JP6971255B2 - 経時変化する信号を電子的に分析する方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの極値を有する経時変化する信号を電子的に分析する方法であって、該信号の振幅および時刻が検出回路によって検出されるものであり、その検出回路は、ピーク値記憶要素として動作し、ある閾値が超えられた後、最大振幅に到達するまで、上記の経時変化する信号に追従するものであり、上記の極値が超えられると、結果としてピークインジケータ信号が生成され、最大振幅が記憶されるような、方法に関するものである。

原理的には、１つの類似の方法は、特許文献１より知られている。しかしながら、特許文献１は、分析中において閾値を考慮に入れるための対策を、何ら有していない。この点において、この従来知られた方法は、ノイズならびに干渉信号、または所望の感度閾値未満のピークを、最初から測定より除外するためには、用いることができない。信号トラッカー構成は、入力信号の最大値まで、その入力信号に追従する。より低い振幅を有する極大値に遭遇することは、トラッキング中において何らの効果も有さない。しかしながら、同構成は、最も高い最大値に至るまで、信号のさらなる上昇の発生に毎回追従する。

最大値の絶対値だけではなくその最大値が生じた時刻も捕捉するために、上昇する信号の後に信号の落込みがあった場合（これは極大値との遭遇を意味する）に毎回、ピークインジケータ信号が生成される。これは、たとえば矩形波パルスであってもよい。

閾値との比較は、その閾値が超えられるまでトラッカー機構がアクティブ化されないという効果を実現する。したがって、閾値未満のノイズピークおよび干渉信号は、検出されない。しかしながら、この従来知られた方法では、上記で説明したように最も高い振幅を有する極値のみが突き止められるので、測定サイクル中において精確なタイミングでかつ局所的に１つより多くの極値が特定されることが意図されている場合には、この既知であると想定される方法は上手くいかない。

旧東ドイツ経済特許第２４８８９３号

したがって、本発明は、上記の従来技術における欠点が克服され、かつ関連する信号のいかなる数のピークも検出することができるように、冒頭において記載されたタイプの方法を動作させるという目的に基づいたものである。

請求項１の後段部分によれば、本発明は、経時変化する信号中における１つより多くの極値を捕捉するために、第１のピークインジケータ信号が生成された後、かつ閾値より下のレベルへの落込みが生じた後に、入力信号のトラッキングが非アクティブ化され、さらに、時間が進んで信号が上記の閾値を再び超えた後、検出されるべき次の極値に到達し第２のピークインジケータ信号が生成されるまで、信号のさらなるトラッキングがアクティブ化され、第２の最大振幅が記憶され、測定サイクルの最終段において、２つの記憶要素が読み取られリセットされるようになすことにより、上記の目的を達成する。

しかしながら、本発明の技術的な実施形態は、当該方法が上記で説明した既知のモードでも動作可能となるように、第２のまたはさらなるピーク値記憶要素が非アクティブ化されることも許容する。

ピークインジケータは、後続の信号処理のトリガとして作用する電気信号であって、その後続の信号処理中においては、ピークインジケータの時刻に、位置情報片が割り当てられる。使用されるピークインジケータは、電流または電圧のパルスまたはエッジであってもよい。特定の具体的な実装形態においては、幅の狭い矩形波パルスが生成される。

本発明の方法は複数のピークインジケータが生成されることを伴うので、このことは、ピーク値記憶要素１およびピーク値記憶要素２への割当てが可能となるように、送信されるトリガ信号間で区別が可能であることを必要とする。このことは、後続の評価のために必要である。区別の基準は、ピークインジケータの振幅、ピークインジケータの時間の長さ、またはピークインジケータの形状等の他の特徴であってもよい。

ピークインジケータは、複数のインジケータの発生間のタイミング差を特定する、後続の評価用電子回路構成に供給される。

本発明の１つの有利な発展形態によれば、請求項５に従って、複数信号の評価が同時に並行して実行され、複数のチャネル内においてそれぞれの経時的な信号が検出され、検出された最大値が複数のチャネル内において評価されるような形態が提供される。

請求項６によれば、本発明の方法は、一例として、界面からの距離の達成を可能とする、後方散乱された電磁波からの信号の検出に用いることが考えられる。

この場合、請求項７によれば、検出される経時変化する信号は、光学的な測定プロセス中における光強度であってもよい。

それらの光学的な測定方法は、表面からの距離を迅速に検出するために用いられる。

さらに、本発明による方法を用いれば、請求項９に従って、コーティングされた基板について、層からのおよび基板からの距離を検出することも可能である。

測定速度を高めるために、請求項１０によれば、超高速合焦可能な音響光学レンズを有する光センサが用いられる態様が提供される。

この場合、上記の音響光学レンズが、１ＭＨｚを超える反復レートにおいて測定サイクル内で経時変化する信号を生成するのに用いられてもよく、当該方法は、かかる信号を評価するのに用いられる。

１つのピーク値記憶要素を用いた信号トラッキング方法の原理を示した図 ２つのピーク値記憶要素を用いた信号トラッキング方法の原理を示した図

以下、図面に基づいて、本発明を図解および説明する。

図１は、経時変化する入力信号Ｕ_ｅ（ｔ）のトラッキングに伴う、極値検出の原理を図解している。

電圧プロファイルに対するかかるトラッキングは、ダイオードを介して入力信号によって充電され、リセット用電子回路構成によって再度放電されるコンデンサとして実現することができる。図１においては、経時変化する信号（Ｕ_ｅ（ｔ））が、トラッキングに供される。出力信号Ｕ_ｓｚ（ｔ）は、この入力信号に、その最大値まで追従する。後続する入力電圧の落込みを伴う極大値に遭遇することは、トラッキング電圧に影響を与えない。しかしながら、トラッキング電圧は、最も高い最大値に至るまで、信号のさらなる上昇の発生に毎回追従する。

最大値の絶対値だけではなくその最大値が生じた時刻も捕捉するために、上昇する信号Ｕ_ｅ（ｔ）の後に信号の落込みがあった場合に毎回、ピークインジケータ信号Ｕ_ｓｉ（ｔ）が生成される。これは、図１に示すように、矩形波パルスであってもよい。

閾値Ｕ_ｓｗとの比較が、その閾値が超えられるまでトラッカー機構がアクティブ化されないという効果を実現する。

この例では、たとえば、より弱い信号が選択的に評価され得るように、異なる閾値が規定されてもよい。

しかしながら、このワン・トラッキングは、信号プロファイル中の最も高い極値を検出するためにのみ使用され得る。

図２は、測定窓に遭遇した際、別々に捕捉される必要のある２つの有用信号（４）が結果として生じ得るような状況を、図解したものである。このことは、２つのピーク値記憶要素を用いることにより実現される。１回目の閾値超過が生じると、上記で説明したようにして、第１のピーク値記憶要素がアクティブ化され、ピークインジケータ内においてパルスが生成される。閾値より下のレベルへの落込み、および閾値の再度の超過に続いて、第２のピーク値記憶要素がアクティブ化される。そして、局所的なピークに遭遇すると、ピークインジケータ内において再度パルスが生成される。

信号Ｕ_ｓｉ（ｔ）内のパルスを第１および第２のピーク値記憶要素に割り当てることを可能とするために、アクティブ化されたピーク値記憶要素１および２に対して、異なる幅を有するパルスが生成される。これらは、パルスの高さ、形状、または他の特徴もしくはコーディングを用いて区別されてもよい。図中において、参照符号４は有用信号を指しており、この有用信号とは、ノイズを多く含む信号中における最も高いピークであって、その振幅および発生の捕捉が意図されたピークである。

参照符号１は、閾値Ｕ_ｓｗ未満であるために捕捉されず、かつピークインジケータ信号Ｕ_ｓｉ（ｔ）中にパルスを生成させない、ノイズピークを指している。

参照符号２は、入力信号Ｕ_ｅ（ｔ）が閾値Ｕ_ｓｗを超えた点を指している。ピーク値記憶要素がアクティブ化され、極大値が超えられるとピークインジケータ信号Ｕ_ｓｉ（ｔ）中にパルスが生成されるようになる。

図中の参照符号３は、閾値Ｕ_ｓｗより高い局所的なノイズピークを指しており、そのようなノイズピークの発生は、ピークインジケータ信号Ｕ_ｓｉ（ｔ）中にパルスを生成させる結果をもたらす。

参照符号５は、局所的なノイズピークであって、そのレベルが有用信号４のレベルを超えていないために、Ｕ_ｓｉ（ｔ）中にパルスが生成されないノイズピークを指している。

参照符号６の点において、入力信号Ｕ_ｅ（ｔ）は、閾値Ｕ_ｓｗ未満に落ち込む。ピーク値記憶要素は、その値が読み取られ、新たな測定サイクルの開始においてリセットされるまで、その値を捕捉しておく。さらなる局所的なピークに対するパルスの生成は、非アクティブ化される。２つ以上の有用信号ピークを捕捉するためのシステムにおいては、閾値が再度超えられた際に、次のピーク値記憶要素がアクティブ化される。
他の実施形態
１． 少なくとも１つの極値を有する経時変化する信号（Ｕ _ｅ （ｔ））を電子的に分析する方法であって、該信号の振幅および時刻が検出回路によって検出されるものであり、該検出回路は、ピーク値記憶要素として動作し、ある閾値（Ｕ _ｓ ）が超えられた後、最大振幅に到達するまで、前記経時変化する信号に追従するものであり、前記極値が超えられると、結果としてピークインジケータ信号（Ｕ _ｓｉ （ｔ））が生成され、前記最大振幅が記憶されるような、方法において、
前記経時変化する信号中における１つより多くの極値を捕捉するために、第１のピークインジケータ信号が生成された後、かつ前記閾値より下のレベルへの落込みが生じた後に、前記経時変化する信号（Ｕ _ｅ （ｔ））のトラッキングが非アクティブ化され、さらに、時間が進んで該信号が前記閾値を再び超えた後、検出されるべき次の極値に到達しさらなるピークインジケータ信号（Ｕ _ｓｉ （ｔ））が生成されるまで、前記経時変化する信号（Ｕ _ｅ （ｔ））のさらなるトラッキングがアクティブ化され、このさらなる最大振幅が記憶され、測定サイクルの最終段において、それら２つの記憶要素が読み取られリセットされる、
ことを特徴とする方法。
２． さらなる電圧トラッキング動作のアクティブ化により、２つより多くの極値が検出されることを特徴とする、実施形態１に記載の方法。
３． それぞれの前記ピークインジケータ信号（Ｕ _ｓｉ （ｔ））が、タイプ、形状、パルス高さまたはパルス幅に基づいて、区別可能であることを特徴とする、実施形態１または２に記載の方法。
４． 検出されるべき前記信号（Ｕ _ｅ （ｔ））が、最大値に到達するまでダイオードを介して充電され、かつ１つ以上のピークインジケータ信号（Ｕ _ｓｉ （ｔ））を生成した後にリセット用電子回路構成によって能動的にリセットされる、コンデンサによってトラッキングされることを特徴とする、実施形態１から３のいずれかに記載の方法。
５． 複数信号の評価が同時に並行して実行され、複数のチャネル内においてそれぞれの経時的な信号が検出され、検出された最大値が複数のチャネル内において評価されることを特徴とする、実施形態１から４のいずれかに記載の方法。
６． 界面からの距離を突き止めることを可能とする、後方散乱された電磁波からの信号の検出に用いられることを特徴とする、実施形態１から５のいずれかに記載の方法。
７． 検出される前記経時変化する信号が、光学的な測定プロセス中における光強度であることを特徴とする、実施形態１から６のいずれかに記載の方法。
８． 表面からの距離を迅速に検出するために、光学的な測定方法が用いられることを特徴とする、実施形態７に記載の方法。
９． コーティングされた基板について、層からのおよび基板からの距離が検出されることを特徴とする、実施形態１から７のいずれかに記載の方法。
１０． 超高速合焦可能な音響光学レンズを有する光センサが用いられることを特徴とする、実施形態１から９のいずれかに記載の方法。
１１． 前記音響光学レンズが、１ＭＨｚを超える反復レートにおいて測定サイクル内で経時変化する信号を生成するのに用いられ、当該方法が、かかる信号を評価するのに用いられることを特徴とする、実施形態１０に記載の方法。

Claims (8)

1. 少なくとも１つの極値を有する経時変化する信号（Ｕ_ｅ（ｔ））を電子的に分析する方法であって、該信号の振幅および時刻が検出回路によって検出されるものであり、該検出回路は、ピーク値記憶要素として動作し、ある閾値（Ｕ_ｓ）が超えられた後、最大振幅に到達するまで、前記経時変化する信号に追従するものであり、前記極値が超えられると、結果としてピークインジケータ信号（Ｕ_ｓｉ（ｔ））が生成され、前記最大振幅が記憶されるような、方法において、
   前記経時変化する信号中における１つより多くの極値を捕捉するために、第１のピークインジケータ信号が生成された後に第１のピーク値記憶要素がアクティブ化され、かつ前記閾値より下のレベルへの落込みが生じた後に前記経時変化する信号（Ｕ_ｅ（ｔ））のトラッキングが非アクティブ化され、さらに、時間が進んで該信号が前記閾値を再び超えた後、検出されるべき次の極値に到達しさらなるピークインジケータ信号（Ｕ_ｓｉ（ｔ））が生成されるまで、前記経時変化する信号（Ｕ_ｅ（ｔ））のさらなるトラッキングがアクティブ化され、第２のピーク値記憶要素がアクティブ化され、このさらなる最大振幅が記憶され、分析サイクルの最終段において、前記２つのピーク値記憶要素が読み取られリセットされ、検出される前記経時変化する信号が、表面からの距離を検出するための光学的な測定プロセス中における光強度である、
   ことを特徴とする方法。
2. さらなる電圧トラッキング動作のアクティブ化により、２つより多くの極値が検出されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. それぞれの前記ピークインジケータ信号（Ｕ_ｓｉ（ｔ））が、タイプ、形状、パルス高さまたはパルス幅に基づいて、区別可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 検出されるべき前記信号（Ｕ_ｅ（ｔ））が、最大値に到達するまでダイオードを介して充電され、かつ１つ以上のピークインジケータ信号（Ｕ_ｓｉ（ｔ））を生成した後にリセット用電子回路構成によって能動的にリセットされる、コンデンサによってトラッキングされることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 複数信号の評価が同時に並行して実行され、複数のチャネル内においてそれぞれの経時的な信号が検出され、検出された最大値が複数のチャネル内において評価されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. コーティングされた基板について、層からのおよび基板からの距離が検出されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 超高速合焦可能な音響光学レンズを有する光センサが用いられることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記音響光学レンズが、１ＭＨｚを超える反復レートにおいて測定サイクル内で経時変化する信号を生成するのに用いられ、当該方法が、かかる信号を評価するのに用いられることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
   

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