JPH02302631A - 移動鏡の速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、干渉計にレーザ光を入力して移動鏡の速度信
号を検出し制御を行う装置に関する。

〔従来の技術〕

フーリエ変換赤外分光光度計では、マイケルソン干渉計
を使用し、光源からの光をマイケルソン干渉計で２光束
に分割した後、再び重ね合わせて検出器に導き、ここで
得られたインタフェログラムをフーリエ変換して分光透
過曲線を求めている。

この場合において、干渉計の移動鏡の移動をモニタする
のにレーザを光源とした干渉計が用いられている。

レーず光は単色光であるため、干渉計にレーザ光を入力
し２光東に分割して固定鏡と移動鏡で反射させ合成する
と、移動鏡の移動に追従したコサイン波が得られる。そ
こで、このコサイン波を使うことによって、移動鏡の制
御を行っている。

従来は、コサイン波がゼロ点を切る位置を検出してこの
ゼロ点間の時間間隔を計測し、その長短で移動鏡の移動
速度を制御する方式が一般に採用されている。つまり、
ゼロ点間の時間間隔でコサイン波の周期を測定し、この
周期を基に移動速度が目標速度となるようにフィードバ
ック制御している。

また、上記の方式の場合には、低速になりゼロ点間の時
間間隔が長くなると、ゼロ点の中間における速度変動に
対応できない。そこで、低速でも高い精度の速度制御が
可能な方式としてベックマン（Ｂ　ｅｃｋｍａｎ）方式
が提案された。

ベックマン方式は、レーザ発振器の周りから磁界をかけ
ると、周波数がずれしかも逆方向に円偏光したレーザ光
にスプリットするというゼーマン（Ｚ　ｅｅｍａｎ）効
果及び偏光を利用したものである。

その概要を説明すると、周波数ｆ０のレーザ光は、磁界
の中でゼーマン効果により周波数「１のずれを有し、逆
方向に円偏光したレーザ光が得られる。

次に、これをλ／４の位相板で円偏光から垂直（ｒｏ　
＋ｆｌ　） 平行（ｆｏ　　ｒ＋） の直線偏光に変えて干渉計に導入する。干渉計の移動鏡
では、移動速度Ｖに比例した周波数ｆ　　（＝２Ｖ／λ
）に対応して 垂直（ｆｏ十ｆ＋＋ｆ） 平行（ｆｏ−ｆ＋＋ｆ） のようにドプラーシフトを起こす。他方、固定鏡側では
λ／２の位相板を使って 垂直（ｆｏ＋ｆ＋）→（ｆｏ−ｆｌ　）平行（ｔｏ−ｒ
＋）−（ｒｏ＋ｒ＋） のように垂直と平行との入れ換えを行う。続いて両者に
対して偏光子を通して垂直成分を干渉（掛算）させ、ゼ
ーマン効果により生じたずれと移動鏡の速度の周波数成
分 を検出器から得る。さらに、この検出器の出力に対して
基準信号（２ｆｌ＋ｆＭを掛算し、ローパスフィルタを
通すことによって高い周波数を落とした（ｆ−ｆ’）の
信号を得る。そして、このようにして得られた（ｆ−ｆ
’）をゼロにするように移動鏡の速度を制御すること１
ごよって、周波数ｆ′で移動鏡の移動速度を設定し、制
御している。

上記のようにベックマン方式は、ゼーマン効果と偏光を
うまく利用して変調周波数を高めることによって、（２
ｆｌ＋ｆ）の分離を行っている。

このため、移動鏡の速度が遅（なっても制御可能であり
、往復の制御も可能となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前者のコサイン波のゼロ点を検出して周
期を測定する方式では、フィードバックが周期に相当す
る時間だけ遅れるため、ループゲインを上げることがで
きないという問題がある。

また、速度が遅くなると、ゼロ点間の周期が長くなり、
ゼロ点の中間における速度の変動に対応できない。

後者のベックマン方式では、コントロールの点からみる
と優れているが、磁界をかけたり、偏光をさせたりする
ため、装置が大掛かりとなる。また、レーザ光に磁界を
かけたときのレーザ波長のシフト量を一定に保つため、
高い安定度を持った磁界をかけなければならず、制御が
大掛かりとなり、装置が複雑で高い精度のシステムを要
するという間Ｈがある。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、簡単な
構成により高い精度で移動鏡の速度を制御することがで
きる移動鏡の速度制御装置を提供することを目的とする
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明は、干渉計にレーザ光を入力して移動
鏡の速度信号を検出し制御を行う装置であって、λ／４
位相遅延手段を有し、移動鏡の移動速度に比例した周波
数でπ／２位相のずれた２つの信号を得る干渉計、π／
２位相のずれた２つの基準信号を発生ず・る基準信号発
生手段、干渉計から得られた信号の周波数と基準信号発
生手段で発生した基準信号の周波数とを掛け合わせた後
たし合わせ処理を行って干渉計から得られた信号の周波
数と基準信号の周波数との差周波数信号を得る演算手段
、及び差周波数信号に基づいて移動鏡の速度制御を行う
制御手段を備えたことを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明の移動鏡の速度制御装置では、干渉計から移動鏡
の移動速度に比例しπ／２位相のずれた２つの周波数信
号が得られると、演算手段でこの周波数と基準周波数と
の差周波数信号が得られる。

したがって、この差周波数信号を使って制御手段で移動
鏡の速度制御を行うことによって、基準周波数で決めら
れる速度に移動鏡を制御することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係る移動鏡の速度制御装置の！実施例
を示す図であり、■はりニアモータ、２は移動鏡、３は
固定鏡、４は半透鏡、５はレーデ発振器、６は波形分割
器、７と８は検出器、９と１０は基準信号発生器、１１
〜１４と１９は掛算器、１５は加算器、１６は減算器、
１７は微分回路、１８はλ／４位相遅延板、２０は駆動
回路を示す。

第１図において、波形分割器６は、例えばレーザ光の光
束を広げるエキスパンダーで、レーザ発振器５からの波
長λのレーデ光を２つの平行な光束にして干渉計に入力
するように構成したものである。λ／４位相遅延板１８
は、例えば移動鏡２の上にλ／８の厚さだけ異なった蒸
着膜厚で構成され、２つの平行な光束の一方が他方より
λ／４だけ位相遅れとなるようにするものである。検出
器７と８は、干渉計からの干渉光を検出するものであり
、移動鏡２の移動速度Ｖに比例した周波数ｆ　（＝２ｖ
／λ）の信号を出力する。この出力信号は、λ／４位相
遅延板１８があるため、一方は、他方より位相がπ／２
ずれたものとなる。基準信号発生器９、ｌＯは、速度制
御のための基準信号を発生するものであり、移動鏡２の
設定速度Ｖ′に比例した周波数ｆ′の正弦波形で、一方
は、他方より位相がπ／２ずれたものである。掛算器１
１〜１４、加算器１５、減算器１６は、検出器７．８の
検出信号と基準信号発生器９、ＩＯの基準信号から周波
数（ｆ−ｆ’ｌで位相がπ／２ずれた１組の信号を生成
するものであり、次の演算を実行している。

ｃｏｓ２πｆｔ　ｃｏｓ　２πｆ’　　ｔ＋　　ｃｏｓ
（２πｆｔ＋π／２）ｃｏｓ（２πｆ’　　ｔ＋π／２
）＝　ｃｏｓ２π（ｆ−ｆ’）ｔ ｃｏｓ２πｆｔ　ｃｏｓ（２πｆ’　　ｔ　＋π／２）
−ｃｏｓ（２πｆｔ＋π／２）　　Ｃ０８２πｆ’　　
ｔ＝ｓｉｎ２π（ｆ−ｆ’　　）ｔ ＝ｃｏｓ　（２π（ｆ−ｆ’　）ｔ−π／２）これら位
相関係がπ／２ずれた信号の一方を微分回路１７で微分
し、掛算器１９で他方の信号と掛け合わせると検出器７
．８で検出された信号の周波数と基準信号発生器９．１
０で発生した信号の周波数との差周波数信号が得られる
。

すなわち、位相関係がπ／２ずれた信号Ｑ、　＝　Ｃ０
８２π（ｆ−ｆ’）ｔ Ｏ，＝　ｃｏｓ　（２π（ｆ−ｆ’）を−π／２）を比
較すると、移動鏡の移動速度＜ｆ）が設定速度（ｆ′）
より大きいか小さいかで位相関係の逆転が起こる。そこ
で、本発明は、信号Ｏ１とＯｌの一方の位相をπ／２ず
らず操作を行い、他方との相関をとるようにするもので
あり、一方の信号０、を微分して掛算を行うのがその手
法の１つである。

まず、信号Ｏ１を微分すると、 ｔ ）（ｓｉｎ２π（ｆ−ｆ’　）ｔ また、信号０．は、 ０、　＝　−５ｉｎ２　π（ｆ−ｆ’　）ｔとなるから
、相関をとるために両者を掛け合わせると、 ｔ ＞（ｓｉｎ”２π（ｆ−ｆ’　）ｔ ＝π（ｒ−ｆ’） （１−ｃｏｓ（４π（ｆ−ｆ’　）ｔ＋２φ）〕となる
。このような演算を行うと、式から明らかなように第１
項のπ（ｆ−ｆ’　）は直流成分となり、ｆがｆ′より
大きいか小さいかにより符合が反転する。すなわち、基
準信号の周波数ｒ′で決まる速度Ｖ′を、 ｖ′　＝ｆ′　λ／２ とすると、移動鏡２の速度Ｖがこの基準信号の周波数ｆ
′で決まるＶ′より速いか遅いかにより上記第１項の極
性が変化する。なお、正負の極性は、２つの差周波数間
の９０°位相のずれの向きで異なるので、回路に応じて
正負の符号と移動鏡の速度の増減の制御方向が決定され
る。

駆動回路２０は、リニアモータ１の電圧を変えることに
より移動鏡２の速度を制御するものであり、掛算回路１
９から得られる上記第１項の出力が正か負かに応じてリ
ニアモータ１に加える電圧を変えると、移動鏡２の速度
Ｖを基準信号の周波数ｆ′によって決まる速度Ｖ′に制
御することができる。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではな
く、種々の変形が可能である。例えば上記の実施例では
、マイケルソン干渉計の移動鏡の速度を制御する構成を
示したが、２光東干渉計であれば他の干渉計にも同様に
適用できることは勿論である。また、フーリエ変換赤外
分光光度計に用いられる干渉計でなく、他の移動速度を
制御しようとする物体に干渉計の移動鏡を取り付け、そ
の物体の移動を制御するのに適用してもよい。

また、λ／４位相遅延板を干渉計の移動鏡に設けたが、
固定鏡に設けるようにしてもよいし、いずれかの光路に
透過性の平行平板を入れ、屈折率の違いで位相ずれを生
じさせてもよい。ｎを零か正の整数とすると、λ／４は
、 （ｎ　＋−＝　）λ でもよい。さらにはレーザ光の偏光を用いる方法で、複
屈折材料の光路位相板を干渉計の一方のアームに入れ、
偏光の方向により屈折率が異なることを利用して２つの
偏光の間で位相ずれを生じさせるようにしてもよい。こ
のようにすると干渉計内では１本のビームですむように
構成できる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように一本発明によれば、移動
鏡の移動速度に応じた信号の周波数と基準信号の周波数
から位相の異なる２つの差周波数信号を生成し、微分、
掛算の演算を行って移動鏡の駆動電圧を制御するので、
従来の方式のように複雑な機構や回路を用いることなく
、高い精度で差周波数による移動鏡の制御を行うことが
できる。

また、光学的に差周波数の信号を得ているので、移動鏡
の速度が遅くなっても速度制御をしやすくすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る移動物体の速度制御方式の１実施
例を示す図である。 １・・・リニアモータ、２・・・移動鏡、３・・・固定
鏡、４・・・半透鏡、５・・・レーザ発振器、６・・・
波形分割器、７と８・・・検出器、９と１０・・・基準
信号発生器、工ｌ〜１４と１９・・・掛算器、１５・・
・加算器、１６・・・減算器、１７・・・微分回路、１
８・・・λ／４位相遅延板、２０・・・駆動回路。 出　願　人　　日本電子株式会社 代理人　弁理士　阿　部　龍　吉（外５名）莞１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）干渉計にレーザ光を入力して移動鏡の速度信号を
   検出し制御を行う装置であって、λ／４位相遅延手段を
   有し、移動鏡の移動速度に比例した周波数でπ／２位相
   のずれた２つの信号を得る干渉計、π／２位相のずれた
   ２つの基準信号を発生する基準信号発生手段、干渉計か
   ら得られた信号の周波数と基準信号発生手段で発生した
   基準信号の周波数とを掛け合わせた後たし合わせ処理を
   行って干渉計から得られた信号の周波数と基準信号の周
   波数との差周波数信号を得る演算手段、及び差周波数信
   号に基づいて移動鏡の速度制御を行う制御手段を備えた
   ことを特徴とする移動鏡の速度制御装置。