(57)【要約】  測定量（１２）の変化に従って変化する光学的な経路長差（ｄＧａｐ）を光に対して生成する空洞共振器（１１）を含む測定セル（５）による測定量（１２）の評価のために、次の各ステップが提案される：光導波路（４）の経路に配置された結合器（３）を介して前記光導波路（４）により白色光源（２）の光（１）を前記空洞共振器（１１）へ導入し、前記空洞共振器（１１）から前記光導波路へ反射された光（１’）の少なくとも一部を前記結合器（３）によって出力結合し、この反射された光（１’）を光学式の分光計（６）へ供給し、前記分光計（６）で反射された光（１’）の光学的なスペクトルを判定して、分光計信号（８）を生成し、前記分光計信号（８）を計算ユニット（９）へ供給し、前記分光計信号（８）は前記計算ユニット（９）により干渉図形へ直接的に変換され、その強度推移からそれぞれの振幅極値の位置が判定され、このそれぞれの位置が、測定量（１２）を含む、前記空洞共振器内での光学的な経路長差のそれぞれの値を直接的に表している。
2011515659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定量（１２）の変化に従って変化する光学的な経路長差（ｄＧａｐ）を光に対して生成する空洞共振器（１１）を含む測定セル（５）による測定量（１２）を評価する方法であって、次の各ステップを含んでおり、すなわち、
光導波路（４）の経路に配置された結合器（３）を介して前記光導波路（４）により白色光源（２）の光（１）を前記空洞共振器（１１）へ導入し、
前記空洞共振器（１１）から前記光導波路へ反射された光（１’）の少なくとも一部を前記結合器（３）によって出力結合し、この反射された光（１’）を光学式の分光計（６）へ供給し、
前記分光計（６）で反射された光（１’）の光学的なスペクトルを判定して、分光計信号（８）を生成し、
前記分光計信号（８）を計算ユニット（９）へ供給する、そのような方法において、
前記分光計信号（８）は前記計算ユニット（９）により干渉図形Ｉ（ｄ）へ直接的に変換され、その強度推移からそれぞれの振幅極値（Ｉｅｘｔｒｅｍａｌ）の位置が判定され、このそれぞれの位置が、測定量（１２）を含む、前記空洞共振器内での光学的な経路長差（ｄＧａｐ）のそれぞれの値を直接的に表していることを特徴とする方法。
【請求項２】
測定量（１２）の変化に従って変化する光学的な経路長差（ｄＧａｐ）を光に対して生成する空洞共振器（１１）を含む測定セル（５）による測定量（１２）を評価する方法であって、次の各ステップを含んでおり、すなわち、
少なくとも１つの光導波路（４）により前記空洞共振器（１１）へ白色光源（２）の光（１）を導入し、
前記空洞共振器（１１）から反射された光の少なくとも一部を少なくとも１つの別の光導波路または複数の別の光導波路によって出力結合し、この反射された光（１’）を光学式の分光計（６）へ供給し、
前記分光計（６）で反射された光（１’）の光学的なスペクトルを判定して、分光計信号（８）を生成し、
前記分光計信号（８）を計算ユニット（９）へ供給する、そのような方法において、
前記分光計信号（８）は前記計算ユニット（９）により干渉図形Ｉ（ｄ）へ直接的に変換され、その強度推移からそれぞれの振幅極値（Ｉｅｘｔｒｅｍａｌ）の位置が判定され、このそれぞれの位置が、測定量（１２）を含む、前記空洞共振器内での光学的な経路長差（ｄＧａｐ）のそれぞれの値を直接的に表していることを特徴とする方法。
【請求項３】
前記計算ユニット（９）による干渉図形への分光計信号（８）の変換は、好ましくは少なくとも一次近似において余弦関数を含む関数によって行われることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記計算ユニット（９）による干渉図形への分光計信号（８）の変換は、少なくとも一次近似において次の関数を含む関数によって行われることを特徴とする、請求項３に記載の方法：
【数１】
2011515659.tif 000009
【請求項５】
算出された光学的な経路長差（ｄＧａｐ）は相対値ではなく、たとえばナノメートル［ｎｍ］のような相応の物理的な長さ単位をもつ絶対値であることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記空洞共振器（１１）は幾何学的なミラー間隔（ｄｇｅｏ）で間隔をおく２つのミラー（１９，１９’）を有しており、前記ミラー１９，１９’のうち少なくとも１つは半透過性に構成され、光の一部は前記ミラー（１９，１９’）の間で往復するように反射され、それによって光学的なスペクトルがそれぞれの光学的な経路長差（ｄＧａｐ）により規定され、幾何学的なミラー間隔（ｄｇｅｏ）は相関づけによる迂回をすることなく直接的かつ絶対的にたとえばナノメートル［ｎｍ］のような相応の物理的な長さ単位で光学スペクトルから算出されることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記空洞共振器（１１）は１０．０μｍから４００μｍの範囲内で、好ましくは２０．０μｍから６０．０μｍの範囲内で、光学的な経路長差（ｄＧａｐ）を生成することを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記測定セル（５）は前記空洞共振器（１１）の光学的な経路長差（ｄＧａｐ）を温度依存的に相応に変化させる感温性素子（１８）を備えた温度測定セルとして構成されることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記空洞共振器（１１）の光学的な経路長差（ｄＧａｐ）の変化は好ましくは前記ミラー（１９，１９’）のうちの少なくとも１つと結合された材料膨張の変化によって生成され、前記ミラー１９，１９’のうちの少なくとも１つは半透過性に構成されることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記空洞共振器（１１）の光学的な経路長差（ｄＧａｐ）の変化は前記空洞共振器（１１）で光の経路に配置される材料（１８）の屈折値の変化によって形成されることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記空洞共振器（１１）の光学的な経路長差（ｄＧａｐ）の変化は膨張の変化と屈折値の変化との組み合わせによって形成されることを特徴とする、先行請求項９および１０のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記測定セル（５）は伸長等の圧力依存的な変形によって前記空洞共振器（１１）の光学的な経路長差（ｄＧａｐ）を圧力の関数として相応に変化させる感圧性素子を有する圧力測定セルとして構成されることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記測定セル（５）は圧力測定セルとして構成され、前記感圧性素子は好ましくは隔膜（１４）を有しており、該隔膜は前記空洞共振器（１１）の少なくとも一部を形成するとともに圧力の関数として撓み、そのようにして幾何学的な経路長（ｄｇｅｏ）の変化によって光学的な経路長差（ｄＧａｐ）を変化させることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記圧力測定セル（５）は真空圧力測定セルとして構成され、前記感圧性素子は好ましくは隔膜（１４）を有しており、該隔膜は前記空洞共振器（１１）の少なくとも一部を形成し、該空洞共振器をそこで真空気密に閉止することを特徴とする、先行請求項１２および１３のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記計算ユニット（９）ではマイクロプロセッサおよび／またはデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）および／またはフィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）および／またはゲートアレイが使用されることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
測定量（１２）の変化に従って変化する光学的な経路長差（ｄＧａｐ）を光に対して生成する空洞共振器（１１）を含む測定セル（５）を備える測定構造であって、次のものを含んでおり、すなわち、
光導波路（４）の経路に配置された結合器（３）を介して前記光導波路（４）により前記空洞共振器（１１）と接続された白色光源（２）と、
前記結合器（３）と接続され、前記空洞共振器（１１）から前記光導波路（４）へ反射された光（１’）の少なくとも一部を出力結合する光学式の分光計（６）と、
相応の電気インターフェースを介して前記分光計（６）と接続された計算ユニット（９）とを含んでいる、そのような測定構造において、
前記計算ユニット（９）は前記分光計信号（８）を干渉図形Ｉ（ｄ）へ直接的に変換し、その強度推移からそれぞれの振幅極値Ｉｅｘｔｒｅｍａｌの位置が判定され、このそれぞれの位置が、測定量（１２）を含む、前記空洞共振器（１１）内での光学的な経路長差（ｄＧａｐ）のそれぞれの値を直接的に表していることを特徴とする測定構造。
【請求項１７】
前記結合器（３）に代えて少なくとも１つの別の別個の光導波路が設けられており、該光導波路は、前記空洞共振器（１１）から反射された光（１’）を前記分光計（６）へ供給するために、前記空洞共振器（１１）および前記分光計（６）と接続されていることを特徴とする、請求項１６に記載の測定構造。
【請求項１８】
前記計算ユニット（９）で信号変換をするための関数は少なくとも一次近似において余弦関数を含んでおり、好ましくは少なくとも一次近似において次式を含んでいることを特徴とする、請求項１６または１７に記載の測定構造。
【数２】
2011515659.tif 000010
【請求項１９】
前記空洞共振器（１１）は幾何学的なミラー間隔（ｄｇｅｏ）をおいて配置された２つのミラー（１９，１９’）を有しており、前記ミラー１９，１９’の少なくとも１つは半透過性であり、光の一部は前記ミラー（１９，１９’）の間で反射され、それによってそれぞれの光学的な経路長差（ｄＧａｐ）により光学スペクトルが規定され、前記ミラー間隔（ｄｇｅｏ）は相関づけの迂回をすることなく直接的かつ絶対的にたとえばナノメートル［ｎｍ］のような相応の物理的な長さ単位で光学スペクトルから判定され、前記ミラー間隔（ｄｇｅｏ）は好ましくは５．０μｍから２００μｍの範囲内にあり、好ましくは１０．０μｍから３０．０μｍの範囲内にあることを特徴とする、請求項１６から１８までのいずれか１項に記載の測定構造。
【請求項２０】
前記測定セル（５）は温度測定セルとして構成されており、そのために前記空洞共振器（１１）は前記空洞共振器（１１）の光学的な経路長差（ｄＧａｐ）を温度依存的に相応に変化させる感温性素子（１８）と作用接続されていることを特徴とする、請求項１６から１９までのいずれか１項に記載の測定構造。
【請求項２１】
前記測定セル（５）は伸長等の圧力依存的な変形によって前記空洞共振器（１１）の光学的な経路長差（ｄＧａｐ）を圧力の関数として相応に変化させる感圧性素子を有する圧力測定セルとして構成されていることを特徴とする、請求項１６から１９までのいずれか１項に記載の測定構造。
【請求項２２】
前記圧力測定セル（５）は感圧性素子として好ましくは隔膜（１４）を有しており、該隔膜は前記空洞共振器（１１）の一部を形成するとともに圧力の関数として撓み、前記圧力セル（５）は好ましくは真空測定セルであることを特徴とする、請求項２１に記載の測定構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１および２の構成要件に基づく測定セルによる測定量を評価する方法に関するものであり、ならびに、請求項１６のプリアンブルに基づく測定構造に関するものである。
【０００２】
本発明は、圧力、温度、伸長、光学的な屈折値などの測定量を測定するための光ファイバ方式の干渉式センサ観測システムとの関連における評価方法に関するものである。特に、真空圧力を特別に簡単かつ正確に検出できるようにすることが意図される。
【背景技術】
【０００３】
干渉原理に基づく測定システムにより、さまざまな測定量を高い解像度と精度で測定することができる。このような測定システムの典型的な代表は、ファブリ・ペロー（ＦＰ）型センサに基づく測定システムである。この測定システムは、いわゆるファブリ・ペロー型のセンサ空洞共振器で、光学的な経路長差を測定する。この経路長差は測定されるべき物理量に依存して変化し、空洞共振器の前面で反射される光と空洞共振器の背面で反射される光との光学的な経路長の差異の関係に呼応している。光学的な経路長差は、光が通過する材料の屈折率と、光が進んだ幾何学的な経路長差との積から算出される。したがって、たとえばファブリ・ペロー型のセンサ空洞共振器を形成する２つの隔膜の間隔が圧力に依存して変化したり、あるいは、この間隔が温度変化の結果としての材料膨張に基づいて変化したりすると、光学的な経路長差が変化する可能性がある。あるいは光学的な経路長差は、たとえば空洞共振器内にある材料または空洞共振器を形成する材料の光学特性（屈折値）の変化によっても、変化する可能性がある。このような測定システムは、本来のセンサを形成するファブリ・ペロー空洞共振器と、適当な評価ユニットと、光源とで構成される。光源として、コヒーレンス波長の短い広帯域または白色の光源が使用されるとき、たとえば白熱灯あるいは白色の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ，（ＬＥＤ））が使用されるとき、白色光干渉法という用語が用いられる（ＷＬＩまたはＷｈｉｔｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）。ＷＬＩにより、センサ空洞共振器で光学的な経路長差を絶対的に測定することが可能である。
【０００４】
センサ空洞共振器は、光導波路によって、評価ユニットと接続されている。光源から出た光は、光導波路を介してセンサ空洞共振器へと案内される。光はセンサ空洞共振器で、光学的な経路長または測定されるべき量に依存して変調される。そして変調された光は、同一の光導波路もしくは別の第２の光導波路を介して評価ユニットへ送り返され、そこで評価される。この評価は、基本的に、２通りの異なる方法で具体化することができる。そのために干渉計か分光計かのいずれかが利用される。
【０００５】
干渉計に基づく評価方法として、偏光干渉計およびフィゾー干渉計が基本的に広く普及している。偏光干渉計はＤｕｐｌａｉｎの米国特許第７’２５９’８６２Ｂ２号明細書に記載されており、フィゾー干渉計はＢｅｌｌｅｖｉｌｌｅ他の米国特許第５’３９２’１１７号明細書に記載されている。分光計に基づく評価ユニットはＮａｕ他の米国特許第６’０７８’７０６号明細書、ならびにＭｅｌｎｙｋの米国特許第７’０９９’０１５Ｂ２号明細書に記載されている。従来技術に基づく評価アルゴリズムの詳細は、Ｍｅｌｎｙｋの米国特許出願公開第２００５／０１５１９７５Ａ１号明細書に記載されている。
【０００６】
現代の評価ユニットでは、品質的に高価値な分光計が使用される。このような分光計は、１ｎｍよりもすぐれた解像度を有しており、３５００個を超える個々のセンサ素子（ピクセル）を備えるラインセンサを使用している。測定サイクルのたびに、それぞれ全部のセンサ素子が読み取られてデジタル化されなくてはならない。発生するデータ量はセンサ素子の個数に比例しており、すなわち、可能な最短のサイクル時間についても規定をする。サイクル時間は、現在使用されている分光計では５０ｍｓであり、これは２０Ｈｚの最大リフレッシュレートに相当している。このような分光計の単価は高く、少なくとも１，０００ドルを大きく超える（典型的には型式に応じて１，４９９ドルから１，８９９ドル）。
【０００７】
フィゾー干渉計と偏光干渉計は、図１および図２に模式的に示すように、それぞれの構成に関してほぼ等価である。両者とも特に、相応に正確に製作されなくてはならない光学楔３０を必要とする。フィゾー干渉計の構造は、図１（Ｂｅｌｌｅｖｉｌｌｅの米国特許第５’３９２’１１７号明細書も参照）に模式的に示されている。フィゾー干渉計では、この楔は反射層を備えていなくてはならない。偏光干渉計の構造は、図２（Ｄｕｐｌａｉｎの米国特許第７’２５９’８６２号明細書も参照）に模式的に示されている。偏光干渉計の楔３０は、反射層の代わりに偏光器を使用する。所要の層ないし偏光器を備えるこのような楔は高いコストがかかり、したがって製造に関して高価であり、結果として生じる干渉図形に影響を及ぼして実現可能な測定精度を低くする、望ましくない分散効果を有している。同様に、楔における光学的な経路長は温度依存的である。このような依存性は（部分的に）補償することができるが、それにもかかわらず、実現可能な精度に不都合な影響を及ぼし、具体化のための付加的コストを意味している。
【０００８】
しかも、これら両方の干渉計の原理は相対的な測定値しか供給せず、すなわち両者は、絶対的な測定値を供給するために、生産中にキャリブレーションを行わなくてはならない。
【０００９】
これら両方の原理では測定範囲は楔によって定義され、すなわち固定的である。最大限測定可能な光学的経路長は楔の最大の厚みによって規定され、最小限測定可能な光学的経路長は最小の厚みによって規定される。楔の「勾配」によって定義される実現可能な解像度も、同じく固定的である。
【００１０】
実現可能な測定精度は、特に、測定信号のコントラストおよび信号対雑音比に依存して決まる。さらに、これらの値はセンサの変調度による影響をうけ、および、センサが評価ユニットと接続される光導波路の長さまたは減衰による影響をうける。変調度（変調される光と変調されない光の比率）は、結合光学系およびセンサ空洞共振器の光学的特性によって規定される。空洞共振器の半透過性ミラーについては、約２５％の反射が理想的である。このことは実際には、相応に光学的に作用するコーティングを用いて、非常に高いコストをかけなければ実現できない。しかし、そうしたコーティングはあらゆるケースで具体化可能なわけではなく、コーティングされていないガラス面をミラーまたは半透過性ミラーとして使用することを余儀なくされる。そのようなミラーは、使用する材料に依存して、それぞれ約４％の反射しか有していない。そうしたケースでは、非常に悪いコントラストまたは非常に低い信号対雑音比をもつ測定信号しか得られない。その場合、測定信号の評価のために非常に大きなコストをかけなくてはならず、実現可能な精度も制約される。
【００１１】
分光計に基づく評価ユニットは、Ｍｅｌｎｙｋの米国特許第７’０９９’０１５Ｂ２号明細書に記載されている。図３は、これに相当する測定システムの模式的な構造を示している。同文献で提案されている構造の主要な欠点は、直接的な高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、帯域通過フィルタ、逆ＦＦＴ、位相の加算、およびこれに続くルックアップテーブルからの測定値の判定など、測定されたスペクトルの正規化を通じての測定値の計算が複雑なことである。このような計算は、Ｍｅｌｎｙｋの米国特許第７’０９９’０１５Ｂ２号明細書に記載されており、典型的にはデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）３２によって具体化される。測定されたスペクトルはやはり正規化されなくてはならず、そのためには本来の測定センサ５に加えて、第２の標準センサ３１があることが前提となる。
【００１２】
Ｍｅｌｎｙｋの米国特許出願公開第２００５／０１５１９７５Ａ１号明細書には、上記に代わる計算方法が開示されている。図４は、そのような測定システムの模式的な構造を示している。この代替的な計算方法は、測定されたスペクトルと、事前に算出されて保存される理論上のスペクトルとの相関づけに基づいている。この場合の主要な欠点は、事前に算出されるスペクトルを保存するために必要な記憶装置３４であり、ならびに、相関づけ３３の計算のために必要な相応の計算ユニット３２の計算時間である。さらに、実現可能な測定精度は保存されるスペクトルの数に依存して決まり、すなわち、利用することができる記憶スペースあるいは利用することができる計算時間に依存して決まる。たとえば１０μｍから１００μｍのいっそう広い測定範囲をカバーし、たとえば０．０１ｎｍのサブナノメートル単位の解像度を実現しようとすれば、１０ｎｍごとに標準スペクトルが必要になると想定すると、約９，０００個のスペクトルが事前に算出されて保存されなくてはならない。そして、この大量の数のなかから相関づけによって正しいスペクトルを見出すことは、相当な計算コストを惹起する。こうした計算コストは、Ｍｅｌｎｙｋの米国特許出願公開第２００５／０１５１９７５Ａ１号明細書に記載されているように、追加のアルゴリズムによって再び削減することができるものの、それにもかかわらず、特に高い精度が求められる場合には膨大である。そのうえ、必要な計算時間を短縮するために記載されている簡素化（トラッキング）は、測定信号が測定サイクル内で大幅に変化していない場合にしか機能しない。測定値の変化が大きいとき、または信号の飛躍が生じているとき、トラッキング法は機能しなくなる。その場合、トラッキングがまったく不可能になるからである。測定機器を安定した制御回路で使用しようとするとき、安定性を保証できるようにするために、測定機器の最大の測定サイクル時間ないし応答時間を前提としなくてはならない。したがって、すぐ上に述べた理由により（すばやい信号の変化、信号の飛躍）、トラッキングは最小の測定サイクル時間には影響を及ぼさない。
【００１３】
Ｍｅｌｎｙｋの米国特許第７’０９９’０１５Ｂ２号明細書またはＭｅｌｎｙｋの米国特許出願公開第２００５／０１５１９７５Ａ１号明細書に記載されているような評価ユニットは、品質的に高価値な分光計を必要とする。そのような分光計は１ｎｍよりも優れた解像度を有していなくてはならず、相応に高価である。このような分光計の単価は、少なくとも１，０００ドルを大きく超える（典型的には型式に応じて１，４９９ドルから１，８９９ドル）。分光計で使用されるラインセンサは３，５００個を超える個々のセンサ素子（ピクセル）で構成されており、通常、３，６４８ピクセルである。測定サイクルごとに、それぞれ全部のセンサ素子が読み出されてデジタル化されなくてはならない。発生するデータ量はセンサ素子の個数に比例しており、すなわち、可能な最短のサイクル時間についても規定をする。サイクル時間は、現在使用されている分光計では５０ｍｓであり、これは２０Ｈｚの最大リフレッシュレートに相当している。
【００１４】
以上を要約すれば、分光計に基づく上述した方法は、あまりに多くの資源（メモリ、計算性能）を必要とし、迅速な制御用の用途を可能にするものではなく、あまりに高価であるので、産業用の具体化には適していないと言うことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって本発明の課題は、従来技術の欠点を取り除くことにある。特に本発明の課題は、簡素な分光計によって測定される干渉計センサ（たとえばファブリ・ペロー）の光学スペクトルから、当該センサにおける絶対的な光学的な経路長差を簡単、迅速、正確に、かつ高い解像度で判定することにある。この方法に基づく評価ユニットは、経済的に製造可能でなくてはならない。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この課題は、上述した方法において、請求項１および２の構成要件に基づいて解決され、ならびに、請求項１６の構成要件に基づく測定構造によって解決される。従属請求項は、本発明のさらに別の好ましい実施形態を記載している。
【００１７】
本発明による方法の実施は次のようにして行われる。測定セルは測定量を評価するために空洞共振器を含んでおり、この空洞共振器によって光について光学的な経路長差（ｄＧａｐ）が生成される。すなわち光が空洞共振器へ入力結合され、その内部で反射されて、再び出力結合される。この空洞共振器内の光学的な経路長差は、測定量の変化に応じて変化する。測定量の評価は次の各ステップを含んでいる：
・光導波路を用いて、光導波路の経路に配置された結合器を介して白色光源の光を空洞共振器へ導入し、
・空洞共振器から光導波路へ反射された光の少なくとも一部を結合器によって出力結合し、この反射された光を光学式の分光計へ供給し、
・分光計で反射された光の光学的なスペクトルを判定して、分光計信号を生成し、
・分光計信号を計算ユニットへ供給し、
このとき分光計信号は計算ユニットによりそれぞれ異なる光学的な経路長差ｄについて干渉図形Ｉ（ｄ）へ直接的に変換され、その強度推移からそれぞれの振幅極値（Ｉｅｘｔｒｅｍａｌ＝Ｉ（ｄＧａｐ））の位置が判定され、したがってこのそれぞれの位置が、測定量を含む、空洞共振器内での光学的な経路長差（ｄＧａｐ）のそれぞれの値を直接的に表している。
【００１８】
このように本発明によると、計算ユニットの計算関数によって、迂回をすることなく、スペクトルから直接的に干渉図形を求めることが可能であり、この干渉図形は出力信号として、光学的な経路長差およびこれに伴う測定されるべき量に相当する長さ単位を直接的に含んでいる。計算関数は少なくとも一次近似において余弦関数を含んでいるのが好ましい。余弦関数は、驚くべきことに、信号処理および測定構造の全体の大幅な簡素化を可能にする。当然のことながら、これには純粋に三角関数で変換されるあらゆる余弦関数の式が含まれており、これらの式はたとえば正弦関数、正接関数、余接関数といった他の三角関数もしくは相応の近似によって表される。
【００１９】
空洞共振器から反射された光の少なくとも一部の出力結合は、供給を行う光導波路以外に別途配置された、少なくとも１つの別の光導波路もしくは複数の光導波路によって行うことも可能である。別案として、空洞共振器への光を入力結合するために、および空洞共振器から反射された光を出力結合するために、たとえば導入と導出をするファイバからなる混合バンドルに共通に配置された複数の光導波路を使用することもできる。しかしいずれの場合にも、反射された光は光学的な分光計に供給される。しかしながら、ただ１つの光導波路と結合器とを備える構成のほうがコストが安く、より正確な結果をもたらし、したがって好ましい。
【００２０】
本発明は、特に、空洞共振器が測定セルへ直接的に統合されており、測定されるべき真空に依存して隔膜が変形し、この隔膜が空洞共振器を直接的に閉止し、その変形によって測定されるべき信号が光学的な経路長差を規定する、いわゆる隔膜真空測定セルを用いて、真空圧力の非常に厳密な検出をするのに特別に適している。このような種類の測定セルは特別にコンパクトに構成することができ、総合的に適合した互いによく整合している測定コンセプトのゆえに、特別に正確で再現可能な測定を広い測定範囲にわたって経済的な製造で可能にする。さらに別の主要な利点は、このような種類の測定セルが、測定隔膜を含めて、酸化アルミニウムおよび／またはサファイアのようなセラミック材料で実質的に構成することができることにあり、それにより、このような種類の測定セルは温度が高いときでも、化学的に侵襲的な真空プロセスに対して非常に耐性が高い。光学式の読み取り方式は高い温度に対する適性をいっそう促進し、電気的または電磁的な妨害影響に対しても脆弱でなく、このことは、このような種類の測定セルの高い測定感度と安定性を促進する。たとえば半導体産業における現代の真空プロセスでは、このような種類の特別に高い要求事項がますます大きな意義を帯びている。
【００２１】
次に、図面を参照しながら本発明を模式的かつ一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来技術に基づくフィゾー干渉計の原理図である。
【図２】従来技術に基づく偏光干渉計の原理図である。
【図３】従来技術に基づく測定信号の正規化のための第２の基準センサを有する、光学式の分光計に基づく光学式の干渉測定システムである。
【図４】従来技術に基づく測定量の判定のために基準スペクトルとの相関づけのための記憶装置を備えた計算ユニットを有する、光学式の分光計に基づく光学式の干渉測定システムである。
【図５】本発明による測定システムの構造である。
【図６】測定量を含む空洞共振器から反射された光の光学スペクトルである。
【図７】本発明の方策に基づいて光学スペクトルから求められた干渉図形である。
【図７ａ】図７の干渉図形の拡大部分図である。
【図８】好ましい真空隔膜セルを測定センサとして備える測定構造である。
【図９】温度測定セルを測定センサとして備える測定構造である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１から図４には、すでに導入部で説明した、光学式の干渉原理に基づく公知の測定システムが模式的に示されている。
【００２４】
図５は、好ましい隔膜ベースのファブリ・ペロー型測定システムの典型的な構造を示している。このシステムは、評価ユニット１３と、光導波路４によって評価ユニット１３と接続されたセンサ５とで構成されている。白色光源２からの光１は、結合器３と光導波路４とを介して、空洞共振器１１を備えるファブリ・ペロー型センサ５として構成された測定センサ５へ伝えられ、その内部で、測定されるべき量の関数として変調される。変調された光は、同じ光導波路４と結合器３とを介して、光学式の分光計６へ伝えられる。分光計は、さまざまな波長λｍで合計ｍ０個の強度値ｓλ（λｍ）を測定することによって、出力信号すなわち分光計信号８を生成する。このとき各々の値ｓλ（λｍ）は、波長λｍで測定された強度に相当している。分光計６では、光学スペクトルがたとえばラインセンサ７でピックアップされ、相応の電気信号に変換されて、分光計信号８となるように前処理される。分光計ラインセンサ出力信号８ないし分光計信号８は、分光計６の出力部で分光計信号回線により、相応の電気的なインターフェースを介して計算ユニット９へと送られ、そこで当該信号が計算関数により変換される。計算ユニット９は変換された信号をさらに出力ユニット１０へ送り、そこで信号は所望の形態で、たとえばアナログまたはデジタルの電気信号もしくは光学信号として、以後の使用のために前処理することができる。
【００２５】
空洞共振器１１は、幾何学的なミラー間隔（ｄｇｅｏ）をおいて配置された２つのミラー１９，１９’によって形成される。これらのミラー１９，１９’の少なくとも１つは、光に対して半透過性に構成されているのが好ましい。光１の一部は、半透過性のミラー１９のうちの一方を介して空洞共振器１１へ導入され、この部分が半透過性のミラー１９および１９’の間で往復するように反射され、半透過性のミラー１９で反射されるたびに、光の一部が再び空洞共振器から外へ出力結合され、この部分がそこで反射されている入力結合されていない光１の部分と干渉し、この干渉は、空洞共振器ないし両方の半透過性のミラー１９，１９’の幾何学的な間隔（ｄｇｅｏ）によって定義される光学的な経路長差（ｄＧａｐ）の整数倍に準じて、両方の光部分が進む異なる経路区間に依存して決まる。空洞共振器１１が屈折値１をもつ材料でできている場合（たとえば空気や真空）、この光学的な経路長差（ｄＧａｐ）は、ミラー間隔（ｄｇｅｏ）のほぼ２倍の大きさである。ここで解決されるべき測定工学上の課題のために、空洞共振器１１は、１０．０μｍから４００μｍの範囲内、好ましくは２０．０μｍから６０．０μｍの範囲内にある、光学的な経路長差（ｄＧａｐ）がそこで形成されるように構成されていると好都合である。半透過性のミラーは、たとえばコーティングされた表面として構成することができる。あるいは、たとえばガラスまたはサファイアといった適切な表面をもつ基層材料によっては、これを半透過性のミラーとしてそのまま利用することもできる。測定セル５における測定されるべき測定量１２は、ミラー間隔ｄｇｅｏを相応に変化させる。この変化がその後に本発明の構造および方法により検出され、最終的に構造の出力部１０で前処理された形態で利用することができる、正確かつ再現可能な測定量１２の再現を可能にする。
【００２６】
光学式の分光計６としては、光源のスペクトル領域をカバーし、４ｎｍのＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ（半値全幅））よりも優れた解像度を有する、あらゆる市販の分光計を使用することができる。白色ＬＥＤを光源として使用する場合、４３０ｎｍから７３０ｎｍの波長領域がカバーされなくてはならない。分光計センサ素子７としては、少なくとも２５６個のセンサ素子（ピクセル）を備える、同じく市販のラインセンサ（電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ（ＣＣＤ））、相補型金属酸化膜半導体（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（ＣＭＯＳ））、フォトダイオードアレイ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ  Ａｒｒａｙ（ＰＤＡ）））などを使用することができる。５１２個のセンサ素子を備えるＣＭＯＳアレイを使用するのが好ましい。
【００２７】
すなわち、たとえば５１２個のセンサ素子を備えるアレイを使用した場合、ｍについてｍ＝１からｍ０＝５１２の典型的な範囲が得られ、このことは、典型的には４３０ｎｍから７３０ｎｍの波長λｍに相当している。
【００２８】
次のステップでは、測定された分光計信号８が計算関数を用いて計算ユニット９により干渉図形Ｉ（ｄ），Ｉ’（ｄ）へと直接変換され、この強度推移に基づいてそれぞれの振幅極値Ｉｅｘｔｒｅｍａｌの位置が判定され、このそれぞれの位置が、測定量１２を含む、空洞共振器における光学的な経路長差（ｄＧａｐ）のそれぞれの値を直接表している。驚くべきことに、追加の基準測定構造、相関関数、複雑なアルゴリズムなどを使用することなく、たとえばナノメートル［ｎｍ］のような物理的な長さ単位での絶対値の判定が直接可能である。測定されたスペクトログラムの一例が図６に示されており、そこから計算関数で求められた干渉図形が図７および図７ａに示されている。
【００２９】
絶対干渉図形への変換をするための計算関数が、好ましくは少なくとも一次近似で余弦関数を含んでいると、少ないコストで特別に良好な結果を得ることができる。非常に適切な方策では、たとえば測定された分光計信号８が、計算ユニット９により好ましくは少なくとも一次近似において余弦関数を含んでいる計算関数を用いて、式（２）に示すｋ０個の離散した値ｄｋについて式（１）に従って干渉図形Ｉ（ｄｋ）へと直接変換され、または式（１’）に従ってＩ’（ｄｋ）へと変換される。
【００３０】
最後に、この干渉図形Ｉ（ｄｋ）ないしＩ’（ｄｋ）において、振幅極値Ｉｅｘｔｒｅｍａｌの位置（ｄＧａｐ）が式（４）に従って判定される。この値は、測定されるべき測定量を含む、求めたい光学的な経路長差（ｄＧａｐ）に正確に呼応している。必要な計算は、これに適した計算ユニット９によって実行される。計算ユニットにはマイクロプロセッサおよび／またはデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）および／またはフィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）および／またはゲートアレイなどが特別に良く適している。
【００３１】
【数１】
2011515659.tif 000003
【００３２】
分母ならびに分子の第１項は、たとえば信号の正規化ないしスケーリングのために設けられている。空洞共振器における光学的な経路長差（ｄＧａｐ）を算出するには、これらの追加の関数は必要ではなく、式（１）は次式に簡略化することができる：
【００３３】
【数２】
2011515659.tif 000004
【００３４】
すでに述べたとおり、さらなる信号の適合化が希望されるときには、関連する余弦関数を含むこの基本関数を追加的に別の計算関数と組み合わせ、または重ね合わせることができる。
【００３５】
各々の標本点ｋは光学的な経路差ｄｋに相当しており、すなわち、干渉図形は値ｄｍｉｎとｄｍａｘの間で合計ｋ０個の標本点について計算される。すなわち、ｄｋについては次式が成り立つ：
【００３６】
【数３】
2011515659.tif 000005
【００３７】
典型的な範囲はｋ＝１からｋ０＝１０２４であり、これは、たとえば典型的には１０μｍから３０μｍの等価なファブリ・ペローのミラー間隔（ｄｇｅｏ）に相当している。
【００３８】
ここで説明している測定工学上の用途については、および特に高い品質の真空隔膜測定セルの適用については、ミラー間隔（ｄｇｅｏ）について５．０μｍから２００μｍの範囲内の間隔、特に１０．０μｍから３０．０μｍの範囲内の間隔を形成するのが好ましい。
そして、ファブリ・ペロー型センサの光学的な経路長差は、振幅極値Ｉｅｘｔｒｅｍａｌが干渉図形に生じる値ｄ＝ｄｇａｐに厳密に呼応している。屈折値が１のとき（たとえば真空）、光学的な経路長差はミラー間隔の２倍に正確に一致する。そのための前提は、光１が空洞共振器１１ないしミラー面１９，１９’へ厳密に垂直に、かつ垂直にのみ当たり、これによって反射されることである。
【００３９】
干渉図形Ｉ（ｄｋ）ないしＩ’（ｄｋ）の振幅極値Ｉｅｘｔｒｅｍａｌの厳密な位置は、もっとも単純には、二次近似（二次フィット）により判定される。近似に用いられる標本点の個数（「フィット窓」のサイズ）の影響に関わる実験が示すところでは、３個の点の窓サイズがもっとも正確な結果をもたらしている。そこから振幅極値Ｉｅｘｔｒｅｍａｌの正確な位置を判定するために、次のような方策が得られる：
１．干渉図形Ｉ（ｄｋ）ないしＩ’（ｄｋ）を含むアレイで極値Ｉｅｘｔｒを探し、このことは付属の指数値ｄｅｘｔｒをもたらす。
２．次いで、隣接する両方の干渉図形値である、地点ｄｅｘｔｒ−ΔｄにおけるＩｅｘｔｒ−１および地点ｄｅｘｔｒ＋ΔｄにおけるＩｅｘｔｒ＋１を判定することができる。
３．これら３つの点は二次関数を定義しており、その頂点は１次導関数のゼロセットによって正確に規定することができる。
４．この頂点の位置ｄＧａｐ（光学的な経路長差）は、ファブリ・ペロー型センサにおける光学的な経路長差に正確に呼応しており、すなわち次のとおりである：
【００４０】
【数４】
2011515659.tif 000006
【００４１】
当然ながら、二次多項式による頂点の値の算定のために、３つを超える標本点を利用することも可能である。その場合、頂点の値を正確に判定するための二次多項式を計算する好ましい手法（多項式フィット）は、直交多項式の手法である。この手法も同じく、干渉図形Ｉ（ｄｋ）またはＩ’（ｄｋ）における標本点の等距離の間隔（Δｄ）を利用するものである。
【００４２】
光学的な経路長差（ｄＧａｐ）と幾何学的なミラー間隔（ｄｇｅｏ）との間の関係は、式（５）によって定義される：
【００４３】
【数５】
2011515659.tif 000007
【００４４】
ここで、ｎはセンサ空洞共振器１１の材料の光学的な屈折値を表しており、Ｃは、センサ空洞共振器１１への光の入射角の影響と、すべての入射角を通じての当該光の相応の強度分布とを考慮した修正係数である。このようにミラー間隔は、光学的な経路長差と同じく、相関づけを通じての迂回をすることなく、たとえばナノメートル［ｎｍ］のような相応の物理的な長さ単位で絶対的かつ直接的に求めることができる。
【００４５】
６２．５μｍのファイバを備える屈折率分布型の光導波路が空洞共振器へ直接結合される場合について、Ｃは０．９８７８８７と算定される。これと同じ光導波路を用いるが、ただし４倍の拡大率のレンズ１７を備える追加の結合光学系を用いると、０．９９９２４１とのＣの値が得られる。
【００４６】
そして使用するセンサに依存して、着目する量について式（５）を解くことができる。たとえば隔膜をベースとする図８の圧力センサの場合、空洞共振器１１の幾何学的な間隔ｄｇｅｏは、たとえば測定されるべき圧力１２のような測定されるべき測定量１２に依存して変化する。空洞共振器１１は、通常、空気で充填されているか、または排気されている。いずれのケースでも、屈折値ｎは１であると想定することができる。これに加えて、この屈折値は測定されるべき圧力には依存せず、ｄｇｅｏについて式（５）を解くことができ、圧力を表す目安が直接得られる。
【００４７】
たとえば図９に示すような温度センサの場合、空洞共振器１１の材料１８の屈折値は、可能な限り同じに保たれる空洞共振器の幾何学的な間隔ｄｇｅｏで、測定されるべき温度に依存して変化する。この場合にはｎについて式（５）を解き、温度を表す目安が直接得られる。
【００４８】
次の表１には、使用するすべての数学記号が一覧として表記され、定義されている：
【００４９】
【表１】
2011515659.tif 000008
【００５０】
本発明による方法は非常に簡単に具体化することができる。なぜなら特に、フーリエ変換の計算で生じるような積の合計を計算すればよいからである。したがって、並列の計算アーキテクチャを備える市販のＤＳＰおよびＦＰＧＡが、このような計算を非常に良くサポートすることができる。それにより、振幅極値Ｉｅｘｔｒｅｍａｌの正確な判定を含めた干渉図形の完全な計算について、相応に迅速な＜１ｍｓのサイクル時間を問題なく実現することができる。従来技術に基づく分光計による方法とは異なり、（事前に）算出または測定される基準スペクトルを保存するための追加の記憶装置３４は必要なく、所要の計算時間は、相応の相関計算３３の計算時間に比べて大幅に短くなる。したがって、より簡素かつそれに伴って安価な、そのうえロバスト性の高い評価ユニットを構成することができる。ＦＰＧＡでアルゴリズムが具体化されれば、１ｍｓよりも大幅に短い時間内でこれを問題なく実行することができ、したがって、所要の計算時間がシステムサイクル時間に影響を及ぼすことがなくなる。システムサイクル時間は、分光計６におけるラインセンサ素子７（ＣＣＤアレイ）の所要の積分時間によって規定されることになる。市販の標準デバイス（分光計６、光導波路４、結合器３）、光源としての市販の白色ＬＥＤ２（製造年２００７年以降）、ならびにできる限り簡素なファブリ・ペロー型センサ５（未コーティングの空洞共振器を備える）を使用すれば、１ｍｓの最小限の積分時間も有意義に実現することができる。
【００５１】
本発明による方法は、はるかに簡素かつそれに伴って安価な分光計６を使用することを可能にする。これまでの従来技術では、１ｎｍのＦＷＨＭよりもはるかに優れた解像度を有する分光計が使用されている。しかし、４ｎｍのＦＷＨＭよりも優れた最小限の解像度を分光計が有しているだけでよくなり、したがって、分光計を大幅に安価かつ小型に製作することができる。このように簡素な分光計にもかかわらず、たとえば一例として３６μｍの光学的な経路長差（ｄＧａｐ）を、０．０１ｎｍよりも優れた標準偏差で測定することが可能である。
【００５２】
しかも従来技術に基づく分光計６は、典型的には３，６４８個のセンサ素子（ピクセル）を有するラインセンサ７を装備している。測定サイクルのたびに、全部のセンサ素子それぞれが読み取られてデジタル化されなくてはならない。発生するデータ量はセンサ素子の個数に比例しており、すなわち、可能な最短のサイクル時間についても規定をする。サイクル時間は、現在使用されている分光計では５０ｍｓであり、これは２０Ｈｚの最大リフレッシュレートに相当している。しかし本発明による方法は、わずか５１２個のセンサ素子をもつラインセンサ７を備える分光計を使用することを可能にする。このことはデータ量を著しく削減し、１ｍｓよりも短いサイクル時間、または１ｋＨｚよりも大きいリフレッシュレートを実現することができる。このことは従来技術（５０ｍｓないし２０Ｈｚ）に対する主要な利点のひとつである。それによって特に、光学測定原理が実際値の検出に利用される、いっそう迅速で安定した制御システムを構築することができるからである（たとえば流量制御ないしマスフローコントローラ）。
【００５３】
従来技術に基づく方法はすべて、測定された干渉図形またはスペクトルを以後の評価に備えて準備するために、部分的に著しい計算コストを必要とする。この点に関わる問題は、すでに導入部で説明したとおりである。分光計に基づく従来技術の方法は、本来の評価（相関づけ）を開始できるようになる前に、相応の信号前処理を同じく必要とする。しかし本発明による方法は、測定されたスペクトルを何らかのハードウェアまたはソフトウェアで前処理またはフィルタリングすることなく、直接的に評価することを可能にする。
【００５４】
本発明のさらに別の利点は、ソフトウェアで計算範囲（ｄｍｉｎ，ｄｍａｘ）を選択することにより、さまざまな空洞共振器（光学的な経路長差）ならびに所望の解像度（Δｄ）に合わせて、測定システムを非常に簡単に適合化できるということにある。このことは、干渉計に基づくシステムではハードウェアの変更（楔３０の厚み）によってのみ行われ、分光計に基づく公知のシステムでは、相関計算のための新しい基準データを記憶装置にロードするだけでよい。したがって本発明の方法により、まず広い範囲（広いｄｍａｘ−ｄｍｉｎ）にわたって「大まかなスキャン」を低い解像度（大きいΔｄ）で行い、そこから振幅極値Ｉｅｘｔｒｅｍａｌのおよその位置を判定することが、非常に容易に可能である。そして次の測定サイクルで、正確な位置を高い解像度で、そのために限定された測定領域（先ほど判定された振幅極値Ｉｅｘｔｒｅｍａｌの位置周辺の領域）で判定することができる。このような測定システムの「ソフトウェア上の」適合化ないし最適化は、干渉計に基づく測定システムによってはまったく不可能であり、また、分光計に基づく公知のシステムでは、相関領域に必要なデータを利用できるようにするための追加のコストと結びついている。
【００５５】
すでに述べた従来技術の方法は相関法に基づいている。この方法では、測定されたスペクトルがそれぞれ高速フーリエ変換（ＦＦＴ）にかけられなくてはならない。そして、測定値を算出するために、このＦＦＴの結果が保存されている値と相関づけられる。すなわち測定値を算出するために、ＦＦＴとこれに後続する相関づけが常に必要である。測定されたスペクトルからＦＦＴを計算するための計算コストは、本発明の方法に基づいて干渉図形を算出するために必要な計算コストに匹敵する。相関づけのための計算コストは、本発明による方策では全面的に省略される。このように本発明の方法は少ない計算時間しか必要とせず、それにより、より短い測定サイクル時間またはより迅速な応答時間を可能にする。このことはひいては、従来技術と比較したとき、より迅速で安定した制御器への応用を可能にする。また、それによって素早い信号変化または信号飛躍もより良く検出し、追跡することができる。たとえばＦＰＧＡを用いて本方法が具体化されれば、計算時間を問題なく１ｍｓ以下に抑えることができ、すなわち、システムサイクル時間が方法の計算時間によって規定されるのではなく、分光計６のラインセンサ素子７の所要の積分時間によって規定され、これはラインセンサ素子７で利用可能な光出力と、その感度および雑音特性に依存して決まる。
【００５６】
（１）および（１’）に記述されている干渉図形計算は、適用される和の形成に基づき、信号雑音の大幅な低減をすでに惹起する。あるいは高速の測定サイクル時間のおかげで、たとえば移動平均値のような追加のフィルタ関数をさらに具体化することもでき、その際に、測定機器の応答時間を不釣り合いなまでに長くすることがない。このようなフィルタ関数により、たとえば解像度をいっそうアップさせることができる、あるいは、必要な信号対雑音比（信号品質）に関わる最低限の要求事項をいっそう引き下げることができる。このように、測定センサ５と評価ユニット１３との間でいっそう長い接続ケーブル４を使用することができ、測定センサ５の許容差に関わる要求事項をいっそう引き下げることができ、このことはひいては、いっそう簡素で安価でロバスト性の高い、または信頼度の高い測定センサにつながる。
【００５７】
従来技術に基づくファブリ・ペロー型センサ５の空洞共振器１１は、コントラストまたは信号対雑音比を高めるために、半透過性のミラーについてコーティングされなくてはならない。しかし本発明の方法は、コーティングされていない空洞共振器１１の使用を可能にし、すなわち、たとえば通常のガラス表面の約４％のフレネル反射があるだけで、半透過性ミラーを構成するのに足りる。このことは、一方ではより安価でロバスト性の高い測定センサにつながり、また他方では、センサの利用範囲を高い温度のほうへ押し広げることができる。必要なくなったコーティングが、典型的には最大の利用温度を規定するからである。
【００５８】
本発明による方法のさらに別の利点は、結果として絶対的な光学的な経路長差（ｄＧａｐ）を物理的な経路長単位で、たとえばｎｍの単位で、直接的に得られるという事実にある。そのためのただ１つの前提条件は、キャリブレーションされた（市販の）分光計６を使用することである。そうすれば、測定されたスペクトルから直接的かつ一義的に、センサ空洞共振器１１の光学的な経路長差を算出することができる。公知の干渉計原理に基づく評価ユニットはすべて、光学的な経路長差に対するセンサ素子の割り当てを可能にするために、強制的にキャリブレーションされなくてはならない。そのようなキャリブレーションは常に追加コストと結びついている。分光計測定とこれに続く相関づけとに依拠するＭｅｌｎｙｋの米国特許出願公開第２００５／０１５１９７５Ａ１号明細書に記載の評価方法については、同じく一定量の基準スペクトルが生成または測定されて、引き続き保存されなくてはならない。そして、測定された信号を基準スペクトルと相関づけることで、出力信号を算出することができる。そのように考えるとキャリブレーションは基準スペクトルに含まれており、このことは、基準スペクトルを生成するためのコストを同じく意味しており、その保存のために追加の資源が必要である。
【００５９】
図６には、市販のＯＥＭ分光計を用いて測定されたスペクトルが図示されている。この分光計は２．９ｎｍ．．３．３ｎｍのＦＷＨＭ（波長依存的）と、４３０ｎｍ．．７３０ｎｍの波長領域とを有している。分光計６のラインセンサ素子７としては、５１２個のセンサ素子（ピクセル）を備えるＣＭＯＳアレイを使用した。測定構造は図５の図面に呼応している。光源２としては白色ＬＥＤを使用した。測定センサ５としては、好ましい隔膜ベースのファブリ・ペロー型圧力センサを使用した。センサ素子の測定時間ないし積分時間は１ｍｓであった。
【００６０】
そして、この測定されたスペクトルから本発明の方法によって干渉図形を算出した。その干渉図形が図７と図７ａとに示されている。図７ａは、算出された光学経路長差（ｄＧａｐ）の対応する値を含む振幅極値（Ｉｅｘｔｒｅｍａｌ）の領域における、図７の拡大部分図である。
【００６１】
干渉図形の強度値Ｉ（ｄ）は、この好ましい実施例では、２０μｍから６０μｍの光学的な経路長差（ｄ）について算出している。このような光学的な経路長差は、１０μｍから３０μｍの幾何学的なミラー間隔（ｄｇｅｏ）に相当している。センサは空気（屈折値ｎ〜１）で充填されているからである。算出された干渉図形は、図７および図７ａに示すように、３３．５％のコントラスト（最大値−最小値／（最大値＋最小値）／２）を有しており、振幅極値（Ｉｅｘｔｒｅｍａｌ）の位置（ｄＧａｐ）を二次フィットにより式（４）に従って判定することが絶対的に問題なく可能である。この二次フィットは、本例については３７，２１２．８０ｎｍの値（ｄＧａｐ）をもたらす。測定された標準偏差は０．０１１６９ｎｍであった。
【００６２】
本方法の１つの好ましい用途は、特に広い温度範囲および／または高い温度での、正確な温度測定のための使用である。そのために測定セル５は、空洞共振器１１の光学的な経路長差（ｄＧａｐ）を温度依存的に相応に変化ないし変動させる感温性素子１８が設けられた温度測定セルとして構成され、その様子は図９の例に模式的に示されている。空洞共振器１１の光学的な経路長差（ｄＧａｐ）の変化は、たとえば感温性材料の材料膨張の変化によって生成することができ、この運動ないし伸長は、半透過性であってもよいミラー１９，１９’のうち少なくとも１つと結合されているのが好ましく、それにより、ミラー１９および１９’の間の間隔が温度に依存して変化するようになっている。この場合、温度依存的な材料１８はそれ自体として空洞共振器１１を形成し、その表面には両側に、かつ材料１８によって間隔をおきながら反射をする面１９，１９’を有しており、これらの面の間で、入力結合された光の少なくとも一部が往復するように反射される。材料１８は温度に依存してその厚みおよびこれに伴うミラー間隔ｄｇｅｏを変化させ、その結果として、本発明に基づく評価により、測定セル５に印加される温度に呼応する出力信号が生じる。
【００６３】
感温性材料１８を空洞共振器１１に接して取り付け、および／またはその外部に取り付け、それにより、たとえばミラー１９，１９’の一方だけが材料１８の伸長によって動くようにすることも容易に可能である。この場合、材料１８の伸長運動がミラー１９，１９’の少なくとも一方に伝達され、それによってミラー間隔ｄｇｅｏが相応に変化するように配慮されているだけでよい。
【００６４】
ミラー間隔ないし光学的な経路長差の機械的な変化のほか、光の経路における屈折値の変化によって、空洞共振器１１の光学的な経路長差（ｄＧａｐ）の変化を形成することも可能であり、そのために、たとえば材料が機械的および／または熱的な負荷をうけるとその屈折値が変化し、それが入力結合された光と相互作用する。
【００６５】
空洞共振器１１の光学的な経路長差（ｄＧａｐ）の変化は、膨張の変化と屈折値の変化とを組み合わせることによって形成することもできる。
【００６６】
すでに上に説明したとおり、ここで説明している方法は圧力測定のための用途に特別に適しており、その様子が図８に示されている。空洞共振器１１を備える測定セル５は、伸長等の圧力依存的な変形によって空洞共振器１１の光学的な経路長差（ｄＧａｐ）を圧力の関数として相応に変化させる感圧性素子が設けられることによって、圧力測定セルとして構成されている。
【００６７】
感圧性素子としては、特に、空洞共振器１１の一端に配置され、圧力の関数として相応の強さで撓み、そのようにして幾何学的な経路長の変化によって光学的な経路長差（ｄＧａｐ）を相応に変化させる隔膜１４が適している。
【００６８】
本質的に好ましい１つの用途は、すでに上で説明したとおり、真空圧力測定セルとしての圧力測定セル５の構成であり、このとき感圧性素子は、空洞共振器１１の一端に配置され、これをそこで真空気密に閉止する隔膜１４を有しているのが好ましい。隔膜１４は、第１のハウジング本体１５と第２のハウジング本体１５’との間で、封止をするように縁部に配置されている。ハウジング本体１５，１５’はプレート状に構成されており、酸化アルミニウムおよび／またはサファイアのようなセラミック材料でできているのが好ましい。ハウジング本体１５，１５’は隔膜１４に対して間隔をおくように配置されており、それにより、隔膜１４の両側にそれぞれ間隙状のスペースが生じている。第１のハウジング本体１５と隔膜１４との間の間隙状のスペースは排気されており、基準真空室１１を形成すると同時に、空洞共振器１１を形成する。光は光導波路４によって第１のハウジング本体１５へ導入され、たとえばレンズ１７を介して、および窓１６を介して、空洞共振器１１へ入力結合される。窓１６は別個の部品として第１のハウジング本体１５の切欠きで封止をするように配置することができ、および／または第１のハウジング本体１５の全体が、たとえばサファイアのような光透過性の材料でできていてよい。空洞共振器１１の反射されるべき光の領域では、窓１６と隔膜１４の表面がミラー１９，１９’として構成されており、少なくとも入力結合側のミラーは部分反射をするように構成されている。表面品質が適切であれば、これらの表面をそのままミラー面として使用可能であり、あるいは、公知のやり方でこれらの表面をコーティングすることもできる。第２のハウジング本体１５’によって区切られる、隔膜の反対側にある第２の間隙状のスペースは、第２のハウジング本体１５’にある開口部を介して、および測定セル５の接続手段を介して、たとえば真空プロセス設備の測定されるべき媒体と連通する測定真空室を形成する。
【００６９】
市販の分光計６と、干渉式の（たとえばファブリ・ペロー型の）センサに由来する光学信号を評価ないし復調するための提案される新規な方法との組み合わせが、従来技術に比べて特別に好ましい。この好ましい組み合わせは、特に、商業的に市場で入手できる相応の干渉計を、より低コストで簡素な、かつそれによってロバスト性の高い解決法によって適用することを可能にする。以上を要約すると、市場で提供されている分光計に基づく解決法に比べて、本発明は次のような利点を有している：
・本発明は、少なくとも変わらない測定精度または改善された測定精度で、大幅に簡素（低い解像度、少ないセンサ素子（ピクセル）を備えるラインセンサ）かつこれに伴って大幅に安価な分光計６（１，５００ドルに代えて２００．−ユーロ）の使用を可能にする。
・少ないラインセンサおよびこれに伴う少ないセンサ素子を備える簡素な分光計は生成するデータが少なく、このことは、ひいては測定値処理に関する要求事項（Ａ／Ｄ変換、評価．．．）を引き下げ、それによって短いサイクル時間につながる（５０ｍｓに代えて１ｍｓ）。短いサイクル時間のおかげで、たとえば複数の測定値を平均し、そのようにして測定精度をいっそう向上させることが可能である。
・本発明による方法は、従来技術に基づく相関法に比べて大幅に簡潔であり、したがって非常に簡単かつそれに伴って相応に高いロバスト性で具体化することができ、それによって短い計算時間しか必要とせず、このことはひいては短い測定サイクルを可能にする。
・本発明による方法は求める絶対的な測定値を直接的に供給し、したがって、基準スペクトルおよびその保存のために必要な記憶素子も必要とせず、このことは、ひいては費用とコストを削減し、信頼度を高める。
・本発明による方法は、空洞共振器を（コントラストまたは信号対雑音比の改善のために）コーティングしなくてよく、したがってより簡素かつ安価に製造することができるファブリ・ペロー型センサを構成することを可能にする。これに加えて、このようなセンサの利用範囲を高い温度のほうへ押し広げることができる。このように必要がなくなるコーティングが、典型的には、最高の利用温度を規定しているからである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図７ａ】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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