JP2021519413A - 自己参照分光器 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2018年3月30日に米国特許商標庁に出願された米国仮出願第62/651,016号、並びに、2019年3月28日に米国特許商標庁に出願された米国実用新案出願第16/368,771号の優先権およびその利益を主張するものであり、それらの内容の全体は、その全体が以下に完全に記載されているかのように、また適用されるすべての目的のために、引用により本明細書に援用されるものとする。
ここで、Id1は検出器206aからの検出されたインターフェログラム信号であり、Id2は検出器206bからの検出されたインターフェログラム信号である。なお、サンプル吸光度の精度に影響を与える可能性のある2つの検出器206a、206b間のあらゆる差は、最終的な計算において較正および補償され得ることを理解されたい。
ビームスプリッタ812などのMEMS干渉計の様々な部品および他の微小光学部品(例えば、ミラー、MEMSアクチュエータなど)は、単一のリソグラフィステップを使用して規定され、エッチングストップ(BOX)層806に達するまで、高い異方性を持つプロセスを使用してデバイス層808内にエッチングされるものであってもよい。可動反射器およびMEMSアクチュエータなどの任意の可動部品は、可動部品の下にあるBOX層806を選択的に除去することによって、解放することができる。MEMSチップ800は、パッケージなどの別の基板810にウェハレベルでさらに接合されるものであってもよい。
ここで、WSおよびWRは、サンプルインターフェログラムおよび基準インターフェログラムをそれぞれ検出するための窓関数である。いくつかの例では WSおよびWRは、可動ミラー1324のミラー変位xの同じ窓関数Wのシフトバージョンである。
ここで、SSはサンプル干渉信号の寄与であり、SRはバックグラウンド干渉信号の寄与であり、a、b、c、dは、サンプル干渉信号をバックグラウンド干渉信号に加える比率を表す定数である。その結果、信号S1、S2は、異なる光源に由来するものと考えられ、よって、プロセッサ(図示省略)は、ブラインド信号源分離(BSS)アルゴリズムを利用して、SSおよびSRを抽出することができる。いくつかの例では、スイッチ1614をプロセッサによってさらに制御することができる。
Claims (30)
- 自己参照分光器であって、
入力ビームを受光して、前記入力ビームを第1の光路に沿って導いて第1の干渉ビームを生成するとともに、第2の光路に沿って導いて第2の干渉ビームを生成するように光学的に結合された干渉計であって、前記第1の干渉ビームおよび前記第2の干渉ビームが、前記干渉計の出力部より前に生成され、前記第1の干渉ビームおよび前記第2の干渉ビームが、前記干渉計の外部の異なるそれぞれの媒体を通過する、干渉計と、
前記第1の干渉ビームから生成された第1の干渉信号と、前記第2の干渉ビームから生成された第2の干渉信号とを同時に検出するように光学的に結合された検出器と、
前記検出器に結合されたプロセッサであって、前記第1の干渉信号および前記第2の干渉信号を処理するとともに、前記第1の干渉信号を処理する際に前記第2の干渉信号を基準信号として利用するように構成されたプロセッサとを備えることを特徴とする分光器。 - 請求項1に記載の分光器において、
前記干渉計がさらに、
前記入力ビームを受光して、前記入力ビームを第1の入射ビームと第2の入射ビームとに分割するように光学的に結合されたビームスプリッタと、
前記第1の入射ビームを受光して、前記第1の入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して第1の反射ビームを生成するように光学的に結合された固定反射器と、
前記第2の入射ビームを受光して、前記第2の入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して第2の反射ビームを生成するように光学的に結合された可動反射器と、
前記可動反射器に結合されて前記可動反射器に変位を生じさせるアクチュエータとを備え、前記変位が、前記第1の反射ビームと前記第2の反射ビームとの間に光路長差を生じさせることを特徴とする分光器。 - 請求項2に記載の分光器において、
前記ビームスプリッタが、前記第1の反射ビームと前記第2の反射ビームとの間の干渉から第1の干渉ビームを生成して、前記第1の光路に沿って前記第1の干渉ビームを導くように、さらに光学的に結合され、
前記ビームスプリッタが、前記第1の反射ビームと前記第2の反射ビームとの間の干渉から第2の干渉ビームを生成して、前記第2の光路に沿って前記第2の干渉ビームを導くように、さらに光学的に結合されており、
前記検出器が、前記第1の干渉信号を検出するように光学的に結合された第1の検出器と、前記第2の干渉信号を検出するように光学的に結合された第2の検出器とを備えることを特徴とする分光器。 - 請求項3に記載の分光器において、
前記固定反射器が、固定再帰反射器を含み、
前記可動反射器が、可動再帰反射器を含むことを特徴とする分光器。 - 請求項4に記載の分光器において、
前記干渉計が、マッハツェンダー干渉計を含み、
前記ビームスプリッタが、第1のビームスプリッタおよび第2のビームスプリッタを含み、
前記固定反射器がさらに、前記第1のビームスプリッタから前記第1の入射ビームを受光し、前記第1の入射ビームを前記固定再帰反射器に向け直すように光学的に結合された第1の平面ミラーを含み、
前記固定再帰反射器が、前記第1の反射ビームを前記第2のビームスプリッタに向けるように光学的に結合され、
前記可動再帰反射器が、前記第1のビームスプリッタから前記第2の入射ビームを受光するように光学的に結合され、
前記可動反射器がさらに、前記可動再帰反射器から第2の反射ビームを受光して、前記第2の反射ビームを前記第2のビームスプリッタに向け直すように光学的に結合された第2の平面ミラーを含み、
前記第2のビームスプリッタが、前記第1の反射ビームおよび前記第2の反射ビームを受光して、前記第1の干渉ビームおよび前記第2の干渉ビームを生成するように光学的に結合されていることを特徴とする分光器。 - 請求項3に記載の分光器において、
前記干渉計がさらに、前記入力ビームを受光して、前記入力ビームを前記ビームスプリッタに導くように光学的に結合されたカプラを含み、前記カプラが、前記ビームスプリッタから第2の干渉ビームを受光して、前記第2の光路に沿って前記第2の検出器に向けて前記第2の干渉ビームを導くようにさらに光学的に結合されていることを特徴とする分光器。 - 請求項3に記載の分光器において、
前記入力ビームが、第1のスペクトル範囲を含む第1の入力ビームと、前記第1のスペクトル範囲とは異なる第2のスペクトル範囲を含む第2の入力ビームとを含み、
前記ビームスプリッタが、前記第1の入力ビームを受光して、前記第1の入力ビームを第1の副入射ビームと第2の副入射ビームとに分割するように光学的に結合され、
前記ビームスプリッタが、前記第2の入力ビームを受光して、前記第2の入力ビームを第3の副入射ビームと第4の副入射ビームとに分割するようにさらに光学的に結合され、
前記固定反射器が、前記第1の副入射ビームを受光して、前記第1の副入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して、第1の副反射ビームを生成するように光学的に結合され、
前記固定反射器が、前記第3の副入射ビームを受光して、前記第3の副入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して、第3の副反射ビームを生成するようにさらに光学的に結合され、
前記可動反射器が、前記第2の副入射ビームを受光して、前記第2の副入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して、第2の副反射ビームを生成するように光学的に結合され、
前記可動反射器が、前記第4の副入射ビームを受光して、前記第4の副入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して、第4の副反射ビームを生成するようにさらに光学的に結合され、
前記ビームスプリッタが、前記第1の副反射ビームおよび前記第3の副反射ビームを受光して、前記第1の副反射ビームと前記第3の副反射ビームとの間の干渉から前記第1の干渉ビームを生成するようにさらに光学的に結合され、
前記ビームスプリッタが、前記第2の副反射ビームおよび前記第4の副反射ビームを受光して、前記第2の副反射ビームと前記第4の副反射ビームとの間の干渉から前記第2の干渉ビームを生成するようにさらに光学的に結合されていることを特徴とする分光器。 - 請求項7に記載の分光器において、
前記ビームスプリッタが、前記第1の入力ビームを受光するように光学的に結合された第1のビームスプリッタと、前記第2の入力ビームを受光するように光学的に結合された第2のビームスプリッタとを備え、
前記固定反射器が、前記第1の副入射ビームを受光するように光学的に結合された第1の固定反射器と、前記第3の副入射ビームを受光するように光学的に結合された第2の固定反射器とを備え、
前記可動反射器が、前記第2の副入射ビームを受光するように光学的に結合された第1の可動反射器と、前記第4の副入射ビームを受光するように光学的に結合された第2の可動反射器とを備え、
前記アクチュエータが、前記第1の可動反射器と前記第2の可動反射器の両方に結合され、前記第1の可動反射器と前記第2の可動反射器を同時に変位させることを特徴とする分光器。 - 請求項8に記載の分光器において、
前記第2の可動反射器が、光路増倍コーナーミラーを含むことを特徴とする分光器。 - 請求項1に記載の分光器において、
前記第1の光路がサンプルアームを含み、前記第2の光路が基準アームを含み、前記サンプルアームが被試験サンプル(SUT)を含むことを特徴とする分光器。 - 請求項10に記載の分光器において、
前記基準アームが基準物質を含むことを特徴とする分光器。 - 請求項11に記載の分光器において、
前記基準物質が拡散反射面を含むことを特徴とする分光器。 - 請求項12に記載の分光器において、
前記干渉計を含む微小電気機械システム(MEMS)チップをさらに備えることを特徴とする分光器。 - 請求項13に記載の分光器において、
前記拡散反射面を含む基準物質が、MEMSチップ内に作製されていることを特徴とする分光器。 - 請求項12に記載の分光器において、
前記基準物質が黒色シリコン反射器を含むことを特徴とする分光器。 - 請求項12に記載の分光器において、
前記拡散反射面を含む基準物質が MEMSチップにウェハレベルで接合されていることを特徴とする分光器。 - 請求項16に記載の分光器において、
前記基準物質がサンドブラスト加工ガラスを含むことを特徴とする分光器。 - 請求項10に記載の分光器において、
前記プロセッサが、前記第1の干渉信号と前記第2の干渉信号との比に基づいて、SUTの吸光度を計算するようにさらに構成されていることを特徴とする分光器。 - 請求項1に記載の分光器において、
前記第2の光路が基準アームを含み、前記基準アームが基準物質または基準フィルタを含み、
前記プロセッサが、前記第2の干渉信号を利用して、前記第1の干渉信号に適用される波長補正量を決定するようにさらに構成されていることを特徴とする分光器。 - 請求項19に記載の分光器において、
前記干渉計を含む微小電気機械システム(MEMS)チップをさらに備え、MEMSチップが、基準物質を含む微小流体チャネルを含むことを特徴とする分光器。 - 請求項1に記載の分光器において、
光源ビームを被試験サンプル(SUT)および基準物質に向けるように構成された光源をさらに備え、
SUTが、前記光源ビームを反射して第1の入力ビームを生成するように光学的に結合され、前記基準物質が、前記光源ビームを反射して第2の入力ビームを生成するように光学的に結合され、前記入力ビームが、前記第1の入力ビームおよび前記第2の入力ビームを含み、
前記干渉計が、SUTから反射された前記第1の入力ビームと、前記基準物質から反射された前記第2の入力ビームとを受光して、前記第1の入力ビームから前記第1の干渉ビームを生成するとともに、前記第2の入力ビームから前記第2の干渉ビームを生成するように光学的に結合されていることを特徴とする分光器。 - 請求項21に記載の分光器において、
前記干渉計が、マイケルソン干渉計またはファブリーペロー干渉計を含むことを特徴とする分光器。 - 請求項21に記載の分光器において、
前記干渉計がさらに、
前記第1の入力ビームおよび前記第2の入力ビームを受光して、前記第1の入力ビームを第1の入射ビームと第2の入射ビームとに分割するとともに、前記第2の入力ビームを第3の入射ビームと第4の入射ビームとに分割するように光学的に結合されたビームスプリッタと、
前記第1の入射ビームおよび前記第3の入射ビームを受光して、前記第1の入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して第1の反射ビームを生成するとともに、前記第3の入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して第3の反射ビームを生成するように光学的に結合された固定反射器と、
前記第2の入射ビームおよび前記第4の入射ビームを受光して、前記第2の入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して第2の反射ビームを生成するとともに、前記第4の入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して第4の反射ビームを生成するように光学的に結合された可動反射器とを備え、
前記ビームスプリッタが、前記第1の反射ビームと前記第2の反射ビームとの間の干渉から前記第1の干渉ビームを生成して、前記第1の干渉ビームを前記検出器に向けるようにさらに光学的に結合され、
前記ビームスプリッタが、前記第3の反射ビームと前記第4の反射ビームとの間の干渉から前記第2の干渉ビームを生成して、前記第2の干渉ビームを前記検出器に向けるようにさらに光学的に結合され、
前記第1の光路が、前記第1の入射ビーム、前記第2の入射ビーム、前記第1の反射ビーム、前記第2の反射ビームおよび前記第1の干渉ビームを含み、
前記第2の光路が、前記第3の入射ビーム、前記第4の入射ビーム、前記第3の反射ビーム、前記第4の反射ビームおよび前記第2の干渉ビームを含むことを特徴とする分光器。 - 請求項23に記載の分光器において、
前記固定反射器が、前記第1の入射ビームを受光するように光学的に結合された第1の固定反射器と、前記第2の入射ビームを受光するように光学的に結合された第2の固定反射器とを含み、
前記第1の固定反射器は、前記第1の干渉信号と前記第2の干渉信号との間のクロスカップリングを回避するように選択された距離だけ、前記ビームスプリッタに対して前記第2の固定反射器から空間的にオフセットされていることを特徴とする分光器。 - 請求項24に記載の分光器において、
前記干渉計がさらに、前記第2の入力ビームを受光して、前記第2の入力ビームを前記ビームスプリッタに提供するように光学的に結合された薄膜ファブリペロースラブを含むことを特徴とする分光器。 - 請求項1に記載の分光器において、
被試験サンプル(SUT)を含むウィンドウと、
前記ウィンドウに結合された反射面と、
光源ビームを放出して、前記光源ビームを前記ウィンドウおよび前記反射面に導くように光学的に結合された光源とをさらに備え、
SUTが、前記光源ビームの第1のスペクトル範囲を拡散反射して第1の入力ビームを生成するように光学的に結合され、
前記反射面が、前記光源ビームの第2のスペクトル範囲を反射して第2の入力ビームを生成するように光学的に結合され、
前記入力ビームが、前記第1の入力ビームおよび前記第2の入力ビームを含み、
前記第1の干渉信号が第1のスペクトル範囲を含み、前記第2の干渉信号が第2のスペクトル範囲を含み、
前記検出器が、前記第1の干渉信号および前記第2の干渉信号を含む複合干渉信号を受光するように光学的に結合されており、
前記プロセッサが、前記第1の干渉信号および記憶された較正測定値に基づいてバックグラウンド信号を推定するようにさらに構成されていることを特徴とする分光器。 - 請求項26に記載の分光器において、
前記ウィンドウが反射面を含み、前記反射面が前記ウィンドウ上に反射防止コーティングを含むことを特徴とする分光器。 - 請求項26に記載の分光器において、
前記光源が、第1のセットの発光器と第2のセットの発光器を含み、
前記分光器がさらに、前記プロセッサによって制御されるスイッチを備え、前記スイッチが、前記第1のセットの発光器および前記第2のセットの発光器に結合されて、前記第1のセットの発光器および前記第2のセットの発光器を交互にオンにするように構成されていることを特徴とする分光器。 - 請求項28に記載の分光器において、
前記検出器が、前記第1のセットの発光器がオンにされたときに、前記第1の干渉信号の第1の部分および前記第2の干渉信号の第1の部分を含む第1の複合干渉信号を受信するように光学的に結合され、
前記検出器が、前記第2のセットの発光器がオンにされたときに、前記第1の干渉信号の第2の部分および前記第2の干渉信号の第2の部分を含む第2の複合干渉信号を受信するように光学的に結合されており、
前記プロセッサが、前記第1の複合干渉信号および前記第2の複合干渉信号から前記第1の干渉信号および前記第2の干渉信号を抽出するようにさらに構成されていることを特徴とする分光器。 - 請求項28に記載の分光器において、
前記反射面が、基準拡散反射物質を含むことを特徴とする分光器。
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