(57)【要約】  本開示の態様は、バックグラウンドまたは基準スペクトル密度とサンプルまたは他のスペクトル密度との同時測定を提供する自己参照分光器に関する。この自己参照分光器は、入力ビームを受光して、その入力ビームを第１の光路に沿って導いて第１の干渉ビームを生成するとともに、第２の光路に沿って導いて第２の干渉ビームを生成するように光学的に結合された干渉計を含み、各干渉ビームが、干渉計の出力に先立って生成される。分光器は、第１の干渉ビームから生成された第１の干渉信号と第２の干渉ビームから生成された第２の干渉信号とを同時に検出するように光学的に結合された検出器と、第１の干渉信号および第２の干渉信号を処理するとともに、第１の干渉信号を処理する際に第２の干渉信号を基準信号として利用するように構成されたプロセッサとをさらに含む。【選択図】図１
2021519413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己参照分光器であって、
入力ビームを受光して、前記入力ビームを第１の光路に沿って導いて第１の干渉ビームを生成するとともに、第２の光路に沿って導いて第２の干渉ビームを生成するように光学的に結合された干渉計であって、前記第１の干渉ビームおよび前記第２の干渉ビームが、前記干渉計の出力部より前に生成され、前記第１の干渉ビームおよび前記第２の干渉ビームが、前記干渉計の外部の異なるそれぞれの媒体を通過する、干渉計と、
前記第１の干渉ビームから生成された第１の干渉信号と、前記第２の干渉ビームから生成された第２の干渉信号とを同時に検出するように光学的に結合された検出器と、
前記検出器に結合されたプロセッサであって、前記第１の干渉信号および前記第２の干渉信号を処理するとともに、前記第１の干渉信号を処理する際に前記第２の干渉信号を基準信号として利用するように構成されたプロセッサとを備えることを特徴とする分光器。
【請求項２】
請求項１に記載の分光器において、
前記干渉計がさらに、
前記入力ビームを受光して、前記入力ビームを第１の入射ビームと第２の入射ビームとに分割するように光学的に結合されたビームスプリッタと、
前記第１の入射ビームを受光して、前記第１の入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して第１の反射ビームを生成するように光学的に結合された固定反射器と、
前記第２の入射ビームを受光して、前記第２の入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して第２の反射ビームを生成するように光学的に結合された可動反射器と、
前記可動反射器に結合されて前記可動反射器に変位を生じさせるアクチュエータとを備え、前記変位が、前記第１の反射ビームと前記第２の反射ビームとの間に光路長差を生じさせることを特徴とする分光器。
【請求項３】
請求項２に記載の分光器において、
前記ビームスプリッタが、前記第１の反射ビームと前記第２の反射ビームとの間の干渉から第１の干渉ビームを生成して、前記第１の光路に沿って前記第１の干渉ビームを導くように、さらに光学的に結合され、
前記ビームスプリッタが、前記第１の反射ビームと前記第２の反射ビームとの間の干渉から第２の干渉ビームを生成して、前記第２の光路に沿って前記第２の干渉ビームを導くように、さらに光学的に結合されており、
前記検出器が、前記第１の干渉信号を検出するように光学的に結合された第１の検出器と、前記第２の干渉信号を検出するように光学的に結合された第２の検出器とを備えることを特徴とする分光器。
【請求項４】
請求項３に記載の分光器において、
前記固定反射器が、固定再帰反射器を含み、
前記可動反射器が、可動再帰反射器を含むことを特徴とする分光器。
【請求項５】
請求項４に記載の分光器において、
前記干渉計が、マッハツェンダー干渉計を含み、
前記ビームスプリッタが、第１のビームスプリッタおよび第２のビームスプリッタを含み、
前記固定反射器がさらに、前記第１のビームスプリッタから前記第１の入射ビームを受光し、前記第１の入射ビームを前記固定再帰反射器に向け直すように光学的に結合された第１の平面ミラーを含み、
前記固定再帰反射器が、前記第１の反射ビームを前記第２のビームスプリッタに向けるように光学的に結合され、
前記可動再帰反射器が、前記第１のビームスプリッタから前記第２の入射ビームを受光するように光学的に結合され、
前記可動反射器がさらに、前記可動再帰反射器から第２の反射ビームを受光して、前記第２の反射ビームを前記第２のビームスプリッタに向け直すように光学的に結合された第２の平面ミラーを含み、
前記第２のビームスプリッタが、前記第１の反射ビームおよび前記第２の反射ビームを受光して、前記第１の干渉ビームおよび前記第２の干渉ビームを生成するように光学的に結合されていることを特徴とする分光器。
【請求項６】
請求項３に記載の分光器において、
前記干渉計がさらに、前記入力ビームを受光して、前記入力ビームを前記ビームスプリッタに導くように光学的に結合されたカプラを含み、前記カプラが、前記ビームスプリッタから第２の干渉ビームを受光して、前記第２の光路に沿って前記第２の検出器に向けて前記第２の干渉ビームを導くようにさらに光学的に結合されていることを特徴とする分光器。
【請求項７】
請求項３に記載の分光器において、
前記入力ビームが、第１のスペクトル範囲を含む第１の入力ビームと、前記第１のスペクトル範囲とは異なる第２のスペクトル範囲を含む第２の入力ビームとを含み、
前記ビームスプリッタが、前記第１の入力ビームを受光して、前記第１の入力ビームを第１の副入射ビームと第２の副入射ビームとに分割するように光学的に結合され、
前記ビームスプリッタが、前記第２の入力ビームを受光して、前記第２の入力ビームを第３の副入射ビームと第４の副入射ビームとに分割するようにさらに光学的に結合され、
前記固定反射器が、前記第１の副入射ビームを受光して、前記第１の副入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して、第１の副反射ビームを生成するように光学的に結合され、
前記固定反射器が、前記第３の副入射ビームを受光して、前記第３の副入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して、第３の副反射ビームを生成するようにさらに光学的に結合され、
前記可動反射器が、前記第２の副入射ビームを受光して、前記第２の副入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して、第２の副反射ビームを生成するように光学的に結合され、
前記可動反射器が、前記第４の副入射ビームを受光して、前記第４の副入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して、第４の副反射ビームを生成するようにさらに光学的に結合され、
前記ビームスプリッタが、前記第１の副反射ビームおよび前記第３の副反射ビームを受光して、前記第１の副反射ビームと前記第３の副反射ビームとの間の干渉から前記第１の干渉ビームを生成するようにさらに光学的に結合され、
前記ビームスプリッタが、前記第２の副反射ビームおよび前記第４の副反射ビームを受光して、前記第２の副反射ビームと前記第４の副反射ビームとの間の干渉から前記第２の干渉ビームを生成するようにさらに光学的に結合されていることを特徴とする分光器。
【請求項８】
請求項７に記載の分光器において、
前記ビームスプリッタが、前記第１の入力ビームを受光するように光学的に結合された第１のビームスプリッタと、前記第２の入力ビームを受光するように光学的に結合された第２のビームスプリッタとを備え、
前記固定反射器が、前記第１の副入射ビームを受光するように光学的に結合された第１の固定反射器と、前記第３の副入射ビームを受光するように光学的に結合された第２の固定反射器とを備え、
前記可動反射器が、前記第２の副入射ビームを受光するように光学的に結合された第１の可動反射器と、前記第４の副入射ビームを受光するように光学的に結合された第２の可動反射器とを備え、
前記アクチュエータが、前記第１の可動反射器と前記第２の可動反射器の両方に結合され、前記第１の可動反射器と前記第２の可動反射器を同時に変位させることを特徴とする分光器。
【請求項９】
請求項８に記載の分光器において、
前記第２の可動反射器が、光路増倍コーナーミラーを含むことを特徴とする分光器。
【請求項１０】
請求項１に記載の分光器において、
前記第１の光路がサンプルアームを含み、前記第２の光路が基準アームを含み、前記サンプルアームが被試験サンプル（ＳＵＴ）を含むことを特徴とする分光器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の分光器において、
前記基準アームが基準物質を含むことを特徴とする分光器。
【請求項１２】
請求項１１に記載の分光器において、
前記基準物質が拡散反射面を含むことを特徴とする分光器。
【請求項１３】
請求項１２に記載の分光器において、
前記干渉計を含む微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）チップをさらに備えることを特徴とする分光器。
【請求項１４】
請求項１３に記載の分光器において、
前記拡散反射面を含む基準物質が、ＭＥＭＳチップ内に作製されていることを特徴とする分光器。
【請求項１５】
請求項１２に記載の分光器において、
前記基準物質が黒色シリコン反射器を含むことを特徴とする分光器。
【請求項１６】
請求項１２に記載の分光器において、
前記拡散反射面を含む基準物質が  ＭＥＭＳチップにウェハレベルで接合されていることを特徴とする分光器。
【請求項１７】
請求項１６に記載の分光器において、
前記基準物質がサンドブラスト加工ガラスを含むことを特徴とする分光器。
【請求項１８】
請求項１０に記載の分光器において、
前記プロセッサが、前記第１の干渉信号と前記第２の干渉信号との比に基づいて、ＳＵＴの吸光度を計算するようにさらに構成されていることを特徴とする分光器。
【請求項１９】
請求項１に記載の分光器において、
前記第２の光路が基準アームを含み、前記基準アームが基準物質または基準フィルタを含み、
前記プロセッサが、前記第２の干渉信号を利用して、前記第１の干渉信号に適用される波長補正量を決定するようにさらに構成されていることを特徴とする分光器。
【請求項２０】
請求項１９に記載の分光器において、
前記干渉計を含む微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）チップをさらに備え、ＭＥＭＳチップが、基準物質を含む微小流体チャネルを含むことを特徴とする分光器。
【請求項２１】
請求項１に記載の分光器において、
光源ビームを被試験サンプル（ＳＵＴ）および基準物質に向けるように構成された光源をさらに備え、
ＳＵＴが、前記光源ビームを反射して第１の入力ビームを生成するように光学的に結合され、前記基準物質が、前記光源ビームを反射して第２の入力ビームを生成するように光学的に結合され、前記入力ビームが、前記第１の入力ビームおよび前記第２の入力ビームを含み、
前記干渉計が、ＳＵＴから反射された前記第１の入力ビームと、前記基準物質から反射された前記第２の入力ビームとを受光して、前記第１の入力ビームから前記第１の干渉ビームを生成するとともに、前記第２の入力ビームから前記第２の干渉ビームを生成するように光学的に結合されていることを特徴とする分光器。
【請求項２２】
請求項２１に記載の分光器において、
前記干渉計が、マイケルソン干渉計またはファブリーペロー干渉計を含むことを特徴とする分光器。
【請求項２３】
請求項２１に記載の分光器において、
前記干渉計がさらに、
前記第１の入力ビームおよび前記第２の入力ビームを受光して、前記第１の入力ビームを第１の入射ビームと第２の入射ビームとに分割するとともに、前記第２の入力ビームを第３の入射ビームと第４の入射ビームとに分割するように光学的に結合されたビームスプリッタと、
前記第１の入射ビームおよび前記第３の入射ビームを受光して、前記第１の入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して第１の反射ビームを生成するとともに、前記第３の入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して第３の反射ビームを生成するように光学的に結合された固定反射器と、
前記第２の入射ビームおよび前記第４の入射ビームを受光して、前記第２の入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して第２の反射ビームを生成するとともに、前記第４の入射ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して第４の反射ビームを生成するように光学的に結合された可動反射器とを備え、
前記ビームスプリッタが、前記第１の反射ビームと前記第２の反射ビームとの間の干渉から前記第１の干渉ビームを生成して、前記第１の干渉ビームを前記検出器に向けるようにさらに光学的に結合され、
前記ビームスプリッタが、前記第３の反射ビームと前記第４の反射ビームとの間の干渉から前記第２の干渉ビームを生成して、前記第２の干渉ビームを前記検出器に向けるようにさらに光学的に結合され、
前記第１の光路が、前記第１の入射ビーム、前記第２の入射ビーム、前記第１の反射ビーム、前記第２の反射ビームおよび前記第１の干渉ビームを含み、
前記第２の光路が、前記第３の入射ビーム、前記第４の入射ビーム、前記第３の反射ビーム、前記第４の反射ビームおよび前記第２の干渉ビームを含むことを特徴とする分光器。
【請求項２４】
請求項２３に記載の分光器において、
前記固定反射器が、前記第１の入射ビームを受光するように光学的に結合された第１の固定反射器と、前記第２の入射ビームを受光するように光学的に結合された第２の固定反射器とを含み、
前記第１の固定反射器は、前記第１の干渉信号と前記第２の干渉信号との間のクロスカップリングを回避するように選択された距離だけ、前記ビームスプリッタに対して前記第２の固定反射器から空間的にオフセットされていることを特徴とする分光器。
【請求項２５】
請求項２４に記載の分光器において、
前記干渉計がさらに、前記第２の入力ビームを受光して、前記第２の入力ビームを前記ビームスプリッタに提供するように光学的に結合された薄膜ファブリペロースラブを含むことを特徴とする分光器。
【請求項２６】
請求項１に記載の分光器において、
被試験サンプル（ＳＵＴ）を含むウィンドウと、
前記ウィンドウに結合された反射面と、
光源ビームを放出して、前記光源ビームを前記ウィンドウおよび前記反射面に導くように光学的に結合された光源とをさらに備え、
ＳＵＴが、前記光源ビームの第１のスペクトル範囲を拡散反射して第１の入力ビームを生成するように光学的に結合され、
前記反射面が、前記光源ビームの第２のスペクトル範囲を反射して第２の入力ビームを生成するように光学的に結合され、
前記入力ビームが、前記第１の入力ビームおよび前記第２の入力ビームを含み、
前記第１の干渉信号が第１のスペクトル範囲を含み、前記第２の干渉信号が第２のスペクトル範囲を含み、
前記検出器が、前記第１の干渉信号および前記第２の干渉信号を含む複合干渉信号を受光するように光学的に結合されており、
前記プロセッサが、前記第１の干渉信号および記憶された較正測定値に基づいてバックグラウンド信号を推定するようにさらに構成されていることを特徴とする分光器。
【請求項２７】
請求項２６に記載の分光器において、
前記ウィンドウが反射面を含み、前記反射面が前記ウィンドウ上に反射防止コーティングを含むことを特徴とする分光器。
【請求項２８】
請求項２６に記載の分光器において、
前記光源が、第１のセットの発光器と第２のセットの発光器を含み、
前記分光器がさらに、前記プロセッサによって制御されるスイッチを備え、前記スイッチが、前記第１のセットの発光器および前記第２のセットの発光器に結合されて、前記第１のセットの発光器および前記第２のセットの発光器を交互にオンにするように構成されていることを特徴とする分光器。
【請求項２９】
請求項２８に記載の分光器において、
前記検出器が、前記第１のセットの発光器がオンにされたときに、前記第１の干渉信号の第１の部分および前記第２の干渉信号の第１の部分を含む第１の複合干渉信号を受信するように光学的に結合され、
前記検出器が、前記第２のセットの発光器がオンにされたときに、前記第１の干渉信号の第２の部分および前記第２の干渉信号の第２の部分を含む第２の複合干渉信号を受信するように光学的に結合されており、
前記プロセッサが、前記第１の複合干渉信号および前記第２の複合干渉信号から前記第１の干渉信号および前記第２の干渉信号を抽出するようにさらに構成されていることを特徴とする分光器。
【請求項３０】
請求項２８に記載の分光器において、
前記反射面が、基準拡散反射物質を含むことを特徴とする分光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下に述べる技術は、概して分光器、特に、バックグラウンドまたは基準スペクトル密度とサンプルスペクトル密度とを同時に捕捉するための分光器に関する。
【０００２】
優先権主張
本出願は、２０１８年３月３０日に米国特許商標庁に出願された米国仮出願第６２／６５１，０１６号、並びに、２０１９年３月２８日に米国特許商標庁に出願された米国実用新案出願第１６／３６８，７７１号の優先権およびその利益を主張するものであり、それらの内容の全体は、その全体が以下に完全に記載されているかのように、また適用されるすべての目的のために、引用により本明細書に援用されるものとする。
【背景技術】
【０００３】
フーリエ変換赤外（ＦＴ−ＩＲ）分光器は、単一のビームスペクトル（パワースペクトル密度（ＰＳＤ））を測定するもので、単一のビームスペクトルの強度が、検出器に到達する放射線のパワーに比例する。サンプルの吸光度を測定するには、先ず、バックグラウンドスペクトル（すなわち、サンプルが存在しない場合の単一のビームスペクトル）を測定して、機器の伝達関数を補償する必要がある。その後、サンプルを透過または反射した光の単一のビームスペクトルを測定することができる。また、サンプルの透過率または反射率からサンプルの吸光度を算出することができる。例えば、サンプルの吸光度は、サンプルからの透過光または反射光のスペクトルとバックグラウンドスペクトルとの比として算出することができる。
【０００４】
透過測定の場合、バックグラウンドスペクトルは、光路に如何なる物質も置かずに（例えば、空のキュベット）、機器の入力部でビームのスペクトルを測定することによって得ることができる。反射測定の場合、バックグラウンドスペクトルは、サンプルの代わりに、９５％を超える反射率を有する、対象のスペクトル範囲にわたってほぼ平坦なスペクトル応答を有する基準物質を配置することによって、得ることができる。バックグラウンド測定は、一般に、サンプル測定が行われるのと同じ条件で実行する必要がある。
【０００５】
正確な吸光度スペクトルの測定を継続するには、バックグラウンド測定を頻繁に、または各サンプル測定の前に行う必要があり、それには追加の時間がかかる。分光分析者は、バックグラウンド測定の頻度と、スペクトルが温度および時間とともにどのように変化するのかを研究し、それらの影響をシミュレートするためのモデルを導き出し、それらを補償する方法を求めようとしてきた。測定プロセスの時間を短縮しつつ、ＰＳＤドリフトの影響を補償するためにオンラインの基準／バックグラウンド測定を維持するために、分光器の設計をさらに強化することが望まれている。
【発明の概要】
【０００６】
以下では、本開示の１または複数の態様の基本的理解を提供するために、そのような態様の簡略化された概要を提供する。この概要は、本開示の全ての考えられる特徴の広範囲な概要でなく、かつ本開示の全ての態様の主要な又は重要な要素を識別するようにも、本開示のいずれかまたは全ての態様の範囲を描写するようにも意図されていない。その唯一の目的は、後で提示される一層詳細な説明の前置きとして、簡略化された形式で本開示の１または複数の態様の幾つかの概念を提示することである。
【０００７】
本開示の様々な態様は、バックグラウンドまたは基準スペクトル密度とサンプルまたは他のスペクトル密度との同時測定を提供して、オンラインのバックグラウンド／基準測定を維持し、ＰＳＤドリフトの影響を補償し、バックグラウンド／基準測定を取得してＰＳＤ補償を実行するのに必要な時間を最小限に抑える。本開示の一態様では、自己参照分光器（self-referenced spectrometer）が、入力ビームを受光して、その入力ビームを第１の光路に沿って導いて第１の干渉ビームを生成するとともに、第２の光路に沿って導いて第２の干渉ビームを生成するように光学的に結合された干渉計を備え、第１の干渉ビームおよび第２の干渉ビームが、干渉計の出力に先立って生成される。分光器はさらに、第１の干渉ビームから生成された第１の干渉信号と第２の干渉ビームから生成された第２の干渉信号とを同時に検出するように光学的に結合された検出器と、この検出器に結合されたプロセッサであって、第１の干渉信号および第２の干渉信号を処理するとともに、第１の干渉信号を処理する際に第２の干渉信号を基準信号として利用するように構成されたプロセッサとを備える。
【０００８】
一例では、干渉計が、マイケルソン干渉計、マッハツェンダー干渉計またはファブリーペロー干渉計を含むことができ、それらは、ＭＥＭＳアクチュエータによって作動される可動ミラーを含む微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）チップ内に実装することができる。いくつかの例では、干渉計が、再帰反射器（retro-reflectors）と２つの出力とを含むことができ、一方の出力が、第１の光路を形成するサンプルアームを通過し、他方の出力が、第２の光路を形成する基準アームを通過する。他の例では、マイケルソン干渉計の入力部の近傍にカプラを実装して、反射された第２の干渉ビームを、第２の光路に対応する入力ポートに向けることができる。さらに他の例では、被試験サンプル（ＳＵＴ）と拡散反射基準物質または他の反射面を同時に照明することができ、ＳＵＴおよび基準からの反射光を干渉計に向けることができる。更なる例では、第２の光路が、第１の干渉信号の連続的な波長補正および／またはオンラインミラーの位置決めのための狭帯域光学フィルタ、または基準吸収ピークを有する基準物質を含むことができる。更なる例では、各光路が、異なるスペクトル範囲または分解能を同時に測定することができる。
【０００９】
本発明のこれらや他の態様は、後に続く詳細な説明の検討により、一層完全に理解されるであろう。本発明の他の態様、特徴及び実施形態は、添付の図面と共に、本発明の特定の例示的な実施形態の以下の説明の検討により、当業者に明らかになろう。本発明の特徴は、以下の或る実施形態及び図面に関連して説明され得るが、本発明の全ての実施形態は、本明細書で説明される有利な特徴の１または複数を含むことができる。換言すれば、１または複数の実施形態はまた、或る有利な特徴を有するように説明され得るが、かかる特徴の１または複数はまた、本明細書で説明される本発明の様々な実施形態に従って用いられてもよい。同様の方式で、例示的な実施形態は、デバイス、システム又は方法の実施形態として以下で説明され得るが、かかる例示的な実施形態が、様々なデバイス、システム及び方法において実施され得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、バックグラウンドまたは基準パワースペクトル密度（ＰＳＤ）とサンプルまたは他のＰＳＤとを同時に測定するように構成された干渉計を含む自己参照分光器の一例を示す図である。
【図２】図２は、再帰反射器を含むマイケルソン干渉計に基づく自己参照分光器の一例を示す図である。
【図３】図３は、再帰反射器を含むマッハツェンダー干渉計に基づく自己参照分光器の一例を示す図である。
【図４】図４は、カプラを含むマイケルソン干渉計に基づく自己参照分光器の一例を示す図である。
【図５】図５は、マイケルソン干渉計およびスプリッタに基づく自己参照分光器の一例を示す図である。
【図６】図６は、ファブリーペロー干渉計およびスプリッタに基づく自己参照分光器の一例を示す図である。
【図７】図７は、自己参照分光器および統合された拡散反射基準物質を含む微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）チップの側面の一例を示す図である。
【図８】図８は、自己参照分光器とウェハレベルで結合された拡散反射基準物質を含むＭＥＭＳチップの側面の一例を示す図である。
【図９】図９は、基準物質またはフィルタを含む自己参照分光器の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、微小流体チャネル内に統合された液体または気体基準物質を含むＭＥＭＳ干渉計チップの上面の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、マイケルソン干渉計に基づく自己参照分光器の一例を示す図であり、基準物質と被試験サンプル（ＳＵＴ）を同時に照明し、反射光を干渉計に向けるように設計された光学部品を含む。
【図１２】図１２は、ファブリーペロー干渉計に基づく自己参照分光器の一例を示す図であり、基準物質と被試験サンプル（ＳＵＴ）を同時に照射し、反射光を干渉計に向けるように設計された光学部品を含む。
【図１３】図１３Ａおよび図１３Ｂは、基準物質および被試験サンプル（ＳＵＴ）を同時に照明し、反射光を干渉計に向けるように設計された単一の検出器および光学部品を含む自己参照分光器の他の例を示す図である。
【図１４】図１４は、基準物質および被試験サンプル（ＳＵＴ）を同時に照射し、反射光を干渉計に向けるように設計された単一の検出器および光学部品を含む自己参照分光器の別の例を示す図である。
【図１５】図１５Ａは、バックグラウンド光源とＳＵＴからの光を同時に反射するように設計された光学部品を含む自己参照分光器の一例を示す図である。図１５Ｂは、バックグラウンド光源からの反射光と保存された較正測定値に基づくバックグラウンド信号の推定を例示するグラフである。
【図１６】図１６は、本開示のいくつかの態様に係る光方向転換構造の一例を示す図である。図１６Ａおよび図１６Ｂは、バックグラウンド光源または基準物質およびＳＵＴからの光を同時に反射するように設計された光学部品を含む自己参照分光器の他の例を示す図である。
【図１７】図１７は、マイケルソン干渉計に基づく自己参照分光器の一例を示す図であり、それぞれが異なるスペクトル範囲に最適化された２つの光源を含む。
【図１８】図１８は、マイケルソン干渉計に基づく自己参照分光器の別の例を示す図であり、それぞれが異なるスペクトル範囲に最適化された２つの光源を含む。
【図１９】図１９は、マイケルソン干渉計に基づく自己参照分光器の一例を示す図であり、２つの異なる分解能を同時に測定するように構成されている。
【図２０】図２０は、マイケルソン干渉計に基づく自己参照分光器の別の例を示す図であり、２つの異なる分解能を測定するように構成されている。
【図２１】図２１は、マイケルソン干渉計に基づく自己参照分光器の一例を示す図であり、干渉計の入力部にタップスプリッタを備えている。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付の図面に関連して以下に記載される詳細な説明は、様々な構成の説明として意図され、且つ本明細書で説明される概念が実施され得る唯一の構成を表すようには意図されていない。詳細な説明は、様々な概念の完全な理解を提供するための特定の詳細を含む。しかしながら、これらの概念が、これらの特定の詳細なしに実施され得ることが、当業者には明らかであろう。幾つかの事例において、周知の構造及びコンポーネントが、かかる概念を不明瞭にしないように、ブロック図の形態で示されている。
【００１２】
図１は、バックグラウンドまたは基準パワースペクトル密度（ＰＳＤ）とサンプルまたは他のＰＳＤを同時に測定するための自己参照分光器１００の一例を示している。分光器１００は、光源１０２、干渉計１０４、検出器１０６およびプロセッサ１０８を含む。光源１０２は、入力ビーム１１０を放射するように構成されており、１または複数の広帯域熱放射源、または対象の波長範囲をカバーする発光素子のアレイを有する量子源を含むことができる。
【００１３】
干渉計１０４は、入力ビーム１１０を受光して、入力ビームを１または複数の光路に沿って導き、その出力部で２つの干渉ビーム１１２ａ、１１２ｂ（例えば、干渉パターン）を生成するように光学的に結合されている。いくつかの例では、干渉ビーム１１２ａ、１１２ｂが、その出力に先立って干渉計１０４内で生成される。干渉ビーム１１２ａの一方は、サンプルまたは他のスペクトルを示し、他方の干渉ビーム１１２ｂは、バックグラウンドまたは基準スペクトルを示す。すなわち、干渉ビーム１１２ａ、１１２ｂの各々は、干渉計１０４の外部の異なるそれぞれの媒体（例えば、サンプル／その他またはバックグラウンド／基準）を通過する。干渉計１０４は、１または複数のマイケルソン干渉計、マッハツェンダー（ＭＺ）干渉計および／またはファブリーペロー（ＦＰ）干渉計を含むことができる。  
【００１４】
さらに、干渉計１０４は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）チップ上に実装されてもよい。本明細書において、ＭＥＭＳという用語は、微細加工技術による共通のシリコン基板上への機械的要素、センサ、アクチュエータおよび電子機器の統合を指している。例えば、微小電気機械は、典型的には集積回路（ＩＣ）プロセスを用いて作製され、一方、微小電気機械的部品は、シリコンウェハの一部を選択的にエッチングするか、または新しい構造層を追加して機械的および電気機械的部品を形成する互換性のある微細加工プロセスを用いて作製される。ＭＥＭＳ素子の一例は、反射モードまたは屈折モードで動作する誘電体または金属化表面を有する微小光学部品である。ＭＥＭＳ素子の他の例としては、アクチュエータ、検出器溝およびファイバ溝が挙げられる。
【００１５】
本開示の様々な態様において、ＭＥＭＳ干渉計１０４は、ＭＥＭＳアクチュエータによって移動可能に制御することができる１または複数の微小光学部品（例えば、１または複数の反射器またはミラー）を含むことができる。いくつかの例では、ＭＥＭＳ干渉計１０４が、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板に平行に伝搬する自由空間光ビームを処理することができる微小光学部品および他のＭＥＭＳ要素を製造するために、ＳＯＩウェハ上で深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）プロセスを使用して、作製されるものであってもよい。
【００１６】
検出器１０６は、干渉計１０４から干渉ビーム１１２ａ、１１２ｂを受光し、第１の干渉ビーム１１２ａから生成された第１の干渉信号１１４ａと、第２の干渉ビーム１１２ｂから生成された第２の干渉信号１１４ｂとを同時に検出するように光学的に結合されている。例えば、干渉信号１１４ａ、１１４ｂの各々は、インターフェログラムに対応し得る。
【００１７】
プロセッサ１０８は、第１の干渉信号１１４ａおよび第２の干渉信号１１４ｂを受信し、第１の干渉信号１１４ａを処理する際に第２の干渉信号１１４ｂを基準信号として使用するように構成されている。例えば、プロセッサ１０８は、干渉信号１１４ａ、１１４ｂのそれぞれにフーリエ変換を適用してそれぞれのスペクトルを取得し、その後、第１の干渉信号１１４ａから取得したスペクトルをさらに処理する際に、第２の干渉信号１１４ｂから取得したスペクトルを使用するように構成されるものであってもよい。いくつかの例では、プロセッサ１０８は、第１の干渉信号１１４ａから得られたスペクトルと第２の干渉信号１１４ｂから得られたスペクトルとの比として、被試験サンプル（ＳＵＴ）の吸光度を計算することができる。
【００１８】
プロセッサ１０８は、単一の処理装置であってもよいし、複数の処理装置であってもよい。そのような処理装置は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、マイクロコンピュータ、中央処理装置、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブルロジックデバイス、論理回路、アナログ回路、デジタル回路、および／または回路のハードコーディングおよび／または動作命令に基づいて信号（アナログおよび／またはデジタル）を操作する任意の装置であってもよい。プロセッサ１０８は、関連するメモリおよび／またはメモリ要素を有することができ、それは、単一のメモリデバイス、複数のメモリデバイス、および／またはプロセッサの埋め込み回路であってもよい。そのようなメモリデバイスは、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、スタティックメモリ、ダイナミックメモリ、フラッシュメモリ、キャッシュメモリ、および／またはデジタル情報を格納する任意のデバイスであってもよい。
【００１９】
図２は、自己参照分光器２００の一例を示す図である。分光器２００は、光源２０２、干渉計２０４、検出器２０６ａ、２０６ｂ、電子インターフェース２１０およびデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２０８を含む。光源２０２は、例えば、図１に示す光源１０２に対応していてもよい。さらに、干渉計２０４、検出器２０６ａ、２０６ｂおよびＤＳＰ２０８は、それぞれ、図１に示す干渉計１０４、検出器１０６およびプロセッサ１０８に対応していてもよい。
【００２０】
干渉計２０４は、ビームスプリッタ２１２、固定反射器２１４、可動反射器２１６、および可動反射器２１６に結合されたＭＥＭＳアクチュエータ２１８を含む、ＭＥＭＳチップ上に作製されたマイケルソン干渉計である。固定反射器２１４および可動反射器２１６は、それぞれ再帰反射器である。ビームスプリッタ２１２は、例えば、空気伝播ベースの空間スプリッタ（例えば、中空導波路スプリッタ）または空気／シリコンビームスプリッタ（例えば、シリコンと空気との間の界面に形成されたビームスプリッタ）を含むことができる。干渉計２０４は、２つの出力部２３８、２４０を含み、各々が、干渉計２０４内の２つの光路のうちの１つに光学的に結合され、各々が、干渉計２０４の外部のそれぞれの検出器２０６ａ、２０６ｂにさらに光学的に結合されている。例えば、第１の光路は、ビームスプリッタ２１２と第１の出力部２３８との間に形成され、その後、第１の出力部２３８でサンプル２２０（例えば、ＳＵＴ）を通過して第１の検出器２０６ａに向かう。第２の光路は、ビームスプリッタ２１２と第２の出力部２４０との間に形成され、その後、第２の出力部２４０で基準２２２を通過して第２の検出器２０６ｂに向かう。
【００２１】
図２に示す例では、光源２０２からの入力ビーム２２４は、ビームスプリッタ２１２によって２つの入射ビーム２２６、２２８に分割される。固定再帰反射器２１４は、第１の入射ビーム２２６を受光して、この第１の入射ビーム２２６をビームスプリッタ２１２に向けて反射して第１の反射ビーム２３０を生成するように光学的に結合されている。可動再帰反射器２１６は、第２の入射ビーム２２８を受け取り、この第２の入射ビーム２２８をビームスプリッタ２１２に向けて反射して第２の反射ビーム２３２を生成するように光学的に結合されている。可動再帰反射器２１６は、ＭＥＭＳアクチュエータ２１８に結合され、それにより第１の反射ビーム２３０と第２の反射ビーム２３２の間に所望の光路差（ＯＰＤ）を生成する。
【００２２】
一例では、ＭＥＭＳアクチュエータ２１８が、櫛形駆動部およびバネで形成されている。櫛形駆動部に電圧を印加することにより、アクチュエータ２１８に電位差が生じて、アクチュエータ内に静電容量が誘導され、それにより駆動力とバネからの復元力が生じて、その結果、入射ビーム２２８の反射のための所望の位置への可動再帰反射器２１６の変位を引き起こす。その後、反射ビーム２３０、２３２の間に、可動再帰反射器２１６の変位量の２倍に実質的に等しいＯＰＤが生じる。
【００２３】
反射ビーム２３０、２３２は、ビームスプリッタ２１２で干渉し、光の時間的コヒーレンスが、可動再帰反射器２１６によって生成されるそれぞれの異なるＯＰＤにおいて、測定できるようにする。ビームスプリッタ２１２は、第１の反射ビーム２３０と第２の反射ビーム２３２との間の干渉から生じる干渉ビームを分割して、第１の干渉ビーム２３４と第２の干渉ビーム２３６とを生成するようにさらに光学的に結合されている。ビームスプリッタ２１２は、第１の光路（例えば、干渉計２０４のサンプルアームに対応し得る）に沿って第１の干渉ビーム２３４を導き、第２の光路（例えば、干渉計２０４の基準アームに対応し得る）に沿って第２の干渉ビーム２３６を導くようにさらに光学的に結合されている。
【００２４】
サンプルアームおよび基準アームは、それぞれ透過構成または反射構成（例えば、拡散反射構成）の何れかで動作することができる。透過構成では、干渉ビーム（例えば、ビーム２３４または２３６）は、サンプル２２０または基準２２２を通って、それぞれの検出器２０６ａまたは２０６ｂに向かって伝播する。反射構成では、干渉ビーム（例えば、ビーム２３４または２３６）は、サンプル２２０または基準２２２からそれぞれの検出器２０６ａまたは２０６ｂに向かって反射される。基準アームについては、透過構成の場合に、基準２２２は空のキュベットであってもよく、一方、反射構成の場合には、基準２２２は、Ｓｐｅｃｔｒａｌｏｎまたはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）標準反射器を含むようにしてもよい。サンプルアームについては、透過構成の場合に、干渉ビーム２３４はサンプル２２０を通って伝播する一方、反射構成の場合に、干渉ビーム２３４はサンプル２２０から検出器２０６ａに向かって反射する。
【００２５】
各検出器２０６ａ、２０６ｂは、それぞれの干渉ビーム２３４、２３６（例えば、サンプル２２０／基準２２２を通って伝播した後、またはそれらを反射した後）を受光し、それぞれの干渉信号２４２、２４４を検出するように光学的に結合されている。電子インターフェース２１０は、検出器２０６ａ、２０６ｂに結合されて、干渉信号２４２、２４４を受信し、それら干渉信号２４２、２４４の各々を処理して、それぞれのインターフェログラムを抽出するように構成されている。ＤＳＰ２０８は、電子インターフェース２１０に結合されて、インターフェログラムを受信し、以下のようにサンプル吸光度Ａｓを計算するように構成されている。
2021519413.tif 000003
ここで、Ｉｄ１は検出器２０６ａからの検出されたインターフェログラム信号であり、Ｉｄ２は検出器２０６ｂからの検出されたインターフェログラム信号である。なお、サンプル吸光度の精度に影響を与える可能性のある２つの検出器２０６ａ、２０６ｂ間のあらゆる差は、最終的な計算において較正および補償され得ることを理解されたい。
【００２６】
図３は、自己参照分光器３００の別の例を示す図である。分光器３００は、光源３０２、干渉計３０４および検出器３０６ａ、３０６ｂを含む。光源３０２は、例えば、図１に示す光源１０２に対応していてもよい。また、干渉計３０４および検出器３０６ａ、３０６ｂは、それぞれ、図１に示す干渉計１０４および検出器１０６に対応していてもよい。さらに、分光器３００は、プロセッサおよび／または他の回路（簡略化のため図示省略）をさらに含むことができる。
【００２７】
干渉計３０４は、第１のビームスプリッタ３０８と、可動反射器３１０と、可動反射器３１０に結合されたＭＥＭＳアクチュエータ３１２と、第１の平面ミラー３１４と、第２の平面ミラー３１６と、固定反射器３１８と、第２のビームスプリッタ３２０とを含む、ＭＥＭＳチップ上に作製されたＭＺ干渉計である。固定反射器３１８および可動反射器３１０は、それぞれ再帰反射器である。干渉計３０４は、２つの出力を含み、一方は、第１の出力部で検出器３０６ａに向かってサンプル３２２（例えば、ＳＵＴ）を通過し、もう一方は、第２の出力部で検出器３０６ｂに向かって基準３２４を通過する。第１の光路は、第２のビームスプリッタ３２０とサンプル３２２における干渉計３０４の第１の出力部との間に形成され、一方、第２の光路は、第２のビームスプリッタ３２０と基準３２４における干渉計３０４の第２の出力部との間に形成されている。
【００２８】
図３に示す例では、光源３０２からの入力ビーム３２６は、第１のビームスプリッタ３０８によって２つの入射ビーム３２８、３３０に分割される。可動再帰反射器３１０は、第１の入射ビーム３２８を受光して、この第１の入射ビーム３２８を第１の平面ミラー３１４を介して第２のビームスプリッタ３２０に向けて反射し、第１の反射ビーム３３２を生成するように光学的に結合されている。第２の平面ミラー３１６は、第２の入射ビーム３３０を固定再帰反射器３１８に向けて導いて、第２のビームスプリッタ３２０に向けて反射させ、第２の反射ビーム３３４を生成するように光学的に結合されている。可動再帰反射器３１０は、ＭＥＭＳアクチュエータ３１２に結合され、それにより第１の反射ビーム３３２と第２の反射ビーム３３２、３３４の間に所望の光路差（ＯＰＤ）を生成する。
【００２９】
反射ビーム３３２、３３４は、第２のビームスプリッタ３２０において干渉し、それにより可動再帰反射器３１０によって生成されるそれぞれの異なるＯＰＤにおいて、光の時間的コヒーレンスを測定することを可能にする。第２のビームスプリッタ３２０は、第１の反射ビーム３３２と第２の反射ビーム３３４との間の干渉から生じる干渉ビームを分割して、第１の干渉ビーム３３６と第２の干渉ビーム３３８とを生成するように、さらに光学的に結合されている。第２のビームスプリッタ３２０は、第１の光路に沿って第１の干渉ビーム３３６を導き、第２の光路に沿って第２の干渉ビーム３３８を導くようにさらに光学的に結合されている。
【００３０】
各検出器３０６ａ、３０６ｂは、それぞれの干渉ビーム３３６、３３８を受光し（例えば、サンプル３２２／基準３２４を通って伝播した後、またはそれらを反射した後）、それぞれの干渉信号を検出するように光学的に結合されている。その後、プロセッサ（図示省略）は、上述したように、検出器３０６ａによって検出された干渉信号を処理する際に、検出器３０６ｂによって検出された干渉信号を基準信号として利用することができる。
【００３１】
図４は、自己参照分光器４００の別の例を示す図である。分光器４００は、光源４０２、干渉計４０４および２つの検出器４０６ａ、４０６ｂを含む。光源４０２は、例えば、図１に示す光源１０２に対応していてもよい。また、干渉計４０４および検出器４０６ａ、４０６ｂは、それぞれ、図１に示す干渉計１０４および検出器１０６に対応していてもよい。さらに、分光器４００は、プロセッサおよび／または他の回路（簡略化のために図示省略）をさらに含むことができる。
【００３２】
干渉計４０４は、ビームスプリッタ４０８、固定反射器４１０（例えば、固定ミラー）、可動反射器４１２（例えば、可動ミラー）、可動反射器４１２に結合されたＭＥＭＳアクチュエータ４１４、およびカプラ４２０を含む、ＭＥＭＳチップ上に作製されたマイケルソン干渉計である。固定反射器４１０および可動反射器４１２は、それぞれ平面ミラーである。カプラ４２０は、干渉計４０４の入力部に配置されている。干渉計４０４は、２つの出力を含み、一方は、検出器４０６ａに向かってサンプル４１６（例えば、ＳＵＴ）を通過し、もう一方は、カプラ４２０に戻って、検出器４０６ｂに向かって基準４１８を通過する。第１の光路は、ビームスプリッタ４０８とサンプル４１６における干渉計４０４の第１の出力部との間に形成され、第２の光路は、ビームスプリッタ４０８とカプラ４２０／基準４１８における干渉計４０４の第２の出力部との間に形成されている。
【００３３】
図４に示す例では、光源４０２からの入力ビームが、カプラ４２０によってビームスプリッタ４０８に結合され、そこで入力ビームが２つの入射ビームに分割される。固定ミラー４１０は、入射ビームのうちの一方を受光し、受光した入射ビームをビームスプリッタ４０８に向けて反射するように光学的に結合されている。可動ミラー４１２は、ビームスプリッタ４０８からの他方の入射ビームを受光し、受光した入射ビームをビームスプリッタ４０８に向けて反射するように光学的に結合されている。可動ミラー４１２は、ＭＥＭＳアクチュエータ４１４に結合され、それによりビームスプリッタ４０８に反射して戻ってくるビームの間に所望の光路差（ＯＰＤ）を生成する。
【００３４】
反射ビームは、ビームスプリッタ４０８で干渉し、それにより可動ミラー４１２によって生成されるそれぞれ異なるＯＰＤで、光の時間的コヒーレンスを測定することが可能になる。ビームスプリッタ４０８は、反射ビーム間の干渉から生じる干渉ビームを分割して、第１の光路または第２の光路の一方に沿ってそれぞれが導かれる２つの干渉ビームを生成するようにさらに光学的に結合されている。各検出器４０６ａ、４０６ｂは、２つの干渉ビームのそれぞれの１つを受光し（例えば、サンプル４１６／基準４１８を通って伝播した後、またはそれらから反射した後）、それぞれの干渉信号を検出するように光学的に結合されている。その後、プロセッサ（図示省略）は、上述したように、検出器４０６ａによって検出された干渉信号を処理する際に、検出器４０６ｂによって検出された干渉信号を基準信号として利用することができる。
【００３５】
図５は、自己参照分光器の別の例を示す図である。分光器５００は、光源５０２、干渉計５０４および２つの検出器５０６ａ、５０６ｂを含む。光源５０２は、例えば、図１に示す光源１０２に対応していてもよい。また、干渉計５０４および検出器５０６ａ、５０６ｂは、それぞれ、図１に示す干渉計１０４および検出器１０６に対応していてもよい。さらに、分光器５００は、プロセッサおよび／または他の回路（簡略化のために図示省略）をさらに含むことができる。
【００３６】
干渉計５０４は、ビームスプリッタ５０８、固定反射器５１０（例えば、固定ミラー）、可動反射器５１２（例えば、可動ミラー）、および可動反射器５１２に結合されたＭＥＭＳアクチュエータ５１４を含む、ＭＥＭＳチップ上に作製されたマイケルソン干渉計である。固定反射器５１０および可動反射器５１２は、それぞれ平面ミラーである。図５に示す例では、干渉計５０４が、単一の出力を含む。分光器５００は、追加のビームスプリッタ５１６をさらに含み、このビームスプリッタが、干渉計５０４の出力（例えば、干渉ビーム）を受光し、その出力を、２つの干渉ビームに分割して、各々がサンプル５１８または基準５２０のうちの一方に向かうように、光学的に結合されている。各検出器５０６ａ、５０６ｂは、２つの干渉ビームのそれぞれの１つを受光し（例えば、サンプル５１８／基準５２０を通って伝播した後、またはそれらから反射した後）、それぞれの干渉信号を検出するように光学的に結合されている。その後、プロセッサ（図示省略）は、上述したように、検出器５０６ａによって検出された干渉信号を処理する際に、検出器５０６ｂによって検出された干渉信号を基準信号として利用することができる。
【００３７】
図６は、自己参照分光器の別の例を示す図である。分光器６００は、光源６０２、干渉計６０４および２つの検出器６０６ａ、６０６ｂを含む。光源６０２は、例えば、図１に示す光源１０２に対応していてもよい。また、干渉計６０４および検出器６０６ａ、６０６ｂは、図１に示す干渉計１０４および検出器１０６にそれぞれ対応していてもよい。さらに、分光器６００は、プロセッサおよび／または他の回路（簡略化のために図示省略）をさらに含むことができる。
【００３８】
干渉計６０４は、ＭＥＭＳアクチュエータ６１０に結合された調整可能なＦＰフィルタ６０８を含むＭＥＭＳチップ上に作製されたＦＰ干渉計である。調整可能なＦＰフィルタ６０８は、２つのスラブを含み、その一方がＭＥＭＳアクチュエータ６１０に結合されており。例示的な動作では、光源６０２からの入力ビームが、調整可能なＦＰフィルタ６０８の上部スラブを透過して、スラブ間のＦＰ空気キャビティに入り、そこで入力ビームが、スラブの各内部反射面で複数回反射される。ＭＥＭＳアクチュエータ６１０は、底部スラブの変位を引き起こし、それによってキャビティの幅を変化させ、その結果、ＦＰ空気キャビティ内で互いに干渉する複数のオフセットビームを生じさせる。反射光の一部（干渉ビーム）は、光がスラブに到達する度に底部スラブを透過し、干渉計６０４によって出力される。
【００３９】
図６に示す例では、干渉計６０４は、単一の出力を含む。分光器６００は、追加のビームスプリッタ６１２をさらに含み、このビームスプリッタが、干渉計６０４の出力（例えば、干渉ビーム）を受光し、その出力を、２つの干渉ビームに分割して、各々がサンプル６１４または基準６１６のうちの一方に向かうように、光学的に結合されている。各検出器６０６ａ、６０６ｂは、２つの干渉ビームのそれぞれの１つを受光し（例えば、サンプル６１４／基準６１６を通って伝播した後、またはそれらから反射した後）、それぞれの干渉信号を検出するように光学的に結合されている。その後、プロセッサ（図示省略）は、上述したように、検出器６０６ａによって検出された干渉信号を処理する際に、検出器６０６ｂによって検出された干渉信号を基準信号として利用することができる。
【００４０】
図７は、自己参照分光器の様々な部品を含む微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）チップ７００の側面の一例を示す図である。ＭＥＭＳチップ７００は、デバイス層７０８、ハンドル層７０４、およびデバイス層７０８とハンドル層７０４との間に挟まれた埋め込み酸化物（ＢＯＸ）層７０６を含むシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウェハ７０２において、深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）などの深掘りエッチング技術を用いて作製することができる。ビームスプリッタ７１２などのＭＥＭＳ干渉計の様々な部品および他の微小光学部品（例えば、ミラー、ＭＥＭＳアクチュエータなど）は、単一のリソグラフィステップを使用して規定され、エッチングストップ（ＢＯＸ）層７０６に達するまで、高い異方性を持つプロセスを使用してデバイス層７０８内にエッチングされるものであってもよい。可動反射器およびＭＥＭＳアクチュエータなどの任意の可動部品は、可動部品の下にあるＢＯＸ層７０６を選択的に除去することによって、解放することができる。ＭＥＭＳチップ７００は、パッケージなどの別の基板７１０にウェハレベルでさらに接合されるものであってもよい。
【００４１】
ＭＥＭＳチップ７００は、ＭＥＭＳ干渉計のための基準物質を形成する拡散反射面７１４と、集積反射器７１６とをさらに含むことができ、各々がＭＥＭＳチップ内にモノリシックに作製されている。図７に示す例では、拡散反射面７１４が無秩序シリコン（例えば、黒色シリコン）を含むことができる。黒色シリコンは、針状の表面構造であり、その構造の表面には、単結晶シリコンからなる複数の針が含まれている。いくつかの例では、針の直径が１マイクロメートルより小さく、針の高さが１０マイクロメートルより大きく、それらのパラメータが、黒色シリコンの領域にわたってランダムに変化する。針は、フォトリソグラフィマスクを使用せずにエッチングすることにより、スパイク、円柱、円錐、ピラミッドなどの様々な形状に形成することができる。拡散反射面７１４は、高フラックス基準として機能するように金属でコーティングされてもよいし、あるいは低フラックス基準として機能するように誘電体でコーティングされてもよい。
【００４２】
例えば、上述した図２〜図６に示す自己参照分光器の構成の何れかを使用して、ビームスプリッタ７１２からの干渉ビームを、拡散反射面７１４に向けて、その出力を、統合反射器７１６（例えば、湾曲反射器であってもよい）によって検出器チップ７１８に向けて反射することができる。検出器チップ７１８によって検出された結果として生じる干渉信号は、上述したように、サンプル干渉信号を処理する際の基準信号として使用することができる。
【００４３】
図８は、自己参照分光器の様々な部品を含むＭＥＭＳチップ８００の側面の一例を示す図である。ＭＥＭＳチップ８００は、デバイス層８０８、ハンドル層８０４、およびデバイス層８０８とハンドル層８０４との間に挟まれた埋め込み酸化物（ＢＯＸ）層８０６を含むシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウェハ８０２において、深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）などの深掘りエッチング技術を用いて作製することができる。
ビームスプリッタ８１２などのＭＥＭＳ干渉計の様々な部品および他の微小光学部品（例えば、ミラー、ＭＥＭＳアクチュエータなど）は、単一のリソグラフィステップを使用して規定され、エッチングストップ（ＢＯＸ）層８０６に達するまで、高い異方性を持つプロセスを使用してデバイス層８０８内にエッチングされるものであってもよい。可動反射器およびＭＥＭＳアクチュエータなどの任意の可動部品は、可動部品の下にあるＢＯＸ層８０６を選択的に除去することによって、解放することができる。ＭＥＭＳチップ８００は、パッケージなどの別の基板８１０にウェハレベルでさらに接合されるものであってもよい。
【００４４】
ＭＥＭＳチップ８００は、ＭＥＭＳチップ内にモノリシックに作製された統合反射器８１６をさらに含むことができる。さらに、拡散反射面８１４は、ＭＥＭＳチップ７００にウェハレベルで接合されるものであってもよい。図８に示す例では、拡散反射面８１４が、サンドブラストされた表面（例えば、ガラス）を含むことができる。拡散反射面８１４は、高フラックス基準として機能するように金属でコーティングすることができ、あるいは低フラックス基準として機能するように誘電体でコーティングすることができる。
【００４５】
例えば、上述した図２〜図６に示す自己参照分光器の構成の何れかを使用して、ビームスプリッタ８１２からの干渉ビームを、統合反射器８１６（例えば、湾曲反射器であってもよい）を介して拡散反射面８１４に向けて、その拡散反射面８１４からの反射ビームを、検出器チップ８１８に向けて反射させることができる。検出器チップ８１８によって検出された結果として生じる干渉信号は、上述したように、サンプル干渉信号を処理する際の基準信号として使用することができる。
【００４６】
図９は、自己参照分光器９００の別の例を示す図である。この分光器９００は、光源９０２と、マイケルソン干渉計９０４（ビームスプリッタ９０８、固定再帰反射器９１０、可動再帰反射器９１２、および可動再帰反射器９１２に結合されたＭＥＭＳアクチュエータ９１４を含む）と、２つの検出器９０６ａ、９０６ｂとを含むという点で、図２に示す分光器と類似している。干渉計９０４はさらに、２つの出力を含み、一方は検出器９０６ａに直接向かい、もう一方は、出力部で基準物質または光学フィルタ９１６を通って検出器９０６ｂに向かう。すなわち、第１の光路は、第１の検出器９０６ａに向かってビームスプリッタ９０８と干渉計９０４の第１の出力部との間に形成され、第２の光路は、ビームスプリッタ９０８と基準物質または光学フィルタ９１６における干渉計９０４の第２の出力部との間に形成されている。
【００４７】
いくつかの例では、検出器９０６ｂによって検出された基準吸収ピークを有する基準物質または光学フィルタ９１６からの干渉信号は、検出器９０６ａによって検出された干渉信号の連続的な波長補正のためにプロセッサ（図示省略）によって利用されるようにしてもよい。さらに、狭帯域光学フィルタ９１６が分光器９００に組み込まれている例では、狭帯域光学フィルタ９１６が、可動反射器９１２のオンラインのミラー位置決めのために利用されるようにしてもよい。例えば、検出器９０６ｂからの検出されたインターフェログラムは、フィルタ９１６の中心波長λＯに対応する周期の正弦波信号の形態であってもよい。より具体的には、検出されたインターフェログラム信号の１周期は、可動再帰反射器９１２の変位に起因する、固定再帰反射器９１０および可動再帰反射器９１２からスプリッタ９０８に戻って反射された反射ビーム間のＯＰＤ（λＯに等しい）に対応し得る。
【００４８】
図１０は、ＭＥＭＳ干渉計チップ１０００の上面の一例を示す図である。ＭＥＭＳ干渉計チップ１０００は、例えば、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウェハ内でＤＲＩＥを用いて作製されるものであってもよい。ＭＥＭＳ干渉計チップ１０００は、固定ミラー１００２と、ＭＥＭＳアクチュエータ１００６に結合された可動ミラー１００４と、シリコンと空気の界面に形成されたビームスプリッタ１００８と、ＭＥＭＳ干渉計チップ１０００内に統合された微小流体チャネルまたはコネクタ１０１０とを含む。微小流体チャネル１０１０は、液体または気体で形成された基準物質１０１２を含むことができる。特定の吸収ピークの基準波長位置の知識を用いて、ＭＥＭＳ干渉計チップ１０００の出力の波長軸を補正することができる。
【００４９】
この例では、干渉計の出力部で生成される干渉ビームが、ミラー１００２、１００４およびビームスプリッタ１００８（例えば、第１の光路）を通過した結果として生成される第１の干渉ビームと、ミラー１００２／１００４、ビームスプリッタ１００８および基準物質１０１２（例えば、第２の光路）を通過した結果として生成される第２の干渉ビームとの両方を含む複合干渉ビームを含む。したがって、単一の検出器を利用して、第１の干渉信号（例えば、サンプルまたは他の信号）と第２の干渉信号（例えば、基準信号）の両方を含む単一の干渉信号を検出することができる。図１０の例では、光が、干渉計の出力部で基準液体または気体を透過する。しかしながら、他の例では、光が、干渉計の入力部で基準液体または気体を透過するものであってもよい。
【００５０】
図１１は、自己参照分光器１１００の別の例を示す図である。分光器１１００は、光源１１０２、干渉計１１０４および２つの検出器１１０６ａ、１１０６ｂを含む。光源１１０２は、例えば、図１に示す光源１０２に対応していてもよい。また、干渉計１１０４および検出器１１０６ａ、１１０６ｂは、図１に示す干渉計１０４および検出器１０６にそれぞれ対応していてもよい。さらに、分光器１１００は、プロセッサおよび／または他の回路（簡略化のために図示省略）をさらに含むことができる。
【００５１】
分光器１１００は、サンプル（例えば、ＳＵＴ）１１１０および基準（例えば、拡散反射面）１１１２を同時に照明するように設計された光学部品をさらに含む。図１１に示す例では、分光器１１００がスプリッタ１１０８を含み、このスプリッタが、光源１１０２から放出された元の光源ビーム１１０５を、サンプル１１１０に向かって第１の反射面１１１４によって反射された第１の光源ビームと、基準１１１２に向かって第２の反射面１１１６によって反射された第２の光源ビームとに分割するように光学的に結合されている。サンプル１１１０および基準１１１２から反射された光は、例えば、１または複数の導波路１１２８ａ、１１２８ｂおよび／または他の追加の光学部品１１１８を介して、第１の入力ビーム１１３６および第２の入力ビーム１１３８として、それぞれ干渉計１１０４のそれぞれの入力部に向けることができる。例えば、追加の光学部品１１１８は、サンプル１１１０から反射された第１の入力ビーム１１３６を受け取るように光学的に結合された第１の平面ミラー１１３０と、基準１１１２から反射された第２の入力ビーム１１３８を受け取るように光学的に結合された第２の平面ミラー１１３２とを含むことができる。その後、平面ミラー１１３０、１１３２で反射した第１の入力ビーム１１３６および第２の入力ビーム１１３８は、それら第１および第２の入力ビームをそれぞれ干渉計１１０４に向けるように光学的に結合された反射要素１１３４に導くことができる。
【００５２】
干渉計１１０４は、ビームスプリッタ１１２０と、固定反射器１１２２（例えば、固定ミラー）と、可動反射器１１２４（例えば、可動ミラー）と、可動反射器１１２４に結合されたＭＥＭＳアクチュエータ１１２６とを含む、マイケルソン干渉計である。固定ミラー１１２２および可動ミラー１１２４は、それぞれ平面ミラーである。図１１に示す例では、第１の入力ビーム１１３６および第２の入力ビーム１１３８は、ビームスプリッタ１１２０にそれぞれ入力され、このビームスプリッタは、各入力ビームをそれぞれの入射ビームに分割するように光学的に結合されている。例えば、ビームスプリッタ１１２０は、サンプル１１１０から反射された第１の入力ビーム１１３６を第１の入射ビーム１１４０と第２の入射ビーム１１４２に分割して、第１の入射ビーム１１４０を固定ミラー１１２２に向け、第２の入射ビーム１１４２を可動ミラー１１２４に向けることができる。さらに、ビームスプリッタ１１２０は、基準１１１２から反射された第２の入力ビーム１１３８を第３の入射ビーム１１４４と第４の入射ビーム１１４６に分割して、第３の入射ビーム１１４４を固定ミラー１１２２に向け、第４の入射ビーム１１４６を可動ミラー１１２４に向けることができる。
【００５３】
固定ミラー１１２２は、受光した第１の入射ビーム１１４０および第３の入射ビーム１１４４を、それぞれ第１の反射ビーム１１４８および第３の反射ビーム１１５２としてビームスプリッタ１１２０に向けて反射するように光学的に結合されている。可動ミラー１１２４は、受光した第２の入射ビーム１１４２および第４の入射ビーム１１４６をそれぞれ第２の反射ビーム１１５０および第４の反射ビーム１１５４としてビームスプリッタ１１２０に向けて反射するように光学的に結合されている。可動ミラー１１２４は、ＭＥＭＳアクチュエータ１１２６に結合され、それにより第１および第３の反射ビームと第２および第４の反射ビームとの間に所望のそれぞれの光路差（ＯＰＤ）を生じさせる。
【００５４】
第１の反射ビーム１１４８および第２の反射ビーム１１５０は、それぞれビームスプリッタ１１２０で干渉して第１の干渉ビーム１１５６を生成し、第３の反射ビーム１１５２および第４の反射ビーム１１５４は、それぞれビームスプリッタ１１２０で干渉して第２の干渉ビーム１１５８を生成する。ビームスプリッタ１１２０は、第１の干渉ビーム１１５６を検出器１１０６ａに向けて第１の干渉信号を検出し、第２の干渉ビーム１１５８を検出器１１０６ｂに向けて第２の干渉信号を検出するように、さらに光学的に結合されている。その後、プロセッサ（図示省略）は、上述したように、検出器１１０６ａによって検出された干渉信号を処理する際に、検出器１１０６ｂによって検出された干渉信号を基準信号として利用することができる。この例では、第１の光路は、サンプル１１１０から反射された第１の入力ビーム１１３６を受光するように光学的に結合された干渉計１１０４の第１の入力部と、第１の干渉ビーム１１５６を第１の検出器１１０６ａに向けて導くその第１の出力部との間に形成され、一方、第２の光路は、基準１１１２から反射された第２の入力ビーム１１３８を受光するように光学的に結合された干渉計１１０４の第２の入力部と、第２の干渉ビーム１１５８を第２の検出器１１０６ｂに向けて導くその第２の出力部との間に形成されている。
【００５５】
いくつかの例では、干渉計１１０４、スプリッタ１１０８、反射面１１１４、１１１６および追加の光学部品１１１８を、ＭＥＭＳチップ上にモノリシックに作製することができる。さらに、元の入力ビームをサンプル１１１０および基準１１１２に向けるために、かつサンプル１１１０および基準１１１２で反射した入力ビームを干渉計１１０４に向けるために、他の光学部品を利用できることを理解されたい。
【００５６】
図１２は、自己参照分光器の別の例を示す図である。分光器１２００は、光源１２０２、干渉計１２０４および２つの検出器１２０６ａ、１２０６ｂを含む。光源１２０２は、例えば、図１に示す光源１０２に対応していてもよい。また、干渉計１２０４および検出器１２０６ａ、１２０６ｂは、図１に示す干渉計１０４および検出器１０６にそれぞれ対応していてもよい。さらに、分光器１２００は、プロセッサおよび／または他の回路（簡略化のために図示省略）をさらに含むことができる。
【００５７】
分光器１２００は、サンプル（例えば、ＳＵＴ）１２１０および基準（例えば、拡散反射面）１２１２を同時に照明するように構成されている。図１２に示す例では、光源１２０２から出力された光源ビーム１２３５が、サンプル１２１０と基準１２１２の両方に向けられている。サンプル１２１０および基準１２１２から反射された光は、例えば追加の光学部品１２１８を介して、入力ビーム１２３６、１２３８として、干渉計１２０４のそれぞれの入力部に向けることができる。例えば、追加の光学部品１２１８は、サンプル１２１０から反射された第１の入力ビームを受け取るように光学的に結合された第１の平面ミラー１２３０と、基準１２１２から反射された第２の入力ビームを受け取るように光学的に結合された第２の平面ミラー１２３２とを含むことができる。平面ミラー１２３０、１２３２から反射された第１および第２の入力ビームは、その後、第１の入力ビーム１２３６および第２の入力ビーム１２３８を干渉計１２０４にそれぞれ向けるように光学的に結合された反射要素１２３４に向けることができる。
【００５８】
干渉計１２０４は、ＭＥＭＳアクチュエータ１２２２に結合された調整可能なＦＰフィルタ１２２０を含むＦＰ干渉計である。調整可能なＦＰフィルタ１２２０は、２つのスラブを含み、その一方がＭＥＭＳアクチュエータ１２２２に結合されている。例示的な動作では、サンプル１２１０および基準１２１２から反射された第１の入力ビーム１２３６および第２の入力ビーム１２３８が、調整可能なＦＰフィルタ１２２０の上部スラブを透過して、スラブ間のＦＰ空気キャビティに入り、そこで入力ビームが、スラブの各内部反射面で複数回反射される。ＭＥＭＳアクチュエータ１２２２は、底部スラブの変位を引き起こし、それによってキャビティの幅を変化させ、その結果、ＦＰ空気キャビティ内で互いに干渉する複数のオフセットビームを生じさせる。第１の干渉ビーム１２４０および第２の干渉ビーム１２４２の各々に関連する反射光の一部は、光がスラブに到達する度にそれぞれの検出器１２０６ａ、１２０６ｂに向かって底部スラブを透過する。
【００５９】
その後、プロセッサ（図示省略）は、上述したように、検出器１２０６ａによって検出された干渉信号を処理する際に、検出器１２０６ｂによって検出された干渉信号を基準信号として利用することができる。この例では、第１の光路が、サンプル１２１０から反射された入力ビーム１２３６を受光するように光学的に結合された干渉計１２０４の第１の入力部と、第１の干渉ビーム１２４０を第１の検出器１２０６ａに提供するように結合された干渉計１２０４の第１の出力部との間に形成され、一方、第２の光路は、基準１２１２から反射された入力ビーム１２３８を受光するように光学的に結合された干渉計１２０４の第２の入力部と、第２の干渉ビーム１２４２を第２の検出器１２０６ｂに提供するように結合された干渉計１２０４の第２の出力部との間に形成されている。
【００６０】
なお、図１２に示す光学部品は単なる例示であり、光源１２０２からの光をサンプル１２１０および基準１２１２に向け、かつサンプル１２１０および基準１２１２で反射した入力ビームを干渉計１２０４に向けるために、他の光学部品（例えば、図１１に示す光学部品など）を利用できることを理解されたい。
【００６１】
図１３Ａおよび図１３Ｂは、自己参照分光器１３００の別の例を示す図である。分光器１３００は、光源１３０２、干渉計１３０４および単一の検出器１３０６を含む。光源１３０２は、例えば、図１に示す光源１０２に対応してもよい。さらに、干渉計１３０４および検出器１３０６は、図１に示す干渉計１０４および検出器１０６にそれぞれ対応していてもよい。さらに、分光器１３００は、プロセッサおよび／または他の回路（簡略化のために図示省略）をさらに含むことができる。
【００６２】
分光器１３００は、サンプル（例えば、ＳＵＴ）１３１０および基準（例えば、拡散反射面）１３１２を同時に照明するように設計された光学部品をさらに含む。図１３に示す例では、分光器１３００はスプリッタ１３０８を含み、このスプリッタが、光源１３０２からの元の光源ビーム１３０５を、第１の反射面１３１４により反射されてサンプル１３１０に向かう第１の光源ビームと、第２の反射面１３１６により反射されて基準１３１２に向かう第２の光源ビームとに分割するように光学的に結合されている。第１の入力ビーム１３３６および第２の入力ビーム１３３８としてサンプル１３１０および基準１３１２からそれぞれ反射された光は、図１１に関連して上述したように、例えば、１または複数の導波路および／または他の追加の光学部品１３１８を介して、干渉計１３０４のそれぞれの入力部に向けることができる。
【００６３】
図１３Ａに示す例では、干渉計１３０４が、ビームスプリッタ１３２０、固定反射器１３２２ａ、１３２２ｂ（例えば、固定ミラー）、可動反射器１３２４（例えば、可動ミラー）、可動反射器１３２４に結合されたＭＥＭＳアクチュエータ１３２６、および集束反射器１３２８（例えば、湾曲反射器）を含むマイケルソン干渉計である。固定ミラー１３２２ａ、１３２２ｂおよび可動ミラー１３２４は、それぞれ平面ミラーである。図１３に示す例では、サンプル１３１０および基準１３１２から反射された第１の入力ビーム１３３６および第２の入力ビーム１３３８は、それぞれビームスプリッタ１３２０に入力される。このビームスプリッタは、各入力ビームをそれぞれの入射ビームに分割するように光学的に結合されている。例えば、ビームスプリッタ１３２０は、サンプル１３１０から反射された第１の入力ビームを、第１の固定ミラー１３２２ａに向けられた第１の入射ビームと、可動ミラー１３２４に向けられた第２の入射ビームとに分割することができる。ビームスプリッタ１３２０は、さらに、基準１３１２から反射された第２の入力ビームを、第２の固定ミラー１３２２ｂに向けられた第３の入射ビームと、可動ミラー１３２４に向けられた第４の入射ビームとに分割することができる。
【００６４】
第１の固定ミラー１３２２ａおよび第２の固定ミラー１３２２ｂは、それぞれ受光した第１および第３の入射ビームを第１および第３の反射ビームとしてビームスプリッタ１３２０に向けて反射するように光学的に結合されている。可動ミラー１３２４は、受光した第２および第４の入射ビームを第２および第４の反射ビームとしてビームスプリッタ１３２０に向けて反射するように光学的に結合されている。可動ミラー１３２４は、ＭＥＭＳアクチュエータ１３２６に結合され、それにより第１および第３の反射ビームと第２および第４の反射ビームとの間に所望のそれぞれの光路差（ＯＰＤ）を生じさせる。
【００６５】
第１および第２の反射ビームは、ビームスプリッタ１３２０で干渉して第１の干渉ビーム１３４０を生成し、一方、第３および第４の反射ビームは、ビームスプリッタ１３２０で干渉して第２の干渉ビーム１３４２を生成する。ビームスプリッタ１３２０は、第１の干渉ビーム１３４０および第２の干渉ビーム１３４２を集束反射器１３２８に向けて導くようにさらに光学的に結合され、集束反射器は、第１の干渉ビーム１３４０および第２の干渉ビーム１３４２の各々を単一の検出器１３０６にそれぞれ集束させ、単一の検出器は、第１の干渉ビームから生成される第１の干渉信号と第２の干渉ビームから生成される第２の干渉信号との両方を含む複合干渉信号を検出する。この例では、第１の光路は、サンプル１３１０から反射された第１の入力ビームを受光するように光学的に結合された干渉計１３０４の第１の入力部と、集束反射器１３２８における干渉計１３０４の単一の出力部との間に形成され、一方、第２の光路は、基準１１１２から反射された第２の入力ビームを受光するように光学的に結合された干渉計１３０４の第２の入力部と、集束反射器１３２８における干渉計１３０４の単一の出力部との間に形成されている。
【００６６】
単一の検出器１３０６を使用するために、第１の干渉信号から得られるサンプルインターフェログラム（図１３Ａに示される）と、第２の干渉信号から得られる基準インターフェログラム（同じく図１３Ａに示される）とは、固定ミラーの一方を他方に対して相対的にシフトさせることにより、空間的に分離される。図１３Ａに示す例では、第１の干渉信号と第２の干渉信号との間のクロスカップリングを避けるために、予め定められたマージン内の目標分解能に対応する距離ｄＯだけ、サンプル光路内の第１の固定ミラー１３２２ａが、基準光路内の第２の固定ミラー１３２２ｂから空間的にオフセットされている（例えば、第１のミラーと第２のミラーが、ビームスプリッタ１３２０に対して互いに空間的にオフセットされている）。その結果、２つのインターフェログラム（例えば、サンプルおよび基準）も、距離ｄＯだけ互いにシフトされている。
【００６７】
この例では、サンプル吸光度Ａｓは、以下のように、測定された複合インターフェログラムＩｄから抽出することができる。
2021519413.tif 000004
ここで、ＷＳおよびＷＲは、サンプルインターフェログラムおよび基準インターフェログラムをそれぞれ検出するための窓関数である。いくつかの例では  ＷＳおよびＷＲは、可動ミラー１３２４のミラー変位ｘの同じ窓関数Ｗのシフトバージョンである。
2021519413.tif 000005
【００６８】
いくつかの例では、干渉計１３０４が、単一の固定ミラーと、互いに空間的にオフセットされた２つの可動ミラーとを含み、上述したように処理される同じ組み合わされたインターフェログラムを生成できることを理解されたい。
【００６９】
図１３Ｂに示す例では、２つの固定ミラー１３２２ａ、１３２２ｂを含む代わりに、単一の固定ミラー１３２２が、薄膜ＦＰスラブ１３３０とともに利用されている。ＦＰスラブ１３３０は、図示のように、ビームスプリッタ１３２０の前の第２の光路（例えば、基準光路に対応する）内に実装されている。ＦＰスラブ１３３０は、厚さｄＯを有し、よって、２ｄＯに等しい量だけ互いに遅延した基準光（例えば、第２の入力ビーム）の複数のインスタンスを生成する。これにより、基準光に対するαとβのパワー比が２ｄＯだけ離れている基準インターフェログラム（図１３Ｂに示すように）の２つのインスタンスが生成され、メインインスタンス（バースト）がサンプルのインターフェログラムと整列する。その後、プロセッサ（図示省略）は、インターフェログラムの右半分から基準パワースペクトル密度（ＰＳＤ）を抽出し、インターフェログラムの左半分からサンプルＰＳＤを抽出するために基準ＰＳＤを利用することができる（これは、サンプルのインターフェログラムと基準インターフェログラムのβ部分の両方の和を含む）。
【００７０】
図１４は、自己参照分光器１４００の別の例を示す図である。分光器１４００は、光源１４０２、干渉計１４０４および単一の検出器１４０６を含む。光源１４０２は、例えば、図１に示す光源１０２に対応してもよい。さらに、干渉計１４０４および検出器１４０６は、図１に示す干渉計１０４および検出器１０６にそれぞれ対応していてもよい。さらに、分光器１４００は、プロセッサおよび／または他の回路（簡略化のために図示省略）をさらに含むことができる。
【００７１】
分光器１４００は、サンプル（例えば、ＳＵＴ）１４１０および基準（例えば、拡散反射面）１４１２を同時に照明するように設計された光学部品をさらに含む。図１４に示す例では、分光器１４００は、光源１４０２からの元の光源ビームを、第１の反射面１４１４により反射されてサンプル１４１０に向かう第１の光源ビームと、第２の反射面１４１６により反射されて基準１４１２に向かう第２の光源ビームとに分割するように光学的に結合されたスプリッタ１４０８を含む。サンプル１４１０および基準１４１２から反射された光は、図１１に関連して上述したように、例えば１または複数の導波路および／または他の追加の光学部品１４１８を介して、干渉計１４０４のそれぞれの入力部に向けられる。
【００７２】
図１４Ａに示す例では、干渉計１４０４が、調整可能なＦＰフィルタ１４２０および集束レンズ１４３０を含むＦＰ干渉計である。調整可能なＦＰフィルタ１４２０は、ＭＥＭＳアクチュエータ１４２２に結合された可動スラブ１４２４と、２つの固定スラブ１４２６、１４２８とを含み、固定スラブの各々が、可動スラブ１４２４の別々の側に配置されている。第１の固定スラブ１４２６は、検出器１４０６に向かう干渉計１４０４の出力部に最も近い可動スラブ１４２４の第１の側に配置され、第２の固定スラブ１４２８は、第１の側とは反対側の、干渉計１４０４の入力部に最も近い可動スラブ１４２４の第２の側に配置されている。第１の固定スラブ１４２６および第２の固定スラブ１４２８はそれぞれ、可動スラブ１４２４の長さの約半分の長さを有し、第１の固定スラブ１４２６が可動スラブ１４２４の長さの第１の半分に対応する可動スラブ１４２４の第１の部分に近接し、第２の固定スラブ１４２８が可動スラブ１４２６の長さの第２の半分（例えば、長さの他の半分）に対応する可動スラブ１４２４の第２の部分に近接するように配置されている。
【００７３】
このように、第１の固定スラブ１４２６は、サンプル１４１０からの反射入力ビームを受け取るように光学的に結合された干渉計１４０４の第１の入力部と集束レンズ１４３０との間の第１の光路（例えば、サンプルアーム）内に含まれ、一方、第２の固定スラブ１４２８は、基準１４１２からの反射入力ビームを受け取るように光学的に結合された干渉計１４０４の第２の入力部と集束レンズ１４３０との間の第２の光路（例えば、基準アーム）内に含まれている。
【００７４】
ＭＥＭＳアクチュエータ１４２２は、調整可能なＦＰフィルタ１４２０の可動スラブ１４２４を変位させて、可動スラブ１４２４と第１の固定スラブ１４２６との間のサンプルギャップｇｓを変化させ、それによりサンプルギャップを増加させるように構成されている（例えば、ｇｓ＋Δ）。ＭＥＭＳアクチュエータ１４２２は、可動スラブ１４２４を変位させて、可動スラブ１４２４と第２の固定スラブ１４２６との間の基準ギャップｇｒを変化させ、それにより基準ギャップを減少させるように構成されている（例えば、ｇｒ−Δ）。可動スラブ１４２４の変位により、２つの異なる分離されたスペクトル帯域が、集光レンズ１４３０を介して検出器１４０６に結合される結果となり、第１の帯域λｓが、検出器１４０６によって検出されたサンプル干渉信号に対応し、第２の帯域λｒが、検出器１４０６によって検出された基準干渉信号に対応する。スペクトル範囲は、調整可能なＦＰフィルタ１４２０のギャップを変化させることによってスキャンすることができる。両方のギャップが等しい場合、サンプル干渉信号と基準干渉信号がオーバーラップすることがある。しかしながら、プロセッサ（図示省略）は、各信号（サンプルおよび基準）を分離するために、オーバーラップした帯域を予測するように構成することができる。
【００７５】
図１５Ａは、自己参照分光器１５００の別の例を示す図である。分光器１５００は、光源１５０２ａ、１５０２ｂと、干渉計１５０４とを含む。干渉計１５０４は、単一の検出器（図示省略）に結合された出力部を含むことができる。光源１５０２ａ、１５０２ｂは、例えば、図１に示す光源１０２に対応していてもよい。さらに、干渉計１５０４は、図１に示す干渉計１０４に対応してもよい。分光器１５００は、プロセッサおよび／または他の回路（簡略化のために図示省略）をさらに含むことができる。
【００７６】
分光器１５００は、光源１５０２ａ、１５０２ｂを含み、サンプル（例えば、ＳＵＴ）１５１０が置かれるウィンドウ１５０６を含むハウジング１５１２をさらに含むことができる。ハウジング１５１２は、干渉計１５０４への入力部または結合アパーチャを形成する開口部１５１４をさらに含む。いくつかの例では、干渉計が、マイケルソン干渉計、ＭＺ干渉計またはＦＰ干渉計を含むことができる。いくつかの例では、干渉計１５０４を、ＭＥＭＳチップ上に実装することができ、ハウジング１５１２を、ＭＥＭＳチップに結合することができる。
【００７７】
図１５Ａに示す例では、光源１５０２ａ、１５０２ｂは、それぞれの光源ビームを放出して、ウィンドウ１５０６上のサンプル１５１０を照明するように光学的に結合されている。その後、サンプル１５１０からの拡散反射光は、開口部１５１４を介して干渉計１５０４の入力部に第１の入力ビームとして結合されてもよく、これはサンプル信号（例えば、第１の干渉信号）として測定されてもよい。干渉計１５０４への第２の入力ビームは、ウィンドウ１５０６から後方反射された光を含むようにしてもよく、この光は、その後、干渉計１５０４に入力されて、バックグラウンド基準信号（例えば、第２の干渉信号）として測定されてもよい。この例では、ウィンドウ１５０６が、サンプル１５１０の下およびその周りに延び、ハウジング１５１２のそれぞれの面に結合されている。サンプル１５１０とバックグラウンド（例えば、ウィンドウ１５０６からの後方反射光）との同時測定を可能にするために、ウィンドウ１５０６は、所望の範囲のスペクトルを完全に反射し、残りの範囲のスペクトルをサンプル１５１０へと通してサンプル１５１０から反射されるように選択された反射防止コーティング１５０８を含むことができる。
【００７８】
ウィンドウ１５０６から反射された波長範囲は、図１５Ｂのグラフに示すように、バックグラウンド信号全体を推定するために使用することができる。図１５Ｂに示す例では、分光器は、サンプルスペクトルにわたるサンプル干渉信号と、バックグラウンドスペクトルにわたるバックグラウンド干渉信号の両方を同時に測定することができる。サンプルスペクトルは、１４００〜２５００ｎｍの波長範囲を有し、バックグラウンドスペクトルは、１３００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長範囲および２５００ｎｍ〜２６００ｎｍの波長範囲を有する。測定されたバックグラウンド（ＢＧ）スペクトル（例えば、１３００ｎｍ〜１４００ｎｍ、および２５００ｎｍ〜２６００ｎｍ）は、バックグラウンド（ＢＧ）信号の残りの部分（例えば、１５００ｎｍ〜２５００ｎｍ）を推定するために利用することができる。
【００７９】
いくつかの例では、バックグラウンド信号の残りの部分は、測定したＢＧスペクトルと、基準拡散反射標準がウィンドウ１５０６上に置かれたときに取得したバックグラウンド信号の較正読取値との両方を使用して、推定することができる。較正読取値は、分光器の変化を補償するために定期的に更新することができる。また、温度センサ（図示省略）からの読取値も、温度変化による検出器応答の任意の変化を補償するために利用することができる。他の例では、ウィンドウ１５０６上に反射防止コーティング１５０８を提供する代わりに、ウィンドウ１５０６からの後方反射（例えば、ＳＵＴまたは基準拡散反射基準が存在しない）をバックグラウンド信号として利用することができる。しかしながら、この例では、バックグラウンド信号はサンプル信号と同時に測定されない。
【００８０】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、自己参照分光器１６００の他の例を示す図である。分光器１６００は、第１のセットの発光器１６０２ａ、１６０２ｂと、第２のセットの発光器１６０２ｃ、１６０２ｄと、干渉計１６０４とを含む。干渉計１６０４は、単一の検出器（図示省略）に結合された出力部を含むことができる。発光器１６０２ａ〜１６０２ｄは、例えば、図１に示す光源１０２に対応してもよい。さらに、干渉計１６０４は、図１に示す干渉計１０４に対応してもよい。分光器１６００は、プロセッサおよび／または他の回路（簡略化のために図示省略）をさらに含むことができる。
【００８１】
分光器１６００は、発光器１６０２ａ〜１６０２ｄを収容するハウジング１６１６をさらに含み、このハウジングは、サンプル（例えば、ＳＵＴ）１６１０を置くことができるウィンドウ１６０６を含む。ハウジング１６１６は、干渉計１６０４への入力部または結合アパーチャを形成する開口部１６１８をさらに含む。いくつかの例では、干渉計は、マイケルソン干渉計、ＭＺ干渉計またはＦＰ干渉計を含むことができる。いくつかの例では、干渉計１６０４をＭＥＭＳチップ上に実装することができ、ハウジング１６１６をＭＥＭＳチップに結合することができる。
【００８２】
図１６Ａに示す例では、発光器の各セット（例えば、第１のセットの発光器１６０２ａ、１６０２ｂおよび第２のセットの発光器１６０２ｃ、１６０２ｄ）は、それぞれ光源ビームを放出して、サンプル１６１０およびウィンドウ１６０６の両方を同時に照明するように光学的に結合することができる。しかしながら、第２のセットの発光器１６０２ｃ、１６０２ｄは、ハウジング１６１６の縁の近くに配置され、それにより第１のセットの発光器１６０２ａ、１６０２ｂよりも、開口部１６１８に向かうウィンドウ１６０６からの多くの後方反射を生じさせることができる。このため、各セットの発光器１６０２ａ／１６０２ｂおよび１６０２ｃ／１６０２ｄに由来する光から生じる反射スペクトルは、異なり得る。
【００８３】
サンプルスペクトルおよびバックグラウンドスペクトルを抽出するために、発光器１６０２ａ〜１６０２ｄは、第１のセットの発光器１６０２ａ、１６０２ｂと第２のセットの発光器１６０２ｃ、１６０２ｄとを交互にオンにするように構成されたスイッチ１６１４に結合することができる。例えば、スイッチ１６１４は、干渉計１６０４が第１の複合干渉信号Ｓ１を測定することを可能にするために、第１の時刻（ｔ１）において、第１のセットの発光器１６０２ａ、１６０２ｂをオンにし、第２のセットの発光器１６０２ｃ、１６０２ｄをオフにすることができる。その後、第２の時刻（ｔ２）において、スイッチ１６１４は、干渉計が第２の複合干渉信号Ｓ２を測定することを可能にするために、第１のセットの発光器１６０２ａ、１６０２ｂをオフにし、第２のセットの発光器１６０２ｃ、１６０２ｄをオンにすることができる。複合干渉信号Ｓ１、Ｓ２は、次のように表すことができる。
2021519413.tif 000006
ここで、ＳＳはサンプル干渉信号の寄与であり、ＳＲはバックグラウンド干渉信号の寄与であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、サンプル干渉信号をバックグラウンド干渉信号に加える比率を表す定数である。その結果、信号Ｓ１、Ｓ２は、異なる光源に由来するものと考えられ、よって、プロセッサ（図示省略）は、ブラインド信号源分離（ＢＳＳ）アルゴリズムを利用して、ＳＳおよびＳＲを抽出することができる。いくつかの例では、スイッチ１６１４をプロセッサによってさらに制御することができる。
【００８４】
いくつかの例では、ウィンドウ１６０６が任意選択的なブロッキング材料１６０８を含むことができ、このブロッキング材料が、ウィンドウ１６０６の上面に沿って延びるとともに、サンプル１６１０を取り囲むウィンドウ１６０６の下にさらに延びている。ブロッキング材料１６０８は、第２のセットの発光器１６０２ｃ、１６０２ｄから放出された光がサンプル１６１０に到達するのを防止し、第１のセットの発光器１６０２ａ、１６０２ｂから放出された光がサンプル１６１０を取り囲むウィンドウ１６０６に到達するのをさらに防止するように設計されるものであってもよい。この例では、Ｓ１＝ＳＳ、Ｓ２＝ＳＲである。しかしながら、この例では、サンプル干渉信号ＳＳおよびバックグラウンド干渉信号ＳＲは、別々に（例えば、それぞれ時刻ｔ１およびｔ２に）測定される。
【００８５】
図１６Ｂに示す例では、ウィンドウ１６０６からの後方反射に起因するバックグラウンド干渉信号を使用してサンプル干渉信号を処理する代わりに、基準拡散反射物質１６１２が、ハウジング１６１６のそれぞれの面とウィンドウ１６０６との間に結合されている。例えば、基準拡散反射物質１６１２は、その中央に開口部を有するとともに、ウィンドウ１６０６を受け入れるために開口部を取り囲むリップを含むことができる。いくつかの例では、ウィンドウ１６０６を定位置に固定するために、ウィンドウ１６０６を基準拡散反射物質１６１２のリップに結合することができる。この例では、（バックグラウンド干渉信号の代わりに）複合干渉信号Ｓ１、Ｓ２から基準干渉信号を抽出することができる。サンプル干渉信号および基準干渉信号は、上述したように、例えばＢＳＳアルゴリズムを用いて抽出することができる。
【００８６】
いくつかの例では、ブロッキング材料１６０８が基準拡散反射物質１６１２の上面に沿って、かつウィンドウ１６０６を取り囲むようにさらに含まれるものであってもよく、それにより、第２のセットの発光器１６０２ｃ、１６０２ｄから放出された光が基準拡散反射物質１６１２によって反射され、干渉計１６０４に結合されてバックグラウンド干渉信号を生成することができ、一方、第１のセットの発光器１６０２ａ、１６０２ｂから放出された光がサンプル１６１０によって反射され、干渉計に結合されてサンプル干渉信号を生成することができる。したがって、第１のセットの発光器１６０２ａ、１６０２ｂから出射された光は、ＳＳのみに寄与し、第２のセットの発光器１６０２ｃ、１６０２ｃから出射された光は、ＳＲのみに寄与する。しかしながら、この例では、サンプル干渉信号ＳＳとバックグラウンド干渉信号ＳＲは別々に（例えば、それぞれ時刻ｔ１およびｔ２に）測定される。
【００８７】
図１７は、自己参照分光器１７００の別の例を示す図である。分光器１７００は、２つの光源１７０２ａ、１７０２ｂと、干渉計１７０４と、２つの検出器１７０６ａ、１７０６ｂとを含む。光源１７０２ａ、１７０２ｂの各々は、異なるスペクトル（波長）範囲に最適化されていてもよい。例えば、光源１７０２ａは、第１のスペクトル範囲（例えば、λ２〜λ３）で第１の入力ビーム１７１６を放出するように構成され、第２の光源１７０２ｂは、第２のスペクトル範囲（例えば、λ３〜λ４）で第２の入力ビーム１７１８を放出するように構成することができる。光源１７０２ａ、１７０２ｂは、例えば、図１に示す光源１０２に対応していてもよい。また、干渉計１７０４および検出器１７０６ａ、１７０６ｂは、図１に示す干渉計１０４および検出器１０６にそれぞれ対応していてもよい。さらに、分光器１７００は、プロセッサおよび／または他の回路（簡略化のために図示省略）をさらに含むことができる。
【００８８】
干渉計１７０４は、ビームスプリッタ１７０８と、固定反射器１７１０（例えば、固定ミラー）と、可動反射器１７１２（例えば、可動ミラー）と、可動反射器１７１２に結合されたＭＥＭＳアクチュエータ１７１４とを含む、マイケルソン干渉計である。固定ミラー１７１０および可動ミラー１７１２は、それぞれ平面ミラーである。図１７に示す例では、第１の入力ビーム１７１６および第２の入力ビーム１７１８が、それぞれビームスプリッタ１７１０８に入力される。このビームスプリッタは、各入力ビームをそれぞれの入射ビームに分割するように光学的に結合されている。例えば、ビームスプリッタ１７０８は、第１の入力ビーム１７１６を第１の入射ビーム１７２０と第２の入射ビーム１７２２とに分割し、第１の入射ビーム１７２０を固定ミラー１７１０に向け、第２の入射ビーム１７２２を可動ミラー１７１２に向けることができる。さらに、ビームスプリッタ１７０８は、第２の入力ビーム１７１８を第３の入射ビーム１７２４と第４の入射ビーム１７２６とに分割し、第３の入射ビーム１７２４を固定ミラー１７１０に向け、第４の入射ビーム１７２６を可動ミラー１７１２に向けることができる。
【００８９】
固定ミラー１７１０は、受光した第１の入射ビーム１７２０および第３の入射ビーム１７２４をそれぞれ第１の反射ビーム１７２８および第３の反射ビーム１７３２としてビームスプリッタ１７０８に向けて反射させるように光学的に結合されている。可動ミラー１７１２は、受光した第２の入射ビーム１７２２および第４の入射ビーム１７２６をそれぞれ第２の反射ビーム１７３０および第４の反射ビーム１７３４としてビームスプリッタ１７０８に向けて反射するように光学的に結合されている。可動ミラー１７１２は、ＭＥＭＳアクチュエータ１７１４に結合され、それにより第１および第３の反射ビームと第２および第４の反射ビームとの間に所望のそれぞれの光路差（ＯＰＤ）を生じさせる。
【００９０】
第１の反射ビーム１７２８および第２の反射ビーム１７３０は、それぞれビームスプリッタ１７０８で干渉して第１の干渉ビーム１７３６を生成し、一方、第３の反射ビーム１７３２および第４の反射ビーム１７３４は、それぞれビームスプリッタ１７０８で干渉して第２の干渉ビーム１７３８を生成する。ビームスプリッタ１７０８は、第１の干渉信号を検出するために第１の干渉ビーム１７３６を検出器１７０６ａに向け、第２の干渉信号を検出するために第２の干渉ビーム１７３８を検出器１７０６ｂに向けるように、さらに光学的に結合されている。その後、プロセッサ（図示省略）は、検出器１７０６ａによって検出された干渉信号を処理する際に、検出器１７０６ｂによって検出された干渉信号を基準信号として利用することができる。例えば、検出器１７０６ｂによって検出された第２のスペクトル範囲に対応する干渉信号は、検出器１７０６ａによって検出された第１のスペクトル範囲に対応する干渉信号のエラーを補償または較正するために使用することができる。この例では、第１の光路は、第１の入力ビーム１７１６を受光するように光学的に結合された干渉計１７０４の第１の入力部と、第１の干渉ビーム１７３６を第１の検出器１７０６ａに向けて導くその第１の出力部との間に形成され、一方、第２の光路は、第２の入力ビーム１７１８を受光するように光学的に結合された干渉計１７０４の第２の入力部と、第２の干渉ビーム１７３８を第２の検出器１７０６ｂに向けて導くその第２の出力部との間に形成されている。いくつかの例では、異なるスペクトル範囲のサンプルおよび基準干渉信号を生成するために、図２に示すように、サンプルおよび基準が干渉計のそれぞれの出力部に存在していてもよい。
【００９１】
図１８は、自己参照分光器１８００の別の例を示す図である。図１７と同様に、分光器１８００は、２つの光源１８０２ａ、１８０２ｂと、干渉計１８０４と、２つの検出器１８０６ａ、１８０６ｂとを含む。光源１８０２ａ、１８０２ｂの各々は、異なるスペクトル（波長）範囲に最適化することができる。例えば、光源１８０２ａは、第１のスペクトル範囲（例えば、λ２〜λ３）で第１の入力ビームを放出するように構成され、第２の光源１８０２ｂは、第２のスペクトル範囲（例えば、λ３〜λ４）で第２の入力ビームを放出するように構成することができる。光源１８０２ａ、１８０２ｂは、例えば、図１に示す光源１０２に対応していてもよい。さらに、干渉計１８０４および検出器１８０６ａ、１８０６ｂは、図１に示す干渉計１０４および検出器１０６にそれぞれ対応していてもよい。さらに、分光器１８００は、プロセッサおよび／または他の回路（簡略化のために図示省略）をさらに含むことができる。
【００９２】
干渉計１８０４は、２つのビームスプリッタ１８０８ａ、１８０８ｂと、２つの固定反射器１８１０ａ、１８１０ｂ（例えば、固定ミラー）と、２つの可動反射器１８１２ａ、１８１２ｂ（例えば、可動ミラー）と、可動反射器１８１２ａ、１８１２ｂに結合されたＭＥＭＳアクチュエータ１８１４とを含む、マイケルソン干渉計である。いくつかの例では、各ビームスプリッタ１８０８ａ、１８０８ｂは、対応する光源１８０２ａ、１８０２ｂによって生成される特定の波長範囲に対して最適化されている。例えば、ビームスプリッタ１８０８ａの一方は空気／シリコンビームスプリッタであり、他方のビームスプリッタ１８０８ｂは中空導波路スプリッタであり、よって紫外／可視スペクトルにまで波長範囲を拡大することができ、シリコン内部での伝播は損失が多い。ビームスプリッタ１８０８ａ、１８０８ｂの各々は、図１８に示すように、同じＭＥＭＳアクチュエータ１８１４とモノリシックに統合することができる。
【００９３】
図１８に示す例では、それぞれの光源１８０２ａ、１８０２ｂからの各入力ビームは、それぞれのビームスプリッタ１８０８ａ、１８０８ｂに入力される。それらビームスプリッタは、各入力ビームをそれぞれの入射ビームに分割するように光学的に結合されている。例えば、ビームスプリッタ１８０８ａは、第１の光源１８０２ａからの第１の入力ビームを第１の入射ビームと第２の入射ビームとに分割し、第１の入射ビームを第１の固定ミラー１８１０ａに向け、第２の入射ビームを第１の可動ミラー１８１２ａに向けることができる。さらに、第２ビームスプリッタ１８０８ｂは、第２の光源１８０２ｂからの第２の入力ビームを第３の入射ビームと第４の入射ビームとに分割し、第３の入射ビームを第２の固定ミラー１８１０ｂに向け、第４の入射ビームを第２の可動ミラー１８１２ｂに向けることができる。
【００９４】
第１の固定ミラー１８１０ａは、受光した第１の入射ビームを、第１の反射ビームとして第１のビームスプリッタ１８０８ａに向けて反射するように光学的に結合されている。また、第１の可動ミラー１８１２ａは、受光した第２の入射ビームを、第２の反射ビームとして第１のビームスプリッタ１８０８ａに向けて反射するように光学的に結合されている。さらに、第２の固定ミラー１８１０ｂは、受光した第３の入射ビームを、第３の反射ビームとして第２のビームスプリッタ１８０８ｂに向けて反射するように光学的に結合されている。第２の可動ミラー１８１２ｂは、さらに、受光した第４の入射ビームを、第２の反射ビームとして第２のビームスプリッタ１８０８ｂに向けて反射するように光学的に結合されている。各可動ミラー１８１２ａ、１８１２ｂは、ＭＥＭＳアクチュエータ１８１４に結合され、それにより第１および第３の反射ビームと第２および第４の反射ビームとの間に所望のそれぞれの光路差（ＯＰＤ）を生じさせる。
【００９５】
第１および第２の反射ビームは、第１のビームスプリッタ１８０８ａで干渉して、第１の検出器１８０６ａに向かう第１の干渉ビームを生成し、一方、第３および第４の反射ビームは、第２のビームスプリッタ１８０８ｂで干渉して、第２の検出器１８０６ｂに向かう第２の干渉ビームを生成する。その後、プロセッサ（図示省略）は、上述したように、検出器１８０６ａによって検出された干渉信号を処理する際に、検出器１８０６ｂによって検出された干渉信号を基準信号として利用することができる。この例では、第１の光路は、第１の入力ビームを受光するように光学的に結合された干渉計１８０４の第１の入力部と、第１の干渉ビームを第１の検出器１８０６ａに向けて導くその第１の出力部との間に形成され、一方、第２の光路は、第２の入力ビームを受光するように光学的に結合された干渉計１８０４の第２の入力部と、第２の干渉ビームを第２の検出器１８０６ｂに向けて導くその第２の出力部との間に形成されている。いくつかの例では、異なるスペクトル範囲のサンプルおよび基準干渉信号を生成するために、図２に示すように、サンプルおよび基準が干渉計のそれぞれの出力部に存在していてもよい。
【００９６】
図１９は、自己参照分光器１９００の別の例を示す図である。分光器１９００は、光源１９０２と、干渉計１９０４と、２つの検出器１９０６ａ、１９０６ｂとを含む。光源１９０２は、例えば、図１に示す光源１０２に対応していてもよい。また、干渉計１９０４および２つの検出器１９０６ａ、１９０６ｂは、図１に示す干渉計１０４および検出器１０６にそれぞれ対応していてもよい。さらに、分光器１９００は、プロセッサおよび／または他の回路（簡略化のために図示省略）をさらに含むことができる。
【００９７】
干渉計１９０４は、ビームスプリッタ１９０８と、固定反射器１９１０（例えば、固定ミラー）と、２つの可動反射器１９１２ａ、１９１２ｂと、可動反射器１９１２ａ、１９１２ｂに結合されたＭＥＭＳアクチュエータ１９１４とを含む、マイケルソン干渉計である。第１の可動反射器１９１２ａは光路差（ＯＰＤ）増倍コーナーミラーであり、第２の可動反射器１９１２ｂは平面ミラーである。２つの異なる可動反射器１９１２ａ、１９１２ｂにより、光源１９０２からの入力ビームのＰＳＤを２つの異なる分解能で同時に測定することが可能となる。
【００９８】
例えば、第１の光路は、可動平面ミラー１９１２ｂを通して形成することができ、第２の光路は、可動ＯＰＤ増倍コーナー反射器を通して形成することができる。平面可動ミラー１９１２ｂを通る第２の光路は、分解能ＲＯを提供し、一方、ＯＰＤ増倍コーナー反射器１９１２ａを通る第２の光路は、分解能ＲＯ／ｎを提供し、図１９に示すＯＰＤ増倍コーナー反射器１９１２ａの場合、ｎ＝２である。一例では、可動ＯＰＤ増倍コーナー反射器１９１２ａを通る第１の光路の信号対雑音比（ＳＮＲ）がＳＯである場合、平面ミラー１９１０を通る第２の光路のＳＮＲは２ＳＯである（例えば、検出器１９０６ａで測定されたインターフェログラムがＲｏの分解能を生成するために切り捨てられる場合）。
【００９９】
図２０は、自己参照分光器２０００の別の例を示す図である。分光器２０００は、光源２００２と、干渉計２００４と、単一の検出器２００６とを含む。光源２００２は、例えば、図１に示す光源１０２に対応していてもよい。さらに、干渉計２００４および検出器２００６は、図１に示す干渉計１０４および検出器１０６にそれぞれ対応していてもよい。さらに、分光器２０００は、プロセッサおよび／または他の回路（簡略化のために図示省略）をさらに含むことができる。
【０１００】
干渉計２００４は、ビームスプリッタ２００８と、固定反射器２０１０（例えば、固定ミラー）と、２つの可動反射器２０１２ａ、２０１２ｂと、可動反射器２０１２ａ、２０１２ｂに結合されたＭＥＭＳアクチュエータ２０１４とを含む、マイケルソン干渉計である。第１の可動反射器２０１２ａは、光路差（ＯＰＤ）増倍コーナーミラーであり、第２の可動反射器２０１２ｂは、平面ミラーである。図１９に示す例と同様に、２つの異なる可動反射器２０１２ａ、２０１２ｂは、光源２００２からの入力ビームのＰＳＤを２つの異なる分解能で測定することを可能にする。しかしながら、図２０に示す例では、平面ミラー２０１８に結合されたＭＥＭＳスイッチ２０１６を、可動ＯＰＤ増倍コーナーミラー１９１２ａを通る第１の光路と、可動平面ミラー１９１２ｂを通る第２の光路とを切り替えるために使用することができる。例えば、ＭＥＭＳスイッチ２０１６は、第１の光路が検出器２００６に結合される第１の位置２０２０と、第２の光路が検出器２００６に結合される第２の位置２０２２との間で、平面ミラー２０１８をシフトさせるように結合することができる。
【０１０１】
図２１は、自己参照分光器２１００の別の例を示す図である。分光器２１００は、光源２１０２と、干渉計２１０４と、２つの検出器２１０６ａ、２１０６ｂとを含む。光源２１０２は、例えば、図１に示す光源１０２に対応していてもよい。また、干渉計２１０４および検出器２１０６ａ、２１０６ｂは、図１に示す干渉計１０４および検出器１０６にそれぞれ対応していてもよい。さらに、分光器２１００は、プロセッサおよび／または他の回路（簡略化のために図示省略）をさらに含むことができる。
【０１０２】
干渉計２１０４は、ビームスプリッタ２１０８、固定反射器２１１０（例えば、固定ミラー）、可動反射器２１１２（例えば、可動ミラー）、および可動反射器２１１２に結合されたＭＥＭＳアクチュエータ２１１４を含む、マイケルソン干渉計である。固定ミラー２１１０および可動ミラー２１１２は、ともに平面ミラーである。干渉計２１０４はさらに干渉計２１０４の入力部にタップスプリッタまたはカプラ２１１６を含み、このタップスプリッタまたはカプラが、光源２１０２からの入力ビームを受光するとともに、干渉計に入る際に光源パワーをサンプリングするために、入力ビームの一部を第２の検出器２１０６ｂに方向転換するように光学的に結合されている。タップスプリッタまたはカプラ２１１６はさらに、入力ビームの残りの部分を干渉計２１０４に向けて、その出力を第１の検出器２１０６ａに結合することができる。第２の検出器２１０６ｂで測定されたＰＳＤは、第１の検出器２１０６ａで測定された干渉信号の光源パワー変動または光源ノイズを補償するために利用することができる。
【０１０３】
本開示内において、「例示的な」という単語は、「例、事例または実例として働く」ことを意味するために用いられる。「例示的な」として本明細書で説明されるどんな実装形態または態様も、本開示の他の態様よりも好ましいかまたは有利であると必ずしも解釈されるべきではない。同様に、「態様」という用語は、本開示の全ての態様が、説明された特徴、利点、または動作モードを含むことを必要とするわけではない。「結合される」という用語は、２つの対象間の直接または間接的結合を指すために本明細書で用いられる。例えば、対象Ａが、対象Ｂに物理的に接触し、かつ対象Ｂが、対象Ｃに接触する場合に、対象ＡおよびＣは、たとえそれらが、互いに直接に物理的に接触していない場合であっても、やはり互いに結合されていると見なされてもよい。例えば、たとえ第１の対象が、第２の対象に直接に物理的に接触していなくても、第１の対象は、第２の対象に結合され得る。「回路」および「回路構成要素」という用語は、広く用いられ、かつ接続され構成された場合に、電子回路のタイプに関する制限なしに、本開示で説明される機能の遂行を可能にする電気デバイスのハードウェア実装形態およびコンダクタの両方と同様に、プロセッサによって実行された場合に、本開示で説明される機能の遂行を可能にする情報および命令のソフトウェア実装形態を含むように意図されている。
【０１０４】
図１〜図２１に示されているコンポーネント、ステップ、特徴および／または機能のうちの１または複数は、単一のコンポーネント、ステップ、特徴または機能に再配置され、かつ／または組み合わされるか、または幾つかのコンポーネント、ステップまたは機能で具体化されてもよい。追加の素子、コンポーネント、ステップおよび／または機能がまた、本明細書で開示される新規の特徴から逸脱せずに追加され得る。図１〜図２１に示されている機器、デバイスおよび／またはコンポーネントは、本明細書で説明される方法、特徴またはステップの１または複数を実行するように構成されてもよい。本明細書で説明される新規のアルゴリズムはまた、ソフトウェアにおいて効率的に実施され、かつ／またはハードウェアに埋め込まれてもよい。
【０１０５】
開示される方法のステップにおける特定の順序または階層が、例示的なプロセスの実例であることを理解されたい。設計の優先度に基づいて、方法のステップにおける特定の順序または階層が、再配置されてもよいことが理解される。添付の方法クレームは、見本の順序で様々なステップの要素を提示し、かつ特許請求の範囲において特に挙げられない限り、提示される特定の順序または階層に限定されるようには意図されていない。
【０１０６】
前述の説明は、いずれかの当業者が、本明細書で説明される様々な態様を実施できるようにするために提供される。これらの態様に対する様々な修正が、当業者には容易に明らかになるであろうし、本明細書で定義される一般的な原理は、他の態様に適用されてもよい。従って、クレームは、本明細書で示された態様に限定されるようには意図されず、クレームの言語と一致する完全な範囲を与えられるべきであり、単数形の要素への言及は、特に単数と言明されていない限り、「１つだけ」を意味するように意図されず、むしろ「１または複数」である。特に別段の言明がない限り、「幾つか」という用語は、１または複数を指す。用語リスト「の少なくとも１つ」は、単一のメンバーを含む、それら用語の任意の組み合わせを指す。例として、「ａ、ｂまたはｃの少なくとも１つ」は、ａ、ｂ、ｃ、ａおよびｂ、ａおよびｃ、ｂおよびｃ、並びにａとｂとｃをカバーするように意図されている。当業者に周知かまたは後で周知になる、この開示の全体にわたって説明された様々な態様の要素に対する全ての構造的および機能的な等価物は、参照によって本明細書に明示的に援用され、かつクレームによって包含されるように意図されている。更に、本明細書で開示される何ものも、かかる開示が、クレームで明示的に挙げられているかどうかにかかわらず、公衆に捧げられることを意図されていない。請求要素のどれも、要素が、「〜のための手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ）」という句を用いて明示的に挙げられるか、または方法クレームの場合に、要素が、「〜のためのステップ（ｓｔｅｐ  ｆｏｒ）」という句を用いて挙げられていない限り、米国特許法第１１２条（ｆ）の条項下で解釈されるべきではない。
【図１】
2021519413.tif 000007
【図２】
2021519413.tif 000008
【図３】
2021519413.tif 000009
【図４】
2021519413.tif 000010
【図５】
2021519413.tif 000011
【図６】
2021519413.tif 000012
【図７】
2021519413.tif 000013
【図８】
2021519413.tif 000014
【図９】
2021519413.tif 000015
【図１０】
2021519413.tif 000016
【図１１】
2021519413.tif 000017
【図１２】
2021519413.tif 000018
【図１３Ａ】
2021519413.tif 000019
【図１３Ｂ】
2021519413.tif 000020
【図１４】
2021519413.tif 000021
【図１５】
2021519413.tif 000022
【図１６】
2021519413.tif 000023
【図１７】
2021519413.tif 000024
【図１８】
2021519413.tif 000025
【図１９】
2021519413.tif 000026
【図２０】
2021519413.tif 000027
【図２１】
2021519413.tif 000028
【国際調査報告】
2021519413.tif 000029
2021519413.tif 000030
2021519413.tif 000031
2021519413.tif 000032
2021519413.tif 000033
2021519413.tif 000034
2021519413.tif 000035
2021519413.tif 000036
2021519413.tif 000037
2021519413.tif 000038
2021519413.tif 000039