、交流サーボ入力信号を生成するために、第1の値を有する交流サーボ入力信号ゲインを前記路長差光検知器信号に与えるように、さらに構成されており、
前記第2の時間間隔中に、直流サーボ入力信号を生成するために、前記第1の値と異なる第2の値を有する直流サーボ入力信号ゲインを前記路長差光検知器信号に与えるように、さらに構成されている、請求項8に記載の装置。 - 前記システム制御器が、前記第1の時間間隔中に測定された最後の誤差位置を、前記第2の時間間隔についてオフセットされた初期位置となるように設定するように、さらに構成されている、請求項7に記載の装置。
- 前記システム制御器が、
前記第1の時間間隔中および前記第2の時間間隔中に、路長差光検知器信号をサーボ入力として提供するように、さらに構成されており、
前記第1の時間間隔について、前記路長差光検知器信号にハイパスフィルタを適用するように、さらに構成されており、
前記第2の時間間隔について、前記路長差光検知器信号にハイパスフィルタを適用しないように、さらに構成されている、請求項7に記載の装置。 - 前記システム制御器が、
前記光路長差を前記ステップ的に変化させることを行うために、リニアモータに取り付けられた第1の干渉計鏡の位置を制御するように、さらに構成されており、
前記干渉計鏡ディザーを行うために、圧電変換器に取り付けられた第2の干渉計鏡の位置を制御するように、さらに構成されている、請求項7に記載の装置。
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