CN107850492B - 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)。分支合波部(10)在透明构件的内部与外部之间的边界具有分支面(11)、入射面(12)、第一出射面(13)、合波面(14)以及第二出射面(15)，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，在合波面(14)上对第一分支光(L12)以及第二分支光(L22)各自一部分进行合波并作为第一合波光(L3)向外部出射，并且对各个剩余部分进行合波并作为第二合波光(L4)向内部传播，在第二出射面(15)上使第二合波光(L4)的一部分(L41)向外部出射。由此，实现了能够降低过量损失的比例的光学干涉仪。

Description

光学干涉仪
技术领域
本发明涉及光学干涉仪。
背景技术
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并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复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复于分散补偿用构件的内部的方式谋求波长分散的问题的消除。
专利文献2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)、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各自只通过分支合波的内部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：日本特开平3-77029号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明人发现了包含专利文献1、2所记载的技术的现有的光学干涉仪具有如以下所述的问题。即，在现有的光学干涉仪中，入射光中成为合波光的比例小并且光利用效率差。一般来说，在光学干涉仪中，分别在分支面以及合波面上产生原理上不可避免的光的损失，但是，除此之外还会产生光的损失(以下称作为“过量损失”)。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能够降低过量损失的比例的光学干涉仪。
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上具有分支面、入射面、第一出射面、合波面以及第二出射面，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进行入射的第一分支光向内部透过，在第一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，在合波面上对从入射面经内部到达的第一分支光以及从第一出射面经第二光学系统进行入射的第二分支光中的各自一部分进行合波并作为第一合波光向外部出射并且对各自剩余部分进行合波并作为第二合波光向内部传播，在第二出射面上使从合波面经内部到达的第二合波光的一部分向外部出射。第一光学系统由镜使从分支面出射的第一分支光反射并入射到入射面。第二光学系统由镜使从第一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。
发明的效果
根据本发明，能够提供能够降低过量损失的比例的光学干涉仪。
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是表示使白色光入射到光学干涉仪的时候的干涉图的图。
图4是表示使白色光入射到光学干涉仪的时候的干涉图的图。
图5是表示第一实施方式的光学干涉仪1A的结构的图。
图6是表示第三比较例的光学干涉仪2C的结构的图。
图7是表示第四比较例的光学干涉仪2D的结构的图。
图8是表示构成分支合波部10的材料的折射率与平均的干涉强度峰的关系的图表。
图9是表示合波光L3,L41的干涉图的图。
图10是表示合波光L3,L41的干涉图的差的图。
图11是第一实施方式的光学干涉仪1A的检测部50的电路图。
图12是表示第二实施方式的光学干涉仪1B的结构的图。
图13是第二实施方式的光学干涉仪1B的检测部50的电路图。
图14是表示第三实施方式的光学干涉仪1C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符号标注于相同要素，并省略重复的说明。
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进行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)
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。
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，并透过第二主面10b而向外部出射，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的内部并透过第二主面10b而向外部出射。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往复于分散补偿用构件90的内部的区间的光路长与第二分支光L21,L22往复于分支合波部10的内部的区间的光路长被设定为互相相等。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。
在FTIR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy(傅里叶变换红外光谱))等红外分光装置中使用光学干涉仪2A，在此情况下，如果分支合波部10由石英玻璃构成的话则该光学干涉仪2A根据石英玻璃的透过特性而能够只在近红外区域进行利用。另外，因为石英玻璃的折射率不高所以将用于调整分支比的电介质多层膜形成于石英玻璃的表面成为必要。另外，考虑使用根据波长区域而由恰当的材料构成的分支合波部10，但是根据波长区域而更换分支合波部10并进行光学调整成为必要，从而不方便。另外，在由MEMS技术制作的光学干涉仪中，不能够自由选择分支合波部10。
在能够抑制这样的问题的方面，优选分支合波部10由硅等半导体材料构成。因为硅的折射率在近红外区域为3.5前后，所以在近红外光垂直入射于硅与空气之间的边界面的情况下，由两介质之间的折射率差而产生的菲涅尔反射的反射率成为30％左右。即，即使在由硅构成的分支合波部10的表面不设置用于调整分支比的电介质多层膜，也成为硅边界面自身具有适度的分支比的分支面。此外，硅直到远红外区域(数十μm以上)为止作为透明的介质来发挥功能，所以没有必要对厚度严密地管理。但是，硅在波长1.1μm以下的波长区域中吸收变大，所以1.1μm以上的红外区域成为对象。在1μm以下的近红外区域，如果利用锗的话即可。锗只能够直到中红外区域的5μm左右为止进行利用，但是，因为折射率为4.0左右，所以分支特性比硅更良好。
这样，分支合波部10由硅或锗那样的半导体材料构成，从而能够对宽带光进行分支以及合波。但是，另一方面，在光学干涉仪2A中，除了分支以及合波的时候的原理上不可避免的损失之外还会产生光的过量损失。关于该问题，以下进行说明。
在镜21上被反射的第一分支光L12在入射到第一主面10a的时候所产生的向内部的透过光以及反射光中的透过光虽然有助于干涉，但是反射光因为无助于干涉所以成为损失。但是，这是为了合波而不可避免的，该反射光成为原理上不可避免的损失。
同样，在镜31上被反射的第二分支光L22在入射到第一主面10a的时候所产生的反射光以及透过光中的反射光虽然有助于干涉，但是透过光因为无助于干涉所以成为损失。但是，这也是为了合波而不可避免的，该透过光成为原理上不可避免的损失。
但是，在第二分支光L21透过第二主面10b并朝向镜31的时候在第二主面10b上产生的反射光不是原理上不可避免的损失，而成为过量损失。另外，在镜31上被反射的第二分支光L22在透过第二主面10b并朝向第一主面10a的时候在第二主面10b上产生的反射光也不是原理上不可避免的损失，而成为过量损失。再有，合波光L3在透过第二主面10b而向外部出射的时候在第二主面10b上产生的反射光也不是原理上不可避免的损失，而成为过量损失。
在此，将分支合波部10的第一主面10a以及第二主面10b各自上的光的菲涅尔反射的时候的功率反射率设定为R。此时，功率透过率成为1-R，分支比成为R∶(1-R)。一般来说，在光向具有互相不同的折射率的2个介质的边界面进行入射的情况下，反射率以及透过率由于入射光的偏振光方位以及入射角而不同。
在图1所表示的光学干涉仪2A的光学系统中，入射到第一主面10a的入射光L0中的S偏振光成分以后也是S偏振光成分而不变，入射光L0中的P偏振光成分以后也是P偏振光成分而不变。另外，第一主面10a和第二主面10b互相平行，向第一主面10a的入射光L0的入射角如果是45度的话则从外部向第一主面10a或者向第二主面10b的光的入射角也全部是45度，从第一主面10a或者从第二主面10b向外部的光的出射角也全部是45度。因此，如果只着眼于特定的偏振光成分的话则反射率R成为全部相同。另外，将镜21,31各自上的光的反射率设定为100％。
在不设置分散补偿用构件90的情况下，入射光L0中的经第一分支光到达检测部50的光的利用效率IM1如下述式(1)所述，以在第一主面10a上的反射率(R)、在镜21上的反射率(1.0)、在第一主面10a上的从外部向内部的透过率(1-R)、以及在第二主面10b上的从内部向外部的透过率(1-R)的积来计算，并成为R(1-R)2。
[数1]
IM1＝R×1.0×(1-R)×(1-R)＝R(1-R)2 …(1)
入射光L0中的经第二分支光到达检测部50的光的利用率IM2如下述式(2)所述，以在第一主面10a上的从外部向内部的透过率(1-R)、在第二主面10b上的从内部向外部的透过率(1-R)、在镜31上的反射率(1.0)、在第二主面10b上的从外部向内部的透过率(1-R)、在第一主面10a上的反射率(R)、以及在第二主面10B上的从内部向外部的透过率(1-R)的积来计算，并成为R(1-R)4。
[数2]
IM2＝(1-R)×(1-R)×1.0×(1-R)×R×(1-R)＝R(1-R)4 …(2)
合波光L3的干涉强度峰Ipp成为下述式(3)。
[数3]
Figure BDA0001561687980000071
如果设分支合波部10由硅构成；设对象波长下的硅的折射率为3.5；设入射角为45度的话则S偏振光成分的反射率R大约为43％，P偏振光成分的反射率R大约为19％。因此，如果入射光L0只是S偏振光成分的话则合波光L3的干涉强度峰Ipp成为15.9％。另外，如果入射光L0只是P偏振光成分的话则合波光L3的干涉强度峰Ipp成为20.2％。如果入射光L0是任意的偏振光状态的话则合波光L3的干涉强度峰Ipp成为15.9％与20.2％之间的值。如果入射光L0是非相干光的话则该入射光L0考虑为所有的方位的偏振光成分均等地分布，所以合波光L3的干涉强度峰Ipp成为S偏振光和P偏振光的平均的值，并且成为18.1％。
在设置了分散补偿用构件90的情况下，如果将分散补偿用构件90的边界面上的光的反射率设定为Rc并将透过率设定为(1-Rc)的话则入射光L0中的经第一分支光到达检测部50的光的利用率IM1能够由下述式(4)来进行计算。合波光L3的干涉强度峰Ipp成为下述式(5)。即，通过设置分散补偿用构件90从而合波光L3的干涉强度峰Ipp只变小分散补偿用构件90的边界面上的光的透过率(1-Rc)的量。
[数4]
IM1＝R×(1-Rc)×1.0×(1-Rc)×(1-R)×(1-R)＝R(1-R)2(1-Rc)2 …(4)
[数5]
Figure BDA0001561687980000072
在设置了分散补偿用构件90的情况下对于分支合波部10也设定为上述的相同的条件，如果光向分散补偿用构件90垂直入射的话则因为分散补偿用构件90的边界面上的光的反射率Rc不管偏振光状态而是30％，所以合波光L3的S偏振光和P偏振光的平均的干涉强度峰Ipp成为12.7％。在通常的FTIR中因为有必要设置分散补偿用构件90，所以该12.7％成为合波光L3的干涉强度峰Ipp的最大值。
如果假定在图1所表示的光干涉仪2A的结构中没有过量损失的话则入射光L0中的经第一分支光到达检测部50的光的利用率IM1可以由下述式(6)来进行计算。入射光L0中的经第二分支光到达检测部50的光的利用率IM2也相同。合波光L3的干涉强度峰Ipp成为下述式(7)。假定为没有过量损失的情况下的合波光L3的S偏振光和P偏振光的平均的干涉强度峰Ipp成为39.9％(＝(49.0+30.8)/2)。因此，过量损失的比例成为68％(＝(39.9-12.7)/39.9)。
[数6]
IM1＝R×1.0×(1-R)＝R(1-R) …(6)
[数7]
Figure BDA0001561687980000081
还有，为了降低过量损失，也考虑在第二主面10b上施以AR(anti-reflection(抗反射))涂层，但平坦的波长特性的AR涂布难以遍布宽的波长范围，最后变成限定波长范围。另外，在用MEMS那样的半导体工艺来构成光学干涉仪2A的情况下，在分支合波部10的特定的面上选择性地施以AR涂层是困难的，在此情况下，会成为不可避免的损失。
(比较例2)
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。
另外，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相比较的话则起因于分支合波部10与周围的介质之间的边界面的过量损失小。第二比较例的光学干涉仪2B中的过量损失只是由于在第二分支光L21透过第二主面10b并向外部出射的时候在第二主面10b上产生的反射光引起的损失。入射光L0中的经第一分支光到达检测部50的光的利用率IM1、以及入射光L0中的经第二分支光到达检测部50的光的利用率IM2都是R(1-R)2。
合波光L3的干涉强度峰Ipp成为下述式(8)。在此，也将从外部向第一主面10a或者第二主面10b的光的入射角全部设定为45°。在分支合波部10由硅构成的情况下，合波光L3的S偏振光和P偏振光的平均的干涉强度峰Ipp成为26.4％(＝(27.9+24.9)/2)。因此，过量损失的比例成为34％(＝(39.9-26.4)/39.9)。第二比较例的情况下的过量损失比例如果与第一比较例的情况下的过量损失比例68％相比的话则成为一半左右。
[数8]
Figure BDA0001561687980000091
还有，光学干涉仪2B具有如以下所说明的那样的问题。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且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，考虑通过入射光L0的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是来源于入射光中的互相不同的光线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，在作为扩展并准直了点光源那样的一个光线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之间的空间性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，在接近于中央处和接近于端部处，光路长差不同，从而作为全体被观测到的干涉信号被平均化并被减弱。
在FTIR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了光束直径大的光。作为结果，因为包含较多的光路长差不同的光束，所以将不同位置的合波光作为干涉信号的光学干涉仪2B存在关于干涉的本质性问题。
另外，在对光学干涉仪进行小型化的情况下产生如以下所述问题。FTIR等红外分光装置至今为止为大型且可搬运性差，近年来，为了对应于所谓在对测定试样进行采样的现场不想进行红外分光的要求而希望小型轻便且可搬运性好。专利文献1公开有为了对应于这样的要求而由MEMS构成的光学干涉仪的发明。但是，如果由MEMS实现光学干涉仪的小型化的话则产生所谓光学干涉仪中的干涉效率变差并且能见度(visibility)由于杂散光而发生劣化的问题。
图3以及图4是表示使白色光入射到光学干涉仪的时候的干涉图的图。横轴是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。纵轴是合波光L3(光学干涉信号)的强度(干涉图)。因为入射光为白色光，所以在光路长差为0的时候获得最强干涉，干涉随着光路长差的绝对值变大而变弱。如果将光学干涉信号的平均值设定为m并且将光学干涉信号的极大值与极小值之差设定为δ的话则能见度由δ/(2m)来进行表示。
在没有杂散光的理想光学干涉仪中，能见度的值接近于1(图3)。因为随着杂散光变多而光学干涉信号的平均值m变大并且光学干涉信号的极大值与极小值之差δ变小，所以能见度的值变小(图4)。在被小型化的光学干涉仪中，因为不仅不能够完全准直(平行光化)想要测定的入射光而且不能够充分宽地取得分支面以及合波面，所以会产生由光的光束发散引起的损失，另外，会产生无助于干涉的光到达检测部等现象，由此，能见度的值变小。
例如，如果考虑使由芯直径为400μm且NA为0.2的光纤进行引导的被测定光从该光纤的出射端出射并入射到光学干涉仪的情况的话则成为如以下所述。即，光学干涉仪内的光的光束的发散会使分辨率劣化，该劣化的大小作为波数的相对精度而成为2(1-cos(NA))左右。例如，在打算以分辨率为10cm-1(4μm)以下的条件来测定波数5000cm-1(波长2μm)的情况下，1/500的波数相对精度成为必要，如果从2(1-cos(NA))＝1/500来进行计算的话则作为NA，0.045成为必要。
如果插入能够达成该NA的准直透镜的话则通过将NA0.2的光束转换成NA0.045的光束从而转换后的光束尺寸会大至转换前的光束尺寸的0.2/0.045倍的1800μm。实际上，因为不能够做到完全准直光，所以使用相对于光束尺寸充分大的尺寸的光学系统并且构成光学干涉仪是良好的。
但是，例如在MEMS等的情况下，利用那样大的光学系统变得不可能。例如，因为1mm左右的尺寸为界限，所以光束的较多的部分会成为损失。该损失量的一部分传播到光学干涉仪之外，但是，另外一部分作为杂散光被检测部受光。该被受光的杂散光因为不是干涉光，所以增大上述的干涉图的平均值m。另外，即使能够在光学干涉仪的光学系统内传播也因为光束发散所以也存在不成为干涉光的光束，这些也增大干涉图的平均值m。干涉图的平均值m的增加的程度依赖于光学系统以及光学干涉仪的尺寸。干涉图的平均值m有时相对于光学干涉信号的极大值与极小值之差δ也变成数倍到10倍。
由杂散光产生的影响可以通过处理从检测部输出的信号来进行除去。但是，在合波光(干涉光)微弱的情况下从检测部输出的信号的S/N变差。如果干涉光的强度小的话则通过增大包含于检测部的放大器的增益从而能够增大来自检测部的输出信号的值，但是，在平均值大的情况下会由平均值信号的放大而用完放大器的动态范围。如以上所述，光学干涉仪的效率的变差不仅减小本来的光学干涉信号的信号强度而且招致如用完初始的放大器的动态范围的那样的平均值的上升，并且进一步使信号取得时的S/N恶化。
(第一实施方式)
图5是表示第一实施方式的光学干涉仪1A的结构的图。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。光学干涉仪1A的这些构成要素优选由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，在透明构件的内部与外部之间的边界具有分支面11、入射面12、第一出射面13、合波面14以及第二出射面15。
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进行入射的第一分支光L12向内部透过。分支合波部10在第一出射面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上对从入射面12经内部到达的第一分支光L12以及从第一出射面13经第二光学系统30进行入射的第二分支光L22中的各自一部分进行合波并作为第一合波光L3向外部出射，并且对各自剩余部分进行合波并作为第二合波光L4向内部传播。分支合波部10在第二出射面15上使从合波面14经内部到达的第二合波光L4的一部分L41向外部出射。
第一光学系统20用镜21,22来使从分支面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用镜31,32来使从第一出射面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。
分支合波部10的分支面11、入射面12、第一出射面13以及合波面14各自的方位和在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作为合波光L3,L4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。分支合波部10的内部的第一分支光以及第二分支光各自的光路长互相相等。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。
分支面11和合波面14为不同的面。分支面11、入射面12以及第二出射面15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。第一出射面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。第一出射面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。
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的镜21,22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的内部从而到达合波面14。
来自分支面11的第二分支光L21通过分支合波部10的内部并透过第一出射面13而向外部出射，被第二光学系统30的镜31,32反射。该被反射的第二分支光L22到达合波面14。
到达合波面14的第一分支光L12中的透过合波面14的成分和到达合波面14的第二分支光L22中的在合波面14上进行反射的成分被合波并作为第一合波光L3向外部出射。从合波面14向外部出射的第一合波光L3被第一受光元件51受光。
到达合波面14的第一分支光L12中的在合波面14上进行反射的成分和到达合波面14的第二分支光L22中的透过合波面14的成分被合波并作为第二合波光L4向内部传播。该第二合波光L4到达第二出射面15，其中的一部分L41从第二出射面15向外部出射。从第二出射面15向外部出射的第二合波光L41被第二受光元件52受光。
第一受光元件51、第二受光元件52以及电流电压转换部54构成检测干涉信号的检测部。第一受光元件51对从合波面14向外部出射的第一合波光L3进行受光并输出对应于其受光量的第一电流信号I1。第二受光元件52对从第二出射面15向外部出射的第二合波光L41进行受光并输出对应于其受光量的第二电流信号I2。电流电压转换部54输出对应于从第一电流信号I1减去第二电流信号I2的值(I1-I2)的电压信号。关于该检测部的细节，在后面进行叙述。
本实施方式的光学干涉仪1A因为第一光学系统20的镜的个数和第二光学系统30的镜的个数之和为偶数并且对入射光L0的光束截面中的各个位置的光线在分支面11上进行分支之后能够在合波面14上在合波光L3,L4的光束截面中的共同位置上进行合波，所以如果与第二比较例的结构相比较的话则能够提高干涉效率。
还有，本实施方式的光学干涉仪1A如果与第二比较例的结构相比较的话则在不仅由第一受光元件51来对从合波面14向外部出射的第一合波光L3进行受光而且由第二受光元件52来对从第二出射面15向外部出射的第二合波光L41进行受光这一点上也不同。由此，本实施方式的光学干涉仪1A如果与第二比较例的结构相比较的话则能够降低过量损失比例。
如果计算本实施方式中的过量损失则如以下所述。从合波面14出射并被第一受光元件51受光的第一合波光L3的干涉强度峰Ipp成为上述式(8)。从第二出射面15出射并被第二受光元件52受光的第二合波光L41的干涉强度峰Ipp根据入射光L0中的经第一分支光到达第二受光元件52的光的利用效率IM1(下述式(9))、入射光L0中的经第二分支光到达第二受光元件52的光的利用效率IM2(下述式(10))而成为下述式(11)。
如果能够利用第一合波光L3以及第二合波光L41的双方的干涉信号的话则总干涉强度峰IppT作为式(8)与式(11)之和而成为下述式(12)。
[数9]
IM1＝R×1.0×(1-R)×R×(1-R)＝R2(1-R)2 …(9)
[数10]
IM2＝(1-R)×(1-R)×1.0×(1-R)×(1-R)＝(1-R)4 …(10)
[数11]
Figure BDA0001561687980000151
[数12]
IppT＝2R(1-R)2+2R(1-R)3＝2R(1-R)2(2-R) …(12)
将从外部向各个面的光的入射角全部设定为45度，如果分支合波部10由硅构成的话则将合波光L3，L41合起来的S偏振光和P偏振光的平均的干涉强度峰IppT成为44.5％(＝(43.9+45.1)/2)。因此，过量损失的比例成为-11.5％(＝(39.9-44.5)/39.9)。即，在本实施方式中能够获得超过第二比较例的结构中的原理界限的效率。其原因在于，将如果是本来的话则在合波面14上成为原理上不可避免的损失的第二合波光L4的一部分作为有效的干涉信号来进行利用。
关于此，使用由图6所表示的那样的1个分束器来进行分支以及合波的双方的一般结构的光学干涉仪2C来进行说明。图6是表示第三比较例的光学干涉仪2C的结构的图。
在该光学干涉仪2C中，入射到分束器110的入射光L0由该分束器110而被两分支成反射成分的第一分支光L1和透过成分的第二分支光L2。第一分支光L1被镜120反射并再次入射到分束器110，第二分支光L2被镜130反射并再次入射到分束器110。从镜120入射到分束器110的第一分支光L1中的透过分束器110的成分以及从镜13入射到分束器110的第二分支光L2中的在分束器110上进行反射的成分被合波并成为合波光L3。
如果将分束器110中的光的反射率设定为R的话则分束器110上的光的透过率成为1-R。此时，合波光L3的干涉强度峰Ipp成为下述式(13)。该干涉强度峰Ipp为变量R的2次函数，在R＝0.5时成为最大值0.5(50％)。即，在光学干涉仪2C中能够将干涉强度峰Ipp设定为最大的理想的分束器110的光分支比为1：1。
[数13]
Figure BDA0001561687980000161
在图6所表示的光学干涉仪2C的结构中，从镜120入射到分束器110的第一分支光L1中的在分束器110上进行反射的成分、以及从镜130入射到分束器110的第二分支光L2中的透过分束器110的成分也被合波并成为合波光L4。为了检测该合波光L4而考虑如图7所表示的那样的结构的光学干涉仪2D。图7是表示第四比较例的光学干涉仪2D的结构的图。
图7所表示的第四比较例的光学干涉仪2D是将分束器111追加到图6所表示的第三比较例的光学干涉仪2C的结构的光学干涉仪。为了检测合波光L4而被设置的分束器111被插入到入射光L0的光路上。由该分束器111的插入而对于入射光L0来说产生损失。其结果，如果将分束器110,111各自的光分支比设定为1：1的话则合波光L3,L4的总干涉强度Ipp成为37.5％。
即，由1个分束器来进行分支以及合波的双方的一般结构的光学干涉仪2C为能够获得最大效率50％的理想的光学干涉仪，该最大效率50％成为所谓原理界限。由图5所表示的本实施方式的光学干涉仪1A的结构而能够超过原理界限的原因在于，在分支合波部10中分支面11和合波面14为不同的面，设置一定程度的距离来配置分支面11和合波面14，能够将第二合波光L41进行出射的第二输出面15和入射光L0进行入射的分支面11设为不同的面。
可是，在图6所表示的第三比较例的光学干涉仪2C的结构中，在分束器110上的光的反射率R为50％是理想的。但是，在图5所表示的本实施方式的光学干涉仪1A中，在各个面上的光的反射率R的理想值不是50％。本实施方式的光学干涉仪1A中的合波光L3,L41的总干涉强度峰IppT如由上述式(12)进行表示的那样为变量R的4次函数，在0＜R＜1的范围内在R＝30％时成为最大值49.9％。在本实施方式的光学干涉仪1A中R＝30％为理想值。还有，在R＝50％时干涉强度峰IppT成为37.5％。
在由硅构成分支合波部10的时候如果能够将光垂直入射到各个面的话则因为反射率成为30％，所以成为理想的分束器。但是，在实际设计中因为不能够做到垂直入射，所以用考虑了与上述相同的S偏振光成分以及P偏振光成分的平均的干涉强度峰来进行比较。
图8是表示构成分支合波部10的材料的折射率与平均的干涉强度峰的关系的图表。将从外部向分支合波部10的光的入射角设定为45度来进行计算。从该计算结果可以了解到在折射率3.5的时候平均的干涉强度峰成为最大值44％。因为在近红外区域硅的折射率为3.5，所以利用构成分支合波部10的材料与空气的折射率差来进行分支以及合波的本实施方式的光学干涉仪1A中，硅作为构成分支合波部10的材料可以说是理想的。
接着，对在第一实施方式的光学干涉仪1A中检测合波光L3,L4的干涉信号的方法进行说明。以下，依次对第一～第三检测方法进行说明。
作为第一检测方法考虑用某些方法对第一合波光L3和第二合波光L41进行光学性合波并以1个光检测器进行受光的方法。另外，因为白色光只是连续的波长的光被线性叠加，所以以下只考虑一个波长的光。将光的角频率设定为ω，并将时间变量设定为t。
从合波面14出射的第一合波光L3的电场E3作为到达合波面14的第一分支光的电场a13sin(ωt+φ13)与到达合波面14的第二分支光的电场a23sin(ωt+φ23)之和而由下述式(14)、(15)表示。
[数14]
Figure BDA0001561687980000181
[数15]
Figure BDA0001561687980000182
如果用光电二极管那样的平方检波器来对第一合波光L3进行受光的话则从平方检波器输出的信号表示第一合波光L3的电场E3的平方的时间平均值(即电场振幅a3的平方)，并依赖于相位差(φ13-φ23)。这是使用光学干涉仪来获得对应于光路长差的信号变化的基本原理。处于第一合波光L3的电场E3的振幅a3的式中的相位差(φ13-φ23)为相当于由驱动部设定的第一分支光与第二分支光之间的光路长差的值，与初始相位无关。处于与第一合波光L3的电场E3的时间变化有关的sin函数内的相位φ3依赖于光路长差以及初始相位的双方。
从第二出射面15出射的第二合波光L41的电场E4作为到达第二出射面15的第一分支光的电场a14sin(ωt+φ14)与到达第二出射面15的第二分支光的电场a24sin(ωt+φ24)之和而由下述式(16)、(17)表示。
[数16]
Figure BDA0001561687980000183
[数17]
Figure BDA0001561687980000184
将从合波面14到第二出射面15为止第二合波光进行传播的期间的相位变化设定为φω。相位变化φω依赖于角频率ω。在相位φ13,φ23,φ14,φ24之间有下述式(18)的关系。因此，处于第二合波光的电场E4的振幅a4的式中的相位差(φ14-φ24)与处于第一合波光的电场E3的振幅a3的式中的相位差(φ13-φ23)相等。
[数18]
Figure BDA0001561687980000191
为了简化而考虑由驱动部互相相等地设定第一分支光以及第二分支光各自的光路长的情况、即相位差(φ13-φ23)以及相位差(φ14-φ24)的双方的值为0的情况。此时，下述式(19)成立。
[数19]
Figure BDA0001561687980000192
对第一合波光L3和第二合波光L41进行了合波的全合波光的电场ET作为第一合波光L3的电场E3与第二合波光L41的电场E4之和而由下述式(20)、(21)进行表示。
[数20]
Figure BDA0001561687980000193
[数21]
Figure BDA0001561687980000194
从对该全合波光进行受光的光检测器输出的信号由于根据波长而不同的相位φω的影响而成为根据波长而不同的值。即，干涉信号由第一分支光与第二分支光之间的光路长差以外的主要因素而发生变化，不作为光学干涉仪而正确地发挥功能。
作为第二检测方法考虑由不同的光检测器来检测第一合波光L3以及第二合波光L41并且对基于各个光检测器的平方检波后的电压信号进行加法运算的方法。在该方法中，因为没有表现出相位φω的影响所以作为干涉信号的电压信号的加法运算正常地发挥功能。但是，通常，光检测器包含直到容易进行输出后的处理的电压电平为止放大信号的放大器。在使用光伏发电型的受光元件的情况下，全体的S/N由初始的放大器的噪声决定。在用不同的光检测器来检测第一合波光L3以及第二合波光L41并进行信号放大的情况下，全体的噪声成为各个光检测器的初始的放大器的噪声的2倍。因此，即使通过加法运算电压信号从而信号电平增加，S/N也不会被改善。在本实施方式中，因为第一合波光L3的效率为26.4％并且第二合波光L41的效率为17.8％，所以信号量即使进行加法运算也不会单纯地变成2倍，S/N会发生劣化。
作为第三检测方法考虑用不同的受光元件来检测第一合波光L3以及第二合波光L41并且将对从各个受光元件输出的电流信号进行加减运算的结果转换成电压信号的方法。在该方法中，能够避免上述的S/N劣化的问题。以下，对该第三检测方法进行说明并且对基于该方法的检测部50的结构进行说明。
当包含光的电磁波在具有互相不同的折射率的2个介质之间的边界面上进行反射的时候有相位产生变化的情况。在边界面上的光的反射时的相位变化量依赖于各个介质的折射率、向边界面入射的光的入射角以及光的偏振光状态。如果各个介质为电介质并且能够无视吸收系数的话则当在边界面上的光的反射时产生相位变化的是S偏振光的光从低折射率介质的一侧入射到边界面的情况以及P偏振光的光从高折射率介质的一侧以布鲁斯特角(Brewster angle)以下的入射角入射到边界面的情况，无论哪一种情况都是相位变化量为π。
考虑该性质从而考虑图5所表示的光学干涉仪1A的结构中的光的反射时的相位变化量。如果将入射到合波面14的第一分支光L12以及第二分支光L22的相位作为基准的话则在第二分支光L22的S偏振光成分在合波面14上进行反射并成为第一合波光L3的时候产生π的相位变化，在第一分支光L12的P偏振光成分在合波面14上进行反射并成为第二合波光L41的时候产生π的相位变化。
由此，从第二出射面15出射的第二合波光L41相对于从合波面14出射的第一合波光L3，对于S偏振光成分以及P偏振光成分的任一成分来说都具有相位差π。即，第一合波光L3以及第二合波光L41其干涉信号的符号互相相反。除了如以上所述当第二分支光L22的S偏振光成分在合波面14上进行反射的时候产生π的相位变化之外，当入射光L0在分支面11上被两分支的时候第一分支光L11的S偏振光成分也产生π的相位变化，所以合波时的第一分支光L12以及第二分支光L22各自的S偏振光成分的相位互相相同。另外，合波时的第一分支光L12以及第二分支光L22各自的P偏振光成分的相位也互相相同。最后，S偏振光成分以及P偏振光成分各自的干涉信号的符号互相相同。
还有，实际上，在分别包含于第一光学系统20以及第二光学系统30的镜为金属镜的情况下，当在该金属镜上的光的反射时产生相位变化。第一光学系统20以及第二光学系统30如果在互相共同的结构的镜上反射光的话则因为S偏振光成分以及P偏振光成分一起产生相同的相位变化，所以作为结果，S偏振光成分以及P偏振光成分各自的干涉信号的符号互相相同。
第一合波光L3以及第二合波光L41其干涉信号的符号在全部的波长下互相相反。图9是表示合波光L3,L41的干涉图的图。在光路长差为0的时候，相对于第一合波光L3的干涉信号成为最大值，第二合波光L41的干涉信号成为最小值。第一合波光L3的干涉图以及第二合波光L41的干涉图中的一方相当于对于另一方的干涉图以平均值为中心翻转上下并且对应于效率而修正振幅。
还有，在图9中第一合波光L3以及第二合波光L41各自的干涉图作为平均值不同的干涉图来进行表示。干涉图的平均值依赖于光学干涉仪的结构。例如，如果是背景光多于来自光学干涉仪的非干涉光而入射到光检测器并增大干涉图的平均值的话则第一合波光L3以及第二合波光L41各自的干涉图的平均值的差不那么大。相反，如果是来自光学干涉仪的非干涉光多于背景光而入射到光检测器并增大干涉图的平均值的话则在第一合波光L3以及第二合波光L41各自的干涉图中以与干涉信号的效率相同程度的比例产生平均值。
不管怎样，通过取得第一合波光L3以及第二合波光L41各自的干涉图的差，从而平均值降低，另一方面，干涉信号变大。图10是表示合波光L3,L41的干涉图的差的图。通过取得两者的差从而会有干涉信号的一部分成为负值的情况，但是，在图11所表示的检测部50的电路中没有任何问题。
图11是第一实施方式的光学干涉仪1A的检测部50的电路图。检测部50具备第一受光元件51、第二受光元件52以及电流电压转换部54。电流电压转换部54包含放大器55以及反馈电阻器56。反馈电阻器56被设置于放大器55的反相输入端子与输出端子Vo之间。第一受光元件51以及第二受光元件52各自为光伏发电型的受光元件，例如是光电二极管。第一受光元件51以及第二受光元件52被串联连接于第一基准电位端V1与第二基准电位端V2之间，并被施加逆电压。V1为正电位，V2为负电位。第一受光元件51与第二受光元件的连接点与放大器55的反相输入端子相连接。放大器55的非反相输入端子被连接于接地电位端。相对于放大器55的非反相输入端子处于虚短路(imaginary short)的关系的反相输入端子也成为接地电位。
第一受光元件51对从合波面14向外部出射的第一合波光L3进行受光，并输出对应于其受光量的第一电流信号I1。第二受光元件52对从第二出射面15向外部出射的第二合波光L41进行受光，并输出对应于其受光量的第二电流信号I2。第一电流信号I1与第二电流信号I2的差的电流(I1-I2)流到反馈电阻器56，对应于该差的电流值与反馈电阻器56的电阻值之积的电压值出现在输出端子Vo。即，电流电压转换部54能够从输出端子Vo输出对应于从第一电流信号I1减去第二电流信号I2的值(I1-I2)的电压信号。
从输出端子Vo输出的电压信号表示第一合波光L3以及第二合波光L41各自的干涉图的差，且是降低干涉图的平均值，另一方面，强调干涉信号的信号。从输出端子Vo输出的电压信号因为噪声只由1个放大器55来决定，所以S/N被改善。另外，通过干涉图的平均值被降低从而能够配合于干涉信号的大小来恰当地设定放大器55的增益。
(第二实施方式)
图12是表示第二实施方式的光学干涉仪1B的结构的图。光学干涉仪1B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。光学干涉仪1B的这些构成要素优选由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，在透明构件的内部与外部之间的边界具有分支面11、入射面12、第一出射面13、合波面14、第二出射面15以及第三出射面16。
如果与图5所表示的第一实施方式的光学干涉仪1A的结构相比较的话则图12所表示的第二实施方式的光学干涉仪1B在分支合波部10进一步具有第三出射面16这一点上不同。另外，如果与第一实施方式的光学干涉仪1A的结构相比较的话则第二实施方式的光学干涉仪1B在不仅检测透过第二出射面15而向外部出射的第二合波光L4的一部分L41而且还由第三受光元件53来检测在第二出射面15上被反射并且透过第三出射面16而向外部出射的第二合波光L4的剩余部分L42这一点上不同。
从第三出射面16出射的第二合波光L42与从第二出射面15出射的第二合波光L41相比较，反射仅多了1次。因此，从第三出射面16出射且被第三受光元件53受光的第二合波光L42的干涉强度峰Ipp2成为从第二出射面15出射且被第二受光元件52受光的第二合波光L41的干涉强度峰Ipp1的R倍，由下述式(22)进行表示。
[数22]
Ipp2＝Ipp1×R＝2R(1-R)3·R …(22)
如果将从外部向各个面入射的光的入射角全部设定为45度并且使分支合波部10由硅构成的话则从第三出射面16出射且被第三受光元件53受光的第二合波光L42的S偏振光和P偏振光的平均的干涉强度峰成为5.3％。将3个合波光L3,L41,L42合起来的S偏振光和P偏振光的平均的干涉强度峰成为49.5％，可以获得大约50％的效率。
还有，能够使在第三出射面16上进行反射的第二合波光从其他出射面向外部出射并由其他受光元件来进行受光，如果检测所有第二合波光L4的话则第二合波光L4全体的效率为26.4％。将第一合波光L3的效率26.4％和第二合波光L4的全体的效率26.4％合计后的值52.8％与由图12的光学干涉仪1B的结构将3个合波光L3,L41,L42合起来的效率49.5％相比较，改善的程度较小。使在第三出射面16上进行反射的第二合波光从其他出射面向外部出射并由其他受光元件来进行受光由于结构变得复杂，另一方面，改善的程度小，所以没有优点。
图13是第二实施方式的光学干涉仪1B的检测部50的电路图。检测部50具备第一受光元件51、第二受光元件52、第三受光元件53以及电流电压转换部54。如果与图11所表示的第一实施方式的检测部50的结构相比较的话则图13所表示的第二实施方式的检测部50在进一步具备第三受光元件53这一点上不同。第三受光元件53也是光伏发电型的受光元件，例如是光电二极管。
从第三出射面16出射的第二合波光L42的反射时的相位变化与从第二出射面15出射的第二合波光L41的反射时的相位变化相同。因此，对从第三出射面16出射的第二合波光L42进行受光的第三受光元件53相对于对从第二出射面15出射的第二合波光L41进行受光的第二受光元件52被并联设置。第三受光元件53对从第三出射面16向外部出射的第二合波光L42进行受光，并输出对应于其受光量的第三电流信号I3。电流电压转换部54从输出端子Vo输出对应于从第一电流信号I1减去第二电流信号I2以及第三电流信号I3的值(I1-I2-I3)的电压信号。
还有，在第二实施方式的光学干涉仪1B中，在背景光多于来自光学干涉仪的非干涉光而入射到光检测器并增大干涉图的平均值的情况下需要注意。在该情况下，因为各个合波光的干涉图的平均值成为相同程度的大小，所以在从第一电流信号I1减去第二电流信号I2以及第三电流信号I3的值(I1-I2-I3)中会出现1个干涉图量的平均值成分。其结果，通过附加第三受光元件53从而会有动态范围变狭窄的情况。考虑最终的S/N是否被改善从而不得不判断附加第三受光元件53是否有效。
(第三实施方式)
图14是表示第三实施方式的光学干涉仪1C的结构的图。光学干涉仪1C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。光学干涉仪1C的这些构成要素优选由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，在透明构件的内部与外部之间的边界具有分支面11、入射面12、第一出射面13、合波面14、第二出射面15以及全反射面17。
如果与图5所表示的第一实施方式的光学干涉仪1A的结构相比较的话则图14所表示的第三实施方式的光学干涉仪1C在分支合波部10进一步具有全反射面17这一点上不同。分支合波部10在全反射面17上使从合波面14经内部到达的第二合波光L4全反射并入射到第二出射面15。
在第三实施方式中，以能够在全反射面17上使第二合波光L4全反射的方式，即，以向全反射面17入射的第二合波光L4的入射角成为临界角以上的方式设定全反射面17的方位。另外，以能够从第二出射面15向外部使在全反射面17上被全反射的第二合波光L4出射的方式，即，以向第二出射面15入射的第二合波光L4的入射角成为小于临界角的方式设定第二出射面15的方位。
在第一实施方式中，因为入射光L0进行入射的分支面11和第二合波光L41进行出射的第二出射面15相对于分支合波部10被设置于共同的一侧，所以会有在入射光L0以及第二合波光L41各自的光学系统的配置的方面产生制约的情况。相对于此，在第三实施方式中，因为分支面11被设置于分支合波部10的一方侧并且合波面14以及第二出射面15被设置于分支合波部10的另一方侧，所以入射光L0以及合波光L3,L41各自的光学系统的配置是容易的。
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。
在上述实施方式的光学干涉仪中，构成为具备分支合波部、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、第一出射面、合波面以及第二出射面，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进行入射的第一分支光向内部透过，在第一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，在合波面上对从入射面经内部到达的第一分支光以及从第一出射面经第二光学系统进行入射的第二分支光中的各自一部分进行合波并作为第一合波光向外部出射并且对各自剩余部分进行合波并作为第二合波光向内部传播，在第二出射面上使从合波面经内部到达的第二合波光的一部分向外部出射。第一光学系统用镜来使从分支面出射的第一分支光反射并入射到入射面。第二光学系统用镜来使从第一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。
上述结构的光学干涉仪优选进一步具备：第一受光元件，对从合波面出射的第一合波光进行受光并输出对应于该受光量的第一电流信号I1；第二受光元件，对从第二出射面出射的第二合波光的一部分进行受光并输出对应于该受光量的第二电流信号I2；电流电压转换部，输出对应于从第一电流信号I1减去第二电流信号I2的值(I1-I2)的电压信号。
在上述结构的光学干涉仪中，分支合波部优选在透明构件的内部与外部之间的边界进一步具有第三出射面，在第三出射面上使在第二出射面上进行反射并经内部到达的第二合波光的剩余部分向外部出射。
另外，在此情况下，上述结构的光学干涉仪优选进一步具备：第一受光元件，对从合波面出射的第一合波光进行受光并输出对应于该受光量的第一电流信号I1；第二受光元件，对从第二出射面出射的第二合波光的一部分进行受光并输出对应于该受光量的第二电流信号I2；第三受光元件，对从第三出射面出射的第二合波光的剩余部分进行受光并输出对应于该受光量的第三电流信号I3；电流电压转换部，输出对应于从第一电流信号I1减去第二电流信号I2以及第三电流信号I3的值(I1-I2-I3)的电压信号。
在上述结构的光学干涉仪中，分支合波部优选在透明构件的内部与外部之间的边界进一步具有全反射面，在全反射面上使从合波面经内部到达的第二合波光全反射并入射到第二出射面。
上述结构的光学干涉仪优选第一光学系统的镜的个数和第二光学系统的镜的个数之和为偶数并且对入射光的光束截面中的各个位置的光线在分支面上进行分支之后在合波面上在第一合波光以及第二合波光各自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、第一光学系统、第二光学系统以及驱动部由MEMS(Micro Electro-Mechanical System(微机电系统))构成。另外，上述结构的光学干涉仪优选分支合波部由硅构成。
在上述结构的光学干涉仪中，分支合波部的内部的第一分支光以及第二分支光各自的光路长优选为互相相等。
产业上的利用可能性
本发明能够作为能够减小过量损失的比例的光学干涉仪来进行利用。
符号的说明
1A～1C…光学干涉仪、10…分支合波部、11…分支面、12…入射面、13…第一出射面、14…合波面、15…第二出射面、16…第三出射面、17…全反射面、20…第一光学系统、21,22…镜、30…第二光学系统、31,32…镜、40…驱动部、50…检测部、51…第一受光元件、52…第二受光元件、53…第三受光元件、54…电流电压转换部、55…放大器、56…反馈电阻器、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…第一合波光、L4,L41,L42…第二合波光。

Claims (8)

1.一种光学干涉仪，其特征在于：
具备分支合波部、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、第一出射面、合波面以及第二出射面，
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第一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对从所述入射面经内部到达的所述第一分支光以及从所述第一出射面经所述第二光学系统入射的所述第二分支光中的各自一部分进行合波并作为第一合波光向外部出射，并且对各自剩余部分进行合波并作为第二合波光向内部传播，
所述分支合波部在所述第二出射面上使从所述合波面经内部到达的所述第二合波光的一部分向外部出射，
所述第一光学系统由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镜使从所述第一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所述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，
并且所述分支合波部在所述透明构件的内部与外部之间的边界进一步具有全反射面，所述全反射面的方位以向所述全反射面入射的所述第二合波光的入射角成为临界角以上的方式设定，所述第二出射面的方位以向所述第二出射面入射的所述第二合波光的入射角成为小于临界角的方式设定，
在所述全反射面上使从所述合波面经内部到达的所述第二合波光全反射并入射到所述第二出射面，在所述第二出射面上使在所述全反射面上被全反射的所述第二合波光向外部出射，
所述分支面被设置于所述分支合波部的一方侧，所述合波面以及所述第二出射面被设置于所述分支合波部的另一方侧。
2.如权利要求1所述的光学干涉仪，其特征在于：
进一步具备：
第一受光元件，对从所述合波面出射的所述第一合波光进行受光并输出对应于该受光量的第一电流信号I1；
第二受光元件，对从所述第二出射面出射的所述第二合波光的一部分进行受光并输出对应于该受光量的第二电流信号I2；以及
电流电压转换部，输出对应于从所述第一电流信号I1减去所述第二电流信号I2后的值(I1-I2)的电压信号。
3.如权利要求1所述的光学干涉仪，其特征在于：
所述分支合波部在所述透明构件的内部与外部之间的边界进一步具有第三出射面，在所述第三出射面上使在所述第二出射面上进行反射并经内部到达的所述第二合波光的剩余部分向外部出射。
4.如权利要求3所述的光学干涉仪，其特征在于：
进一步具备：
第一受光元件，对从所述合波面出射的所述第一合波光进行受光并输出对应于该受光量的第一电流信号I1；
第二受光元件，对从所述第二出射面出射的所述第二合波光的一部分进行受光并输出对应于该受光量的第二电流信号I2；
第三受光元件，对从所述第三出射面出射的所述第二合波光的剩余部分进行受光并输出对应于该受光量的第三电流信号I3；以及
电流电压转换部，输出对应于从所述第一电流信号I1减去所述第二电流信号I2以及所述第三电流信号I3后的值(I1-I2-I3)的电压信号。
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：
所述第一光学系统的镜的个数和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第一合波光以及所述第二合波光各自的光束截面中的共同位置上进行合波。
6.如权利要求1～5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、所述第一光学系统、所述第二光学系统以及所述驱动部由MEMS构成。
7.如权利要求1～6中的任意一项所述的光学干涉仪，其特征在于：
所述分支合波部由硅构成。
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。
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