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WO2020049620A1 - 干渉計移動鏡位置測定装置及びフーリエ変換赤外分光光度計 - Google Patents

干渉計移動鏡位置測定装置及びフーリエ変換赤外分光光度計 Download PDF

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WO2020049620A1
WO2020049620A1 PCT/JP2018/032655 JP2018032655W WO2020049620A1 WO 2020049620 A1 WO2020049620 A1 WO 2020049620A1 JP 2018032655 W JP2018032655 W JP 2018032655W WO 2020049620 A1 WO2020049620 A1 WO 2020049620A1
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WO
WIPO (PCT)
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mirror
wave signal
sine wave
phase
moving mirror
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2018/032655
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English (en)
French (fr)
Inventor
村松　尚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
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Priority to JP2020540887A priority patent/JP7099530B2/ja
Priority to PCT/JP2018/032655 priority patent/WO2020049620A1/ja
Priority to CN201880096674.2A priority patent/CN112567196B/zh
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    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/45—Interferometric spectrometry
    • G01J3/453—Interferometric spectrometry by correlation of the amplitudes

Definitions

  • the present invention relates to an interferometer moving mirror position measuring device for determining the position of the moving mirror of an interferometer having a beam splitter, a fixed mirror and a moving mirror, and a Fourier transform infrared device including the interferometer moving mirror position measuring device. It relates to a spectrophotometer (Fourier Transform Infrared Spectroscopy: FTIR).
  • FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy
  • an interferometer such as a Michelson interferometer, generates interference light whose amplitude changes over time and irradiates the sample, and interferograms transmitted light transmitted through the sample or reflected light reflected by the sample. And the Fourier transform processing of this interferogram yields a spectrum with the wave number (or wavelength) on the horizontal axis and the intensity on the vertical axis.
  • a Michelson interferometer is a device that includes a beam splitter (half mirror), a fixed mirror, a moving mirror, and the like. The light is split into two by a beam splitter, and one is fixed by a fixed mirror and the other is by a moving mirror. After being reflected, these two reflected lights interfere with each other. By moving the movable mirror, the amplitude of the obtained interference light changes with time.
  • One method of controlling the moving mirror in a Michelson interferometer is a method called quadrature control (Patent Document 1).
  • a fixed light source is provided by using a laser light source provided separately from the Michelson-type interferometer, and a laser interferometer having a beam splitter, a fixed mirror, and a movable mirror common to the Michelson-type interferometer.
  • the position of the moving mirror is determined from the difference (optical path difference) between the light reflected by the optical mirror and the light reflected by the moving mirror.
  • FIG. 5 shows an example of a laser interferometer used in the method.
  • the laser interferometer 90 is provided with a laser light source 91 that emits a linearly polarized beam, a beam splitter 92, a fixed mirror 93, and a movable mirror 94 of a Michelson-type interferometer, and between the beam splitter 92 and the fixed mirror 93. And a 8 wavelength plate 95 arranged so that the plane of polarization is inclined with respect to the linearly polarized light of the beam.
  • a polarization beam splitter 96 for separating p-polarized light and s-polarized light is disposed on the output side of the beam splitter 92, and a first photodetector 97A is provided on the p-polarized light output side, and on the s-polarized light output side.
  • the second photodetectors 97B are arranged respectively.
  • a first waveform shaper 98A is connected to the first light detector 97A, and a second waveform shaper 98B is connected to the second light detector 97B.
  • the first waveform shaper 98A and the second waveform shaper 98A An up / down counter 99 is connected to 98B.
  • a linearly polarized beam is emitted from the laser light source 91, and the beam is split into two beams by the beam splitter 92.
  • One of the split beams is reflected by a fixed mirror 93 and the other is reflected by a movable mirror 94.
  • the beam reflected by the moving mirror 94 remains linearly polarized light
  • the beam of the linearly polarized light reflected by the fixed mirror 93 passes through the ⁇ wavelength plate 95 twice to be circularly polarized. Or it becomes elliptically polarized light.
  • These two beams are superimposed by a beam splitter 92 to become interference light.
  • the interference light is separated into p-polarized light and s-polarized light by a polarizing beam splitter 96.
  • the separated p-polarized light enters the first photodetector 97A
  • the s-polarized light enters the second photodetector 97B.
  • the intensity of the interference light is converted into a current signal, which becomes a fringe signal.
  • the p-polarized fringe signal and the s-polarized fringe signal are periodic signals with respect to time. Just fall in time to travel. These fringe signals are shaped into pulse signals by the first waveform shaper 98A and the second waveform shaper 98B and input to the up / down counter 99.
  • one of the p-polarized fringe signal and the s-polarized fringe signal is one when the moving mirror 94 moves away from the beam splitter 92 (p-polarized light in FIG. 6, depending on the direction of rotation of the circularly-polarized light or elliptically-polarized light).
  • the opposite polarization that is, s-polarized light, may be the same. The same applies hereinafter.
  • the phase is delayed by 90 ° with respect to the other (same-s-polarized light), and when the movable mirror 94 approaches the beam splitter 92, the other (same-p). (Polarized light) advances by 90 ° with respect to the other (same polarized light).
  • the up / down counter 99 counts +1 when the pulse signal of the one fringe signal is input with a 90 ° phase delay with respect to the pulse signal of the other fringe signal, and the pulse signal of the other fringe signal is output.
  • the pulse signal by the one fringe signal is input with a phase delay of 90 °, -1 is counted.
  • the optical path difference of one wavelength of the laser beam that is, the movement of the movable mirror 94 forward or backward by a distance of ⁇ wavelength is measured, and the position of the movable mirror 94 is measured. Is specified.
  • the position of the movable mirror is specified in units of the length of a half wavelength of the laser beam. It cannot be specified.
  • FTIR a method called step scan that repeats the operation of moving the moving mirror by a distance of 1/2 wavelength and then stopping and recording the interferogram is known. For this, it is necessary to specify the deviation from the target stop position with a position resolution sufficiently higher than 1/2 wavelength.
  • the step resolution cannot be performed because the position resolution is a half wavelength.
  • An object of the present invention is to provide an interferometer moving mirror position measuring device capable of determining the position with high resolution without depending on the position of the moving mirror of the interferometer, and an interferometer moving mirror position measuring device. To provide FTIR.
  • the present invention has been made to solve the above problems, a beam splitter, an interferometer moving mirror position measuring device for determining the position of the moving mirror of the interferometer having a fixed mirror and a moving mirror, a) a laser light source; b) a phase separation optical system that separates and detects the first light and the second light having different phases, which are generated by the light of the laser light source being reflected by the fixed mirror and the movable mirror.
  • a signal conversion unit that detects the first light and the second light in synchronization with the position of the movable mirror to generate a first sine wave signal and a second sine wave signal
  • a phase calculation unit to calculate, e) a moving mirror position determining unit that determines a position of the moving mirror at a specific time from a phase at a specific time based on a relationship between the position of the movable mirror and the phase.
  • the phase at each time point of the first sine wave signal or the second sine wave signal calculated by the phase calculation unit has a predetermined relationship with the position of the moving mirror at each time point. Based on this relationship, the position of the moving mirror at that time can be determined from the phase at a particular time. Thereby, the position of the movable mirror can be specified with high resolution. Further, the position of the movable mirror can be determined not only at a specific position such as when the movable mirror has moved by 1/2 wavelength, but also at an arbitrary position.
  • the phase separation optical system includes one in which the light reflected by the fixed mirror and the light reflected by the movable mirror have different polarizations so that both can be detected separately.
  • a phase separation optical system includes, for example, a laser light source that emits a linearly polarized beam, which is used in the above-described quadrature control, and a 1/8 light source disposed between the beam splitter and the fixed mirror. It is possible to use a wave plate and a polarizing beam splitter disposed after the beam splitter. Alternatively, a 8 wavelength plate may be disposed between the beam splitter and the movable mirror, or a polarizer other than the 8 wavelength plate may be used.
  • phase difference correction is to correct two sine wave signals such that the phase difference between the first sine wave signal and the second sine wave signal becomes a predetermined value (typically 90 °). That means.
  • the phase calculator normalizes the fringe signal using the average value and the amplitude of the first sine wave signal and the second sine wave signal as parameters, and calculates the first sine wave signal and the second sine wave signal.
  • the phase difference is corrected using the phase difference of the signal as a parameter. For these parameters, it is necessary to obtain calibration values before calculating the phases of the first sine wave signal and the second sine wave signal.
  • the interferometer moving mirror position measuring device further comprises: Acquiring a plurality of intensity values of the first sine wave signal and the second sine wave signal at predetermined phase intervals; For each of the first sine wave signal and the second sine wave signal, an average value of the obtained plurality of intensity values is obtained, and the amplitude and the amplitude are obtained by performing a discrete Fourier transform process on the obtained plurality of intensity values. It is desirable to have a parameter calibrating unit that repeatedly performs a process of obtaining a phase difference between the first sine wave signal and the second sine wave signal.
  • Normalization is performed using the average value and the amplitude obtained based on the intensity values of the first sine wave signal and the second sine wave signal acquired at a predetermined phase interval in this manner, and the first sine wave after the normalization is obtained.
  • the position of the movable mirror can be specified with higher accuracy.
  • FTIR FTIR according to the present invention
  • An infrared light source a beam splitter, a fixed mirror, and an infrared light interference optical system having a movable mirror
  • An infrared light detector that detects interference light generated by the infrared light interference optical system
  • the interferometer moving mirror position measuring device FTIR
  • the FTIR according to the present invention further controls the moving mirror by using a position signal from the moving mirror position determining unit to stop the moving mirror at different positions at a fixed interval, and the infrared light detector at each of the positions.
  • a step scan control unit for controlling the movable mirror so as to repeatedly perform an operation of acquiring the detection signal from the camera a plurality of times. Thereby, the step scan can be performed with high accuracy.
  • the position can be determined with high resolution without depending on the position of the moving mirror of the interferometer.
  • FIG. 1A is a schematic diagram showing an embodiment of an interferometer moving mirror position measuring apparatus according to the present invention
  • FIG. 2B is a block diagram showing functions of a phase calculator and a moving mirror position determiner in the interferometer moving mirror position measuring apparatus.
  • FIG. 3 is a block diagram showing functions of a parameter calculation unit used in the interferometer moving mirror position measuring device according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a timing at which data is acquired in a parameter calculation unit.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of an FTIR having an interferometer moving mirror position measuring device according to an embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of a conventional laser interferometer.
  • a fringe signal In a conventional laser interferometer, a fringe signal, a pulse signal in which the fringe signal is shaped, and an up signal when (a) the moving mirror moves away from the beam splitter and (b) when the moving mirror approaches the beam splitter.
  • 4 is a graph showing a time change of an output signal of a down counter.
  • the interferometer moving mirror position measuring device 10 of the present embodiment is a device incorporated in an FTIR 20 described later, and as shown in FIG. 1A, a laser light source 11, a 8 wavelength plate 15, a polarized beam It has a splitter 16, a first photodetector 17A and a second photodetector 17B, a phase calculator 18, and a movable mirror position determiner 19.
  • FIG. 1A also shows a beam splitter 22, a fixed mirror 23, and a movable mirror 24 of the FTIR 20.
  • the laser light source 11 emits a linearly polarized laser beam.
  • the 8 wavelength plate 15 is disposed between the beam splitter 22 of the FTIR 20 and the fixed mirror 23.
  • the polarization beam splitter 16 is disposed on the emission side of the beam splitter 22 of the FTIR 20.
  • the first photodetector 17A is disposed on the output side of the polarization beam splitter 16 for p-polarized light
  • the second photodetector 17B is disposed on the output side of the polarization beam splitter 16 for s-polarized light.
  • the first photodetector 17A and the second photodetector 17B correspond to the aforementioned signal converter.
  • the phase calculation unit 18 includes a normalization processing unit 181, a phase difference correction unit 182, and an arc tangent processing unit 183. Further, the moving mirror position determining unit 19 includes a phase connecting unit 191 and a position converting unit 192. These units are embodied by computer hardware such as a logic circuit that performs digital signal processing, a CPU, and a memory, and software. The functions of these units will be described later.
  • the laser light source 11 emits a linearly polarized beam.
  • This beam is split by the beam splitter 22 of the FTIR 20 into two beams.
  • One of the split beams is reflected by the fixed mirror 23 of the FTIR 20, and the other is reflected by the moving mirror 24 of the FTIR 20.
  • the beam reflected by the fixed mirror 23 passes through the 8 wavelength plate 15 twice before and after the reflection, and becomes circularly polarized light or elliptically polarized light.
  • the polarization beam splitter 16 separates the superposed beam into p-polarized light and s-polarized light.
  • the p-polarized light enters the first photodetector 17A
  • the s-polarized light enters the second photodetector 17B.
  • the first photodetector 17A converts the incident p-polarized light into an electric signal
  • the second photodetector 17B converts the incident s-polarized light into an electric signal.
  • the two electric signals generated by the first photodetector 17A and the second photodetector 17B thus change in intensity by one cycle every time the movable mirror 24 moves by one wavelength of the laser beam in the optical path difference length.
  • the electric signal generated by the first photodetector 17A is referred to as a first sinusoidal signal I A
  • the electrical signal generated by the second photodetector 17B is referred to as a second sinusoidal signal I B.
  • the phase calculating section 18, the first sinusoidal signal I A and the second sine-wave signal I B, do the following.
  • the first sine-wave signal I A and the second sine-wave signal I respectively a A and a B the amplitude of B, the average value and b A and b B, respectively, the phase difference of the two sinusoidal signals to the [Delta] [phi
  • the phases of these two sinusoidal signals can be represented, for example, as ( ⁇ + ( ⁇ / 2)) and ( ⁇ ( ⁇ / 2)), respectively.
  • the phase difference correction unit 182 corrects the two normalized sine wave signals J A and J B so that the phase difference between the two normalized sine wave signals J A and J B becomes 90 °.
  • s is generated.
  • the moving mirror position determining unit 19 converts the phase ⁇ obtained by the phase calculating unit 18 into the position x of the moving mirror.
  • the phase connection unit 191 performs a phase connection process on ⁇ shown in Expression (5).
  • the phase connection process refers to a process of connecting discontinuities (sudden changes in data) that occur when the phase is - ⁇ and + ⁇ so that ⁇ is an arctangent function so that the data becomes continuous data.
  • the phase connection processing is displayed as a function with “Unwrap ( ⁇ )”.
  • the position x of the movable mirror can be obtained at an arbitrary timing, not only at a specific timing such as when the movable mirror moves by one wavelength.
  • the position of the moving mirror can be specified with high resolution.
  • the parameter calibration unit 185 includes a data sampling unit 1851, a sampling data recording unit 1852, a parameter calculation unit 1853, and a calculation parameter output unit 1854.
  • Data sampling unit 1851 for each predetermined timing, the first sine-wave signal I A and the second sine-wave signal I B generated by the first photodetector 17A and a second photodetector 17B, and the inverse tangent processor This is to acquire the data of the phase ⁇ before the phase connection, output from the 183.
  • the timing of acquiring the values for example, as shown by a circle in FIG. 3 (a), one period of the first sine-wave signal I A and the second sine-wave signal I B N equal parts (N Are integers equal to or greater than 2), that is, when the phase ⁇ is (2 ⁇ n / N) (n is an integer between 0 and (N ⁇ 1)), and there can be N timings.
  • N are integers equal to or greater than 2
  • Timing of acquiring the data of I A and I B and ⁇ is not limited to the case of FIG. 3 (a), may also be a timing shown in FIG. 3 (b) and (c).
  • FIG. 3B while repeatedly acquiring data at a sampling rate sufficiently shorter than the timing when the phase ⁇ is (2 ⁇ n / N), the data is obtained immediately before and immediately after the phase ⁇ becomes (2 ⁇ n / N).
  • Data at (2 ⁇ n / N) is obtained by extracting data and interpolating both data. Instead of interpolating both data, an average value of both data may be taken, or only data immediately before or immediately after the phase ⁇ becomes (2 ⁇ n / N) may be used.
  • the phase Data is extracted only when ⁇ falls within the range of (2 ⁇ n / N ⁇ ⁇ ) ( ⁇ is a value sufficiently smaller than 2 ⁇ / N). If the period is so short that the phase ⁇ changes more than 2 ⁇ / N during one sampling, the number of data that can be acquired in each phase of (2 ⁇ n / N) during one period is 0. Only one or at most one. However, by acquiring data over a plurality of cycles, it is possible to acquire two or more data at each phase of (2 ⁇ n / N). As described above, in each phase of (2 ⁇ n / N), by interpolating the obtained two data, data in each phase of (2 ⁇ n / N) can be obtained. Alternatively, an average value of two acquired data may be taken, or only one acquired data may be used.
  • Sampling data recording unit 1852 records the data of I A and I B and ⁇ obtained at each phase in the data sampling unit 1851.
  • Parameter calculation unit 1853 recorded on the sampling data recording unit 1852, n acquires data of I A (n) and I B (n) and phi (n) in the phase within a predetermined range, their based on the data, the amplitude a a and a of I a and I B B, the average value b a and b B of I a and I B, and obtains the calibration value of the phase difference ⁇ of I a and I B.
  • N data for one cycle is used will be described as an example, but the number of data to be used is not limited to N.
  • the calculation parameter output unit 1854 outputs the amplitudes a A and a B obtained by the parameter calculation unit 1853 and the calibration values of the average values b A and b B to the normalization processing unit 181 and calculates the values by the parameter calculation unit 1853.
  • the calibration value of the obtained phase difference ⁇ is output to the phase difference correction unit 182.
  • Normalization processing unit 181 performs these amplitudes a A and a B, and the average value b A and b normalization of the first sine-wave signal I A and the second sine-wave signal I B using the calibration value for B
  • the phase difference correction unit 182 corrects the phase using the calibration value of the phase difference ⁇ .
  • the accuracy of the calculation of the phase ⁇ can be made higher than the case where the amplitudes a A and a B before calibration, the average values b A and b B , and the phase difference ⁇ are used, and the position of the obtained movable mirror can be obtained.
  • the specific accuracy of x can be increased.
  • a series of operations of calibrating the parameter by the parameter calibrating unit 185 using the thus obtained value of the phase ⁇ with high accuracy can be repeatedly performed. This makes it possible to further increase the accuracy of specifying the obtained position x of the moving mirror. Therefore, even if the parameter used at the beginning is a value with low accuracy, a desired accuracy can be obtained by repeatedly performing the process by the parameter calibration unit 185 a plurality of times.
  • the FTIR 20 includes an infrared light source 21, the above-described beam splitter 22, a fixed mirror 23 and a movable mirror 24, a sample chamber 25, and an infrared light detector 26.
  • a first focusing mirror 251 for focusing infrared light on the sample in the sample chamber 25 is provided in front of the sample chamber 25, and infrared light is transferred between the sample chamber 25 and the infrared light detector 26.
  • Second focusing mirrors 252 for focusing light on the photodetectors 26 are provided.
  • the infrared light emitted from the infrared light source 21 is applied to a beam splitter 22 and split by the beam splitter 22 into two directions toward a fixed mirror 23 and a movable mirror 24.
  • the infrared lights reflected by the fixed mirror 23 and the movable mirror 24 respectively return to the beam splitter 22 and join.
  • the movable mirror 24 is moved, a difference occurs between the optical path of the infrared light reflected by the fixed mirror 23 and the optical path length of the infrared light reflected by the movable mirror 24, and the phase differs according to the difference in the optical path length.
  • the infrared interference light generated by the interference is generated.
  • the infrared interference light is condensed by the first condenser mirror 251 and irradiates the sample in the sample chamber 25.
  • the infrared interference light that has passed through the sample is detected by the infrared light detector 26.
  • the interferometer moving mirror position measuring device 10 incorporated in the FTIR 20 includes the laser light source 11, the 8 wavelength plate 15, the polarization beam splitter 16, the first photodetector 17A, the second photodetector 17B, and the phase calculator. 18 and a movable mirror position determining unit 19, a first micro-reflecting mirror 111 provided between the infrared light source 21 and the beam splitter 22, and a first micro-reflecting mirror 111 provided between the beam splitter 22 and the first condenser mirror 251. And a second minute reflecting mirror 112.
  • the laser beam emitted from the laser light source 11 is located at a position away from the optical path of infrared light between the infrared light source 21 and the beam splitter 22 (between two parallel two-dot chain lines in FIG. 4). It is arranged so that it is reflected by one minute reflecting mirror 111 and enters the beam splitter 22.
  • the polarization beam splitter 16 is located at a position away from the optical path of the infrared light of the beam splitter 22 and the first condenser mirror 251, and the beam passing through the beam splitter 22 is reflected by the second micro-reflecting mirror 112 and 16 are arranged. Since both the first micro-reflecting mirror 111 and the second micro-reflecting mirror 112 are minute, they allow infrared light to pass therethrough with little obstruction.
  • the interferogram can be acquired by the same method as the conventional FTIR while obtaining the position of the moving mirror 24 by the interferometer moving mirror position measuring device 10.
  • the FTIR 20 further includes a step scan control unit 27 that repeatedly performs an operation of acquiring a detection signal from the infrared light detector 26 at different positions at fixed intervals while performing feedback control for stopping the movable mirror 24 at a predetermined position. be able to. Thereby, the step scan can be performed with high accuracy.
  • the embodiments of the interferometer moving mirror position measuring device and the FTIR according to the present invention have been described.
  • the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications are possible along the gist of the present invention. .
  • Reference Signs List 10 interferometer moving mirror position measuring device 11, 91: laser light source 111: first micro-reflecting mirror 112: second micro-reflecting mirror 15, 95: 1/8 wavelength plate 16, 96: polarizing beam splitter 17A, 97A: 1 photodetector 17B, 97B 2nd photodetector 18 phase calculating section 181 normalization processing section 182 phase difference correction section 183 arctangent processing section 185 parameter calibration section 1851 data sampling section 1852 sampling data Recording unit 1853 Parameter calculation unit 1854 Calculation parameter output unit 19 Moving mirror position determination unit 191 Phase connection unit 192 Position conversion unit 20 FTIR 21 Infrared light sources 22, 92 Beam splitters 23, 93 Fixed mirrors 24, 94 Moving mirror 25 Sample chamber 251 First condenser mirror 252 Second condenser mirror 26 Infrared light detector 27 Step scan control unit 90 Laser interferometer 98A First waveform shaper 98B Second waveform shaper 99 Up / down counter

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Abstract

干渉計移動鏡位置測定装置１０は、ビームスプリッタ２２、固定鏡２３及び移動鏡２４を有する干渉計の移動鏡２４の位置を決定するための装置であって、レーザ光源１１と、レーザ光源１１の光が固定鏡２３及び移動鏡２４により反射されて生成される互いに位相が異なる第１光及び第２光を分離して検出することができるようにする位相分離光学系（１／８波長板１５、偏光ビームスプリッタ１６）と、移動鏡２４の位置と同期して第１光及び第２光をそれぞれ検出して第１正弦波信号及び第２正弦波信号を生成する信号変換部と、移動鏡２４の位置と同期して第１光及び第２光をそれぞれ検出して第１正弦波信号及び第２正弦波信号を生成する信号変換部（第１光検出器１７Ａ、第２光検出器１７Ｂ）と、第１正弦波信号及び第２正弦波信号に対してそれぞれ正規化及び位相差補正を行った後、各時点での第１正弦波信号又は第２正弦波信号の位相を算出する位相算出部１８と、移動鏡２４の位置と位相との関係に基き、特定の時点での位相から該時点での移動鏡２４の位置を決定する移動鏡位置決定部１９とを備える。

Description

干渉計移動鏡位置測定装置及びフーリエ変換赤外分光光度計
　本発明は、ビームスプリッタ、固定鏡及び移動鏡を有する干渉計の該移動鏡の位置を決定するための干渉計移動鏡位置測定装置、並びに該干渉計移動鏡位置測定装置を備えるフーリエ変換赤外分光光度計（Fourier Transform Infrared Spectroscopy：FTIR）に関する。
　FTIRでは、マイケルソン型干渉計を代表とする干渉計により時間的に振幅が変化する干渉光を生成して試料に照射し、試料を透過する透過光又は試料で反射する反射光をインターフェログラムとして検出し、このインターフェログラムをフーリエ変換処理することによって、横軸に波数（又は波長）、縦軸に強度をとったスペクトルを得る。ここでマイケルソン型干渉計は、ビームスプリッタ（ハーフミラー）、固定鏡、移動鏡などを含む装置であり、光をビームスプリッタで2つに分割し、一方を固定鏡で、他方を移動鏡で反射させた後、これら2つの反射光を干渉させるものである。移動鏡を移動させることにより、得られる干渉光の振幅は時間的に変化する。
　マイケルソン型干渉計において移動鏡を移動させる制御の方法の１つに、クアドラチュアコントロールと呼ばれる方法がある（特許文献１）。この方法では、マイケルソン型干渉計とは別に設けられたレーザ光源、並びに、マイケルソン型干渉計と共通のビームスプリッタ、固定鏡及び移動鏡を構成要素とするレーザ干渉計を用いて、固定鏡で反射された光と移動鏡で反射された光の光路長の差（光路差）から移動鏡の位置を求める。当該方法で使用するレーザ干渉計の一例を図５に示す。このレーザ干渉計９０は、直線偏光のビームを出射するレーザ光源９１と、マイケルソン型干渉計のビームスプリッタ９２、固定鏡９３及び移動鏡９４と、ビームスプリッタ９２と固定鏡９３の間に設けられ、ビームの直線偏光に対して偏光面が傾斜するように配置された１／８波長板９５を有する。また、ビームスプリッタ９２の出射側にはp偏光とs偏光を分離する偏光ビームスプリッタ９６が配置されており、p偏光の出射側には第１光検出器９７Ａが、s偏光の出射側には第２光検出器９７Ｂが、それぞれ配置されている。第１光検出器９７Ａには第１波形成形器９８Ａが、第２光検出器９７Ｂには第２波形成形器９８Ｂが、それぞれ接続されており、第１波形成形器９８Ａ及び第２波形成形器９８Ｂにはアップダウンカウンタ９９が接続されている。
　このレーザ干渉計９０では、レーザ光源９１から直線偏光のビームを出射し、該ビームをビームスプリッタ９２で2つのビームに分割する。分割したビームの一方は固定鏡９３で反射させ、他方は移動鏡９４で反射させる。ここで移動鏡９４で反射させたビームは直線偏光のままであるのに対して、固定鏡９３で反射させた直線偏光のビームは、１／８波長板９５を2回通過することにより円偏光又は楕円偏光となる。これら２つのビームはビームスプリッタ９２で重ね合わされて干渉光となるが、該干渉光は偏光ビームスプリッタ９６によってp偏光とs偏光に分離される。分離されたp偏光は第１光検出器９７Ａに、s偏光は第２光検出器９７Ｂに、それぞれ入射する。第１光検出器９７Ａ及び第２光検出器９７Ｂではそれぞれ、干渉光の強度が電流信号に変換され、フリンジ信号となる。図６に示すように、p偏光のフリンジ信号及びs偏光のフリンジ信号は時間に対して周期的な信号となり、その１周期は移動鏡９４がレーザ光源９１のレーザの1/2波長分の距離だけ移動する時間に該当する。これらフリンジ信号は、第１波形成形器９８Ａ及び第２波形成形器９８Ｂによってパルス信号に成形され、アップダウンカウンタ９９に入力する。
　ここでp偏光のフリンジ信号とs偏光のフリンジ信号は、移動鏡９４がビームスプリッタ９２から遠ざかるときには一方（図６ではp偏光。前記円偏光又は楕円偏光の回転方向に依っては図６とは逆の偏光、すなわちs偏光となる場合もある。以下同じ。）が他方（同・s偏光）に対して90°位相が遅れ、移動鏡９４がビームスプリッタ９２に近づくときには該一方（同・p偏光）が該他方（同・s偏光）に対して90°位相が進む。アップダウンカウンタ９９では、前記一方のフリンジ信号によるパルス信号が前記他方のフリンジ信号によるパルス信号に対して90°位相が遅れて入力されたときには＋１をカウントし、該他方のフリンジ信号によるパルス信号が該一方のフリンジ信号によるパルス信号に対して90°位相が遅れて入力されたときには－１をカウントする。これらアップダウンカウンタによるカウントを加算することにより、レーザビームの1波長分の光路差、すなわち移動鏡９４において1/2波長の距離ずつ前方又は後方に移動することが計測され、移動鏡９４の位置が特定される。
特開平02-253103号公報
　従来のクアドラチュアコントロールでは、レーザビームの1/2波長分の長さを単位として移動鏡の位置を特定しているため、移動鏡が該1/2波長分の距離だけ移動する途中の位置を特定することはできない。FTIRでは、移動鏡を1/2波長分の距離だけ動かした後に停止させ、インターフェログラムを記録するという動作を繰り返すステップスキャンという方法が知られているが、移動鏡を停止させる制御を行うためには、目標の停止位置からのずれを1/2波長より十分高い位置分解能で特定することが必要となる。しかし、従来のクアドラチュアコントロールでは、位置分解能が1/2波長であるため、ステップスキャンを行うことができない。
　本発明が解決しようとする課題は、干渉計の移動鏡の位置に依ることなく該位置を高分解で決定することができる干渉計移動鏡位置測定装置、及び該干渉計移動鏡位置測定装置を備えるFTIRを提供することである。
　上記課題を解決するために成された本発明は、ビームスプリッタ、固定鏡及び移動鏡を有する干渉計の該移動鏡の位置を決定するための干渉計移動鏡位置測定装置であって、
　a) レーザ光源と、
　b) 前記レーザ光源の光が前記固定鏡及び前記移動鏡により反射されて生成される互いに位相が異なる第１光及び第２光を分離して検出することができるようにする位相分離光学系と、
　c) 前記移動鏡の位置と同期して前記第１光及び前記第２光をそれぞれ検出して第１正弦波信号及び第２正弦波信号を生成する信号変換部と、
　d) 前記第１正弦波信号及び前記第２正弦波信号に対してそれぞれ正規化及び位相差補正を行った後、各時点での前記第１正弦波信号又は前記第２正弦波信号の位相を算出する位相算出部と、
　e) 前記移動鏡の位置と前記位相との関係に基き、特定の時点での位相から該時点での該移動鏡の位置を決定する移動鏡位置決定部と
を備えることを特徴とする。
　位相算出部で算出される第１正弦波信号又は第２正弦波信号の各時点での位相は、その各時点での移動鏡の位置との間に所定の関係を有する。この関係に基づいて、特定の時点での位相から該時点での該移動鏡の位置を決定することができる。これにより、移動鏡の位置を高分解で特定することができる。また、移動鏡の位置の決定は、移動鏡が1/2波長分移動したときのような特定の位置のみならず、任意の位置において行うことができる。
　前記位相分離光学系には、固定鏡で反射される光と移動鏡で反射される光を異なる偏光とすることによって両者を別々に検出できるようにするものが挙げられる。そのような位相分離光学系には、例えば、前述のクアドラチュアコントロールで用いられている、直線偏光のビームを出射するレーザ光源と、前記ビームスプリッタと前記固定鏡の間に配置された１／８波長板と、前記ビームスプリッタの後段に配置された偏光ビームスプリッタを用いることができる。あるいは、１／８波長板をビームスプリッタと移動鏡の間に配置してもよいし、１／８波長板以外の偏光子を用いてもよい。
　本発明において「位相差補正」とは、第１正弦波信号と第２正弦波信号の位相差が所定の値（典型的には90°）となるようにそれら2つの正弦波信号を補正することをいう。
　位相算出部では、前記第１正弦波信号及び前記第２正弦波信号のそれぞれの平均値及び振幅をパラメータとして用いてフリンジ信号の正規化を行い、前記第１正弦波信号と前記第２正弦波信号の位相差をパラメータとして用いて位相差補正を行う。これらのパラメータは、第１正弦波信号や第２正弦波信号の位相の算出を行う前に、校正値を求めておく必要がある。これらの校正値を求めるために、本発明に係る干渉計移動鏡位置測定装置はさらに、
　前記第１正弦波信号及び前記第２正弦波信号の強度値を所定の位相間隔で複数取得し、
　前記第１正弦波信号及び前記第２正弦波信号のそれぞれにつき、取得した複数の強度値の平均値を求めると共に、取得した複数の強度値に対して離散フーリエ変換処理を行うことによって振幅及び前記第１正弦波信号と前記第２正弦波信号の位相差を求める処理を繰り返し行うパラメータ較正部を備えることが望ましい。
　このように所定の位相間隔で複数取得した第１正弦波信号及び第２正弦波信号の強度値に基づいて求めた平均値及び振幅を用いて正規化を行い、該正規化後の第１正弦波信号及び第２正弦波信号に基づいて前記位相を算出することにより、移動鏡の位置をより精度良く特定することができる。
　本発明に係るFTIRは、
　赤外光源と、ビームスプリッタと、固定鏡と、移動鏡とを有する赤外光干渉光学系と、
　前記赤外光干渉光学系で生成された干渉光を検出する赤外光検出器と、
　前記干渉計移動鏡位置測定装置と
を備えることを特徴とする。
　本発明に係るFTIRはさらに、前記移動鏡位置決定部からの位置信号を用いて制御を行うことで前記移動鏡を一定間隔の異なる位置に停止させ、前記位置の各々で前記赤外光検出器からの検出信号を複数回取得する操作を繰り返し行うよう該移動鏡を制御するステップスキャン制御部を備えることができる。これにより、ステップスキャンを高い精度で行うことができる。
　本発明に係る干渉計移動鏡位置測定装置及びFTIRによれば、干渉計の移動鏡の位置に依ることなく該位置を高分解で決定することができる。
本発明に係る干渉計移動鏡位置測定装置の一実施形態を示す概略図(a)、及び該干渉計移動鏡位置測定装置における位相算出部及び移動鏡位置決定部の機能を示すブロック図(b)。 本実施形態の干渉計移動鏡位置測定装置で用いるパラメータ算出部の機能を示すブロック図。 パラメータ算出部においてデータを取得するタイミングの例を示す図。 本実施形態の干渉計移動鏡位置測定装置を有するFTIRの一例を示す概略図。 従来のレーザ干渉計の一例を示す概略図。 従来のレーザ干渉計において、(a)移動鏡がビームスプリッタから遠ざかる場合と(b)移動鏡がビームスプリッタに近づいてゆく場合の、フリンジ信号、該フリンジ信号が波形成形されたパルス信号、及びアップダウンカウンタの出力信号の時間変化を示すグラフ。
(1) 干渉計移動鏡位置測定装置の一実施形態
(1-1) 本実施形態の干渉計移動鏡位置測定装置の構成
　図１を用いて、本発明に係る干渉計移動鏡位置測定装置の一実施形態を説明する。本実施形態の干渉計移動鏡位置測定装置１０は、後述のFTIR２０に組み込まれる装置であって、図１(a)に示すように、レーザ光源１１と、１／８波長板１５と、偏光ビームスプリッタ１６と、第１光検出器１７Ａ及び第２光検出器１７Ｂと、位相算出部１８と、移動鏡位置決定部１９を有する。１／８波長板１５及び偏光ビームスプリッタ１６は前述の位相分離光学系に該当し、第１光検出器１７Ａ及び第２光検出器１７Ｂは前述の信号変換部に該当する。図１(a)には、FTIR２０のビームスプリッタ２２、固定鏡２３及び移動鏡２４を併せて示している。
　レーザ光源１１は、直線偏光のレーザビームを出射するものである。１／８波長板１５は、FTIR２０のビームスプリッタ２２と固定鏡２３の間に配置されている。偏光ビームスプリッタ１６は、FTIR２０のビームスプリッタ２２の出射側に配置されている。第１光検出器１７Ａは偏光ビームスプリッタ１６のp偏光の出射側に、第２光検出器１７Ｂは偏光ビームスプリッタ１６のs偏光の出射側に、それぞれ配置されている。第１光検出器１７Ａ及び第２光検出器１７Ｂは、前述の信号変換部に該当する。
　図１(b)に示すように、位相算出部１８は、正規化処理部１８１、位相差補正部１８２、及び逆正接処理部１８３を有する。また、移動鏡位置決定部１９は、位相接続部１９１及び位置変換部１９２を有する。これら各部は、デジタル信号処理を行う論理回路やＣＰＵ、メモリ等のコンピュータのハードウエア、及びソフトウエアによって具現化されている。これら各部の機能については後述する。
(1-2) 本実施形態の干渉計移動鏡位置測定装置の動作
　本実施形態の干渉計移動鏡位置測定装置１０の動作を説明する。レーザ光源１１は直線偏光のビームを出射する。このビームは、FTIR２０のビームスプリッタ２２で2つのビームに分割される。分割されたビームの一方はFTIR２０の固定鏡２３で反射され、他方はFTIR２０の移動鏡２４で反射される。固定鏡２３で反射されたビームは１／８波長板１５を、該反射前と該反射後の合わせて2回通過することにより、円偏光又は楕円偏光となる。これら2つのビームはFTIR２０のビームスプリッタ２２で重ね合わされ、干渉計移動鏡位置測定装置１０の偏光ビームスプリッタ１６に入射する。偏光ビームスプリッタ１６は、重ね合わされたビームをp偏光とs偏光に分離する。p偏光は第１光検出器１７Ａに入射し、s偏光は第２光検出器１７Ｂに入射する。第１光検出器１７Ａは入射したp偏光を電気信号に変換し、第２光検出器１７Ｂは入射したs偏光を電気信号に変換する。
　こうして第１光検出器１７Ａ及び第２光検出器１７Ｂで生成された2つの電気信号は、移動鏡２４が光路差長においてレーザのビームの1波長分移動する毎に強度が1周期の変化を示す正弦波となる。以下、第１光検出器１７Ａで生成された電気信号を第１正弦波信号IAと呼び、第２光検出器１７Ｂで生成された電気信号を第２正弦波信号IBと呼ぶ。
　位相算出部１８では、第１正弦波信号IA及び第２正弦波信号IBに対して、以下の操作を行う。
　第１正弦波信号IA及び第２正弦波信号IBの振幅をそれぞれaA及びaB、平均値をそれぞれbA及びbBとし、それら2つの正弦波信号の位相差をΔφとすると、それら2つの正弦波信号の位相はそれぞれ、例えば(φ+(Δφ/2))及び(φ-(Δφ/2))と表すことができる。このように2つの正弦波信号の位相を表すと、第１正弦波信号IA及び第２正弦波信号IBは
　IA=aAcos(φ+(Δφ/2))+bA　…(1a)
　IB=aBcos(φ-(Δφ/2))+bB　…(1b)
となる。ここで挙げた振幅aA及びaB、平均値bA及びbB、並びに位相差Δφの5つのパラメータを事前に求めておけば、以下に述べる方法により、移動鏡の位置を算出することができる。なお、これら5つのパラメータの算出精度は最終的な移動鏡位置の算出精度に大きく影響を及ぼす。加えて、これら5つのパラメータは、光学系のセットアップにより決定され、理想的な光学系では常に一定の値であるが、実際の装置では、移動鏡が動くことによる光量の変化や、レーザの干渉性のわずかな変化により逐次変化する。したがって、これら5つのパラメータを高精度かつリアルタイムに求める較正（キャリブレーション）を行うことにより、最終的に得られる移動鏡の位置の精度をより高くすることができる。較正の方法の一例は後述する。
　正規化処理部１８１では、これら2つの正弦波信号IA及びIBに対してそれぞれ、平均値を減じたうえで振幅を除することにより、正規化処理がなされた2つの正規化正弦波信号JA及びJB
　JA=(IA-bA)/aA　…(2a)
　JB=(IB-bB)/aB　…(2a)
を生成する。このように正規化処理を行うことにより、偏光ビームスプリッタ１６において一方の偏光の透過率と他方の偏光の反射率の相違や、第１光検出器１７Ａと第２光検出器１７Ｂの検出感度の相違によって生じる、2つの偏光の振幅及び平均値の相違の影響が排除される。
　次に、位相差補正部１８２は、これら2つの正規化正弦波信号JA及びJBに対して、位相差が90°になるように補正した2つの位相差補正後正規化正弦波信号c, sを生成する処理を行う。具体的には、以下の(3)式
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
による処理を行うことにより、位相差補正後正規化正弦波信号c, sは
　c=sin(Δφ)・cosφ=sin(Δφ)・sin(φ+π/2)　…(4a)
　s=sin(Δφ)・sinφ　　　　　　　 …(4b)
となり、両者の位相差が90°となる。
　逆正接処理部１８３は、2つの位相差補正後正規化正弦波信号の一方の信号sを他方の信号cで除したうえで逆正接を取る。すると、(4a)及び(4b)式より
　φ=arctan(s/c)　…(5)
となり、位相φが算出される。
　次に、移動鏡位置決定部１９では、位相算出部１８で得られた位相φを移動鏡の位置xに換算する。この換算では、まず、位相接続部１９１が、(5)式に示されるφに対して位相接続処理を行う。位相接続処理は、φが逆正接関数であることによって、位相が-πのとき及び+πのときに生じる不連続（データの急変）を、連続したデータとなるように接続する処理をいう。ここでは、位相接続処理を「Unwrap(φ)」との関数で表示する。
　位置変換部１９２は、位相接続後の位相φとレーザのビームの波長λを用いて、以下の(6)式
　x=(λ/4π)Unwrap(φ)　…(6)
により、移動鏡の位置xを特定する。
　本発明に係る干渉計では、以上の処理を行うことにより、移動鏡が1波長分移動したときのような特定のタイミングのみならず、任意のタイミングにおいて移動鏡の位置xを求めることができるため、移動鏡の位置を高分解で特定することができる。
(1-3) 振幅aA及びaB、平均値bA及びbB、並びに位相差Δφを較正する構成及び動作の例
　次に、図２を用いて、位相算出部１８で用いるパラメータである振幅aA及びaB、平均値bA及びbB、並びに位相差Δφを較正するためのパラメータ較正部１８５の構成及びその動作を説明する。パラメータ較正部１８５は、データサンプリング部１８５１、サンプリングデータ記録部１８５２、パラメータ算出部１８５３、及び算出パラメータ出力部１８５４を有する。
　データサンプリング部１８５１は、所定のタイミング毎に、第１光検出器１７Ａ及び第２光検出器１７Ｂで生成された第１正弦波信号IA及び第２正弦波信号IB、並びに逆正接処理部１８３から出力される、位相接続前の位相φのデータを取得するものである。ここで、それらの値を取得するタイミングは、例えば図３(a)に丸印で示すように、第１正弦波信号IA及び第２正弦波信号IBの1周期をN等分（Nは2以上の整数）したタイミング、すなわち位相φが(2πn/N)のときである（nは0～(N-1)の間の整数）N個のタイミングとすることができる。図３(a)では、第１正弦波信号IAと第２正弦波信号IBの位相差Δφをほぼ90°として（90°とみなして）、IAの強度を縦軸、IBの強度を横軸にとったグラフにおいて両者の関係を円周で表している。
　IA及びIB並びにφのデータを取得するタイミングは図３(a)の場合には限られず、図３(b)及び(c)に示すタイミングとすることもできる。図３(b)では、位相φが(2πn/N)であるタイミングよりも十分に短いサンプリングレートで繰り返しデータを取得しつつ、位相φが(2πn/N)となる直前及び直後に得られたデータを抽出して両データを補間することにより、(2πn/N)におけるデータを取得する。それら両データを補間する代わりに、それら両データの平均値を取ってもよいし、位相φが(2πn/N)となる直前又は直後のいずれかのデータのみを用いてもよい。このように位相φが(2πn/N)となる直前・直後に得られるデータを用いる方法は、第１正弦波信号IA及び第２正弦波信号IBの周期が十分に長く、(2π/N)毎に十分に多くのデータを取得できる場合に有効である。
　一方、第１正弦波信号IA及び第２正弦波信号IBの周期が十分に短い場合には、図３(c)に示すように、できるだけ短いサンプリングレートで繰り返しデータを取得しつつ、位相φが(2πn/N±δ)の範囲内（δは2π/Nよりも十分に小さい値）に入ったときにのみデータを抽出する。1回のサンプリングの間に位相φが2π/Nを超えて変化するほど周期が短い場合には、1周期の間に(2πn/N)の各位相において取得することができるデータの数は0個か、せいぜい1個のみである。しかし、複数周期に亘ってデータを取得することにより、(2πn/N)の各位相におけるデータを2個以上取得することができる。このように(2πn/N)の各位相において、取得した2個のデータを補間することにより、(2πn/N)の各位相におけるデータを取得することができる。あるいは、取得した2個のデータの平均値を取ってもよいし、1個のみ取得したデータを用いてもよい。
　サンプリングデータ記録部１８５２は、データサンプリング部１８５１において各位相で取得したIA及びIB並びにφのデータを記録する。
　パラメータ算出部１８５３は、サンプリングデータ記録部１８５２に記録された、nが所定の範囲内にある位相におけるIA(n)及びIB(n)並びにφ(n)のデータを取得し、それらのデータに基づき、IA及びIBの振幅aA及びaB、IA及びIBの平均値bA及びbB、並びにIAとIBの位相差Δφの較正値を求める。以下では、1周期分のN個のデータを用いる場合を例として説明するが、使用するデータの個数はN個には限定されない。
　まず、IAの平均値bAの較正値は、N個のIA(n)（n=0～(N-1)）の和をNで除することにより求められる。IBの平均値bBの較正値も同様に、N個のIB(n)（n=0～(N-1)）の和をNで除することにより求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　IAの振幅aAの較正値は、N個のIA(n)を離散フーリエ変換することにより得られる正規化周波数XA（以下の(8a)式）の複素成分を用いて、以下の(9a)式により求められる。同様に、IBの振幅aBの較正値は、正規化周波数XB（以下の(8b)式）の複素成分を用いて、以下の(9b)式により求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　IAとIBの位相差Δφの較正値は、複素数XAの偏角∠XAと複素数XBの偏角∠XBの差より、以下の(10)式で求められる。
　Δφ=∠XA-∠XB　　…(10)
　算出パラメータ出力部１８５４は、パラメータ算出部１８５３で求められた振幅aA及びaB、並びに平均値bA及びbBの較正値を正規化処理部１８１に出力すると共に、パラメータ算出部１８５３で算出された位相差Δφの較正値を位相差補正部１８２に出力する。正規化処理部１８１は、これら振幅aA及びaB、並びに平均値bA及びbBの較正値を用いて第１正弦波信号IA及び第２正弦波信号IBの正規化処理を行い、位相差補正部１８２は、位相差Δφの較正値を用いて位相の補正を行う。これにより、較正前の振幅aA及びaB、平均値bA及びbB、並びに位相差Δφを用いた場合よりも位相φの算出の精度を高くすることができ、得られる移動鏡の位置xの特定精度を高くすることができる。
　さらに、こうして得られた精度の高い位相φの値を用いてパラメータ較正部１８５によるパラメータの較正を行うという一連の操作を繰り返し行うことができる。これにより、得られる移動鏡の位置xの特定精度をより一層高くすることができる。したがって、初期に用いていたパラメータが仮に精度の低い値であったとしても、パラメータ較正部１８５により複数回、反復で処理することにより、所望の精度を得ることができる。具体的には、第１正弦波信号、第２正弦波信号のピークとバレーの平均より求めた平均値bA及びbB、ピークとバレーの差より求めた振幅aA及びaB、並びに位相差Δφ=π/2を初期値のパラメータとして用い、上記較正を複数回行えば良い。さらに、光学系の動的な変化に起因するパラメータの変化に対しても、反復して較正をし続けることで、常に高精度でパラメータを求めることができ、最終的に得られる移動鏡の位置xの特定精度も常に高精度に維持される。
(2) FTIRの一実施形態
　次に、図４を用いて、干渉計移動鏡位置測定装置１０が組み込まれたFTIR２０について説明する。FTIR２０は、赤外光源２１と、前述のビームスプリッタ２２、固定鏡２３及び移動鏡２４と、試料室２５と、赤外光検出器２６を有する。試料室２５の手前には赤外光を該試料室２５内の試料に集光する第１集光鏡２５１が、試料室２５と赤外光検出器２６の間には赤外光を赤外光検出器２６に集光する第２集光鏡２５２が、それぞれ設けられている。赤外光源２１から出射される赤外光は、ビームスプリッタ２２に照射され、ビームスプリッタ２２により固定鏡２３及び移動鏡２４に向かう2方向に分割される。固定鏡２３及び移動鏡２４でそれぞれ反射した赤外光はビームスプリッタ２２に戻って合流する。ここで移動鏡２４を移動させると、固定鏡２３で反射される赤外光の光路と移動鏡２４で反射される赤外光の光路長に差が生じ、該光路長差に応じて異なる位相で干渉した赤外干渉光が生成される。赤外干渉光は第１集光鏡２５１で集光されて試料室２５内の試料に照射される。試料を通過した赤外干渉光は、赤外光検出器２６で検出される。
　FTIR２０に組み込まれた干渉計移動鏡位置測定装置１０は、前述のレーザ光源１１、１／８波長板１５、偏光ビームスプリッタ１６、第１光検出器１７Ａ、第２光検出器１７Ｂ、位相算出部１８、及び移動鏡位置決定部１９の他に、赤外光源２１とビームスプリッタ２２の間に設けられた第１微小反射鏡１１１と、ビームスプリッタ２２と第１集光鏡２５１の間に設けられた第２微小反射鏡１１２を有する。レーザ光源１１は赤外光源２１とビームスプリッタ２２の間の赤外光の光路（図４中の平行な2本の二点鎖線の間）から離れた位置に、レーザ光源１１が発するビームが第１微小反射鏡１１１で反射されてビームスプリッタ２２に入射するように配置されている。また、偏光ビームスプリッタ１６はビームスプリッタ２２と第１集光鏡２５１の赤外光の光路から離れた位置に、ビームスプリッタ２２を通過したビームが第２微小反射鏡１１２で反射されて偏光ビームスプリッタ１６に入射するように配置されている。第１微小反射鏡１１１及び第２微小反射鏡１１２はいずれも微小であるため、赤外光をほとんど妨げることなく通過させる。
　FTIR２０によれば、干渉計移動鏡位置測定装置１０で移動鏡２４の位置を求めつつ、従来のFTIRと同様の方法でインターフェログラムを取得することができる。
　FTIR２０はさらに、移動鏡２４を所定の位置に停止させるフィードバック制御を行いながら、赤外光検出器２６からの検出信号を取得する操作を一定間隔の異なる位置で繰り返し行うステップスキャン制御部２７を備えることができる。これにより、ステップスキャンを高い精度で行うことができる。
　以上、本発明に係る干渉計移動鏡位置測定装置及びFTIRの実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態には限定されず、本発明の主旨に沿って種々の変更が可能である。
１０…干渉計移動鏡位置測定装置
１１、９１…レーザ光源
１１１…第１微小反射鏡
１１２…第２微小反射鏡
１５、９５…１／８波長板
１６、９６…偏光ビームスプリッタ
１７Ａ、９７Ａ…第１光検出器
１７Ｂ、９７Ｂ…第２光検出器
１８…位相算出部
１８１…正規化処理部
１８２…位相差補正部
１８３…逆正接処理部
１８５…パラメータ較正部
１８５１…データサンプリング部
１８５２…サンプリングデータ記録部
１８５３…パラメータ算出部
１８５４…算出パラメータ出力部
１９…移動鏡位置決定部
１９１…位相接続部
１９２…位置変換部
２０…FTIR
２１…赤外光源
２２、９２…ビームスプリッタ
２３、９３…固定鏡
２４、９４…移動鏡
２５…試料室
２５１…第１集光鏡
２５２…第２集光鏡
２６…赤外光検出器
２７…ステップスキャン制御部
９０…レーザ干渉計
９８Ａ…第１波形成形器
９８Ｂ…第２波形成形器
９９…アップダウンカウンタ

Claims (6)

  1. 　ビームスプリッタ、固定鏡及び移動鏡を有する干渉計の該移動鏡の位置を決定するための装置であって、
    　a) レーザ光源と、
    　b) 前記レーザ光源の光が前記固定鏡及び前記移動鏡により反射されて生成される互いに位相が異なる第１光及び第２光を分離して検出することができるようにする位相分離光学系と、
    　c) 前記移動鏡の位置と同期して前記第１光及び前記第２光をそれぞれ検出して第１正弦波信号及び第２正弦波信号を生成する信号変換部と、
    　d) 前記第１正弦波信号及び前記第２正弦波信号に対してそれぞれ正規化及び位相差補正を行った後、各時点での前記第１正弦波信号又は前記第２正弦波信号の位相を算出する位相算出部と、
    　e) 前記移動鏡の位置と前記位相との関係に基き、特定の時点での位相から該時点での該移動鏡の位置を決定する移動鏡位置決定部と
    を備えることを特徴とする干渉計移動鏡位置測定装置。
  2. 　さらに、
    　前記第１正弦波信号及び前記第２正弦波信号の強度値を所定の位相間隔で複数取得し、
    　前記第１正弦波信号及び前記第２正弦波信号のそれぞれにつき、取得した複数の強度値の平均値を求めると共に、取得した複数の強度値に対して離散フーリエ変換処理を行うことによって振幅及び前記第１正弦波信号と前記第２正弦波信号の位相差を求める
    　処理を繰り返し行うパラメータ較正部を備えることを特徴とする請求項１に記載の干渉計移動鏡位置測定装置。
  3. 　赤外光源と、ビームスプリッタと、固定鏡と、移動鏡とを有する赤外光干渉光学系と、
    　前記赤外光干渉光学系で生成された干渉光を検出する赤外光検出器と、
    　請求項１に記載の干渉計移動鏡位置測定装置と
    を備えることを特徴とするフーリエ変換赤外分光光度計。
  4. 　前記移動鏡位置決定部からの位置信号を用いて制御を行うことで前記移動鏡を一定間隔の異なる位置に停止させ、前記位置の各々で前記赤外光検出器からの検出信号を複数回取得する操作を繰り返し行うよう該移動鏡を制御するステップスキャン制御部を備えることを特徴とする請求項３に記載のフーリエ変換赤外分光光度計。
  5. 　赤外光源と、ビームスプリッタと、固定鏡と、移動鏡とを有する赤外光干渉光学系と、
    　前記赤外光干渉光学系で生成された干渉光を検出する赤外光検出器と、
    　請求項２に記載の干渉計移動鏡位置測定装置と
    を備えることを特徴とするフーリエ変換赤外分光光度計。
  6. 　前記移動鏡位置決定部からの位置信号を用いて制御を行うことで前記移動鏡を一定間隔の異なる位置に停止させ、前記位置の各々で前記赤外光検出器からの検出信号を複数回取得する操作を繰り返し行うよう該移動鏡を制御するステップスキャン制御部を備えることを特徴とする請求項５に記載のフーリエ変換赤外分光光度計。
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