JP2014106111A - Spectroscopic device and fourier transformation spectroscopic analyzer - Google Patents

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正寿 米村
Satoru Kato
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To acquire an interferogram with an inexpensive configuration.SOLUTION: Incident light is received by a plurality of light receiving elements of a detector array 16 via a polarizing plate 12A, a plurality of birefringence regions 14A having different lengths in an optical axis direction and formed inside a birefringent part 14, which is a transparent member, and a polarizing plate 12B. By the detector array 16, a signal output from the plurality of receiving elements is output as information showing an interferogram. By a computing unit 18, the interferogram expressed by the signal output from the detector array 16 is Fourier-transformed.

Description

本発明は、分光装置及びフーリエ変換分光分析装置に係り、特に、入射された光からインターフェログラムを得るための分光装置及びフーリエ変換分光分析装置に関する。   The present invention relates to a spectroscopic device and a Fourier transform spectroscopic analysis device, and more particularly to a spectroscopic device and a Fourier transform spectroscopic analysis device for obtaining an interferogram from incident light.

従来より、分割複屈折素子とレンズによって固体撮像素子上にインターフェログラムを得るフーリエ変換分光装置が知られている(特許文献1)。このフーリエ変換分光装置では、複屈折結晶板を用いて、インターフェログラムの中心(位相差0の位置)をずらし、インターフェログラムの中心をずらすことで測定分解能の向上を達成している。   2. Description of the Related Art Conventionally, a Fourier transform spectroscopic device that obtains an interferogram on a solid-state imaging device using a split birefringence element and a lens is known (Patent Document 1). In this Fourier transform spectroscopic device, using a birefringent crystal plate, the center of the interferogram (position of phase difference 0) is shifted, and the center of the interferogram is shifted to improve the measurement resolution.

また、入射光の直交する二成分間に位相差を与えるために液晶セルを使用し、印加する電圧の大きさで様々な位相差の状態を作り出す分光装置が知られている(特許文献2)。   In addition, a spectroscopic device that uses a liquid crystal cell to create a phase difference between two orthogonal components of incident light and creates various phase difference states depending on the magnitude of the applied voltage is known (Patent Document 2). .

また、フーリエ変換分光器は、回折格子を用いた分光器と比べて、光の利用効率が高いので信号対雑音比が高いことや、広い波長帯域の測定が可能である等の利点を有しており、分析装置等で実用化されている。一般的なフーリエ変換分光器ではマイケルソン干渉計を使って、2光路に分けた光の光路差を変えて干渉させた際に生じる「インターフェログラム」という光強度の波形をフーリエ変換することによって光の波長スペクトルを得ることができる。しかし、マイケルソン干渉計の組み立てには精密さが必要であり、機械的に可動する機構も必要であるため、大型で高価なものとなる。一方、機械的な可動部を持たない小型のフーリエ変換分光器として、複屈折性を持った複屈折プリズムを使用した方式が提案されている(非特許文献1)。この方式では、複屈折プリズムにより、入射する光の直交する直線偏光二成分間に様々な量の位相差を与え、検光子で干渉させて得られる光強度の波形をインターフェログラムとしている。   In addition, the Fourier transform spectrometer has advantages such as a high signal-to-noise ratio due to its high light utilization efficiency and a wide wavelength band measurement, compared to a spectrometer using a diffraction grating. It has been put to practical use in analyzers and the like. In a general Fourier transform spectrometer, a Michelson interferometer is used to Fourier transform the waveform of the light intensity called “interferogram” that is generated when the optical path difference between the two optical paths is changed. A wavelength spectrum of light can be obtained. However, the assembly of the Michelson interferometer requires precision and requires a mechanically movable mechanism, which makes it large and expensive. On the other hand, a system using a birefringent prism having birefringence has been proposed as a small Fourier transform spectrometer having no mechanical movable part (Non-patent Document 1). In this method, a birefringent prism gives various amounts of phase difference between two orthogonally polarized light components of incident light, and a waveform of light intensity obtained by interference with an analyzer is used as an interferogram.

特開平7−27613号公報JP-A-7-27613 特開2005−31007号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-31007

G.Boer, et.al.,“Compact static fourier transform spectrometer with a large field of view based on liquid−crystal technology”,Appl.Opt.,41,1400(2002)G. Boer, et. al. , “Compact static Fourier Transform Spectrometer with a large field of view based on liquid-technology”, Appl. Opt. , 41,1400 (2002)

上記特許文献1に記載の技術では、レンズを使用しているため、光軸調整の精密さを必要とし、光検出器の所定の位置にインターフェログラムの中心を合わせることが難しい、という問題がある。また、固体撮像素子上の面におけるインターフェログラムのスケールと撮像素子のサイズや数を合わせるためには、各部品の仕様を厳密に合わせる必要があり、部品選択の自由度が低くなる、という問題がある。   In the technique described in Patent Document 1, since a lens is used, the precision of optical axis adjustment is required, and it is difficult to center the interferogram at a predetermined position of the photodetector. is there. In addition, in order to match the size and number of image sensors with the scale of the interferogram on the surface on the solid-state image sensor, it is necessary to strictly match the specifications of each part, which reduces the degree of freedom in selecting parts. There is.

また、上記特許文献2に記載の技術では、液晶を駆動するのに電力を必要とし、液晶セルへの配線等で組立が複雑になり高価になる、という問題がある。   Further, the technique described in Patent Document 2 requires power to drive the liquid crystal, and there is a problem that the assembly becomes complicated and expensive due to wiring to the liquid crystal cell.

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、安価な構成で、インターフェログラムを得ることができる分光装置及びフーリエ変換分光分析装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a spectroscopic device and a Fourier transform spectroscopic analysis device that can obtain an interferogram with an inexpensive configuration.

上記の目的を達成するために本発明に係る分光装置は、入射された光を第1方向に偏光する第1偏光板と、前記第1偏光板によって偏光された光を透過するように配置されると共に、前記光の入射方向に対応する光軸方向の長さが異なる複数の複屈折性を示す領域が、前記光軸方向から見て1次元または2次元に配列されるように内部に形成された透明部材と、前記透明部材を透過した光が入射されるように配置されると共に、前記入射された光を第2方向に偏光する第2偏光板と、前記第2偏光板によって偏光された光を受光し、かつ、前記複数の複屈折性を示す領域に対応して配列された複数の受光素子を備え、インターフェログラムを表す情報として、前記複数の受光素子により出力される信号を出力する光検出部と、を含んで構成されている。   In order to achieve the above object, a spectroscopic device according to the present invention is arranged to transmit incident light polarized in the first direction and light polarized by the first polarizing plate. In addition, a plurality of birefringent regions having different lengths in the optical axis direction corresponding to the light incident direction are formed inside so as to be arranged one-dimensionally or two-dimensionally when viewed from the optical axis direction. The transparent member is disposed so that light transmitted through the transparent member is incident thereon, and is polarized by the second polarizing plate that polarizes the incident light in a second direction. A plurality of light receiving elements arranged corresponding to the plurality of regions exhibiting birefringence, and signals output from the plurality of light receiving elements as information representing an interferogram And an output light detection unit. To have.

本発明に係る分光装置によれば、入射された光が、第1偏光板、透明部材の内部に形成された、光軸方向の長さが異なる複数の複屈折性を示す領域、及び第2偏光板を介して、光検出部の複数の受光素子によって受光され、光検出部によって、インターフェログラムを表す情報として、複数の受光素子により出力される信号を出力する。   According to the spectroscopic device of the present invention, the incident light is formed in the first polarizing plate, the transparent member, the plurality of regions having different birefringence in the optical axis direction, and the second The light is received by the plurality of light receiving elements of the light detection unit through the polarizing plate, and the light detection unit outputs signals output by the plurality of light receiving elements as information representing the interferogram.

このように、光軸方向の長さが異なる複数の複屈折性を示す領域を内部に形成した透明部材を用いて、インターフェログラムを表す情報が得られるため、安価な構成で、インターフェログラムを得ることができる。   In this way, since the information representing the interferogram can be obtained by using the transparent member in which a plurality of birefringent regions having different lengths in the optical axis direction are formed, the interferogram can be obtained with an inexpensive configuration. Can be obtained.

本発明に係る前記複数の複屈折性を示す領域は、前記光軸方向から見て2次元に配列されて前記透明部材の内部に形成されるようにすることができる。これによって、測定分解能と測定波長範囲を低下させずに、開口数を小さくすることができ、斜めに入射する光の影響を低減させることができる。   The plurality of regions exhibiting birefringence according to the present invention may be arranged in a two-dimensional manner when viewed from the optical axis direction and formed inside the transparent member. Accordingly, the numerical aperture can be reduced without reducing the measurement resolution and the measurement wavelength range, and the influence of obliquely incident light can be reduced.

本発明に係る前記複屈折性を示す領域は、光学主軸の向きが、前記第1偏光板の透過軸に対して45度の方向となるように形成されることができる。   The region exhibiting birefringence according to the present invention may be formed such that the direction of the optical principal axis is 45 degrees with respect to the transmission axis of the first polarizing plate.

本発明では、前記複数の複屈折性を示す領域と光結合するように、前記光軸方向に延びる複数の導波路を、前記透明部材の内部の前記複屈折領域より入射側及び出射側の少なくとも一方に形成するようにすることができる。これによって、斜めに入射する光の影響を低減して、光の利用効率を高めることができる。   In the present invention, the plurality of waveguides extending in the optical axis direction are coupled at least to the incident side and the emission side from the birefringent region inside the transparent member so as to be optically coupled to the plurality of regions exhibiting birefringence. One can be formed. As a result, it is possible to reduce the influence of obliquely incident light and increase the light utilization efficiency.

本発明に係る前記透明部材は、内部に、前記光軸方向の長さが異なる複屈折性を示す領域が前記光軸方向から見て1次元または2次元に複数配列されて形成されると共に、前記光軸方向の長さが異なる、前記複屈折性を示す領域と光学主軸の方向が90度異なる複屈折性を示す領域が、前記光軸方向から見て1次元または2次元に複数配列されて形成されるようにすることができる。   The transparent member according to the present invention is formed with a plurality of one-dimensionally or two-dimensionally arranged regions showing birefringence having different lengths in the optical axis direction as viewed from the optical axis direction. A plurality of regions having a birefringence different in length in the optical axis direction and a region having birefringence different from the optical principal axis by 90 degrees are arranged in one or two dimensions as viewed from the optical axis direction. Can be formed.

本発明に係る前記透明部材の内部に、前記光軸方向の長さが異なる複屈折性を示す領域が、前記光軸方向から見て1次元または2次元に複数配列されて形成されると共に、前記複数の複屈折性を示す領域と光結合するように、前記光軸方向の長さが異なる、前記複屈折性を示す領域と光学主軸の方向が90度異なる複屈折性を示す領域が、前記光軸方向から見て1次元または2次元に複数配列されて形成されるようにすることができる。   In the transparent member according to the present invention, a plurality of regions having birefringence having different lengths in the optical axis direction are formed by being arranged in a one-dimensional or two-dimensional manner when viewed from the optical axis direction, The region showing the birefringence is different from the region showing the birefringence, and the region showing the birefringence differs from the direction of the optical principal axis by 90 degrees so as to optically couple with the plurality of regions showing birefringence. A plurality of one-dimensional or two-dimensional arrays can be formed as viewed from the optical axis direction.

本発明に係るフーリエ変換分光分析装置は、上記の分光装置と、前記光検出部により出力された信号で表されるインターフェログラムをフーリエ変換する演算部と、を含んで構成されている。   A Fourier transform spectroscopic analysis apparatus according to the present invention includes the spectroscopic apparatus described above, and an arithmetic unit that Fourier transforms an interferogram represented by a signal output from the light detection unit.

以上説明したように、本発明の分光装置及びフーリエ変換分光分析装置によれば、光軸方向の長さが異なる複数の複屈折性を示す領域を内部に形成した透明部材を用いて、インターフェログラムを表す情報が得られるため、安価な構成で、インターフェログラムを得ることができる、という効果が得られる。   As described above, according to the spectroscopic device and the Fourier transform spectroscopic analysis device of the present invention, an interferometer is formed using a transparent member in which a plurality of birefringent regions having different lengths in the optical axis direction are formed. Since information representing a gram can be obtained, an interferogram can be obtained with an inexpensive configuration.

本発明の第1の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the Fourier-transform spectroscopy analyzer which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 複屈折領域を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating a birefringent area | region. 規格化された検出光量と位相差との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the standardized detection light quantity and phase difference. 本発明の第1の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置の複屈折部品の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the birefringent component of the Fourier-transform spectroscopic analyzer which concerns on the 1st Embodiment of this invention. リターダンスと検出光量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a retardance and a detected light quantity. (A)レーザ光照射時の透明材料を示す図、及び(B)レーザ光照射後の透明材料を示す図である。It is a figure which shows the transparent material at the time of (A) laser beam irradiation, and (B) is a figure which shows the transparent material after laser beam irradiation. (A)レーザ光照射時の透明材料を示す図、及び(B)複屈折領域の光学主軸方向を示す図である。(A) The figure which shows the transparent material at the time of laser beam irradiation, (B) The figure which shows the optical principal axis direction of a birefringent area | region. (A)レーザ光を光軸方向へ走査する様子を示す図、及び(B)レーザ光をXY面方向へ走査する様子を示す図である。(A) It is a figure which shows a mode that a laser beam is scanned to an optical axis direction, (B) It is a figure which shows a mode that a laser beam is scanned to an XY plane direction. 本発明の第2の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置の複屈折部品の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the birefringent component of the Fourier-transform spectroscopy analyzer which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置の複屈折部品の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the birefringent component of the Fourier-transform spectroscopy analyzer which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 複屈折領域と光学主軸の方向が90度異なる複屈折領域とを示す断面図である。It is sectional drawing which shows a birefringent area | region and the birefringent area | region from which the direction of an optical principal axis differs 90 degree | times. リターダンスと検出光量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a retardance and a detected light quantity. 本発明の第4の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置の複屈折部品の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the birefringent component of the Fourier-transform spectroscopy analyzer which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置の複屈折部品の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the birefringent component of the Fourier-transform spectroscopy analyzer which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態の他の例に係るフーリエ変換分光分析装置の複屈折部品の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the birefringent component of the Fourier-transform spectroscopic analyzer which concerns on the other example of the 5th Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に示すように、第1の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置10は、2枚の偏光板12A、12Bと、複屈折領域14Aを形成した部品(以下、[複屈折部品」と呼ぶ)14と、検出器アレイ16と、演算器18とを備えている。図では説明のために各部品を光軸方向(z方向)に離して描いているが、実際には近接させる。   As shown in FIG. 1, the Fourier transform spectroscopic analysis apparatus 10 according to the first embodiment includes two polarizing plates 12A and 12B and a component in which a birefringent region 14A is formed (hereinafter referred to as “birefringent component”). 14), a detector array 16, and a calculator 18. In the figure, for the sake of explanation, each component is drawn apart in the direction of the optical axis (z direction), but in actuality, they are close to each other.

偏光板12Aは、入射された光を所定の方向(第1の方向)に偏光する。偏光板12Bは、複屈折部品14を透過した光が入射されるように配置されると共に、入射された光を所定の方向(第2の方向)に偏光する。   The polarizing plate 12A polarizes incident light in a predetermined direction (first direction). The polarizing plate 12B is arranged so that the light transmitted through the birefringent component 14 is incident, and polarizes the incident light in a predetermined direction (second direction).

偏光板12A、12Bは市販の偏光フィルタを用いれば良く、測定したい入射光の波長スペクトル範囲に対して必要な偏光特性(消光比)が得られれば良い。上記図1では2枚の偏光板12A、12Bの透過軸を平行にしているが、偏光板12A、12Bの透過軸が直交であってもよい。   As the polarizing plates 12A and 12B, commercially available polarizing filters may be used, as long as the necessary polarization characteristics (extinction ratio) are obtained with respect to the wavelength spectrum range of incident light to be measured. In FIG. 1, the transmission axes of the two polarizing plates 12A and 12B are made parallel, but the transmission axes of the polarizing plates 12A and 12B may be orthogonal.

複屈折部品14は、透明材料で形成されており、偏光板12Aによって偏光された光が透過するように配置される。複屈折部品14の内部には、後述の作製方法を用いて、光の入射方向に対応する光軸方向の長さ(作用長)を変えてリターダンスの異なった複数の複屈折領域14Aが形成されており、当該複数の複屈折領域14Aが、光軸方向と交差する方向に配列されている。   The birefringent component 14 is made of a transparent material, and is arranged so that light polarized by the polarizing plate 12A is transmitted. A plurality of birefringent regions 14A having different retardances are formed in the birefringent component 14 by changing the length (action length) in the optical axis direction corresponding to the incident direction of light, using a manufacturing method described later. The plurality of birefringent regions 14A are arranged in a direction crossing the optical axis direction.

複屈折部品14の透明材料としては、石英ガラスなどの各種ガラスのほかに透明アクリルなども使用できる。   As a transparent material for the birefringent component 14, transparent acrylic or the like can be used in addition to various glasses such as quartz glass.

検出器アレイ16は、偏光板12Bによって偏光された光を受光し、かつ、複数の複屈折領域14Aに対応して配列された複数の受光素子を備えている。検出器アレイ16としては、固体撮像素子を用いるのが良く、CCDやCMOSなどの撮像素子が使用できる。なお、上記図1では、説明のために、複屈折領域14Aの数と受光素子のアレイの数を5個で示しているが、後述するように実際には必要な測定分解能や測定したい波長範囲に合わせて増やす必要がある。複屈折領域の断面の大きさは、各受光素子の大きさに合わせて作製すれば良く、後述する図8(B)で示すようにスポット位置を走査すれば大きな領域を作ることも可能であるが、後述する図8(A)に示すように光軸方向の走査のみで一つの領域を作製することが簡便であり好ましい。この際、レーザ光のスポット径を調節することで、複屈折領域14Aの直径を1μmから10μm程度の範囲で制御可能である。従って、各受光素子の大きさはこの程度のものを選べば良く、この大きさは市販されている固体撮像素子において一般的なものである。なお、複屈折領域14Aは必ずしも図のように分離している必要はなく、レーザ光を走査して領域を形成する際に隣の領域と繋がってしまっても構わない。入射光が複屈折部品14を通過した際に、通過した位置に対してそれぞれ必要な量のリターダンスを得られれば良い。   The detector array 16 includes a plurality of light receiving elements that receive the light polarized by the polarizing plate 12B and are arranged corresponding to the plurality of birefringent regions 14A. As the detector array 16, a solid-state image sensor is preferably used, and an image sensor such as a CCD or CMOS can be used. In FIG. 1, for the sake of explanation, the number of birefringent regions 14A and the number of light receiving element arrays are shown as five. However, as will be described later, actually required measurement resolution and wavelength range to be measured are shown. It is necessary to increase according to. The cross-sectional size of the birefringent region may be made according to the size of each light receiving element, and a large region can be made by scanning the spot position as shown in FIG. 8B described later. However, as shown in FIG. 8A, which will be described later, it is convenient and preferable to produce one region only by scanning in the optical axis direction. At this time, the diameter of the birefringent region 14A can be controlled in the range of about 1 μm to 10 μm by adjusting the spot diameter of the laser beam. Therefore, the size of each light receiving element may be selected to this extent, and this size is common in commercially available solid-state image sensors. The birefringent region 14A is not necessarily separated as shown in the figure, and may be connected to an adjacent region when the region is formed by scanning the laser beam. When the incident light passes through the birefringent component 14, it is only necessary to obtain a necessary amount of retardance for each of the passing positions.

図2の断面図に示すように、複屈折領域14Aの光学主軸(進相軸Fと遅相軸S)の向きは入射側偏光板の透過軸(y方向)に対して45度の方向にすると良い。これによって複屈折領域14Aの進相軸方向と遅相軸方向の二成分が等しい光量となる。なお、図中で光軸主軸方向を明示していない他の複屈折領域14Aも同じとする。ここで、複屈折領域14Aを通過した光の上記二成分間に位相差Δθが生じると、受光素子で検出される規格化された光量Iとの関係は、次の(1)式で表される。   As shown in the cross-sectional view of FIG. 2, the direction of the optical principal axis (the fast axis F and the slow axis S) of the birefringent region 14A is 45 degrees with respect to the transmission axis (y direction) of the incident side polarizing plate. Good. As a result, the two components in the fast axis direction and the slow axis direction of the birefringent region 14A have the same amount of light. The same applies to the other birefringent regions 14A in which the optical axis principal axis direction is not clearly shown in the drawing. Here, when a phase difference Δθ occurs between the two components of the light that has passed through the birefringent region 14A, the relationship with the normalized light amount I detected by the light receiving element is expressed by the following equation (1). The

I=cos(Δθ/2)=(1+cosΔθ)/2 ・・・(1) I = cos 2 (Δθ / 2) = (1 + cos Δθ) / 2 (1)

なお、リターダンスRと位相差Δθの関係はΔθ=2π・R/λであり、λは波長である。つまり、ある量のリターダンス(ここでは、複屈折領域を通過した光の進相軸と遅相軸方向の二成分間に生じる光路差とする)が生じる複屈折領域を光が通過すると、波長が短いほど大きな位相差が生じる。仮に、測定したい波長域の中のある単一波長(ここでは基準波長と呼ぶ)の光が図2のそれぞれの複屈折領域14Aを通過して、それぞれに生じる位相差Δθが図2中に示すように0〜2πであるとすると、それぞれの受光素子で検出される光量Iは、上記(1)式に従い、図3の実線で示した曲線上における丸印で示した値に相当する。一方、仮に基準波長の2/3倍の波長の光が上記複屈折領域14Aを通過した場合、分散の影響を一旦無視すると、位相差Δθの値は、3/2倍となるので、上記図3中の点線で示した曲線上における四角印で示した値に相当する。従って、複屈折部品14の各複屈折領域14Aを通過した光の波長に応じて、各受光素子で検出される光量Iの分布が、周波数の異なる正弦波(又は余弦波)上の点となり、これらの値を演算器18で離散フーリエ変換することで、入射された光の元の波長を求めることができる。複数の波長が含まれていた光が通過した場合はそれぞれの光量Iの分布が重畳した状態(インターフェログラム)になるので、演算器18によりフーリエ変換をすると波長スペクトルを求めることができる。フーリエ変換処理を行う演算器18は検出器アレイ16と集積化されていることが好ましい。これは、CMOSにおいて容易に実現できる。   The relationship between the retardance R and the phase difference Δθ is Δθ = 2π · R / λ, and λ is the wavelength. In other words, when light passes through a birefringent region where a certain amount of retardance (here, the optical path difference generated between the two components in the fast axis and slow axis directions of the light that has passed through the birefringent region) occurs, A shorter phase causes a larger phase difference. Temporarily, light of a single wavelength (referred to as a reference wavelength here) in a wavelength range to be measured passes through each birefringent region 14A in FIG. 2, and the phase difference Δθ generated in each region is shown in FIG. Thus, when it is 0 to 2π, the light quantity I detected by each light receiving element corresponds to the value indicated by a circle on the curve shown by the solid line in FIG. 3 according to the above equation (1). On the other hand, if light having a wavelength 2/3 times the reference wavelength passes through the birefringent region 14A, the value of the phase difference Δθ becomes 3/2 times once the influence of dispersion is ignored. This corresponds to the value indicated by the square mark on the curve indicated by the dotted line in FIG. Therefore, according to the wavelength of the light that has passed through each birefringent region 14A of the birefringent component 14, the distribution of the light quantity I detected by each light receiving element becomes a point on a sine wave (or cosine wave) having a different frequency, The original wavelength of the incident light can be obtained by subjecting these values to discrete Fourier transform by the calculator 18. When light including a plurality of wavelengths passes, the distribution of the respective light amounts I is superposed (interferogram), so that the wavelength spectrum can be obtained by performing Fourier transform by the calculator 18. The computing unit 18 that performs the Fourier transform processing is preferably integrated with the detector array 16. This can be easily realized in CMOS.

ところで、上述したように、実際は複屈折領域14Aと受光素子のアレイの数を増やす必要がある。測定される波長の分解能Δλは次の(2)式で表される。   Incidentally, as described above, it is actually necessary to increase the number of birefringent regions 14A and the array of light receiving elements. The resolution Δλ of the wavelength to be measured is expressed by the following equation (2).

Δλ=λ/Rmax …(2) Δλ = λ 2 / R max (2)

ここで、λは波長、Rmaxは複数の複屈折領域14Aにおけるリターダンスの最大値である。例えば、波長400nm〜800nmが測定可能な分光器を作製する場合、最大波長800nmにおいて市販の小型分光器と同様の分解能14nmを達成するためには、Rmaxは45714nm必要である。後述するように、石英ガラスに作製した複屈折領域では光路長が100μmのとき300nmのリターダンスが得られているため、必要なRmaxを得るためには、15.2nmの光路長を持った複屈折領域を作製すれば良く、これが最も長い複屈折領域となる。また、最も短い波長400nmのインターフェログラム(上記(1)式で表される正弦波波形)の周波数に対して、2倍以上の周波数で光量を検出(サンプリング)する必要がある。従って、隣り合う複屈折領域14A間のリターダンスの差は200nmとなり、Rmaxの値を200nmで割ると、約230となる。つまり、リターダンスが0nmから45714nmまで、200nm間隔で変化する複屈折領域を約230個作製すれば良いことになる。ところで、離散フーリエ変換では、サンプリングされたデータの数が2のN乗であれば高速な処理が可能となるため、今回の場合はNを8として、複屈折領域を256個作製することが好ましい。複屈折領域の光路長Lで言い換えれば、図4に示すように、光路長の間隔を約60μmとして、0mmから15.2nmまでの光路長を持った複屈折領域を作製すれば良い。これらは十分に作製可能な条件である。なお、石英ガラスであっても品種によっては、レーザを照射した際の屈折率変化が大きなものも存在し、そのような材料であれば複屈折領域の光路長をさらに短くすることができる。 Here, λ is the wavelength, and R max is the maximum retardance in the plurality of birefringent regions 14A. For example, when a spectrometer capable of measuring a wavelength of 400 nm to 800 nm is manufactured, R max needs to be 45714 nm in order to achieve a resolution of 14 nm similar to that of a commercially available small-sized spectrometer at a maximum wavelength of 800 nm. As will be described later, in the birefringence region fabricated in quartz glass, a retardance of 300 nm is obtained when the optical path length is 100 μm. Therefore, in order to obtain the required R max , the optical path length was 15.2 nm. A birefringent region may be prepared, and this is the longest birefringent region. Further, it is necessary to detect (sample) the amount of light at a frequency twice or more the frequency of the interferogram having the shortest wavelength of 400 nm (the sine wave waveform expressed by the above equation (1)). Accordingly, the retardance difference between the adjacent birefringent regions 14A is 200 nm, and is approximately 230 when the value of R max is divided by 200 nm. That is, it is only necessary to produce about 230 birefringent regions where the retardance changes from 0 nm to 45714 nm at intervals of 200 nm. By the way, in the discrete Fourier transform, if the number of sampled data is 2 to the Nth power, high-speed processing is possible. In this case, it is preferable that N is 8 and 256 birefringence regions are produced. . In other words, in terms of the optical path length L of the birefringent region, as shown in FIG. 4, the birefringent region having an optical path length from 0 mm to 15.2 nm may be produced with the optical path length interval being about 60 μm. These are conditions that can be sufficiently produced. Note that even quartz glass has a large change in refractive index when irradiated with laser depending on the type, and such a material can further shorten the optical path length of the birefringent region.

ところで、上述したように、屈折率には分散の影響があり、さらに、検出器の感度には波長依存性の影響があるが、これらの影響はフーリエ変換を行った結果を補正すれば取り除くことができる。   By the way, as described above, the refractive index has an influence of dispersion, and further, the sensitivity of the detector has a wavelength-dependent influence. These influences can be removed by correcting the result of Fourier transform. Can do.

また、ある波長分布を持った光が各部品を通過した際に得られるインターフェログラムの模式図を図5に示す。インターフェログラムはリターダンスが0の位置を中心に正と負の方向で対称になる。上記の検出器アレイ16で検出される光量を模式的に表すと、上記図5中の丸印のようになり、リターダンスが正又は負のどちらか一方で光量を検出していることになる。   FIG. 5 shows a schematic diagram of an interferogram obtained when light having a certain wavelength distribution passes through each component. The interferogram is symmetric in the positive and negative directions around the position where the retardance is zero. The amount of light detected by the detector array 16 is schematically shown as a circle in FIG. 5, and the amount of light is detected by either the positive or negative retardance. .

ここで、複屈折部品14の作製方法について説明する。   Here, a method for producing the birefringent component 14 will be described.

自動車分野においては、例えば燃料やオイルの性状把握や、ディスプレイの発色モニタなどで、分光器の利用が可能であれば好ましいが、これまでのものは自動車に搭載できるほどの高安定性、小型化、低コスト化は難しかった。本実施の形態では、複屈折性をもった光学部品をレーザ加工によって作製することで、従来技術の問題点を解決する。   In the automotive field, it is preferable if the spectroscope can be used, for example, for grasping the properties of fuel and oil, and for the color monitor of the display. Cost reduction was difficult. In the present embodiment, the problem of the prior art is solved by manufacturing an optical component having birefringence by laser processing.

レーザ加工の中でも、特に超短パルスレーザを用いた加工技術は、透明材料の内部に加工ができるといった特徴を持ち、例えばガラスの内部に光導波路のような構造を書き込むことができる。これは、パルスが高いピークパワーを持っているため、このパルスをレンズでガラスの内部に集光すると(図6(A)参照)、集光点付近での光強度が極めて高くなって非線形吸収が生じ、材料内部にパルスのエネルギーが蓄積して加工がなされるためである(図6(B)参照)。このとき、加工部の状態は、パルスの照射条件によって異なり、例えばフルーエンス(集光面における単位面積当たりのエネルギー)を変えることで、等方的な屈折率変化を示す領域や複屈折性を示す領域を生じさせることができる。   Among laser processing, a processing technique using an ultrashort pulse laser has a feature that processing can be performed inside a transparent material. For example, a structure such as an optical waveguide can be written inside glass. This is because the pulse has a high peak power, and when this pulse is condensed inside the glass with a lens (see FIG. 6A), the light intensity in the vicinity of the condensing point becomes extremely high, resulting in nonlinear absorption. This is because pulse energy is accumulated in the material and processing is performed (see FIG. 6B). At this time, the state of the processed part varies depending on the irradiation condition of the pulse. For example, by changing the fluence (energy per unit area on the condensing surface), a region showing an isotropic refractive index change or birefringence is shown. An area can be created.

参考文献(M.Beresna,et.al.,“Polarization sensitive elements fabricated by femtosecond laser nanostructuring of glass”,Opt.Materials Express,1,783(2010))では、波長1030nm、パルス幅270fsのパルスを、石英ガラスに適切なフルーエンスで照射することで、複屈折性を示す領域を作製し、300nm以上のリターダンスを得ることが知られている。リターダンスRは複屈折Δn(進相軸方向と遅相軸方向成分の屈折率差)と光路長L(複屈折領域の光軸方向長さ)に対して、R=Δn・Lで表され、石英ガラスではΔnの絶対値が3×10−3程度であるので、Lは約100μmである。この複屈折性はパルスの照射によって生じるナノグレーティングの作用であり、ナノグレーティングの生じる方向は照射するパルスの光軸と電界の振動方向に垂直な方向になる。従って、照射するパルスを直線偏光にして、その偏光方向を1/2波長板などで回転させて、ナノグレーティングの方向を変え、複屈折領域の光学主軸(進相軸と遅相軸)方向を制御する。結果として、図7(A)、(B)に示すように、透明材料中に任意の方向に光学主軸を持った複屈折領域を作製することができる。さらに、図8(A)に示すように、透明材料を光軸方向(z方向)に動かしてパルスの照射位置を変え、光路長が長い複屈折領域14Aを作製してリターダンスの量を増やし、また、図8(B)に示すように、XY面内方向に透明材料を動かして、光軸方向と交差する方向に配列させるように複屈折領域14Aを分布させる。また、パルスのエネルギーを調節することでリターダンスの量を調節することもできる。つまり、必要なリターダンスの複屈折領域を必要な大きさやピッチで作製できることが大きな特徴であり、リターダンスが0の位置を精度良く決定できることも大きな利点である。なお、超短パルスレーザとは、一般的にパルスの時間幅が数ピコ秒以下のものを指すことが多いが、例えば、ナノ秒のものでも集光点の光強度を十分に上げれば同様の加工が可能である。 References (M. Beresna, et.al., “Polarization sensitive elements fabricated by femtosecond laser nanostructure of glass”, 10 nm, Opt. It is known that a region exhibiting birefringence is produced by irradiating glass with an appropriate fluence, and a retardance of 300 nm or more is obtained. The retardance R is expressed by R = Δn · L with respect to the birefringence Δn (difference in refractive index between the fast axis direction and slow axis direction components) and the optical path length L (length in the optical axis direction of the birefringent region). since the quartz glass is an absolute value of about 3 × 10 -3 of the [Delta] n, L is about 100 [mu] m. This birefringence is an action of the nano-grating generated by the irradiation of the pulse, and the direction in which the nano-grating is generated is perpendicular to the optical axis of the irradiating pulse and the vibration direction of the electric field. Therefore, the irradiation pulse is made into linearly polarized light, the direction of polarization is rotated by a half-wave plate or the like, the direction of the nano-grating is changed, and the optical principal axis (fast axis and slow axis) direction of the birefringent region is changed. Control. As a result, as shown in FIGS. 7A and 7B, a birefringent region having an optical principal axis in an arbitrary direction can be produced in the transparent material. Further, as shown in FIG. 8A, the transparent material is moved in the optical axis direction (z direction) to change the irradiation position of the pulse, and the birefringence region 14A having a long optical path length is produced to increase the amount of retardance. Also, as shown in FIG. 8B, the birefringent regions 14A are distributed so that the transparent material is moved in the XY in-plane direction and arranged in a direction crossing the optical axis direction. It is also possible to adjust the amount of retardance by adjusting the energy of the pulse. That is, it is a great feature that a birefringent region of a necessary retardance can be produced with a necessary size and pitch, and it is a great advantage that a position where the retardance is zero can be determined with high accuracy. Note that the ultrashort pulse laser generally has a pulse time width of several picoseconds or less in general, but, for example, a nanosecond laser is similar if the light intensity at the focal point is sufficiently increased. Processing is possible.

次に、第1の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置10の作用について説明する。   Next, the operation of the Fourier transform spectroscopic analyzer 10 according to the first embodiment will be described.

まず、測定対象の光が、偏光板12Aに入射すると、偏光板12Aにより偏光された光が、複屈折部品14の各複屈折領域14Aを通過し、各複屈折領域14Aの光路長の長さ(リターダンスの量)に応じた位相差が与えられた光が、偏光板12Bを介して、検出器アレイ16の対応する各受光素子によって検出される。検出器アレイ16から、各受光素子の出力信号が出力され、演算器18によって、各受光素子の出力信号が表すインターフェログラムを求め、インターフェログラムの波形に対して、離散フーリエ変換を行うことにより、入射された光の波長スペクトルを求める。   First, when light to be measured enters the polarizing plate 12A, the light polarized by the polarizing plate 12A passes through each birefringent region 14A of the birefringent component 14, and the length of the optical path length of each birefringent region 14A. Light to which a phase difference corresponding to (retardance amount) is given is detected by each corresponding light receiving element of the detector array 16 via the polarizing plate 12B. An output signal of each light receiving element is output from the detector array 16, and an interferogram represented by the output signal of each light receiving element is obtained by the arithmetic unit 18, and discrete Fourier transform is performed on the waveform of the interferogram. Thus, the wavelength spectrum of the incident light is obtained.

以上説明したように、第1の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置によれば、光軸方向の長さが異なる複数の複屈折領域を1次元的に配列するように内部に形成した透明部材を用いて、インターフェログラムを表す情報が得られるため、安価な構成で、インターフェログラムを得ることができる。   As described above, according to the Fourier transform spectroscopic analysis apparatus according to the first embodiment, a plurality of birefringent regions having different lengths in the optical axis direction are formed inside so as to be arranged one-dimensionally. Since information representing the interferogram can be obtained using the member, the interferogram can be obtained with an inexpensive configuration.

また、透明部材に複屈折性を示す領域を配列した部品は超短パルスレーザ加工で作製可能で、1次元的に配列することができ、ガラス等の透明部材に複屈折性を示す領域を配列した部品を用いることで、小型で安価なフーリエ変換分光器を実現できる。一方、既存技術は、高価な複屈折プリズムを必要とする。   In addition, a component in which a region showing birefringence is arranged on a transparent member can be manufactured by ultrashort pulse laser processing, and can be arranged one-dimensionally, and a region showing birefringence is arranged on a transparent member such as glass. By using these parts, a small and inexpensive Fourier transform spectrometer can be realized. On the other hand, the existing technology requires an expensive birefringent prism.

次に、第2の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置について説明する。なお、第1の実施の形態と同様となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。   Next, a Fourier transform spectroscopic analyzer according to a second embodiment will be described. In addition, about the part similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

第2の実施の形態では、複屈折部品の内部に形成される複数の複屈折領域が、光軸方向から見て、2次元に配列されている点が、第1の実施の形態と主に異なっている。   In the second embodiment, the point that a plurality of birefringent regions formed inside the birefringent component are two-dimensionally arranged as viewed from the optical axis direction is mainly different from the first embodiment. Is different.

図9に示すように、第2の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置10の複屈折部品14の内部に形成される複屈折領域14Aが、光軸方向から見て2次元に配列されている。これによって複屈折部品14の開口数が減少するので斜めに入射する光の影響を低減することができる。   As shown in FIG. 9, the birefringent regions 14A formed inside the birefringent component 14 of the Fourier transform spectroscopic analyzer 10 according to the second embodiment are two-dimensionally arranged as viewed from the optical axis direction. Yes. As a result, the numerical aperture of the birefringent component 14 is reduced, so that the influence of obliquely incident light can be reduced.

また、検出器アレイ16の受光素子も、複屈折領域14Aの配列に対応して2次元に配列される。   The light receiving elements of the detector array 16 are also two-dimensionally arranged corresponding to the arrangement of the birefringent regions 14A.

演算器18は、検出器アレイ16の各受光素子の出力信号が表すインターフェログラムを求め、インターフェログラムの波形に対して、離散フーリエ変換を行うことにより、入射された光の波長スペクトルを求める。   The computing unit 18 obtains an interferogram represented by an output signal of each light receiving element of the detector array 16, and obtains a wavelength spectrum of incident light by performing a discrete Fourier transform on the waveform of the interferogram. .

なお、第2の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置10の他の構成及び作用については、第1の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。   In addition, about the other structure and effect | action of the Fourier-transform spectroscopy analyzer 10 which concern on 2nd Embodiment, since it is the same as that of 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.

このように、透明部材に複屈折性を示す領域を配列した部品は超短パルスレーザ加工で作製可能で、2次元的に配列することができ、複屈折性を示す領域を2次元的に配列することで、分光器の開口数を小さくすることができるため、測定分解能と測定波長範囲を低下させずに、斜めに入射する光の影響を低減し、高精度な測定が可能である。   In this way, a part in which a region showing birefringence is arranged on a transparent member can be manufactured by ultrashort pulse laser processing, and can be arranged two-dimensionally, and a region showing birefringence can be arranged two-dimensionally. Thus, since the numerical aperture of the spectrometer can be reduced, the influence of obliquely incident light can be reduced and high-accuracy measurement can be performed without reducing the measurement resolution and the measurement wavelength range.

次に、第3の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置について説明する。なお、第1の実施の形態と同様となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。   Next, a Fourier transform spectroscopic analyzer according to a third embodiment will be described. In addition, about the part similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

第3の実施の形態では、複屈折部品の内部に形成される複数の複屈折領域が、複屈折領域と、その複屈折領域と光学主軸の方向が90度異なる複屈折両領域との双方を含んでいる点が、第1の実施の形態と主に異なっている。   In the third embodiment, the plurality of birefringent regions formed inside the birefringent component include both a birefringent region and both birefringent regions that are 90 degrees apart from the birefringent region and the direction of the optical principal axis. The point of inclusion is mainly different from the first embodiment.

図10に示すように、第3の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置10の複屈折部品14の内部に形成される複数の複屈折領域14Aが、光軸方向から見て1次元に配列されると共に、その複屈折領域14Aと光学主軸の方向が90度異なる複数の複屈折領域14Bが、光軸方向から見て1次元に配列されている。   As shown in FIG. 10, a plurality of birefringent regions 14A formed inside the birefringent component 14 of the Fourier transform spectroscopic analyzer 10 according to the third embodiment are arranged in one dimension as viewed from the optical axis direction. In addition, a plurality of birefringent regions 14B that are 90 degrees different from the birefringent region 14A in the direction of the optical principal axis are arranged one-dimensionally as viewed from the optical axis direction.

複屈折部品14の内部の一方側に、それぞれ光軸方向の長さが異なる複数の複屈折領域14Aが配置され、複屈折部品14の内部の他方側に、それぞれ光軸方向の長さが異なるその複屈折領域14Aと光学主軸の方向が90度異なる複数の複屈折領域14Bが配置されている。   A plurality of birefringent regions 14A having different lengths in the optical axis direction are arranged on one side inside the birefringent component 14, and the lengths in the optical axis direction are different on the other side inside the birefringent component 14, respectively. A plurality of birefringent regions 14B that are 90 degrees different from the birefringent region 14A in the direction of the optical principal axis are arranged.

複屈折領域14Aで生じるリターダンスを正とすると、図11に示すように、光学主軸の方向を90度変えた複屈折領域14Bでは、リターダンスが負となる。   Assuming that the retardance generated in the birefringent region 14A is positive, as shown in FIG. 11, the retardance is negative in the birefringent region 14B in which the direction of the optical principal axis is changed by 90 degrees.

また、図12に示す丸印の位置のリターダンスが得られるように、複屈折領域14Aの各々の光軸方向の長さが設定され、三角印の位置のリターダンスが得られるように、その複屈折領域14Aと光学主軸の方向を90度変えた複屈折領域14Bの各々の光軸方向の長さが設定される。   Further, the length in the optical axis direction of each birefringent region 14A is set so that the retardance at the position of the circle shown in FIG. 12 is obtained, and the retardance at the position of the triangle is obtained. The length in the optical axis direction of each of the birefringent regions 14B obtained by changing the birefringent region 14A and the direction of the optical principal axis by 90 degrees is set.

演算器18は、リターダンスが負側で検出された光量の配列を、リターダンス0を中心に正側へ折り返し、上記図5に示すようなインターフェログラムを求めて、離散フーリエ変換を行い、入射された光の波長スペクトルを求める。   The computing unit 18 folds back the array of light amounts detected on the negative side of the retardance to the positive side around the retardance 0, obtains an interferogram as shown in FIG. 5, and performs a discrete Fourier transform, The wavelength spectrum of the incident light is obtained.

このように、正負それぞれのリターダンスを用いることにより、上記の第1の実施の形態では、複屈折領域の光路長を約60μm間隔で作製する必要があったのに対し、複屈折領域の光路長を約120μm間隔で作製すれば良くなり、作製時の条件が緩和される。また、負側で検出された光量の配列はリターダンス0を中心に正側へ折り返せば元の結果と同じになり、測定分解能が悪化することもない。   As described above, by using the positive and negative retardances, in the first embodiment, the optical path length of the birefringent region needs to be formed at intervals of about 60 μm, whereas the optical path of the birefringent region is required. It is sufficient to produce the length at intervals of about 120 μm, and the conditions during production are relaxed. Further, the arrangement of the amount of light detected on the negative side is the same as the original result when folded back to the positive side around the retardance 0, and the measurement resolution does not deteriorate.

なお、上記の第2の実施の形態と同様に、複数の複屈折領域およびその複屈折領域と光学主軸の方向を90度変えた複数の複屈折領域を2次元的に配列するようにしてもよい。   As in the second embodiment, a plurality of birefringent regions and a plurality of birefringent regions in which the direction of the birefringent region and the optical principal axis are changed by 90 degrees may be arranged two-dimensionally. Good.

また、複屈折領域の各々で、光軸方向の長さが異なっており、その複数屈折領域と光学主軸の方向を90度変えた複屈折領域の各々で、光軸方向の長さが異なっていればよく、複屈折領域と、光学主軸の方向を90度変えた複屈折領域とで、光軸方向の長さが同じであってもよい。   In addition, each birefringent region has a different length in the optical axis direction, and each birefringent region obtained by changing the direction of the plurality of refracted regions and the optical principal axis by 90 degrees has a different length in the optical axis direction. The length in the optical axis direction may be the same between the birefringent region and the birefringent region in which the direction of the optical main axis is changed by 90 degrees.

次に、第4の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置について説明する。なお、第1の実施の形態と同様となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。   Next, a Fourier transform spectroscopic analyzer according to a fourth embodiment will be described. In addition, about the part similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

第4の実施の形態では、複屈折部品の内部において、各複屈折領域に対して、光導波路が形成されている点が、第1の実施の形態と主に異なっている。   The fourth embodiment is mainly different from the first embodiment in that an optical waveguide is formed for each birefringent region inside the birefringent component.

複屈折領域は周辺の未加工の部位に対して屈折率が上昇しているので、光導波路としての役目を持つ。一方、上記のように、照射するレーザ光のフルーエンスを調節することで、等方的な屈折率変化を示す領域を作製することが可能であり、これは光導波路となる。そこで、本実施の形態では、図13に示すように、複屈折領域14Aの光路長が複屈折部品14の光軸方向の長さに満たない領域に、光導路として等方的な非複屈折領域14Cを複数作製して、複数の複屈折部品14と光結合させる。   The birefringent region has a role as an optical waveguide because the refractive index is increased with respect to the surrounding unprocessed region. On the other hand, by adjusting the fluence of the laser beam to be irradiated as described above, it is possible to produce a region showing an isotropic refractive index change, which becomes an optical waveguide. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 13, isotropic non-birefringence as an optical path in a region where the optical path length of the birefringent region 14A is less than the length of the birefringent component 14 in the optical axis direction. A plurality of regions 14C are produced and optically coupled to the plurality of birefringent components 14.

なお、第4の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置10の他の構成及び作用については、第1の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。   In addition, about the other structure and effect | action of the Fourier-transform spectroscopy analyzer 10 which concerns on 4th Embodiment, since it is the same as that of 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.

このように、複屈折領域の各々に対して、光結合する光導波路構造を形成することにより、斜めに入射する光の影響を低減して、光の利用効率を高めることができる。   In this way, by forming an optical waveguide structure that optically couples to each of the birefringent regions, it is possible to reduce the influence of obliquely incident light and increase the light utilization efficiency.

なお、第2の実施の形態と同様に、光結合した光導波路と複屈折領域とのペアを、2次元的に配列するようにしてもよい。これによって、斜めに入射する光の影響をより低減することができる。
また、光導波路を、複屈折領域の入射側に形成した場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、複屈折領域の光路帳が複屈折部品の光軸方向の長さに満たない領域に光導波路を形成すれば、入射側でも出射側でもどちらでもよい。
As in the second embodiment, a pair of optically coupled optical waveguides and birefringent regions may be arranged two-dimensionally. As a result, the influence of obliquely incident light can be further reduced.
In addition, the case where the optical waveguide is formed on the incident side of the birefringent region has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the optical path book of the birefringent region has a length in the optical axis direction of the birefringent component. If the optical waveguide is formed in a region that is less than that, it may be on either the incident side or the emission side.

次に、第5の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置について説明する。なお、第1の実施の形態と同様となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。   Next, a Fourier transform spectroscopic analyzer according to a fifth embodiment will be described. In addition, about the part similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

第5の実施の形態では、複屈折部品の内部において、光結合された複屈折領域及びその複屈折領域と光学主軸の方向を90度変えた複屈折領域の組み合わせが配列されるように形成されている点が、第1の実施の形態と主に異なっている。   In the fifth embodiment, a birefringent region that is optically coupled and a combination of the birefringent region and the birefringent region in which the direction of the optical principal axis is changed by 90 degrees are arranged in the birefringent component. This is mainly different from the first embodiment.

図14に示すように、第5の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置10の複屈折部品14の内部に、光軸方向に並んだ複屈折領域14A及びその複屈折領域14Aと光軸主軸の方向を90度変えた複屈折領域14Bが光結合するように複数ペア形成されており、光結合した複屈折領域14A及び複屈折領域14Bの複数ペアが、光軸方向から見て1次元に配列されている。   As shown in FIG. 14, in the birefringent component 14 of the Fourier transform spectroscopic analyzer 10 according to the fifth embodiment, a birefringent region 14A aligned in the optical axis direction, the birefringent region 14A, and the optical axis principal axis. A plurality of pairs of birefringent regions 14B whose directions are changed by 90 degrees are optically coupled, and a plurality of pairs of optically coupled birefringent regions 14A and birefringent regions 14B are one-dimensionally viewed from the optical axis direction. It is arranged.

複屈折領域14Aの長さがそれぞれ異なっており、その複屈折領域14Aと光学主軸の方向を90度変えた複屈折領域14Bの長さがそれぞれ異なっている。   The birefringent regions 14A have different lengths, and the birefringent regions 14A and the birefringent regions 14B obtained by changing the direction of the optical principal axis by 90 degrees are different.

光結合されている複屈折領域14A及びその複屈折領域14Aと光学主軸の方向を90度変えた複屈折領域14Bの光路長が同じペアについては、リターダンスがキャンセルされて0となる。複屈折領域14Aが長くなって、その複屈折領域14Aと光学主軸の方向を90度変えた複屈折領域14Bが短くなるペアであるほど、リターダンスが大きくなる。     For a pair of optically coupled birefringent regions 14A and a birefringent region 14B in which the direction of the optical principal axis is changed by 90 degrees with the birefringent region 14A and the birefringent region 14A, the retardance is canceled and becomes zero. The longer the birefringent region 14A is, and the shorter the birefringent region 14B in which the birefringent region 14A and the direction of the optical principal axis are changed by 90 degrees is, the larger the retardance becomes.

なお、第5の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置10の他の構成及び作用については、第1の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。   In addition, about the other structure and effect | action of the Fourier-transform spectroscopy analyzer 10 which concerns on 5th Embodiment, since it is the same as that of 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.

また、図15に示すように、第2の実施の形態と同様に、光結合した複屈折領域14Aとその複屈折領域14Aと光軸主軸の方向を90度変えた複屈折領域14Bとのペアを、2次元的に配列するようにしてもよい。これによって、斜めに入射する光の影響を低減することができる。   Also, as shown in FIG. 15, as in the second embodiment, a pair of a birefringent region 14A that is optically coupled, a birefringent region 14B in which the direction of the optical axis principal axis is changed by 90 degrees, and the birefringent region 14A. May be arranged two-dimensionally. As a result, the influence of obliquely incident light can be reduced.

10 フーリエ変換分光分析装置
12A、12B偏光板
14 複屈折部品
14A、14B複屈折領域
14C 非複屈折領域
16 検出器アレイ
18 演算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fourier-transform spectroscopy analyzer 12A, 12B polarizing plate 14 Birefringent components 14A, 14B Birefringent area | region 14C Non-birefringent area | region 16 Detector array 18 Calculator

Claims (7)

入射された光を第1方向に偏光する第1偏光板と、
前記第1偏光板によって偏光された光を透過するように配置されると共に、前記光の入射方向に対応する光軸方向の長さが異なる複数の複屈折性を示す領域が、前記光軸方向から見て1次元または2次元に配列されるように内部に形成された透明部材と、
前記透明部材を透過した光が入射されるように配置されると共に、前記入射された光を第2方向に偏光する第2偏光板と、
前記第2偏光板によって偏光された光を受光し、かつ、前記複数の複屈折性を示す領域に対応して配列された複数の受光素子を備え、インターフェログラムを表す情報として、前記複数の受光素子により出力される信号を出力する光検出部と、
を含む分光装置。
A first polarizing plate that polarizes incident light in a first direction;
A plurality of regions that are arranged to transmit light polarized by the first polarizing plate and exhibit a plurality of birefringences having different lengths in the optical axis direction corresponding to the incident direction of the light are in the optical axis direction. Transparent members formed inside so as to be arranged in one or two dimensions when viewed from
A second polarizing plate disposed so that the light transmitted through the transparent member is incident thereon, and polarizing the incident light in a second direction;
A plurality of light receiving elements that receive light polarized by the second polarizing plate and that are arranged corresponding to the plurality of regions exhibiting birefringence, the information representing the interferogram, A light detection unit that outputs a signal output from the light receiving element;
Including spectroscopic apparatus.
前記複数の複屈折性を示す領域は、前記光軸方向から見て2次元に配列されて前記透明部材の内部に形成された請求項1記載の分光装置。   The spectroscopic device according to claim 1, wherein the plurality of regions exhibiting birefringence are two-dimensionally arranged when viewed from the optical axis direction and are formed inside the transparent member. 前記複屈折性を示す領域は、光学主軸の向きが、前記第1偏光板の透過軸に対して45度の方向となるように形成された請求項1又は2記載の分光装置。   The spectroscopic apparatus according to claim 1, wherein the birefringent region is formed so that an optical principal axis is oriented at 45 degrees with respect to a transmission axis of the first polarizing plate. 前記複数の複屈折性を示す領域と光結合するように、前記光軸方向に延びる複数の導波路を、前記透明部材の内部の前記複屈折領域より入射側及び出射側の少なくとも一方に形成した請求項1〜請求項3の何れか1項記載の分光装置。   A plurality of waveguides extending in the optical axis direction are formed on at least one of the incident side and the emission side from the birefringent region inside the transparent member so as to be optically coupled to the plurality of regions exhibiting birefringence. The spectroscopic device according to any one of claims 1 to 3. 前記透明部材は、内部に、前記光軸方向の長さが異なる複屈折性を示す領域が、前記光軸方向から見て1次元または2次元に複数配列されて形成されると共に、前記光軸方向の長さが異なる、前記複屈折性を示す領域と光学主軸の方向を90度変えた複屈折性を示す領域が、前記光軸方向から見て1次元または2次元に複数配列されて形成された請求項1〜請求項4の何れか1項記載の分光装置。   The transparent member is formed with a plurality of one-dimensional or two-dimensional arrays of birefringent regions having different lengths in the optical axis direction as viewed in the optical axis direction. A plurality of birefringent regions having different direction lengths and birefringent regions obtained by changing the direction of the optical principal axis by 90 degrees are arrayed in one or two dimensions as viewed from the optical axis direction. The spectroscopic device according to any one of claims 1 to 4. 前記透明部材の内部に、前記光軸方向の長さが異なる複屈折性を示す領域が、前記光軸方向から見て1次元または2次元に複数配列されて形成されると共に、前記複数の複屈折性を示す領域と光結合するように、前記光軸方向の長さが異なる、前記複屈折性を示す領域と光学主軸の方向を90度変えた複屈折性を示す領域が、前記光軸方向から見て1次元または2次元に複数配列されて形成された請求項1〜請求項4の何れか1項記載の分光装置。   In the transparent member, a plurality of birefringent regions having different lengths in the optical axis direction are formed in a one-dimensional or two-dimensional manner as viewed from the optical axis direction. The region showing the birefringence and the region showing the birefringence obtained by changing the direction of the optical principal axis by 90 degrees are different in the length of the optical axis direction so as to be optically coupled with the region showing the refractive property. The spectroscopic device according to any one of claims 1 to 4, wherein a plurality of one-dimensional or two-dimensional arrays are formed as viewed from a direction. 請求項1〜請求項6の何れか1項記載の分光装置と、
前記光検出部により出力された信号で表されるインターフェログラムをフーリエ変換する演算部と、
を含むフーリエ変換分光分析装置。
The spectroscopic device according to any one of claims 1 to 6,
An arithmetic unit for Fourier transforming the interferogram represented by the signal output by the light detection unit;
Including Fourier transform spectroscopic analyzer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108444601A (en) * 2018-03-20 2018-08-24 哈尔滨工业大学 A kind of small snap shot imaging spectrometer and its imaging method
CN108489614A (en) * 2018-03-08 2018-09-04 中国科学院光电技术研究所 A kind of full Stokes vector polarization imaging device of compact type based on double glued digital coding birefringece crystal thin slices

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