JPS59501594A - 振動補償干渉計ミラ−駆動装置 - 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】 本発明は全体として走査ミラー干渉計に関し、特に撮動に起因する走査ミラー移 動誤差を補正する装置に関する。

フーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）分光計は化学組成の分光分析で広く用いられて いる。ＦＴ工Ｒ分光計の中心部はマイケルソン干渉計であり、この干渉計におい ては広帯域赤外線源からの光が２個のビームに分割されそれぞれが固定ミラーお よび可動ミラーで反射を受ける。検出器への照射に先立ち、これらのビームは再 結合されて未知の試料を照射する。可動ミラーの位置の関数である再結合ビーム の強度は赤外線源の異なる波長成分からなっておりインターフェログラムとして 知られている。インターフェログラムにフーリエ変換を施こすと試料の赤外線吸 収成分を同定するスペクトルを生じる。

連続走査干渉計分光計の精度は、分光計が可動ミラーの反射面が当該反射面への 入射光ビームに対し垂直な方向となるように可動ミラーを一定速度で移動させる ことができるか否かに密接に関係している。一般に。

研究室のような環境で装置を使用するときは、ミラーの速度と角度位置の変動を 惹起するであろう外部振動から装置を有効に隔絶することができる。しかしなが ら、ＦＴＩＲ分光計を例えば宇宙開発における航空機塔載計測装置として使用す ることがますます盛んになってきている。また、製造プロセスに結合されて製品 品質の一貫性を確保するオンライン工程での使用も盛んになっている。

このような使用条件下では、当然に外部振動が伴うから、振動の影響を打ち消す ために分光計内に補償機構を設ける必要がある。

従来、振動補償を与えるために幾つかの技術が用いられている。一つの技術では 基準信号を比較することによって可動ミラーの傾斜もしくは速度の所定設定値か らのずれな検出し、機械的もしくは敬学的技術を用いてそのずれを補償している 。機械的補償モードでは可動ミラーの瞬時位置からの誤差信号が、ミラーの傾斜 または速度を再調整する１個もしくはそれ以上の種種の機構へサーボ系を介して 帰還される。（・（っかの例では、米国特許第３．’４．８８．１２３号および ４．１４９．１１８号に示されているように、可動ミラーの主駆動機構へ直接補 償を与える。他の例では、米国特許第３．８０９．４８１号および１９７１年１ 月５日のフーリエ分光に関するアスペン国際会議でのジー・ダブリュ・アッシュ レイとエイ・ジ〜・テラシャの％　別論文第１１４号「フーリエ分光の磁界測定 への応用」に記載されているように、可動ミラーまたは固定ミラーに結合した補 助機構が必要な補正を与えて℃・る。

数学的モードでは、電子回路のような回路によって、処理中の分光情報からミラ ーの傾斜もしくは速度のずれの影響を差し引く。

他の一般的な技術では、精密に加工された強固な移動機構を可動ミラーに対して 用いる。この移動機構は強固であるから、ミラーがその所望経路もしくは所望速 度から大略にずれるのを阻止することができる。この技術は精密に加工したトラ ック上を移動するミラー支持台片に結合したり−ｒねじまたは空気ベアリング機 構を使用し、台車とトラックとの間の許容誤差を少なくしてミラー位置の変動を 実質的に除去している。

しかし、帰還ループに結合した補助サーボ機構は一般にミラーのずれに対する調 整を必要とする。このようなハイブリッド系の例は米国特許第４，０５６．２３ １号−一・ウォーカーとジエー・デー・レックスの「高振動環境における干渉計 の設計およびデータ処理−第１部、干渉計設計」に示されている。

これら従来の振動問題解決策は種々の欠点を含む。

精密加工されたミラー移動機構は一般に製造費が高くしかも干渉計の精度を劣化 させる疲労に鋭敏である。

したがって、絶えず監視し保守する必要がある。一方、所望のミラー傾斜および 速度からのずれを補正する帰還機構は大概複雑で高価でありしかも応答できる振 動周波数の範囲が限られている。通常、ミラー゛移動のずれは干渉縞の零クロス の回期性の変動を監視することによって検出される。しかしながら、ミラー位置 は連続して監視されるのではなく干渉縞の零クロスでサイクル毎に２回しか監視 されないので、かかる帰還機構の応答の、帯域幅は厳しく制限されていた。

また、ある種の補償機構は、通常、速度か傾斜のいずれかを補正するが両者を補 正するものではない。したがって、雨戸うメータを同時に調整するには多重機構 が必要である。

したがって、上記の点に鑑み本発明の目的はミラー傾斜と速度の両方を同時に制 御すると共にかかる制御を簡単な保守で比較的安価に高信頼性をもって行なう簡 単な振動補償ミラー駆動装置を提供することにある。

本発明の他の目的はミラー位置と速度データとを連続的に抽出することによって 振動補償機構の帯域幅を改善し、広範囲の周波数を有する振動を補償すること本 発明の一実施例は、分光分析に用いられる干渉計のミラー駆動制御装置として動 作する。この実施例では、単色光源から取り出された第１の光ピーｌ、が固定ミ ラーに入射し、同じ単色光源から取り出された第２の光ビームが可動ミラーに入 射する。可動ミラー・ま亀一定速度でかつその反射面に入射する光ビームの方向 に対（７一定角度傾斜して走査されるものとする。各ミラーでの反射の後で、第 １と第２の光ビームは光検出器にお（・て再結合する。この実施例は、可動ミラ ーを１脣せかつその角度傾斜を調整する駆動機構をさらＦ備える。また、可動ミ ラーの移動の一定速度からのす几を示す誤差信号の第１の組と可動ミラーの角度 傾斜の一外角度傾斜からのずれを示す誤差信号の第２の組とを検出再結合光ビー ムから取り出す素子も設ける。

最終的ｅニサーボ系が設けられ、このサーボ系は誤差信号の第１と第２の組とを 受け対応する制御信号を駆訃機構へ供給して一定速度からのずれおよび一定角度 頌斜からのずれを補正する。

本発明の特定の実施例では、′／８の厚さくλは単色光源の波長）を有する独特 な構造の凸部が固定ミラー上に設けられ、この凸部は固定ミラーから反射する光 ビームの部分に９９０の位相ずれを導入する。再結合ビームは光検出器アレーに 照射される。このアレーではアレーの別個のセグメントが、′／８厚さの凸部を 含む固定ミラー上の対応点からの光を受光する。装置に組み合せられる電子回路 は、検出光の編層波数を決定することおよびアレー内検出器の種々の組み合せが 検出する信号間の位相差を分析することによって速度と傾斜の両データを取り出 す。

傾斜誤差信号および速度詞差信号う；発生され、発生誤差信号は可動ミラーを適 切に調整する駆動コイル装置へサーボ系を介して供給される。

可動ミラーがその反射面に垂直な軸の周りに回転するのを阻止すると共に横方向 すなわちその所期の運動方向に垂直な方向に移行するのを阻止する可撓ダイアフ ラム上に当該可動ミラーが支持される。制御装置はミラーの速度および位置を所 期の運動軸に沿５．）、うに保って当該軸に対し垂直な画からずれた角度傾斜を 補第１図は本発明の一実施例にかかわる干渉計の構成図： 第２図は可動ミラーを走査するのに用いられるダイアフラムと駆動コイル移動機 構の詳細を示す部分断面図： 第３図は第２図の３−６線に沿う、ミラー支持ダイアフラムの詳細図： 第４図は干渉計固定ミラー上の２．／８厚さの凸部の詳細図： 第５図は可動ミラーの任意の傾斜から生じるずれ座標を定めるミラー座標系の図 ： 第６図はＸおよびＹ軸に対する、第２図の音声コイル配置を示す図： 第７図は第１図の実施例に組み合せられる制御回路り構成図： 第８図は第７図の復号器ブロックの詳細構成図：第９図は第７図の速度回路ブロ ックの詳細構成図：第１０図は第７図のＺサーボ回路ブロックの詳細構成図： 第１１図は第７図のＸおよびＹサーボ回路ブロックの詳細構成図： 第１２図は第７図のマ）　ＩＪツクス回路ブロックの詳細構成図： 細口：そして、 第１４図は第６０のダイアフラムの力対ストローク特性を示す曲線である。

好ましい実施例の説明 本発明の図示した実施例は、連続走査マイケルソン干渉計内に組み込まれてフー リエ変換赤外線（ＦＴ工Ｒ）分光計の一部分を形成するものとして記載されてい る。

しかしながら、その使用はかかる応用に限定されると解釈してはならない。

第１図に示すように、例えばヘリウム−ネオン（Ｈｅ　−Ｎｅ　）レーずのよう な単色光源１３からの光ビーム１１を入力光学素子１５でコリメートする。ビー ムを二成分ビーム１１ａ、１１１）に分割するビームスシリツタ／補償器組み合 せ部１７にビームが入射し、２本の別個の光路に沿って進む。第１の路は固定ミ ラ＝１９に到り、第２の路は可動ミラー２１に到っている。各成分ビームは各ミ ラーの反射面に垂直に入射する。可動ミラーは、全体を参照番号２３で示す支持 兼駆動機構に接続する。この機構は、入射ビーム１１ａの方向に対し並行な方向 での限られた範囲に亘る走査運動を含む、ミラーの移動を行なう。

後述する閉ループサーボ系が行なう連続制御に従い、この独特な支持兼駆動機構 ２３は、可動ミラーが走査されるときの固定ミラー１９に対する可動ミラー２１ の安定な自動心合せを与える。このような制御を必要とする理由は、従来大抵の 干渉計では可動ミラーの動きを所定路へ制限するための精密で強固な機構が設げ られていないからである。また、この組み合せ部は、振動に起因する可動ミラー の所望傾斜および速度からのずれを補償するための瞬時調整をも行なう。

第２図において、可動ミラー２１は薄い波状金属ダイアフラム２７の中心孔２５ 内に装着され、適当な手段によってこのダイアフラムへ固着される。干渉計シャ ーシ２９が、一連の同心周回渦巻部２８が形成された表面を有するこのダイアフ ラムを強く締め付けている。ダイアフラムによって、あまり抵抗を受けずにミラ ーを所望の走査方向に駆動できると共に傾斜させることができる。実際には、ダ イアフラムに懸架されたミラーは浮動状態にある。しかしながら、また、ダイア フラムはミラーの不必要な回転とが横方向移動に対して充分な抵抗も与えなけれ ばならない。このような相反する要求を満た、すために、ダイアフラムはその表 面に等間隔に形成した６個の半径方向孔３０（第１３図参照）を有する。これら の孔はダイアプラムの可撓性すなわち追従性を軸方向で約２０の係敬だげ高める 一方、充分な横方向硬さを確保する。さらに、最も外側の渦巻部２８ａは、ダイ アフラムに対する従来の１焼入れ」によって部分的に平坦ｆヒされ、全ての渦巻 部２８を半径方向に圧縮する。通常、これにより、第１４図の曲線に示すように 、ダイアフラムのばね率をたわみ作用範囲で若干正から若干負へと制御できると いう効果が得られる。

可動ミラー２１の後面２１ａはダイアフラム２７の中心孔を貫通し、この後面に は３個の駆動コイル組体３１が接続する。各組体はミラーそのものの後面に固着 された円筒状ハウジング３３と、ハウジングの外面のまわりを包み数個のターノ を有する導電線３５とを備えている。強力なセラミック磁石組体３９の延長部が ３個の磁極片３７を構放し、そのうちの１個を各ハウジングが収容している。磁 極片はそれぞれのハウジング内に充分ゆるく嵌着し、ハウジング内での長手方向 の位置決めの変更が容易となっている。巻線に電流を流すと、これによって誘起 された電磁界が磁極片の磁界と相互に作用して磁極片に長手方向の力を加える。

この力の方向および大きさはそれぞれ電流の極性および大きさに依存する。この 力は、固定磁極片に沿ってハウジングを移動させる作用をし、その結果、ダイア フラム懸架されたミラーが操作される。

可動ミラー２１に対し擾乱振動の影響がなげれば、基本駆動信号が３個のコイル へ同時に供給され、ミラーの係止位置を定める機械的ストッパ３８の第１の組と 第２のストッパ４００組との間でミラーを走査する。

通常、この走査距離は０．５ｃ１ｒＬである。ミラーが第１のストッパ３８０組 に係止すると、可動ミラーは心合せされてその反射面が入射光ビーム１１ａ（第 １図参照）に対し直角となる。したがって、各走査の開始時には、ミラーはその 反射面に対し直角な方向に移動する。しかしながら、振動が加わった場合には、 基本駆動信号に重畳させて各コイルへ異なる補償信号を供給して、ミラーを入射 ビームに対し直角な非傾斜方位に保つと共に一様な走査速度を保つようにしなけ ればならない。

このような補償信号の発生については後に詳述する。

第１図に戻って、第１図の路に沿い進むビーム成分１１ｂは固定ミラー１９の平 坦反射面４１の一部分に照射する。固定ミラー１９は表面から突出する十字形凸 部４３を有する。この十字形凸部も反射面をなし、Ｈｅ　ｌｉｅレーずビームの 波長をλ（２２０，６３２８４ｍが代表的な波長）とすると、　／８の厚さを有 する。

この単色ビームは、被分析試料に照射する多色赤外線ビームと同時に送ることが できるが、凸部４３を有する固定ミラーの当該部分には単色ビームのみ入射させ る。

第４図に示すように、固定ミラー１９の照射部を９個の異なる領域Ａ〜工に分割 する。明らかに、十字形部分内の領域Ｂ、Ｄ、ＦおよびＨに入射しそこから反射 する光は領域Ａ、Ｃ９Ｇおよび工に入射する光よりも短かい距離′／　だけ伝播 するので互いに９００の位相ずれを生じる。領域Ｅの反射面はつや消しされ光を 反射しないが、その理由については後で述べる。逆λ に、十字形部を固定ミラー平坦面４１に　／８だけ凹設しても同様に９０°位相 ずれを与えることができる。

各ミラーでの反射によって、成分ビームは再びビ〜ムスゾリノタ／補償器組み合 せ部１７を通過し、再結合し、出力光学素子４５によって検出器アレー４７に収 束する。検出器アレ〜は９個のシリコン光検出器４９からなる６に３方形マトリ ツクスで構成する。各光検出器は固定ミラー１９の対応領域から反射した光を受 光するように配置され入射光の強度に比例する電気出力信号を発生する。検出器 へは固定ミラーの領域Ａからの光を受け、検出器Ｂは領域Ｂからの光を受け、以 下同様である。固定ミラー上の領域Ｅの反射面はつや消しされているから、検出 器Ｅは可動ミラー２１からの光のみを受ける。したがって、検出器Ｅはレーザ源 １３の強度変動をモニタする働きをする。

干渉計による正確な測定を行なうには、可動ミラー２１は一定速度で走査される と共にその反射面が入射ビームに対し垂直に保たれる必要がある。これらの条件 が満たされれば、２本の反射ビームが再結合し検出器アレー４７に収束する際に 、十字形部４３の影響によって、検出器Ｂ、Ｄ、ＦおよびＨでの光学的遅れが検 出器Ａ、Ｃ，Ｇおよび■での光学的遅れに対し正確に９０°の位相差を有するこ ととなる。一般に位相ずれがない検出器が発生する出力信号は余弦関数で表わさ れるが位相ずれがある検出器が発生する出方信号は正弦関数（すなわち、直角信 号）で表わされ、以下のようになる。

■ｌ−工Ｉ　ＣＯ８２ｒｒＯζ（検出器Ａ　、　Ｃ、Ｇ　、Ｉニ対１゜で） 工ｌ＝工２　ｓｉｎ　２　ｙｒａζ（検出器Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｈに対して） 但しσはレーず源の光周波数で単位はｃＩｒＬ−１、ζは可動ミラーが走査され るとき時間的に変化する光学的遅れを示す。しかしながら、もしも外部環境によ る振動のために可動ミラー２１がその所望位置に対し不規則に傾斜すると、ある 検出器での光学的遅れには傾斜量を示す位相成分が付加されることとなる。

第５図は、可動ミラー２１が固定ミラー１９に対スるその静止心合せ位置から任 意量傾斜した状態を示す。

ここで、固定ミラー１９を２軸に対し垂直にとり、その面はＸ、Ｙ面（すなわち Ｚｏｏ）内にある。固定ミラーの方位は次の通りである。すなわち、十字形凸部 ４３の中心領域Ｅは座標軸の原点にあり、領域りおよびＦはそれぞれ直接Ｘ軸上 の位置（−Ｌ、、Ｏ）および（４Ｌ、Ｏ）にあり、領域ＢおよびＨはそれぞれＹ 軸上の位置（０，＋Ｌ）および（０，−Ｌ）にある。可動ミラーはＺ軸から角度 θだけ傾きＲＸｙで示す回転軸を有する。ＲＸｙはＸ軸に対し角度φをなす。こ の傾斜△ 可動ミラー面の法線をｎで表わしである。傾斜面内の点Ｐ、＝（Ｘ、　、　Ｙｆ 、得）は角（θ、φ）を用いて非傾斜（ｘ、ｙ）面内の点Ｐ。＝（Ｘｏ、Ｙｏ） に関係づけられる。点Ｐｆと点Ｐ０との間の正確な関係は次のよ、うになる。

予想される傾斜角範囲（〜１Ｑ　ｓｅｃ　）に対してｃｏｓθ＝１およびｓｉｎ θ二θであるので上式は以下のように簡略化される。

表Ｉは、第４図に示す検出器位置のそれぞれに対応する非傾斜座標（Ｘｏ、Ｙｏ ）と傾斜すなわち偏位座標（Ｘ、　、　Ｙｆ、　Ｚｆ）を与える。

表　Ｉ Ａ　−Ｌ　Ｌ　−Ｌ　Ｌ　−θＬ（ｓｉｎ針ｃｏｓφ）−Ｌ（α＋β）ＢＯＬＱ Ｌ−θＬ（ｃｏｓφ）−Ｌ（β）Ｃ，ＬＬＬＬ　θＬ（ｓｉｎφ−ｃ０８φ）Ｌ （α−β）可動ミラー２１の物理的位置のＺ方向での偏位は当該ミラーから反射 された光ビームの光学的遅れでの変化に等しくできる。もしミラーがその非傾斜 モー「で２方向に速度Ｖで移動していると仮定すれば、時間ｔに亘る光学的遅れ ζはζ＝２ｖｔで表わされる（ビームはミラーに入射するときとミラーから反射 されるときの２回ミラー位置変化を通るので係数「２」が導入されている）。し たがって、傾斜の場合、各検出器位置での光学的遅れは、ζ□二２ｚｆとすると 、ことζｆとの代数的和となる。

もしαをα＝θｓｉｎφ、βをβ二θＣＯＳφのように定めると、ｎ番目の検出 器から得られる出力信号工。

（任意の単位）は以下のようになる。

ｎ＝＝Ａ、Ｃ，Ｇ、王に対して、 式（１） ％式％ ）） 式（２） 但し、　θ。＝２πσζ φ　＝（２πσζ）　（表Ｉ参照） ｎ　ｆｎ σニレーず源の光学周波数 そして、 工胃、工Ｅはそれぞれ可動ミラーおよび固定ミラーの対応部分から反射された信 号である。

正弦項および余弦項の偏角が異なり（例えばθ。

（α、β）＼θＢ（α、β））、その差が傾斜の大きさに関係して（・る点を除 けば、（１）式および（２）式は先に非傾斜の場合について述べた直角信号に明 らかに類似する。

（１）式と（２）式は厚さ２／８の凸部が一様の厚さであるという仮定にもとづ いていることを指摘しておかなければならない。もしそうでないと、正弦および 余弦項の偏角に位相項Ｆが付加されて一様性の欠如を補償する。

次に第７図において、通常、入射光の強度に比例する直流電流信号である９個の 出力信号片のそれぞれを対応する前置増幅器５１へ供給する。検出器の不均一性 のため、各前置増幅器の利得は若干具なる。前置増幅器はそれぞれが同じ最小値 および最大値を有する規格化された信号１′ノ列を生じる。基臨信号である工Ｅ ′のみが信号工。′の平均値に等しい別の値に調整さされている。

増幅された信号片′は復号化回路５３へ供給される。

この回路５３は、第８図に詳細に示すように、電子技術の当業者には周知の従来 の加算器素子と乗算器素子の組み合せで構成されている。これらの素子は以下の 式に従って信号臀を結合し誤差信号ｅＸおよびｅＹを生じるように構成される。

ｅＸとｅＹはそれぞれＸ方向とＹ方向での可動ミラーノ所望方位からの傾斜量を 表わす。定数にはＨ８−Ｎｏレーサ゛の強度変動を調整して検出器Ｅから復号化 回路５３への入力を一定レベルに保つ。しかして、前述のように信号稲′と工Ｅ ′の平均値を適当に選ぶので括弧内の各量の平均値は零となる。この調整によっ て、サーボループ中に不安定性を惹起するであろう誤差信号中の不要な高調波の 発生が阻止される。（１）式と（２）式、さらに、表１中のζ、（α、β）の値 を用いて、ｅＸとｅＹを表わす式が以下のように変形される。

ｅＸ＝　ｓｉｎ　（８ｒｒａＬα）　ｃｏｓ　（４ｒｃａＬβ）ｅＹ＝　ｓｉｎ 　（８πσＬβ）　ｃｏｓ（４πσＬα）Ｚ位置誤差信号および２速度誤差信号 を発生し、可動ミラー２１の所望ミラー走査速度ｖ（Ｚ軸に沿うと仮定する）の 振動に起因する変動を補正するために、２個の直角信号ｖ１．■２を付加するこ とが考えられる。

■１は４個の余弦検出器（すなわちｎ二Ａ、Ｃ，Ｇ。

工）からの出力信号工。′の平均値であり、一方、ｖ２は４個の正弦検出器（す なわち、ｎ：Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｈ）からの信号工。′の平均値である。第８図から容 易にわかるように、２個の値Ｖ、　、　Ｖ、、は復号化回路５３内で形成され得 られた信号ｖ１および■２はそれぞれ出力ライン５７．５８に現われる。

再び第７図において、位相検出回路５９内で余弦項ｖ１に定周波数クロック６０ からの信号を乗することによってＺ位置誤差信号が発生する。電子技術の当業者 には周知のように、位相検出回路としてはこの種の種々の従来回路のいずれかを 用いることができる。クロック信号の現周波数ｆｒはＨｅ　−Ｎａ可視光源の周 波数σに対応しｆｒ＝　２　ｖσである。図示の実施例で用いられるｆ　の値は １６３４　Ｈｚである。なお、もし可動ミラーが所望速度Ｖで移動していれば、 実際には、ｆは可動ミラー２１によって可視光源１３から発生した干渉縞の周波 数である。ｆｒよりも高い周波数を通さないフィルタ（図示せず）にこれら２個 の信号の積を通すと、差周波数△ｆ二ｆｚ　ｆ　ｒを有する信号のみが得られる 。但し、ｆ２二２Ｖｚσ、ｖ２は瞬時速度である。位置の差が小さいと、位相検 出回路の出力に現われる２位置誤差信号ｅｚは、 ｅ２二（定数）（２πｔ△ｆ） となる。この信号ｅｚは後に詳述するミラー駆動Ｚサーボ回路６１への一つの入 力を形成する。

２位置誤差信号ｅ２が発生している間に、直角信号Ｖ工および■２から２速度測 定信号Ｅｖも発生している。

再び第７図において、余弦信号■１と正弦信号■２とが速度回路６３へ導びかれ る。第９図に詳細に示すように、信号ｖｌは微分器６５で処理され、微分信号ｖ ｌ′は乗算器６７において信号ｖ２と乗ぜられる。同様に、信号ｖ２は微分器６ ９を介して供給されその結果得られた■２′が乗算器７１において信号■１と乗 ぜられる。

そして、乗算器の各出力は演算増幅器７３の動作によって減算されて、 ｇ　＝ｖｖ’　−ｖ、’ｖ２ ｖｌ、２ なる量を生じる。この量は基本形、 Ｅ二（定数）■ に変形でき、ミラー瞬時速度Ｖに一次依存する。Ｆ２ｖはミラー駆動Ｚザーボ回 路６１（第７図参照）への第２の入力を形成する。

ミラー駆動２サーボ回路６１には、信号ｅ２とＥｖに加えて、所望ミラー速度Ｖ に対応する一定入力電圧信号Ｋｖがライン７４（第１０図も参照）を介して供給 される。したがって、第１０図に詳細が示され電子技術の当業者に周知の従来回 路で構成される２サ一ボ回路はこれらの入力から速度誤差信号θｖ””ｖ−Ｋｖ を取り出すことができる。次に、２サ一ボ回路はライン７５上に信号ｅ２全体を 発生する。この信号はＺ位置誤差信号ｅ２とＺ速度誤差信号ｅｖの両方を含んで いる。

Ｚサーボ回路６１は信号ｅ２全体に対して周波数補償も行なうので、適切な位相 基準が満たされてサーボループの安定性が得られる。最後に、この回路は、結合 されたＺ位置と２速度の誤差情報を含む電圧信号Ｖｚをライン７６を介してマト リックス回路７７へ供給する。詳細を第１１図に示すＸ、Ｙサーボ回路７９も同 様にｅＸおよびｅＹ倍信号処理しかつ周波数補償としてそれぞれ電圧信号Ｖｘお よびＶｙを生じ、次に、これらの電圧信号をマトリックス回路へ供給する。

再び第７図において、４個のパワー増幅器８１と組み合さったマトリックス回路 ７７（第１２図も参照）は３個の信号ｖＸ、■工および■２を再構成すると共に これらの信号について可動ミラー２１の所望の再方位付けに必要なスケーリング を行って、駆動コイル３１の特定の配列を与える。上記スケーリング動作の結果 、トルクがＸ方向もしくはＹ方向いずれに与えられるものであっても同じ大きさ のトルクがある与えられた大きさの信号によって発生される。さて、第６図に示 すように、３個のコイル１．Ｉｔおよび■を１０００間隔で円形パターンをなす よう離間配置する。ミラーがその非領斜方位において正しくｘ−ｙ面にあるとす れば、コイルＩは直接Ｘ軸上にあり、コイル■および■は当該軸のそれぞれの側 で６０°の所にある。４個の電圧信号は４個の前置増幅器８１を介して駆動コイ ルに供給され各コイル内に作動電流を生じる。第１の信号ｖ２カライン８３を介 して３個のコイルすべてに共通に供給され、これによりミラーは適当な速度で基 本的走査運動を行なう。さらに、後続の３個の信号もｖＺに重畳してコイル１． Ｉ［および■のそれぞれに供給されｌ要な傾斜補正を以下のように与える。

なお、両サーボ回路６１および７７（第７図参照）にも制御器７８からの入力信 号が供給される。この制御器としてはマイクロプロセッサまたは同様に機能する 多種の装置のいずれかが用いられ、駆動系の全動作を調整する。例えば、制御器 によって可動ミラー２１の運動が起動して走査サイクルを開始する。走査開始時 には、制御器により可動ミラーが機械的ストッパ３８へ引き戻されて粗い心合せ を行い、その結果、駆動系は初期ロックする。また、駆動系は数弧度秒桿度の傾 斜の限定ダイナミックレンジを有するから、このレンジ以上に傾斜するとサーボ 回路６１．７７のロックが解かれる。この状態で、「Ｚ誤差側込み」信号（第１ ０図参照）が制御器に供給され、新たな走査の開始に先立ち、機械的ストッパが 与える基草点へ可動ミラーを戻す。また制御器の使用ｆよりミラーの全移動範囲 に対する当該ミラーの位置を見失うことがないので、終端点に達すると走査の方 向が逆転される。しかし、この制御器の機能は本発明の新規な面に比し末梢的で ある′のでこれ以上詳しく述べない。

２／８厚さの凸部４３と光検出器アレーの変形構造も本発明で用いることができ 、−例を第１３図に示す。

ここで、凸部４３′はろ個の領域Ｓを囲む一方、固定ミラー１９の隣接面は５個 の別個の領域Ｃを囲む。６個の領域から反射する光は領域Ｃから反射された光に 対して９０°位相がずれていて、それぞれ正弦および余弦信号に寄与する。明ら かに、この変形構造を用いればこれによって発生する信号を記述する数式に相応 の変更を加える必要がある。

本発明による干渉計駆動装置は従来の装置に比しいくつかの利点を有する。従来 の多（の装置では速度および位置の変動は干渉縞の零クロスの時刻変化を監視し て検出している。しかしながら、この技術によると、ミラー駆動サーボに与えら れる更新情報の周波数に上限が定められてしまう。すなわち、サーボはある周波 数以上の振動を補正できない。例えば、可動ミラーが走査されて毎秒１６３０の 縞を生じると仮定しよう。

縞の零クロスでのデータサンフ０リングでは毎サイクル２個のサンプリングしか 発生しないから、ナイキストの基単によってサーボ系は１６ろＱ　Ｈ２以上の周 波数を有する信号に応答できない。したがって、有効なすＦＩＧ　３ ＦＩＣ，９ 手続補正書（方式） 昭和５９年７月　５日 特許庁長官殿 １、事件の表示 ２、発明の名称 ３、−補正をする者 事件との関係　特許出願人 ５、補正命令の日付 昭和５９　年６月１９日 ｒ！′Ｊ回、つτπ環文つ℃　ｒ内容に変更なし）−１際調査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　単色光源から取り出された第１の光ビームが固定ミラーに入射し、同じ単 色光源から取り出された第２の光ビームが可動ミラーに入射し、前記可動ミラー が一定速度でかつその反射面への第２のビームの入射方向に対し一定角度傾斜し て移動され、それぞれのミラーでの反射の後で前記第１と第２の光ビームが再結 合されてなる干渉計において、 前記可動ミラーを移動させると共にその角度傾斜を調整する。駆動手段； 前記可動ミラーの移動の一定速度からのすれを示す誤差信号の第１の組と該可動 ミラーの角度傾斜の一定角度傾斜からのずれを示す誤差信号の＠２０組とを再結 合光ビームから取り出す手段；および前記誤差信号の第１と第２の組とを受け対 応する制御信号を前記駆動手段へ供給して前記ずれを補正するサーボ手段を備え てなる改良されたミラー駆動制御装置。 ２、請求の範囲第１項において、前記駆動手段は、前記可動ミラーをその反射面 が前記第２の入射光ビームに対し垂直に保たれる方向に移動させることを特徴と するミラー駆動制御装置。 ３−　請求の範囲第１項において、前記第１と第２の光ビームの一方の一部分に 位相ずれを導入する手段をさらに備え、前記取り出し手段が前記再結合光ビーム から抽出された位相ずれデータを含む多相信号を発生する手段を耳し、前記デー タは前記可動ミラーの移動速度と角度傾斜とを示すことを特徴とするミラー駆動 制御装置。 ４、請求の範囲第３項において、前記位相ずれが９０°であることを特徴とする ミラー駆動制御装置。 ５、請求の範囲＄３項において、前記位相ずれを導入する手段は前記単色光源の 波長の所定分の１の厚さを有する反射素子を備え、この素子は前記ミラーの一方 の反射面に設けられ該素子と前記反射面の隣接する領域とが前記ミラーの前記一 方に入射する光ビームによって照射されるように当該素子が配置されてなること を特徴とするミラー駆動制御装置。 ６　請求の範囲第４項において、前記９０°位相ずれを導入する手段は前記単色 光源の波長の１４の厚さを有する反射素子を備え、この素子は前記ミラーの一方 の反射面に設けられ該素子と前記反射面の隣接する領域とが前記ミラーの前記一 方に入射する光ビームによって照射されるように当該素子が配置されてなること を：ｒｆ敵とするミラー駆動側＃装置。 Ｚ　請求の範囲第６項において、前記反射素子を前記固定ミラー上に設けたこと を特徴とでるミラー駆動制御装置。 ８、請求の範囲第４項において、前記反射素子が十字形であることを特徴とする ミラー駆動制御装置。 ９　情Σ七の範囲第１項においで、前記嘔動千没（プ５、ギー記可動ミラーを移 動自在に支持する・片撓ダノアフラム；粘よひ 前言シ吹−動ミラーと＠記士渉計上の固定位置との間に結合びれ、該ミラーに選 択的に力を作用して前記ダイアノラムの付近１′二当該ミラーを移動さ＠：る複 数個の作動子を備えでなることピ特徴とするミラー駆動制御装置。 １０　請求の範囲第９項において、前記可質ダ・イアフラムにその餌に形成され た複数個の同心周回渦巻部でちって最も列側の渦巻部が平坦化されて残りの渦巻 部（半径方向の圧縮を与えてなる前記同心周回渦巻部、ニオｄよび前記面に切り 込まれ半径方向に・囮びる複数個つタリノト’ｌｉ−有し、前記ダイアフラムの 軸方向での追従性が強められてなることをＶｊ徴とするミラー駆動制御形　−〇 １１、請求の範囲第９項・ておいて、前記作動子のそれぞれは、 前記干渉計」二の前記固定点に収り付けられた磁気部材；および 前記可動ミラーに収り付けられ前記磁気部材をゆるく囲み１１記ザ一ボ手段から の＠記制＃信号を受ける眠気コイル組体を誦え、 イｆ記磁気部材の磁界と各コイル組体に前記制御信号を印加することによって誘 起された各コイル組体の磁界との間の相互作用によって前記固定磁気部材に対（ ７前記コイル組体か移動されてなることを特徴とするミラー駆動制＃装置。 １２論求の範囲第１１項において、前記コイル組体は油記可動ミラー丘に等間隔 で円形配列されてなることを特徴とするミラー駆動制御装置。 １と、請求の範囲第５項において、前記多相信号発生手段は、 複数個の光検出器を備え、検出器の第１の群のそれぞれが前記反射素子上の対応 位置から反射し、た光を受光し、検出器の第２の群のそれぞれが前記反射面の前 記隣接領域から反射した光を受光してなることを％敵とするミラー駆動制御装置 。 １４、単色光源から取り出された第１の光ビームが固定ミラーに入射し、同じ単 色光源から取り出された第２の光ビームが可動ミラーに入射し、前記可動ミラー が一定速度でかつその反射面への第２のビームの入射方向に対し一定角度傾斜し て移動され、それぞれのミラーでの反射の後で前記第１と第２の元ビームが再結 合されてなる干渉計であって、 前記可動ミラーの移動の一定速度からのずれを示す誤差信号の第１の組と該可動 ミラーの角度傾斜の一定角度傾斜からのずれを示す誤差信号の第２の組とを再結 合光ビームから取り出す手段を備えた干渉計。 １５　請求の範囲第１４項において、前記第１と第２の尤ビームの一方の一部分 に位相ずれを導入する手段をさらに備え、前記取り出し手段が前記再結合光ビー ムから抽出された位相すれデータを含む多相信号を発生する手段を有し、前記ぞ 一夕は前記可動ミラーの移動速度と角度傾斜とを示すことを％敵とする干渉計。 １６、請求の範囲＄１５項において、前記位相ずれが９０°であることを特徴と する干渉計。 １Ｚ　単色光源から取り出された第１の光ビームが固定ミラーに入射し、同じ単 色光源から取り出された第２の光ビームが可動ミラーに入射し、前記可動ミラー が一定速度でかつその反射面への第２のビームの入射方向に対し一定角度傾斜し て移動され、それぞれの・ミラーでの反射の後で前記第１と第２の光ビームが再 結合されてなる干渉計であって、 前記第１と第２の光ビームの一方の一部分に９０′″位相ずれを導入する手段； 再結合光ビームから抽出され前記可動ミラーの移動速度と角度傾斜とを示す位相 すれデータを含む直角信号を発生する手段；および ゛　前記可動ミラーの移動速度の前記一定速度からのずれを示す誤差信号の第１ の組と該可動ミラーの角度傾斜の前記一定角度傾斜からのずれを示ｆ誤差信号の 第２の組を前記直角信号から取り出す手段を備えた干渉計。 １８、請求の範囲第１７項において、前記９０″位相ずれを導入する手段は前記 単色光源の波長の％の厚さを有する反射素子を備え、この素子は前記固定ミラー の反射面に設けられ該素子と前記固定ミラーの前記反射面の隣接する領域とが前 記第１の光ビームによって照射されるように当該素子が配置されてなることを特 徴とする干渉計。 １９、　請求の範囲第１８項において、前記直角信号発生手段は、 複数個の光検出器を備え、検出器の第１の群のそれぞれが前記反射素子上の対応 位置から反射しＴこ光を受光し、検出器の第２の群のそれぞれが前記固定ミラー の前記隣接領域から反射した光を受光１〜てなることを特徴とする干渉計。