JP2005500526A - 分光測定方法及び同方法を実行するための装置（変形） - Google Patents
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Abstract
本発明の方法は、定常光波の干渉縞のシステムが、光素子を含む周期系上に、上記システムの画像を投影させることによって空間周波数の信号の形式で記録されることを特徴とする。光素子から受信された電気信号は、周期系における上記光素子の位置に関してその関数の形式で記録され、且つ解析される。本発明の分光測定方法は、光共役要素、即ち、放射光源、反射ミラー、１つ若しくは２つの半透明の薄膜感光層、光素子を備えた周期系、ビームスプリッタ要素、及び分光解析器、から構成される干渉計を用いて実行される。本発明の分光測定方法と、該方法を実行するための干渉計により、光波の測定精度を２倍乃至５倍に向上させ、広範なスペクトル域にわたって光放射を測定することが可能になる。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光解析の技術分野に係り、光放射の分光解析に使用可能である。
【背景技術】
【０００２】
光放射を分光解析するための一般に使用される方法は、光ビームをプリズムや回折格子で一組のスペクトル線に分離し、次にそれらを走査することから構成される。このための標準的な装置の１つは、いわゆるモノクロメーターであり、ミラー及びスペクトル走査用の可動回折格子から構成される（非特許文献１を参照）。
【０００３】
上記のモノクロメーターの基本的な欠点は、いわゆる干渉計と比較して感度が低いことである。
【０００４】
光共役光源、反射ミラー、ビームスプリッタ・プレート、検出器、及び分光解析器から構成される干渉計が知られている（非特許文献２を参照）。
【０００５】
本発明に最も近いのは、定常光波のエネルギーを拡散又は吸収する微粒子を含む、半透明の薄膜を用いて定常光波の干渉縞のシステムの位置合わせに基づく分光測定方法である。この薄膜は、光源と反射ミラーとの間に配置され、上記ミラープレートに対して斜めに装着されている（特許文献１を参照）。
【０００６】
本発明の分光測定方法は、光共役光源、反射ミラー、分光解析器、及び半透明の薄膜から成る干渉計によって実行され、上記薄膜は、定常光波のエネルギーを拡散又は吸収する微粒子を含み、光源と反射ミラーとの間に配置されている（特許文献１を参照）。
【非特許文献１】
マリシェフ Ｖ．Ｉ．(Malyshev V. I.)著、「実験分光学入門(Introduction in experimental spectroscopy)」、エム.：ナウカ(M.: Nauka)、１９７９年、ｐｐ．１８５−２０１、２５７−２７４
【非特許文献２】
メルツ Ｌ．(Merz L.)著、「光学における積分変換(Integral conversion in optics)」、エム.：ミール(M.: Mir)、１９６９年、ｐｐ．８０−８３
【特許文献１】
ロシア連邦特許第２１７７６０５号、２００１年１２月２７日発行、国際分類第７版Ｇ０１Ｊ３／００、Ｇ０１Ｂ９／０２、Ｇ０１Ｒ２３／１７
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光電池を含む周期系上に定常光波の干渉縞の集合の画像を投影することにより、空間周波数信号の形式になるように、半透明の薄膜を用いた、定常光波の干渉縞の集合の位置合わせに基づく。
【０００８】
所定の課題は、以下の分光測定方法（変形）によって解決される。
【０００９】
分光測定方法の変形１：
この分光測定方法は、半透明の薄膜（膜厚を約λ／２以下にすべきである）を用いて定常光波の干渉縞の集合の位置合わせをすることに基づいている。この薄膜は、光源と反射ミラーとの間にθの角度で配置され、この角度は、下記の式から決定される。
sinθ=λ/2d（ここで、θは、半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは、定常光波の影響で半透明の薄膜内部で得られる、干渉縞の集合の周期である。）
この位置合わせは、光電池を含む周期系上に上記集合の画像を投影させることによって実行され、上記光電池から受信される電気信号は、解析されて周波数ドメイン信号に変換される、空間ドメイン信号の形式で記録される。
この第１の変形の分光測定方法は、以下の干渉計（変形１及び２）によって実行される。
【００１０】
干渉計の変形１：
この干渉計は、光共役光源、反射ミラー、分光解析器、及び定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜から構成される。該干渉計には、光電池を含むと共に、反射ミラーのすぐ後ろに配置される周期系が外部から結合され、上記薄膜は、厚さがλ／２以下であり、光源と反射ミラーとの間において角度θで配置され、この角度は、式、sinθ＝λ／２ｄにおいて求められ、ここで、θは半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは、定常光波の影響によって半透明の薄膜内部で得られる干渉縞の集合の周期であり、上記反射ミラーは部分的に光を透過させるように構成される。
【００１１】
干渉計の変形２：
この干渉計は、光共役光源、反射ミラー、分光解析器、及び、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜から構成される。該干渉計には、ビームスプリッタと光電池アレイを含み、上記薄膜と光源との間に配置される、位置合わせユニットが外部から結合され、薄膜の厚さはλ／２以下でなければならない。位置合わせユニットは、前記光源と前記反射ミラーとの間において角度θで配置され、この角度は、式、sinθ＝λ／２ｄから決定され、ここで、θは半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは、定常光波の影響により半透明の薄膜内部で得られる、干渉縞の集合の周期である。
【００１２】
分光測定方法の変形２：
この分光測定方法は、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する第１の半透明の薄膜を用いた定常光波の干渉縞の集合の位置合わせに基づいている。この薄膜の厚さはλ／２以下でなければならず、光源と反射ミラーとの間において角度θ1で配置され、この角度は、式、sinθ1＝λ／２ｄ1において求められ、ここで、θ1は、半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄ1は、定常光波の影響により半透明の薄膜の内部で得られる、干渉縞の集合の周期である。周期ｄ1を有する上記干渉縞の集合の位置合わせは、光電池を含む周期系上に縞の画像を投影させることによって空間周波数信号の形式で実行される。光電池から受信される電気信号は、上記周期系における光電池の位置に依存し、光スペクトルを得るように解析されている。厚さを約λ／２以下とすべき第２の薄膜は、第１の半透明の薄膜と反射ミラーとの間において角度θ2で配置され、この角度は、式、sinθ2＝λ／２ｄ2において求められ、ここで、θ2は、第２の半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄ2は、定常光波の影響により第２の半透明の薄膜において生成される、干渉縞の集合の周期である。半透明の薄膜と反射ミラー面との間の傾角θ1は、第２の半透明の薄膜の面と反射ミラー面との間の傾角θ2に関して、０度乃至１８０度の範囲内で割り当てられる。第２の半透明の薄膜の面は、薄膜の面が０．１度乃至９０度の範囲内の角度Ωにおいて傾斜されるように光拡大方向と一致する軸線上で回転する。したがって、光電池を含むマトリックス周期系上に投影される画像において２つの干渉縞の集合を受信する。全体として、法線ベクトルが光波方向と一致するミラーと、該ミラーに対して角度θ1−θ2で傾斜される２つの薄膜と、を含むシステムが設けられる。これら薄膜の１つは、角度Ωで鏡面と一致する平面上で回転可能である。
分光測定方法の変形２は、以下の干渉計（変形３及び４）において実行することができる。
【００１３】
干渉計の変形３：
この干渉計は、光共役光源、反射ミラー、分光解析器、及び、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する第１の半透明の薄膜から構成される。この薄膜は、光源と反射ミラーとの間において上記鏡面に対し傾いた状態で配置されている。光電池を含む周期系は、光を部分的に透過させる反射ミラーの後部に配置される。干渉計は、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する第２の半透明の薄膜に外部から結合され、該第２の薄膜は、第１の半透明の薄膜と反射ミラーとの間に配置され、上記鏡面に対し傾いた状態で配置される。第２の半透明の薄膜の面は、第１の透明の薄膜の面に対して干渉計の光軸周りに回転可能であるように構成され、周期系は、光電池を含み、元の位置に関連して、マトリックス周期系の形式で構成され、双方の半透明薄膜のそれぞれの面は互いに平行であるか、あるいは角度θ1−θ2であり、共通回転軸は、それらを通過し、光学干渉計の軸線と一致する。第２の半透明の薄膜の面は、第１の薄膜の面に対して干渉計の光軸周りに角度Ωで回転するように構成されている。
【００１４】
干渉計の変形４：
この干渉計の変形４は、光共役光源、反射ミラー、分光解析器、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、光源と反射ミラーとの間において鏡面に対し所定の角度で配置される第１の半透明の薄膜、及び、光電池を含む周期系から構成される。この干渉計は、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する第２の半透明の薄膜に外部から結合されている。該第２の薄膜は、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する第１の半透明の薄膜と、反射ミラーとの間において、上記鏡面に対し所定の角度で配置されている。さらに、ビームスプリッタ要素が、第１の半透明の薄膜と光源との間に配置され、第２の半透明の薄膜の面が、第１の透明な薄膜の面に対して干渉計の光軸周りに回転可能であるように構成されている。光電池を含み、ビームスプリッタ要素と光共役である周期系は、元の位置に関連して、マトリックス周期系の形式で構成され、双方の半透明薄膜のそれぞれの面が互いに平行であるか、あるいは、角度θ1−θ2で傾斜されていたり、共通の回転軸は干渉計の光軸と一致する。第２の半透明の薄膜の面は、干渉計の光軸周りに且つ第１の薄膜の面に対して角度Ωで回転するように構成されている。マトリックス周期系は、電荷結合素子（ＣＣＤ）のマトリックス形状に構成されている。
【００１５】
分光測定方法の変形３：
この分光測定方法は、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜を用いた、定常光波の干渉縞の集合の位置合わせに基づいている。上記薄膜の厚さは約λ／２を超えるようにする。該薄膜は、光源と反射ミラーとの間において角度θで配置され、この角度は、式、sinθ＝λ／２ｄにおいて求められ、ここで、θは半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは、定常光波の影響により半透明の薄膜の内部で得られる干渉縞の集合の周期である。周期ｄを有する上記干渉縞の集合の位置合わせは、上記集合の画像を、光電池を含む周期系上に投影させることによって空間周波数信号の形式で実行され、上記光電池から受信された電気信号は空間ドメイン信号で記録される。マトリックス系は光の方向の軸周りに回転可能であるように構成される。
【００１６】
分光測定方法の変形４：
この分光測定方法は、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜を用いた、定常光波の干渉縞の集合の位置合わせに基づいている。この薄膜の厚さは約λ／２未満であるようにする。該薄膜は、光源と反射ミラーとの間において角度θで配置され、この角度は、式、sinθ＝λ／２ｄにおいて求められ、ここで、θは、半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは、定常光波の影響により半透明の薄膜において生成される、干渉縞の集合の周期である。反射ミラーは部分的に光を透過させるものとして構成される。周期ｄを有する上記干渉縞の集合の位置合わせは、周期系に上記集合の画像を投影させることによって空間周波数信号の形式で実行され、この周期系は、水平方向に配置する周期ｄlと、垂直方向に配置する周期ｄmとを有する平行線に配列された光電池から構成される。マトリックス周期系は、該系の水平方向光電池列と、干渉縞システムの画像のマトリックス周期系上に投影されるラインとの間の角度αで光拡大方向と一致する軸線周りに回転できるように構成されている。角度αは、式、sinα＝ｄ／ｄlから得られる。水平方向光電池列の周期は、式、
ｄm＝（Ｎ＋１）ｄ／ｃｏｓαから得られる。ここで、Ｎは、上記マトリックス周期系のアレイとして配列されている光電池の数量である。光電池から受信された電気信号は、上記マトリックス周期系における光電池の位置に依存する形で記録され、さらに解析される。
上記分光測定方法の変形３及び４は、変形５又は変形６において示された干渉計のそれぞれにおいて実行され得る。
【００１７】
干渉計の変形５：
この干渉計は、光共役光源、反射ミラー、分光解析器、及び、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜から構成される。該薄膜は、光電池を含む光共役周期系に外部から結合されている。薄膜は、反射ミラーの後部に配置され、干渉計の光軸を中心に回転できるように構成されている。この薄膜の厚さはλ／２以下であるようにする。該薄膜は、光源と反射ミラーとの間において角度θで配置される。この角度θは、式、sinθ＝λ／２ｄから求められ、ここで、θは、半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは定常光波の影響で半透明の薄膜の内部で得られる干渉縞の集合の周期である。反射ミラーは、光を部分的に透過させるように構成されている。マトリックス周期系は、電荷結合素子（ＣＣＤ）のマトリックス形状で構成されている。
【００１８】
干渉計の変形６：
この干渉計は、光共役光源、反射ミラー、分光解析器、及び、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜から構成され、該干渉計は、光電池を含むマトリックス周期系に外部から結合され、上記薄膜と光源との間に配置されるビームスプリッタは、光電池を含むマトリックス周期系と光共役とされている。上記マトリックス周期系は、干渉計の光軸と共役である光軸周りを回転可能であるように構成されている。厚さをλ／２以下であるようにした上記薄膜は、光源と反射ミラーとの間で、角度θで配置される。この角度θは、式、sinθ＝λ／２ｄから求められ、ここで、θは、半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは、定常光波の影響により半透明の薄膜の内部で生成される、干渉縞のシステムの周期である。マトリックス周期系は、電荷結合素子（ＣＣＤ）のマトリックス形式で構成されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の分光測定方法は、提案された干渉計で以下のようにして実現される。
【００２０】
干渉計（変形１）における第１の変形の分光測定方法の実現：
変形１の干渉計（図1）は、光共役光源１、反射ミラー２、分光解析器３、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜４、及び、光電池６を含み反射ミラー２の後部に配置される光共役周期系５から構成され、上記薄膜４は光源１と反射ミラー２との間に配置され、反射ミラー２は、光を部分的に透過させるように形成される。半透明の薄膜４は、光学くさび（楔）７の表面の１つを被覆し、反射ミラー２は別のウェッジ７の表面を被覆すればよい。ミラー２の反射係数は、０．５０乃至０．９９の範囲であればよく、その透明度係数は０．０１乃至０．５０の範囲であればよい。干渉計縞システムの画像８は周期系５上に投影される。光電池６を含む周期系５は、電荷結合素子（ＣＣＤ）のアレイ又はマトリックスの形で構成される。
【００２１】
干渉計は以下のようにして動作する。
光源１から射出された入射光は、ミラー２から反射し、該光源と該ミラーとの間の領域に定常波が存在することになる。半透明の薄膜４は、定常波の一部と交差し、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、斜めに配置され、干渉縞集合がその内部に生成される。その集合の位置合わせは、周期ｄで空間周波数信号の形式で実行することができ、周期ｄは、式、sinθ=λ/2d（ここで、θは、半透明の薄膜４と光波面との間の角度であり、λは波長である）から決定される。光学くさび７を使用すると、半透明の薄膜４の面と反射ミラー２との間の角度φは一定であり、式、sinφ=λ/2dn（ここで、λは波長であり、ｄは干渉縞システムの周期であり、ｎは光学くさび材料７の屈折率である）から決定される。
【００２２】
干渉縞の集合の画像８は、半透明の反射ミラー２を介して、光電池６を含む周期系５上に投影される。次に、干渉縞システムの画像８は、光電池６を含む周期系５上に投影される。該画像は、周期系５において光電池６の位置に応じて位置決めされる。記録された電気信号は分光解析器３によってフーリエ変換され、その出力は、実際の光のスペクトルを表わす周波数ドメイン信号となる。高い解像度、及び決定された波長の広範囲のダイナミック・レンジが実現される。
【００２３】
変形２の干渉計における第１の変形の分光測定方法の実現：
変形２の干渉計（図３）は、光共役光源１、反射ミラー２、分光解析器３、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜４、光電池６を含む周期系５、及び上記薄膜４と光源１との間に配置されるビームスプリッタ要素９から構成される。この干渉計は、光電池６を含む周期系５と光学的に共役であり、厚さがλ/2以下でなければならない薄膜４は、光源１と反射ミラー２との間において角度θで配置され、この角度θは、式、sinθ=λ/2dから決定される。ここで、θは、半透明の薄膜４と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは定常光波の影響によって半透明の薄膜４内に生成される、干渉縞システムの周期である。光電池６を含む周期系５は、電荷結合素子（ＣＣＤ）のアレイ又はマトリックスの形で構成される。
【００２４】
干渉計は以下のようにして動作する。光源１から射出された入射光は反射ミラー２から反射し、光源とミラーとの間の領域において定常波が存在することになる。半透明の薄膜４は、定常波の一部と交差する。この半透明の薄膜４は、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、斜めに配置され、その中に干渉縞の集合が生成される。該集合は、周期ｄの空間周波数信号の形式で記録され、この周期ｄは、式、sinθ=λ/2dから決定され、ここで、θは、半透明の薄膜４と光波面との間の角度であり、λは波長である。光学くさび７を使用すると、半透明の薄膜４の面と、反射ミラー２との間の角度φは、式、sinφ=λ/2dnから決定され、ここで、λは波長、ｄは干渉縞システムの周期、ｎは光学くさび材料７の屈折率である。
【００２５】
干渉縞システムの画像８は、半透明の反射ミラー２を介して、光電池６を含む周期系５上に投影される。干渉縞システムの画像８は、光電池６を含む上記周期系５上に投影され、周期系５における光電池６の位置に応じて記録される。記録された電気信号は、分光解析器３によってフーリエ変換されていて、その出力は、実際の光のスペクトルを表わす周波数ドメイン信号となる。高い解像度、及び決定された波長の広範囲のダイナミック・レンジが実現される。
【００２６】
変形３の干渉計における第２の変形の分光測定方法の実現：
変形３の干渉計（図４）は、光共役光源１、反射ミラー２、分光解析器３、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、光源１と反射ミラー２との間に配置され、光を部分的に透過させる鏡面２に対して斜めに配置される第１の半透明の薄膜４、及び反射ミラー２の裏側に配置される、光電池６を含む、光共役周期系５から構成される。該干渉計は、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する第２の半透明の薄膜１０と外部から結合され、該薄膜１０は、第１の半透明の薄膜４、及び、光電池６を含む、マトリックス電荷結合素子の形で構成される周期系５の間に配置されている。
【００２７】
第２の半透明の薄膜１０と外部から結合される干渉計は以下のようにして動作する。光源１から射出された入射光は反射ミラー２から反射し、光源とミラーとの間において定常波が存在することになる。半透明の薄膜４及び１０はともに、定常波の異なる部分と交差する。これら半透明の薄膜４及び１０は、定常波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、斜めに配置されているので、干渉縞のそれぞれの集合は、これら２つの半透明の薄膜４及び１０のそれぞれ内側に生成される。第１の半透明の薄膜４の面と、反射ミラー２の面との間の角度θ1は、式、sinθ1=λ/2d1（ここで、λは波長であり、ｄ1は干渉縞の周期である）から求められ、角度θ2は、相関関係sinθ2=λ/2d2（ここで、ｄ2は干渉縞の周期である）から決定される。第２の半透明の薄膜１０の面が、第１の半透明の薄膜４の面に対して干渉計の光軸周りに回転可能であるように構成されているので、２つの干渉縞の集合の画像８は、明暗のそれぞれの縞が交互に並ぶグリッドを表す。２つの干渉縞の集合から生じる画像８は、半透明の光反射ミラー２を介して、光電池６を含むマトリックス周期系５上に投影され、光電池６の位置に応じてマトリックス周期系５上で記録される。記録された二次元の電気信号は、分光解析器３によってフーリエ変換されていて、その出力は、実際の光のスペクトルを表わす周波数ドメイン信号となる。第２の薄膜の存在により、解像度が約２倍高くなる（θ1＝θ2の場合、且つこれに応じてｄ1＝ｄ2の場合）。
【００２８】
変形４の干渉計における第２の変形の分光測定方法の実現：
変形４の干渉計（図６）は、光共役光源１、反射ミラー２、分光解析器３、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、光源１と反射ミラー２との間に配置され、光を部分的に透過させる鏡面２に対して斜めに配置される第１の半透明の薄膜４、及び光電池６を含む周期系５から構成される。このシステムは、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する第２の半透明の薄膜１０と外部から結合され、この第２の半透明の薄膜は、第１の半透明の薄膜４と反射ミラー２との間に配置されている。第１の半透明の薄膜４と光源１との間にはさらに、ビームスプリッタ要素９が配置されている。第２の半透明の薄膜１０の面は、第１の半透明の薄膜４の面に対して干渉計の光軸周りに回転可能であるように構成されている。光電池６を含むと共に、ビームスプリッタ９と光共役とされている周期系５は、マトリックス周期系の形で構成される。
【００２９】
第２の付加的な半透明の薄膜１０と外部から結合されている干渉計は、以下のようにして動作する。光源１から射出された入射光は、反射ミラー２から反射し、光源及びミラーとの間の領域に定常波が存在することになる。２つの半透明の薄膜４及び１０は、定常波の一部と交差する。これら半透明の薄膜４及び１０はともに、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、斜めに配置されているので、これら薄膜４及び１０のそれぞれの内側に２つの異なる干渉縞の集合が生成されることになる。第１の半透明の薄膜４の面と反射ミラー２の面との間の角度θ1は、式、sinθ1=λ/2d1（ここで、λは波長であり、ｄ1は干渉縞の周期である）によって定義され、第２の半透明の薄膜１０と、反射ミラー面２との間の角度θ2は、式、sinθ2=λ/2d2（ここで、ｄ2は干渉縞の周期である）から決定される。第２の半透明の薄膜１０の面は、第１の半透明の薄膜４に対して干渉計の光軸上で回転可能であるように構成されているので、２つの干渉縞の集合の画像８は、明暗の各縞が交互に並ぶグリッドを表わす。受信された２つの干渉縞の集合の画像８は、光電池６を含むマトリックス周期系５上にビームスプリッタ９を介して投影され、光電池６の位置の関数としてマトリックス周期系５上に記憶される。これら２つの干渉縞システムの位置合わせは、二次元の空間周波数信号の形式で実現される。記憶された電気信号は、分光解析器３でフーリエ変換されていて、その出力は、実際の光のスペクトルを表す周波数ドメイン信号となる。第２の薄膜の存在により、解像度が約２倍高くなる（θ1＝θ2の場合、且つ対応してｄ1＝ｄ2の場合）。
【００３０】
変形５又は変形６において示された干渉計のいずれかで実行される分光測定方法の第３及び第４の変形：
変形５の干渉計（図７及び図８）は、光共役光源１、反射ミラー２、分光解析器３、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜４、及び、光電池６を含み、反射ミラー２の後部に配置され、干渉計の光軸周りを回転可能である周期系５から構成され、上記薄膜４は、光源１と、光を部分的に透過させる半透明の反射ミラー２との間に配置されている。この半透明の薄膜４は、光学くさび７面（図８）の１つを被覆し、反射ミラー２は、反射係数が０．５０乃至０．９９であり、透明度係数が０．０１乃至０．５０である反射被膜の形で上記くさび７の別の面を被覆してもよい。干渉縞の集合の画像８は、光電池６を含むマトリックス周期系５上に投影される（図９）。
【００３１】
光源１から射出された入射光は反射ミラー２から反射し、該光源と該ミラーとの間の領域に定常波が存在することになる。半透明の薄膜４は、定常波の一部と交差する。この半透明の薄膜が定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、斜めに配置されているので、干渉縞の集合はその内側に生成される。干渉画像の位置合わせは、周期ｄの空間周波数信号の形式で実行してもよい。シーケンスの周期は、式、sinθ=λ/2dから決定され、ここで、θは、第２の半透明の薄膜４と波面との間の角度であり、λは波長である（図７）。光学くさび７を使用すると、半透明の薄膜４の面と反射ミラー２との角度φは、式、sinφ=λ/2dnから決定され、ここで、λは波長であり、ｄは干渉縞システムの周期であり、ｎは光学くさび材料７（図８）の屈折率である。光電池６を含むマトリックス周期系５は、水平方向周期ｄlの並列アレイと、周期ｄmの垂直方向並列アレイとして構成され、該垂直並列アレイは、上記マトリックス周期系５の水平方向の光電池アレイ６と、該マトリックスシステム５上の画像８の投影ラインとの間の角度α（０乃至９０度の範囲）だけ光拡散方向に一致する軸周りに回転される。
【００３２】
角度αを選択する（図９）。
角度αは、式、sinα＝ｄl/ｄmから決定され、ここで、ｄlは、システム５のマトリックス・アレイにおける光電池６の周期である。周期ｄmは、下記の式から決定される。
ｄm＝｛（Ｎ＋１）ｄ｝／ｃｏｓα
ここで、Ｎは、上記マトリックス周期系５のアレイにおける光電池６の数量である。
正方マトリックス周期系５では、ｄl＝ｄmであり、角度αは以下の式から決定される。
ｔｇα＝１／（Ｎ＋１）
【００３３】
（図９に示されるように配置している）干渉縞の集合の画像８は、光電池６を含むマトリックス周期系５上に光を部分的に透過させる反射ミラー２を介して投影される。マトリックス周期系５から受信された信号は、光電池６の位置の二次元関数として記録され、分光解析器３上でフーリエ変換されている。その出力は、入射光の実際のスペクトルを表わす周波数ドメイン信号である。このように、決定した波長λでさらに高い解像度に達し、例えば、二次元マトリックス周期系５を使用する場合、該装置の解像度は、最大で２Ｎ2までとなる。
【００３４】
変形６の干渉計（図１０及び図１１）は、光共役光源１、反射ミラー２、分光解析器３、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜４、光電池６を含むマトリックス周期系５、及び、上記薄膜４と光源１との間に配置され、光電池６を含むマトリックス周期系５と光共役であるビームスプリッタ９から構成される。上記マトリックス周期系５は、干渉計の光軸と一致する光軸の周りを回転可能であるように構成され、上記薄膜４は、その厚さがλ／２未満でなければならず、光源１と反射ミラー２との間において角度θで配置されている。この角度θは、式、sinθ=λ/2dから決定され、ここで、θは、半透明の薄膜と波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは干渉縞の周期であり、その干渉縞のシステムは、定常光波の作用で半透明の薄膜４において生成される。
【００３５】
光源１から射出された入射光は反射ミラー２から反射し、該光源と該ミラーとの間の領域において定常波が存在することになる。半透明の薄膜４は定常波の一部と交差する。したがって、この半透明の薄膜が定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、斜めに配置されているので、干渉縞の集合はその内側に生成される。干渉縞の集合の位置合わせは、周期ｄの空間周波数信号の形式で実現することもできる。このシーケンスの周期は、式、sinθ=λ/2dから決定され、ここで、θは、半透明の薄膜４の面と波面との間の角度であり、λは波長である（図１０）。光学くさび７を使用すると、半透明の薄膜４の面と反射ミラー２との間の角度φは、式、sinφ=λ/2dnから決定され、ここで、λは波長であり、ｄは干渉縞システムの周期であり、ｎは光学くさび材料７の屈折率である（図１１）。光電池６を含むマトリックス周期系５は、水平周期ｄlの並列アレイとして、また周期ｄmの垂直並列アレイとしてそれぞれ配置され、上記マトリックス周期系５の水平光電池アレイ６と、マトリックス系５上に投影された画像８のラインとの間の角度α（０乃至９０度の範囲）で光拡散方向と一致する軸の周りに回転される。
【００３６】
角度αを選択する（図９）。
角度αは、式、sinθ＝ｄl/ｄmから決定され、ここで、ｄlは、系５のマトリックス・アレイにおける光電池６の周期である。周期ｄmは、下記の式から決定される。
ｄm＝｛（Ｎ＋１）ｄ｝／ｃｏｓα
ここで、Ｎは、上記マトリックス周期系５のアレイにおける光電池６の数量である。
正方マトリックス周期系５では、ｄl＝ｄmであり、角度αは下記の式から決定される。
ｔｇα＝１／（Ｎ＋１）
【００３７】
（図９に示されるように配置している）干渉縞システムの画像８は、光電池６を含むマトリックス周期系５上に、光を部分的に透過させる反射ミラー２を介して投影される。干渉縞の集合の画像８は、光電池６を含む上記系５上に投影され、マトリックス周期系５において光電池６の位置の関数として記録される。記録された二次元電気信号は、分光解析器３でフーリエ変換され、その出力は、入射光の実際のスペクトルを表す周波数ドメイン信号である。決定した波長λでさらに高い解像度に達し、例えば、二次元マトリックス周期系５を使用する場合、該システムの解像度は、最大で２Ｎ2までとなる。
【００３８】
本明細書に示された分光測定法及び干渉分光法により、波長の測定を２倍乃至５倍に、且つさらに広範囲のスペクトル範囲において測定精度を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】変形１の干渉計の概略図である。
【図２】（ａ）は、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜上での干渉縞の集合の強度の、薄膜長ｈに対する相関関係を示す曲線であり、（ｂ）は、測定された光強度の、離散的光電池アレイｈ’に対する相関関係を示す図であり、（ｃ）は、分光解析器の出力からの電気信号を示す図である。
【図３】変形２の干渉計の概略図である。
【図４】変形３の干渉計の概略図である。
【図５】マトリックス周期系の平面上の２つの干渉縞の集合の画像を示す図である。
【図６】変形４の干渉計の概略図である。
【図７】変形５の干渉計の概略図である。
【図８】変形５の干渉計の概略図である。
【図９】マトリックス周期系上に干渉縞の集合を投影させている概略図である。
【図１０】変形６の干渉計の概略図である。
【図１１】変形６の干渉計の概略図である。
【０００１】
本発明は、分光解析の技術分野に係り、光放射の分光解析に使用可能である。
【背景技術】
【０００２】
光放射を分光解析するための一般に使用される方法は、光ビームをプリズムや回折格子で一組のスペクトル線に分離し、次にそれらを走査することから構成される。このための標準的な装置の１つは、いわゆるモノクロメーターであり、ミラー及びスペクトル走査用の可動回折格子から構成される（非特許文献１を参照）。
【０００３】
上記のモノクロメーターの基本的な欠点は、いわゆる干渉計と比較して感度が低いことである。
【０００４】
光共役光源、反射ミラー、ビームスプリッタ・プレート、検出器、及び分光解析器から構成される干渉計が知られている（非特許文献２を参照）。
【０００５】
本発明に最も近いのは、定常光波のエネルギーを拡散又は吸収する微粒子を含む、半透明の薄膜を用いて定常光波の干渉縞のシステムの位置合わせに基づく分光測定方法である。この薄膜は、光源と反射ミラーとの間に配置され、上記ミラープレートに対して斜めに装着されている（特許文献１を参照）。
【０００６】
本発明の分光測定方法は、光共役光源、反射ミラー、分光解析器、及び半透明の薄膜から成る干渉計によって実行され、上記薄膜は、定常光波のエネルギーを拡散又は吸収する微粒子を含み、光源と反射ミラーとの間に配置されている（特許文献１を参照）。
【非特許文献１】
マリシェフ Ｖ．Ｉ．(Malyshev V. I.)著、「実験分光学入門(Introduction in experimental spectroscopy)」、エム.：ナウカ(M.: Nauka)、１９７９年、ｐｐ．１８５−２０１、２５７−２７４
【非特許文献２】
メルツ Ｌ．(Merz L.)著、「光学における積分変換(Integral conversion in optics)」、エム.：ミール(M.: Mir)、１９６９年、ｐｐ．８０−８３
【特許文献１】
ロシア連邦特許第２１７７６０５号、２００１年１２月２７日発行、国際分類第７版Ｇ０１Ｊ３／００、Ｇ０１Ｂ９／０２、Ｇ０１Ｒ２３／１７
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光電池を含む周期系上に定常光波の干渉縞の集合の画像を投影することにより、空間周波数信号の形式になるように、半透明の薄膜を用いた、定常光波の干渉縞の集合の位置合わせに基づく。
【０００８】
所定の課題は、以下の分光測定方法（変形）によって解決される。
【０００９】
分光測定方法の変形１：
この分光測定方法は、半透明の薄膜（膜厚を約λ／２以下にすべきである）を用いて定常光波の干渉縞の集合の位置合わせをすることに基づいている。この薄膜は、光源と反射ミラーとの間にθの角度で配置され、この角度は、下記の式から決定される。
sinθ=λ/2d（ここで、θは、半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは、定常光波の影響で半透明の薄膜内部で得られる、干渉縞の集合の周期である。）
この位置合わせは、光電池を含む周期系上に上記集合の画像を投影させることによって実行され、上記光電池から受信される電気信号は、解析されて周波数ドメイン信号に変換される、空間ドメイン信号の形式で記録される。
この第１の変形の分光測定方法は、以下の干渉計（変形１及び２）によって実行される。
【００１０】
干渉計の変形１：
この干渉計は、光共役光源、反射ミラー、分光解析器、及び定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜から構成される。該干渉計には、光電池を含むと共に、反射ミラーのすぐ後ろに配置される周期系が外部から結合され、上記薄膜は、厚さがλ／２以下であり、光源と反射ミラーとの間において角度θで配置され、この角度は、式、sinθ＝λ／２ｄにおいて求められ、ここで、θは半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは、定常光波の影響によって半透明の薄膜内部で得られる干渉縞の集合の周期であり、上記反射ミラーは部分的に光を透過させるように構成される。
【００１１】
干渉計の変形２：
この干渉計は、光共役光源、反射ミラー、分光解析器、及び、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜から構成される。該干渉計には、ビームスプリッタと光電池アレイを含み、上記薄膜と光源との間に配置される、位置合わせユニットが外部から結合され、薄膜の厚さはλ／２以下でなければならない。位置合わせユニットは、前記光源と前記反射ミラーとの間において角度θで配置され、この角度は、式、sinθ＝λ／２ｄから決定され、ここで、θは半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは、定常光波の影響により半透明の薄膜内部で得られる、干渉縞の集合の周期である。
【００１２】
分光測定方法の変形２：
この分光測定方法は、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する第１の半透明の薄膜を用いた定常光波の干渉縞の集合の位置合わせに基づいている。この薄膜の厚さはλ／２以下でなければならず、光源と反射ミラーとの間において角度θ1で配置され、この角度は、式、sinθ1＝λ／２ｄ1において求められ、ここで、θ1は、半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄ1は、定常光波の影響により半透明の薄膜の内部で得られる、干渉縞の集合の周期である。周期ｄ1を有する上記干渉縞の集合の位置合わせは、光電池を含む周期系上に縞の画像を投影させることによって空間周波数信号の形式で実行される。光電池から受信される電気信号は、上記周期系における光電池の位置に依存し、光スペクトルを得るように解析されている。厚さを約λ／２以下とすべき第２の薄膜は、第１の半透明の薄膜と反射ミラーとの間において角度θ2で配置され、この角度は、式、sinθ2＝λ／２ｄ2において求められ、ここで、θ2は、第２の半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄ2は、定常光波の影響により第２の半透明の薄膜において生成される、干渉縞の集合の周期である。半透明の薄膜と反射ミラー面との間の傾角θ1は、第２の半透明の薄膜の面と反射ミラー面との間の傾角θ2に関して、０度乃至１８０度の範囲内で割り当てられる。第２の半透明の薄膜の面は、薄膜の面が０．１度乃至９０度の範囲内の角度Ωにおいて傾斜されるように光拡大方向と一致する軸線上で回転する。したがって、光電池を含むマトリックス周期系上に投影される画像において２つの干渉縞の集合を受信する。全体として、法線ベクトルが光波方向と一致するミラーと、該ミラーに対して角度θ1−θ2で傾斜される２つの薄膜と、を含むシステムが設けられる。これら薄膜の１つは、角度Ωで鏡面と一致する平面上で回転可能である。
分光測定方法の変形２は、以下の干渉計（変形３及び４）において実行することができる。
【００１３】
干渉計の変形３：
この干渉計は、光共役光源、反射ミラー、分光解析器、及び、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する第１の半透明の薄膜から構成される。この薄膜は、光源と反射ミラーとの間において上記鏡面に対し傾いた状態で配置されている。光電池を含む周期系は、光を部分的に透過させる反射ミラーの後部に配置される。干渉計は、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する第２の半透明の薄膜に外部から結合され、該第２の薄膜は、第１の半透明の薄膜と反射ミラーとの間に配置され、上記鏡面に対し傾いた状態で配置される。第２の半透明の薄膜の面は、第１の透明の薄膜の面に対して干渉計の光軸周りに回転可能であるように構成され、周期系は、光電池を含み、元の位置に関連して、マトリックス周期系の形式で構成され、双方の半透明薄膜のそれぞれの面は互いに平行であるか、あるいは角度θ1−θ2であり、共通回転軸は、それらを通過し、光学干渉計の軸線と一致する。第２の半透明の薄膜の面は、第１の薄膜の面に対して干渉計の光軸周りに角度Ωで回転するように構成されている。
【００１４】
干渉計の変形４：
この干渉計の変形４は、光共役光源、反射ミラー、分光解析器、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、光源と反射ミラーとの間において鏡面に対し所定の角度で配置される第１の半透明の薄膜、及び、光電池を含む周期系から構成される。この干渉計は、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する第２の半透明の薄膜に外部から結合されている。該第２の薄膜は、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する第１の半透明の薄膜と、反射ミラーとの間において、上記鏡面に対し所定の角度で配置されている。さらに、ビームスプリッタ要素が、第１の半透明の薄膜と光源との間に配置され、第２の半透明の薄膜の面が、第１の透明な薄膜の面に対して干渉計の光軸周りに回転可能であるように構成されている。光電池を含み、ビームスプリッタ要素と光共役である周期系は、元の位置に関連して、マトリックス周期系の形式で構成され、双方の半透明薄膜のそれぞれの面が互いに平行であるか、あるいは、角度θ1−θ2で傾斜されていたり、共通の回転軸は干渉計の光軸と一致する。第２の半透明の薄膜の面は、干渉計の光軸周りに且つ第１の薄膜の面に対して角度Ωで回転するように構成されている。マトリックス周期系は、電荷結合素子（ＣＣＤ）のマトリックス形状に構成されている。
【００１５】
分光測定方法の変形３：
この分光測定方法は、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜を用いた、定常光波の干渉縞の集合の位置合わせに基づいている。上記薄膜の厚さは約λ／２を超えるようにする。該薄膜は、光源と反射ミラーとの間において角度θで配置され、この角度は、式、sinθ＝λ／２ｄにおいて求められ、ここで、θは半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは、定常光波の影響により半透明の薄膜の内部で得られる干渉縞の集合の周期である。周期ｄを有する上記干渉縞の集合の位置合わせは、上記集合の画像を、光電池を含む周期系上に投影させることによって空間周波数信号の形式で実行され、上記光電池から受信された電気信号は空間ドメイン信号で記録される。マトリックス系は光の方向の軸周りに回転可能であるように構成される。
【００１６】
分光測定方法の変形４：
この分光測定方法は、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜を用いた、定常光波の干渉縞の集合の位置合わせに基づいている。この薄膜の厚さは約λ／２未満であるようにする。該薄膜は、光源と反射ミラーとの間において角度θで配置され、この角度は、式、sinθ＝λ／２ｄにおいて求められ、ここで、θは、半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは、定常光波の影響により半透明の薄膜において生成される、干渉縞の集合の周期である。反射ミラーは部分的に光を透過させるものとして構成される。周期ｄを有する上記干渉縞の集合の位置合わせは、周期系に上記集合の画像を投影させることによって空間周波数信号の形式で実行され、この周期系は、水平方向に配置する周期ｄlと、垂直方向に配置する周期ｄmとを有する平行線に配列された光電池から構成される。マトリックス周期系は、該系の水平方向光電池列と、干渉縞システムの画像のマトリックス周期系上に投影されるラインとの間の角度αで光拡大方向と一致する軸線周りに回転できるように構成されている。角度αは、式、sinα＝ｄ／ｄlから得られる。水平方向光電池列の周期は、式、
ｄm＝（Ｎ＋１）ｄ／ｃｏｓαから得られる。ここで、Ｎは、上記マトリックス周期系のアレイとして配列されている光電池の数量である。光電池から受信された電気信号は、上記マトリックス周期系における光電池の位置に依存する形で記録され、さらに解析される。
上記分光測定方法の変形３及び４は、変形５又は変形６において示された干渉計のそれぞれにおいて実行され得る。
【００１７】
干渉計の変形５：
この干渉計は、光共役光源、反射ミラー、分光解析器、及び、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜から構成される。該薄膜は、光電池を含む光共役周期系に外部から結合されている。薄膜は、反射ミラーの後部に配置され、干渉計の光軸を中心に回転できるように構成されている。この薄膜の厚さはλ／２以下であるようにする。該薄膜は、光源と反射ミラーとの間において角度θで配置される。この角度θは、式、sinθ＝λ／２ｄから求められ、ここで、θは、半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは定常光波の影響で半透明の薄膜の内部で得られる干渉縞の集合の周期である。反射ミラーは、光を部分的に透過させるように構成されている。マトリックス周期系は、電荷結合素子（ＣＣＤ）のマトリックス形状で構成されている。
【００１８】
干渉計の変形６：
この干渉計は、光共役光源、反射ミラー、分光解析器、及び、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜から構成され、該干渉計は、光電池を含むマトリックス周期系に外部から結合され、上記薄膜と光源との間に配置されるビームスプリッタは、光電池を含むマトリックス周期系と光共役とされている。上記マトリックス周期系は、干渉計の光軸と共役である光軸周りを回転可能であるように構成されている。厚さをλ／２以下であるようにした上記薄膜は、光源と反射ミラーとの間で、角度θで配置される。この角度θは、式、sinθ＝λ／２ｄから求められ、ここで、θは、半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは、定常光波の影響により半透明の薄膜の内部で生成される、干渉縞のシステムの周期である。マトリックス周期系は、電荷結合素子（ＣＣＤ）のマトリックス形式で構成されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の分光測定方法は、提案された干渉計で以下のようにして実現される。
【００２０】
干渉計（変形１）における第１の変形の分光測定方法の実現：
変形１の干渉計（図1）は、光共役光源１、反射ミラー２、分光解析器３、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜４、及び、光電池６を含み反射ミラー２の後部に配置される光共役周期系５から構成され、上記薄膜４は光源１と反射ミラー２との間に配置され、反射ミラー２は、光を部分的に透過させるように形成される。半透明の薄膜４は、光学くさび（楔）７の表面の１つを被覆し、反射ミラー２は別のウェッジ７の表面を被覆すればよい。ミラー２の反射係数は、０．５０乃至０．９９の範囲であればよく、その透明度係数は０．０１乃至０．５０の範囲であればよい。干渉計縞システムの画像８は周期系５上に投影される。光電池６を含む周期系５は、電荷結合素子（ＣＣＤ）のアレイ又はマトリックスの形で構成される。
【００２１】
干渉計は以下のようにして動作する。
光源１から射出された入射光は、ミラー２から反射し、該光源と該ミラーとの間の領域に定常波が存在することになる。半透明の薄膜４は、定常波の一部と交差し、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、斜めに配置され、干渉縞集合がその内部に生成される。その集合の位置合わせは、周期ｄで空間周波数信号の形式で実行することができ、周期ｄは、式、sinθ=λ/2d（ここで、θは、半透明の薄膜４と光波面との間の角度であり、λは波長である）から決定される。光学くさび７を使用すると、半透明の薄膜４の面と反射ミラー２との間の角度φは一定であり、式、sinφ=λ/2dn（ここで、λは波長であり、ｄは干渉縞システムの周期であり、ｎは光学くさび材料７の屈折率である）から決定される。
【００２２】
干渉縞の集合の画像８は、半透明の反射ミラー２を介して、光電池６を含む周期系５上に投影される。次に、干渉縞システムの画像８は、光電池６を含む周期系５上に投影される。該画像は、周期系５において光電池６の位置に応じて位置決めされる。記録された電気信号は分光解析器３によってフーリエ変換され、その出力は、実際の光のスペクトルを表わす周波数ドメイン信号となる。高い解像度、及び決定された波長の広範囲のダイナミック・レンジが実現される。
【００２３】
変形２の干渉計における第１の変形の分光測定方法の実現：
変形２の干渉計（図３）は、光共役光源１、反射ミラー２、分光解析器３、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜４、光電池６を含む周期系５、及び上記薄膜４と光源１との間に配置されるビームスプリッタ要素９から構成される。この干渉計は、光電池６を含む周期系５と光学的に共役であり、厚さがλ/2以下でなければならない薄膜４は、光源１と反射ミラー２との間において角度θで配置され、この角度θは、式、sinθ=λ/2dから決定される。ここで、θは、半透明の薄膜４と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは定常光波の影響によって半透明の薄膜４内に生成される、干渉縞システムの周期である。光電池６を含む周期系５は、電荷結合素子（ＣＣＤ）のアレイ又はマトリックスの形で構成される。
【００２４】
干渉計は以下のようにして動作する。光源１から射出された入射光は反射ミラー２から反射し、光源とミラーとの間の領域において定常波が存在することになる。半透明の薄膜４は、定常波の一部と交差する。この半透明の薄膜４は、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、斜めに配置され、その中に干渉縞の集合が生成される。該集合は、周期ｄの空間周波数信号の形式で記録され、この周期ｄは、式、sinθ=λ/2dから決定され、ここで、θは、半透明の薄膜４と光波面との間の角度であり、λは波長である。光学くさび７を使用すると、半透明の薄膜４の面と、反射ミラー２との間の角度φは、式、sinφ=λ/2dnから決定され、ここで、λは波長、ｄは干渉縞システムの周期、ｎは光学くさび材料７の屈折率である。
【００２５】
干渉縞システムの画像８は、半透明の反射ミラー２を介して、光電池６を含む周期系５上に投影される。干渉縞システムの画像８は、光電池６を含む上記周期系５上に投影され、周期系５における光電池６の位置に応じて記録される。記録された電気信号は、分光解析器３によってフーリエ変換されていて、その出力は、実際の光のスペクトルを表わす周波数ドメイン信号となる。高い解像度、及び決定された波長の広範囲のダイナミック・レンジが実現される。
【００２６】
変形３の干渉計における第２の変形の分光測定方法の実現：
変形３の干渉計（図４）は、光共役光源１、反射ミラー２、分光解析器３、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、光源１と反射ミラー２との間に配置され、光を部分的に透過させる鏡面２に対して斜めに配置される第１の半透明の薄膜４、及び反射ミラー２の裏側に配置される、光電池６を含む、光共役周期系５から構成される。該干渉計は、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する第２の半透明の薄膜１０と外部から結合され、該薄膜１０は、第１の半透明の薄膜４、及び、光電池６を含む、マトリックス電荷結合素子の形で構成される周期系５の間に配置されている。
【００２７】
第２の半透明の薄膜１０と外部から結合される干渉計は以下のようにして動作する。光源１から射出された入射光は反射ミラー２から反射し、光源とミラーとの間において定常波が存在することになる。半透明の薄膜４及び１０はともに、定常波の異なる部分と交差する。これら半透明の薄膜４及び１０は、定常波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、斜めに配置されているので、干渉縞のそれぞれの集合は、これら２つの半透明の薄膜４及び１０のそれぞれ内側に生成される。第１の半透明の薄膜４の面と、反射ミラー２の面との間の角度θ1は、式、sinθ1=λ/2d1（ここで、λは波長であり、ｄ1は干渉縞の周期である）から求められ、角度θ2は、相関関係sinθ2=λ/2d2（ここで、ｄ2は干渉縞の周期である）から決定される。第２の半透明の薄膜１０の面が、第１の半透明の薄膜４の面に対して干渉計の光軸周りに回転可能であるように構成されているので、２つの干渉縞の集合の画像８は、明暗のそれぞれの縞が交互に並ぶグリッドを表す。２つの干渉縞の集合から生じる画像８は、半透明の光反射ミラー２を介して、光電池６を含むマトリックス周期系５上に投影され、光電池６の位置に応じてマトリックス周期系５上で記録される。記録された二次元の電気信号は、分光解析器３によってフーリエ変換されていて、その出力は、実際の光のスペクトルを表わす周波数ドメイン信号となる。第２の薄膜の存在により、解像度が約２倍高くなる（θ1＝θ2の場合、且つこれに応じてｄ1＝ｄ2の場合）。
【００２８】
変形４の干渉計における第２の変形の分光測定方法の実現：
変形４の干渉計（図６）は、光共役光源１、反射ミラー２、分光解析器３、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、光源１と反射ミラー２との間に配置され、光を部分的に透過させる鏡面２に対して斜めに配置される第１の半透明の薄膜４、及び光電池６を含む周期系５から構成される。このシステムは、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する第２の半透明の薄膜１０と外部から結合され、この第２の半透明の薄膜は、第１の半透明の薄膜４と反射ミラー２との間に配置されている。第１の半透明の薄膜４と光源１との間にはさらに、ビームスプリッタ要素９が配置されている。第２の半透明の薄膜１０の面は、第１の半透明の薄膜４の面に対して干渉計の光軸周りに回転可能であるように構成されている。光電池６を含むと共に、ビームスプリッタ９と光共役とされている周期系５は、マトリックス周期系の形で構成される。
【００２９】
第２の付加的な半透明の薄膜１０と外部から結合されている干渉計は、以下のようにして動作する。光源１から射出された入射光は、反射ミラー２から反射し、光源及びミラーとの間の領域に定常波が存在することになる。２つの半透明の薄膜４及び１０は、定常波の一部と交差する。これら半透明の薄膜４及び１０はともに、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、斜めに配置されているので、これら薄膜４及び１０のそれぞれの内側に２つの異なる干渉縞の集合が生成されることになる。第１の半透明の薄膜４の面と反射ミラー２の面との間の角度θ1は、式、sinθ1=λ/2d1（ここで、λは波長であり、ｄ1は干渉縞の周期である）によって定義され、第２の半透明の薄膜１０と、反射ミラー面２との間の角度θ2は、式、sinθ2=λ/2d2（ここで、ｄ2は干渉縞の周期である）から決定される。第２の半透明の薄膜１０の面は、第１の半透明の薄膜４に対して干渉計の光軸上で回転可能であるように構成されているので、２つの干渉縞の集合の画像８は、明暗の各縞が交互に並ぶグリッドを表わす。受信された２つの干渉縞の集合の画像８は、光電池６を含むマトリックス周期系５上にビームスプリッタ９を介して投影され、光電池６の位置の関数としてマトリックス周期系５上に記憶される。これら２つの干渉縞システムの位置合わせは、二次元の空間周波数信号の形式で実現される。記憶された電気信号は、分光解析器３でフーリエ変換されていて、その出力は、実際の光のスペクトルを表す周波数ドメイン信号となる。第２の薄膜の存在により、解像度が約２倍高くなる（θ1＝θ2の場合、且つ対応してｄ1＝ｄ2の場合）。
【００３０】
変形５又は変形６において示された干渉計のいずれかで実行される分光測定方法の第３及び第４の変形：
変形５の干渉計（図７及び図８）は、光共役光源１、反射ミラー２、分光解析器３、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜４、及び、光電池６を含み、反射ミラー２の後部に配置され、干渉計の光軸周りを回転可能である周期系５から構成され、上記薄膜４は、光源１と、光を部分的に透過させる半透明の反射ミラー２との間に配置されている。この半透明の薄膜４は、光学くさび７面（図８）の１つを被覆し、反射ミラー２は、反射係数が０．５０乃至０．９９であり、透明度係数が０．０１乃至０．５０である反射被膜の形で上記くさび７の別の面を被覆してもよい。干渉縞の集合の画像８は、光電池６を含むマトリックス周期系５上に投影される（図９）。
【００３１】
光源１から射出された入射光は反射ミラー２から反射し、該光源と該ミラーとの間の領域に定常波が存在することになる。半透明の薄膜４は、定常波の一部と交差する。この半透明の薄膜が定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、斜めに配置されているので、干渉縞の集合はその内側に生成される。干渉画像の位置合わせは、周期ｄの空間周波数信号の形式で実行してもよい。シーケンスの周期は、式、sinθ=λ/2dから決定され、ここで、θは、第２の半透明の薄膜４と波面との間の角度であり、λは波長である（図７）。光学くさび７を使用すると、半透明の薄膜４の面と反射ミラー２との角度φは、式、sinφ=λ/2dnから決定され、ここで、λは波長であり、ｄは干渉縞システムの周期であり、ｎは光学くさび材料７（図８）の屈折率である。光電池６を含むマトリックス周期系５は、水平方向周期ｄlの並列アレイと、周期ｄmの垂直方向並列アレイとして構成され、該垂直並列アレイは、上記マトリックス周期系５の水平方向の光電池アレイ６と、該マトリックスシステム５上の画像８の投影ラインとの間の角度α（０乃至９０度の範囲）だけ光拡散方向に一致する軸周りに回転される。
【００３２】
角度αを選択する（図９）。
角度αは、式、sinα＝ｄl/ｄmから決定され、ここで、ｄlは、システム５のマトリックス・アレイにおける光電池６の周期である。周期ｄmは、下記の式から決定される。
ｄm＝｛（Ｎ＋１）ｄ｝／ｃｏｓα
ここで、Ｎは、上記マトリックス周期系５のアレイにおける光電池６の数量である。
正方マトリックス周期系５では、ｄl＝ｄmであり、角度αは以下の式から決定される。
ｔｇα＝１／（Ｎ＋１）
【００３３】
（図９に示されるように配置している）干渉縞の集合の画像８は、光電池６を含むマトリックス周期系５上に光を部分的に透過させる反射ミラー２を介して投影される。マトリックス周期系５から受信された信号は、光電池６の位置の二次元関数として記録され、分光解析器３上でフーリエ変換されている。その出力は、入射光の実際のスペクトルを表わす周波数ドメイン信号である。このように、決定した波長λでさらに高い解像度に達し、例えば、二次元マトリックス周期系５を使用する場合、該装置の解像度は、最大で２Ｎ2までとなる。
【００３４】
変形６の干渉計（図１０及び図１１）は、光共役光源１、反射ミラー２、分光解析器３、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜４、光電池６を含むマトリックス周期系５、及び、上記薄膜４と光源１との間に配置され、光電池６を含むマトリックス周期系５と光共役であるビームスプリッタ９から構成される。上記マトリックス周期系５は、干渉計の光軸と一致する光軸の周りを回転可能であるように構成され、上記薄膜４は、その厚さがλ／２未満でなければならず、光源１と反射ミラー２との間において角度θで配置されている。この角度θは、式、sinθ=λ/2dから決定され、ここで、θは、半透明の薄膜と波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは干渉縞の周期であり、その干渉縞のシステムは、定常光波の作用で半透明の薄膜４において生成される。
【００３５】
光源１から射出された入射光は反射ミラー２から反射し、該光源と該ミラーとの間の領域において定常波が存在することになる。半透明の薄膜４は定常波の一部と交差する。したがって、この半透明の薄膜が定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、斜めに配置されているので、干渉縞の集合はその内側に生成される。干渉縞の集合の位置合わせは、周期ｄの空間周波数信号の形式で実現することもできる。このシーケンスの周期は、式、sinθ=λ/2dから決定され、ここで、θは、半透明の薄膜４の面と波面との間の角度であり、λは波長である（図１０）。光学くさび７を使用すると、半透明の薄膜４の面と反射ミラー２との間の角度φは、式、sinφ=λ/2dnから決定され、ここで、λは波長であり、ｄは干渉縞システムの周期であり、ｎは光学くさび材料７の屈折率である（図１１）。光電池６を含むマトリックス周期系５は、水平周期ｄlの並列アレイとして、また周期ｄmの垂直並列アレイとしてそれぞれ配置され、上記マトリックス周期系５の水平光電池アレイ６と、マトリックス系５上に投影された画像８のラインとの間の角度α（０乃至９０度の範囲）で光拡散方向と一致する軸の周りに回転される。
【００３６】
角度αを選択する（図９）。
角度αは、式、sinθ＝ｄl/ｄmから決定され、ここで、ｄlは、系５のマトリックス・アレイにおける光電池６の周期である。周期ｄmは、下記の式から決定される。
ｄm＝｛（Ｎ＋１）ｄ｝／ｃｏｓα
ここで、Ｎは、上記マトリックス周期系５のアレイにおける光電池６の数量である。
正方マトリックス周期系５では、ｄl＝ｄmであり、角度αは下記の式から決定される。
ｔｇα＝１／（Ｎ＋１）
【００３７】
（図９に示されるように配置している）干渉縞システムの画像８は、光電池６を含むマトリックス周期系５上に、光を部分的に透過させる反射ミラー２を介して投影される。干渉縞の集合の画像８は、光電池６を含む上記系５上に投影され、マトリックス周期系５において光電池６の位置の関数として記録される。記録された二次元電気信号は、分光解析器３でフーリエ変換され、その出力は、入射光の実際のスペクトルを表す周波数ドメイン信号である。決定した波長λでさらに高い解像度に達し、例えば、二次元マトリックス周期系５を使用する場合、該システムの解像度は、最大で２Ｎ2までとなる。
【００３８】
本明細書に示された分光測定法及び干渉分光法により、波長の測定を２倍乃至５倍に、且つさらに広範囲のスペクトル範囲において測定精度を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】変形１の干渉計の概略図である。
【図２】（ａ）は、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜上での干渉縞の集合の強度の、薄膜長ｈに対する相関関係を示す曲線であり、（ｂ）は、測定された光強度の、離散的光電池アレイｈ’に対する相関関係を示す図であり、（ｃ）は、分光解析器の出力からの電気信号を示す図である。
【図３】変形２の干渉計の概略図である。
【図４】変形３の干渉計の概略図である。
【図５】マトリックス周期系の平面上の２つの干渉縞の集合の画像を示す図である。
【図６】変形４の干渉計の概略図である。
【図７】変形５の干渉計の概略図である。
【図８】変形５の干渉計の概略図である。
【図９】マトリックス周期系上に干渉縞の集合を投影させている概略図である。
【図１０】変形６の干渉計の概略図である。
【図１１】変形６の干渉計の概略図である。
Claims (10)
- 定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜を用いた、定常光波の干渉縞の集合の位置合わせに基づく分光測定方法であって、厚さがλ／２以下とする上記薄膜が光源と反射ミラーとの間において角度θで配置され、この角度は、式、sinθ＝λ／２ｄで決定され、ここで、角度θは、半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは定常光波の影響により半透明の薄膜に形成された、干渉縞の周期であり、周期ｄの上記定常光波の干渉縞の集合の位置合わせは、光電池を含む周期系上に上記集合の画像を投影させることによって、空間周波数信号の形式で実施され、前記光電池から受信された電気信号が上記周期系におけるこれら光電池の位置に関して記録され、さらに解析される、分光測定方法。
- 光共役光源と、反射ミラーと、分光解析器と、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜と、を含む干渉計であって、前記干渉計は、光電池を含むと共に反射ミラーの後部に配置される、光共役周期系をさらに備え、厚さがλ／２以下であるようにした上記薄膜が、光源及び反射ミラーの間において角度θで配置され、角度θは、式、sinθ＝λ／２ｄで決定され、ここで、θは、半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは、定常光波の影響により半透明の薄膜に形成される、干渉縞の周期であり、前記反射ミラーは、光を部分的に透過させるように実施される、干渉計。
- 光共役光源と、反射ミラーと、分光解析器と、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜と、を含む干渉計であって、前記干渉計は、光電池を含む周期系、及び、前記薄膜と光源との間に配置されるビームスプリッタをさらに有し、該ビームスプリッタが光電池を含む周期系と光共役であり、厚さがλ／２以下であるようにした上記薄膜が、光源と反射ミラーとの間において角度θで配置され、角度θは、式、sinθ＝λ／２ｄによって決定され、ここで、θは、半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは、定常光波の影響により半透明の薄膜に形成される干渉縞の周期である、干渉計。
- 定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する第１の半透明の薄膜を用いた、定常光波の干渉縞の集合の位置合わせに基づく、分光測定方法であって、前記薄膜は厚さがλ／２以下とし、光源と反射ミラーとの間において角度θ1で配置され、この角度θ1は、式、sinθ1＝λ／２ｄ1で決定され、ここで、θ1は、半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは、定常光波の影響により半透明の薄膜に形成される、干渉縞の周期であり、周期ｄ1の前記干渉縞の位置合わせは、光電池を含む周期系上に前記集合の画像を投影させることによって、空間周波数信号の形式で実施され、前記光電池から受信された電気信号が、前記周期系における光電池の位置に関して記録され、さらに解析され、第２の半透明の薄膜は、厚さがλ／２以下であるとされ、前記第１の半透明の薄膜と反射ミラーとの間において角度θ2で配置され、この角度θ2は、式、sinθ2＝λ／２ｄ2で決定され、ここで、θ2は、第２の半透明の薄膜と、光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄ2は、定常光波の影響により第２の半透明の薄膜に形成される、干渉縞の周期であり、前記第１の半透明の薄膜の面と反射ミラー面との間の角度θ1は、前記第２の半透明の薄膜の面と反射ミラー面との間の角度θ2に対応して、０度乃至１８０度の範囲内に設定され、第２の半透明の薄膜の面が、０．１度乃至９０度の範囲内の角度Ωで前記第１の半透明の薄膜の面に対して光拡大方向と一致する軸の周りを回転されるものとし、このようにして得られた２つの干渉縞の集合の画像は、光電池を含むマトリックス周期系に投影される、分光測定方法。
- 光共役光源、反射ミラー、分光解析器、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、前記光源と反射ミラーとの間で鏡面に対し傾いて配置される、第１の半透明の薄膜、及び、光電池を含み、前記反射ミラーの後部に配置される周期系を含み、前記反射ミラーが光を部分的に透過させるように実施される、干渉計であって、前記干渉計が、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する第２の半透明の薄膜をさらに有し、該第２の薄膜が、前記第１の半透明の薄膜と反射ミラーとの間において鏡面に対し傾いて配置され、前記第２の半透明の薄膜は、前記第１の半透明の薄膜の面に対応して、前記干渉計の光軸周りに回転され、光電池を含む周期系がマトリックス周期系として実施される、干渉計。
- 光共役光源、反射ミラー、分光解析器、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、前記光源と反射ミラーとの間において鏡面に対し傾いて配置される、第１の半透明の薄膜、及び、光電池を含み、前記反射ミラーの後部に配置される周期系を含む干渉計であって、前記干渉計は、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収し、前記第１の半透明の薄膜と反射ミラーとの間において鏡面に傾いて配置される、第２の半透明の薄膜、及び、前記第１の半透明の薄膜と光源との間に配置されるビームスプリッタをさらに有し、前記第２の半透明の薄膜は、前記第１の半透明の薄膜の面に対応して前記干渉計の光軸周りに回転され、光電池を含む周期系が、前記ビームスプリッタと光共役であり、マトリックス周期系として実施される、干渉計。
- 定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜を用いた、定常光波の干渉縞の集合の位置合わせに基づく、分光測定方法であって、厚さがλ／２以下であるようにする前記薄膜が光源と反射ミラーとの間において角度θで配置され、この角度θが、式、sinθ＝λ／２ｄによって決定され、ここで、θが半透明の薄膜と光波面との間の角度、λが波長、ｄが定常光波の影響により半透明の薄膜に形成された干渉縞の周期であり、周期ｄの前記定常光波の干渉縞の集合の位置合わせが、光電池を含むマトリックス周期系上に前記集合の画像を投影させることによって空間周波数信号の形式で実施され、前記光電池から受信された電気信号が、前記マトリックス周期系において該光電池の位置に関して記録され、さらに解析され、光電池を含むマトリックス周期系が、光拡大方向と一致する軸周りに回転できるように実施される、分光測定方法。
- 定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜を用いた、定常光波の干渉縞の集合の位置合わせに基づく、分光測定方法であって、前記薄膜は厚さがλ／２以下とされ、光源と反射ミラーとの間において角度θで配置され、この角度θが、式、sinθ＝λ／２ｄによって決定され、ここで、θは半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは、定常光波の影響により半透明の薄膜に形成される干渉縞の周期であり、周期ｄの前記定常光波の干渉縞の集合の位置合わせが、水平方向周期ｄl及び垂直方向周期ｄmを有する並列アレイとして配置された光電池を含むマトリックス周期系上に前記集合の画像を投影させることによって空間周波数信号の形式で実施され、前記マトリックス周期系が、光電池の水平方向アレイと、マトリックス周期系に投影される干渉縞との間の角度αだけ、光拡大方向と一致する軸線周りに回転可能であるように実施され、前記角度αが、式、sinα＝ｄ／ｄlによって決定され、光電池のアレイの垂直方向周期が、式、ｄm＝（Ｎ＋１）ｄ／ｃｏｓαによって決定され、ここで、Ｎは前記マトリックス周期系のアレイに配置される光電池の数量であり、前記光電池から受信された電気信号が、マトリックス周期系における光電池の位置に関して記録され、さらに解析される、分光測定方法。
- 光共役光源、反射ミラー、分光解析器、及び、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜を含む干渉計であって、前記干渉計が、光共役マトリックス周期系をさらに備え、該系が光電池を含み、前記反射ミラーの後部に配置され、前記干渉計の軸周りに回転可能であるように実施され、前記薄膜は、厚さがλ／２以下とされ、前記光源と反射ミラーとの間において角度θで配置され、この角度θが、式、sinθ＝λ／２ｄによって決定され、ここで、θは、半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは、定常光波の影響により半透明の薄膜に形成される干渉縞の周期であり、前記反射ミラーが光を部分的に透過させるように実施される、干渉計。
- 光共役光源、反射ミラー、分光解析器、及び、定常光波の電界エネルギーを拡散又は吸収する半透明の薄膜を含む干渉計であって、前記干渉計が、光電池を含む、光共役マトリックス周期系、及び、前記薄膜と光源との間に配置され、光電池を含むマトリックス周期系と光共役であるビームスプリッタをさらに有し、前記マトリックス周期系が前記干渉計の軸周りに回転可能であるように実施され、前記薄膜は、厚さがλ／２以下とされ、前記光源と前記反射ミラーとの間において角度θで配置され、この角度θが、式、sinθ＝λ／２ｄによって決定され、ここで、θは半透明の薄膜と光波面との間の角度であり、λは波長であり、ｄは、定常光波の影響により半透明の薄膜に形成される干渉縞の周期である、干渉計。
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