JP2858630B2 - Ｆｔｉｒの移動鏡制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はフーリエ変換型赤外分光
光度計（ＦＴＩＲ）において、クアドラチュア・コント
ロールを用いて移動鏡の制御を行なう移動鏡制御装置に
関するものである。ＦＴＩＲは、物質の定性分析や定量
分析に用いられ、高分子材料、半導体を初め、有機物質
及び無機物質を問わず幅広い物質に対して利用すること
ができる。

【０００２】

【従来の技術】ＦＴＩＲでは試料の測定を行なう主干渉
計の他に、主干渉計に対してデータ収集の起動や移動鏡
の摺動速度の安定化のためにコントロール干渉計を備え
ている。コントロール干渉計では、移動鏡の位置を検出
するためにクアドラチュア・コントロールと称される手
法が採用されている。クアドラチュア・コントロールで
は、ビームスプリッタと固定鏡の間にλ／８板などの移
相板を備え、ビームスプリッタで会合した干渉信号を偏
光ビームスプリッタによってＰ波とＳ波に分離する。分
離されたそれぞれの偏光成分をそれぞれの検出器で検出
し、両検出器の検出信号の位相関係と波数とから移動鏡
の位置を検出する。

【０００３】測定の開始に先立ってセンターバースト位
置を決定する。センターバースト位置は移動鏡を移動さ
せたときにインターフェログラムが最大値をとる位置と
して検出することができる。測定ではその決定されたセ
ンターバースト位置を中心として＋方向と−方向にそれ
ぞれ指定された波数分解で測定できるような範囲で移動
鏡を移動させる。

【０００４】重力方向がつり合い位置である移動鏡を用
いたＦＴＩＲでは、センターバースト位置を決定する動
作を図１に示す。破線で示された位置がセンターバース
ト位置とする。まず重力つり合い位置でリセットし、
移動開始位置から位置まで２ｃｍ^-1の波数分解に該
当する距離（約−２.５ｍｍ、測定点数で８１９２分）
だけ移動させて摺動方向を折り返し、２ｃｍ^-1の波数分
解を得るための区間（約５ｍｍ、１６３８４点分）を
移動させ、その間にデータ収集を行なう。その区間で
の移動鏡の移動の間で得られたインターフェログラムの
最大値をとる位置を時点で計算してその位置をセンタ
ーバースト位置とし、時点ではセンターバースト位置
を中心に指定された波数分解で測定するように測定開始
位置を計算し、位置を測定開始位置として摺動方向を
折り返し、１回目のデータ収集を行なう。２ｃｍ^-1の波
数分解を得るための移動鏡の移動に要する時間は約２秒
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】センターバースト位置
を決定するために、初期位置（重力つり合い位置）を中
心として所定の範囲だけ移動鏡を移動させてその範囲で
インターフェログラムが最大となる位置をセンターバー
スト位置として決定するのであるが、移動鏡の設置がず
れている場合やＦＴＩＲが置かれている台の面が大きく
傾いている場合には、センターバースト位置が初期位置
から大きくずれることになるため、センターバースト位
置を正確に決定することができない場合が生じる。その
ような事態を避けるためには、センターバースト位置を
決定するための移動鏡の移動範囲を大きく設定しておく
必要があるが、センターバンスト位置決定のための移動
鏡の移動は測定ごとに行なわなければならないため、測
定に無駄な時間を要する問題が生じる。

【０００６】また、移動鏡の調整は固定鏡からビームス
プリッタまでの距離と移動鏡からビームスプリッタまで
の距離とを等しくするのと、干渉合せとを同じに行う必
要があるため、±１.５ｍｍ程度の誤差は避けられず、
例えば図７に示す実施例の移動鏡摺動機構６について考
えると、そのプレート１３２，１３３の長さを１００ｍ
ｍとすると、傾きの許容量は±０.５°程度しかなくな
る。本発明は測定時のセンターバースト位置決定を短時
間で、かつ正確に行なうことができるようにすることを
目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】図２に本発明を示す。主
干渉計２０２とコントロール干渉計２０４は固定鏡と移
動鏡を共通にしており、移動鏡の移動は移動鏡制御部２
００により制御される。センターバースト位置検出部２
０６は調整時にコントロール干渉計からの干渉信号と主
干渉計からのインターフェログラムデータとを入力し、
インターフェログラムが最大値をとるセンターバースト
位置を検出する。その検出されたセンターバースト位置
は不揮発性メモリ装置からなるセンターバースト位置記
憶部２０８に記憶される。測定時には移動鏡制御部２０
０はセンターバースト位置記憶部２０８に記憶されたセ
ンターバースト位置を基準として測定開始点を決定す
る。

【０００８】

【作用】図３と図５（Ａ）により調整時にセンターバー
スト位置を決定し、そのセンターバースト位置を記憶す
る動作を示す。重力つり合い位置でリセットし、その
重力つり合い位置から所定範囲にわたって移動鏡を移動
させる（→）。調整時には測定時よりも広い範囲に
わたって移動させる。例えば、波数分解で１ｃｍ^-1分
（約±５ｍｍ）の範囲、すなわち重力つり合い位置か
ら→で示されるように（−）方向に約５ｍｍ、測定
点数で１６３８４点分移動させ、位置で摺動方向を折
り返し、１ｃｍ^-1（約１０ｍｍ、３２７６８点分のデー
タ収集を行ない（）、データ収集後摺動方向を折り返
す。時点でインターフェログラムの最大値をとる位置
（センターバースト位置）を計算し、時点でそのセン
ターバースト位置を不揮発性メモリ装置、例えばＥＥＰ
ＲＯＭ（電気的に消去可能なＰＲＯＭ）に記憶する。

【０００９】調整時に波数分解１ｃｍ^-1分（約１０ｍ
ｍ、３２７６８点分）のデータ収集を行なうために移動
鏡を移動させるのに要する時間は約４秒であるが、調整
時のみの移動であるため問題にならない。ビームスプリ
ッタ調整の誤差が±１.５ｍｍとすると、傾きの許容量
は±２°程度まで広くなる。

【００１０】測定時の動作を図４と図５（Ｂ）により説
明する。重力つり合い位置でリセットし、センターバ
ースト位置をＥＥＰＲＯＭから呼び出す。その呼び出さ
れたセンターバースト位置までの距離をＬとする。
（−）方向に摺動し（→）、センターバースト位置
を中心に波数分解２ｃｍ^-1で測定するように測定開始点
を計算し、その測定開始点まで移動する。測定開始点
で摺動方向を折り返し、２ｃｍ^-1（約５ｍｍ、１６３
８４点分）のデータ収集を行ない（区間）、データ収
集後、時点でインターフェログラムが最大値をとる位
置（センターバースト位置）を計算し、摺動方向を折り
返す。時点で、求められたセンターバースト位置を中
心に指定された波数分解で測定するように測定開始位置
を計算し、その計算された測定開始位置まで摺動した
後、摺動方向を折り返し、１回目のデータ収集を行なう
（区間）。以後、２回目、３回目とデータ収集を繰り
返す。

【００１１】試料が変わるごとに、測定の開始に先立っ
て図４と図５（Ｂ）に示されるように、初めにセンター
バースト位置を正確に決定するための移動鏡の移動を行
なうが、調整時に決定されたセンターバースト位置がセ
ンターバースト位置記憶部に記憶されているので、その
記憶されたセンターバースト位置を確認するための移動
鏡の移動であるので、測定時と同程度又はそれよりも短
い範囲の移動でもセンターバースト位置を正確に決定す
ることができる。そのため、測定時のセンターバースト
位置決定に必要な時間は短縮される。また、移動鏡調整
時に、装置調整時に決定されてセンターバースト位置記
憶部に記憶されているセンターバースト位置を用いるこ
とができるので、±１．５ｍｍ程度の現行の誤差を確認
しながら、移動鏡調整の誤差を少なくすることができ
る。

【００１２】

【実施例】図６に本発明が適用されるＦＴＩＲの一例を
示す。２はビームスプリッタ及びコンペンセータ（単に
ビームスプリッタという）、４は固定鏡、６は移動鏡で
あり、ビームスプリッタ２は固定鏡４の法線方向及び移
動鏡６の法線方向に対して３０°の傾きをもって配置さ
れている。固定鏡４は固定鏡支持ブロック８に搭載さ
れ、移動鏡６は摺動機構１４に支持され、摺動機構１４
はリニアモータ１６によって移動鏡６をビームスプリッ
タ２に近づく方向と遠ざかる方向に移動させる。１８は
リニアモータ１６に電流を流すパワーアンプ、２０はパ
ワーアンプ１８を介してリニアモータ１６を制御する摺
動コントローラである。

【００１３】ビームスプリッタ２、固定鏡４及び移動鏡
６とともに主干渉計を構成して赤外分光測定系とするた
めに、赤外光源２２が設けられ、光源２２からの赤外線
は集光鏡２４、アパーチャ２６、コリメータミラー２８
を経てビームスプリッタ２に入射され、この干渉計で変
調される。変調光はミラー３０、集光鏡３２から試料室
３４を通過した後、楕円面鏡３６を経て赤外検出器３８
で受光されて電気信号に変換される。４０は検出器３８
の検出信号を増幅するプリアンプ、４２はフィルタ、４
４はオートゲインアンプ、４６はサンプルホールドアン
プ、４８はサンプリングされた信号をデジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換器である。

【００１４】ビームスプリッタ２、固定鏡４及び移動鏡
６とともにコントロール干渉計を構成するために、光源
としてＨｅ−Ｎｅレーザ５０が設けられている。５４は
レーザビームをビームスプリッタ２に入射させるハーフ
ミラーである。ビームスプリッタ２で反射され、固定鏡
４で反射されて再びビームスプリッタ２に戻るレーザビ
ームを直線偏光から円偏光に変えるために、ビームスプ
リッタ２と固定鏡４の間にλ／８板５６が設けられてい
る。λ／８板５６は、その偏光軸が入射レーザビームの
偏波面から４５度傾くように設置されている。この干渉
計で変調され、ハーフミラー５８で反射された干渉光を
Ｐ波とＳ波の各偏光成分に分割するために偏光ビームス
プリッタ６０が設けられている。６２は偏光ビームスプ
リッタ６０を透過した一方の偏光成分を受光する検出器
としてのフォトダイオードであり、６４は偏光ビームス
プリッタ６０で反射された他方の偏光成分を受光する検
出器としてのフォトダイオードである。フォトダイオー
ド６２はプリアンプ６６に接続され、フォトダイオード
６４はプリアンプ６８に接続されている。７８，８０は
入力信号をパルス列に変える波形整形器であり、８２は
波形成形された２個のパルス信号ａ，ｂを入力するアッ
プ／ダウン・カウンタである。アップ／ダウン・カウン
タ８２は両入力信号の位相関係からアップ／ダウンのモ
ードを定めるとともに、入力信号のパルス数を計数し、
ＣＰＵバスライン８４へ送出する。

【００１５】フォトダイオード６２の信号が波形整形さ
れたものａはまた、摺動コントローラ２０とサンプルホ
ールドアンプ４６、Ａ／Ｄ変換器４８へも送られる。Ｃ
ＰＵバスライン８４にはＭＰＵ８６、プログラム格納メ
モリ８８、データ格納メモリ９０、外部記憶装置９２、
ＣＲＴ９４、プロッタ９６及びオートゲインアンプ４
４、Ａ／Ｄコンバータ４８、アップ／ダウン・カウンタ
８２が接続されている。本発明におけるセンターバース
ト位置検出部２０６はＭＰＵ８６により実現され、セン
ターバースト位置記憶部２０８は別にＥＥＰＲＯＭを接
続するか、外部記憶装置９２により実現される。

【００１６】図６の実施例におけるＦＴＩＲの動作を示
す。 （ａ）コントロール干渉計の動作 偏光ビームスプリッタ６０で分割された互いに位相の異
なるレーザ干渉光はそれぞれフォトダイオード６２，６
４で受光され、それぞれのフォトダイオード６２，６４
の検出信号は波形整形され、パルス信号となってアップ
／ダウン・カウンタ８２の２個の入力ａ，ｂとして取り
込まれる。アップ／ダウン・カウンタ８２ではアップ／
ダウンのモードを両入力信号の位相関係から求める。す
なわち、移動鏡６がビームスプリッタ２に近づく方向で
あれば、一方の信号ａは他方の信号ｂに対して位相が９
０度進み、逆に移動鏡６がビームスプリッタ２から離れ
る方向であれば信号ａはｂに対して位相が９０度遅れる
からである。また、アップ／ダウン・カウンタ８２で計
数される入力信号のパルス数は、移動鏡６の位置に依存
した信号となる。アップ／ダウン・カウンタ８２の出力
信号はバスライン８４を介してＭＰＵ８６に取り込ま
れ、移動鏡の摺動の異常を検出し、また赤外分光測定の
インターフェログラムの積分を行なう際の信号として用
いられる。

【００１７】摺動コントローラ２０は、フォトダイオー
ド６２の検出信号の周波数が一定になるように、パワー
アンプ１８を介してリニアモータ１６に印加する電圧を
制御する。フォトダイオード６２の検出出力が整形され
たもの（ａ信号）はまた、サンプルホールドアンプ４６
のサンプリング信号としても、Ａ／Ｄ変換器４８の変換
スタート信号としても用いられる。

【００１８】（ｂ）赤外データ収集の動作 赤外光源２２から射出されて干渉計で変調され、試料室
３４を経て赤外検出器３８で電気信号に変換された信号
は、プリアンプ４０からフィルタ４２、オートゲインア
ンプ４４を経てサンプルホールドアンプ４６でサンプリ
ングされ、Ａ／Ｄコンバータ４８でデジタル信号に変換
されてバスライン８４に取り込まれる。移動鏡６の移動
に伴なってインターフェログラムが生成する。コントロ
ール干渉計の干渉信号である信号ａを用いてＡ／Ｄ変換
器４８のＡ／Ｄ変換が起動される。クアドラチュアコン
トロールにより移動鏡６の現在位置がリアルタイムで検
出されており、この現在位置信号はアップ／ダウン・カ
ウンタ８２により生成され、一連のインターフェログラ
ムのデータ収集開始点、終了点を知るために逐次ＭＰＵ
８６により認識され、移動鏡６の往復方向でデータ収集
が行なわれる。

【００１９】移動鏡６の初期位置が重力つり合い位置と
なっている移動鏡摺動機構１４の一例を図７に示す。
（Ａ）は垂直断面図、（Ｂ）は（Ａ）の左側面図であ
る。１３０はボディー、１３１はベースであり、ベース
１３１はボディー１３０にプレート１３２，１３３を介
して回転可能に吊るされている。ボディー１３０とプレ
ート１３２，１３３の間、及びベース１３１とプレート
１３２，１３３の間はフィルム１４１，１４２によって
固定され、自由に回転することができる。ベース１３１
にはミラーホルダー１３４を介して移動鏡６が固定され
ている。ボディー１３０内にはマグネット１３６とポー
ルピース１３７がボルト１３８によってプレート１３５
に固定されている。ベース１３１にはまた、イケール１
４０を介してコイル１３９が固定されており、コイル１
３９はマグネット１３６とポールピース１３７により形
成される磁界中を移動するように位置決めされている。
この摺動支持機構ではコイル１３９に電流を流すと、コ
イル１３９はマグネット１３６とポールピース１３７の
磁界によってローレンツ力を受け、ベース１３１を介し
て移動鏡６を図７（Ａ）で左右方向に移動させる。

【００２０】

【発明の効果】本発明ではセンターバースト位置を決定
するための移動鏡の移動範囲を、調整時には大きな範囲
にわたって行ない、測定時にはその結果に基づいて狭い
範囲を移動するだけですむので、センターバースト位置
が重力つり合い位置からずれる許容範囲が大きくなる。
その結果、従来であれば測定ごとに例えば±２.５ｍｍ
の範囲を移動させるのに対し、本発明では±５ｍｍの範
囲を移動させても測定時間が長くなることはないので、
例えばＦＴＩＲの傾きを調整する調整足を省いたり、Ｆ
ＴＩＲを設置する台の傾きの許容量が大きくなる効果が
ある。センターバースト位置決定の調整範囲が増えたに
もかかわらず、測定時にセンターバースト位置決定に要
する時間は変わらないか、むしろ短くなる。センターバ
ースト位置が予め記憶されているので、調整時に移動鏡
のセッティング状態をモニタすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のセンターバースト位置決定動作を示す図
である。

【図２】本発明を示すブロック図である。

【図３】調整時のセンターバースト位置決定動作を示す
フローチャート図である。

【図４】測定時の動作を示すフローチャート図である。

【図５】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ調整時と測定時の動
作を示す図である。

【図６】本発明が適用されるＦＴＩＲの一例を示す概略
構成図である。

【図７】図６における移動鏡摺動機構の一例を示す図で
あり、（Ａ）は垂直断面図、（Ｂ）は（Ａ）の左側面図
である。

【符号の説明】

２００ 移動鏡制御部 ２０２ 主干渉計 ２０４ コントロール干渉計 ２０６ センターバースト位置検出部 ２０８ センターバースト位置記憶部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料の測定を行なう主干渉計のビームス
   プリッタと固定鏡又は移動鏡との間に位相板を配置し、
   前記ビームスプリッタで合波された干渉信号から２つの
   偏光成分を分離して検出し、互いに位相がずれている両
   検出信号の位相関係と波数とから移動鏡の移動方向と位
   置とを検出するクアドラチュア・コントロール方式のコ
   ントロール干渉計を備えた移動鏡制御装置において、 前記移動鏡はその初期的なつリあい位置が重力方向にな
   るように吊り下げられた方式のものであり、 調整時にコントロール干渉計からの干渉信号と主干渉計
   からのインターフェログラムデータとを入力し、重力つ
   り合い位置からインターフェログラムが最大値をとるセ
   ンターバースト位置を検出するセンターバースト位置検
   出部と、 そのセンターバースト位置を記憶しておく不揮発性メモ
   リ装置からなるセンターバースト位置記憶部とを備え、 測定時には前記センターバースト位置記憶部に記憶され
   たセンターバースト位置を基準として測定開始点を決定
   することを特徴とするＦＴＩＲの移動鏡制御装置。