JP2013513112A - ファブリーペローフーリエ変換分光計 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図4
Description
ル画像解析のための空間的に可変のエタロン)」と題された米国仮特許出願第61/283,519号、並びに2010年5月17日に出願され「A FABRY-PEROT INTERFEROMETER
WITH A SPATIALLY VARIABLE RESONANCE GAP EMPLOYED AS A FOURIER TRANSFORM SPECTROMETER(フーリエ変換分光計として用いられる、空間的に可変の共振ギャップを伴うファ
ブリーペロー干渉計)」と題された米国仮特許出願第61/345,549号の、優先権を主張する。
渉計を使用して入力光から干渉縞を形成することと、干渉縞の画像を捉えるためにファブリーペロー干渉計に対して位置決めされた検出器を使用して、干渉縞画像を形成することであって、検出器は、複数の検出素子を含み、検出器に直交する光軸を定めている、ことと、光のスペクトル成分に関する情報を決定するために、プロセッサを使用して、干渉縞画像を処理することとを含み、ファブリーペロー干渉計は、光に対して一部透過性で且つ一部反射性である第1及び第2の光学表面を含み、第1及び第2の光学表面は、それらの間に共振空洞を形成し、第1の光学表面と第2の光学表面との間の距離は、光軸に直交する第1の横方向に空間的に可変であり、干渉縞画像は、ファブリーペロー干渉計の特性が意図的に変更されない期間中に捉えられる。
11によって平行化されて平行入力ビーム212を形成する。この平行ビームは、図1に関連して上述されたように、2つの光学表面間に空間的に不変のギャップを有するファブリーペロー干渉計200に入射する。干渉計200における光学表面が平行であることによって、出力ビーム214における干渉縞は、検出画面(この場合は平行入力ビーム212)全体にわたって均一になる。これは、検出器における強度218をx方向における検出器上の位置の関数としてグラフ表示したプロット216に示されている。線218から明らかなように、関数l(x)は、ファブリーペロー干渉計200の場合は定数に等しく、角度θは、平行入力ビーム212の場合は一定であるので、検出器における強度もまた、方程式(1)及び(2)のそれぞれにおいてx方向に一定である。
れは、様々なやり方で達成することができ、そのうちの2つが、図4及び図5に示されている。
又は第2の光学表面454、458は、滑らかである、不連続である、尖っているなどであってよい。
プは、少なくとも1つの方向に空間的に変化する。具体的には、図4に示された実施形態では、ギャップは、縦のz方向及び光軸466に直角なx方向に変化する。第1の光学表面454と第2の光学表面458との間のギャップは、その他の方向にも同様に変化することができる。例えば、ギャップ462は、例えば、x方向に加えてy方向にも変化してよい。このような実施形態では、ファブリーペロー干渉計420によって形成される干渉縞は、光源のスペクトル成分を複数方向に分解可能にするように、複数方向に形成された縞を有することができる。一部の実施形態では、ギャップ幅の変化は、光軸466を中心に対称性であるが、これは、必須ではない。
例えば球面状又は非球面状であってもよい。
ロー干渉計620に光学的に接触するように配することができる。一部の実施形態では、ベイヤーフィルタ若しくはその他フィルタマスクなどのフィルタ、又はその他の光学素子を、ファブリーペロー干渉計620と検出器640との間に追加で提供することができる。
、光収集光学系(例えば670)の結像面において使用される。画像内の各点は、撮像光学系に依存する角度範囲内の様々な角度から集まった光線で形成される。このような実施形態では、ファブリーペロー干渉計(例えば620)における光の結像は、検出器配列(例えば640)内の1つの画素に最終的に入射する光を、様々な角度でファブリーペロー干渉計(例えば620)を横断したものにする。干渉計によって形成された干渉縞の縞周期は、光が干渉計を横断する角度の関数であるので、これは、干渉縞に影響を及ぼす。
に発生し、
うゲルマニウムファブリーペローエタロンについて、分解能1410を入力光の有効F値の関数として示したプロットの例1400である。ゲルマニウムの高屈折率は、達成可能な分解能に対して強力な効果をもたらす。もちろん、ゲルマニウム以外のその他の材料も、空気で満たされたギャップと比べて機器の分解能を向上させるために使用できるだろう。
ラストを高めるために暗い背景を使用して、透過率ではなく反射率の観点から観察された。干渉計によって形成された干渉縞は、狭スペクトル線を放射する蛍光源によって可能にされた鮮やかな色と、十分に分離された縞とによって、はっきり見ることができた。干渉縞の画像が捉えられた。縞の輪郭が抽出され、線形化され、次いで、図13に示されたスペクトルを生成するためにスペクトル領域に変換された。破線1520は、ランバート面から反射されて市販の回折格子分光計によって測定された蛍光源の放射輝度スペクトルを示している。実線1510は、空間的に変化するギャップを有するファブリーペロー干渉計を伴う実験版のフーリエ変換分光計を使用して測定されたスペクトルを示している。具体的には、実線1510は、干渉計において観察されてレーザ源によって校正された線形縞模様のフーリエ変換を示している。分解能は比較的低いが、蛍光源のスペクトル線は分解された。
f/1.4 IRカメラレンズを使用して市販のマイクロボロメータアレイカメラ上に結像された。黒体源によって得られた縞模様は、図15に示されている。
入射角の範囲に由来するヌルを示している。ヌルは、使用されたf/1.4入力ビームと一致した。縞期間は、位置に対して線形である。
される。
Claims (28)
- フーリエ変換分光計であって、
入力光を使用して干渉縞を形成するためのファブリーペロー干渉計と、
前記干渉縞の画像を捉えるために前記ファブリーペロー干渉計に対して位置決めされた検出器であって、複数の検出素子を含み、前記検出器に直交する光軸を定めている検出器と、
前記検出器に通信可能につながれ、前記光のスペクトル成分に関する情報を決定するために前記干渉縞画像を処理するように構成されたプロセッサと、
を備え、
前記ファブリーペロー干渉計は、前記光に対して一部透過性で且つ一部反射性である第1及び第2の光学表面を含み、前記第1及び第2の光学表面は、それらの間に共振空洞を形成し、前記第1の光学表面と前記第2の光学表面との間の距離は、前記光軸に直交する第1の横方向に空間的に可変である、フーリエ変換分光計。 - 請求項1に記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第1及び第2の光学表面は、互いに対して固定されている、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし2のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第1及び第2の光学表面は、前記第1の横方向に滑らかに変化する傾斜を有する、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第1の光学表面と前記第2の光学表面との間の前記距離は、前記光軸及び前記第1の横方向に直交する第2の横方向に可変である、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第1の光学表面と前記第2の光学表面との間の前記距離は、前記共振空洞の少なくとも一部分において、前記第1の横方向に実質的に線形に変化する、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第1及び第2の光学表面の少なくとも1つは、実質的に平面状である、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし6のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第1及び第2の光学表面の少なくとも1つは、角度をなして合流する2つ又は3つ以上の部分を含む、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし7のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第1及び第2の光学表面の少なくとも1つは、頂点領域で合流する少なくとも第1及び第2の実質的に平面状の部分を含むプリズムを含む、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし8のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第1及び第2の光学表面の少なくとも1つは、レンズの表面を含む、フーリエ変換分光計。 - 請求項9に記載のフーリエ変換分光計であって、
前記レンズは、円柱レンズである、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし10のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第1の光学表面と前記第2の光学表面との間の前記距離は、前記ファブリーペロー干渉計の中心領域において相対的最小値を有する、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし11のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第1の光学表面と前記第2の光学表面との間の前記距離は、前記ファブリーペロー干渉計の周縁領域において相対的最小値を有する、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし12のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第1及び第2の光学表面は、1つ又は2つ以上の物理的接触点において互いに物理的に接触している、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし13のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第1及び第2の光学表面は、前記第1の光学表面と前記第2の光学表面との間の光学距離が実質的にゼロである1つ又は2つ以上の光学的接触点において互いに光学的に接触している、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし14のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第1の光学表面と前記第2の光学表面との間の前記領域は、真空、気体、又は液体を含む、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし15のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第1の光学表面と前記第2の光学表面との間の前記領域は、固体材料を含む、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし16のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第1及び第2の光学表面は、約20〜60%の範囲の反射率を有する、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし17のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第1及び第2の光学表面は、約40%の反射率を有する、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし18のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、更に、
前記干渉縞を前記ファブリーペロー干渉計から前記検出器へ中継するための光学系を備えるフーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし19のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記検出器は、前記干渉縞を前記検出器へ中継するための光学系を伴うことなく前記干渉縞画像を捉えられるように、前記ファブリーペロー干渉計に隣接して位置決めされる、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし20のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、更に、
前記入力光を光源から集めて前記ファブリーペロー干渉計へ伝送するための光収集光学系を備えるフーリエ変換分光計。 - 請求項21に記載のフーリエ変換分光計であって、
前記光収集光学系は、前記ファブリーペロー干渉計において前記光源の画像を形成するように構成される、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし22に記載のフーリエ変換分光計であって、
前記プロセッサは、前記干渉縞画像を前記空間領域から前記周波数領域へ変換するように構成される、フーリエ変換分光計。 - 請求項23に記載のフーリエ変換分光計であって、
前記プロセッサは、フーリエ変換、又は非正弦波ベースの関数を使用した変換を、前記干渉縞画像に対して実施するように構成される、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし24のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第1及び第2の光学表面は、コーティングされていない、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし25のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記複数の検出素子は、一次元の線形配列の形で配置される、フーリエ変換分光計。 - 請求項1ないし26のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記複数の検出素子は、二次元の平面配列の形で配置される、フーリエ変換分光計。 - 入力光のスペクトル成分を決定する方法であって、
ファブリーペロー干渉計を使用して、入力光から干渉縞を形成することと、
前記干渉縞の画像を捉えるために前記ファブリーペロー干渉計に対して位置決めされた検出器を使用して、干渉縞画像を形成することであって、前記検出器は、複数の検出素子を含み、前記検出器に直交する光軸を定めている、ことと、
前記光のスペクトル成分に関する情報を決定するために、プロセッサを使用して、前記干渉縞画像を処理することと、
を備え、前記ファブリーペロー干渉計は、光に対して一部透過性で且つ一部反射性である第1及び第2の光学表面を含み、前記第1及び第2の光学表面は、それらの間に共振空洞を形成し、前記第1の光学表面と前記第2の光学表面との間の距離は、前記光軸に直交する第1の横方向に空間的に可変であり、
前記干渉縞画像は、前記ファブリーペロー干渉計の特性が意図的に変更されない期間中に捉えられる、方法。
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