JP2014096038A - Interferometer, spectroscopic analyzer, and control program of interferometer - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えばＦＴＩＲ（フーリエ変換型赤外分光法）等に用いられる干渉計、この干渉計を制御するための制御プログラム、又はこの干渉計を用いた分光分析装置に関するものである。 The present invention relates to an interferometer used in, for example, FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy), a control program for controlling the interferometer, or a spectroscopic analyzer using the interferometer.
例えば、ＦＴＩＲ等の分光分析装置に用いられるマイケルソン干渉計において、２つに分岐した光路の一方に配置される反射ミラーは、直線運動及び反転運動を繰り返して往復移動するように構成されている。この往復移動する反射ミラーは、安定的な干渉波形を得るために、直線運動時において精密に等速移動することが求められる。 For example, in a Michelson interferometer used in a spectroscopic analyzer such as FTIR, a reflection mirror arranged on one of two branched optical paths is configured to reciprocate by repeating linear motion and reversal motion. . The reciprocating reflecting mirror is required to move precisely at a constant speed during linear motion in order to obtain a stable interference waveform.
この反射ミラーの移動を制御するものとして、例えば特許文献１に記載された制御装置が考えられている。この制御装置は、反射ミラーの位置を検出する差動トランス（位置センサ）が検出した位置情報を用いて、反射ミラーの移動をフィードバック制御するものである。 As a device for controlling the movement of the reflection mirror, for example, a control device described in Patent Document 1 is considered. This control device feedback-controls the movement of the reflection mirror using position information detected by a differential transformer (position sensor) that detects the position of the reflection mirror.
しかし、位置情報のみで反射ミラーの往復移動を制御すると、実際にどのような速度で反射ミラーが移動しているかが分からないので、直線運動時に、反射ミラーを精密に等速で制御することが難しいという問題がある。
一方、特許文献１にも記載されているように、位置情報を時間微分すれば速度情報が得られるので、速度情報で反射ミラーの往復移動を制御することも可能ではあるが、反転時をも速度情報のみで反射ミラーの移動を制御すると、反転運動時に反射ミラーが低速で移動するので、位置センサの分解能に起因する量子化ノイズの影響により、反射ミラーの反転位置を正確に制御することが難しい。反射ミラーの反転位置がずれると、反射ミラーの直線運動時の移動距離が短くなったり長くなったりするので、干渉計の装置性能が悪化するという問題が生じる。
また、この量子化ノイズの影響を減らす方法として、センサの分解能を向上することが挙げられるが、コスト等の制約からセンサの分解能の向上にも限界がある。
However, if the reciprocating movement of the reflecting mirror is controlled only by the position information, it is not known at what speed the reflecting mirror is actually moving, so it is possible to control the reflecting mirror precisely at a constant speed during linear motion. There is a problem that it is difficult.
On the other hand, as described in Patent Document 1, speed information can be obtained by differentiating the position information with respect to time. Therefore, it is possible to control the reciprocating movement of the reflecting mirror with the speed information. If the movement of the reflecting mirror is controlled only by the velocity information, the reflecting mirror moves at a low speed during the reversing motion. Therefore, the reversing position of the reflecting mirror can be accurately controlled due to the influence of quantization noise caused by the resolution of the position sensor. difficult. If the reversing position of the reflecting mirror is shifted, the moving distance during the linear movement of the reflecting mirror is shortened or lengthened, which causes a problem that the apparatus performance of the interferometer deteriorates.
Further, as a method of reducing the influence of the quantization noise, there is a method of improving the resolution of the sensor. However, there is a limit to the improvement of the resolution of the sensor due to restrictions such as cost.
本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであり、直線運動と反転運動を繰り返して往復移動する反射ミラーの制御において、位置情報及び速度情報のそれぞれの弱点をなくして、高精度な制御を行う干渉計、干渉計の制御プログラム及び当該干渉計を用いた分光分析装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in the control of a reflecting mirror that reciprocates by repeating a linear motion and a reversing motion, eliminates each weak point of position information and velocity information, and performs high-precision control. It is an object of the present invention to provide an interferometer that performs the above, a control program for the interferometer, and a spectroscopic analyzer using the interferometer.
本発明にかかる干渉計は、反射ミラーと、前記反射ミラーを直線運動及び反転運動させて往復させる移動機構と、前記移動機構を制御する制御装置とを備える干渉計であって、前記制御装置が、前記反射ミラーの検出速度と予め設定した一定の目標速度との速度偏差に演算処理を施し、その演算処理で生成した速度制御信号を入力して前記移動機構を制御する第１フィードバック制御部を有し、前記反射ミラーの直線運動を判断した場合、第１フィードバック制御部によって、前記移動機構が制御される第１フィードバックループを形成することを特徴とする。 An interferometer according to the present invention is an interferometer including a reflecting mirror, a moving mechanism that reciprocates the reflecting mirror by linear motion and reverse motion, and a control device that controls the moving mechanism, wherein the control device includes: A first feedback control unit that performs a calculation process on a speed deviation between the detection speed of the reflection mirror and a predetermined target speed set in advance, and inputs a speed control signal generated by the calculation process to control the moving mechanism; And a first feedback loop for controlling the moving mechanism is formed by the first feedback control unit when the linear motion of the reflecting mirror is determined.
このようなものであれば、直線運動時に、速度情報に基づいて移動機構を等速に制御するので、位置情報に基づく制御よりも精密に移動機構を等速移動させることができ、安定的な干渉波形を得ることができる。
特に、ＦＴＩＲに用いられる干渉計では、直線運動時に設定される一定のサンプリング時間において、反射ミラーの移動速度を等速にすることが求められるが、本発明の干渉計では、直線運動時に速度情報を用いて精密に等速移動させて、一定のサンプリング時間において反射ミラーの移動速度を精度よく等速にすることができるため、結果として一定距離毎に干渉波を得ることができ、ＦＴＩＲの測定精度を向上させることができる。また、高分解能のセンサを用いずに高精度に移動機構を制御することができるので、コストを抑えることができる。
In such a case, during the linear motion, the moving mechanism is controlled at a constant speed based on the speed information. Therefore, the moving mechanism can be moved at a constant speed more precisely than the control based on the position information. An interference waveform can be obtained.
In particular, in the interferometer used for FTIR, it is required to make the moving speed of the reflection mirror constant at a constant sampling time set during linear motion. In the interferometer of the present invention, speed information during linear motion is required. The moving speed of the reflecting mirror can be made uniform at a constant sampling time with a constant sampling speed, so that an interference wave can be obtained at constant distances, resulting in FTIR measurement. Accuracy can be improved. In addition, since the moving mechanism can be controlled with high accuracy without using a high-resolution sensor, the cost can be reduced.
上記本発明にかかる制御装置が、前記反射ミラーの検出位置と予め設定した目標位置との位置偏差に演算処理を施し、その演算処理で生成した位置制御信号を入力して前記移動機構を制御する第２フィードバック制御部を有し、前記反射ミラーの反転運動を判断した場合、第２フィードバック制御部によって、前記移動機構が制御される第２フィードバックループを形成することが好ましい。
これにより、反転運動時は、位置情報に基づいて移動機構を制御するので、速度情報に基づく制御よりも量子化ノイズの影響を低減させて、常に所定の同位置で移動機構を反転させて干渉計の装置性能を向上させることができる。
特に、ＦＴＩＲに用いられる干渉計では、干渉波を得る必要のない反転運動時において、より正確な位置制御ができるので、所定の定位置で反転させることができ、干渉波の誤差を抑えてＦＴＩＲの測定精度をより向上させることができる。
The control device according to the present invention performs arithmetic processing on a positional deviation between the detection position of the reflecting mirror and a preset target position, and inputs the position control signal generated by the arithmetic processing to control the moving mechanism. When the second feedback control unit is included and the reversal motion of the reflecting mirror is determined, it is preferable that the second feedback control unit forms a second feedback loop in which the moving mechanism is controlled.
As a result, during the reversing motion, the moving mechanism is controlled based on the position information. Therefore, the influence of the quantization noise is reduced compared to the control based on the speed information, and the moving mechanism is always reversed at the same position for interference. The instrument performance of the meter can be improved.
In particular, an interferometer used for FTIR can perform more accurate position control during a reversing motion without the need to obtain an interference wave, so that it can be reversed at a predetermined fixed position, and the error of the interference wave can be suppressed and the FTIR can be suppressed. The measurement accuracy can be further improved.
上記本発明にかかる制御装置が、前記目標位置信号に演算処理を施して目標位置制御信号を生成するフィードフォワード制御部をさらに有し、前記反射ミラーの直線運動時において、前記第１フィードバック制御部が生成した前記速度制御信号と前記フィードフォワード制御部が生成した前記目標位置制御信号とを加算した信号を前記移動機構に入力することが好ましい。これにより、直線運動時において、速度制御及び位置制御の２自由度制御系により移動機構を制御するとともに移動機構に生じる外乱の影響を抑えることができるので、反転運動時に移動機構の反転位置が所定の位置からずれることを防ぎ、干渉計の装置性能の悪化を防止することができる。 The control device according to the present invention further includes a feedforward control unit that performs arithmetic processing on the target position signal to generate a target position control signal, and the first feedback control unit during linear movement of the reflecting mirror It is preferable that a signal obtained by adding the speed control signal generated by and the target position control signal generated by the feedforward control unit is input to the moving mechanism. Thereby, during the linear motion, the moving mechanism can be controlled by the two-degree-of-freedom control system of speed control and position control, and the influence of the disturbance generated in the moving mechanism can be suppressed. The position of the interferometer can be prevented from deviating and the performance of the interferometer can be prevented from deteriorating.
第１フィードバックループと第２フィードバックループとを切り替える場合、上記本発明にかかる制御装置が、前記移動機構の制御を第１フィードバックループ又は第２フィードバックループのいずれか一方から他方に切り替えるスイッチ部と、前記スイッチ部を前記反射ミラーの検出位置又は検出速度のいずれか一方を用いて制御するスイッチ制御部とをさらに有し、前記スイッチ制御部が前記スイッチ部を制御して、前記反射ミラーを直線運動から反転運動に切り替えるときに、第１フィードバックループから第２フィードバックループに切り替え、前記反射ミラーを反転運動から直線運動に切り替えるときに、第２フィードバックループから第１フィードバックループに切り替えることが好ましい。 When switching between the first feedback loop and the second feedback loop, the control device according to the present invention includes a switch unit that switches the control of the moving mechanism from either the first feedback loop or the second feedback loop to the other; A switch control unit that controls the switch unit using either the detection position or the detection speed of the reflection mirror, and the switch control unit controls the switch unit to linearly move the reflection mirror. When switching from the reverse motion to the reverse motion, it is preferable to switch from the first feedback loop to the second feedback loop, and when switching the reflection mirror from the reverse motion to the linear motion, switch from the second feedback loop to the first feedback loop.
また、第１フィードバックループと第２フィードバックループとを切り替える場合、本発明にかかる制御装置は、前記第１フィードバックループが形成されているときに、前記第２フィードバック制御部が、前記速度制御信号を生成する前記演算処理を行い、前記第２フィードバックループが形成されているときに、前記第１フィードバック制御部が、前記位置制御信号を生成する前記演算処理を行うことが好ましい。これにより、第１フィードバックループ又は第２フィードバックループのいずれが形成されている場合でも、第１フィードバック制御部及び第２フィードバック制御部が常に演算処理を行うので、直線運動又は反転運動のいずれか一方から他方に切り替えるときに、移動機構の制御をスムーズに切り替えることができる。 Further, when switching between the first feedback loop and the second feedback loop, the control device according to the present invention allows the second feedback control unit to output the speed control signal when the first feedback loop is formed. It is preferable that the first feedback control unit performs the calculation process for generating the position control signal when the calculation process to be generated is performed and the second feedback loop is formed. As a result, regardless of whether the first feedback loop or the second feedback loop is formed, the first feedback control unit and the second feedback control unit always perform arithmetic processing, so either one of the linear motion or the reverse motion When switching from one to the other, the control of the moving mechanism can be switched smoothly.
本発明の干渉計によれば、直線運動時は速度情報に基づいて移動機構を制御し、精密に移動機構を等速移動させることができ、また、反転運動時は速度情報ではなく位置情報に基づいて移動機構を制御し、量子化ノイズの影響を低減させて精度よく移動機構の反転位置を制御することができる。そのため、位置情報及び速度情報のそれぞれの弱点をなくして、高精度に移動機構を制御することができる。また、高分解能のセンサを用いずに高精度に移動機構を制御することができるので、コストを抑えることもできる。 According to the interferometer of the present invention, the moving mechanism can be controlled based on the speed information during linear motion, and the moving mechanism can be moved precisely at a constant speed, and the position information can be used instead of the speed information during the reverse motion. Based on this, the moving mechanism is controlled, and the influence of quantization noise can be reduced to accurately control the reverse position of the moving mechanism. Therefore, the moving mechanism can be controlled with high accuracy by eliminating the weak points of the position information and the speed information. In addition, since the moving mechanism can be controlled with high accuracy without using a high resolution sensor, the cost can be reduced.
本発明の分光分析装置１の一実施形態について、以下、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of the spectroscopic analysis apparatus 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態における分光分析装置１は、例えばＦＴＩＲ等のフーリエ変換分光法を用いたものであって、具体的には排ガスの分析等に用いられるものである。 The spectroscopic analysis apparatus 1 in the present embodiment uses, for example, Fourier transform spectroscopy such as FTIR, and is specifically used for analysis of exhaust gas.
そして、この分光分析装置１は、図１に示すように、マイケルソン干渉計２と、マイケルソン干渉計２から射出された干渉光の光路上に配置され、該干渉光が試料に照射される試料セル３と、試料セル３内の試料を透過した光を検知する光検出器４と、光検出器４が検出した光強度信号を取得してフーリエ変換を行い、試料を透過した光をスペクトル毎に分光して試料中に含まれる成分を分析する演算装置１２とを備える。 As shown in FIG. 1, the spectroscopic analyzer 1 is arranged on the optical path of the Michelson interferometer 2 and the interference light emitted from the Michelson interferometer 2, and the sample is irradiated with the interference light. The sample cell 3, the light detector 4 for detecting the light transmitted through the sample in the sample cell 3, and the light intensity signal detected by the light detector 4 are acquired and Fourier transformed, and the light transmitted through the sample is spectrumd. And an arithmetic unit 12 for analyzing the components contained in the sample by spectroscopic analysis every time.
マイケルソン干渉計２は、試料照射用の赤外光の光源５と、光源５からの光を２つの光路に分岐するビームスプリッター６と、２つに分かれた一方の光路上に配置される固定ミラー７と、２つに別れた他方の光路上に配置され、移動鏡である反射ミラー８と、この反射ミラー８を一定速度で直線運動させるとともに反転運動して往復移動させる移動機構９と、この移動機構９を制御する制御装置１０とを備える。また、光源５に隣接して略同じ場所に、反射ミラー８の位置を検出するための位置センサに用いられるＨｅ−Ｎｅレーザ光源１１が設けられている。 The Michelson interferometer 2 includes an infrared light source 5 for irradiating a sample, a beam splitter 6 that branches light from the light source 5 into two optical paths, and a fixed optical fiber arranged on one of the two optical paths. A mirror 7, a reflection mirror 8 that is disposed on the other optical path divided into two and is a moving mirror, and a moving mechanism 9 that moves the reflection mirror 8 linearly at a constant speed and reversely reciprocates. And a control device 10 for controlling the moving mechanism 9. In addition, a He—Ne laser light source 11 used for a position sensor for detecting the position of the reflection mirror 8 is provided at substantially the same location adjacent to the light source 5.
光源５は、例えば可干渉光であって一方向に向かって光を射出するものであり、例えばレーザ光源である。 The light source 5 is, for example, coherent light and emits light in one direction, and is, for example, a laser light source.
ビームスプリッター６は、例えば直角プリズムを２つ貼り合わせて接合面に金属薄膜コーティングを施したプリズム型のものであり、光源５から射出された光を透過及び反射する。そのため、光源５から射出されてビームスプリッター６を経た光は、透過された光が向かう光路と反射された光が向かう光路の２つに分岐される。 The beam splitter 6 is of a prism type in which, for example, two right angle prisms are bonded together and a metal thin film coating is applied to the joint surface, and the light emitted from the light source 5 is transmitted and reflected. For this reason, the light emitted from the light source 5 and passed through the beam splitter 6 is branched into two paths: an optical path to which the transmitted light travels and an optical path to which the reflected light travels.
固定ミラー７は、ビームスプリッター６で分岐された光路の一方に配置され、本実施形態ではビームスプリッター６で透過された光の光路上に配置される。 The fixed mirror 7 is disposed on one of the optical paths branched by the beam splitter 6. In this embodiment, the fixed mirror 7 is disposed on the optical path of the light transmitted by the beam splitter 6.
反射ミラー８は、ビームスプリッター６で分岐された光路の他方に配置され、本実施形態では、ビームスプリッター６で反射された光の光路上に配置される。 The reflection mirror 8 is disposed on the other side of the optical path branched by the beam splitter 6. In the present embodiment, the reflection mirror 8 is disposed on the optical path of the light reflected by the beam splitter 6.
移動機構９は、ボイスコイルモータにより駆動するものであって、直動ガイド９１と、コイル（図示しない）と、永久磁石（図示しない）とを備え、コイルに固定されるとともに、反射ミラー８が起立した状態で配置される台車９２とを備える。 The moving mechanism 9 is driven by a voice coil motor, and includes a linear motion guide 91, a coil (not shown), and a permanent magnet (not shown). The moving mechanism 9 is fixed to the coil, and the reflection mirror 8 is And a carriage 92 arranged in an upright state.
上記構成により、移動機構９は後述する制御装置１０から制御信号（例えば電流値）が送信されて、該電流値に相当する電流がコイルに流れると、この電流と永久磁石による磁場とによって発生する力により、コイルに固定された台車９２が直動ガイド９１に沿って移動する。 With the above configuration, when a control signal (for example, a current value) is transmitted from the control device 10 to be described later and a current corresponding to the current value flows through the coil, the moving mechanism 9 is generated by this current and the magnetic field generated by the permanent magnet. Due to the force, the carriage 92 fixed to the coil moves along the linear motion guide 91.
位置センサを構成するＨｅ−Ｎｅレーザ光源１１を用いた反射ミラー８の位置検出は、ビームスプリッター６を経て分岐された光が、固定ミラー７と反射ミラー８により折り返されて戻ったときの干渉波形をみることにより行う。 The position detection of the reflection mirror 8 using the He-Ne laser light source 11 that constitutes the position sensor is performed when the light branched through the beam splitter 6 is turned back by the fixed mirror 7 and the reflection mirror 8 and returned. This is done by looking at
制御装置１０は、移動機構９を制御して反射ミラー８を直線運動させるとともに所定の位置で反転運動させて、これを繰り返すことで移動機構９を往復移動させるものであって、構造的には、ＣＰＵ、内部メモリ、Ｉ／Ｏバッファ回路、ＡＤコンバータ等を有した所謂コンピュータ回路である。そして、内部メモリの所定領域に格納した制御プログラムに従って動作することでＣＰＵ及び周辺機器が協働動作して、図２に示すように、第１フィードバック制御部１０１、第２フィードバック制御部１０２、フィードフォワード制御部１０３等としての機能を発揮する。 The control device 10 controls the moving mechanism 9 to linearly move the reflecting mirror 8 and reversely moves it at a predetermined position, and repeats this to move the moving mechanism 9 back and forth. A so-called computer circuit having a CPU, an internal memory, an I / O buffer circuit, an AD converter, and the like. Then, the CPU and peripheral devices operate cooperatively by operating according to a control program stored in a predetermined area of the internal memory, and as shown in FIG. 2, the first feedback control unit 101, the second feedback control unit 102, the feed It functions as the forward control unit 103 or the like.
以下、各部について説明する。 Hereinafter, each part will be described.
第１フィードバック制御部１０１は、フィードフォワード制御部１０３とともに２自由度制御系を形成するものである。 The first feedback control unit 101 forms a two-degree-of-freedom control system together with the feedforward control unit 103.
この第１フィードバック制御部１０１は、予め入力された目標位置データが示す目標位置ＲＥＦを微分演算部１０４で時間微分した目標速度と、位置センサが検出した反射ミラー８の検出位置を時間微分して得られる検出速度との偏差を算出し、該偏差に比例動作及び積分動作等の演算処理を施して速度制御信号を生成して、加算部１０５へと出力する。 The first feedback control unit 101 time-differentiates the target speed obtained by time-differentiating the target position REF indicated by the target position data input in advance by the differentiation calculation unit 104 and the detection position of the reflection mirror 8 detected by the position sensor. A deviation from the obtained detection speed is calculated, arithmetic processing such as proportional operation and integration operation is performed on the deviation, a speed control signal is generated, and output to the adding unit 105.
ここで、前記目標位置ＲＥＦは、縦軸を位置軸、横軸を時間軸としたときに、図３に示す三角波となるものである。具体的には、目標位置グラフは、予め定めた反転位置−ｙ１からｙ１の間を、一定の傾きを有する直線Ｌ１と、直線Ｌ１とは逆の傾きを有する直線Ｌ２とが交互に連続するものである。この目標位置ＲＥＦを時間微分すると、一定の目標速度となる。
なお、第２フィードバック制御部１０２における目標位置ＲＥＦは、この図３に示す目標位置ＲＥＦと同様のものである。
Here, the target position REF is a triangular wave shown in FIG. 3 when the vertical axis is the position axis and the horizontal axis is the time axis. Specifically, in the target position graph, a straight line L1 having a constant inclination and a straight line L2 having an inclination opposite to the straight line L1 are alternately continued between predetermined inversion positions -y1 to y1. It is. When the target position REF is differentiated with respect to time, a constant target speed is obtained.
The target position REF in the second feedback control unit 102 is the same as the target position REF shown in FIG.
フィードフォワード制御部１０３は、目標位置ＲＥＦに演算処理を施して目標位置制御信号を生成し、この信号を加算部１０５へと出力する。 The feedforward control unit 103 performs an arithmetic process on the target position REF to generate a target position control signal, and outputs this signal to the adding unit 105.
加算部１０５は、第１フィードバック制御部１０１から出力された速度制御信号、及び、フィードフォワード制御部１０３から出力された目標位置制御信号を加算した加算制御信号を生成する。この加算制御信号は移動機構９へ入力される。 The addition unit 105 generates an addition control signal obtained by adding the speed control signal output from the first feedback control unit 101 and the target position control signal output from the feedforward control unit 103. This addition control signal is input to the moving mechanism 9.
そして、加算制御信号を受けて駆動した移動機構９による反射ミラー８の位置が位置センサによって検出されて、この検出位置を時間微分して得られる検出速度を用いて、第１フィードバック制御部１０１が速度制御信号を生成する。この速度制御信号が、加算部１０５でフィードフォワード制御部１０３が生成した目標位置制御信号と加算されて加算制御信号となり、この加算制御信号が移動機構９へフィードバックされる一連の動作が繰り返され、第１フィードバックループＡが構築される。 Then, the position of the reflecting mirror 8 by the moving mechanism 9 driven in response to the addition control signal is detected by the position sensor, and the first feedback control unit 101 uses the detection speed obtained by time differentiation of the detected position. A speed control signal is generated. This speed control signal is added to the target position control signal generated by the feedforward control unit 103 in the addition unit 105 to become an addition control signal, and a series of operations in which this addition control signal is fed back to the moving mechanism 9 is repeated. A first feedback loop A is constructed.
第２フィードバック制御部１０２は、前記目標位置ＲＥＦと、位置センサが検出した反射ミラー８の検出位置との偏差を算出し、該偏差に比例動作及び微分動作等の演算処理を施して位置制御信号を生成する。この位置制御信号は、移動機構９へ入力される。 The second feedback control unit 102 calculates a deviation between the target position REF and the detection position of the reflection mirror 8 detected by the position sensor, and performs arithmetic processing such as a proportional action and a differential action on the deviation to obtain a position control signal. Is generated. This position control signal is input to the moving mechanism 9.
そして、位置制御信号を受けて移動した移動機構９の検出位置が位置センサによって検出され、この検出位置を用いて第２フィードバック制御部１０２が位置制御信号を生成し、この位置制御信号が移動機構９へフィードバックされる一連の動作が繰り返され、第２フィードバックループＢが構築される。 The detected position of the moving mechanism 9 that has moved in response to the position control signal is detected by the position sensor, and the second feedback control unit 102 generates a position control signal using the detected position, and the position control signal is transferred to the moving mechanism. The series of operations fed back to 9 is repeated, and the second feedback loop B is constructed.
しかして、本実施形態の制御装置１０は、移動機構９の制御を、第１フィードバックループＡ又は第２フィードバックループＢのいずれか一方から他方に切り替えるスイッチ部１０６、及びこのスイッチ部１０６を制御するスイッチ制御部（図示しない）を備える。 Accordingly, the control device 10 of the present embodiment controls the switch unit 106 that switches the control of the moving mechanism 9 from either the first feedback loop A or the second feedback loop B to the other, and the switch unit 106. A switch control unit (not shown) is provided.
スイッチ部１０６は、スイッチ制御部が移動機構９への制御信号の入力を加算制御信号又は位置制御信号のいずれか一方から他方に切り替えることにより、前記移動機構９の制御を、第１フィードバックループＡ又は第２フィードバックループＢのいずれか一方から他方に切り替えるものである。 The switch unit 106 controls the moving mechanism 9 to be controlled by the first feedback loop A by switching the input of the control signal to the moving mechanism 9 from one of the addition control signal and the position control signal to the other. Alternatively, either one of the second feedback loops B is switched to the other.
スイッチ制御部は、位置センサが検出した反射ミラー８の検出位置を時間微分して得られる検出速度をパラメータとして用いて、スイッチ部１０６を第１フィードバックループＡ又は第２フィードバックループＢの一方から他方に切り替えるものである。
具体的には、第１フィードバックループＡにおいて、検出速度が目標速度の所定割合（例えば９０％）以下、又は、検出速度が所定速度以下となると、スイッチ制御部が直線運動から反転運動への切り替え点と判断し、スイッチ部１０６を制御して、第１フィードバックループＡから第２フィードバックループＢへと切り替えるものである。
また、第２フィードバックループＢにおいて、検出速度が目標速度の所定割合（例えば９０％）以上、又は、検出速度が所定速度以上となると、スイッチ制御部が反転運動から直線運動への切り替え点と判断し、スイッチ部１０６を制御して、第２フィードバックループＢから第１フィードバックループＡへと切り替えるものである。
The switch control unit uses the detection speed obtained by time differentiation of the detection position of the reflection mirror 8 detected by the position sensor as a parameter, and switches the switch unit 106 from one of the first feedback loop A or the second feedback loop B to the other. To switch to.
Specifically, in the first feedback loop A, when the detected speed is equal to or less than a predetermined ratio (for example, 90%) of the target speed or the detected speed is equal to or lower than the predetermined speed, the switch control unit switches from linear motion to reverse motion. The point is determined, and the switch unit 106 is controlled to switch from the first feedback loop A to the second feedback loop B.
Further, in the second feedback loop B, when the detected speed is equal to or higher than a predetermined ratio (for example, 90%) of the target speed or the detected speed is equal to or higher than the predetermined speed, the switch control unit determines that the switching point is from the reverse motion to the linear motion. Then, the switch unit 106 is controlled to switch from the second feedback loop B to the first feedback loop A.
ここで、制御装置１０に第１フィードバックループＡが構築されているときでも、第２フィードバック制御部１０２は、常に演算処理を行って位置制御信号を生成する。また、同様に制御装置１０に第２フィードバックループＢが構築されているときでも、常に第１フィードバック制御部１０１及びフィードフォワード制御部１０３は演算処理を行い、加算部１０５が加算制御信号を生成する。 Here, even when the first feedback loop A is established in the control device 10, the second feedback control unit 102 always performs arithmetic processing to generate a position control signal. Similarly, even when the second feedback loop B is established in the control device 10, the first feedback control unit 101 and the feedforward control unit 103 always perform arithmetic processing, and the addition unit 105 generates an addition control signal. .
以下、マイケルソン干渉計２の動作について説明する。 Hereinafter, the operation of the Michelson interferometer 2 will be described.
まず、測定を開始する前に、台車９２を、直動ガイド９１の片端に配置された基準部材（図示しない）に当接するまで移動させて、台車９２が基準部材に当接すると、第１フィードバックループＡ又は第２フィードバックループＢによって移動機構９の制御が開始される初動制御が行われる。なお、初動制御は検出位置あるいは検出速度のいずれを用いて制御してもよい。
初動制御後、直線運動時の反射ミラー８の移動速度が測定を開始できる程度に安定すると、制御装置１０が、直線運動を第１フィードバックループＡで制御し、反転運動を第２フィードバックループＢで制御する。
First, before starting the measurement, the carriage 92 is moved until it comes into contact with a reference member (not shown) arranged at one end of the linear guide 91. When the carriage 92 comes into contact with the reference member, the first feedback is made. Initial control is performed in which control of the moving mechanism 9 is started by the loop A or the second feedback loop B. The initial motion control may be performed using either the detection position or the detection speed.
After the initial motion control, when the moving speed of the reflecting mirror 8 during the linear motion is stabilized to the extent that measurement can be started, the control device 10 controls the linear motion with the first feedback loop A and the reverse motion with the second feedback loop B. Control.
第１フィードバックループＡによる移動機構９の制御は以下の通りである。
移動機構９の位置を位置センサが受信すると、第１フィードバック制御部１０１は、この検出位置を用いて速度制御信号を生成して加算部１０５へ出力する。このとき、フィードフォワード制御部１０３は、目標位置制御信号を生成して加算部１０５へ出力する。加算部１０５は、速度制御信号及び目標位置制御信号を加算した加算制御信号を生成する。この加算制御信号は移動機構９に入力され、移動機構９はこの信号に従って駆動する。
ここで、第１フィードバック制御部１０１に入力される目標位置ＲＥＦは、前述したように時間微分すると一定の目標速度となるので、加算部１０５が生成した加算制御信号が入力された移動機構９は、図４の模式図に示すように等速運動を行う。
The control of the moving mechanism 9 by the first feedback loop A is as follows.
When the position sensor receives the position of the moving mechanism 9, the first feedback control unit 101 generates a speed control signal using the detected position and outputs the speed control signal to the adding unit 105. At this time, the feedforward control unit 103 generates a target position control signal and outputs it to the adding unit 105. The addition unit 105 generates an addition control signal obtained by adding the speed control signal and the target position control signal. This addition control signal is input to the moving mechanism 9, and the moving mechanism 9 is driven according to this signal.
Here, since the target position REF input to the first feedback control unit 101 becomes a constant target speed when time differentiated as described above, the moving mechanism 9 to which the addition control signal generated by the addition unit 105 is input is As shown in the schematic diagram of FIG.
そして、位置センサが検出した検出位置を時間微分した検出速度が、目標速度の所定割合以下となると、スイッチ制御部によりスイッチ部１０６は、移動機構９の制御を、第１フィードバックループＡから第２フィードバックループＢに切り替える。 When the detection speed obtained by time-differentiating the detection position detected by the position sensor becomes equal to or less than a predetermined ratio of the target speed, the switch controller 106 controls the movement mechanism 9 from the first feedback loop A to the second speed. Switch to feedback loop B.
第２フィードバックループＢによる移動機構９の制御は以下の通りである。
移動機構９の位置を位置センサが受信すると、第２フィードバック制御部１０２は、位置制御信号を生成する。この位置制御信号は移動機構９へ入力されて、移動機構９はこの位置制御信号に沿って移動する。
ここで、第２フィードバック制御部１０２に入力される目標位置ＲＥＦは、予め定めた所定位置であるので、第２フィードバック制御部１０２が生成する位置制御信号が入力された移動機構９は、図４の模式図に示すように反転運動を行う。
The control of the moving mechanism 9 by the second feedback loop B is as follows.
When the position sensor receives the position of the moving mechanism 9, the second feedback control unit 102 generates a position control signal. This position control signal is input to the moving mechanism 9, and the moving mechanism 9 moves along this position control signal.
Here, since the target position REF input to the second feedback control unit 102 is a predetermined position, the moving mechanism 9 to which the position control signal generated by the second feedback control unit 102 is input is shown in FIG. Reverse movement is performed as shown in the schematic diagram.
そして、位置センサが検出した検出位置を時間微分した検出速度が、目標速度の所定割合以上となると、スイッチ制御部によりスイッチ部１０６は、移動機構９の制御を、第２フィードバックループＢから第１フィードバックループＡに切り替える。 When the detection speed obtained by time-differentiating the detection position detected by the position sensor becomes equal to or greater than a predetermined ratio of the target speed, the switch control unit 106 controls the movement mechanism 9 from the second feedback loop B to the first. Switch to feedback loop A.
このような制御装置１０により、図４に示すように、第１フィードバックループＡにより移動機構９が制御されているときは、移動機構９は等速に直線運動を行い、第２フィードバックループＢにより移動機構９が制御されているときは、移動機構９は所定の定位置で反転運動を行う。 When the moving mechanism 9 is controlled by the first feedback loop A by such a control device 10 as shown in FIG. 4, the moving mechanism 9 performs linear motion at a constant speed, and the second feedback loop B When the moving mechanism 9 is controlled, the moving mechanism 9 performs a reverse motion at a predetermined fixed position.
このように構成した干渉計２は、直線運動時に、速度情報に基づいて移動機構９を等速に制御するので、位置情報に基づく制御よりも精密に移動機構９を等速移動させることができ、安定的な干渉波形を得ることができる。
そして、反転運動時に、位置情報に基づいて移動機構９を制御するので、速度情報に基づく制御よりも量子化ノイズの影響を低減させて、常に所定の同位置で移動機構９を反転させて干渉計２の装置性能を向上させることができる。
そのため、上述した構成を備える干渉計２を用いたＦＴＩＲは、直線運動時に速度情報を用いて精密に反射ミラー８を等速移動させることができるので、直線運動時に設定される一定のサンプリング時間において、反射ミラー８の移動速度を精度よく等速にすることができ、結果として一定距離毎に干渉波を得ることができる。また、干渉波を得る必要のない反転運動時においては、位置情報を用いてより正確な位置制御ができるので、所定の定位置で反転させて、干渉波の誤差を抑えることができる。従って、本発明の干渉計２を用いたＦＴＩＲは、測定精度を向上させることができる。
さらに、高分解能のセンサを用いずに高精度に移動機構９を制御することができるので、コストを抑えることができる。
Since the interferometer 2 configured in this manner controls the moving mechanism 9 at a constant speed based on the speed information during linear motion, the moving mechanism 9 can be moved at a constant speed more precisely than the control based on the position information. A stable interference waveform can be obtained.
Since the moving mechanism 9 is controlled based on the position information during the reversing motion, the influence of the quantization noise is reduced as compared with the control based on the speed information, and the moving mechanism 9 is always reversed at the same position to cause interference. A total of two apparatus performances can be improved.
For this reason, the FTIR using the interferometer 2 having the above-described configuration can accurately move the reflecting mirror 8 at a constant speed using the velocity information during the linear motion, and therefore, at a constant sampling time set during the linear motion. Thus, the moving speed of the reflecting mirror 8 can be made uniform with high accuracy, and as a result, an interference wave can be obtained at every constant distance. Further, during the reversing motion in which it is not necessary to obtain the interference wave, the position information can be used for more accurate position control. Therefore, it is possible to suppress the error of the interference wave by reversing at a predetermined fixed position. Therefore, the FTIR using the interferometer 2 of the present invention can improve the measurement accuracy.
Furthermore, since the moving mechanism 9 can be controlled with high accuracy without using a high-resolution sensor, the cost can be reduced.
また、加算部１０５が、第１フィードバック制御部１０１が生成した速度制御信号と、フィードフォワード制御部１０３が生成した目標位置制御信号を加算するので、直線運動時において、速度制御及び位置制御の２自由度制御系により移動機構９を制御するとともに移動機構９に生じる例えば振動等の外乱の影響を抑えることが出来るので、反転運動時に反転位置が所定の位置からずれることを防ぎ、干渉計２の装置性能の悪化を防止することが出来る。 Further, since the adding unit 105 adds the speed control signal generated by the first feedback control unit 101 and the target position control signal generated by the feedforward control unit 103, the speed control and the position control 2 are performed during linear motion. Since the movement mechanism 9 can be controlled by the degree of freedom control system and the influence of disturbance such as vibration generated in the movement mechanism 9 can be suppressed, the reversal position is prevented from deviating from a predetermined position during the reversing motion, and the interferometer 2 Deterioration of device performance can be prevented.
また、第１フィードバックループＡ又は第２フィードバックループＢのいずれが形成されている場合でも、第１フィードバック制御部１０１及び第２フィードバック制御部１０２が常に演算処理を行うので、第１フィードバックループＡ又は第２フィードバックループＢのいずれか一方から他方に切り替えるときに、スムーズに切り替えることができる。 In addition, regardless of whether the first feedback loop A or the second feedback loop B is formed, the first feedback control unit 101 and the second feedback control unit 102 always perform arithmetic processing, so the first feedback loop A or When switching from any one of the second feedback loops B to the other, the switching can be performed smoothly.
なお、本発明は上記実施形態に限られたものではない。 The present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、本実施形態では移動機構９を駆動するものとして、ボイスコイルモータを用いているが、例えばモータとボールネジ等の直動機構を用いたものでもよい。 For example, in this embodiment, a voice coil motor is used to drive the moving mechanism 9, but a motor and a linear motion mechanism such as a ball screw may be used.
本実施形態では、反射ミラー８の位置を検出する位置センサを用いているが、例えば反射ミラー８の速度を検出する速度センサを併用してもよい。この場合、移動機構９の直線運動時は、速度センサにより検出された検出速度を用いて第１フィードバックループＡによる制御を行い、移動機構９の反転運動時は、位置センサにより検出された検出位置を用いて第２フィードバックループＢによる制御を行う。 In the present embodiment, a position sensor that detects the position of the reflecting mirror 8 is used. However, for example, a speed sensor that detects the speed of the reflecting mirror 8 may be used in combination. In this case, when the moving mechanism 9 is linearly moved, control by the first feedback loop A is performed using the detection speed detected by the speed sensor, and when the moving mechanism 9 is reversed, the detected position detected by the position sensor is used. The second feedback loop B is used for control.
本実施形態では、スイッチ制御部のスイッチ部１０６の制御するためのパラメータに、検出位置を時間微分して得られる検出速度が用いられているが、検出位置を用いてもよい。
この場合、例えばスイッチ制御部は、検出位置が予め定めた所定範囲（例えば、往復中心から所定距離の範囲）を超えると、直線運動から反転運動への切り替え点と判断し、前記移動機構９の制御を第１フィードバックループＡから第２フィードバックループＢに切り替える。そして、検出位置が予め定めた所定範囲（例えば、往復中心から所定距離の範囲）内であると、スイッチ制御部は、反転運動から直線運動への切り替え点と判断し、前記移動機構９の制御を、第２フィードバックループＢから第１フィードバックループＡに切り替える。
In this embodiment, the detection speed obtained by differentiating the detection position with respect to time is used as a parameter for controlling the switch unit 106 of the switch control unit, but the detection position may be used.
In this case, for example, when the detection position exceeds a predetermined range (for example, a range of a predetermined distance from the reciprocation center), the switch control unit determines that the switching point from the linear motion to the reverse motion and Control is switched from the first feedback loop A to the second feedback loop B. If the detection position is within a predetermined range (for example, a range within a predetermined distance from the reciprocation center), the switch control unit determines that the switching point is from the reverse motion to the linear motion, and controls the moving mechanism 9. Is switched from the second feedback loop B to the first feedback loop A.
本発明は、その趣旨に反しない範囲で様々な変形が可能である。 The present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
１・・・分光分析装置
２・・・干渉計
８・・・反射ミラー
９・・・移動機構
１０・・制御装置
１０１・第１フィードバック制御部
１０２・第２フィードバック制御部
１０３・フィードフォワード制御部
１０６・スイッチ部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Spectroscopic analyzer 2 ... Interferometer 8 ... Reflection mirror 9 ... Moving mechanism 10 ... Control device 101 / First feedback control unit 102 / Second feedback control unit 103 / Feed forward control unit 106-Switch part
Claims (7)
前記反射ミラーを直線運動及び反転運動させて往復させる移動機構と、
前記移動機構を制御する制御装置とを備える干渉計であって、
前記制御装置が、前記反射ミラーの検出速度と予め設定した一定の目標速度との速度偏差に演算処理を施し、その演算処理で生成した速度制御信号を入力して前記移動機構を制御する第１フィードバック制御部を有し、
前記反射ミラーの直線運動を判断した場合、第１フィードバック制御部によって、前記移動機構が制御される第１フィードバックループを形成する干渉計。 A reflective mirror,
A moving mechanism for reciprocating the reflecting mirror by linear movement and reverse movement;
An interferometer comprising a control device for controlling the moving mechanism,
The control device performs a calculation process on a speed deviation between a detection speed of the reflecting mirror and a predetermined target speed set in advance, and inputs a speed control signal generated by the calculation process to control the moving mechanism. A feedback control unit,
An interferometer that forms a first feedback loop in which the moving mechanism is controlled by a first feedback control unit when a linear motion of the reflecting mirror is determined.
前記反射ミラーの反転運動を判断した場合、第２フィードバック制御部によって、前記移動機構が制御される第２フィードバックループを形成する請求項１記載の干渉計。 Second feedback control in which the control device performs arithmetic processing on a positional deviation between the detection position of the reflecting mirror and a preset target position, and inputs the position control signal generated by the arithmetic processing to control the moving mechanism. Part
2. The interferometer according to claim 1, wherein, when the reversal motion of the reflection mirror is determined, a second feedback loop in which the moving mechanism is controlled is formed by a second feedback control unit.
前記反射ミラーの直線運動時において、前記第１フィードバック制御部が生成した前記速度制御信号と前記フィードフォワード制御部が生成した前記目標位置制御信号とを加算した信号を前記移動機構に入力する請求項１又は２記載の干渉計。 The control device further includes a feedforward control unit that performs arithmetic processing on the target position signal to generate a target position control signal,
A signal obtained by adding the speed control signal generated by the first feedback control unit and the target position control signal generated by the feedforward control unit during linear movement of the reflection mirror is input to the moving mechanism. The interferometer according to 1 or 2.
前記移動機構の制御を第１フィードバックループ又は第２フィードバックループのいずれか一方から他方に切り替えるスイッチ部と、
前記スイッチ部を前記反射ミラーの検出位置又は検出速度のいずれか一方を用いて制御するスイッチ制御部とをさらに有し、
前記スイッチ制御部が前記スイッチ部を制御して、前記反射ミラーを直線運動から反転運動に切り替えるときに、第１フィードバックループから第２フィードバックループに切り替え、前記反射ミラーを反転運動から直線運動に切り替えるときに、第２フィードバックループから第１フィードバックループに切り替える請求項２又は３記載の干渉計。 The control device is
A switch unit for switching the control of the moving mechanism from one of the first feedback loop and the second feedback loop to the other;
A switch control unit that controls the switch unit using either the detection position or the detection speed of the reflection mirror;
When the switch control unit controls the switch unit to switch the reflecting mirror from a linear motion to a reverse motion, the first feedback loop is switched to a second feedback loop, and the reflective mirror is switched from a reverse motion to a linear motion. The interferometer according to claim 2 or 3, wherein sometimes the second feedback loop is switched to the first feedback loop.
前記第２フィードバックループが形成されているときに、前記第１フィードバック制御部が、前記位置制御信号を生成する前記演算処理を行う請求項２乃至４何れかに記載の干渉計。 When the first feedback loop is formed, the second feedback control unit performs the arithmetic processing to generate the speed control signal,
5. The interferometer according to claim 2, wherein when the second feedback loop is formed, the first feedback control unit performs the calculation process for generating the position control signal. 6.
前記反射ミラーの直線運動を判断した場合、前記反射ミラーの検出速度と予め設定された一定の目標速度との速度偏差に演算処理を施して、その演算処理により生成された速度制御信号を前記移動機構にフィードバックする第１フィードバックステップをコンピュータに実行させる干渉計の制御プログラム。
A control program for an interferometer, comprising: a reflection mirror; a movement mechanism that reciprocates the reflection mirror by linear movement and reverse movement; and a control device that controls the movement mechanism,
When the linear movement of the reflecting mirror is determined, an arithmetic process is performed on a speed deviation between the detection speed of the reflecting mirror and a predetermined target speed set in advance, and the speed control signal generated by the arithmetic process is moved to An interferometer control program for causing a computer to execute a first feedback step for feeding back to a mechanism.
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