JP2008514945A - コヒーレンス分光分析装置 - Google Patents
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Abstract
Description
より詳細には、本発明は、分光検出において有用なラインからバックグラウンド・ノイズを区別するための分光計に関する。
干渉計のアーム間に不平衡を導入することによって、時間的コヒーレンスを考慮することができ、したがってインコヒーレントな白色光によって導入されるノイズを取り除くことができる。
図1Aに例示するように、本発明による分光計は、たとえば、インコヒーレントな白色光ノイズを含むラインを検出するための光ファイバ(1)およびミラー・コリメータ(2)の出力側で使用する。
これには、既知の方法で、ビーム・スプリッタ(4)および補償板(5)、わずかに傾いた円筒型ミラー(7)、および傾いていない円筒型ミラー(6)が含まれている。
ビーム・スプリッタ(4)は、非常に大きなスペクトル幅において50/50ビーム・スプリッタである。これは、1μm超において200nmを(50%±5%)で透過させることができる金属型減光フィルタに対して使用される金属プロセスを用いることによって可能であることに、注意されたい。
ビーム・スプリッタおよび補償板の厚みは、可能な限り薄くして(たとえばミリメートルのオーダー)、それらを横断するビームのずれが波長に応じて変動することを抑えるようになっている。
ミラー(7)をほぼ0.2度だけ傾けて、干渉する2つのビーム間にエアー・ウェッジを形成する。こうして、平行な干渉フリンジが、大きいCCD検出器(9)上で得られて表示される。
最後に、次のことを述べておくのは望ましいと思われる。すなわち、前述した装置を用いてインコヒーレントな光を除去することによって、検出がはるかに容易になるが、その理由は、インコヒーレントな白色光はすべて、ゼロ周波数ピークに含まれるからである。したがってゼロ周波数ピークを、周波数処理することによって取り除く。
図3に例示するように、コヒーレンス分光計として、特にコンパクトな形態のものを提案する。前記使用モードに従って、光ビームの分割および再結合が、接着剤で付けた石英ガラス・プリズム(11a)および(11b)の内部で行なわれ、その結果、干渉分光法のシステムの安定性が補強される。平面ミラー(12)および(13)によって、本発明で必要とされるアームの不平衡およびエアー・ウェッジが導入され、また円筒型のレンズ(8)および(8’)によって、干渉フリンジを画像化することと、干渉フリンジをたとえばCCDカメラ(9)上に捕捉するためのライン上にフォーカスすることとが可能になる。したがってフリンジのスペクトル解析を行なうことによって、スペクトルの取得が、インコヒーレントな光によって妨げられることなく可能となる。
測定機器の分解能を向上させるために、本発明の第2の態様により、複数の時間的コヒーレンス分光計たとえば前述したものを組み合わせることもできる。
実際、アーム長の大きな不平衡によって、干渉フリンジの画像化に対して被写界深度が制限されることに起因する問題が、マイケルソン干渉計において生じる場合がある。
スペクトルを得るためのアルゴリズムは、フーリエ変換に基づいている。単一のコヒーレンス干渉図形を用いて得られる単純な干渉図形の場合、スペクトルの計算は、従来技術から良く知られており、単純なフーリエ変換の後に大きさを計算することによって行なわれる。2つのコヒーレンス分光計15A、15Bを組み合わせた場合、得られる干渉図形は、SC(τ)およびSC(2τ)であり、前記干渉図形は、不平衡τおよび2τの2つのコヒーレンス分光計にそれぞれ対応する。最初に、第1の干渉図形FFT(SC(τ))の複素フーリエ変換、次に2つの干渉図形FFT(SC(τ)+SC(2τ))の和の複素フーリエ変換を、計算する。最終的に、2つのコヒーレンス干渉計を組み合わせることから導き出されるスペクトルが、前述のフーリエ変換を掛け合わせたものの大きさを計算することによって得られる。
ABS[FFT(SC(τ))*FFT(SC(τ)+SC(2t))]
N個のコヒーレンス分光計(15A,15B,15C)の場合には、手順を繰り返して行なう。付加される各コヒーレンス分光計のアーム間の不平衡は、これまでの2倍である。こうして第3の干渉計の干渉図形は、SC(4τ)と書かれる。たとえば、3つのコヒーレンス分光計に対するスペクトルは、以下の式を用いて得られる。
ABS[FFT(SC(t))*FFT(SC(t)+SC(2t))*FFT(SC(τ)+SC(2t)+SC(4τ))]
目安として、分光計を組み合わせた前記システムを、天文学で用いる開口合成と比較しても良い。この場合、分光計は種々の範囲の光学的な遅延をカバーするが、天文学では、望遠鏡ミラーは種々の空間開口をカバーする。
Claims (9)
- 少なくとも2つの不平衡なアームと少なくとも1つのエアー・ウェッジとを備える少なくとも1つの波面分割干渉計と、
干渉フリンジを画像化するための装置と、
前記フリンジの画像センサと、
前記センサから導き出される信号を処理するための手段と、
を含むことを特徴とする分光分析装置。 - 少なくとも2つのアーム間の前記不平衡が調整可能であることを特徴とする請求項1に記載の分光分析装置。
- 前記干渉計はマイケルソン・タイプであることを特徴とする請求項1に記載の分光分析装置。
- 前記干渉計はマッハ・ツェンダ・タイプであることを特徴とする請求項1に記載の分光分析装置。
- 信号を処理するための前記手段が、フーリエ変換による解析を用いることを特徴とする請求項1に記載の分光分析装置。
- フリンジを画像化するための前記装置には、前記フリンジを画像化するための少なくとも1つの円筒型のダブレット・レンズが含まれることを特徴とする請求項1に記載の分光分析装置。
- 前記画像センサはCCDカメラであることを特徴とする請求項1に記載の分光分析装置。
- 前記フリンジを前記センサにフォーカスするための手段をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の分光分析装置。
- 複数の波面分割干渉計(15A,15B,15C)であって、前記干渉計の各1つは2つの不平衡なアームと少なくとも1つのエアー・ウェッジとを備える、複数の波面分割干渉計と、
干渉フリンジを画像化するための装置と、
前記フリンジの画像センサと、
前記センサから導き出される信号を処理するための手段と、
を含み、2つのアーム間の不平衡は前記干渉計の各1つごとに異なっていることを特徴とする分光分析装置。
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