JP2007114017A

JP2007114017A - 干渉計

Info

Publication number: JP2007114017A
Application number: JP2005304725A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kuwabara; 章二桑原
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】コンパクトでなお且つ移動鏡の傾きによる誤差や大きな摩擦力を生じることのない干渉計を提供する。
【解決手段】干渉計の移動鏡駆動機構として、長尺状のガイドレール４０と、ガイドレール４０に嵌着され、該ガイドレール４０上を摺動するスライダ３０と、前記スライダ３０に固定された移動鏡１６と、該スライダを駆動する複数のボイスコイルモータ５０とを備えた移動鏡駆動機構を用いる。ここで、駆動源である複数のボイスコイル５１を、前記スライダ３０の移動方向に垂直な面内においてスライダ３０の移動中心に対して対称な位置に配置する。これにより、左右のコイル５１に加わる電磁力を合成した力の作用点をスライダ３０の移動中心と一致させ、移動鏡の移動時における回転モーメントの発生を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、フーリエ変換赤外分光光度計等の干渉分光光度計に関し、更に詳しくは、干渉光を生成するための干渉計に関する。

フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）は、インターフェログラムを得るために二光束干渉計を備えている。二光束干渉計においては、測定光である赤外光はビームスプリッタにより二分され、それぞれが固定鏡及び移動鏡により反射された後に再び合成される。このとき、光路差に応じた特定波長の光のみが干渉によって強め合い、この干渉光が検出器により検出される。干渉光のスペクトル分布は移動鏡の位置の変化に応じて変化するため、移動鏡の位置を所定の範囲で変化させることにより、所定の波長範囲に亘ってスペクトルを検出することができる。こうして得られた検出データをフーリエ変換により波長毎のデータに変換し、各波長における透過率を調べることにより、赤外吸光スペクトルが得られる。

上記のような二光束干渉計では、上記移動鏡の位置を変化させるための手段として、例えばリニアガイド等を利用した移動鏡駆動機構が用いられている。このような移動鏡駆動機構としては、図５(a)に示すように、ボイスコイルモータ１０１を使用し、その駆動軸１０１ａをリニアガイド１０２のスライダ１０２ａ上に取り付けた移動鏡１０３の裏面に連結したものなどが知られている（特許文献１）。ここで、ボイスコイル１０１ｂに電流が流れると電磁力が発生してコイル１０１ｂが移動し、それに伴って移動鏡１０３が直線上を往復動する。

実開平5-069642号公報（[0004],[0007],図2）

しかし、上記のように移動鏡と駆動源とを同軸上に配置したものの場合、移動鏡駆動機構全体がその軸方向に長くなるため、干渉計及びそれを有する分光光度計をコンパクト化することができなかった。

そこで、例えば、図５(b)に示すように移動鏡１０３の隣にボイスコイル１０１ｂ等の駆動源を配置し、両者を連結させて該駆動源と移動鏡とを並走させる構成とすることも考えられる。しかし、この場合、移動鏡駆動機構の長さを小さくできるものの、スライダ１０２ａの移動中心と駆動源で発生する力の作用点の位置が異なっているため回転モーメントが発生し、移動速度が変化した際などに移動鏡の傾きが大きくなって測定誤差を生じるおそれがある。また、回転モーメントが働くことでリニアガイドのスライダとレールとの間に大きな摩擦力が生じるため、ベアリングの摩耗が早くなったり、摩擦熱によってベアリングオイルが蒸発して測定の妨げとなったりするおそれもある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、コンパクトでなお且つ移動鏡の傾きによる誤差や大きな摩擦力を生じることのない干渉計を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る干渉計は、直線上を往復動する移動鏡を備えた干渉計において、a)前記直線に沿って設けられた長尺状のガイドレールと、b)前記ガイドレールに嵌着され、該ガイドレール上を摺動するスライダと、c)前記スライダに固定された移動鏡と、d)前記直線に垂直な面内において前記スライダの移動中心に対して対称な位置に配置され、該スライダを駆動する複数の駆動源とを有することを特徴とする。

上記構成を有する本発明の干渉計によれば、移動鏡と駆動源とを同軸上に配置した場合に比べて移動鏡駆動機構の長さを小さくすることができ、装置の小型化を実現することができる。また、駆動源を複数設けることでスライダの推力を増大させる効果を奏する。更に、上記のような配置により、前記複数の駆動源で発生する駆動力を合成した力の作用点とスライダの移動中心とを一致させて回転モーメントの発生を防止することができる。これにより、移動鏡の傾きによる測定精度の低下を防止すると共に、スライダとレールとの間の摩擦を抑え、ベアリングの寿命を延ばすことができる。また、摩擦熱の発生を抑えることで、ベアリングオイルの蒸発による測定誤差の発生を防止する効果もある。

以下、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明する。

まず、本実施例に係るマイケルソン型二光束干渉計を利用したフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）について説明する。図３は該ＦＴ−ＩＲの概略光路構成図である。

この二光束干渉計において、主干渉計は、赤外光源１０、コリメータ鏡１１、ビームスプリッタ１４、固定鏡１５、移動鏡１６等から構成され、スペクトル測定を行なうための干渉赤外光を発生させる。即ち、赤外光源１０から出射された赤外光は、コリメータ鏡１１で集光されて平行光線となりビームスプリッタ１４に導入され、ここで固定鏡１５に向かって進む反射光（光路Ｌ1）と移動鏡１６に向かって進む透過光（光路Ｌ2）とに二分割される。固定鏡１５及び移動鏡１６でそれぞれ反射した光はそれぞれの光路Ｌ1、Ｌ2を逆方向に戻り、ビームスプリッタ１４によって再び一つの光束となって放物面鏡１９の方向に送られる。ここで、移動鏡１６は後述する移動鏡駆動機構により入射光束の方向に直線状に往復動する構成となっており、移動鏡１６が往復動するとき光路Ｌ2を往復する光路長が時間的に変動するため、光路Ｌ1及びＬ2を往復する光路長の差も時間的に変動する。それにより、ビームスプリッタ１４で一つになった光は時間的に振幅が変動する赤外干渉光となる。この赤外干渉光は放物面鏡１９で集光されて試料Ｓに照射され、試料Ｓを透過した光は楕円面鏡２０によって赤外検出器２１に導入される。

一方、コントロール干渉計は、レーザ光源１２、反射鏡１３、ビームスプリッタ１４、固定鏡１５、移動鏡１６等から構成され、干渉縞信号を得るためのレーザ干渉光を発生させる。即ち、レーザ光源１２から出射された光は反射鏡１３で反射してビームスプリッタ１４に導入され、上記赤外光源１０からの赤外光と同様に干渉光となる。この微小光径のレーザ干渉光は反射鏡１７により赤外干渉光の光路の外側に取り出されて、レーザ検出器１８に導入される。このレーザ干渉光の強度も正弦波状に変化するから、レーザ検出器１８による検出信号の強度変化の周波数が一定になるように移動鏡１６の往復動を制御することにより、上述したような光路長差の変化速度を一定に保持することができる。

続いて、本実施例のマイケルソン型二光束干渉計に係る移動鏡駆動機構について説明する。図１は本実施例に係る移動鏡駆動機構を示す斜視図であり、図２は該移動鏡駆動機構を図１中の矢印Ｘで示す方向から見た場合を示す正面図である。以下、矢印Ｘで示す方向から見た場合を基準に上下、前後、及び左右を定義する。

この移動鏡駆動機構は、移動鏡１６が固定されたスライダ３０とガイドレール４０、及び２つのボイスコイルモータ５０を備えている。ガイドレール４０の長手方向両側面には溝状の凹部４１が設けられており、該凹部にスライダ３０の凸部３１を係合させることによって、ガイドレール４０上にスライダ３０が摺動可能に保持されている。移動鏡１６は該スライダ３０上に取り付けられており、スライダ３０と共にガイドレール４０に沿って移動するようになっている。なお、ガイドレール４０の外側面とスライダ３０の内側面との間にはボール等の転動体が挟み込まれると共にベアリングオイルによって潤滑され、両者が円滑に相対移動できるようになっている。

ボイスコイルモータ５０は、ボイスコイル５１、永久磁石５２及びヨーク（継鉄）５３から構成されている。ヨークは前後に長く伸びたロの字状の形状を有しており、長手方向の一辺５３ａには永久磁石５２が取り付けられ、それに対向する辺５３ｂにはボイスコイル５１が移動可能に取り付けられている。各ボイスコイルモータ５０は、上記ガイドレール４０に対して左右対称且つヨーク５３がガイドレール４０と平行になるように配置されており、各コイル５１は連結部材６０によってスライダ３０と連結されている。これにより、本発明の駆動源にあたる各ボイスコイル５１はスライダ３０の移動方向と垂直な面内において、スライダ３０の移動中心に対して対称な位置に配置され、各ボイスコイル５１の移動方向はスライダ３０の移動方向と一致している。

各ボイスコイル５１は図示しない駆動制御回路に接続されており、該駆動制御回路によって目標とする移動距離に応じた所定の電流がコイル５１に供給される。各コイル５１の一部はそれぞれ永久磁石とヨークによって作られる磁界を横切っており、コイル５１に電流が流れるとフレミングの左手の法則に従って、磁界及び電流と直交する方向に電磁力が発生する。この電磁力が推力となってコイル５１がヨーク５３ｂ上を前後に摺動し、それに伴ってスライダ３０及び移動鏡１６がガイドレール４０上を前後に摺動する。

このとき、上記のようなボイスコイル５１とスライダ３０との位置関係により、図２に示すように、左右のコイル５１に加わる電磁力Ｆ_１及びＦ_２を合成した力Ｆ_１＋Ｆ_２の作用点はスライダ３０の移動中心と一致し、該Ｆ_１＋Ｆ_２の方向はスライダ３０の移動方向と一致している。従って、スライダ３０の移動時に回転モーメントが発生せず、移動速度を変化させた場合にも移動鏡１６に大きな傾きが生じることがない。

従って、このような構成から成る移動鏡駆動機構を用いた本実施例の干渉計及びそれを備えたＦＴ−ＩＲによれば、移動鏡の傾きに由来する測定誤差の発生を防止することができる。また、ボイスコイルモータをガイドレールの左右に配置したことにより、移動鏡駆動機構の長さを短くすることができ、干渉計及びＦＴ−ＩＲのコンパクト化が可能となる。更に、回転モーメントの発生を防止することにより、スライダとガイドレールとの間の摩擦を抑えてベアリング寿命を長くすることができると共に、摩擦熱によるベアリングオイルの蒸発によって測定誤差が生じるのを防ぐことができる。

以上、実施例を用いて本発明に係る干渉計について説明したが、本発明に係る干渉計の構成は上記実施例に示したものに限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が許容されるものである。例えば、各ボイスコイルモータのヨーク５３を図４に示すような長手方向に３本の辺を有する形状とし、外側の２辺に永久磁石５２を、中央の１辺にボイスコイル５１を取り付けた構成とすることもできる。このような構成とすることにより、磁石によって生じる磁力線をより効果的に利用することができ、大きな電磁力を得ることができる。また、駆動源はスライダの移動方向に垂直な面内においてスライダの移動中心に対して対称に配置されていればよく、上記実施例のように、駆動源をガイドレールに対して左右対称に配置するほか、ガイドレールの上下に配置するようにしてもよい。

本発明の一実施例に係るマイケルソン型二光束干渉計の移動鏡駆動機構を示す斜視図。同実施例に係るマイケルソン型二光束干渉計の移動鏡駆動機構を示す正面図。同実施例に係るマイケルソン型二光束干渉計を利用したＦＴ−ＩＲの光路構成図。本発明の干渉計に係る移動鏡駆動機構の別の例を示す上面図。従来の干渉計における移動鏡駆動機構を示す上面図であって、(a)は移動鏡と駆動源を同軸に配置したものを示し、(b)は移動鏡と駆動源とを別軸に配置したものを示す。

符号の説明

１０…赤外光源
１１…コリメータ鏡
１２…レーザ光源
１３…反射鏡
１４…ビームスプリッタ
１５…固定鏡
１６…移動鏡
１７…反射鏡
１８…レーザ検出器
１９…放物面鏡
２０…楕円面鏡
２１…赤外検出器
３０…スライダ
３１…凸部
４０…ガイドレール
４１…凹部
５０…ボイスコイルモータ
５１…ボイスコイル
５２…永久磁石
５３…ヨーク
６０…連結部材

Claims

直線上を往復動する移動鏡を備えた干渉計において、
a)前記直線に沿って設けられた長尺状のガイドレールと、
b)前記ガイドレールに嵌着され、該ガイドレール上を摺動するスライダと、
c)前記スライダに固定された移動鏡と、
d)前記直線に垂直な面内において前記スライダの移動中心に対して対称な位置に配置され、該スライダを駆動する複数の駆動源と、
を有することを特徴とする干渉計。
請求項１に記載の干渉計を備えることを特徴とするフーリエ変換赤外分光光度計。