JP2011237326A

JP2011237326A - 干渉計及びそれを備えた分光装置

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Publication number: JP2011237326A
Application number: JP2010110171A
Authority: JP
Inventors: Manami Kuiseko; 真奈美杭迫
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2011-11-24

Abstract

【課題】高価な検出器を用いなくとも測定の精度が低下するおそれのない干渉計及びそれを備えた分光装置を提供する。
【解決手段】干渉計２は、光源１１と、該光源１１からの光を平行光に変換するコリメータ光学系１２と、該平行光を透過光Ｔと反射光Ｒに分離して偶数個の固定鏡Ｍ１、Ｍ２に導くとともに、偶数個の固定鏡Ｍ１、Ｍ２にて互いに逆方向の光路に反射された透過光Ｔと反射光Ｒとを合成して出射するビームスプリッタＢＳと、該ビームスプリッタＢＳにて合成され出射された光を集光する集光光学系１６と、該集光光学系１６にて集光された光を受光する検出器１７とを備える。ビームスプリッタＢＳは、ビームスプリッタＢＳから離間した回転軸Ｘの回りに回転する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コモンパス型の干渉計、及びその干渉計にて得られた干渉縞をフーリエ変換する分光装置に関するものである。

従来からフーリエ分光装置として、試料に光を照射し、その試料から反射または透過して得られた干渉縞を測定し、その測定値をフーリエ変換することにより干渉縞に応じたスペクトル情報を取得するものが知られている。このフーリエ分光装置に用いられる干渉計としては，マイケルソン干渉計、コモンパス干渉計などが周知である。

例えば、特許文献１に記載された分光装置では四角コモンパス干渉計が用いられている。この四角コモンパス干渉計は三つのミラーとビームスプリッタにて四角形状の光路を形成する。そして、光源としての試料からの光がビームスプリッタによって分離され、分離された二つの光束は四角形状の光路を夫々逆回りして戻りビームスプリッタにて合成される。ここで、一つのミラーを移動させると、二つの合成された光束はずれて二次元型の検出器上に到着し、干渉縞が形成される。この干渉縞を空間的にフーリエ変換し、その空間周波数分布を分析することによって試料のスペクトル分布を求めている。

特開平１−１３４２１７号公報（３頁、第４図）

しかしながら上述した先行技術では、検出器に二次元型のセンサを用いなくてはならず、装置が高価なものとなるという不都合があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、高価な検出器を用いなくとも測定の精度が低下するおそれのない干渉計及びそれを備えた分光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために第１の発明の干渉計は、光源と、前記光源からの光を平行光に変換するコリメータ光学系と、該平行光を透過光と反射光に分離して偶数個の固定鏡に導くとともに、前記偶数個の固定鏡にて互いに逆方向の光路に反射された透過光と反射光とを合成して出射するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタにて合成され出射された光を集光する集光光学系と、前記集光光学系にて集光された光を受光する検出器とを備え、前記ビームスプリッタは、前記ビームスプリッタから離間した回転軸の回りに回転することを特徴としている。

また、第２の発明では、上記の干渉計において、前記ビームスプリッタが平行光を分離する面の接線上に前記回転軸が配置されることを特徴とするとしている。

また、第３の発明では、上記の干渉計において、前記偶数個の固定鏡が配置される側に前記回転軸が設けられることを特徴としている。

また、第４の発明では、上記の干渉計において、前記偶数個の固定鏡は二つのミラーからなり、前記ビームスプリッタとともに三角形状の光路を形成することを特徴としている。

また、第５の発明では上記の構成の干渉計を備える分光装置である。

第１の発明によれば、干渉光を生成するためビームスプリッタを回転させて透過光と反射光との光路長差を形成するときに、ビームスプリッタから離間した回転軸の回りでビームスプリッタは回転する。これによって、ビームスプリッタにて合成される透過光と反射光との光軸の平行ずれが低減するために、干渉光を生成する光量の低下が抑えられ、また、透過光と反射光をビームスプリッタにて合成するときに、透過光と反射光とによる所望の光路長差が得られ、測定精度が向上する。また、ポイントセンサ等の検出器を用いることが可能となり装置が安価なものとなる。また、ビームスプリッタの回転機構を小さくすることできるために、装置の小型化が達成される。

また、第２の発明によれば、ビームスプリッタが平行光を分離する面（光分離面）の接線上にて、ビームスプリッタが回転するので、ビームスプリッタにて合成される透過光と反射光とによる所望の光路長差を形成するためのビームスプリッタの回転量を更に小さくすることができ、装置が小型化する。

また、第３の発明によれば、ビームスプリッタが偶数個の固定鏡を配置する側にて回転するので、ビームスプリッタにて合成される透過光と反射光とによる所望の光路長差を形成したときに、ビームスプリッタにて合成される透過光と反射光との光軸の平行ずれが低減し、干渉光を生成する光量の低下が抑えられる。また、ビームスプリッタを回転させる駆動機構は固定鏡を配置する側に設けることが可能となり、回転軸をビームスプリッタから離間させても装置を小型にすることができる。

また、第４の発明によれば、二つのミラーとビームスプリッタにて三角形状の光路を形成するので、簡単な光学系であるにもかかわらず、ビームスプリッタにて合成される透過光と反射光との光軸の平行ずれが更に小さくなる構成となり、干渉光を生成するのに充分な光量が得られる。

また、第５の発明によれば、二次元型検出器等の高価な検出器を用いなくとも測定の精度が低下するおそれのない干渉計を備える分光装置にすることができる。

本発明の第１実施形態である干渉計を備える分光装置の概略を示す図第１実施形態である干渉計に用いられる干渉光学系の光路図第２実施形態である干渉計に用いられる干渉光学系の光路図

以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は、この実施形態に限定されない。また発明の用途やここで示す用語等はこれに限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態である干渉計を備える分光装置の概略を示す図である。分光装置１は、フーリエ変換型の分光装置であり、干渉計２と、演算部３と、出力部４とを備える。

干渉計２は、三角コモンパス干渉計で構成され、光源１１と、コリメータ光学系１２と、ビームスプリッタＢＳと、干渉計２の装置本体に固定された固定鏡Ｍ１、Ｍ２と、集光光学系１６とを備え、更に、検出器１７と、駆動機構１８とを備えている。尚、図１ではコリメータ光学系１２及び集光光学系１６を夫々一つのレンズで示しているが、複数のレンズで構成してもよい。また、コリメータ光学系１２及び集光光学系１６は夫々反射光学系で構成してもよい。

光源１１は、例えば波長９００〜２３００ｎｍの帯域の赤外光を出射する。コリメータ光学系１２は、光源１１からの光を平行光に変換してビームスプリッタＢＳに導く。ビームスプリッタＢＳは、光源１１から出射された平行光を２つの光に分離して、それぞれの光を固定鏡Ｍ１、Ｍ２に導くとともに、固定鏡Ｍ１、Ｍ２にて互いに逆方向の光路に反射された各光を合成して出射する。ビームスプリッタＢＳはハーフミラーや偏光ビームスプリッタ等で構成されている。

具体的には、ビームスプリッタＢＳは、コリメータ光学系１２の光軸に対して、その光分離面（コリメータ光学系１２の平行光を分離する面）が４５°傾斜して配置される。コリメータ光学系１２から出射した平行光は、ビームスプリッタＢＳにてコリメータ光学系１２の光軸に対して直角方向に反射される反射光Ｒと、ビームスプリッタＢＳを透過して直進する透過光Ｔとに分離される。

固定鏡Ｍ１はビームスプリッタＢＳにて反射された反射光Ｒを固定鏡Ｍ２に向けて反射させる位置に設けられ、一方、固定鏡Ｍ２はビームスプリッタＢＳを透過した透過光Ｔを固定鏡Ｍ１に向けて反射させる位置に設けられる。固定鏡Ｍ１、Ｍ２は、ビームスプリッタＢＳとともに直角二等辺三角形状の光路を形成する。尚、固定鏡Ｍ１、Ｍ２がビームスプリッタＢＳとともに形成する光路は上記のものに限らず、三辺の長さが異なる直角三角形状の光路でもよい。

従って、ビームスプリッタＢＳにて分離された反射光Ｒは、固定鏡Ｍ１で反射し次に固定鏡Ｍ２で反射し、ビームスプリッタＢＳに導かれる。一方、ビームスプリッタＢＳにて分離された透過光Ｔは、固定鏡Ｍ２、次に固定鏡Ｍ１で反射するように、反射光Ｒとは逆向きの光路を進み、ビームスプリッタＢＳに導かれる。次に、ビームスプリッタＢＳに導かれた反射光ＲはビームスプリッタＢＳで反射し、また、ビームスプリッタＢＳに導かれた透過光ＴはビームスプリッタＢＳを透過して、これらの反射光Ｒと透過光Ｔは合成される。尚、ビームスプリッタＢＳをコリメータ光学系１２の光軸に対して光分離面を４５°傾斜して配置しているが、ビームスプリッタＢＳの反射膜の分光特性に応じて、ビームスプリッタＢＳはコリメータ光学系１２の光軸に対して光分離面を３０°等の４５°以外の角度に傾斜させてもよい。この場合には、固定鏡Ｍ１、Ｍ２とビームスプリッタＢＳによって形成される光路は直角三角形状のものではなく、ビームスプリッタＢＳの光分離面の法線方向に装置を小型にすることができる。

駆動機構１８は、ビームスプリッタＢＳにて合成された透過光Ｔと反射光Ｒとの光路長差を変化させるようにビームスプリッタＢＳを回転させるものである。ビームスプリッタＢＳが回転する回転軸Ｘは、ビームスプリッタＢＳの光分離面から離間した位置に設けられ、更に、上記光分離面の接線上に配置されている。駆動機構１８は、固定鏡Ｍ１、Ｍ２が配置される側に配置され、例えば圧電素子によってビームスプリッタＢＳを支持した支持板が揺動されるように構成される。この揺動によりビームスプリッタＢＳが回転軸Ｘの回りに所定の角度範囲で回転する。尚、圧電素子の替わりにＶＣＭ（ボイスコイルモータ）を用いてビームスプリッタＢＳを駆動してもよい。また、例えば静電アクチュエータを用いて駆動機構１８を構成してもよい。更に、駆動機構１８及び回転軸Ｘは、固定鏡Ｍ１、Ｍ２が配置される側に配置されると、干渉計２を小型にすることが可能であるが、ビームスプリッタＢＳの回転角度を小さく設定する場合には、駆動機構１８及び回転軸Ｘは、ビームスプリッタＢＳに対して固定鏡Ｍ１、Ｍ２の反対側に配置するとよい。

試料ＳがビームスプリッタＢＳと集光光学系１６との間に配設され、透過光Ｔと反射光Ｒとの合成された光（干渉光）が試料Ｓに照射される。試料Ｓを透過した干渉光は集光光学系１６にて集光され、ポイントセンサからなる検出器１７に入射する。検出器１７は、上記干渉光を受光してインターフェログラム（干渉パターン）を検出する。

演算部３は、干渉計２の検出器１７から出力される信号をＡ／Ｄ変換及びフーリエ変換することにより、各波長（波数（＝１／波長））の光の強度を示すスペクトルを生成する。出力部４は、演算部３にて生成されたスペクトルを出力（例えば表示）する。

上記の構成において、光源１１から出射された光は、コリメータ光学系１２によって平行光に変換された後、ビームスプリッタＢＳによって反射光Ｒ及び透過光Ｔに分離される。この反射光Ｒは固定鏡Ｍ１で反射され、次に固定鏡Ｍ２で反射され、ビームスプリッタＢＳに導かれる。一方、透過光Ｔは、固定鏡Ｍ２、次に固定鏡Ｍ１で反射するように、反射光Ｒとは逆向きの光路を進み、ビームスプリッタＢＳに導かれる。そして、これらの反射光Ｒと透過光ＴはビームスプリッタＢＳにて合成され、干渉光として試料Ｓに照射される。このとき、駆動機構１８によってビームスプリッタＢＳを連続的に回転軸Ｘの回りに回転させながら試料Ｓに光が照射されるが、ビームスプリッタＢＳの回転にともない、反射光Ｒと透過光Ｔで光路長差がつき、合成された光の強度に変化が生じる。反射光Ｒと透過光Ｔとの光路長の差が波長の整数倍のときは、合成された光の強度は最大となり、反射光Ｒと透過光Ｔとの光路長の差が波長の整数倍から外れていくと、合成された光の強度は徐々に小さくなる。このような干渉縞を生成した光が試料Ｓを透過し、試料Ｓを透過した光は、集光光学系１６にて集光されながら検出器１７に入射し、検出器１７でインターフェログラム（干渉パターン）として検出される。

検出器１７から出力されるインターフェログラム（干渉パターン）は、演算部３にてＡ／Ｄ変換される。更に、演算部３にてビームスプリッタＢＳの回転角に応じたインターフェログラム（時間的インターフェログラム）をフーリエ変換することにより、スペクトルが生成される。つまり、波数ごとの光の強度が出力部４に出力され、波数ごとの光の強度に基づき、試料Ｓの特性（材料、構造、成分量など）を知ることができる。

図２は、上記の干渉計２に用いられるビームスプリッタＢＳ、固定鏡Ｍ１、Ｍ２を有する干渉光学系の光路図であり、コリメータ光学系１２から集光光学系１６に至るまでの光路を示している。この光路図では、ビームスプリッタＢＳにて分離された光束において、実線の矢印は反射光Ｒの光束の進路を示し、一点鎖線の矢印は透過光Ｔの光束の進路を示す。更に、図２では、ビームスプリッタＢＳが回転軸Ｘにて基準位置（透過光Ｔと反射光Ｒの光路長差が生じない位置）から反時計回り方向に角度α°回転した状態にある。

ビームスプリッタＢＳが基準位置から回転した状態では、透過光Ｔは固定鏡Ｍ２、次に固定鏡Ｍ１で反射してビームスプリッタＢＳを透過するが、この透過光ＴはビームスプリッタＢＳを透過するのみであるので、この透過光Ｔの光路は、ビームスプリッタＢＳが基準位置にある場合と同じである。一方、反射光Ｒは、ビームスプリッタＢＳで反射するときにビームスプリッタＢＳに入射した光に対して直角に反射せずに固定鏡Ｍ１に導かれ、固定鏡Ｍ２、次に固定鏡Ｍ１で反射して、更にビームスプリッタＢＳで反射する。このビームスプリッタＢＳでの反射においても、反射光Ｒは、ビームスプリッタＢＳに入射した光に対して直角に反射せずに透過光Ｔと合成される。これによって透過光Ｔと反射光Ｒとによる光路長差が生じる。この光路長差は、ビームスプリッタＢＳの回転角度α°に対応し、ビームスプリッタＢＳの回転角度α°が大きくなると、光路長差は大きくなる。

通常、光路長差がある透過光Ｔと反射光Ｒとを合成した光はインターフェログラム（干渉パターン）として用いられるので、この光路長差を大きく設定することができると、干渉計の測定精度が向上する。しかし、コモンパス干渉計ではこの光路長差を大きく設定すると、ビームスプリッタＢＳによって合成するときに透過光Ｔと反射光Ｒの各光束の中心（光軸）が平行にずれることになる。透過光Ｔと反射光Ｒとの光軸の平行ずれが大きくなると、干渉光を生成する光量が低下し、測定精度が低下する。このことは、ビームスプリッタＢＳへの入射光束の中心位置を回転軸としてビームスプリッタＢＳを回転させた時に顕著に現れる。

そこで、本実施形態のように、ビームスプリッタＢＳから離間した回転軸Ｘの回りにビームスプリッタＢＳが回転すると、所望の光路長差を設定することができるとともに、ビームスプリッタＢＳにて合成された透過光Ｔと反射光Ｒとの光軸の平行ずれを低減させることができる。

尚、上記第１実施形態では、コリメータ光学系１２から集光光学系１６に至る光束幅は、ビームスプリッタＢＳから固定鏡Ｍ１までの軸上距離の０．５倍より小さければ、進行する上記の幅の光束が固定鏡Ｍ１、Ｍ２のエッジにて遮られるのを防ぐことができる。

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係る干渉光学系の光路図を示す。この第２実施形態の干渉光学系は、図１に示す分光装置１に適用することができる。第２実施形態の干渉計では、四つの固定鏡Ｍ１〜Ｍ４とビームスプリッタＢＳと、第１実施形態と同様に光源１１と、コリメータ光学系１２と、集光光学系１６と、駆動機構１８とを備える。干渉計２及び分光装置１の全体構成、動作は第１実施形態と同じであり、その説明を省略し、図３に示すコリメータ光学系１２から集光光学系１６に至るまでの光路について説明する。

図３に示すように、ビームスプリッタＢＳにて分離された光束において、実線の矢印は反射光Ｒの光束の進路を示し、また、一点鎖線の矢印は透過光Ｔの光束の進路を示し、図３はビームスプリッタＢＳが回転軸Ｘにて基準位置（透過光Ｔと反射光Ｒの光路長差が生じない位置）から反時計回り方向に角度α°回転した状態にある。

ビームスプリッタＢＳは、コリメータ光学系１２（図１参照）の光軸に対してその光分離面が４５°傾斜して配置される。コリメータ光学系１２から出射した平行光は、ビームスプリッタＢＳにてコリメータ光学系１２の光軸に対して直角方向に反射される反射光Ｒと、ビームスプリッタＢＳを透過して直進する透過光Ｔとに分離される。

固定鏡Ｍ１はビームスプリッタＢＳにて反射された反射光Ｒを直角方向に反射させ、また、固定鏡Ｍ４はビームスプリッタＢＳを透過した透過光Ｔを直角方向に反射させるように、固定鏡Ｍ１、Ｍ４はビームスプリッタＢＳと平行で、且つビームスプリッタＢＳの光分離面の接線に対して互いに対称に配置される。更に、固定鏡Ｍ１からの光が固定鏡Ｍ２にて固定鏡Ｍ３に導かれ、固定鏡Ｍ２からの光が固定鏡Ｍ３にて固定鏡Ｍ４に導かれる。また、固定鏡Ｍ１から固定鏡Ｍ２に至る光と、固定鏡Ｍ３から固定鏡Ｍ４に至る光とが、ビームスプリッタＢＳの光分離面の接線上で直角に交差するように、固定鏡Ｍ２、Ｍ３はビームスプリッタＢＳの光分離面の接線に対して互いに対称に配置される。尚、ビームスプリッタＢＳをコリメータ光学系１２の光軸に対して光分離面を４５°傾斜して配置しているが、ビームスプリッタＢＳの反射膜の分光特性に応じて、ビームスプリッタＢＳはコリメータ光学系１２の光軸に対して光分離面を３０°等の４５°以外の角度に傾斜させてもよい。

このように固定鏡Ｍ１〜Ｍ４が配置されると、ビームスプリッタＢＳにて分離された反射光Ｒは、固定鏡Ｍ１で反射した後、順次、固定鏡Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４で反射し、ビームスプリッタＢＳに導かれる。一方、ビームスプリッタＢＳにて分離された透過光Ｔは、固定鏡Ｍ４で反射した後、反射光Ｒとは逆向きの光路を進み、順次、固定鏡Ｍ３、Ｍ２、Ｍ１で反射し、ビームスプリッタＢＳに導かれる。次に、ビームスプリッタＢＳに導かれた反射光ＲはビームスプリッタＢＳで反射し、また、ビームスプリッタＢＳに導かれた透過光ＴはビームスプリッタＢＳを透過して、これらの反射光Ｒと透過光Ｔは合成される。

そして、駆動機構１８（図１参照）にてビームスプリッタＢＳが基準位置（透過光Ｔと反射光Ｒの光路長差が生じない位置）から回転させられた状態では、透過光ＴはビームスプリッタＢＳを透過するのみであるので、この透過光Ｔの光路は、ビームスプリッタＢＳが基準位置にある場合と同じである。一方、反射光Ｒは、ビームスプリッタＢＳで反射するときにビームスプリッタＢＳに入射した光に対して直角に反射せずに固定鏡Ｍ１に導かれ、その後順次、固定鏡Ｍ２〜Ｍ４で反射して、更にビームスプリッタＢＳで反射する。このビームスプリッタＢＳでの反射においても、反射光Ｒは、ビームスプリッタＢＳに入射した光に対して直角に反射せずに透過光Ｔと合成される。これによって、透過光Ｔと反射光Ｒとによる光路長差が生じる。この光路長差は、ビームスプリッタＢＳの回転角度α°に対応し、ビームスプリッタＢＳの回転角度α°が大きくなると、光路長差は大きくなる。

この光路長差はインターフェログラム（干渉パターン）として用いられるが、本実施形態のように、ビームスプリッタＢＳから離間した回転軸Ｘの回りにビームスプリッタＢＳが回転すると、所望の光路長差を設定することができるとともに、ビームスプリッタＢＳにて合成された透過光Ｔと反射光Ｒとの光軸の平行ずれを低減させることができる。

尚、上記第２実施形態では、コリメータ光学系１２から集光光学系１６に至る光束幅は、ビームスプリッタＢＳから固定鏡Ｍ１までの軸上距離の等倍以下であれば、進行する上記の幅の光束が固定鏡Ｍ１〜Ｍ４のエッジにて遮られるのを防ぐことができる。

上記第１及び第２実施形態によれば、干渉計２は、光源１１と、該光源１１からの光を平行光に変換するコリメータ光学系１２と、該平行光を透過光Ｔと反射光Ｒに分離して偶数個の固定鏡Ｍ１、Ｍ２（または、Ｍ１〜Ｍ４）に導くとともに、偶数個の固定鏡Ｍ１、Ｍ２（または、Ｍ１〜Ｍ４）にて互いに逆方向の光路に反射された透過光Ｔと反射光Ｒとを合成して出射するビームスプリッタＢＳと、該ビームスプリッタＢＳにて合成され出射された光を集光する集光光学系１６と、該集光光学系１６にて集光された光を受光する検出器１７とを備える。ビームスプリッタＢＳは、ビームスプリッタＢＳから離間した回転軸Ｘの回りに回転する。

この構成によると、干渉光を生成するためビームスプリッタＢＳを回転させて透過光Ｔと反射光Ｒとの光路長差を形成するときに、ビームスプリッタＢＳから離間した回転軸Ｘの回りでビームスプリッタＢＳは回転する。これによって、ビームスプリッタＢＳにて合成される透過光Ｔと反射光Ｒとの光軸の平行ずれが低減するために、干渉光を生成する光量の低下が抑えられる。また、透過光Ｔと反射光ＲをビームスプリッタＢＳにて合成するときに、透過光Ｔと反射光Ｒとによる所望の光路長差が得られ、測定精度が向上する。また、偶数個（二つまたは四つ）の固定鏡Ｍ１、Ｍ２（Ｍ１〜Ｍ４）によってコモンパス干渉計を構成することによって、時間的インターフェログラムをフーリエ変換することが可能となり、ポイントセンサ等の検出器１７を用いて装置を安価なものとすることができる。更に、ビームスプリッタＢＳを回転させる駆動機構１８を小さくすることができるために、装置の小型化が達成される。

また、上記第１及び第２実施形態によれば、ビームスプリッタＢＳの光分離面の接線上にビームスプリッタＢＳの回転軸Ｘが配置される。これによって、ビームスプリッタＢＳにて合成される透過光Ｔと反射光Ｒとによる所望の光路長差を形成するためのビームスプリッタＢＳの回転量を更に小さくすることができ、装置が小型化する。

また、上記第１及び第２実施形態によれば、固定鏡Ｍ１、Ｍ２（Ｍ１〜Ｍ４）が配置される側にビームスプリッタＢＳの回転軸Ｘが設けられる。これによって、ビームスプリッタＢＳにて合成される透過光Ｔと反射光Ｒとによる所望の光路長差を形成したときに、ビームスプリッタＢＳにて合成される透過光Ｔと反射光Ｒとの光軸の平行ずれが低減し、干渉光を生成する光量の低下が抑えられる。また、ビームスプリッタＢＳの駆動機構１８は固定鏡Ｍ１、Ｍ２（Ｍ１〜Ｍ４）を配置する側に設けることが可能となり、回転軸ＸをビームスプリッタＢＳから離間させても装置を小型にすることができる。

また、上記第１実施形態によれば、二つの固定鏡（ミラー）Ｍ１、Ｍ２はビームスプリッタＢＳとともに三角形状の光路を形成する。これによって、簡単な光学系であるにもかかわらず、ビームスプリッタＢＳにて合成された透過光Ｔと反射光Ｒとの光軸の平行ずれが更に小さくなる構成となり、干渉光を生成するのに充分な光量が得られる。

尚、上記第１実施形態では固定鏡を二つ設け、第２実施形態では固定鏡を四つ設けた構成を示したが、本発明では、固定鏡が偶数個であるのならば上記の固定鏡の数に限られることはない。固定鏡の数を増やすと、装置構成の自由度が増し、部品が配置し易くなくなる。

また、上記第１及び第２実施形態では、ビームスプリッタＢＳの回転軸Ｘを固定鏡Ｍ１、Ｍ２（Ｍ１〜Ｍ４）を配置する側に設ける構成を示したが、本発明はこれに限らず、ビームスプリッタＢＳの回転軸Ｘは、ビームスプリッタＢＳに対して固定鏡Ｍ１、Ｍ２（Ｍ１〜Ｍ４）の反対側に配置する構成にしてもよい。この場合は、ビームスプリッタＢＳの回転角度を小さくすることができ、圧電素子等の駆動機構１８の構成が簡単なものとなる。

また、上記実第１及び第２施形態では、ビームスプリッタＢＳの光分離面の接線上にビームスプリッタＢＳの回転軸Ｘを配置する構成を示したが、本発明はこれに限らず、ビームスプリッタＢＳの回転軸ＸはビームスプリッタＢＳの光分離面の接線上から外れる位置に設けても、上記実施形態と同様の効果を奏する。

次に本発明の実施形態を実施例により更に具体的に説明する。実施例１、２は、夫々図２、３の干渉光学系に対応した数値実施例であり、そのコンストラクションデータは以下の通りである。なお、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。

以下のコンストラクションデータにおいて、Ｓｉ（ｉ＝１、２、・・・）は物体側から数えてｉ番目の面を指す。また、ＲＤＹは面Ｓｉの曲率半径（ｍｍ）を指し、ＴＨＩはＳｉ面とＳ（ｉ＋１）面との間の軸上面間隔（ｍｍ）を指す。ＲＭＤは面の特性を指し、ＲＥＦＬであれば反射面を、表記がない場合は屈折面を指す。ＧＬＡはガラス名を指し、表記がない場合は空気であることを指す。また、ＸＤＥはＸ方向の平行偏芯、ＹＤＥはＹ方向の平行偏芯、ＺＤＥはＺ方向の平行偏芯の各量（ｍｍ）をそれぞれ指し、ＡＤＥはＸ軸周りの回転、ＢＤＥはＹ軸周りの回転、ＣＤＥはＺ軸周りの回転の角度（°）をそれぞれ指す。ＧＬＢＧｉはＳｉ面を基準とするグローバル偏芯（表記がなければローカルな偏芯）であることを指す。尚、Ｘ軸は図２、図３の紙面の表裏面方向、Ｙ軸は光の進行方向、Ｚ軸は光の進行方向に対して垂直な方向である。

（実施例１）
下記に示す実施例１のコンストラクションデータおいて、ＯＢＪは物体面（光源１１）、Ｓ１はダミー面、Ｓ２は仮想絞り面、Ｓ３はダミー面、Ｓ４はビームスプリッタＢＳの光入射面、Ｓ５は固定鏡Ｍ１の反射面、Ｓ６はダミー面、Ｓ７は固定鏡Ｍ２の反射面、Ｓ８はビームスプリッタＢＳの光射出面、Ｓ９は集光光学系１６の入射面、ＩＭＧは像面をそれぞれ指す。

RDY THI RMD GLA
OBJ: INFINITY INFINITY
S1: INFINITY 0.000000
S2: INFINITY 0.000000
S3: INFINITY 0.000000
S4: INFINITY 0.000000 REFL
XDE: 0.000000 YDE: -20.000000 ZDE: 20.000000 GLB G3
ADE: 45.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
S5: INFINITY 0.000000 REFL
XDE: 0.000000 YDE: -20.000000 ZDE: 0.000000 GLB G3
ADE: 67.500000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
S6: INFINITY 0.000000
XDE: 0.000000 YDE: -10.000000 ZDE: 10.000000 GLB G3
ADE: 45.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
S7: INFINITY -2.500000 REFL
XDE: 0.000000 YDE: 0.000000 ZDE: 20.000000 GLB G3
ADE: 22.500000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
S8: INFINITY 2.500000 REFL
XDE: 0.000000 YDE: 0.000000 ZDE: 0.000000 GLB G4
ADE: 0.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
S9: INFINITY 5.000000
XDE: 0.000000 YDE: 5.000000 ZDE: 0.000000 GLB G3
ADE: 90.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
IMG: INFINITY 0.000000

上記の構成において、ビームスプリッタＢＳから離間した位置でビームスプリッタＢＳを回転させた場合の、透過光Ｔと反射光Ｒの光路長差Ｌと、透過光Ｔと反射光Ｒとの光軸の平行ずれＣとを表１に示す。また表１には、ビームスプリッタＢＳへの入射光束の中心位置でビームスプリッタＢＳを回転させた場合を比較例として示した。尚、表１において、回転中心Ｙ、Ｚ（回転軸Ｘ）はビームスプリッタＢＳへの入射光束の中心位置（原点）からの位置である。実施例１Ａ、１Ｂの回転中心Ｙ、Ｚは、前記の中心位置（原点）に対して図２の右下側でビームスプリッタＢＳの光分離面の接線上に位置し、また、実施例１Ｃの回転中心Ｙ、Ｚは、前記の中心位置（原点）に対して図２の左上側でビームスプリッタＢＳの光分離面の接線上に位置することになる。また、ＢＳＸ軸回転θは、ビームスプリッタＢＳの回転中心Ｙ、Ｚ（回転軸Ｘ）回りの回転角である。

表１の実施例１Ａでは、光路長差Ｌが比較例１と略同じになるようにビームスプリッタＢＳを回転させているが、この場合には、光軸ずれＣは比較例１に対して大幅に小さくなり、干渉光を生成する光量の低下が抑えられる。

実施例１Ｂでは、光軸ずれＣが比較例１と略同じになるようにビームスプリッタＢＳを回転させているが、この場合には、光路長差Ｌは比較例１に対して大幅に大きくなり、測定精度が向上する。

実施例１Ｃでは、光路長差Ｌが比較例１と略同じになるように設定しているが、この場合には、ビームスプリッタＢＳの回転角が比較例１に対して小さくなり、圧電素子等の駆動機構１８の構成が簡単なものとなる。

（実施例２）
次に、下記に示す実施例２のコンストラクションデータおいて、ＯＢＪは物体面（光源１１）、Ｓ１はダミー面、Ｓ２は仮想絞り面、Ｓ３はダミー面、Ｓ４はビームスプリッタＢＳの光入射面、Ｓ５は固定鏡Ｍ１の反射面、Ｓ６は固定鏡Ｍ２の反射面、Ｓ７は固定鏡Ｍ３の反射面、Ｓ８は固定鏡Ｍ４の反射面、Ｓ９はビームスプリッタＢＳの光射出面、Ｓ１０は集光光学系１６の入射面、ＩＭＧは像面をそれぞれ指す。

RDY THI RMD GLA
OBJ: INFINITY INFINITY
S1: INFINITY 0.000000
S2: INFINITY 0.000000
S3: INFINITY 0.000000
S4: INFINITY 0.000000 REFL
XDE: 0.000000 YDE: -20.000000 ZDE: 20.000000 GLB G3
ADE: 45.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
S5: INFINITY 0.000000 REFL
XDE: 0.000000 YDE: -10.000000 ZDE: 0.000000 GLB G3
ADE: 45.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
S6: INFINITY 0.000000 REFL
XDE: 0.000000 YDE: -10.000000 ZDE: 20.000000 GLB G3
ADE: 22.500000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
S7: INFINITY 0.000000 REFL
XDE: 0.000000 YDE: -20.000000 ZDE: 10.000000 GLB G3
ADE: 67.500000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
S8: INFINITY 0.000000 REFL
XDE: 0.000000 YDE: 0.000000 ZDE: 10.000000 GLB G3
ADE: 45.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
S9: INFINITY 0.000000 REFL
XDE: 0.000000 YDE: 0.000000 ZDE: 0.000000 GLB G4
ADE: 0.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
S10: INFINITY 2.500000
XDE: 0.000000 YDE: 0.000000 ZDE: 0.000000 GLB G3
ADE: 90.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000
IMG: INFINITY 0.000000

上記の構成において、上記の構成において、ビームスプリッタＢＳから離間した位置でビームスプリッタＢＳを回転させた場合の、透過光Ｔと反射光Ｒの光路長差Ｌと、透過光Ｔと反射光Ｒとの光軸の平行ずれＣとを表２に示す。また表２には、ビームスプリッタＢＳへの入射光束の中心位置でビームスプリッタＢＳを回転させた場合を比較例として示した。尚、表２の回転中心Ｙ、Ｚ及びＢＳＸ軸回転θの定義は表１での説明と同じである。

表２の実施例２Ａでは、光路長差Ｌが比較例２と略同じになるようにビームスプリッタＢＳを回転させているが、この場合には、光軸ずれＣは比較例２に対して小さくなり、干渉光を生成する光量の低下を抑えられる。

実施例２Ｂでは、光軸ずれＣが比較例２と略同じになるようにビームスプリッタＢＳを回転させているが、この場合には、光路長差Ｌは比較例２に対して大きくなり、測定精度が向上する。

実施例２Ｃでは、光路長差Ｌが比較例２と略同じになるように設定しているが、この場合には、ビームスプリッタＢＳの回転角が比較例２に対して小さくなり、圧電素子等の駆動機構１８の構成が簡単なものとなる。

本発明は、コモンパス型の干渉計、及びその干渉計にて得られた干渉縞をフーリエ変換する分光装置に利用することができる。

１分光装置
２干渉計
３演算部
４出力部
１１光源
１２コリメータ光学系
１６集光光学系
１７検出器
１８駆動機構
ＢＳビームスプリッタ
Ｍ１〜Ｍ４固定鏡（ミラー）
Ｒ反射光
Ｓ試料
Ｔ透過光
Ｘ回転軸

Claims

光源と、前記光源からの光を平行光に変換するコリメータ光学系と、該平行光を透過光と反射光に分離して偶数個の固定鏡に導くとともに、前記偶数個の固定鏡にて互いに逆方向の光路に反射された透過光と反射光とを合成して出射するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタにて合成され出射された光を集光する集光光学系と、前記集光光学系にて集光された光を受光する検出器とを備え、
前記ビームスプリッタは、前記ビームスプリッタから離間した回転軸の回りに回転することを特徴とする干渉計。
前記ビームスプリッタが平行光を分離する面の接線上に前記回転軸が配置されることを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
前記偶数個の固定鏡が配置される側に前記回転軸が設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の干渉計。
前記偶数個の固定鏡は二つのミラーからなり、前記ビームスプリッタとともに三角形状の光路を形成することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の干渉計。
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の干渉計を備える分光装置。