JP5891955B2 - Timing generation apparatus for Fourier transform spectrometer and method, Fourier transform spectrometer and method - Google Patents
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Description
本発明は、フーリエ変換型分光計に好適に用いられるフーリエ変換型分光計用タイミング生成装置およびフーリエ変換型分光計用タイミング生成方法ならびにこのフーリエ変換型分光計用タイミング生成装置および該生成方法を用いたフーリエ変換型分光計およびフーリエ変換型分光方法に関する。 The present invention uses a timing generation apparatus for a Fourier transform spectrometer, a timing generation method for a Fourier transform spectrometer, and a timing generation apparatus for the Fourier transform spectrometer, which are preferably used for a Fourier transform spectrometer, and the generation method. The present invention relates to a Fourier transform spectrometer and a Fourier transform spectroscopic method.
分光計は、測定対象の被測定光における各波長(各波数)の成分(光強度)を表すスペクトルを測定する装置であり、その1つに干渉計で被測定光の干渉光を測定し、この測定結果をフーリエ変換することによって被測定光のスペクトルを求めるフーリエ変換型分光計がある。 A spectrometer is a device that measures a spectrum that represents a component (light intensity) of each wavelength (each wave number) in light to be measured, one of which is measuring the interference light of the light to be measured with an interferometer, There is a Fourier transform spectrometer that obtains the spectrum of light to be measured by Fourier transforming the measurement result.
このフーリエ変換型分光計では、前記干渉計の出力は、光路差を変えながら干渉した前記被測定光の干渉光であって、前記被測定光に含まれる複数の波長の光が前記干渉計によって一括で干渉された合成波形であり、インターフェログラムと呼ばれる。そして、このインターフェログラムをフーリエ変換することによって、前記被測定光のスペクトルが求められる。より具体的には、フーリエ変換分光計は、前記干渉計から出力される前記被測定光の干渉光を光電変換し、この光電変換することによって生成された電気信号を所定のサンプリングタイミングでサンプリングすることによって、前記インターフェログラムの測定データを得て、そして、前記インターフェログラムの測定データをフーリエ変換することによって、前記被測定光のスペクトルを求めている。このインターフェログラムは、所定の範囲で1または複数の急峻なピークを持つと共に残余の範囲では略ゼロレベルとなるプロファイルとなり、この1または複数の急峻なピークのうちの中央のピークは、センターバーストと呼ばれる。 In this Fourier transform type spectrometer, the output of the interferometer is interference light of the measured light that interferes while changing the optical path difference, and light of a plurality of wavelengths included in the measured light is transmitted by the interferometer. This is a combined waveform that is interfered at once, and is called an interferogram. Then, the spectrum of the light to be measured is obtained by Fourier transforming the interferogram. More specifically, the Fourier transform spectrometer photoelectrically converts the interference light of the light to be measured output from the interferometer, and samples an electrical signal generated by the photoelectric conversion at a predetermined sampling timing. Thus, the measurement data of the interferogram is obtained, and the measurement data of the interferogram is Fourier transformed to obtain the spectrum of the light to be measured. This interferogram has a profile that has one or a plurality of steep peaks in a predetermined range and a substantially zero level in the remaining range, and the center peak of the one or more steep peaks has a center burst. Called.
このようなフーリエ変換分光計では、前記所定のサンプリングタイミングが所望のタイミングからずれると、最終的に得られる前記被測定光のスペクトルに、被測定光のスペクトルではない偽スペクトルが生じてしまう。 In such a Fourier transform spectrometer, when the predetermined sampling timing deviates from a desired timing, a false spectrum that is not the spectrum of the light to be measured is generated in the spectrum of the light to be measured that is finally obtained.
そこで、このような偽スペクトルの発生を回避するための技術が、例えば、特許文献1や特許文献2に開示されている。この特許文献1に開示のフーリエ変換分光器のデータ処理方式は、フーリエ変換分光器に光路差計測用のレーザ干渉計を組込み、該レーザ干渉計のレーザ干渉信号を2値化処理したサンプルホールド信号を基準に、光検出器から出力される干渉信号をサンプリングし、サンプリングされた干渉信号のデータをスペクトル解析するフーリエ変換分光器のデータ処理方式であって、レーザ干渉信号の1/n波長間隔で干渉信号をサンプリングし、かつサンプリングされた干渉信号をn個おきにn個のデータに分離してフーリエ変換した上で、各データを加算するものである。より具体的には、このデータ処理方式は、レーザ干渉信号の立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングでサンプリングし、立ち上がりタイミングのみのデータと立ち下がりタイミングのみのデータとをそれぞれ独立して扱ってフーリエ変換した上で、各データを加算している。
Therefore, for example,
また、前記特許文献2に開示の干渉分光光度計は、レーザ光源から発したレーザ光および赤外光源から発した赤外光を同一の干渉計に導入して干渉光を発生させ、レーザ干渉光に基づいて赤外干渉光の受光信号をサンプリングするタイミングを決定する干渉分光光度計において、レーザ干渉光の干渉縞信号の極性を反転した逆相信号を生成する位相反転手段と、前記干渉縞信号の正相信号と逆相信号とを同一の基準電圧で振幅比較してそれぞれ2値信号に変換する二つの振幅比較手段と、該振幅比較手段の出力信号の立上りエッジ又は立下りエッジのいずれか一方をそれぞれ検出して、それに応じたパルス信号を生成する二つのエッジ検出手段と、前記エッジ検出手段からの2系統のパルス信号により、赤外干渉光の受光信号をそれぞれサンプリングする二つのサンプリング手段と、を備えている。 Further, the interference spectrophotometer disclosed in Patent Document 2 introduces laser light emitted from a laser light source and infrared light emitted from an infrared light source into the same interferometer to generate interference light. In the interference spectrophotometer for determining the timing for sampling the received light signal of the infrared interference light based on the phase inversion means for generating a reverse phase signal obtained by inverting the polarity of the interference fringe signal of the laser interference light, and the interference fringe signal Two amplitude comparison means for comparing the amplitudes of the positive phase signal and the negative phase signal with the same reference voltage and converting them to a binary signal, and either the rising edge or the falling edge of the output signal of the amplitude comparison means Two edge detection means for detecting one of them and generating a pulse signal corresponding thereto, and two systems of pulse signals from the edge detection means, the received light signal of the infrared interference light is respectively sampled. And a, and two sampling means for the ring.
ところで、前記特許文献1に開示のデータ処理方式は、前記偽スペクトルの発生を低減することができる。しかしながら、前記特許文献1に開示のデータ処理方式では、n個のデータを各々独立して扱うので、各データのサンプリング間隔がn倍となり、短波長側のスペクトルを測定することが難しい。より具体的には、立ち上がりタイミングのみのデータでは、サンプリング間隔は、立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングの両方を用いた場合に較べて2倍となり、そして、同様に、立ち下がりタイミングのみのデータでは、サンプリング間隔は、立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングの両方を用いた場合に較べて2倍となる。
Incidentally, the data processing method disclosed in
また、前記特許文献2に開示の干渉分光光度計では、正相信号と逆相信号とは、上述のように生成されるので、正相信号の振幅中心と逆相信号の振幅中心とがずれると、結局、サンプリングタイミングが等間隔と成らず、やはり、偽スペクトルが生成されてしまう虞がある。 Further, in the interference spectrophotometer disclosed in Patent Document 2, since the positive phase signal and the negative phase signal are generated as described above, the amplitude center of the positive phase signal and the amplitude center of the negative phase signal are shifted. Eventually, the sampling timing does not become equal, and there is a possibility that a false spectrum is generated.
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、新たな手法を提案するものであり、偽スペクトルの生成を低減することができるフーリエ変換型分光計用タイミング生成装置およびフーリエ変換型分光計用タイミング生成方法を提供することである。そして、本発明の目的は、このようなフーリエ変換型分光計用タイミング生成装置および該生成方法を用いたフーリエ変換型分光計およびフーリエ変換型分光方法を提供することである。 The present invention is an invention made in view of the above-described circumstances, and its purpose is to propose a new method, and a timing generation device for a Fourier transform spectrometer capable of reducing generation of a false spectrum. And providing a timing generation method for a Fourier transform spectrometer. An object of the present invention is to provide a Fourier transform spectrometer timing generation apparatus and a Fourier transform spectrometer and a Fourier transform spectroscopy method using the generation method.
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかるフーリエ変換型分光計用タイミング生成装置は、干渉計で生成された被測定光の干渉光を光電変換することによって得られた信号を所定のサンプリングタイミングでサンプリングすることによって複数の測定データを得て、この得られた複数の測定データによる前記被測定光のインターフェログラムに基づきフーリエ変換を用いて前記被測定光のスペクトルを求めるフーリエ変換型分光計に用いられ、前記サンプリングタイミングを生成するためのフーリエ変換型分光計用タイミング生成装置において、単色光を放射する光源と、前記干渉計で生成された前記単色光の干渉光を光電変換する受光部と、基準電圧を生成する基準電圧生成部と、前記受光部の出力が前記基準電圧生成部の前記基準電圧と交差するタイミングでゼロクロス信号を前記サンプリングタイミングとして出力するゼロクロス検出部と、前記基準電圧生成部の前記基準電圧を調整することによって、前記複数の測定データにおいて、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなるように、前記サンプリングタイミングを調整する調整部とを備え、前記調整部は、波長の既知な光を前記被測定光とした場合に得られるサンプリングタイミング調整用スペクトルから、前記複数の測定データにおいて互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに不均等であることに起因して生じる前記光に基づく偽スペクトル成分が消失するように、前記基準電圧生成部の前記基準電圧を調整することによって、前記複数の測定データにおいて、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなるように、前記サンプリングタイミングを調整することを特徴とする。 As a result of various studies, the present inventor has found that the above object is achieved by the present invention described below. That is, the Fourier transform spectrometer timing generation device according to one aspect of the present invention samples a signal obtained by photoelectrically converting the interference light of the light to be measured generated by the interferometer at a predetermined sampling timing. Thus, a plurality of measurement data is obtained and used in a Fourier transform spectrometer that obtains the spectrum of the light to be measured using Fourier transform based on the interferogram of the light to be measured by the obtained plurality of measurement data. In the timing generation apparatus for a Fourier transform spectrometer for generating the sampling timing, a light source that emits monochromatic light, a light receiving unit that photoelectrically converts the interference light of the monochromatic light generated by the interferometer, and a reference A reference voltage generating unit that generates a voltage, and an output of the light receiving unit intersects the reference voltage of the reference voltage generating unit. A zero-cross detection unit that outputs a zero cross signal as the sampling timing at a timing, by adjusting the reference voltage of the reference voltage generating unit, in the plurality of measurement data, the optical path difference between two adjacent measurement data with each other And an adjustment unit that adjusts the sampling timing so that they are equal to each other, the adjustment unit from the sampling timing adjustment spectrum obtained when the light having a known wavelength is the light to be measured, In the measurement data, the reference voltage of the reference voltage generation unit is set such that a false spectrum component based on the light caused by non-uniformity in optical path difference between two adjacent measurement data is lost. By adjusting, two adjacent measurements in the plurality of measurement data Such that the optical path difference between the over data are equal to each other, characterized that you adjust the sampling timing.
このような構成のフーリエ変換型分光計用タイミング生成装置は、前記複数の測定データにおいて、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなるように、前記サンプリングタイミングを調整する調整部を備えるので、偽スペクトルの生成を低減することができる。 The timing generator for a Fourier transform spectrometer having such a configuration includes an adjustment unit that adjusts the sampling timing so that optical path differences between two adjacent measurement data are equal to each other in the plurality of measurement data Therefore, generation of a false spectrum can be reduced.
このような構成のフーリエ変換型分光計用タイミング生成装置は、ゼロクロス検出部の基準電圧を調整するという比較的簡易な構成で、偽スペクトルの生成を低減することができる。 The Fourier transform spectrometer timing generation device having such a configuration can reduce the generation of a false spectrum with a relatively simple configuration of adjusting the reference voltage of the zero-cross detection unit.
このような構成のフーリエ変換型分光計用タイミング生成装置は、フーリエ変換型分光計で得られるスペクトルを監視するという比較的簡易な構成で、偽スペクトルの生成を低減することができる。 The timing generation device for a Fourier transform spectrometer having such a configuration can reduce generation of a false spectrum with a relatively simple configuration of monitoring a spectrum obtained by the Fourier transform spectrometer.
また、他の一態様では、上述のフーリエ変換型分光計用タイミング生成装置において、前記調整部は、前記サンプリングタイミング調整用スペクトルに、前記偽スペクトル成分が含まれるか否かを判定し、前記判定の結果、前記偽スペクトル成分が含まれる場合には、現行の前記基準電圧を調整し、前記判定の結果、前記偽スペクトル成分が含まれていない場合には、現行の前記基準電圧を維持することで、前記サンプリングタイミング調整用スペクトルから前記偽スペクトル成分が消失するように、前記基準電圧生成部の前記基準電圧を調整することによって、前記複数の測定データにおいて、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなるように、前記サンプリングタイミングを調整することを特徴とする。 In another aspect, in the above-described Fourier transform spectrometer timing generation device, the adjustment unit determines whether the false spectrum component is included in the sampling timing adjustment spectrum, and the determination As a result, if the false spectral component is included, the current reference voltage is adjusted. If the determination result shows that the false spectral component is not included, the current reference voltage is maintained. Then, by adjusting the reference voltage of the reference voltage generation unit so that the pseudo spectrum component disappears from the sampling timing adjustment spectrum, between the two measurement data adjacent to each other in the plurality of measurement data of so that the optical path difference equal to each other, characterized that you adjust the sampling timing.
また、本発明の他の一態様にかかるフーリエ変換型分光計用タイミング生成方法は、干渉計で生成された被測定光の干渉光を光電変換することによって得られた信号を所定のサンプリングタイミングでサンプリングすることによって複数の測定データを得て、この得られた複数の測定データによる前記被測定光のインターフェログラムに基づきフーリエ変換を用いて前記被測定光のスペクトルを求めるフーリエ変換型分光計に用いられ、前記サンプリングタイミングを生成するためのフーリエ変換型分光計用タイミング生成方法において、単色光を放射する単色光放射工程と、前記干渉計で生成された前記単色光の干渉光を光電変換する受光工程と、基準電圧を生成する基準電圧生成工程と、前記受光工程の出力が前記基準電圧生成工程の前記基準電圧と交差するタイミングでゼロクロス信号を前記サンプリングタイミングとして出力するゼロクロス検出工程と、前記基準電圧生成工程の前記基準電圧を調整することによって、前記複数の測定データにおいて、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなるように、前記サンプリングタイミングを調整する調整工程とを備え、前記調整工程は、波長の既知な光を前記被測定光とした場合に得られるサンプリングタイミング調整用スペクトルから、前記複数の測定データにおいて互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに不均等であることに起因して生じる前記光に基づく偽スペクトル成分が消失するように、前記基準電圧生成工程の前記基準電圧を調整することによって、前記複数の測定データにおいて、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなるように、前記サンプリングタイミングを調整することを特徴とする。 In addition, in the timing generation method for a Fourier transform spectrometer according to another aspect of the present invention, a signal obtained by photoelectrically converting the interference light of the light to be measured generated by the interferometer is obtained at a predetermined sampling timing. A Fourier transform spectrometer that obtains a plurality of measurement data by sampling and obtains a spectrum of the light to be measured using a Fourier transform based on an interferogram of the light to be measured based on the obtained plurality of measurement data. In the timing generation method for a Fourier transform spectrometer used to generate the sampling timing, a monochromatic light emitting step for emitting monochromatic light and photoelectrically converting the interference light of the monochromatic light generated by the interferometer A light receiving step, a reference voltage generating step for generating a reference voltage, and an output of the light receiving step before the reference voltage generating step. By adjusting the reference voltage in the reference voltage generation step and a zero-cross detection step of outputting a zero-cross signal as the sampling timing at a timing crossing a reference voltage, two measurements adjacent to each other in the plurality of measurement data An adjustment step for adjusting the sampling timing so that optical path differences between data are equal to each other, and the adjustment step is a sampling timing adjustment spectrum obtained when light having a known wavelength is used as the light to be measured. From the reference voltage generation step, the spurious spectral component based on the light caused by non-uniformity in optical path difference between two adjacent measurement data in the plurality of measurement data is lost. By adjusting the reference voltage of the plurality of measurement data. , So that the optical path difference between two adjacent measurement data are equal to each other to each other, and adjusting the sampling timing.
このような構成のフーリエ変換型分光計用タイミング生成方法は、前記複数の測定データにおいて、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなるように、前記サンプリングタイミングを調整する調整工程を備えるので、偽スペクトルの生成を低減することができる。このような構成のフーリエ変換型分光計用タイミング生成方法は、ゼロクロス検出工程の基準電圧を調整するという比較的簡易な構成で、偽スペクトルの生成を低減することができる。このような構成のフーリエ変換型分光計用タイミング生成方法は、フーリエ変換型分光計で得られるスペクトルを監視するという比較的簡易な構成で、偽スペクトルの生成を低減することができる。 The Fourier transform spectrometer timing generation method having such a configuration includes an adjustment step of adjusting the sampling timing so that optical path differences between two adjacent measurement data are equal to each other in the plurality of measurement data Therefore, generation of a false spectrum can be reduced. The timing generation method for a Fourier transform spectrometer having such a configuration can reduce the generation of a false spectrum with a relatively simple configuration of adjusting the reference voltage in the zero cross detection step . The timing generation method for a Fourier transform spectrometer having such a configuration can reduce the generation of a false spectrum with a relatively simple configuration of monitoring the spectrum obtained by the Fourier transform spectrometer .
また、本発明の他の一態様にかかるフーリエ変換型分光計は、所定光が入射され、前記所定光の入射位置から干渉位置までの間に2個の光路を形成する複数の光学素子を備え、前記複数の光学素子には、光軸方向に移動することによって前記2個の光路間に光路差を生じさせる光路差形成光学素子が含まれる干渉計と、前記干渉計で生成された被測定光の干渉光を光電変換する受光部と、前記受光部の出力を所定のサンプリングタイミングでサンプリングすることによって複数の測定データを得るサンプリング部と、前記サンプリング部で得られた複数の測定データによる前記被測定光のインターフェログラムに基づきフーリエ変換を用いて前記被測定光のスペクトルを求めるスペクトル算出部と、前記サンプリングタイミングを生成するタイミング生成部とを備え、前記タイミング生成部は、これら上述のいずれかのタイミング生成装置であることを特徴とする。 The Fourier transform spectrometer according to another aspect of the present invention includes a plurality of optical elements that receive predetermined light and form two optical paths between the incident position of the predetermined light and the interference position. The plurality of optical elements includes an interferometer including an optical path difference forming optical element that generates an optical path difference between the two optical paths by moving in the optical axis direction, and a measurement target generated by the interferometer A light receiving unit that photoelectrically converts interference light of light, a sampling unit that obtains a plurality of measurement data by sampling the output of the light receiving unit at a predetermined sampling timing, and the plurality of measurement data obtained by the sampling unit A spectrum calculation unit that obtains a spectrum of the light to be measured using Fourier transform based on an interferogram of the light to be measured, and a table that generates the sampling timing. And a timing generation unit, the timing generation unit may be any timing generator thereof above.
このような構成のフーリエ変換型分光計は、これら上述のいずれかのタイミング生成装置を用いるので、偽スペクトルの生成を低減することができる。 Since the Fourier transform spectrometer having such a configuration uses any of the above-described timing generation devices, generation of a false spectrum can be reduced.
また、本発明の他の一態様にかかるフーリエ変換型分光方法は、所定光を、前記所定光の入射位置から干渉位置までの間に2個の光路を形成する複数の光学素子を備え、前記複数の光学素子には、光軸方向に移動することによって前記2個の光路間に光路差を生じさせる光路差形成光学素子が含まれる干渉計に入射させる入射工程と、前記干渉計で生成された被測定光の干渉光を光電変換する第2受光工程と、前記第2受光工程の出力を所定のサンプリングタイミングでサンプリングすることによって複数の測定データを得るサンプリング工程と、前記サンプリング工程で得られた複数の測定データによる前記被測定光のインターフェログラムに基づきフーリエ変換を用いて前記被測定光のスペクトルを求めるスペクトル算出工程と、前記サンプリングタイミングを生成するタイミング生成工程とを備え、前記タイミング生成工程は、上述のフーリエ変換型分光計用タイミング生成方法であることを特徴とする。 The Fourier transform type spectroscopic method according to another aspect of the present invention includes a plurality of optical elements that form two optical paths between predetermined light and an incident position of the predetermined light. The plurality of optical elements are generated by the interferometer, an incident step of entering an interferometer including an optical path difference forming optical element that generates an optical path difference between the two optical paths by moving in the optical axis direction, and the interferometer. A second light receiving step for photoelectrically converting the interference light of the measured light, a sampling step for obtaining a plurality of measurement data by sampling the output of the second light receiving step at a predetermined sampling timing, and the sampling step. A spectrum calculating step for obtaining a spectrum of the light under measurement using Fourier transform based on an interferogram of the light under measurement based on a plurality of measurement data; And a timing generation step of generating a pulling timing, the timing generation step, characterized by timing generating method der Rukoto for Fourier transform spectrometer described above.
このような構成のフーリエ変換型分光方法は、前記複数の測定データにおいて、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなるように、前記サンプリングタイミングを調整する調整工程を備えるので、偽スペクトルの生成を低減することができる。このような構成のフーリエ変換型分光方法は、ゼロクロス検出工程の基準電圧を調整するという比較的簡易な構成で、偽スペクトルの生成を低減することができる。このような構成のフーリエ変換型分光方法は、測定で得られるスペクトルを監視するという比較的簡易な構成で、偽スペクトルの生成を低減することができる。 Since the Fourier transform spectroscopic method having such a configuration includes an adjustment step of adjusting the sampling timing so that the optical path differences between two measurement data adjacent to each other are equal to each other in the plurality of measurement data, Generation of false spectrum can be reduced. The Fourier transform type spectroscopic method having such a configuration can reduce the generation of a false spectrum with a relatively simple configuration of adjusting the reference voltage in the zero cross detection step . The Fourier transform type spectroscopic method having such a configuration can reduce the generation of a false spectrum with a relatively simple configuration of monitoring a spectrum obtained by measurement .
本発明にかかるフーリエ変換型分光計用タイミング生成装置およびフーリエ変換型分光計用タイミング生成方法は、偽スペクトルの生成を低減することができる。そして、本発明は、このようなフーリエ変換型分光計用タイミング生成装置および該生成方法を用いたフーリエ変換型分光計およびフーリエ変換型分光方法を提供することができ、このフーリエ変換型分光計およびフーリエ変換型分光方法は、偽スペクトルの生成を低減することができる。 The Fourier transform spectrometer timing generation device and the Fourier transform spectrometer timing generation method according to the present invention can reduce the generation of false spectra. The present invention can provide such a Fourier transform spectrometer timing generator and a Fourier transform spectrometer and Fourier transform spectrometer using the generation method. The Fourier transform type spectroscopic method can reduce generation of a pseudo spectrum.
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。 Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted suitably. Further, in this specification, when referring generically, it is indicated by a reference symbol without a suffix, and when referring to an individual configuration, it is indicated by a reference symbol with a suffix.
図1は、実施形態におけるフーリエ変換型分光計の構成を示すブロック図である。図2は、実施形態のフーリエ変換型分光計における主に干渉計の構成を示す図である。図3は、実施形態のフーリエ変換型分光計におけるゼロクロス検出部の第1態様の構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a Fourier transform spectrometer according to the embodiment. FIG. 2 is a diagram mainly illustrating a configuration of an interferometer in the Fourier transform spectrometer according to the embodiment. FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a first aspect of a zero cross detection unit in the Fourier transform spectrometer of the embodiment.
実施形態におけるフーリエ変換型分光計(以下、「FT型分光計」と略記する。)Dは、被測定光のスペクトルを測定する装置であって、前記被測定光を干渉計で測定し、この測定した被測定光の干渉光の波形(インターフェログラム)をフーリエ変換することによって被測定光のスペクトルを求める装置である。より具体的器には、本実施形態のFT型分光計Dは、干渉計で生成された被測定光の干渉光を光電変換することによって得られた電気信号を所定のサンプリングタイミングでサンプリングすることによって複数の測定データを得て、この得られた複数の測定データによる前記被測定光のインターフェログラムに基づきフーリエ変換を用いて被測定光のスペクトルを求める装置である。そして、本実施形態のFT型分光計Dでは、SN比を改善し、良好な精度の結果を得るために、前記被測定光のスペクトルを求めるためにフーリエ変換される変換対象には、前記干渉計で生成された前記被測定光のインターフェログラムを複数積算することによって得られたインターフェログラム(以下、「積算インターフェログラム」と呼称する。)が用いられる。 A Fourier transform spectrometer (hereinafter abbreviated as “FT spectrometer”) D in the embodiment is an apparatus for measuring a spectrum of light to be measured, and measures the light to be measured with an interferometer. This is a device for obtaining the spectrum of the light to be measured by Fourier transforming the waveform (interferogram) of the measured interference light of the light to be measured. More specifically, the FT spectrometer D of the present embodiment samples an electrical signal obtained by photoelectrically converting the interference light of the light to be measured generated by the interferometer at a predetermined sampling timing. Is a device that obtains a spectrum of measured light using Fourier transform based on an interferogram of the measured light based on the obtained plurality of measured data. Then, in the FT spectrometer D of the present embodiment, in order to improve the S / N ratio and obtain a good accuracy result, the transformation target to be Fourier-transformed to obtain the spectrum of the light to be measured includes the interference. An interferogram obtained by integrating a plurality of interferograms of the light to be measured generated by a meter (hereinafter referred to as “integrated interferogram”) is used.
このようなFT型分光計Dは、例えば、図1ないし図3に示すように、測定対象の物体である試料SMに測定光を照射するための測定光光源部50と、試料SMで反射した測定光の反射光が被測定光として入射され、前記被測定光の干渉光を射出する干渉計11と、干渉計11で得られた被測定光の干渉光を受光して光電変換することによって被測定光の干渉光の波形に関する電気信号(被測定光の干渉光における光強度変化を表す電気信号)を出力する受光処理部20と、前記受光処理部20の前記電気信号をサンプリングするためのサンプリングタイミングを生成するタイミング発生部30と、制御演算部41と、入力部42と、出力部43とを備えている。
Such an FT spectrometer D, for example, as shown in FIGS. 1 to 3, is reflected by the measurement
測定光光源部50は、測定光を所定のジオメトリで試料SMへ照射する装置であり、例えば、測定光光源51(図2参照)およびその周辺回路を備えて構成される。測定光光源51は、測定光を放射してこの測定光を例えば45:0度のジオメトリで試料SMへ照射する装置である。測定光は、試料SMにおけるその反射光のスペクトルを測定するために用いられ、予め設定された所定の波長帯で連続スペクトルを持つ光である。このような測定光光源51には、本実施形態では、例えばハロゲンランプが用いられる。
The measurement
本実施形態のFT型分光計Dでは、測定光光源51から照射された測定光は、図2に示すように、45度の入射角で試料SMの表面(測定面SF)に入射し、試料SMで反射され、この反射された測定光の反射光は、0度の方向から測定される。すなわち、測定面の法線方向(0度)に反射した反射光の成分が被測定光として干渉計11に入射される。
In the FT spectrometer D of the present embodiment, the measurement light emitted from the
なお、この例では、被測定光は、試料SMで反射した測定光の反射光であるが、試料SMを透過した透過光であってもよく、また、測定光を照射することによって試料SMから再放射(例えば蛍光発光等)される光であってもよく、また、測定光が照射されることなく、試料SMで自発光した光であってもよい。FT型分光計Dは、反射光だけでなく、このような透過光や、再放射の光や、自発光の光も測定可能である。 In this example, the light to be measured is reflected light of the measurement light reflected by the sample SM. However, the light to be measured may be transmitted light that has passed through the sample SM, or may be irradiated from the sample SM by irradiating the measurement light. The light may be light that is re-radiated (for example, fluorescence emission), or may be light that is emitted by the sample SM without being irradiated with the measurement light. The FT spectrometer D can measure not only the reflected light but also such transmitted light, re-radiated light, and self-luminous light.
干渉計11は、被測定光が入射され、この入射された被測定光を2個の第1および第2被測定光に分岐し、これら分岐した第1および第2被測定光のそれぞれを、互いに異なる2個の経路である第1および第2光路のそれぞれに進行(伝播)させ、再び合流させるものであり、この分岐点(分岐位置)から合流点(合流位置、干渉位置)までの間に第1および第2光路間に光路差があると、前記合流の際に位相差が生じているため、前記合流によって干渉縞を生じるものである。干渉計11は、例えばマッハツェンダー干渉計等の種々のタイプの第1および第2光路を備える干渉計を利用することができるが、本実施形態では、図2に示すように、マイケルソン干渉計によって構成されている。
The
より具体的には、図2に示すように、干渉計11は、複数の光学素子として半透鏡(ハーフミラー)112、固定鏡114、および、光反射面が光軸方向に移動する移動鏡115を備え、固定鏡114と移動鏡115とは、各鏡面の各法線が互いに直交するようにそれぞれ配置され、半透鏡112は、その法線が前記固定鏡114および移動鏡115における各法線の直交点を通り、これら各法線に対し45度の角度で交差するように配置される。この干渉計11において、干渉計11に入射された被測定光は、半透鏡112で2個の第1および第2被測定光に分岐する。この分岐した一方の第1被測定光は、半透鏡112で反射されて固定鏡114に入射する。この第1被測定光は、固定鏡114で反射し、来た光路を逆に辿って再び半透鏡112に戻る。一方、この分岐した他方の第2被測定光は、半透鏡112を通過して移動鏡115に入射する。この第2被測定光は、移動鏡115で反射し、来た光路を逆に辿って再び半透鏡112に戻る。これら固定鏡114で反射された第1被測定光および移動鏡115で反射された第2被測定光は、半透鏡112で互いに合流して干渉する。このような構成のマイケルソン干渉計11では、被測定光は、移動鏡115の鏡面における法線方向に沿って干渉計11へ入射され、被測定光の干渉光は、固定鏡114の鏡面における法線方向に沿って干渉計11から射出される。
More specifically, as shown in FIG. 2, the
そして、本実施形態では、干渉計11は、被測定光を半透鏡112で2個の第1および第2被測定光に分岐する場合において、半透鏡112で反射した半透鏡112の反射側に配置される位相補償板113をさらに備えている。すなわち、本実施形態では、半透鏡112で反射した第1被測定光は、位相補償板113を介して固定鏡114へ入射され、固定鏡114で反射された第1被測定光は、位相補償板113を介して再び半透鏡112へ入射される。位相補償板113は、第1被測定光の半透鏡112の透過回数と第2被測定光の半透鏡112の透過回数の相違から生じる第1被測定光と第2被測定光との位相差を無くして前記位相差を補償するものである。
In this embodiment, the
したがって、本実施形態では、第1被測定光は、このような被測定光の入射位置から、半透鏡112、位相補償板113、固定鏡114および位相補償板113をこの順に介して半透鏡112に再び至る第1光路を辿る。第2被測定光は、このような被測定光の入射位置から、半透鏡112および移動鏡115をこの順に介して半透鏡112に再び至る第2光路を辿る。この位相補償板113を備えることによって、FT型分光計Dの干渉計11は、移動鏡115によって生じる光路差に起因する干渉縞を生じる。
Therefore, in the present embodiment, the first measured light is transmitted from the incident position of the measured light through the
また、本実施形態では、移動鏡115は、光路差形成光学素子の一例であり、例えば、共振振動を用いることによって2個の第1および第2光路間に光路差を生じさせる光学素子である。移動鏡115は、被測定光のインターフェログラムを複数生成するために、光軸方向に2回以上往復する。このような移動鏡115として、例えば、特開2011−80854号公報や特開2012−42257号公報に開示の光反射機構が挙げられる。この光反射機構は、互いに対向して配置される第1および第2の板ばね部と、前記第1および第2の板ばね部の間で互いに離間して配置され、それぞれが前記第1および第2の板ばね部と連結される第1および第2の支持体と、前記第1および第2の板ばね部の前記対向方向に、前記第1の支持体に対して前記第2の支持体を平行移動させる駆動部とを備えている。そして、この光反射機構では、前記第2の支持体の前記移動方向において、前記第1および第2の支持体の厚さは、前記第1および第2の板ばね部よりも厚く、前記第2の支持体における前記移動方向に垂直な一端面に、反射膜が形成されており、前記第2の支持体は、前記反射膜が露出するように前記第1および第2の板ばね部と連結されている。このような光反射機構は、共振振動によって前記反射膜を往復移動させるものであり、例えばMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術によって製造される。
In this embodiment, the
また、本実施形態では、被測定光を平行光で半透鏡112へ入射させるために、試料面SFと半透鏡112との間の適宜な位置に、入射光学系として例えばコリメータレンズ111が配置され、半透鏡112で第1および第2被測定光を合流して干渉させることによって生じた被測定光の干渉光を集光して第1受光部21へ入射させるために、半透鏡112と第1受光部21との間の適宜な位置に、射出光学系として例えば集光レンズ116がさらに配置されている。
In the present embodiment, for example, a
図1に戻って、受光処理部20は、干渉計11で生成された被測定光の干渉光を受光して光電変換することによって得られた電気信号であって、被測定光の干渉光における光強度に応じた電気信号を、所定のサンプリングタイミングでサンプリングすることによって複数の測定データを順次に出力する回路であり、例えば、第1受光部21と、増幅部22と、アナログ−ディジタル変換部(以下、「AD変換部」と呼称する。)23とを備えている。
Returning to FIG. 1, the light
第1受光部21は、干渉計11で生成された被測定光の干渉光を受光して光電変換することによって、被測定光の干渉光における光強度に応じた電気信号(第1受光信号)を出力する回路である。第1受光部21は、被測定光用である。本実施形態のFT型分光計Dは、例えば、波長1200nm以上の赤外域の光、より具体的には、波長1200nm以上から2500nm以下までの赤外域の光を測定対象とする仕様であるために、第1受光部21は、例えばInGaAsフォトダイオードおよびその周辺回路を備えて構成される赤外線センサ等である。増幅部22は、第1受光部21の出力を予め設定された所定の増幅率で増幅する増幅器である。AD変換部23は、増幅部22の出力をアナログ信号からディジタル信号へ変換(AD変換)する回路である。このAD変換のタイミング(サンプリングタイミング)は、後述のゼロクロス検出部37aから入力されたゼロクロス信号のゼロクロスタイミングで実行される。
The first
また、タイミング発生部30は、AD変換部23のサンプリングタイミングを生成するための装置であり、例えば、タイミング生成用光源31と、第2受光部36と、ゼロクロス検出部37aとを備えている。そして、タイミング発生部30は、このタイミング生成用光源31から放射されたレーザ光の干渉光を干渉計11で得るために、図2に示すように、コリメータレンズ32と、光合波器33と、光分波器34と、集光レンズ35とをさらに備えている。
The
タイミング生成用光源31は、波長の既知な単色レーザ光を放射する光源装置である。図2において、コリメータレンズ32および光合波器33は、タイミング生成用光源31から放射されたレーザ光を平行光で干渉計11へ入射させるための入射光学系である。光合波器33は、例えばレーザ光を反射するとともに被測定光を透過するダイクロイックミラー等であり、その法線が移動鏡115の法線(光軸)に対し45度で交差するように、コリメータレンズ111と半透鏡112との間に配置される。コリメータレンズ32は、例えば両凸のレンズであり、このように配置された光合波器33に対し45度の入射角でタイミング生成用光源31から放射されたレーザ光が入射されるように、適宜な位置に配置される。そして、光分波器34および集光レンズ35は、干渉計11で生じた前記レーザ光の干渉光を干渉計11から取り出すための射出光学系である。光分波器34は、例えばレーザ光の干渉光を反射するとともに被測定光の干渉光を透過するダイクロイックミラー等であり、その法線が固定鏡114の法線(光軸)に対し45度で交差するように、半透鏡112と集光レンズ116との間に配置される。集光レンズ35は、例えば両凸のレンズであり、このように配置された光分波器34において45度の射出角で射出されるレーザ光の干渉光を集光して第2受光部36へ入射させる。
The timing generation
このようにコリメータレンズ32、光合波器33、光分波器34および集光レンズ35の各光学素子が配置されると、タイミング生成用光源31から放射された単色のレーザ光は、コリメータレンズ32で平行光とされ、その光路が光合波器33のダイクロイックミラー33で約90度曲げられて、干渉計11の光軸(移動鏡115の鏡面における法線方向)に沿って進行するようになる。したがって、このレーザ光は、被測定光と同様に、干渉計11内を進行し、干渉計11でその干渉光を生じさせる。そして、このレーザ光の干渉光は、光分波器34のダイクロイックミラー34で約90度曲げられて、干渉計11から外部に取り出され、集光レンズ35で集光されて第2受光部36で受光される。
When the optical elements such as the
図1に戻って、第2受光部36は、干渉計11で得られたレーザ光の干渉光を受光して光電変換することによって、レーザ光の干渉光の光強度に応じた電気信号(第2受光信号)を出力する回路である。第2受光部36は、単色光用(タイミング生成用)である。第2受光部36は、例えばシリコンフォトダイオード(SPD)およびその周辺回路を備えて構成される受光センサ等である。第2受光部36は、レーザ光の干渉光の光強度に応じた電気信号をゼロクロス検出部37aへ出力する。
Returning to FIG. 1, the second
ゼロクロス検出部37aは、第2受光部36から入力された、レーザ光の干渉光の光強度に応じた電気信号がゼロとなるタイミング(ゼロクロスタイミング)を検出する回路であり、このゼロクロスタイミングでゼロクロス信号をAD変換部23へ出力する。ゼロクロスタイミングは、所定の基準電圧をゼロレベルとして、前記電気信号がこのゼロレベルとなる時間軸上の位置である。干渉計11の移動鏡115が光軸方向に移動している場合に、半透鏡112から固定鏡114を介して再び半透鏡に戻ったレーザ光の位相に対し、半透鏡112から移動鏡115を介して再び半透鏡に戻ったレーザ光の位相がずれるので、レーザ光の干渉光は、その移動量に応じて正弦波状に強弱する。そして、干渉計11の移動鏡115がレーザ光の波長の1/2の長さだけ移動すると、半透鏡112から移動鏡115を介して再び半透鏡に戻ったレーザ光の位相は、この移動の前後において、2πずれる。このため、レーザ光の干渉光は、移動鏡115の移動に従って正弦波状に強弱を繰り返すことになる。ゼロクロス検出部37aは、この正弦波状に強弱を繰り返す前記電気信号のゼロクロスを検出している。ゼロクロス検出部37aは、この検出したゼロクロスのタイミングでゼロクロス信号をAD変換部23へ出力し、AD変換部23は、このゼロクロス信号を受けると、このゼロクロスのタイミングで、第1受光部21から入力された、被測定光の干渉光の光強度に応じた電気信号をサンプリングしてAD変換する。
The zero
このようなゼロクロス検出部37aは、本実施形態では、例えば、図3に示すように、コンパレーター371と、基準電圧生成回路372と、調整用正弦波生成回路373と、エッジ検出回路374とを備える。
In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 3, such a zero-
基準電圧生成回路372は、基準電圧を生成する回路であり、この生成した基準電圧をコンパレーター371へ出力する。この基準電圧生成回路372によって生成される基準電圧の電圧値は、後述する制御演算部41の基準電圧調整部415aによって制御される。
The reference
調整用正弦波生成回路373は、基準電圧生成回路372で生成される基準電圧の電圧値を調整するために用いられる調整用の正弦波信号を生成する回路である。この調整用の正弦波信号は、振幅の中心における半周期の時間長が互いに等しい信号である。この調整用の正弦波信号は、タイミング生成用光源31における単色のレーザ光の干渉光を光電変換することによって得られる第2受光部36の出力であってよく、また別途に用意されてもよい。したがって、調整用正弦波生成回路373は、例えば、タイミング生成用光源31、干渉計11および第2受光部36を備えて構成されてよく、また例えば、調整用正弦波生成回路373は、デューティー比が50%である方形波(矩形波)信号を生成する方形波生成回路と、前記方形波生成回路で生成される方形波信号を濾波(フィルタリング)するローパスフィルタとを備えて構成される。あるいは、調整用正弦波生成回路373は、例えば、DAコンバータを備えて構成されてもよい。
The adjustment sine
コンパレーター371は、被測定光の測定の場合では、第2受光部36の出力と基準電圧生成回路372の基準電圧とを比較し、第2受光部36の出力が基準電圧生成回路372の基準電圧以上である場合に、比較結果信号をエッジ検出回路374へ出力する回路である。そして、コンパレーター371は、基準電圧生成回路372で生成される基準電圧の電圧値を調整する場合では、調整用正弦波生成回路373の出力と基準電圧生成回路372の基準電圧とを比較し、調整正弦波生成回路373の出力が基準電圧生成回路372の基準電圧以上である場合に、比較結果信号を基準電圧調整部415aへ出力するものである。この比較結果信号は、調整正弦波生成回路373の正弦波信号が基準電圧生成回路372の基準電圧以上である場合に出力されるので、方形波となる。
In the case of measuring the light to be measured, the
前記基準電圧の電圧値を調整する場合に、上述したように、第2受光部36の出力そのものを用いる場合には、被測定光を実際に測定する際に用いる単色のレーザ光に適した調整を行うことができるという利点を有する。さらに、被測定光を実際に測定する際に常時得られる第2受光部36の出力を用いるので、常時、前記基準電圧の電圧値を調整することも可能である。その一方で、タイミング生成用光源31における単色のレーザ光の波長は、高分解能で測定データを得るために比較的短く、第2受光部36の出力は、比較的高周波となる。このため、この単色のレーザ光による正弦波信号は、その周期が短く、前記基準電圧の電圧値の調整における分解能を高くし難い。そのため、方形波信号におけるハイ(High)の期間およびロー(Low)の期間を複数回測定して積算することによって分解能を上げることが可能である。
When adjusting the voltage value of the reference voltage, as described above, if the output itself of the second
一方、上述のように、調整用の正弦波信号を生成する調整用正弦波生成回路373を別途に備える場合には、比較的長周期の正弦波信号を用いることが可能となり、調整用正弦波生成回路373を別途に備える態様は、前記基準電圧の電圧値の調整における分解能を高くし易い。なお、この調整用正弦波生成回路373を別途に備える態様では、例えば、FT型分光計Dを製造する製造途中で別途の調整用正弦波生成回路373を用いて基準電圧生成回路372の基準電圧を調整した後に、第2受光部36をコンパレーター371に接続することで、FT型分光計Dを製造すればよい。
On the other hand, as described above, when the adjustment sine
エッジ検出回路374は、コンパレーター371から出力される方形波の比較結果信号における立ち上がりエッジを検出し、この立ち上がりエッジを検出すると、サンプリングタイミングとしてパルス信号をAD変換部23へ出力し、そして、コンパレーター371から出力される前記方形波の比較結果信号における立ち下がりエッジを検出し、この立ち下がりエッジを検出すると、サンプリングタイミングとしてパルス信号をAD変換部23へ出力する回路である。
The
図1に戻って、制御演算部41は、被測定光のスペクトルを求めるべく、FT型分光計Dの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御するものであり、被測定光のインターフェログラムに基づきフーリエ変換を用いて被測定光のスペクトルを求めるものである。制御演算部41は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、このCPUによって実行される種々のプログラムやその実行に必要なデータ等を予め記憶するROM(Read Only Memory)やEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)等の不揮発性記憶素子、このCPUのいわゆるワーキングメモリとなるRAM(Random Access Memory)等の揮発性記憶素子およびその周辺回路等を備えたマイクロコンピュータによって構成される。なお、制御演算部41は、AD変換部23から出力されるデータ等を記憶するために、例えばハードディスク等の比較的大容量の記憶装置をさらに備えてもよい。そして、制御演算部41には、プログラムを実行することによって、機能的に、サンプリングデータ記憶部411、センターバースト位置算出部412、積算インターフェログラム算出部413、スペクトル算出部414および基準電圧調整部415aが構成される。
Returning to FIG. 1, the
サンプリングデータ記憶部411は、AD変換部23から出力された、被測定光の干渉光に関する測定データを記憶するものである。この測定データは、上述したように、被測定光の干渉光における光強度に応じた電気信号を、ゼロクロス検出部37aで検出したゼロクロスのタイミングで、AD変換部23によってサンプリングすることによって得られる。
The sampling
センターバースト位置算出部412は、サンプリングデータ記憶部411に記憶された測定データから、公知の常套手法によってセンターバーストの位置を求めるものである。
The center burst
積算インターフェログラム算出部413は、被測定光を連続的に複数回測定することによって得られた複数のインターフェログラムを、センターバースト位置算出部412によって求められた各センターバースト位置で位置合わせを行いつつ、積算することによって積算インターフェログラムを求めるものである。
The integrated
スペクトル算出部414は、積算インターフェログラム算出部413でインターフェログラムを複数積算することによって得られた積算インターフェログラムをフーリエ変換することによってスペクトルを求めるものである。
The
基準電圧調整部415aは、サンプリングタイミングとして利用されるゼロクロスタイミングを調整するために、複数の測定データにおいて、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなるように、上述の基準電圧生成回路372によって生成される基準電圧の電圧値を調整するものである。
The reference
入力部42は、例えば、試料SMの測定開始を指示するコマンド等の各種コマンド、および、例えば測定対象の試料SMにおける識別子の入力やフーリエ変換の際に用いられる窓関数の選択入力等のスペクトルを測定する上で必要な各種データをFT型分光計Dに入力する機器であり、例えば、キーボードやマウス等である。出力部43は、入力部42から入力されたコマンドやデータ、および、FT型分光計Dによって測定された被測定光のスペクトルを出力する機器であり、例えばCRTディスプレイ、LCD、有機ELディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
The
次に、本実施形態の動作について説明する。このような構成のFT型分光計Dでは、測定対象の試料SMの測定を行う場合、まず、試料SMがFT型分光計Dにセットされ、測定が開始される。測定が開始されると、測定光光源51は、測定光を放射し、試料SMへ例えば45度の入射角で測定光を照射する。そして、試料SMで反射した測定光の反射光が被測定光として0度方向から測定され、干渉計11に入射される。
Next, the operation of this embodiment will be described. In the FT spectrometer D having such a configuration, when measuring the sample SM to be measured, first, the sample SM is set in the FT spectrometer D, and measurement is started. When the measurement is started, the
この干渉計11に入射された被測定光は、干渉計11で被測定光の干渉光となって受光処理部20の第1受光部21で受光される。より具体的には、被測定光は、コリメータレンズ111で平行光とされ、光合波器33を介して半透鏡112で反射および透過することで第1および第2被測定光に分岐される。半透鏡112で反射することによって分岐した第1被測定光は、位相補償板113を介して固定鏡114へ入射し、固定鏡114で反射し、来た光路を逆に辿って再び半透鏡112に戻る。一方、半透鏡112を通過することによって分岐した第2被測定光は、移動鏡115へ入射し、移動鏡115で反射し、来た光路を逆に辿って再び半透鏡112に戻る。これら固定鏡114で反射された第1被測定光および移動鏡115で反射された第2被測定光は、半透鏡112で互いに合流して干渉する。この被測定光の干渉光は、干渉計11から第1受光部21へ射出される。第1受光部21は、この入射された被測定光の干渉光を光電変換し、前記被測定光の干渉光における光強度に応じた電気信号を増幅部22へ出力する。増幅部22は、所定の増幅率で前記被測定光の干渉光に応じた前記電気信号を増幅し、AD変換部23へ出力する。
The light to be measured incident on the
一方、FT型分光計Dは、タイミング生成用光源31から放射された単色のレーザ光も取り込む。このレーザ光は、光合波器33を介して干渉計11に入射され、上述と同様に干渉計11で干渉し、レーザ光の干渉光となって光分波器34を介して第2受光部36で受光される。第2受光部36は、この入射されたレーザ光の干渉光を光電変換し、前記レーザ光の干渉光における光強度に応じた電気信号をゼロクロス検出部37aへ出力する。ゼロクロス検出部37aは、前記レーザ光の干渉光に応じた前記電気信号がゼロとなるタイミングをゼロクロスタイミングとして検出し、このゼロクロスタイミングをサンプリングタイミング(AD変換タイミング)としてAD変換部23へ出力する。
On the other hand, the FT spectrometer D also captures monochromatic laser light emitted from the timing generation
このような被測定光およびレーザ光がそれぞれ干渉計11に取り込まれている間に、干渉計11の移動鏡115は、共振振動によって制御演算部41の制御に従って光軸方向に沿って移動されている。
While such measured light and laser light are respectively taken into the
AD変換部23は、増幅部22から出力された、前記被測定光の干渉光における光強度に応じた電気信号を、ゼロクロス検出部37aから入力されたゼロクロスタイミングでサンプリングしてアナログ信号からディジタル信号へAD変換し、このAD変換したディジタル信号の前記電気信号を制御演算部41へ出力する。
The
このように動作することによって、被測定光のインターフェログラムにおける測定データがAD変換部23から制御演算部41へ出力され、この測定データがサンプリングデータ記憶部411に記憶される。そして、SN比を改善し、良好な精度の結果を得るために、このような被測定光のインターフェログラムが移動鏡115の往復に合わせて連続的に複数回、同様に、測定され、これら各インターフェログラムの各測定データがサンプリングデータ記憶部411にそれぞれ記憶される。すなわち、移動鏡115が1往復すると、1回の走査が終了し、インターフェログラムの測定データが得られる。
By operating in this way, measurement data in the interferogram of the light to be measured is output from the
次に、センターバースト位置算出部412は、サンプリングデータ記憶部411に記憶された各インターフェログラムの各測定データのそれぞれについて、被測定光のインターフェログラムにおけるセンターバーストの位置を求める。
Next, the center burst
次に、積算インターフェログラム算出部413は、複数回測定することによって得られた、被測定光の複数のインターフェログラムを、センターバースト位置算出部412によって求められた各センターバースト位置で位置合わせを行いつつ、積算することによって、被測定光に対する積算インターフェログラムを求める。
Next, the integrated
次に、スペクトル算出部414は、積算インターフェログラム算出部413によって求められた前記積算インターフェログラムをフーリエ変換することによって、被測定光のスペクトルを求める。
Next, the
このスペクトルの算出について、より具体的に説明すると、まず、m回目の測定でのインターフェログラムFm(xi)は、光路差をxiとし、波数をνjとし、波数νjのスペクトル振幅をB(νj)とし、光路差0の位置をX0とし、波数νjの光路差0の位置における位相をφ(νj)とする場合に、式1で表される。なお、mは、m番目の測定による測定結果であることを表す。
The calculation of this spectrum will be described more specifically. First, the interferogram F m (x i ) in the m-th measurement has an optical path difference x i , a wave number ν j , and a wave number ν j spectrum. When the amplitude is B (ν j ), the position of the optical path difference 0 is X 0, and the phase at the position of the optical path difference 0 of the wave number ν j is φ (ν j ), it is expressed by
したがって、積算インターフェログラムF(xi)は、式2で表される。 Therefore, the integrated interferogram F (x i ) is expressed by Equation 2.
このように積算インターフェログラムが積算インターフェログラム算出部413で求められると、スペクトル算出部414は、積算インターフェログラムを例えば高速フーリエ変換(FFT)することによって被測定光のスペクトルを求める。
When the accumulated interferogram is obtained by the accumulated
より具体的には、高速フーリエ変換する場合には、サイドローブの発生を低減するために、光路差0(センターバーストの位置)を中心に左右対称な窓関数Awindow(xi)が掛け合わされてから(式3)、高速フーリエ変換が行われ、被測定光のスペクトルの振幅|Bwindow(νj)|が求められる(式4)。 More specifically, in the case of fast Fourier transform, in order to reduce the occurrence of side lobes, a window function A window (x i ) that is symmetric about the optical path difference 0 (center burst position) is multiplied. (Expression 3), fast Fourier transform is performed, and the amplitude | B window (ν j ) | of the spectrum of the light to be measured is obtained (Expression 4).
上記窓関数Awindow(xi)は、適宜な種々の関数を挙げることができるが、例えば、式5−1ないし式5−3で表される関数である。式5−1は、Hanning Window(ハニング窓)関数と呼ばれ、式5−2は、Hamming Window(ハミング窓)関数と呼ばれ、式5−3は、Blackman Window(ブラックマン窓)関数と呼ばれる。 Examples of the window function A window (x i ) can include various appropriate functions. For example, the window function A window (x i ) is a function represented by Expression 5-1 to Expression 5-3. Equation 5-1 is called a Hanning Window function, Equation 5-2 is called a Hamming Window function, and Equation 5-3 is called a Blackman Window function. .
上述のように、スペクトルが求められると、制御演算部41は、この求めたスペクトルを出力部43へ出力する。
As described above, when the spectrum is obtained, the
次に、サンプリングタイミングの調整について説明する。図4は、実施形態のフーリエ変換型分光計におけるゼロクロス信号の生成動作を説明するための図である。図4(A)は、ゼロクロス検出部37aから出力されるゼロクロス信号が不均等な時間間隔で出力される場合を示すタイムチャートであり、図4(B)は、この図4(A)のゼロクロス信号が時間間隔で等間隔なった場合を示すタイムチャートである。図4(A)および(B)において、上段は、第2受光部36の出力を示す正弦波信号であり、中段は、コンパレーター371の出力を示す方形波信号であり、下段は、エッジ検出回路374の出力、すなわち、ゼロクロス検出部37aの出力を示すゼロクロス信号のパルス信号である。
Next, adjustment of sampling timing will be described. FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of generating a zero-cross signal in the Fourier transform spectrometer according to the embodiment. FIG. 4A is a time chart showing a case where zero-cross signals output from the zero-
ここで、上述の被測定光のスペクトルの測定において、AD変換部23でサンプリングタイミングとして用いられるゼロクロスタイミングを表すゼロクロス信号が、ゼロクロス検出部37aより所望のタイミングで出力されていない場合には、このようなサンプリングタイミングでAD変換部23によって変換された測定データは、互いに隣接する測定データ間の光路差が長い場合、短い場合、長い場合、短い場合、・・・の周期的な繰り返しとなり、積算インターフェログラムをフーリエ変換することによって得られる被測定光のスペクトルに偽スペクトルが発生してしまう。
Here, in the measurement of the spectrum of the light to be measured, when the zero cross signal representing the zero cross timing used as the sampling timing in the
例えば、コンパレーター371のオフセット電圧や電気電子回路におけるゲインの周波数特性や光学系のミラー傾き誤差等によって、例えば、図4(A)に示すように、基準電圧生成回路372から出力される基準電圧が、第2受光部36から出力される正弦波信号における振幅の中心からずれていると、コンパレーター371から出力される方形波信号のデューティー比が50%からずれてしまう。この結果、エッジ検出回路374は、方形波信号における立ち上がりタイミングおよび立ち下がりタイミングをそれぞれ検出することによってそれぞれのタイミングでゼロクロス信号を出力するので、このようなデューティー比が50%からずれた方形波信号が入力された場合では、エッジ検出回路374は、ゼロクロス信号を長、短、長、短、・・・の周期的な繰り返しの時間間隔で出力することになる。上記例では、エッジ検出回路374は、時間間隔で4:6の比率でゼロクロス信号を繰り返し出力することになる。
For example, the reference voltage output from the reference
このため、本実施形態のFT型分光計Dでは、基準電圧生成回路372の基準電圧の調整が、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなるように、行われる。言い換えれば、これは、エッジ検出回路374(ゼロクロス検出部37)から出力されるゼロクロス信号(サンプリングタイミング)が時間的に等間隔となるように、基準電圧生成回路372の基準電圧を調整することを意味し、あるいは、これは、コンパレーター371から出力される方形波信号のデューティー比が50%となるように、基準電圧生成回路372の基準電圧を調整することを意味し、さらにあるいは、基準電圧が前記正弦波信号における振幅の中心に一致するように、基準電圧生成回路372の基準電圧を調整することを意味する。
For this reason, in the FT spectrometer D of the present embodiment, the reference voltage of the reference
より具体的には、まず、調整用正弦波生成回路373から調整用の正弦波信号(第2受光部36の出力そのものまたは別途に用意された信号)がコンパレーター371に入力される。コンパレーター371は、調整用正弦波生成回路373の出力と基準電圧生成回路372の基準電圧とを比較し、調整正弦波生成回路373の出力が基準電圧生成回路372の基準電圧以上である場合の比較結果信号として方形波信号を基準電圧調整部415aへ出力する。
More specifically, first, an adjustment sine wave signal (the output itself of the second
方形波信号が入力されると、基準電圧調整部415aは、この方形波信号における立ち上がりタイミングから立ち下がりタイミングまでの第1時間間隔と、続けて、前記立ち下がりタイミングから次の立ち上がりタイミングまでの第2時間間隔とを測定する。この測定は、例えば、次のように行われる。基準電圧調整部415aは、この方形波信号における立ち上がりを検出すると、一定の時間間隔でカウントアップするカウンター等の計時手段によってそのリセット後に計時を開始し、前記方形波信号における立ち下がりを検出すると、前記計時手段による計時を終了し、第1時間間隔を求める。同様に、基準電圧調整部415aは、この方形波信号における立ち下がりを検出すると、計時手段によってそのリセット後に計時を開始し、方形波信号における立ち上がりを検出すると、前記計時手段による計時を終了し、第2時間間隔を求める。なお、より高精度に第1時間間隔および第2時間間隔を測定するために、複数回、第1時間間隔および第2時間間隔がそれぞれ測定され、その平均値がそれぞれ求められ、これら各平均値がそれぞれ第1時間間隔および第2時間間隔とされてもよい。
When the square wave signal is input, the reference
次に、基準電圧調整部415aは、これら求めた第1時間間隔と第2時間間隔と予め設定された許容誤差範囲内で一致しているか否かを判定する。
Next, the reference
この判定の結果、これら求めた第1時間間隔と第2時間間隔と予め設定された許容誤差範囲内で一致している場合には、基準電圧調整部415aは、基準電圧生成回路372が生成している基準電圧の現行の電圧値Vtで、互いに隣接する測定データ間の光路差が等間隔となるようなゼロクロス信号(サンプリングタイミング)をエッジ検出回路374(ゼロクロス検出部37a)が出力しているので、現行の電圧値Vtを維持し、基準電圧の調整処理を終了する。
As a result of this determination, when the obtained first time interval and second time interval coincide with each other within a preset allowable error range, the reference
一方、この判定の結果、これら求めた第1時間間隔と第2時間間隔と予め設定された許容誤差範囲内で一致していない場合には、基準電圧調整部415aは、基準電圧生成回路372を制御し、予め設定された所定値△Vだけ現行の基準電圧の電圧値Vtから基準電圧を変更する。この変更において、第1時間間隔が第2時間間隔より短い場合、すなわち、方形波信号のデューティー比が50%より小さい場合には、基準電圧生成回路372で生成されている現行の基準電圧の電圧値Vtが調整用正弦波生成回路373の調整用の正弦波信号における振幅の中心より、高電圧側にあるので、基準電圧調整部415aは、基準電圧生成回路372を制御し、現行の基準電圧の電圧値Vtから、予め設定された所定値△Vだけ下げるように、基準電圧を変更する。一方、第1時間間隔が第2時間間隔より長い場合、すなわち、方形波信号のデューティー比が50%より大きい場合には、基準電圧生成回路372で生成されている現行の基準電圧の電圧値Vtが調整用正弦波生成回路373の調整用の正弦波信号における振幅の中心より、低電圧側にあるので、基準電圧調整部415aは、基準電圧生成回路372を制御し、現行の基準電圧の電圧値Vtから、予め設定された所定値△Vだけ上げるように、基準電圧を変更する。
On the other hand, as a result of this determination, when the obtained first time interval and second time interval do not match within a preset allowable error range, the reference
そして、このような基準電圧の電圧値を変更した後に、再び、基準電圧調整部415aは、第1時間間隔と、続けて、第2時間間隔とを新たにそれぞれ測定し、これら求めた第1時間間隔と第2時間間隔と予め設定された許容誤差範囲内で一致しているか否かを判定する。基準電圧調整部415aは、このような第1および第2時間間隔の測定、第1時間間隔と第2時間間隔との一致判定および基準電圧の変更を、第1時間間隔と第2時間間隔とが前記許容誤差範囲内で一致するまで行う。
Then, after changing the voltage value of the reference voltage, the reference
このように基準電圧生成回路372の基準電圧が調整されると、図4(B)に示すように、基準電圧生成回路372の基準電圧が第2受光部36から出力される正弦波信号における振幅の中心と一致するため、コンパレーター371は、デューティー比が50%の方形波信号をエッジ検出回路374へ出力するようになる。この結果、エッジ検出回路374(ゼロクロス検出部37)は、ゼロクロス信号(サンプリングタイミング)を時間的に等間隔に出力するようになる。したがって、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなり、FT型分光計Dは、互いに隣接する測定データ間の光路差が不均一であることに起因する誤差を低減したスペクトルを出力することができ、偽スペクトルの生成を低減することができる。
When the reference voltage of the reference
そして、上述の本実施形態のFT型分光計Dでは、偽スペクトルの生成の低減が、ゼロクロス検出部37aの基準電圧を調整するという比較的簡易な構成で、実現されている。
In the FT spectrometer D of the above-described embodiment, the generation of the false spectrum is reduced with a relatively simple configuration of adjusting the reference voltage of the zero-
また、上述の本実施形態のFT型分光計Dでは、偽スペクトルの生成の低減が、コンパレータ371から出力される方形波信号のデューティー比を50%にするという比較的簡易な構成で、言い換えれば、ゼロクロス信号(サンプリングタイミング)の周期を等間隔にするという比較的簡易な構成で、実現されている。
Further, in the above-described FT spectrometer D of the present embodiment, the generation of the false spectrum is reduced with a relatively simple configuration in which the duty ratio of the square wave signal output from the
なお、上述の基準電圧の調整は、例えば、FT型分光計Dの製造段階や出荷段階等に実行されてよく、また例えば、FT型分光計Dの測定前に実行されてよい。FT型分光計Dの測定前における基準電圧の調整は、測定ごとに、あるいは、複数回の測定ごとに、あるいは、一定期間ごとに、実行されてよい。 The above-described adjustment of the reference voltage may be performed, for example, at the manufacturing stage or the shipping stage of the FT spectrometer D, or may be performed before the measurement of the FT spectrometer D, for example. The adjustment of the reference voltage before the measurement of the FT spectrometer D may be performed for each measurement, for each of a plurality of measurements, or for each fixed period.
また、上述の基準電圧の調整は、移動鏡115の往路と復路とで個別に行われてもよく、移動鏡115の往路用の基準電圧と、移動鏡115の復路用の基準電圧とがそれぞれ設定されてもよい。
In addition, the adjustment of the reference voltage described above may be performed separately for the forward path and the return path of the
また、上述の実施形態におけるFT型分光計Dでは、ゼロクロス検出部37は、図3に示す第1態様のゼロクロス検出部37aであるが、他の態様も可能である。図5は、実施形態のフーリエ変換型分光計におけるゼロクロス検出部の第2態様の構成を示すブロック図である。図6は、実施形態のフーリエ変換型分光計におけるゼロクロス検出部の第3態様の構成を示すブロック図である。図7は、単色光によって発生する偽スペクトルの様子を示すとともに、第3態様の構成のゼロクロス検出部におけるゼロクロス信号の生成動作を説明するための図である。図8は、偽スペクトルの波長帯域の光をカットする所定の波長帯域のバンドパスフィルターを透過した光によって発生する偽スペクトルの様子を示すとともに、第3態様の構成のゼロクロス検出部におけるゼロクロス信号の生成動作を説明するための図である。
Moreover, in the FT type | mold spectrometer D in the above-mentioned embodiment, although the zero cross detection part 37 is the zero
図5に示す第2態様のゼロクロス検出部37bは、コンパレーター371に入力される信号を選択する選択スイッチを備える装置である。より具体的には、第2態様のゼロクロス検出部37bは、コンパレーター371と、基準電圧生成回路372と、調整用正弦波生成回路373と、エッジ検出回路374と、選択スイッチ375とを備える。そして、この第2態様のゼロクロス検出部37bの場合には、演算制御部41は、第1態様のゼロクロス検出部37aに対応して設けられた基準電圧調整部415aに代え、基準電圧調整部415bを備えている。
The zero-
これら第2態様のゼロクロス検出部37bにおけるコンパレーター371、基準電圧生成回路372、調整用正弦波生成回路373およびエッジ検出回路374は、調整用の正弦波信号が第2受光部36の出力ではなく別途に設けられた信号であって、調整用正弦波生成回路373がこの別途に設けられた調整用の正弦波信号を生成する回路である点を除き、第1態様のゼロクロス検出部37aにおけるコンパレーター371、基準電圧生成回路372、調整用正弦波生成回路373およびエッジ検出回路374とそれぞれ同様であるので、その説明を省略する。
In the
選択スイッチ375は、基準電圧生成回路372の基準電圧と比較される比較対象としてコンパレーター371に入力される信号を、第2受光部36の出力および調整用正弦波生成回路373の出力のうちのいずれか一方に基準電圧調整部415bの制御に従って切り換えるスイッチ回路である。選択スイッチ375は、2入力1出力であり、その一方の入力端子は、第2受光部36の出力端子に接続され、その他方の入力端子は、調整用正弦波生成回路373の出力端子に接続され、そして、その出力端子は、コンパレーター371に接続される。選択スイッチ375は、例えばトランジスタ等のスイッチ素子を備えて構成される。
The
基準電圧調整部415bは、基準電圧調整部415aと同様に、サンプリングタイミングとして利用されるゼロクロスタイミングを調整するために、複数の測定データにおいて、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなるように、上述の基準電圧生成回路372によって生成される基準電圧の電圧値を調整するものである。そして、基準電圧調整部415bは、選択スイッチ375における入力端子と出力端子との間の接続状態を切り換える切り換え制御を行う機能をさらに備えている。基準電圧調整部415bは、被測定光を測定する場合には、選択スイッチ375における第2受光部36の出力端子が接続される前記一方の入力端子を、第2受光部36の出力がコンパレーター371へ出力されるように、前記出力端子に接続する切り換え制御を選択スイッチ375に対して行い、また、基準電圧調整部415bは、基準電圧を調整する場合には、選択スイッチ375における調整用正弦波生成回路373の出力端子が接続される前記他方の入力端子を、調整用正弦波生成回路373の出力がコンパレーター371へ出力されるように、前記出力端子に接続する切り換え制御を選択スイッチ375に対して行う。
Similarly to the reference
このような第2態様のゼロクロス検出部37bを備えるFT型分光計Dは、被測定光を測定する場合には、基準電圧調整部415bによって、第2受光部36の出力がコンパレーター371に入力されるように、選択スイッチ375が制御され、一方、基準電圧を調整する場合には、基準電圧調整部415bによって、調整用正弦波生成回路373の出力がコンパレーター371に入力されるように、選択スイッチ375が制御される。そして、第1態様のゼロクロス検出部37aと同様な動作によって、第2態様のゼロクロス検出部37bにおける基準電圧が調整される。したがって、このような第2態様のゼロクロス検出部37bは、第1態様のゼロクロス検出部37aと同様な作用効果を奏する。
In the FT spectrometer D including the zero-
また、図6に示す第3態様のゼロクロス検出部37cでは、タイミング生成用光源31が既知な波長の単色光を射出することが利用され、既知な波長の光と既知な波長の前記単色光とを被測定光とした場合に得られるサンプリングタイミング調整用スペクトルから、複数の測定データにおいて互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに不均等であることに起因して生じる前記単色光に基づく偽スペクトル成分が消失するように、基準電圧生成部372の基準電圧が調整され、これによって、複数の測定データにおいて、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなるように、サンプリングタイミング(ゼロクロス信号)が調整される。
Further, in the zero-
このような第3態様のゼロクロス検出部37cは、例えば、図6に示すように、コンパレーター371と、基準電圧生成回路372と、エッジ検出回路374とを備える。すなわち、この第3態様では、タイミング生成用光源31の単色のレーザ光が利用されるので、第2受光部36の出力がコンパレーター371に入力されるから、別途に設ける調整用正弦波生成回路373は、不要である。そして、この第3態様のゼロクロス検出部37cの場合には、演算制御部41は、第1態様のゼロクロス検出部37aに対応して設けられた基準電圧調整部415aに代え、基準電圧調整部415cを備えている。
Such a zero-
これら第3態様のゼロクロス検出部37cにおけるコンパレーター371、基準電圧生成回路372およびエッジ検出回路374は、第1態様のゼロクロス検出部37aにおけるコンパレーター371、基準電圧生成回路372およびエッジ検出回路374とそれぞれ同様であるので、その説明を省略する。
The
基準電圧調整部415cは、基準電圧調整部415aと同様に、サンプリングタイミングとして利用されるゼロクロスタイミングを調整するために、複数の測定データにおいて、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなるように、上述の基準電圧生成回路372によって生成される基準電圧の電圧値を調整するものである。ここで、この第3態様のゼロクロス検出部37cでは、基準電圧調整部415cは、波長が既知な光とタイミング生成用光源(単色光光源の一例)の単色のレーザ光(単色光の一例)とを被測定光とした場合に得られるサンプリングタイミング調整用スペクトルから、偽スペクトルが消失するように、基準電圧生成回路372の基準電圧を調整することによって、前記複数の測定データにおいて、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなるように、ゼロクロス信号(サンプリングタイミング)を調整するものである。このため、基準電圧調整部415cには、基準電圧を調整する場合に、スペクトル算出部414で求められたスペクトルがサンプリングタイミング調整用スペクトルとして入力される。
Similarly to the reference
この偽スペクトルは、このスペクトル成分の波長をλpseudoとし、前記波長が既知な光の該波長をλ1とし、タイミング生成用光源31から射出される単色のレーザ光の波長をλ2とする場合に、「1/λpseudo=1/λ2−1/λ1」が成り立ち、これによって求まる。このように偽スペクトルは、タイミング生成用光源31から射出される単色のレーザ光の波数と、前記波長が既知な光の波数との差の波数の位置に出現する。例えば、λ1=1310nmとし、λ2=633nmである場合には、偽スペクトルの波長は、λpseudo=1225nmとなる。
This pseudo spectrum is obtained when the wavelength of the spectral component is λpseudo, the wavelength of the light having the known wavelength is λ1, and the wavelength of the monochromatic laser light emitted from the timing generation
このため、基準電圧生成回路372の基準電圧を調整する場合には、まず、波長が既知な光(例えば前記波長1310nmの光)が干渉計11に入射され、上述の動作によって、スペクトル算出部414は、スペクトルを求め、この求めたスペクトルをサンプリングタイミング調整用スペクトルとして基準電圧調整部415cへ出力する。
Therefore, when adjusting the reference voltage of the reference
また、前記波長が既知な単色光に代え、図8に示すように、白色光に対して偽スペクトルが出現する波長帯の光がカットされ、偽スペクトルを発生する元の波長の光を透過する所定の波長帯域のバンドパスフィルターの透過光が、用いられてもよい。 Further, in place of the monochromatic light having the known wavelength, as shown in FIG. 8, light in a wavelength band where a false spectrum appears with respect to white light is cut, and light having the original wavelength that generates the false spectrum is transmitted. Light transmitted through a bandpass filter having a predetermined wavelength band may be used.
サンプリングタイミング調整用スペクトルが入力されると、基準電圧調整部415cは、このサンプリングタイミング調整用スペクトルに、偽スペクトルが含まれるか否かを判定する。
When the sampling timing adjustment spectrum is input, the reference
この判定の結果、サンプリングタイミング調整用スペクトルに、偽スペクトルが含まれていない場合には、基準電圧調整部415cは、基準電圧生成回路372が生成している基準電圧の現行の電圧値Vtで、互いに隣接する測定データ間の光路差が等間隔となるようなゼロクロス信号(サンプリングタイミング)をエッジ検出回路374(ゼロクロス検出部37a)が出力しているので、現行の電圧値Vtを維持し、基準電圧の調整処理を終了する。
As a result of this determination, if the false spectrum is not included in the sampling timing adjustment spectrum, the reference
一方、この判定の結果、例えば図7(A)や図8(A)に示すように、サンプリングタイミング調整用スペクトルに、偽スペクトルが含まれている場合には、基準電圧調整部415cは、基準電圧生成回路372を制御し、予め設定された所定値△Vだけ現行の基準電圧の電圧値Vtから基準電圧を変更する。この変更において、基準電圧調整部415aは、変更前と変更後とにおける偽スペクトルの大きさを比較し、偽スペクトルの大きさを小さくするように、現行の基準電圧の電圧値Vtから、予め設定された所定値△Vだけ下げるように(または、現行の基準電圧の電圧値Vtから、予め設定された所定値△Vだけ上げるように)、基準電圧を変更する。偽スペクトルの大きさは、方形波信号のデューティー比における50%からのズレ量(現行の基準電圧の電圧値Vtと第2受光部36の出力における振幅の中心とのズレ量)に比例するので、前記所定値△Vは、偽スペクトルの大きさに応じて設定してもよい。
On the other hand, as a result of this determination, for example, as shown in FIGS. 7A and 8A, when the spectrum for sampling timing adjustment includes a false spectrum, the reference
そして、このような基準電圧の電圧値を変更した後に、再び、基準電圧調整部415cは、変更後のサンプリングタイミング調整用スペクトルをスペクトル算出部414から取得し、この変更後の新たなサンプリングタイミング調整用スペクトルに、偽スペクトルが含まれるか否かを判定する。基準電圧調整部415cは、このようなサンプリングタイミング調整用スペクトルの取得、偽スペクトルの存否判定および基準電圧の変更を、サンプリングタイミング調整用スペクトルに偽スペクトルが含まれなくなるまで行う。
Then, after changing the voltage value of such a reference voltage, the reference
このように基準電圧生成回路372の基準電圧が調整されると、図7(B)や図8(B)に示すように、基準電圧生成回路372の基準電圧が第2受光部36から出力される正弦波信号における振幅の中心と一致するため、コンパレーター371は、デューティー比が50%の方形波信号をエッジ検出回路374へ出力するようになる。この結果、エッジ検出回路374(ゼロクロス検出部37)は、ゼロクロス信号(サンプリングタイミング)を時間的に等間隔に出力するようになる。したがって、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなり、FT型分光計Dは、互いに隣接する測定データ間の光路差が不均一であることに起因する誤差を低減したスペクトルを出力することができ、偽スペクトルの生成を低減することができる。
When the reference voltage of the reference
そして、このような第3態様のゼロクロス検出部37cを備えるFT型分光計Dでは、偽スペクトルの生成の低減が、フーリエ変換型分光計で得られるスペクトルを監視するという比較的簡易な構成で、実現されている。
And in FT type | mold spectrometer D provided with the zero
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。 In order to express the present invention, the present invention has been properly and fully described through the embodiments with reference to the drawings. However, those skilled in the art can easily change and / or improve the above-described embodiments. It should be recognized that this is possible. Therefore, unless the modifications or improvements implemented by those skilled in the art are at a level that departs from the scope of the claims recited in the claims, the modifications or improvements are not covered by the claims. To be construed as inclusive.
D フーリエ変換型分光計
SM 試料
11 干渉計
31 タイミング生成用光源
36 第2受光部
37a、37b、37c ゼロクロス検出部
41 制御演算部
371 コンパレーター
372 基準電圧生成回路
373 調整用正弦波生成回路
374 エッジ検出回路
375 選択スイッチ
411 サンプリングデータ記憶部
412 センターバースト位置算出部
413 インターフェログラム算出部
414 スペクトル算出部
415a、415b、415c 基準電圧調整部
D Fourier transform type
Claims (5)
単色光を放射する光源と、
前記干渉計で生成された前記単色光の干渉光を光電変換する受光部と、
基準電圧を生成する基準電圧生成部と、
前記受光部の出力が前記基準電圧生成部の前記基準電圧と交差するタイミングでゼロクロス信号を前記サンプリングタイミングとして出力するゼロクロス検出部と、
前記基準電圧生成部の前記基準電圧を調整することによって、前記複数の測定データにおいて、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなるように、前記サンプリングタイミングを調整する調整部とを備え、
前記調整部は、波長の既知な光を前記被測定光とした場合に得られるサンプリングタイミング調整用スペクトルから、前記複数の測定データにおいて互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに不均等であることに起因して生じる前記光に基づく偽スペクトル成分が消失するように、前記基準電圧生成部の前記基準電圧を調整することによって、前記複数の測定データにおいて、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなるように、前記サンプリングタイミングを調整すること
を特徴とするフーリエ変換型分光計用タイミング生成装置。 A plurality of measurement data is obtained by sampling a signal obtained by photoelectrically converting the interference light of the light to be measured generated by the interferometer at a predetermined sampling timing, and the plurality of measurement data obtained are used to obtain the measurement data. In a Fourier transform spectrometer timing generator for generating the sampling timing, used in a Fourier transform spectrometer that obtains the spectrum of the light to be measured using Fourier transform based on an interferogram of the light to be measured.
A light source that emits monochromatic light ;
A light receiving unit that photoelectrically converts the interference light of the monochromatic light generated by the interferometer ;
A reference voltage generator for generating a reference voltage ;
A zero-cross detection unit that outputs a zero-cross signal as the sampling timing at a timing at which the output of the light-receiving unit intersects the reference voltage of the reference voltage generation unit ;
An adjustment unit that adjusts the sampling timing so that the optical path difference between two adjacent measurement data is equal to each other in the plurality of measurement data by adjusting the reference voltage of the reference voltage generation unit; With
The adjustment unit determines that the optical path difference between two adjacent measurement data in the plurality of measurement data is unequal from a sampling timing adjustment spectrum obtained when light having a known wavelength is used as the measurement light. By adjusting the reference voltage of the reference voltage generation unit so that a false spectral component based on the light generated due to the fact disappears, two measurements adjacent to each other in the plurality of measurement data as the optical path difference between the data are equal to each other, a Fourier transform spectrometer timing generator characterized that you adjust the sampling timing.
を特徴とする請求項1に記載のフーリエ変換型分光計用タイミング生成装置。 The adjustment unit determines whether or not the false spectrum component is included in the sampling timing adjustment spectrum. If the determination result includes the false spectrum component, the adjustment unit adjusts the current reference voltage. If the false spectral component is not included as a result of the determination, the current reference voltage is maintained so that the false spectral component disappears from the sampling timing adjustment spectrum. by adjusting the reference voltage of the voltage generator, the plurality of measurement data, so that the optical path difference between two adjacent measurement data are equal to each other to each other, and characterized that you adjust the sampling timing The timing generator for Fourier transform spectrometers according to claim 1.
単色光を放射する単色光放射工程と、
前記干渉計で生成された前記単色光の干渉光を光電変換する受光工程と、
基準電圧を生成する基準電圧生成工程と、
前記受光工程の出力が前記基準電圧生成工程の前記基準電圧と交差するタイミングでゼロクロス信号を前記サンプリングタイミングとして出力するゼロクロス検出工程と、
前記基準電圧生成工程の前記基準電圧を調整することによって、前記複数の測定データにおいて、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなるように、前記サンプリングタイミングを調整する調整工程とを備え、
前記調整工程は、波長の既知な光を前記被測定光とした場合に得られるサンプリングタイミング調整用スペクトルから、前記複数の測定データにおいて互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに不均等であることに起因して生じる前記光に基づく偽スペクトル成分が消失するように、前記基準電圧生成工程の前記基準電圧を調整することによって、前記複数の測定データにおいて、互いに隣接する2個の測定データ間の光路差が互いに等しくなるように、前記サンプリングタイミングを調整すること
を特徴とするフーリエ変換型分光計用タイミング生成方法。 A plurality of measurement data is obtained by sampling a signal obtained by photoelectrically converting the interference light of the light to be measured generated by the interferometer at a predetermined sampling timing, and the plurality of measurement data obtained are used to obtain the measurement data. In a Fourier transform spectrometer timing generation method for generating the sampling timing, which is used in a Fourier transform spectrometer that obtains the spectrum of the light to be measured using Fourier transform based on an interferogram of the light to be measured .
A monochromatic light emitting process for emitting monochromatic light ;
A light receiving step for photoelectrically converting the interference light of the monochromatic light generated by the interferometer ;
A reference voltage generating step for generating a reference voltage ;
A zero cross detection step of outputting a zero cross signal as the sampling timing at a timing at which the output of the light receiving step crosses the reference voltage of the reference voltage generation step ;
An adjusting step of adjusting the sampling timing so that optical path differences between two adjacent measurement data are equal to each other in the plurality of measurement data by adjusting the reference voltage in the reference voltage generating step; With
In the adjustment step, an optical path difference between two adjacent measurement data in the plurality of measurement data is unequal from a sampling timing adjustment spectrum obtained when light having a known wavelength is used as the measurement light. By adjusting the reference voltage in the reference voltage generation step so that a false spectral component based on the light generated due to the fact disappears, two measurements adjacent to each other in the plurality of measurement data The timing generation method for a Fourier transform spectrometer, wherein the sampling timing is adjusted so that optical path differences between data are equal to each other.
前記干渉計で生成された被測定光の干渉光を光電変換する第2受光部と、
前記第2受光部の出力を所定のサンプリングタイミングでサンプリングすることによって複数の測定データを得るサンプリング部と、
前記サンプリング部で得られた複数の測定データによる前記被測定光のインターフェログラムに基づきフーリエ変換を用いて前記被測定光のスペクトルを求めるスペクトル算出部と、
前記サンプリングタイミングを生成するタイミング生成部とを備え、
前記タイミング生成部は、請求項1または請求項2に記載のフーリエ変換型分光計用タイミング生成装置であること
を特徴とするフーリエ変換型分光計。 A plurality of optical elements that form two optical paths between the incident position of the predetermined light and the interference position, and the plurality of optical elements move in the optical axis direction by moving in the optical axis direction; An interferometer including an optical path difference forming optical element that generates an optical path difference between two optical paths ;
A second light receiving unit that photoelectrically converts interference light of the light to be measured generated by the interferometer ;
A sampling unit for obtaining a plurality of measurement data by sampling the output of the second light receiving unit at a predetermined sampling timing ;
A spectrum calculation unit for obtaining a spectrum of the light to be measured using Fourier transform based on an interferogram of the light to be measured by a plurality of measurement data obtained by the sampling unit ;
A timing generator for generating the sampling timing ,
The timing generation unit is a timing generation device for a Fourier transform spectrometer according to claim 1 or 2.
A Fourier transform spectrometer .
前記干渉計で生成された被測定光の干渉光を光電変換する第2受光工程と、
前記第2受光工程の出力を所定のサンプリングタイミングでサンプリングすることによって複数の測定データを得るサンプリング工程と、
前記サンプリング工程で得られた複数の測定データによる前記被測定光のインターフェログラムに基づきフーリエ変換を用いて前記被測定光のスペクトルを求めるスペクトル算出工程と、
前記サンプリングタイミングを生成するタイミング生成工程とを備え、
前記タイミング生成工程は、請求項3に記載のフーリエ変換型分光計用タイミング生成方法であること
を特徴とするフーリエ変換型分光方法。 A plurality of optical elements that form two optical paths between predetermined light incident positions and interference positions are provided, and the plurality of optical elements are moved in the optical axis direction to move the two light elements. An incident step of entering an interferometer including an optical path difference forming optical element that generates an optical path difference between the optical paths of
A second light receiving step for photoelectrically converting the interference light of the light to be measured generated by the interferometer ;
A sampling step of obtaining a plurality of measurement data by sampling the output of the second light receiving step at a predetermined sampling timing ;
A spectrum calculating step for obtaining a spectrum of the light to be measured using Fourier transform based on an interferogram of the light to be measured by a plurality of measurement data obtained in the sampling step ;
A timing generation step of generating the sampling timing ,
The timing generation step is a timing generation method for a Fourier transform spectrometer according to claim 3.
A Fourier transform type spectroscopic method characterized by the above .
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