CN107850491A - 光学干涉仪 - Google Patents

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Abstract

光学干涉仪(1A)具备分支合波部(10)、第一光学系统(20)、第二光学系统(30)以及驱动部(40)，可以由MEMS构成。分支合波部(10)在透明构件的内部与外部之间的边界上具有分支面(11)、入射面(12)、出射面(13)以及合波面(14)。分支合波部(10)在分支面(11)上使入射光(L0)的一部分反射并作为第一分支光(L11)出射并且将剩余部分作为第二分支光(L21)向内部透过。分支合波部(10)在合波面(14)上使第一分支光(L12)向外部出射并且使第二分支光(L22)反射，对两个光进行合波并作为合波光(L3)向外部出射。由此，实现了能够减小从分支到合波的期间的光损失并且能够改善干涉效率的MEMS所构成的光学干涉仪。

Description

光学干涉仪
技术领域
本发明涉及MEMS所构成的光学干涉仪。
背景技术
在专利文献1～12中公开有光学干涉仪的发明。另外，在其中的专利文献1、2、4～7中公开有由MEMS(Micro Electro-Mechanical System(微机电系统))构成的小型化容易的光学干涉仪的发明。
专利文献1所记载的光学干涉仪例如使用由硅构成的分支合波部，通过在该分支合波部的某一平面上使入射光的一部分反射并使剩余部分透过从而两分支成第一分支光和第二分支光，并且对这些第一分支光和第二分支光进行合波并作为合波光进行输出。即，在该光学干涉仪中，分支合波部的一平面作为将入射光两分支成第一分支光和第二分支光的分支面以及对第一分支光和第二分支光进行合波而成为合波光的合波面的双方而被共同地使用。另外，在该文献所记载的光学干涉仪中，因为第一分支光以及第二分支光中的一方的光在往返于分支合波部的内部的期间产生波长分散，所以另一方的光以往返于分散补偿用构件的内部的方式谋求波长分散的问题的解除。
专利文献8所记载的光学干涉仪例如使用由硅构成的分支合波部，通过在该分支合波部的第一主面上使入射光的一部分反射并使剩余部分透过从而两分支成第一分支光和第二分支光，在分支合波部的第二主面上对第一分支光和第二分支光进行合波并作为合波光进行输出。即，在该光学干涉仪中，将入射光两分支成第一分支光和第二分支光的分支面(第一主面)、和对第一分支光和第二分支光进行合波而成为合波光的合波面(第二主面)被作为不同的面。在该文献所记载的光学干涉仪中，因为第一分支光以及第二分支光分别只通过分支合波部的内部1次所以能够抑制波长分散的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2013-504066号公报
专利文献2：日本专利第5204450号公报
专利文献3：日本特开2005-3572号公报
专利文献4：日本特开2008-102132号公报
专利文献5：日本特表2008-503732号公报
专利文献6：日本特开2010-170029号公报
专利文献7：日本特表2013-522600号公报
专利文献8：日本特开平3-77029号公报
专利文献9：日本特公平7-23856号公报
专利文献10：日本特开平7-139906号公报
专利文献11：日本特开昭60-11123号公报
专利文献12：日本特开昭61-19531号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明人发现了，专利文献1等所记载的现有的光学干涉仪具有如以下所述的问题。
即，专利文献1所记载的光学干涉仪由于分支合波部(例如硅)与周围的介质(通常是空气)之间的边界面多，所以从分支到合波的期间的光的损失大。可以认为如果假设能够将反射防止膜形成于特定的边界面的话则能够减少光的损失，但是，因为由MEMS构成的光学干涉仪是小型的所以选择性地将反射防止膜形成于特定的边界面是困难的，并且减少光的损失是困难的。
专利文献8所记载的光学干涉仪如果与专利文献1所记载的光学干涉仪相比较的话则因为分支合波部与周围的介质之间的边界面少，所以从分支到合波的期间的光的损失小。但是，在专利文献8所记载的光学干涉仪中，干涉效率差。
包含其他专利文献所记载的技术的现有的技术在由MEMS构成的光学干涉仪中不能够实现光损失的减少以及干涉效率的改善。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能够减小从分支到合波的期间的光的损失并且能够改善干涉效率的由MEMS构成的光学干涉仪。
解决问题的技术手段
本发明的光学干涉仪具备由MEMS构成的分支合波部、第一光学系统、第二光学系统以及驱动部。分支合波部在透明构件的内部与外部之间的边界具有分支面、入射面、出射面以及合波面，分支面和合波面是不同的面，在分支面上使从外部入射的入射光的一部分反射并作为第一分支光出射并且将剩余部分作为第二分支光向内部透过，在入射面上使从分支面经第一光学系统入射的第一分支光向内部透过，在出射面上使从分支面经内部到达的第二分支光向外部出射，在合波面上使从入射面经内部到达的第一分支光向外部出射并且使从出射面经第二光学系统入射的第二分支光反射，对第一分支光和第二分支光进行合波并作为合波光向外部出射。第一光学系统由1个或者多个镜使从分支面出射的第一分支光反射并入射到入射面。第二光学系统由1个或者多个镜使从出射面出射的第二分支光反射并入射到合波面。驱动部使第一光学系统或者第二光学系统的任意的镜移动并调整从分支面到合波面为止的第一分支光以及第二分支光各自的光路长的差。另外，本发明的光学干涉仪，第一光学系统的镜的个数与第二光学系统的镜的个数之和为偶数，在分支面上对入射光的光束截面中的各个位置的光线进行分支之后在合波面上在合波光的光束截面中的共同位置上进行合波。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种能够减小从分支到合波的期间的光的损失并且能够改善干涉效率的由MEMS构成的光学干涉仪。
附图说明
图1是表示第一比较例的光学干涉仪2A的结构的图。
图2是表示第二比较例的光学干涉仪2B的结构的图。
图3是表示第一实施方式的光学干涉仪1A的结构的图。
图4是表示第一实施方式的光学干涉仪1A的第一光学系统20的构成例的图。
图5是表示第一实施方式的光学干涉仪1A的第一光学系统20的构成例的图。
图6是表示第一实施方式的光学干涉仪1A的第一光学系统20的构成例的图。
图7是对分别包含于第一实施方式的光学干涉仪1A的第一光学系统20以及第二光学系统30中的镜的个数进行说明的图。
图8是表示第二实施方式的光学干涉仪1B的结构的图。
图9是表示第三实施方式的光学干涉仪1C的结构的图。
图10是表示第四实施方式的光学干涉仪1D的结构的图。
图11是表示第五实施方式的光学干涉仪1E的结构的图。
图12是表示第六实施方式的光学干涉仪1F的结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对用于实施本发明的实施方式进行详细的说明。还有，在附图的说明中将相同的符号标注于相同或者同等的要素，省略重复的说明。本发明并不限定于这些例示，其意图是包含由权利要求的范围表示并且与权利要求的范围等同的意思以及范围内的所有的变更。
先于实施方式的光学干涉仪的说明，首先对用于与实施方式对比的比较例的光学干涉仪进行说明。第一比较例的光学干涉仪2A与专利文献1所记载的结构同等。第二比较例的光学干涉仪2B与专利文献8所记载的结构同等。
(第一比较例)
图1是表示第一比较例的光学干涉仪2A的结构的图。光学干涉仪2A具备分支合波部10、镜21、镜31以及分散补偿用构件90，并且可以由MEMS构成。
分支合波部10例如由硅构成，并且具有互相平行的第一主面10a以及第二主面10b。从外部入射到第一主面10a的入射光L0其一部分作为第一分支光L11被反射，剩余部分作为第二分支光L21向分支合波部10的内部透过。
来自第一主面10a的第一分支光L11通过分散补偿用构件90的内部并在镜21上被反射。在镜21上被反射的第一分支光L12再次通过分散补偿用构件90的内部，而入射到第一主面10a并向分支合波部10的内部透过。
来自第一主面10a的第二分支光L21通过分支合波部10的内部，透过第二主面10b并向外部出射，并在镜31上被反射。在镜31上被反射的第二分支光L22入射到第二主面10b并向分支合波部10的内部透过，再次通过分支合波部10的内部，并在第一主面10a上被反射。
在第一主面10a上向分支合波部10的内部透过的第一分支光L12以及在第一主面10a上被反射的第二分支光L22被合波并成为合波光L3。该合波光L3通过分支合波部10的内部，透过第二主面10b并向外部出射。向外部出射的合波光L3被检测部50检测出。
在该光学干涉仪2A中，分支合波部10的第一主面10a作为将入射光L0两分支成第一分支光L11和第二分支光L21的分支面、以及对第一分支光L12和第二分支光L22进行合波而成为合波光L3的合波面的双方而被使用。
例如，镜21其位置被固定，镜31由驱动部而能够沿着第二分支光L21的入射方向进行移动。该驱动部也可以由MEMS构成。由于镜31为可动的而可以调整第一分支光与第二分支光之间的光路长差。
在该光学干涉仪2A中，分支合波部10以及分散补偿用构件90由相同材料(例如硅)构成。另外，第一分支光L11,L12往返于分散补偿用构件90的内部的区间的光路长与第二分支光L21,L22往返于分支合波部10的内部的区间的光路长互相相等地被设定。由此，波长分散的问题被消除，并且第一分支光与第二分支光之间的光路长差的波长依赖性被降低。
该光学干涉仪2A由于边界面多而具有如以下所述的问题。在此，使分支合波部10以及分散补偿用构件90由硅(折射率3.5)构成，使周围的介质为空气(折射率1.0)，使入射光L0向第一主面10a入射的入射角为45°。在硅与空气的边界面上的光的反射率成为30％，透过率成为70％。还有，正确来说，在S波和P波中反射率、透过率不同，但是，在非相干的光的情况下，偏振波方向被设想为随机分布，所以作为其平均值可以将反射率设定为30％并且将透过率设定为70％。另外，将镜21,31各自上的光的反射率设定为100％。
入射光L0中经第一分支光到达检测部50的比率R1以第一主面10a上的反射率(0.3)、从空气向分散补偿用构件90的透过率(0.7)、镜21上的反射率(1.0)、从分散补偿用构件90向空气的透过率(0.7)、第一主面10a上的从外部向内部的透过率(0.7)、以及第二主面10b上的从内部向外部的透过率(0.7)的积来计算，并成为7.2％。
入射光L0中经第二分支光到达检测部50的比率R2以第一主面10a上的从外部向内部的透过率(0.7)、第二主面10b上的从内部向外部的透过率(0.7)、镜31上的反射率(1.0)、第二主面10b上的从外部向内部的透过率(0.7)、第一主面10a上的反射率(0.3)、以及第二主面10b上的从内部向外部的透过率(0.7)的积来计算，并成为7.2％。
合波光L3的干涉强度峰Ipp因为以成为的式进行表示，所以成为14.4％。
在此，分散补偿用构件90与空气之间的边界面上的光的反射、以及第二主面10b上的光的反射全部成为过量损失。如果假设能够在这些面上形成反射防止膜的话则合波光L3的干涉强度峰Ipp成为42％。即，产生27.6％的过量损失。
但是，由MEMS构成的光学干涉仪2A是小型的，所以选择性地将反射防止膜形成于特定的边界面是困难的。只要由MEMS构成光学干涉仪，就不可避免这样的过量损失。
另外，该光学干涉仪2A由于入射到第二主面10b的第二分支光L22的一部分被反射而也具有如以下所述的问题。如图1所示，从镜31向第二主面10b入射的第二分支光L22中在第二主面10b上被反射的第二分支光L23在与在第二主面10b上向外部被出射的合波光L3相同的方向上进行传播。这些合波光L3以及第二分支光L22的双方实际上具有某种光束宽度。如果假设在第二主面10b上被反射的第二分支光L23的一部分被检测部50受光的话则由检测部50得到的合波光L3的干涉强度的检测的精度变差。特别是在各个光不是准直光而是发散光的情况下，由检测部50得到的合波光L3的干涉强度的检测的精度变得更差。
对于避免这样的干涉强度的检测精度的恶化来说，如果通过增大分支合波部10的第一主面10a与第二主面10b之间的距离从而从合波光L3的光路充分地使在第二主面10b上被反射的第二分支光L23的光路离开的话即可。但是，这样的话，入射光L0被分支之后成为合波光L3并到达检测部50为止的光路长变长，因此产生损失。
(第二比较例)
图2是表示第二比较例的光学干涉仪2B的结构的图。光学干涉仪2B具备分支合波部10、镜21、镜31以及镜32。
分支合波部10例如由硅构成，并且具有互相平行的第一主面10a以及第二主面10b。从外部入射到第一主面10a的入射光L0其一部分作为第一分支光L11被反射，剩余部分作为第二分支光L21向分支合波部10的内部透过。
来自第一主面10a的第一分支光L11在镜21上被反射。在镜21上被反射的第一分支光L12入射到第一主面10a并向分支合波部10的内部透过，并通过分支合波10的内部，而透过第二主面10b并向外部出射。
来自第一主面10a的第二分支光L21通过分支合波部10的内部，透过第二主面10b并向外部出射，并在镜31上被反射，在镜32上被再次反射。在镜31,32上被反射的第二分支光L22入射到第二主面10b并被反射。
在第二主面10b上向外部出射的第一分支光L12以及在第二主面10b上被反射的第二分支光L22被合波并成为合波光L3。该合波光L3被检测部50检测出。
在该光学干涉仪2B中，将入射光L0两分支成第一分支光L11和第二分支光L21的分支面(第一主面10a)和对第一分支光L12和第二分支光L22进行合波而成为合波光L3的合波面(第二主面10b)被作为不同的面。
例如，镜21其位置被固定，镜31,32由驱动部而能够沿着第二分支光L21的入射方向进行移动。该驱动部也可以由MEMS构成。由于镜31,32为可动的而可以调整第一分支光与第二分支光之间的光路长差。
在第二比较例的光学干涉仪2B中，因为第一分支光以及第二分支光分别仅通过分支合波10的内部一次，所以不使用在第一比较例的光学干涉仪2A中必要的分散补偿用构件90就能够抑制波长分散的问题。
第二比较例的光学干涉仪2B如果与第一比较例的光学干涉仪2A相比较的话则因为分支合波部10与周围的介质之间的边界面少，所以起因于边界面的过量损失小。但是，光学干涉仪2B具有以下说明的那样的问题。
在该光学干涉仪2B中，因为分支面(第一主面10a)和合波面(第二主面10b)为不同的面，所以在1个镜21上使第一分支光反射，另一方面，在2个镜31,32上使第二分支光反射，并在合波面上对第一分支光和第二分支光进行合波。通过在2个镜31,32上使第二分支光反射，从而在第二主面10b上的第二分支光的反射位置(合波位置)与在第二主面10b上的从内部向外部的第二分支光的出射位置不同，另一方面，与在第二主面10b上的从内部向外部的第一分支光的出射位置一致。
在此，考虑入射光L0的通过光束截面中的互相不同的2个位置的光线L0R,L0L。入射光L0的2个光线L0R,L0L传播于在平行于第一主面10a的法线以及入射光L0的入射方向的双方的面上互相不同的路径。在第一分支光L11,L12中，将来源于入射光L0的一方的光线L0R的光线设定为L1R，将来源于入射光L0的另一方的光线L0L的光线设定为L1L。在第二分支光L21,L22中，将来源于入射光L0的一方的光线L0R的光线设定为L2R，将来源于入射光L0的另一方的光线L0L的光线设定为L2L。
此时，在合波面(第二主面10b)上，来源于入射光L0的一方的光线L0R的第一分支光的光线L1R和来源于入射光L0的另一方的光线L0L的第二分支光的光线L2L被互相合波。另外，来源于入射光L0的另一方的光线L0L的第一分支光的光线L1L和来源于入射光L0的一方的光线L0R的第二分支光的光线L2R被互相合波。
即，到达合波面(第二主面10b)的各个位置的第一分支光以及第二分支光各自的光线如果来源于入射光中的互相不同的光线的话则即使被互相合波而成为合波光也不会成为本来的干涉光。另一方面，在作为将点光源那样的一个光线扩展并准直了的那样的光线而给予入射光L0的情况下，到达各个位置的第一分支光以及第二分支光各自的光线可以被干涉，但是，因为第一分支光的光束截面上的光线L1R与光线L1L之间的空间的距离使光路长差产生，所以使干涉信号的质量降低。
本来，在光学干涉仪中，期待到达各个位置的第一分支光和第二分支光的光路长差与由镜的移动进行调整的光路长差完全相同。但是，在如光学干涉仪2B那样被给予的光束宽度的范围内，在接近中央处和接近端部处，光路长差不同，作为全体被观测到的干涉信号被平均化并被减弱。
在FTIR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy(傅里叶变换红外光谱))中被使用的光学干涉仪中，为了提高传播光的平行性而使用光束直径大的光。作为结果，因为包含较多的光路长差不同的光束，所以将不同的位置的合波光作为干涉信号的光学干涉仪2B具有涉及干涉的本质性的问题。
(第一实施方式)
图3是表示第一实施方式的光学干涉仪1A的结构的图。该光学干涉仪1A用于一般化地说明结构。光学干涉仪1A具备分支合波部10、第一光学系统20、第二光学系统30以及驱动部40，并且可以由MEMS构成。
分支合波部10例如由硅等的半导体的透明构件构成，在透明构件的内容与外部之间的边界具有分支面11、入射面12、出射面13以及合波面14。
分支合波部10在分支面11上使从外部入射的入射光L0的一部分反射并作为第一分支光L11出射，并且将剩余部分作为第二分支光L21向内部透过。分支合波部10在入射面12上使从分支面11经第一光学系统20入射的第一分支光L12向内部透过。
分支合波部10在出射面13上使从分支面11经内部到达的第二分支光L21向外部出射。分支合波部10在合波面14上使从入射面12经内部到达的第一分支光L12向外部出射，并且使从出射面13经第二光学系统30入射的第二分支光L22反射，并对第一分支光L12和第二分支光L22进行合波从而作为合波光L3向外部出射。
第一光学系统20由1个或者多个镜使从分支面11出射的第一分支光L11反射，并使该被反射的第一分支光L12入射到入射面12。第二光学系统30由1个或者多个镜使从出射面13出射的第二分支光L21反射，并使该被反射的第二分支光L22入射到合波面14。驱动部40使第一光学系统20或者第二光学系统30的任意的镜移动并调整从分支面11到合波面14为止的第一分支光以及第二分支光各自的光路长的差。
从外部入射到分支面11的入射光L0其一部分作为第一分支光L11被反射，剩余部分作为第二分支光L21向分支合波部10的内部透过。
来自分支面11的第一分支光L11被第一光学系统20的1个或者多个镜反射，该被反射的第一分支光L12入射到入射面12并向分支合波部10的内部透过，通过分支合波部10的内部，透过合波面14并向外部出射。
来自分支面11的第二分支光L21通过分支合波部10的内部，透过出射面13并向外部出射，被第二光学系统30的1个或者多个镜反射。该被反射的第二分支光L22入射到合波面14并被反射。
在合波面14上向外部出射的第一分支光L12以及在合波面14上被反射的第二分支光L22被合波并成为合波光L3。该合波光L3被检测部50检测出。
将分支合波部10的折射率设定为n1并且将周围的介质的折射率设定为n2。分支合波部10的各个面上的光的反射率R由下述式(1)进行表示，光的透过率T由下述式(2)进行表示。还有，正确来说，反射率由于入射角度或光的偏振波方向而不同，但是，在入射光为非相干的光源的情况下偏振波方向为随机性的，并且如果设想布鲁斯特角度(Brewster angle)以下的入射角的话则总反射率、透过率大致等于式(1)、式(2)。如果分支合波部10由硅(折射率3.5)构成并且周围的介质为空气(折射率1.0)的话则分支合波部10的各个面上的光的反射率R成为30％并且透过率T成为70％。分支面11的作为分束器的分支比成为3:7。将第一光学系统20以及第二光学系统30各自上的光的反射率设定为100％。
R＝{(n1-n2)/(n1+n2)}2…(1)
T＝1-R …(2)
入射光L0中经第一分支光到达检测部50的比率R1以分支面11上的反射率(0.3)、第一光学系统20上的反射率(1.0)、入射面12上的透过率(0.7)、以及合波面14上的透过率(0.7)的积进行计算，并成为14.7％。
入射光L0中经第二分支光到达检测部50的比率R2以分支面11上的透过率(0.7)、出射面13上的透过率(0.7)、第二光学系统30上的反射率(1.0)、以及合波面14上的反射率(0.3)的积进行计算，并成为14.7％。
合波光L3的干涉强度峰Ipp因为以成为的式进行表示，所以成为29.4％。与第一比较例的情况相比较，在本实施方式中合波光L3的干涉强度峰大。过量损失只成为入射面12以及出射面13各自上的光的反射。
在本实施方式中，在将分支合波部10的厚度设定为与第一比较例相同程度的情况下能够减短直至到达检测部50的光路长。另外，在本实施方式中，没有必要如第一比较例那样考虑光的光束扩展来增厚分支合波部10。其原因在于，在合波面14上进行反射的第二分支光L22是与第一分支光L12合波并应该成为合波光L3的光，而不是成为杂散光的光。
分支合波部10的分支面11、入射面12、出射面13以及合波面14各自的方位和这些各个面上的光的入射位置以及入射角以在合波面14上第一分支光和第二合波光互相被同轴地合波并以相同的出射角θ作为合波光L3向外部被输出的方式对应于分支合波部10以及周围的介质各自的折射率而被恰当设定。
分支面11和合波面14为不同的面。分支面11和入射面12既可以互相不平行也可以互相平行，也可以处于共同的平面上。分支面11上的入射光L0的入射区域和入射面12上的第一分支光L12的入射区域既可以互相不同也可以一部分或者全部互相一致。出射面13和合波面14既可以互相不平行也可以互相平行，也可以处于共同的平面上。出射面13上的第二分支光L21的出射区域和合波面14上的合波光L3的出射区域既可以互相不同也可以一部分或者全部互相一致。
图4～图6是表示第一实施方式的光学干涉仪1A的第一光学系统20的构成例的图。还有，关于以下的第一光学系统20的说明在第二光学系统30中也相同。
在图4所表示的构成例子中，第一光学系统20包含1个镜21。镜21使在分支合波部10的分支面11上被反射并沿着规定方向(以下称之为“出射方向”)被出射的第一分支光L11反射，并使该被反射的第一分支光L12相对于分支合波部10的入射面12沿着规定方向(以下称作为“入射方向”)入射。
该构成例在出射方向与入射方向交叉的情况下是可能的，并且是在其交点的位置上由镜21使第一分支光反射的例子。但是，即使在出射方向与入射方向交叉的情况下，也因为在其交点的位置远离分支合波部10的情况下第一分支光的光路长变大并且起因于第一分支光的光束扩展等而产生损失，所以优选以下所述的构成例。
在图5所表示的构成例中，第一光学系统20包含2个镜21,22，在分支合波10的分支面11上被反射并沿着规定方向(出射方向)进行出射的第一分支光L11由镜21,22而被依次反射。该被反射的第一分支光L12相对于分支合波部10的入射面12沿着规定方向(入射方向)进行入射。
在该构成例中，在第一分支光的出射方向和入射方向互相平行的情况下，使镜21以及镜22各自的反射面互相垂直。通过平行于入射方向以及出射方向地使镜21,22作为一体由驱动部移动从而不改变入射面12上的第一分支光L12的入射位置，能够调整第一分支光的光路长。
在图6所表示的构成例中，第一光学系统20包含3个镜21～23。在分支合波部10的分支面11上被反射并沿着规定方向(出射方向)进行出射的第一分支光L11由镜21～23而被依次反射。该被反射的第一分支光L12相对于分支合波部10的入射面12沿着规定方向(入射方向)进行入射。
在该构成例中，镜22以及镜23各自的反射面互相垂直。从镜21到镜22为止的第一分支光的光路和从镜23到入射面12为止的第一分支光的光路互相平行。因此，通过向图6中的两个箭头所表示的方向(入射方向)使镜22,23作为一体由驱动部移动，从而不改变入射面12上的第一分支光L12的入射位置，能够调整第一分支光的光路长。
对分别包含于第一光学系统20以及第二光学系统30的镜的个数进行说明时，如以下所述。图7是对分别包含于第一实施方式的光学干涉仪1A的第一光学系统20以及第二光学系统30的镜的个数进行说明的图。在图7中，第一光学系统20包含2个镜21,22，第二光学系统30包含2个镜31,32。
另外，在图7中，考虑入射光L0的通过光束截面中的互相不同的2个位置的光线L0R,L0L。入射光L0的2个光线L0R,L0L传播于在平行于分支面11的法线以及入射光L0的入射方向的双方的面上互相不同的路径。在第一分支光L11,L12中，将来源于入射光L0的一方的光线L0R的光线设定为L1R，将来源于入射光L0的另一方的光线L0L的光线设定为L1L。在第二分支光L21,L22中，将来源于入射光L0的一方的光线L0R的光线设定为L2R，将来源于入射光L0的另一方的光线L0L的光线设定为L2L。
一般来说，光以在镜上被反射的程度更换左右的光线位置。在图7的结构中，第一分支光在第一光学系统20上被反射2次，第二分支光在第二光学系统30上被反射2次。其结果，到达合波面14的各个位置的第一分支光以及第二分支光各自的光线因为来源于入射光中的互相相同的光线，所以有效地进行干涉。
一般来说，将第一光学系统20的镜的个数和第二光学系统30的镜的个数之和设定为偶数，通过在分支面11上对入射光L0的光束截面中的各个位置的光线进行分支之后在合波面14上在合波光L3的光束截面中的共同位置上进行合波，从而能够获得高效率的干涉光。相反，如果将第一光学系统20的镜的个数和第二光学系统30的镜的个数之和设定为奇数的话则干涉效率差。
对分支合波部10的分支面11、入射面12、出射面13以及合波面14之间的关系进行说明时，如以下所述。一般来说，在使用半导体等材料构成分支合波部10的情况下，因为该材料的折射率根据波长而不同，所以产生光通过分支合波部10的期间的光路长(＝几何学的长度×折射率)根据波长而不同的波长分散。
通过使第一分支光以及第二分支光各自在分支合波部10的内部进行传播的距离互相一致，从而能够遍布全波长来补偿波长分散。另外，如果考虑第一分支光以及第二分支光各自具有光束宽度的话则对于第一分支光以及第二分支光各自的光束截面的各个位置的光线，优选使在分支合波部10的内部进行传播的距离互相一致。即，分支面11和出射面13优选互相平行，入射面12与合波面14优选互相平行。另外，分支面11与出射面13的间隔和入射面12与合波面14的间隔优选互相相等。
另外，从分支面11经第一光学系统20直至入射面12为止的第一分支光的光路长、以及从出射面13经第二光学系统30直至合波面14为止的第二分支光的光路长也优选对于光束截面的各个位置的光线一致。即，分支面11和入射面12优选互相平行，优选处于共同的平面上。出射面13和合波面14优选互相平行，优选处于共同的平面上。另外，第一光学系统20以及第二光学系统30各自优选包含以各自的反射面互相正交的方式配置的2个镜。
以下所说明的实施方式是考虑以上的内容而优选的结构的实施方式。
(第二实施方式)
图8是表示第二实施方式的光学干涉仪1B的结构的图。在该光学干涉仪1B中，分支面11和入射面12处于共同的平面上，但是，被作为互相不同的区域。出射面13和合波面14处于共同的平面上，但是，被作为互相不同的区域。分支面11以及入射面12与出射面13以及合波面14互相平行。在本实施方式中波长分散可以完全被补偿。
第一光学系统20包含以各自的反射面互相正交的方式配置的2个镜21,22。第一光学系统20由镜21,22使在分支面11上被反射的第一分支光L11依次被反射并作为第一分支光L12入射到入射面12。入射到入射面12的第一分支光L12相对于在分支面11上被反射的第一分支光L11互相平行，但是，在相反方向上进行传播，并入射到与分支面11上的反射位置不同的入射面12上的位置。
第二光学系统30包含以各自的反射面互相正交的方式配置的2个镜31,32。第二光学系统30由镜31,32使在出射面13上向外部出射的第二分支光L21依次被反射并作为第二分支光L22入射到合波面14。入射到合波面14的第二分支光L22相对于在出射面13上被出射的第二分支光L21互相平行，但是，在相反方向上进行传播，并入射到与出射面13上的出射位置不同的合波面14上的位置。
通过由驱动部40驱动第一光学系统20以及第二光学系统30的双方或者任一方，从而能够调整第一分支光与第二分支光之间的光路长差。例如，对于调整第一分支光的光路长来说，如果使构成第一光学系统20的2个镜21,22作为一体在来自分支面11的第一分支光L11的反射方向上平行地移动的话即可。
(第三实施方式)
图9是表示第三实施方式的光学干涉仪1C的结构的图。如果与图8所表示的第二实施方式的光学干涉仪1B的结构相比较的话则图9所表示的第三实施方式的光学干涉仪1C在出射面13和合波面14成为共同的面的方面不同。通过恰当地设定分支合波部10的厚度从而能够做成这样的结构。
出射面13上的第二分支光L21的出射区域和合波面14上的合波光L3的出射区域互相一致。从分支合波部10向镜31传播的第二分支光L21和从镜32向分支合波部10传播的第二分支光L22其传播方向互相相反，但是，光束互相重叠。
如果与图8所表示的第二实施方式的光学干涉仪1B的结构相比较的话则图9所表示的第三实施方式的光学干涉仪1C因为能够减短第一分支光以及第二分支光各自的光路长，所以能够极力抑制在实际使用上不能够无视的光束扩展。
还有，第二分支光L21的一部分在出射面13上被反射并且在与第一分支光的传播路径相反的方向上进行传播，但是，因为相对于合波光L3不会成为杂散光所以没有问题。
(第四实施方式)
图10是表示第四实施方式的光学干涉仪1D的结构的图。如果与图8所表示的第二实施方式的光学干涉仪1B的结构相比较的话则图10所表示的第四实施方式的光学干涉仪1D在分支合波部10中出射面13与合波面14的配置关系成为相反的方面不同。通过减薄分支合波部10从而能够做成这样的结构。
在本实施方式中，因为如果过度减薄分支合波部10的话则表现出由分支合波部10的两个主面引起的法布里·佩罗(Fabry Perot)效应，所以分支合波部10的厚度设为不表现出法布里·佩罗效应的程度。优选在出射面13上进行反射的第二分支光在分支面11上不与第二分支光重叠即可。如果这样的话则在合波面14上进行反射的第一分支光在入射面12上不与第一分支光重叠。
另外，在本实施方式中，在出射面13上进行反射并透过分支面11的第二分支光(以下称作为“反射第二分支光”)有必要以不入射到镜21的方式进行设定、或者以反射第二分支光的光路长成为镜21,22的可动距离以上的方式进行设定。在即使反射第二分支光的一部分光束也入射到镜21的情况下，该光束被合波成合波光L3。此时，因为如果在反射第二分支光与本来的合波光L3之间产生镜21,22的可动距离以上的光路长差的话则由该反射第二分支光引起的干涉峰产生于镜21,22的可动距离之外，所以不对干涉观测产生影响。当然，如果反射第二分支光不入射到镜21的话则没有问题。
(第五实施方式)
图11是表示第五实施方式的光学干涉仪1E的结构的图。如果与图10所表示的第二实施方式的光学干涉仪1D的结构相比较的话则图11所表示的第五实施方式的光学干涉仪1E在第一光学系统20包含3个镜21～23的方面不同，并且在第二光学系统30包含3个镜31～33的方面不同。
在第一光学系统20中，镜21的反射面与镜22的反射面互相垂直，镜22的反射面与镜23的反射面也互相垂直。第一光学系统20由镜21～23使在分支面11上被反射的第一分支光L11依次被反射。在第二光学系统30中，镜31的反射面与镜32的反射面互相垂直，镜32的反射面与镜33的反射面也互相垂直。第二光学系统30由镜31～33使从出射面13被出射的第二分支光L21依次被反射。在分支合波10的内部中第一分支光L12的传播方向与第二分支光L21的传播方向互相平行。合波光L3的传播方向与入射光L0的传播方向互相平行。
(第六实施方式)
图12是表示第六实施方式的光学干涉仪1F的结构的图。在该光学干涉仪1F中，第一光学系统20包含1个镜，第二光学系统30包含1个镜31，分支面11和入射面12互相不平行，出射面13和合波面14共同。
在本实施方式中，因为第一光学系统20以及第二光学系统30各自由1个镜构成，所以能够减短第一分支光以及第二分支光各自的光路长。因此，在光束的扩展不能够无视的情况下，能够减小光学干涉仪并且能够减小光损失。
本发明的光学干涉仪并不限定于上述的实施方式以及构成例，能够进行各种变形。例如，作为光学干涉仪的其他实施方式，在上述的各个实施方式中，也可以使光的传播方向相反，在该情况下，也可以作为光学干涉仪来进行作用。
在上述实施方式的光学干涉仪中，作为具备由MEMS构成的分支合波部、第一光学系统、第二光学系统以及驱动部的结构。分支合波部在透明构件的内部与外部之间的边界具有分支面、入射面、出射面以及合波面，分支面和合波面是不同的面，在分支面上使从外部入射的入射光的一部分反射并作为第一分支光出射并且将剩余部分作为第二分支光向内部透过，在入射面上使从分支面经第一光学系统入射的第一分支光向内部透过，在出射面上使从分支面经内部到达的第二分支光向外部出射，在合波面上使从入射面经内部到达的第一分支光向外部出射并且使从出射面经第二光学系统入射的第二分支光反射，对第一分支光和第二分支光进行合波并作为合波光向外部出射。第一光学系统由1个或者多个镜使从分支面被出射的第一分支光反射并入射到入射面。第二光学系统由1个或者多个镜使从出射面被出射的第二分支光反射并入射到合波面。驱动部使第一光学系统或者第二光学系统的任意的镜移动，并调整从分支面到合波面为止的第一分支光以及第二分支光各自的光路长的差。另外，在上述实施方式的光学干涉仪中，作为如下结构：第一光学系统的镜的个数与第二光学系统的镜的个数之和为偶数，在分支面上对入射光的光束截面中的各个位置的光线进行分支之后在合波面上在合波光的光束截面中的共同位置上进行合波。
上述结构的光学干涉仪优选分支合波部的内部中的第一分支光以及第二分支光各自的光路长互相相等。另外，光学干涉仪优选分支合波部的分支面和出射面互相平行。另外，光学干涉仪优选分支合波部的入射面和合波面互相平行。
上述结构的光学干涉仪优选分支合波部的分支面和入射面互相平行。另外，光学干涉仪优选分支合波部的分支面和入射面处于共同的平面上。另外，光学干涉仪优选分支合波部的分支面上的入射光的入射区域和入射面上的第一分支光的入射区域互相一致。
上述结构的光学干涉仪优选分支合波部的出射面和合波面互相平行。另外，光学干涉仪优选分支合波部的出射面和合波面处于共同的平面上。另外，光学干涉仪优选分支合波部的出射面上的第二分支光的出射区域和合波面上的合波光的出射区域互相一致。
上述结构的光学干涉仪也可以进一步具备检测从分支合波部的合波面向外部出射的合波光的检测部。
产业上的可利用性
本发明能够作为能够减小从分支到合波为止的期间的光的损失并且能够改善干涉效率的由MEMS构成的光学干涉仪来进行利用。
符号的说明
1A～1F…光学干涉仪、10…分支合波部、11…分支面、12…入射面、13…出射面、14…合波面、20…第一光学系统、21～23…镜、30…第二光学系统、31～33…镜、40…驱动部、50…检测部、90…分散补偿用构件、L0…入射光、L11,L12…第一分支光、L21,L22…第二分支光、L3…合波光。

Claims (11)

1.一种光学干涉仪，其特征在于：
具备由MEMS构成的分支合波部、第一光学系统、第二光学系统以及驱动部，
所述分支合波部在透明构件的内部与外部之间的边界具有分支面、入射面、出射面以及合波面，
所述分支面和所述合波面是不同的面，
所述分支合波部在所述分支面上使从外部入射的入射光的一部分反射并作为第一分支光出射，并且将剩余部分作为第二分支光向内部透过，
所述分支合波部在所述入射面上使从所述分支面经所述第一光学系统入射的所述第一分支光向内部透过，
所述分支合波部在所述出射面上使从所述分支面经内部到达的所述第二分支光向外部出射，
所述分支合波部在所述合波面上使从所述入射面经内部到达的所述第一分支光向外部出射，并且使从所述出射面经所述第二光学系统入射的所述第二分支光反射，对所述第一分支光和所述第二分支光进行合波并作为合波光向外部出射，
所述第一光学系统由1个或者多个镜使从所述分支面出射的所述第一分支光反射并入射到所述入射面，
所述第二光学系统由1个或者多个镜使从所述出射面出射的所述第二分支光反射并入射到所述合波面，
所述驱动部使所述第一光学系统或者第二光学系统的任意的镜移动并调整从所述分支面到所述合波面为止的所述第一分支光以及所述第二分支光各自的光路长的差，
所述第一光学系统的镜的个数与所述第二光学系统的镜的个数之和为偶数，
对所述入射光的光束截面中的各个位置的光线在所述分支面上进行分支之后在所述合波面上在所述合波光的光束截面中的共同位置上进行合波。
2.如权利要求1所述的光学干涉仪，其特征在于：
所述分支合波部的内部中的所述第一分支光以及所述第二分支光各自的光路长互相相等。
3.如权利要求1或者2所述的光学干涉仪，其特征在于：
所述分支合波部的所述分支面和所述出射面互相平行。
4.如权利要求1～3中的任意一项所述的光学干涉仪，其特征在于：
所述分支合波部的所述入射面和所述合波面互相平行。
5.如权利要求1～4中的任意一项所述的光学干涉仪，其特征在于：
所述分支合波部的所述分支面和所述入射面互相平行。
6.如权利要求5所述的光学干涉仪，其特征在于：
所述分支合波部的所述分支面和所述入射面处于共同的平面上。
7.如权利要求6所述的光学干涉仪，其特征在于：
所述分支合波部的所述分支面上的所述入射光的入射区域和所述入射面上的所述第一分支光的入射区域互相一致。
8.如权利要求1～7中的任意一项所述的光学干涉仪，其特征在于：
所述分支合波部的所述出射面和所述合波面互相平行。
9.如权利要求8所述的光学干涉仪，其特征在于：
所述分支合波部的所述出射面和所述合波面处于共同的平面上。
10.如权利要求9所述的光学干涉仪，其特征在于：
所述分支合波部的所述出射面上的所述第二分支光的出射区域和所述合波面上的所述合波光的出射区域互相一致。
11.如权利要求1～10中的任意一项所述的光学干涉仪，其特征在于：
进一步具备检测从所述分支合波部的所述合波面向外部出射的所述合波光的检测部。
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