JP2012108028A

JP2012108028A - 位置検出装置、位置検出方法、マイケルソン干渉計、およびフーリエ変換分光分析装置

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Publication number: JP2012108028A
Application number: JP2010257749A
Authority: JP
Inventors: Akira Kosaka; 明小坂; Kenji Mizumoto; 賢次水本
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2012-06-07

Abstract

【課題】簡素な構成からなる位置検出装置を得る。
【解決手段】所定の移動方向（矢印ＡＲ）に移動する板ばね部４１（被測定物）の位置を検出する位置検出装置７０は、受光部７２Ａと、受光部７２Ａに対向し受光部７２Ａに向けて測定光８０を投光する投光部７１Ａとを備える。受光部７２Ａおよび投光部７１Ａは、受光部７２Ａおよび投光部７１Ａの間で移動する板ばね部４１の移動方向（矢印ＡＲ）に対して、測定光８０が斜めに交差するように配置される。板ばね部４１の移動に伴って、測定光８０の一部は板ばね部４１に遮られるとともに、測定光８０の残部は受光部７２Ａに到達する。受光部７２Ａが受光する測定光８０の残部の受光量に基づいて、板ばね部４１の位置が検出される。
【選択図】図８

Description

本発明は、位置検出装置、位置検出方法、マイケルソン干渉計、およびフーリエ変換分光分析装置に関し、特に、所定の方向に移動する被測定物の位置を検出する位置検出装置、その位置検出装置を使用する位置検出方法、その位置検出装置を備えたマイケルソン干渉計、およびそのマイケルソン干渉計を備えたフーリエ変換分光分析装置に関する。

特開２００１−１２７０９７号公報（特許文献１）は、平行移動する被測定物（キャピラリ）の変位を近接センサを用いて検出する発明を開示している。近接センサを使用する場合、被測定物の位置を非接触で検出できる。しかしながら、近接センサを使用する場合、被測定物は金属でなければならない。近接センサを使用して非金属からなる被測定物の位置を検出する場合、被測定物に金属片などを別途設ける必要があり、位置検出装置としての構成も複雑となる。

特開２００１−１２７０９７号公報

本発明は、簡素な構成からなる位置検出装置、その位置検出装置を使用する位置検出方法、その位置検出装置を備えたマイケルソン干渉計、およびそのマイケルソン干渉計を備えたフーリエ変換分光分析装置を提供することを目的とする。

本発明に基づく位置検出装置は、所定の移動方向に移動する被測定物の位置を検出する位置検出装置であって、受光部と、上記受光部に対向し、上記受光部に向けて測定光を投光する投光部と、を備え、上記受光部および上記投光部は、上記受光部および上記投光部の間で移動する上記被測定物の上記移動方向に対して上記測定光が斜めに交差するように配置され、上記被測定物の移動に伴って、上記測定光の一部は上記被測定物に遮られるとともに、上記測定光の残部は上記受光部に到達し、上記受光部が受光する上記測定光の上記残部の受光量に基づいて、上記被測定物の位置が検出される。

本発明に基づくマイケルソン干渉計は、本発明に基づく上記の位置検出装置と、上記被測定物に取り付けられた移動鏡と、固定鏡と、光源と、上記光源が出射した光を上記固定鏡に向かう光と上記移動鏡に向かう光とに分割するとともに、上記固定鏡および上記移動鏡の各々に反射した光を合成し干渉光として出射するビームスプリッタと、上記干渉光を検出する検出器と、を備える。

本発明に基づくフーリエ変換分光分析装置は、本発明に基づく上記のマイケルソン干渉計と、上記検出器が検出した上記干渉光のスペクトルを算出する演算部と、上記演算部によって得られた上記スペクトルを出力する出力部と、を備える。

本発明のある局面に基づく位置検出方法は、本発明に基づく上記の位置検出装置を使用して、上記被測定物の位置を検出する。

本発明の他の局面に基づく位置検出方法は、本発明に基づく上記の位置検出装置を使用して、上記所定の移動方向および上記所定の移動方向とは反対の方向に移動する上記被測定物の位置を検出する。

本発明によれば、簡素な構成からなる位置検出装置、その位置検出装置を使用する位置検出方法、その位置検出装置を備えたマイケルソン干渉計、およびそのマイケルソン干渉計を備えたフーリエ変換分光分析装置を得ることができる。

実施の形態１におけるフーリエ変換分光分析装置の構成を模式的に示す図である。実施の形態１におけるマイケルソン干渉計に用いられる参照検出器の構成を示す正面図である。（Ａ）は、実施の形態１におけるマイケルソン干渉計に用いられる参照検出器が検出した干渉光の一部の強度の経時的な変化を示す図である。（Ｂ）は、実施の形態１におけるマイケルソン干渉計に用いられる参照検出器が検出した干渉光の残部の強度の経時的な変化を示す図である。実施の形態１におけるマイケルソン干渉計に用いられる平行移動機構、および実施の形態１における位置検出装置を示す斜視図である。実施の形態１におけるマイケルソン干渉計に用いられる平行移動機構が振動している様子を部分的に示す第１断面図である。実施の形態１におけるマイケルソン干渉計に用いられる平行移動機構が振動している様子を部分的に示す第２断面図である。実施の形態１におけるマイケルソン干渉計に用いられる平行移動機構が振動している様子を示す断面図である。図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に関する矢視断面図である。（Ａ）は、実施の形態１における位置検出装置が、往復移動の上死点に位置する被測定物（板ばね部）の位置を検出している様子を示す断面図である。（Ｂ）は、実施の形態１における位置検出装置が、往復移動の下死点に位置する被測定物（板ばね部）の位置を検出している様子を示す断面図である。被測定物（板ばね部）が上死点および下死点の間で往復移動する際の、被測定物の往復移動方向における変位（横軸）と受光器から出力される出力信号の大きさ（縦軸）との関係を示す図である。時間（横軸）と往復移動する被測定物（板ばね部）から得られる出力信号の大きさ（縦軸）との関係を示す図である。制御部が平行移動機構の駆動部を駆動周波数（横軸）で駆動させたときの機械的出力（出力信号）の大きさ（縦軸）と、制御部が平行移動機構の駆動部を所定の駆動信号で駆動させたときの駆動信号に対する機械的出力の位相（縦軸）と、を示す図である。図１２中の周波数ｆ_０（共振周波数）付近の図を拡大して示す図である。実施の形態２におけるマイケルソン干渉計に用いられる平行移動機構を示す断面図である。実施の形態２におけるマイケルソン干渉計に用いられる平行移動機構が振動する様子を示す断面図である。実施の形態３における位置検出装置がカメラに内蔵された様子を示す平面図である。

本発明に基づいた各実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。各実施の形態の説明において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。各実施の形態の説明において、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

［実施の形態１］
（フーリエ変換分光分析装置１００・マイケルソン干渉計１）
図１を参照して、本実施の形態におけるフーリエ変換分光分析装置１００について説明する。フーリエ変換分光分析装置１００は、マイケルソン干渉計１、演算部２、および出力部３を備えている。マイケルソン干渉計１は、分光光学系１１、参照光学系２１、光路補正装置３１、位置検出装置７０、および制御部９０を含んでいる。

（分光光学系１１）
分光光学系１１は、光源１２、コリメート光学系１３、ビームスプリッタ１４、固定鏡１５、移動鏡１６、集光光学系１７、検出器１８、および平行移動機構１９を有している。

光源１２は、半導体レーザ等の発光素子から構成され、赤外光等の光を出射する。光源１２が出射した光は、参照光学系２１（詳細は後述する）における光路合成鏡２３に導入され、参照光源２２（詳細は後述する）が出射した光と合成される。合成された光は光路合成鏡２３から出射され、コリメート光学系１３によって平行光に変換された後、ビームスプリッタ１４に導入される。ビームスプリッタ１４はハーフミラー等から構成される。ビームスプリッタ１４に導入された光（入射光）は２光束に分割される。

分割された光の一方は固定鏡１５に照射される。固定鏡１５に反射した光（反射光）は、反射前と略同一の光路を通過してビームスプリッタ１４に再び照射される。分割された光の他方は移動鏡１６に照射される。移動鏡１６に反射した光（反射光）は、反射前と略同一の光路を通過してビームスプリッタ１４に再び照射される。固定鏡１５からの反射光および移動鏡１６からの反射光は、ビームスプリッタ１４によって合成される（重ね合わせられる）。

ここで、分割された光の他方が移動鏡１６に反射する際、移動鏡１６は平行移動機構１９によって平行を維持した状態で矢印ＡＲ方向に往復移動している（詳細は後述する）。移動鏡１６の往復移動によって、固定鏡１５からの反射光と移動鏡１６からの反射光との間には、光路長の差が生じる。固定鏡１５からの反射光と移動鏡１６からの反射光とは、ビームスプリッタ１４に合成されることによって干渉光を形成する。

移動鏡１６の位置に応じて光路長の差は連続的に変化する。光路長の差に応じて干渉光としての光の強度も連続的に変化する。光路長の差が、たとえば、コリメート光学系１３からビームスプリッタ１４に照射される光の波長の整数倍のとき、干渉光としての光の強度は最大となる。

干渉光を形成した光は試料Ｓに照射される。試料Ｓを透過した光は集光光学系１７に集光される。集光された光は、参照光学系２１（詳細は後述する）における光路分離鏡２４に導入される。検出器１８は、光路分離鏡２４から出射された光を干渉パターン（インターフェログラム）として検出する。この干渉パターンは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を含む演算部２に送られる。演算部２は、収集（サンプリング）した干渉パターンをアナログ形式からデジタル形式に変換し、変換後のデータをさらにフーリエ変換する。

フーリエ変換によって、試料Ｓを透過した光（干渉光）の波数（＝１／波長）毎の光の強度を示すスペクトル分布が算出される。フーリエ変換後のデータは、出力部３を通して他の機器に出力されたりディスプレイ等に表示されたりする。このスペクトル分布に基づいて、試料Ｓの特性（たとえば、材料、構造、または成分量）が分析される。

（参照光学系２１）
参照光学系２１は、コリメート光学系１３、ビームスプリッタ１４、固定鏡１５、移動鏡１６、集光光学系１７、参照光源２２、光路合成鏡２３、光路分離鏡２４、参照検出器２５、および信号処理部２６を有している。コリメート光学系１３、ビームスプリッタ１４、固定鏡１５、移動鏡１６、および集光光学系１７は、分光光学系１１および参照光学系２１の双方の構成として共通している。

参照光源２２は、半導体レーザ等の発光素子から構成され、赤色光等の光を出射する。上述のとおり、参照光源２２が出射した光は光路合成鏡２３に導入される。光路合成鏡２３はハーフミラー等から構成される。光源１２からの光は光路合成鏡２３を透過する。参照光源２２からの光は光路合成鏡２３に反射される。

光源１２からの光および参照光源２２からの光は、光路合成鏡２３によって合成された状態で、光路合成鏡２３から同一光路上に出射される。光路合成鏡２３から出射された光は、コリメート光学系１３によって平行光に変換された後、ビームスプリッタ１４に導入されて２光束に分割される。

上述のとおり、分割された光の一方は固定鏡１５に照射され、反射光としてビームスプリッタ１４に再び照射される。分割された光の他方は移動鏡１６に照射され、反射光としてビームスプリッタ１４に再び照射される。固定鏡１５からの反射光と移動鏡１６からの反射光とは、ビームスプリッタ１４に合成されることによって干渉光を形成する。

上述のとおり、干渉光を形成した光は試料Ｓに照射される。試料Ｓを透過した光は集光光学系１７に集光される。集光された光は、参照光学系２１における光路分離鏡２４に導入される。光路分離鏡２４はハーフミラー等から構成され、光路分離鏡２４に導入された光（入射光）は２光束に分割される。

光源１２から出射され、光路合成鏡２３、コリメート光学系１３、ビームスプリッタ１４、固定鏡１５、移動鏡１６、試料Ｓ、および集光光学系１７を通して光路分離鏡２４に導入された光は、光路分離鏡２４を透過する。上述のとおり、光路分離鏡２４を透過したこの光（干渉光）は、検出器１８によって検出される。

一方、参照光源２２から出射され、光路合成鏡２３、コリメート光学系１３、ビームスプリッタ１４、固定鏡１５、移動鏡１６、試料Ｓ、および集光光学系１７を通して光路分離鏡２４に導入された光は、光路分離鏡２４に反射される。光路分離鏡２４からの反射光（干渉光）は、４分割センサ等から構成される参照検出器２５によって干渉パターンとして検出される。

干渉光の干渉パターンは、ＣＰＵ等を含む信号処理部２６に送られる。信号処理部２６は、収集した干渉パターンに基づいて光路分離鏡２４からの反射光の強度を算出する。信号処理部２６は、光路分離鏡２４からの反射光の強度に基づいて、演算部２におけるサンプリングのタイミングを示す信号を生成することができる。演算部２におけるサンプリングのタイミングを示す信号は、公知の手段によって生成されることができる。

信号処理部２６は、光路分離鏡２４からの反射光の強度に基づいて、２光路間における光の傾き（固定鏡１５からの反射光と移動鏡１６からの反射光との相対的な傾き）を算出することもできる。２光路間における光の傾きは、たとえば以下のように算出される。

図２を参照して、４分割センサから構成される参照検出器２５は、４つの受光領域Ｅ１〜Ｅ４を有している。受光領域Ｅ１〜Ｅ４は反時計回りに並んで相互に隣接している。受光領域Ｅ１〜Ｅ４によって構成される領域に、光路分離鏡２４からの反射光が照射される。受光領域Ｅ１〜Ｅ４によって構成される領域の中心と、光路分離鏡２４からの反射光のスポットＤの中心とは略一致している。

受光領域Ｅ１〜Ｅ４は、光路分離鏡２４からそれぞれの領域に照射された反射光の強度を検出する。光路分離鏡２４からの反射光の強度は、経時的に変化する位相信号として、たとえば図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示されるように検出される。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）の各々の横軸は、時間（単位：秒）の経過を示している。図３（Ａ）の縦軸は、受光領域Ｅ１が検出した光強度および受光領域Ｅ２が検出した光強度の和を強度Ａ１（相対値）として示している。図３（Ｂ）の縦軸は、受光領域Ｅ３が検出した光強度および受光領域Ｅ４が検出した光強度の和を強度Ａ２（相対値）として示している。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、強度Ａ１と強度Ａ２との間に、位相差Δが生じているとする。位相差Δに基づいて、２光路間での光の傾き（固定鏡１５からの反射光と移動鏡１６からの反射光との相対的な傾き）が算出される。受光領域Ｅ１〜Ｅ４からなる他の組み合わせ（たとえば受光領域Ｅ１，Ｅ４と受光領域Ｅ２，Ｅ３との組合せ）によって、他の位相差Δを得ることができる。上記の位相差Δとこの他の位相差Δとに基づいて、２光路間での光の傾きの方向（ベクトル）を算出することもできる。

（光路補正装置３１）
図１を再び参照して、光路補正装置３１は、信号処理部２６における検出結果（固定鏡１５からの反射光と移動鏡１６からの反射光との相対的な傾き）に基づいて、固定鏡１５の姿勢（ビームスプリッタ１４に対する角度）を調整する。当該調整によって、固定鏡１５における反射光の光路が補正され、２光路間での光の傾きを無くす（若しくは減少させる）ことが可能となる。光路補正装置３１がマイケルソン干渉計１内に設けられていることによって、干渉光をより精度の高く生成することが可能となる。

（平行移動機構１９）
図４を参照して、本実施の形態における平行移動機構１９について説明する。平行移動機構１９は、板ばね部４１、板ばね部４２、剛体４３、固定体４４、および駆動部４５を備えている。詳細は後述されるが、板ばね部４１、板ばね部４２、および剛体４３によって平行ばね構造４０が構成されている。板ばね部４１および板ばね部４２は、略同一の長さを有し、平面視長方形の平板状に構成されている。各板ばね部４１，４２の材質はたとえばシリコンである。各板ばね部４１，４２は、同一方向に延在し、間隔を空けて相互に対向している。

固定体４４は、略直方体状に構成され、その材質はたとえばガラスである。固定体４４は、板ばね部４１の一端４１ａ側の裏面と板ばね部４２の一端４２ａ側の表面とによって挟まれている。板ばね部４１の一端４１ａ側の裏面および固定体４４の間と、板ばね部４２の一端４２ａ側の表面および固定体４４の間とは、陽極接合によってそれぞれ接合されている。固定体４４は、マイケルソン干渉計１（図１参照）内における他の構造機器（図示せず）に固定されている。

剛体４３は、略直方体状に構成され、その材質はたとえばガラスである。剛体４３は、板ばね部４１の他端４１ｂ側の裏面と板ばね部４２の他端４２ｂ側の表面とによって挟まれている。板ばね部４１の他端４１ｂの裏面および剛体４３の間と、板ばね部４２の他端４２ｂの表面および剛体４３の間とは、陽極接合によってそれぞれ接合されている。剛体４３によって、板ばね部４１の他端４１ｂと板ばね部４２の他端４２ｂとが接続される。

上述のとおり、板ばね部４１と、板ばね部４２と、剛体４３とによって、平行ばね構造４０が構成されている。板ばね部４１の一端４１ａと板ばね部４２の一端４２ａとによって、平行ばね構造４０の一端４０ａが構成されている。板ばね部４１の他端４１ｂと板ばね部４２の他端４２ｂとによって、平行ばね構造４０の他端４０ｂが構成されている。

駆動部４５はたとえば圧電素子であり、圧電材料４６と、電極４７，４８とから構成されている。圧電材料４６は、電極４７と電極４８との間に固定されている。圧電材料４６は、たとえばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）である。電極４８と板ばね部４１の一端４１ａ側の表面とが接合されている。以上のように構成される平行移動機構１９において、移動鏡１６は、板ばね部４１の他端４１ｂ側の表面４０Ｓに固定される。

詳細は後述されるが、位置検出装置７０は、投光器７１、受光器７２、および接続部７３から構成される。投光器７１および受光器７２は、平行移動機構１９の板ばね部４１（被測定物）を挟んで対向配置される。

（平行移動機構１９の動作）
図５〜図７を参照して、平行移動機構１９の動作について説明する。図５に示すように、駆動部４５の電極４７，４８にたとえば正の電圧が印加されると、圧電材料４６は矢印ＡＲ１方向に伸長する。圧電材料４６の伸長に伴って、電極４７，４８も矢印ＡＲ１方向に伸びる。電極４８に接合された板ばね部４１は、上方向に向かって凸形状を呈するように一端４１ａを起点として矢印ＡＲ３方向に曲げ変形する。板ばね部４１とともに平行ばね構造４０を構成する板ばね部４２（図示せず）も、板ばね部４１と同一の形状に曲げ変形する。

図６に示すように、駆動部４５の電極４７，４８にたとえば負の電圧が印加されると、圧電材料４６は矢印ＡＲ２方向に収縮する。圧電材料４６の収縮に伴って、電極４７，４８も矢印ＡＲ２方向に縮む。電極４８に接合された板ばね部４１は、下方向に向かって凸形状を呈するように一端４１ａを起点として矢印ＡＲ４方向に曲げ変形する。板ばね部４１とともに平行ばね構造４０を構成する板ばね部４２（図示せず）も、板ばね部４１と同一の形状に曲げ変形する。

図７に示すように、マイケルソン干渉計１における平行移動機構１９としては、駆動部４５の電極４７，４８に正および負の電圧を含む交流電圧が印加される。駆動部４５からの動力を受けて、平行移動機構１９における平行ばね構造４０は、上記のような曲げ変形を繰り返す。図７において実線で示される像が、図５に対応している。図７において点線で示される像が、図６に対応している。

平行ばね構造４０の他端４０ｂ側は、自由端として振動する。平行ばね構造４０の他端４０ｂ側の表面４０Ｓおよび表面４０Ｓ上に固定された移動鏡１６は、平行を維持しつつ矢印ＡＲ方向に幅Ｗ１（振幅）を持って往復移動する。移動鏡１６の往復移動によって、マイケルソン干渉計１は干渉光を生成することが可能となる。詳細は次述されるが、板ばね部４１は、投光器７１および受光器７２の間で振幅Ｄ１を持って往復移動する。

（位置検出装置７０）
図８を参照して、位置検出装置７０について説明する。図８は、図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に関する矢視断面図である。上述のとおり、板ばね部４１および板ばね部４２は、駆動部４５（図７参照）からの動力を受けて、移動鏡１６（図７参照）と同様に矢印ＡＲ方向に往復移動する。板ばね部４１の位相は、移動鏡１６の位相と等価である。位置検出装置７０は、投光器７１、受光器７２、および接続部７３から構成される。位置検出装置７０としては、たとえばフォトインタラプタ（登録商標）が用いられ得る。

投光器７１および受光器７２は、板ばね部４１（被測定物）を挟んで対向するように固定配置される。板ばね部４１は、投光器７１および受光器７２の間で往復移動する。接続部７３は、支持部７４を挟んで、マイケルソン干渉計１（図１参照）内における所定の構造体７５に固定される。

投光器７１は投光部７１Ａを有する。受光器７２は受光部７２Ａを有する。投光部７１Ａから、幅Ｗを有する測定光８０が出射される。測定光８０は、受光部７２Ａに向かって投光される。受光部７２Ａに到達した測定光８０は、受光部７２Ａによって受光される。

ここで、投光器７１および受光器７２は、板ばね部４１の往復移動方向（矢印ＡＲ方向）に対して傾いた状態で固定されている。投光部７１Ａおよび受光部７２Ａは、測定光８０が板ばね部４１の往復移動方向（矢印ＡＲ方向）に対して斜めに交差するように配置される。本実施の形態においては、測定光８０が板ばね部４１の往復移動方向（矢印ＡＲ方向）に対して角度θだけ傾いている。

（位置検出装置７０の動作）
図９（Ａ）および図９（Ｂ）を参照して、位置検出装置７０の動作（位置検出方法）について説明する。図９（Ａ）は、板ばね部４１が矢印ＡＲ１方向に移動し、往復移動の上死点に位置している状態を示す図である。図９（Ｂ）は、板ばね部４１が矢印ＡＲ２方向に移動し、往復移動の下死点に位置している状態を示す図である。図９（Ａ）および図９（Ｂ）においては、図示上の便宜のため、支持部７４および構造体７５（図８参照）は図示されていない。

図９（Ａ）に示すように、板ばね部４１が上死点に位置している際には、測定光８０の一部は板ばね部４１によって遮られるとともに、測定光８０の残部（幅Ｗ１）が受光部７２Ａに到達する。受光部７２Ａが受光する測定光８０の受光量は、板ばね部４１が上死点に位置している際に最大となる。

図９（Ｂ）に示すように、板ばね部４１が下死点に位置している際にも、測定光８０の一部は板ばね部４１によって遮られるとともに、測定光８０の残部（幅Ｗ２）が受光部７２Ａに到達する。幅Ｗ２は、幅Ｗ１より小さい。受光部７２Ａが受光する測定光８０の受光量は、板ばね部４１が下死点に位置している際に最小となる。

ここで、板ばね部４１が振幅Ｄ１で往復移動しているとする。振幅Ｄ１、測定光８０の幅Ｗ、および、測定光８０（測定光８０の光束）と板ばね部４１の往復移動方向（矢印ＡＲ方向）との間の角度θの間には、次の式が成立する。
０＜角度θ＜ｓｉｎ^−１（幅Ｗ／振幅Ｄ１）・・・（式）
振幅Ｄ１、幅Ｗ、および角度θが上記の式を満足するように設定されることによって、板ばね部４１が上死点に位置している際に板ばね部４１によって所定の量の測定光８０が遮られ、かつ、板ばね部４１が下死点に位置している際にも板ばね部４１によって他の所定の量の測定光８０が遮られることができる。

図１０は、板ばね部４１が上死点Ａおよび下死点Ｂの間で往復移動する際の、板ばね部４１の往復移動方向における変位Ｘ（横軸）と、受光部７２Ａが測定光８０の上記残部を受光することによって受光器７２から出力される出力信号Ｖの大きさ（縦軸）との関係を示す図である。

板ばね部４１の変位Ｘが上死点Ａにあるとき、投光部７１Ａから受光部７２Ａに向かって投光される測定光８０は、最も遮られない状態となる。受光部７２Ａにおいて検出される測定光８０（上記残部）の受光量は最大となり、受光器７２からの出力信号Ｖの大きさは最大値Ｖ_Ａとなる。

板ばね部４１の変位Ｘが下死点Ｂにあるとき、投光部７１Ａから受光部７２Ａに向かって投光される測定光８０は、最も遮られる状態となる。受光部７２Ａにおいて検出される測定光８０（上記残部）の受光量は最小となり、受光器７２からの出力信号Ｖの大きさも最小値Ｖ_Ｂとなる。

本実施の形態においては、板ばね部４１は平行移動機構１９を構成している。板ばね部４１は、投光器７１および受光器７２の間で一直線方向に沿って精度高く往復移動する。上死点Ａと下死点Ｂとの間で得られる出力信号Ｖの値は線形性が高くなる。

図１１に示すように、板ばね部４１が一直線方向に沿って精度高く往復移動することによって、往復移動する板ばね部４１から得られる出力信号Ｖと時間Ｔとの関係は、ばらつきの少ない均一な正弦波ＳＷとして表されることとなる。

この正弦波ＳＷから、板ばね部４１の周波数および振幅（相対値）が得られる。板ばね部４１の周波数は、板ばね部４１の先端に取り付けられた移動鏡１６の周波数と等価である。板ばね部４１の振幅は、相対値としては、移動鏡１６の振幅と等価である。この正弦波ＳＷから得られる板ばね部４１の振幅の値が大きくなることは、移動鏡１６の振幅が大きくなることを意味する。この正弦波ＳＷから得られる板ばね部４１の振幅の値が小さくなることは、移動鏡１６の振幅も小さくなることを意味する。

図１を再び参照して、上述のとおり、移動鏡１６は平行移動機構１９によって平行を維持した状態で矢印ＡＲ方向に往復移動している。位置検出装置７０が板ばね部４１の周波数および振幅を検出することによって、移動鏡１６の周波数および振幅が等価的に算出される。

移動鏡１６の往復移動によって、固定鏡１５からの反射光と移動鏡１６からの反射光との間に光路長の差が生じる。当該光路長の差を利用して干渉光が形成される。干渉光を形成した光は試料Ｓに照射され、フーリエ変換などの所定の演算によって得られたデータに基づいて、試料Ｓの特性（たとえば、材料、構造、または成分量）が分析される。

移動鏡１６の変位に応じて干渉光の波長も変化する。波長のそれぞれ異なる干渉光が試料Ｓに照射され、フーリエ変換などの所定の演算によって、複数のデータが得られる。これらの複数のデータを積算することによって、試料Ｓの分析能が向上する。

複数のデータをより短い時間で得るためには、移動鏡１６を高速で往復移動させる必要がある。このため、フーリエ変換分光分析装置１００に使用されるマイケルソン干渉計１は、移動鏡１６を共振周波数で振動させる。移動鏡１６が共振周波数で振動することによって、共振のＱ（クオリティーファクタ）が一種の外乱フィルタリングとして作用し、歪の少ない単振動と、大きな機械振動振幅とを得ることが可能となる。

移動鏡１６の共振周波数は、移動鏡１６を含む振動系の環境（温度、湿度、または経年によって移動鏡１６等の取付角度に生じる位置ズレ等）に応じて変化する。マイケルソン干渉計１は、位置検出装置７０および平行移動機構１９にそれぞれ接続された制御部９０を使用して、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）制御によって、移動鏡１６が共振周波数で常に振動するように平行移動機構１９を駆動する。

（ＰＬＬ制御）
図１２を参照して、制御部９０（図１参照）によるＰＬＬ制御について説明する。図１２中の太点線で示される曲線は、制御部９０が、平行移動機構１９の駆動部４５（図４参照）を駆動周波数ｆｄ（横軸）で駆動させたときの、機械的出力（出力信号Ｖｍ）の大きさ（縦軸）を示している。図１２中の太実線で示される曲線は、制御部９０が、平行移動機構１９の駆動部４５（図４参照）を所定の駆動信号で駆動させたときの、この駆動信号に対する上記の機械的出力（出力信号Ｖｍ）の位相θｍ（縦軸）を示している。

図１２に示すように、駆動部４５に対する駆動周波数ｆｄが周波数ｆ_０であるときに、機械的出力（出力信号Ｖｍ）は最大となり、且つ位相θｍに急激な変化が見られる。これは、駆動部４５の固定体４４からみた平行移動機構１９を構成する部材の等価的な質量と、弾性係数と、内部損失、摩擦、若しくは空気摩擦等によって生じる損失係数とに基づく機械的な共振現象が原因である。

制御部９０（図１参照）は、上記の共振現象を得るためにＰＬＬ制御を行ない、上記の周波数ｆ_０（共振周波数）に相当する交流信号（駆動信号Ｖｄ）で駆動部４５を駆動させる。上述のとおり、移動鏡１６を含む振動系の環境に応じて、移動鏡１６の共振周波数は常に変化する。制御部９０は、駆動部４５を駆動している際にも、位置検出装置７０が検出する上記の正弦波ＳＷ（図１１参照）の値に基づいて、駆動信号Ｖｄの周波数（駆動周波数ｆｄ）を周波数ｆ_０に追従させる（駆動周波数ｆｄをフィードバックさせる）。

図１３は、図１２中の周波数ｆ_０付近の出力信号Ｖｍおよび位相θｍを拡大して示す図である。図１３に示すように、出力信号Ｖｍとして振動の変位Ｘ（図１０参照）を取れば、周波数ｆ_０（共振周波数）にて位相θｍが９０ｄｅｇだけ駆動信号Ｖｄから遅れる。さらに高い周波数では、位相θｍは駆動信号Ｖｄに対して最大で１８０ｄｅｇだけ遅れる。

制御部９０は、位置検出装置７０から得られた上記の正弦波ＳＷ（図１１参照）に基づいて、駆動信号Ｖｄと機械出力（図１０における変位Ｘ）との位相差を検出し、この位相差が常に９０ｄｅｇとなるように駆動部４５に対する駆動周波数ｆｄを制御する。当該制御によって、駆動信号Ｖｄの周波数（駆動周波数ｆｄ）は周波数ｆ_０に追従する。

以上のように、２信号間の位相差が常に所定の値となるように、内蔵する電圧制御発振器ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）の発振周波数を負帰還制御するＰＬＬ制御によって、移動鏡１６は共振周波数で常に振動されることが可能となる。

（作用・効果）
冒頭に説明した特開２００１−１２７０９７号公報（特許文献１）は、平行移動する被測定物の変位を近接センサを用いることによって検出している。近接センサを使用する場合、被測定物の位置を非接触で検出できるが、被測定物は金属でなければならない。近接センサを使用して非金属からなる被測定物の位置を検出する場合、被測定物に金属片などを別途設ける必要があり、位置検出装置としての構成も複雑となる。

本実施の形態における位置検出装置７０によれば、受光部７２Ａ（図８参照）に到達する測定光８０の受光量の変化によって、平行移動する板ばね部４１の変位を非接触で検出できる。板ばね部４１などの被測定物は金属である必要はない。板ばね部４１が非金属である場合であっても、位置検出装置７０は簡素に構成されることができる。

本実施の形態におけるマイケルソン干渉計１によれば、移動鏡１６を平行移動機構１９によって平行移動させる。移動鏡１６は、一直線方向に沿って精度高く往復移動することができる。干渉光は、より精度の高く生成されることが可能となる。

本実施の形態におけるフーリエ変換分光分析装置１００によれば、マイケルソン干渉計１の移動鏡１６が、制御部９０のＰＬＬ制御によって共振周波数で振動する。複数のデータをより短い時間で得ることが可能となり、試料Ｓに対する分析能を向上させることができる。

［実施の形態２］
図１４および図１５を参照して、本実施の形態について説明する。ここでは、上述の実施の形態１との相違点について説明する。

図１４に示すように、本実施の形態における平行移動機構１９Ａは、平行ばね構造４０を駆動するために、ボイスコイルモータから構成される駆動部４５Ａを有している。駆動部４５Ａは、コイル部４５Ｃと磁石部４５Ｍとを含む。コイル部４５Ｃは、剛体４３に取り付けられている。コイル部４５Ｃは、磁石部４５Ｍと対向するように、マイケルソン干渉計１内における他の機器によって固定されている。

図１５に示すように、平行移動機構１９Ａにおいては、コイル部４５Ｃに交流電圧が印加される。磁石部４５Ｍは、コイル部４５Ｃから発生する磁界によって、上方向および下方向の力を交互に受ける。本実施の形態における構成によっても、平行ばね構造４０の他端４０ｂ側は、自由端として振動することができ、上述の実施の形態１と同様の作用および効果を得ることができる。

［実施の形態３］
図１６を参照して、本実施の形態について説明する。ここでは、上述の実施の形態１との相違点について説明する。

図１６に示すように、本実施の形態における位置検出装置７０は、カメラ６０に内蔵される。カメラ６０においては、ガイド軸６２上を往復移動するレンズ枠６３に、レンズ６４が取り付けられる。所定の駆動装置（図示せず）から駆動力を受けたレンズ枠６３は、レンズ６４と一体的に紙面上下方向に往復移動する。レンズ６４の移動によって、フォーカス機構が構成される。

撮像センサ６５は、支持台６６に固定される。撮像センサ６５は、レンズ６４と所定の間隔を空けて対向する。レンズ枠６３（の一方）には、板状の被測定部６１が設けられる。被測定部６１としては、板状に限られず、測定光８０を遮光可能な構成であれば棒状または球体状などであってもよい。

本実施の形態における投光器７１および受光器７２は、被測定部６１を挟んで対向するように固定配置される。被測定部６１は、投光器７１および受光器７２の間で往復移動する。接続部７３は、支持部６８を挟んで、カメラ６０内における所定の構造体６７に固定される。

投光器７１および受光器７２は、被測定部６１の往復移動方向（矢印ＡＲ方向）に対して傾いた状態で固定されている。投光部７１Ａおよび受光部７２Ａは、測定光８０が被測定部６１の往復移動方向（矢印ＡＲ方向）に対して斜めに交差するように配置される。本実施の形態においては、測定光８０が被測定部６１の往復移動方向（矢印ＡＲ方向）に対して角度θだけ傾いている。

被測定部６１が往復移動することによって、被測定部６１によって遮られる測定光８０の量は変化する。受光部７２Ａに到達する測定光８０の受光量の変化によって、位置検出装置７０は往復移動する被測定部６１の変位を非接触で検出することができ、上述の実施の形態１と同様の作用および効果を得ることができる。被測定部６１の位置に基づいて、たとえばオートフォーカス機構が構成されるように制御されてもよい。

以上、本発明に基づいた各実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明に基づく位置検出装置は、マイケルソン干渉計１、フーリエ変換分光分析装置１００、およびカメラ６０に限られず、位置検出を簡便な構成によって行なうことが求められる分野として、たとえば屈折率測定器、または光ピックアップの対物レンズアクチュエータ等における被測定物の位置検出にも適用されることが可能である。

上述の各実施の形態では、位置検出装置７０が、往復移動する被測定部（板ばね部４１または被測定部６１）の変位を検出する。位置検出装置７０による位置検出方法としては、位置検出装置７０が、（双方向ではなく）一方向に移動する被測定物の変位を検出するように使用されてもよい。したがって、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１マイケルソン干渉計、２演算部、３出力部、１１分光光学系、１２光源、１３コリメート光学系、１４ビームスプリッタ、１５固定鏡、１６移動鏡、１７集光光学系、１８検出器、１９，１９Ａ平行移動機構、２１参照光学系、２２参照光源、２３光路合成鏡、２４光路分離鏡、２５参照検出器、２６信号処理部、３１光路補正装置、４０平行ばね構造、４０Ｓ表面、４０ａ，４１ａ，４２ａ一端、４０ｂ，４１ｂ，４２ｂ他端、４１板ばね部（被測定物）、４２板ばね部、４３剛体、４４固定体、４５，４５Ａ駆動部、４５Ｃコイル部、４５Ｍ磁石部、４６圧電材料、４７，４８電極、６０カメラ、６１被測定部、６２ガイド軸、６３レンズ枠、６４レンズ、６５撮像センサ、６６支持台、６７，７５構造体、６８，７４支持部、７０位置検出装置、７１投光器、７１Ａ投光部、７２受光器、７２Ａ受光部、７３接続部、８０測定光、９０制御部、１００フーリエ変換分光分析装置、Ａ上死点、Ａ１，Ａ２強度、ＡＲ，ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３，ＡＲ４矢印、Ｂ下死点、Ｄスポット、Ｄ１振幅、Ｅ１〜Ｅ４受光領域、Ｓ試料、ＳＷ正弦波、Ｔ時間、Ｖ，Ｖｍ出力信号、Ｖ_Ａ最大値、Ｖ_Ｂ最小値、Ｖｄ駆動信号、Ｗ，Ｗ１，Ｗ２幅、Ｘ変位、ｆ_０周波数、ｆｄ駆動周波数。

Claims

所定の移動方向に移動する被測定物の位置を検出する位置検出装置であって、
受光部と、
前記受光部に対向し、前記受光部に向けて測定光を投光する投光部と、を備え、
前記受光部および前記投光部は、前記受光部および前記投光部の間で移動する前記被測定物の前記移動方向に対して前記測定光が斜めに交差するように配置され、
前記被測定物の移動に伴って、前記測定光の一部は前記被測定物に遮られるとともに、前記測定光の残部は前記受光部に到達し、
前記受光部が受光する前記測定光の前記残部の受光量に基づいて、前記被測定物の位置が検出される、
位置検出装置。
請求項１に記載の位置検出装置と、
前記被測定物に取り付けられた移動鏡と、
固定鏡と、
光源と、
前記光源が出射した光を前記固定鏡に向かう光と前記移動鏡に向かう光とに分割するとともに、前記固定鏡および前記移動鏡の各々に反射した光を合成し干渉光として出射するビームスプリッタと、
前記干渉光を検出する検出器と、を備える、
マイケルソン干渉計。
請求項２に記載のマイケルソン干渉計と、
前記検出器が検出した前記干渉光のスペクトルを算出する演算部と、
前記演算部によって得られた前記スペクトルを出力する出力部と、を備える、
フーリエ変換分光分析装置。
請求項１に記載の位置検出装置を使用して、前記被測定物の位置を検出する、
位置検出方法。
請求項１に記載の位置検出装置を使用して、前記所定の移動方向および前記所定の移動方向とは反対の方向に移動する前記被測定物の位置を検出する、
位置検出方法。