JP2000514556A - 干渉計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ビームスプリッタ（１４）と二つのリトロレフレクタ（２０、２６）とを具備するフーリエ分光法のための干渉計において、ビームスプリッタ（１４）が移動可能に取付けられ、つまり、回転可能又は変位可能に取付けられると共に、二つのリトロレフレクタ（２０、２６）が固定されたリトロレフレクタとして配置されることを特徴とする。提案される構成は、製造するのに容易であり、環境の振動に対して実質的に鈍感に形成可能であり、媒体中の予め定められた成分の量を決定するルーチン測定に適切である。この干渉計は、媒体中の、より詳細には例えばミルクのような液体である食料品中の特有の成分の量を決定するための中間又は近赤外線レンジにおける測定のためのものである。

Description

【発明の詳細な説明】 干渉計 技術分野 本発明は、フーリエ変換分光計又は干渉計を形成するために堅牢に配列された ビームスプリッタと二つのリトロレフレクタとを具備するフーリエ分光法のため の干渉計に関する。 本発明は、特には、例えば水溶液である、溶液のような特には液体である媒体 又は流動体中の、より詳細には例えばミルクのような液体食品である食品中の特 有の（予め定められた）成分の量を決定するための中間赤外線レンジ及び／又は 近赤外線レンジにおける測定のためのものである。好適には、干渉計は、赤外線 レンジにおいて、特には中間赤外線レンジ及び／又は近赤外線レンジにおいて使 用するために構成される。 背景技術 一般に使用される公知の干渉計は、幾つかの干渉計においてはリトロレフレク タの型式である二つの反射ミラーを有する。一般に一方の反射ミラーは、長手方 向に、つまり、放射ビームの経路に沿って移動可能に取付けられる。干渉計の理 論及び使用方法は、“Chemical Analysis”の第８３巻のPeter R.Griffiths and James A de Hasethによる“Fourier transform infrared spectrometry”に詳 細に記載されている。本明細書において、“リトロレフレクタ”は、コーナーレ フレクタ又はキャットアイのような光学装置を意味し、上述した参考文献の例え ば１４４頁の図４、１７に説明されているように入射光線に平行な方向に入射光 線を反射する。 移動可能なミラー又はレフレクタを移動又は長手方向に変位させる装置を構成 する時、制御される変位量を確実にするために重大な努力を払う必要がある。信 頼性のある干渉計は、環境の振動に対して実質的に鈍感である。良好な干渉計は 、移動可能な部分の制御された移動方向と同一方向の振動に対して主に敏感であ る。 USP4,383,762は、宇宙船内の低温保持装置内に収容されるように構成されたフ ーリエ分光法のための２ビーム式干渉計を開示している。その干渉計では、堅牢 な振り子構造体が、傾斜及び横方向の動作の歪みに対して鈍感な完全に補償され た光学装置内に少なくとも一つの移動可能なリトロレフレクタを有する。同様に 、EP369 054はミケルソン干渉計のための振り子レフレクタ装置を記載している 。EP369 054の図１には、共通の回転軸を有する二つの垂直なアーム上に二つの リトロレフレクタが配列されている。これらの干渉計は、回転方向の振動に対し てのみ敏感であるように形成可能な点で好適である。更に、移動可能な部分の重 さは釣り合いおもりにより補償可能である。駆動機構は、環境の振動によりもた らされる動作を抑制するように寸法合わせされる必要がある。 本発明の目的は、公知の干渉計よりも製造コストが安価であって、実際の測定 目的にとって十分に正確であるといえる有益な測定値を得るために不可欠な特性 を同時に有する構造体をなす干渉計のための簡単な装置を提供することである。 発明の開示 本発明によれば、ビームスプリッタが移動可能なビームスプリッタ装置内に配 置される、つまり、回転可能に配置されると共に、両方のリトロレフレクタが固 定される。そのような取付けは簡単な方法により行われ、その結果、干渉計は安 価に製造され得る。 新規な干渉計は、振動に対して実質的に鈍感に形成され得る点で特に好適であ る。これは、移動可能又は回転可能なビームスプリッタの部分を小さくできる、 つまり、リトロレフレクタの部分に比ベてかなり小さくできるためによる。それ ゆえ、回転可能なビームスプリッタ装置の慣性モーメントは、従来技術の移動可 能なリトロレフレクタ装置の慣性モーメントに比べて小さくされ得る。その結果 、新規な干渉計によれば、振動を抑制可能な駆動機構を配列することが、より容 易になる。典型的には、振動を発生するホモジェナイザー及び高圧ポンプをしば しば有するという理由から、干渉計、特にはミルク分析用干渉計において振動が 問題となる傾向がある。 以下より詳細に説明するように、ビームスプリッタが移動すると遅延が生じ、 それゆえ、従来の干渉計のように干渉が生ずる。 好適には、ビームスプリッタは、二つのリトロレフレクタの対称面に少なくと もほぼ一致する面内に配置される。 好適な実施形態において、干渉計は、特には、媒体又は液体中、より詳細には ミルクのような液体食品中の特有の成分の量を決定するために使用される。 更に、新規な干渉計は、中間赤外線レンジにおいて、更には短い波長において も、つまり近赤外線レンジにおいても良好なスペクトル分解能を有する。 新規な干渉計の好適な実施形態において、構造体は簡単であり、製造し易く、 機械的に堅牢であり安定している。 図面の簡単な説明 図１は本発明の干渉計の第一の実施形態の概略図である。 図２はビームスプリッタを反対方向に変位させた図１と同様の図である。 図３は本発明の干渉計の第二の実施形態の概略図である。 図４は図１の第一の実施形態の概略の拡大断面図である。 図５は新規な干渉計の好適な実施形態を示す。 発明を実施するための最良の形態 図１において光源１０は光ビームの束を放射するが、明瞭化のために図面にお いては中央のビーム及び側部のビームのみを示している。光ビーム１２はビーム スプリッタ１４に衝突し、ビーム１２は透過ビーム１６と反射ビーム１８とに分 割される。ビーム１６は、リトロレフレクタ２０に衝突すると共にビーム１７と してビームスプリッタ１４の側に反射され、ビームの一部はビームスプリッタ１ ４において反射される。リトロレフレクタ２０、２６は、明瞭化のために、直角 をなす二面ミラーとしてのみ示してある。しかしながら、各リトロレフレクタ２ ０、２６は、互いに垂直な三つの反射面を有する。 反射ビーム２２は測定キュベット２４の側に向けられる。測定キュベット２４ 内には、分析すべき液体食品のような媒体が含有されている。測定キュベットの 後側に配置された受光装置は、典型的には反射凹面鏡のような焦点合わせ装置を 介して透過光を受光する。焦点合わせ装置はよく知られており、それゆえ、明細 書において説明は行わず図示もしない。 ビームスプリッタ１４により反射されたビーム１８は、第二のリトロレフレク タ２６に衝突し、ビーム１９がビームスプリッタ１４の側に戻るように反射され る。そのビームの一部は、ビームスプリッタを透過し、上述したビーム２２とほ ぼ合致すると共に干渉し、測定キュベット２４に衝突する。 ビームスプリッタ１４は位置Ｏを中心に回転可能に取付けられる 。取付け装置は、例えばヒンジ又は同様の節のような任意の種類の回転式ジョイ ントであることが可能である。通常知られているミケルソン干渉計において行わ れているようにミラーを移動させる代わりに、本発明では、ビームスプリッタが 前後に、つまり、図１の破線１４ａで示した位置から図２の破線１４ｂで示した 位置まで移動される。 中心位置Ｏの好適な位置を図１及び図２に示す。好適な位置では、Ｏは、二つ のリトロレフレクタの頂点Ａ、Ｂと中心点Ｃとを含む正方形の一つの角をなす。 しかしながら、Ｏを他の位置において使用することも可能である。Ｏは二つのリ トロレフレクタの対称面内に配置される。 明瞭化のために、図面においてはビームスブリッタを約１．５°変位させて示 してある。実際に使用される時、実際の最大変位量は実際の測定の目的に依存す る。 特有の予め定められた（知られている）液体食品構成要素の量を決定するため の好適な実施形態において、意図される角度は約０．３〜０．５°である。 ビームスプリッタが位置１４ａに位置する時、ビーム１６、１７の光路長は、 中立位置１４に位置する時の元の光路長に比べて長さΔだけ短くなる。 同様に、ビーム１８ａ、１９ａの光路長は、中立位置１４に位置する時の元の 光路長に比べて長さΔだけ長くなる。 位置１４から位置１４ａにビームスプリッタが変位した結果、一次ビーム１６ 、１７は短くされ、二次ビーム１８、１９は長くされる。ビームスプリッタが反 対方向に移動される時、ビーム１６、１７は長くされ、ビーム１８、１９は短く される。それゆえ、ビームスプリッタの変位の結果は、一方のリトロレフレクタ の変位量と比 較可能である。一般に、図１に示す装置は、干渉計として機能する。つまり、キ ュベット２４に衝突するビーム２２は二つの干渉するビームを重ね合わせたもの であり、干渉はビームスプリッタの動きに伴って変化し、フーリエ変換分光計に 適した干渉計が形成される。しかしながら、これは公知の干渉計よりも簡単であ る。 簡略化して示した図１及び図４から明らかなように、簡略化した構成に伴う問 題点として、ビーム２２ａはビーム２２からある距離だけ変位されると共に逸ら されてしまう。実際に好適な寸法のものを使用して得られた計算結果によれば、 源部からの視準光の最大発散度が３．６°であるとき、この変位量は非常に小さ く、例えば０．０３８ｍｍよりも小さい。 ビームスプリッタが回転せしめられる角度θが非常に小さい０．３°である時の 変位量の計算結果 １がビームスプリッタの窓から回転位置Ｏまでの距離であって、Δ１がビーム １８の源Ｅとビーム１８ａの源Ｆとの間の距離であって、Δ２がビーム２２の源 Ｇとビーム２２ａの源Ｈとの間の距離であって、Δがそれらに対応するビーム１ １に沿った距離である場合、簡略化した三者間の計算結果は以下のようになる。 Δ＝√２１ｓｉｎθ＝１／２（Δ１＋Δ２） 図１に示す位置の、つまり、焦点合わせ装置を除いたキュベットにおけるビーム の総変位量は以下のようになる。 ２Δ＝２√２１ｓｉｎθ＝１．１ｍｍ ここで１＝７５ｍｍ、θ＝０．３° しかしながら、そのような変位は焦点合わせ装置を使用することにより補償可能 である。好適には、キュベットが小さい場合、キュベットは焦点合わせ装置の焦 点位置に近接して配置される。 他の配列を図３に示す。図３においては、回転位置Ｏが光源１０とキュベット ・検出装置２４との間に配置される。図面から明らかなように、結果としての２ ２ｃ、２２ｃ’は互いに間隔を隔てられており、源部の光ビームがセンタビーム １１から大きく変位する程、ビーム間の距離は大きくなる。そのような変位は、 両方のビームを検出装置の表面上に焦点合わせする焦点合わせ装置により補償可 能である。 好適には、リトロレフレクタはキュービックコーナーレフレクタである、つま り、互いに直交する三つの内側の反射表面を有する。そのようなコーナーレフレ クタの偏光特性の基づき、好適には、偏光方向を同一にするために二つのコーナ ーレフレクタが配置される。好適には、リトロレフレクタの取付けは調節可能で あり、その結果、光学機器の位置合わせが可能になり、二つの分割光が再び合致 し、ビームスプリッタの位置において同じように偏光することが保証される。そ のような調節可能な取付けはよく知られており、それゆえ、この明細書において 説明せず、図面にも示さない。 第三の実施形態において、回転位置Ｏは無限遠に配置される。ビームスプリッ タを一時的に移動せしめるために、ビームスプリッタは、例えば摺動ベアリング 内に、あるいは数個の平行なスプリングの間に取付け可能である。 新規な干渉計の現在好適な実施形態の重要部品を図５に示す。干渉計は密閉ボ ックス内に包囲される必要がある。内部の部品を示すために、密閉ボックスなし で干渉計を示す。更に、明瞭化のために、図５には光源（１０、図１）及び検出 装置（２４、図１）を示さない。図示しない構成要素は従来技術から知られてい るものであることが可能であり、それらは公知の方法で配列される。干渉計の構 成要素を取付けるために基板３０が使用される。ヒンジ３４によっ て支持される回転可能なアーム３１は、円形開口を包囲する凹部内にスプリング ３３を使用することにより取付けられた円形ディスクであることが可能なビーム スプリッタ３２を担持する。ビームスプリッタアーム３１の釣り合いを保つため に釣り合いおもり３８が適用される。ビームスプリッタアーム３１を移動させる ため、つまり、例えば０．３°のような典型的には１°よりも小さい角度だけビ ームスプリッタアームを回転させるために、モータ３９が配置される。好適な実 施形態において、モータはビームスプリッタアーム３１の延長部上に、つまり、 釣り合いおもり３８上に作用する。典型的には、ビームスプリッタの移動経路は 数ミリメートルである。モータは、フィードバックループのための速度センサ４ ０が結合された電気力アクチュエータであることも可能である。速度センサは、 電気力タイプであること、又は、レーザー干渉像上の位相ロックループに基づく ものであることが可能である。 シリンダ３６はコーナーレフレクタを収容する。各コーナーレフレクタは、コ ーナーレフレクタの対称軸がシリンダの中心軸と一致するようにシリンダの内側 に配列される。シリンダは回転可能に取付けられる。シリンダを回転させること により、コーナーレフレクタの偏光軸を調節可能である。 シリンダ３６は取付けプレート又はホルダ３７上に調節可能に取付けられ、取 付けプレート又はホルダ３７は基板３０上に調節可能に取付けられる。取付けは 非常にコンパクトである、つまり、構成要素は互いに近接して取付けられる。好 適には、ビームスプリッタアーム３１に凹部又は開口４１が設けられ、その結果 、ビームスプリッタアームに対して近接してシリンダ３６を配置可能になる。可 能な限り光路を短く維持できるため、コンパクトな配列は光学性能に関して好適 である。 当業者ならば明らかなように、図面及び明細書に示した新規な干渉計は、請求 の範囲に示した本発明の範囲内において幾つかの方法により変更可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．フーリエ変換分光計又は干渉計を形成するために堅牢に配列されたビーム スプリッタ（１４）と二つのリトロレフレクタ（２０、２６）とを具備するフー リエ分光法のための干渉計において、前記ビームスプリッタが移動可能なビーム スプリッタ装置内に配置されると共に、前記二つのリトロレフレクタ（２０、２ ６）が固定されることを特徴とする干渉計。 ２．前記ビームスプリッタ（１４）が前記二つのリトロレフレクタ（２０、２ ６）の対称面内に堅牢に取付けられることを特徴とする請求項１に記載の干渉計 。 ３．前記ビームスプリッタ（１４）が回転可能に取付けられる、つまり、前記 ビームスプリッタ（１４）が回転中心（Ｏ）を中心に回転可能であることを特徴 とする請求項１又は２に記載の干渉計。 ４．前記ビームスプリッタ（１４）が直線的に移動可能である、つまり、前記 ビームスプリッタ（１４）が無限遠の回転中心を有することを特徴とする請求項 １〜３のいずれか一項に記載の干渉計。 ５．前記ビームスプリッタが、２．０°の角度の範囲内を、好適には０．５° の角度の範囲内を、最も好適には０．３°の角度の範囲内を移動するように配置 されていることを特徴とする請求項３に記載の干渉計。 ６．前記二つのリトロレフレクタの位置及び偏光方向が調節可能なように、前 記二つのリトロレフレクタが移動可能であって回転可能に取付けられることを特 徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の干渉計。 ７．前記回転中心（Ｏ）が、前記二つのリトロレフレクタの頂部のコーナー（ Ａ、Ｂ）と前記ビームスプリッタ（１４）の領域内の 前記干渉計の中心（Ｃ）とを含む正方形の一つのコーナーであり、前記回転中心 （Ｏ）から前記干渉計の中心（Ｃ）までの距離が、一方のリトロレフレクタの頂 部のコーナー（Ａ）から前記干渉計の中心（Ｃ）までの距離の√２倍にほぼ等し いことを特徴とする請求項２又は３に記載の干渉計。 ８．前記回転中心（Ｏ）から前記干渉計の中心（Ｃ）までの距離が、一方のリ トロレフレクタの頂部のコーナー（Ａ）から前記干渉計の中心（Ｃ）までの距離 の√２倍の１０％誤差範囲内、好適には１％誤差範囲内に等しいことを特徴とす る請求項７に記載の干渉計。 ９．キュベット検出装置が、前記ビームスプリッタから下流側に短い距離を隔 てた位置に配置される、つまり、前記干渉計の中心（図１のＣ）に近接して配置 されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の干渉計。 １０．キュベット検出装置が、前記干渉計の中心（Ｃ）から前記リトロレフレ クタの頂部のコーナー（Ａ、Ｂ）とほぼ等距離の位置に配置されることを特徴と する請求項７に記載の干渉計。 １１．媒体又は液体中の、より詳細にはミルクのような液体食品中の特有の成 分量を決定するための請求項１〜１０のいずれか一項に記載の干渉計の使用方法 。