JP2014126518A - 光学装置、マイケルソン干渉計、およびフーリエ変換分光分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気変換素子の温度に与えられる影響を低減可能な光学装置を得る。
【解決手段】光学装置は、金属製の筺体８０と、電気光変換素子を内蔵し筺体８０に対して固定される半導体パッケージ４０と、半導体パッケージ４０に熱的に接続するように配置された放熱部材６０と、放熱部材６０と筺体８０との間に設けられ、筺体８０側で発生した熱エネルギーが放熱部材６０を通して半導体パッケージ４０に伝わることを抑制する断熱部材７１，７２と、を備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、光学装置、マイケルソン干渉計、およびフーリエ変換分光分析装置に関し、特に、電気光変換素子および金属筺体を備える光学装置、その光半導体パッケージを備えるマイケルソン干渉計、ならびに、そのマイケルソン干渉計を備えるフーリエ変換分光分析装置に関する。

特開平１０−０８３５６４号公報（特許文献１）は、光ピックアップに関する発明を開示している。この光ピックアップは、リードフレーム型レーザー光源を備え、この光源から突出したフィンは、金属筐体に形成した取付基準平面とリブとの間にかしめられている。同公報は、リードフレーム型レーザー光源を用いて、その経時的な位置変化を生じることなく且つ放熱特性に優れた光ピックアップを得ることができると述べている。

特開２００８−０８４３８３号公報（特許文献２）も、光ピックアップに関する発明を開示している。この光ピックアップは、半導体レーザー、筐体、および筐体の外側に設置された金属製のカバーを備える。半導体レーザーは、接着剤を介して筐体に固定されている。半導体レーザーの面に金属部材の面を熱的に接続して、当該半導体レーザーに当該金属部材が取付けられている。金属部材はカバーに半田を介して熱的に接続されている。同公報は、半導体レーザーから筐体への放熱経路を維持することで信頼性と生産性とを確保しつつ、筐体以外への熱抵抗の小さな放熱経路を確立して半導体レーザーの放熱性を高めることができると共に、樹脂性の筐体においても十分な放熱性を得ることができると述べている。

特開平１０−０８３５６４号公報 特開２００８−０８４３８３号公報

半導体レーザーなどの電気光変換素子を内蔵する半導体パッケージを固定するために金属筺体が用いられ、半導体パッケージの放熱性を高めるために、半導体パッケージから金属筺体への放熱効果が向上するように構成されたとする。一般的に、光学装置に用いられる金属筺体は、この筺体の内部に設けられた機器の温度を受けて、熱源もしくは冷源となり得る。金属筺体の有する熱エネルギーは、電気光変換素子の温度に影響を与えてしまうことがある。

本発明は、電気変換素子の温度に与えられる影響を低減可能な光学装置、その光学装置を備えるマイケルソン干渉計、および、そのマイケルソン干渉計を備える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。

本発明に基づく光学装置は、金属製の筺体と、電気光変換素子を内蔵し、上記筺体に対して固定される半導体パッケージと、上記半導体パッケージに熱的に接続するように配置された放熱部材と、上記放熱部材と上記筺体との間に設けられ、上記筺体側で発生した熱エネルギーが上記放熱部材を通して上記半導体パッケージに伝わることを抑制する断熱部材と、を備える。

好ましくは、上記半導体パッケージと上記放熱部材との間には、弾性を有する熱伝導部材が設けられる。

好ましくは、上記半導体パッケージは、ベース部材と、上記電気光変換素子を封止するキャップ部材とを含み、上記熱伝導部材は、上記ベース部材と上記放熱部材との間に設けられる。

好ましくは、上記放熱部材は、板状の形状を有し、互いに対向しつつ平行な方向に延在する第１延在部および第２延在部と、板状の形状を有し、上記第１延在部および上記第２延在部の端部同士の間を接続するように設けられる接続部と、を含み、上記半導体パッケージは、上記第１延在部、上記第２延在部および上記接続部によって囲まれる空間内に配置される。

本発明に基づくマイケルソン干渉計は、本発明に基づく上記の光学装置と、移動鏡と、固定鏡と、上記固定鏡の傾きを補正する光路補正装置と、上記半導体パッケージが出射した光を上記固定鏡に向かう光と上記移動鏡に向かう光とに分割するとともに、上記固定鏡および上記移動鏡の各々に反射した光を合成し干渉光として出射する光束分岐手段と、上記干渉光を検出する参照検出器と、を備え、上記参照検出器によって検出された上記干渉光の強度に応じて、上記固定鏡の傾きが所望の状態となるように上記光路補正装置が駆動される。

本発明に基づくフーリエ変換分光分析装置は、本発明に基づく上記のマイケルソン干渉計を備える。

本発明によれば、電気変換素子の温度に与えられる影響を低減可能な光学装置、その光学装置を備えるマイケルソン干渉計、および、そのマイケルソン干渉計を備えるフーリエ変換分光分析装置を得ることができる。

実施の形態における光学装置を備えるマイケルソン干渉計、およびそのマイケルソン干渉計を備えるフーリエ変換分光分析装置を模式的に示す図である。 実施の形態におけるフーリエ変換分光分析装置に用いられる参照検出器の構成を示す正面図である。 （Ａ）は、実施の形態におけるフーリエ変換分光分析装置に用いられる参照検出器が検出した干渉光の一部の強度の経時的な変化を示す図である。（Ｂ）は、実施の形態におけるフーリエ変換分光分析装置に用いられる参照検出器が検出した干渉光の残部の強度の経時的な変化を示す図である。 実施の形態におけるマイケルソン干渉計に用いられる参照光源を示す斜視図である。 実施の形態におけるマイケルソン干渉計に用いられる参照光源を示す断面図である。 図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿った矢視断面図である。 実施の形態における光学装置に用いられる金属筺体および参照光源等の分解した状態を示す斜視図である。 実施の形態における光学装置に用いられる金属筺体および参照光源等の組み立てた状態を示す斜視図である。 図８中のＩＸ−ＩＸ線に沿った矢視断面図である。

本発明に基づいた実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。実施の形態の説明において、個数および量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数およびその量などに限定されない。実施の形態の説明において、同一の部品および相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

（フーリエ変換分光分析装置１００・マイケルソン干渉計１０）
図１を参照して、実施の形態におけるフーリエ変換分光分析装置１００について説明する。フーリエ変換分光分析装置１００は、マイケルソン干渉計１０、演算部２０、および出力部３０を備えている。マイケルソン干渉計１０は、分光光学系１１、参照光学系２１、および光路補正装置２６を含んでいる。

（分光光学系１１）
分光光学系１１は、光源１２、コリメート光学系１３、ビームスプリッター１４（光束分岐手段）、固定鏡１５、移動鏡１６、集光光学系１７、検出器１８、および平行移動機構１９を有している。

光源１２は、色温度２９００Ｋのランプ等の発光素子から構成され、赤外光等のランプ光を出射する。光源１２が出射したランプ光は、参照光学系２１（詳細は後述する）における光路合成鏡２２に導入され、半導体パッケージとしての参照光源４０（詳細は後述する）が出射したレーザー光と合成される。

ランプ光およびレーザー光の合成によって形成された合成光は、光路合成鏡２２から出射され、コリメート光学系１３によって平行光に変換された後、ビームスプリッター１４に導入される。ビームスプリッター１４は、ハーフミラー等から構成され、設計により任意の波長の光を任意の割合で分岐することができる。

ビームスプリッター１４としては、光学薄膜を利用したもの、偏光板を利用したもの、または、これらを複合したものから構成されるとよい。ビームスプリッター１４に導入された合成光（入射光）は、２光束に分割される。分割された合成光（レーザー光を含む）の一方は固定鏡１５に向かい、固定鏡１５に照射される。固定鏡１５に反射した合成光（反射光）は、反射前と略同一の光路を通過してビームスプリッター１４に再び照射される。

分割された合成光（レーザー光を含む）の他方は移動鏡１６に向かい、移動鏡１６に照射される。移動鏡１６に反射した合成光（反射光）は、反射前と略同一の光路を通過してビームスプリッター１４に再び照射される。固定鏡１５からの反射光および移動鏡１６からの反射光は、ビームスプリッター１４によって合成される（重ね合わせられる）。

ここで、分割された合成光の他方が移動鏡１６に反射する際、移動鏡１６は平行移動機構１９によって平行を維持した状態で矢印ＡＲ方向に往復移動している。移動鏡１６は約０．９ｍｍの振幅を持ち、周波数は７０Ｈｚであり、移動速度は、振幅の中心位置でたとえば１００ｍ／ｓｅｃである。移動鏡１６の往復移動によって、固定鏡１５からの反射光と移動鏡１６からの反射光との間には、光路長の差（以下、光路差ともいう）が生じている。

具体的には、ビームスプリッター１４によって分割され、固定鏡１５による反射を経て再びビームスプリッター１４に照射される合成光（レーザー光を含む）の光路長は、（Ｌ１×２）によって表される。ビームスプリッター１４によって分割され、移動鏡１６による反射を経て再びビームスプリッター１４に照射される合成光（レーザー光を含む）の光路長は、（Ｌ２×２）によって表される。

したがって、固定鏡１５に反射される合成光と移動鏡１６に反射される合成光との光路差は、｜（Ｌ２×２）−（Ｌ１×２）｜によって表される。固定鏡１５からの反射光と移動鏡１６からの反射光とは、ビームスプリッター１４に合成されることによって干渉光を形成する。

移動鏡１６の位置に応じて、光路差｜（Ｌ２×２）−（Ｌ１×２）｜は周期的に変化する。光路差に応じて干渉光としての光の強度も連続的に変化する。光路差が、たとえば、コリメート光学系１３からビームスプリッター１４に照射される光の波長の整数倍のとき、干渉光としての光の強度は最大となる。

干渉光を形成した光は、集光光学系１７および光路分離鏡２３を通して試料Ｓに照射される。具体的には、ビームスプリッター１４によって合成された光は、ビームスプリッター１４から干渉光として出射された後、集光光学系１７によって集光される。集光光学系１７によって集光された光は、参照光学系２１（詳細は後述する）における光路分離鏡２３に導入される。

光路分離鏡２３によって分割された干渉光の一方が、試料Ｓに照射される。光路分離鏡２３によって分割された干渉光の他方は、後述する参照検出器２４に導入される。検出器１８は、試料Ｓを透過した合成光（レーザー光を含む）を干渉パターン（インターフェログラム）として検出する。この干渉パターンは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を含む演算部２０に送られる。演算部２０は、収集（サンプリング）した干渉パターンをアナログ形式からデジタル形式に変換し、変換後のデータをさらにフーリエ変換する。

フーリエ変換によって、試料Ｓを透過した光（干渉光）の波数（＝１／波長）毎の光の強度を示すスペクトル分布が算出される。フーリエ変換後のデータは、出力部３０を通して他の機器に出力されたりディスプレイ等に表示されたりする。このスペクトル分布に基づいて、試料Ｓの特性（たとえば、材料、構造、または成分量）が分析される。

（参照光学系２１）
参照光学系２１は、コリメート光学系１３、ビームスプリッター１４、固定鏡１５、移動鏡１６、集光光学系１７、参照光源４０、光路合成鏡２２、光路分離鏡２３、参照検出器２４、および制御部２５を有している。コリメート光学系１３、ビームスプリッター１４、固定鏡１５、移動鏡１６、および集光光学系１７は、分光光学系１１および参照光学系２１の双方の構成として共通している。

半導体パッケージとしての参照光源４０は、半導体レーザー等の電気光変換素子を含み、レーザー光（波長はたとえば３００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲にある単波長光）を出射する。好適には、参照光源４０は、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）を含む垂直キャビティ面発光型（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）の電気光変換素子を含んでいるとよい。

参照光源４０は、ＶＨＧ（Volume Holographic Grating）型の半導体レーザー、または、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）型の半導体レーザーなど、回折格子を用いる波長安定化型半導体レーザーを含んでいてもよい。参照光源４０を含む光学装置の更なる詳細な構成については、図４〜図６を参照して後述する。

上述のとおり、参照光源４０（電気光変換素子）が出射したレーザー光は光路合成鏡２２に導入される。光路合成鏡２２はハーフミラー等から構成される。光源１２からのランプ光は光路合成鏡２２を透過する。参照光源４０からのレーザー光は光路合成鏡２２に反射される。光源１２からのランプ光および参照光源４０からのレーザー光は、光路合成鏡２２によって合成された状態で、光路合成鏡２２から同一光路上に出射される。光路合成鏡２２から出射された合成光は、コリメート光学系１３によって平行光に変換された後、ビームスプリッター１４に導入されて２光束に分割される。

上述のとおり、分割された合成光の一方は固定鏡１５に照射され、反射光としてビームスプリッター１４に再び照射される。分割された合成光の他方は移動鏡１６に照射され、反射光としてビームスプリッター１４に再び照射される。固定鏡１５からの反射光と移動鏡１６からの反射光とは、ビームスプリッター１４に合成されることによって干渉光を形成する。なお、上述の光路長の差｜（Ｌ２×２）−（Ｌ１×２）｜を形成可能であれば、固定鏡１５および移動鏡１６が相対的に移動可能に構成されていればよく、固定鏡１５および移動鏡１６の双方が移動可能に構成されてもよい。

上述のとおり、干渉光を形成した光は、集光光学系１７および光路分離鏡２３を通して試料Ｓに照射される。具体的には、ビームスプリッター１４によって合成された光は、ビームスプリッター１４から干渉光として出射された後、集光光学系１７によって集光される。集光光学系１７によって集光された光は、参照光学系２１における光路分離鏡２３に導入される。光路分離鏡２３はハーフミラー等から構成され、光路分離鏡２３によって分割された光の一方は、試料Ｓに照射される。光路分離鏡２３によって分割された光の他方は、参照検出器２４に導入される。

光源１２から出射され、光路合成鏡２２、コリメート光学系１３、ビームスプリッター１４、固定鏡１５、移動鏡１６、および集光光学系１７を通して光路分離鏡２３に導入された光は、光路分離鏡２３を透過する。上述のとおり、光路分離鏡２３を透過したこの光（干渉光）は、試料Ｓをさらに透過した後、検出器１８によって検出される。

一方、参照光源４０から出射され、光路合成鏡２２、コリメート光学系１３、ビームスプリッター１４、固定鏡１５、移動鏡１６、および集光光学系１７を通して光路分離鏡２３に導入された光は、光路分離鏡２３に反射される。光路分離鏡２３からの反射光（干渉光）は、４分割センサ等から構成される参照検出器２４によって干渉パターンとして検出される。

干渉光の干渉パターンは、ＣＰＵ等を含む制御部２５に送られる。制御部２５は、収集した干渉パターンに基づく信号を処理し、光路分離鏡２３から照射される反射光の強度を算出する。制御部２５は、光路分離鏡２３からの反射光の強度に基づいて、演算部２０におけるサンプリングのタイミングを示す信号を生成することができる。演算部２０におけるサンプリングのタイミングを示す信号は、公知の手段によって生成されることができる。

制御部２５は、光路分離鏡２３からの反射光の強度に基づいて、２光路間における光の傾き（固定鏡１５からの反射光と移動鏡１６からの反射光との相対的な傾き）を算出することもできる。２光路間における光の傾きは、たとえば以下のように算出される。

図２を参照して、４分割センサから構成される参照検出器２４は、４つの受光素子Ｅ１〜Ｅ４を有している。受光素子Ｅ１〜Ｅ４は反時計回りに並んで相互に隣接している。受光素子Ｅ１〜Ｅ４によって構成される領域に、光路分離鏡２３（図１参照）からの反射光が照射される。受光素子Ｅ１〜Ｅ４によって構成される領域の中心と、光路分離鏡２３からの反射光のスポットＤの中心とは略一致している。

受光素子Ｅ１〜Ｅ４は、光路分離鏡２３からそれぞれの領域に照射された反射光の強度を検出する。光路分離鏡２３からの反射光の強度は、経時的に変化する位相信号として、たとえば図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示されるように検出される。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）の各々の横軸は、時間（単位：秒）の経過を示している。図３（Ａ）の縦軸は、受光素子Ｅ１が検出した光強度および受光素子Ｅ２が検出した光強度の和を強度Ａ１（相対値）として示している。図３（Ｂ）の縦軸は、受光素子Ｅ３が検出した光強度および受光素子Ｅ４が検出した光強度の和を強度Ａ２（相対値）として示している。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、強度Ａ１と強度Ａ２との間に、位相差Δが生じているとする。位相差Δに基づいて、２光路間での光の傾き（固定鏡１５からの反射光と移動鏡１６からの反射光との相対的な傾き）が算出される。受光素子Ｅ１〜Ｅ４からなる他の組み合わせ（たとえば受光素子Ｅ１，Ｅ４と受光素子Ｅ２，Ｅ３との組合せ）によって、他の位相差Δを得ることができる。上記の位相差Δとこの他の位相差Δとに基づいて、２光路間での光の傾きの方向（ベクトル）を算出することもできる。

（光路補正装置２６）
光路補正装置２６は、制御部２５における検出結果（固定鏡１５からの反射光と移動鏡１６からの反射光との相対的な傾き）に基づいて、固定鏡１５の姿勢（ビームスプリッター１４に対する角度）を調整する。当該調整によって、固定鏡１５における反射光の光路が補正され、２光路間での光の傾きを無くす（若しくは減少させる）ことが可能となる。光路補正装置２６がマイケルソン干渉計１０内に設けられていることによって、干渉光をより精度の高く生成することが可能となる。

（参照光源４０）
図４〜図６を参照して、本実施の形態における光学装置に用いられる参照光源４０について説明する。図４は、参照光源４０を示す斜視図である。図５は、参照光源４０を示す断面図である。図６は、図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿った矢視断面図である。

図４〜図６に示すように、本実施の形態に用いられる参照光源４０は、ＴＯ（Transistor Outline）−５型の光半導体パッケージである。参照光源４０は、ベース部材４１および金属製のキャップ部材４３を備える。キャップ部材４３には、射出窓４２が設けられる。ベース部材４１およびキャップ部材４３によって、これらの内部に中空の空間が形成される。ベース部材４１の外縁の一部には、位置決め等に用いられる突起部４９が設けられる。

ベース部材４１およびキャップ部材４３によって形成された内部空間には、光半導体レーザー素子４４（電気光変換素子）、温度検出部４５、およびアクティブ温度制御部４６が設けられる。光半導体レーザー素子４４、温度検出部４５、およびアクティブ温度制御部４６は、ドライ窒素中でこの内部空間内に封止されている。当該封止により、アクティブ温度制御部４６に結露などが発生することは防止される。

ベース部材４１の外部から上記の内部空間に向かってベース部材４１の底部を貫通するように、複数のピン端子４７が設けられる。複数のピン端子４７は、導電性ワイヤー４８（図４，図６参照）を通して、光半導体レーザー素子４４、温度検出部４５、およびアクティブ温度制御部４６にそれぞれ電気的に接続されている。

温度検出部４５は、たとえば１０ｋΩの抵抗値を有するサーミスター等から構成され、支持基板４６Ｓの表面上のうちの温度検出部４５が配置された部分の温度を検出値として検出する。アクティブ温度制御部４６は、光半導体レーザー素子４４の温度が所望の値となるように、温度検出部４５によって検出された上記の検出値に応じて光半導体レーザー素子４４の温度を制御する。たとえば、±０．０５℃の温度変化に基づいてアクティブ温度制御部４６が光半導体レーザー素子４４の温度を制御することによって、温度による波長変動を０．０４（ｎｍ・ｐｐ）程度に抑える事ができる。

本実施の形態におけるアクティブ温度制御部４６は、ベース部材４１の上に固定されるベースプレート４６Ｂと、ベースプレート４６Ｂの上にマトリックス状に並べられた複数のペルチェ素子４６Ｅと、複数のペルチェ素子４６Ｅの上に配置された熱伝導性を有する絶縁性プレート４６Ｐと、絶縁性プレート４６Ｐの上に配置された熱伝導性を有する支持基板４６Ｓと、を含む。

本実施の形態における支持基板４６Ｓは、平板状に形成されるとともに、その表面の外形は矩形状（長方形状）に形成される。光半導体レーザー素子４４および温度検出部４５は、互いに間隔を空けて支持基板４６Ｓ上に並べて配置される。

上述のとおり、本実施の形態における光半導体レーザー素子４４は、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を含む垂直キャビティ面発光型（ＶＣＳＥＬ）の縦シングルモードの半導体レーザーから構成され、光半導体レーザー素子４４から放射されるレーザー光Ｌ（図５参照）の波長（本実施の形態では、約６７０ｎｍ）は、光半導体レーザー素子４４自身の温度に応じてたとえば０．４（ｎｍ／Ｋ）程度変化する。

ＶＣＳＥＬは、他の半導体レーザー素子に比べて発光出力が１ｍＷ程度と小さく、発熱量も小さい。ＶＣＳＥＬチップは、ウェハレベルで同時に複数のものを作製することが可能である。たとえば、光半導体レーザー素子４４としては、４つのＶＣＳＥＬを集積させて構成することができる。導電性ワイヤー４８を取り付けるワイヤボンディング等の作業の際、４つのうちのいくつかが破損したとする。この場合であっても、他のＶＣＳＥＬチップに導電性ワイヤー４８を取り付けて、当該他のＶＣＳＥＬチップを使用すればよい。

光半導体レーザー素子４４は、ベース部材４１の中心軸上に位置するように配置されるとよい。ここで言うベース部材４１の中心軸とは、ベース部材４１の表面に対して垂直な軸であって、ベース部材４１の円板状に形成される部分ＤＤ（図５参照）の中心に位置する軸である。光半導体パッケージとしての参照光源４０をコリメートしたり、参照光源４０をファイバへ結合したりする際に、光半導体レーザーパッケージの全体としての基準位置に基づいてレンズ等の位置決めを容易に行なうことが可能となる。また、ファイバへの結合効率が上がることによって、レーザー光の利用効率が上がり、より高いＳ／Ｎ比を実現することができるとともに、高い精度を有する検出器を構成することが可能となる。

本実施の形態においては、光半導体レーザー素子４４から出射されるレーザー光Ｌの光軸に対して、キャップ部材４３に設けられる射出窓４２が垂直となるように構成される。好適には、光半導体レーザー素子４４から出射されるレーザー光Ｌの光軸に対して、キャップ部材４３に設けられる射出窓４２は傾斜するように構成されるとよい。レーザー光Ｌが射出窓４２に反射して、光半導体レーザー素子４４の発光を不安定にさせることを防止することが可能となる。また、射出窓４２には、ＶＣＳＥＬの発光波長に合わせてＡＲ（Anti Reflection）コート処理が施されているとよい。

アクティブ温度制御部４６は、参照光源４０の外部に設けられた制御装置（図示せず）にピン端子４７を通して接続される。この外部制御装置によりアクティブ温度制御部４６（ペルチェ素子４６Ｅ）が駆動されることによって、光半導体レーザー素子４４は絶縁性プレート４６Ｐおよび支持基板４６Ｓを通して加熱または冷却される。アクティブ温度制御部４６にペルチェ素子４６Ｅが用いられる場合、アクティブ温度制御部４６は、支持基板４６Ｓの表面の温度を環境温度から２０℃〜３０℃程度、低くしたり高くしたりすることができる。

（光学装置）
図７は、本実施の形態における光学装置に用いられる金属筺体８０および参照光源４０の分解した状態を示す斜視図である。図８は、本実施の形態における光学装置に用いられる金属筺体８０および参照光源４０の組み立てた状態を示す斜視図である。図９は、図８中のＩＸ−ＩＸ線に沿った矢視断面図である。

図７〜図９を参照して、図１に基づき説明した光源１２、固定鏡１５、移動鏡１６、および平行移動機構１９、ならびに図４〜図６に基づき説明した参照光源４０は、金属筺体８０（図７〜図９参照）の内部またはその周辺に配置され、金属筺体８０に対して固定される。

本実施の形態では、金属筺体８０、参照光源４０、放熱部材６０および断熱部材７１，７２によって、光学装置が構成されている。この光学装置に用いられる金属筺体８０は、箱状の形状を有し、金属製の部材から構成される。金属筺体８０には、参照光源４０などを挿し込むための開口部８０Ｈと、ネジ穴８１Ｈ，８２Ｈとが設けられる。金属筺体８０には、必要に応じて、光源１２を取り付けられるための開口部（図示せず）なども設けられる。

参照光源４０は、円筒形状を有するホルダー５１の中に挿し込まれ、ホルダー５１に接着、溶接または摩擦係合などによって固定される。図９では、ホルダー５１の中に、参照光源４０のキャップ部材４３が挿し込まれた状態が図示されている。ホルダー５１の参照光源４０が挿し込まれる側の端部とは反対側の端部は、スペーサー部材５２の中に挿し込まれる。スペーサー部材５２も、円筒状の形状を有する。ホルダー５１は、スペーサー部材５２に、接着、溶接または摩擦係合などによって固定される。

スペーサー部材５２のホルダー５１が挿し込まれる側の端部とは反対側の端部は、レンズホルダー５５の中に挿し込まれ、接着、溶接または摩擦係合などによって固定される。レンズホルダー５５も、円筒状の形状を有し、レンズホルダー５５の内部にはコリメート光学系１３（図１，図９参照）などが設けられる。図１では、光源１２からの光を平行光に変換する光学系と、参照光源４０からの光を平行光に変換する光学系とを、コリメート光学系１３が兼ねているが、これらの光学系は別個に構成されていてもよい。図９では、これらの光学系が別個に構成され、そのうちの一方がレンズホルダー５５の中に配置されている状態が図示されている。

レンズホルダー５５のスペーサー部材５２が挿し込まれる側とは反対側の端部は、基準枠５８の中に挿し込まれ、接着、溶接または摩擦係合などによって固定される。基準枠５８も、円筒状の形状を有する。参照光源４０、ホルダー５１、スペーサー部材５２、レンズホルダー５５および基準枠５８は、ユニット化されることが可能であり、光軸方向と光軸方向に対して直交する方向とにそれぞれの位置合わせが行われる。位置合わせによって、参照光源４０からの光は、レンズホルダー５５若しくは基準枠５８から、平行光に変換された状態で適切に出射されることが可能となる。

基準枠５８は、金属筺体８０（マイケルソン干渉計１０）内での光学系の光軸と、参照光源４０からの光（変換された平行光）の光軸との位置関係を合わせるために用いられる。基準枠５８を用いることによって、参照光源４０、ホルダー５１、スペーサー部材５２およびレンズホルダー５５は、ユニット化された状態で容易に金属筺体８０に対して取り付けられることができる（図７中の矢印ＡＲ５８参照）。ユニット化されたこれらの部材は、金属筺体８０の開口部８０Ｈの中に挿し込まれた後、図示しないネジ等を用いて金属筺体８０に対して強固に固定される。

基準枠５８は、必要に応じて用いられるとよい。基準枠５８が用いられない場合は、スペーサー部材５２またはレンズホルダー５５等が、金属筺体８０の開口部８０Ｈの中に挿し込まれた後に、図示しないネジ等を用いて金属筺体８０に対して強固に固定されるとよい。

本実施の形態では、参照光源４０の放熱のために、放熱部材６０が用いられる。放熱部材６０は、たとえば金属製の部材から構成される。放熱部材６０は、板状の形状を有する延在部６１，６２と、接続部６３とを含む。第１延在部としての延在部６１および第２延在部としての延在部６２は、それぞれ板状（直方体状）の形状を有し、互いに対向しつつ平行な方向に延在している。接続部６３も、板状の形状を有し、延在部６１および延在部６２の端部同士の間を接続するように設けられる。放熱部材６０は、全体として略Ｃ字形状を有している。

延在部６１には、その長手方向に沿って延在部６１を貫通する貫通孔６１Ｈが設けられる。貫通孔６１Ｈには、樹脂ネジ７３が挿し込まれる（図７中の矢印参照）。延在部６２には、その長手方向に沿って延在部６２を貫通する貫通孔６２Ｈが設けられる。貫通孔６２Ｈには、樹脂ネジ７４が挿し込まれる（図７中の矢印参照）。接続部６３には、その厚さ方向に貫通する複数の貫通孔６０Ｈが設けられる。貫通孔６０Ｈが設けられている位置は、参照光源４０における複数のピン端子４７の位置に対応している。

放熱部材６０は、参照光源４０等が金属筺体８０の開口部８０Ｈの中に挿し込まれた後、延在部６１，６２と金属筺体８０との間に断熱部材７１，７２をそれぞれ介在させて金属筺体８０に取り付けられる（図７中の矢印ＡＲ６０，ＡＲ７１，ＡＲ７２参照）。本実施の形態における断熱部材７１，７２とは、金属筺体８０を構成する金属材料の熱伝導率（例えば、２０〜４００Ｗ／ｍ・Ｋ）に対して、この熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料でできたものを意味し、具体例としてはたとえば、炭素繊維を含む樹脂材料、フェノール樹脂（ベークライト）、フッ素樹脂（商品名テフロン（登録商標））、エポキシ樹脂、ガラス等、熱伝導率が０．１〜２０Ｗ／ｍ・Ｋ程度のものが挙げられる。断熱部材７１，７２として金属製の材料が用いられる場合であっても、上記のような熱伝導率の差がある場合には、同様の作用効果を得ることができる。

樹脂ネジ７３は、延在部６１に設けられた貫通孔６１Ｈおよび断熱部材７１に設けられた貫通孔７１Ｈを通して、金属筺体８０のネジ穴８１Ｈに螺合する（図９参照）。樹脂ネジ７４は、延在部６２に設けられた貫通孔６２Ｈおよび断熱部材７２に設けられた貫通孔７２Ｈを通して、金属筺体８０のネジ穴８２Ｈに螺合する（図９参照）。

樹脂ネジ７３，７４の代わりに、高い断熱性を有する接着材を用いて、放熱部材６０を金属筺体８０に固定してもよい。放熱部材６０が金属筺体８０に取り付けられた状態では、参照光源４０は、延在部６１、延在部６２および接続部６３によって囲まれる空間内に配置される。ピン端子４７は、貫通孔６０Ｈを通して外部に突出している。参照光源４０は、金属筺体８０には直接的には接触しておらず、熱的にも隔絶された状態が形成されている。当該構成によれば、金属筺体８０側で発生した熱エネルギーが放熱部材６０を通して参照光源４０の光半導体レーザー素子４４等に伝わることを抑制でき、光半導体レーザー素子４４の動作を安定させることができる。

ここで言う熱エネルギーとしては、マイケルソン干渉計１０の場合は、参照検出器２４またはサンルを照射する光源１２などである。近赤外または赤外で高精度が求められる参照検出器２４は冷却する必要があり、この放熱によって熱エネルギーが発生する。

放熱部材６０を参照光源４０に熱的に良好に接続するために、参照光源４０のベース部材４１と放熱部材６０の接続部６３との間には、弾性を有する熱伝導部材６８（図９参照）が設けられるとよい。参照光源４０からの熱が放熱部材６０を通して外部に効果的に放出されることが可能となる。熱伝導部材６８としては、金属フィラーを含有するシリコーン接着剤を充填するか、伝熱性の高いシリコーンシートを配置するとよい。放熱部材６０の加工精度および断熱部材７１，７２の加工精度などによって参照光源４０と放熱部材６０との間の間隙が変動した場合でも、熱伝導部材６８を用いることにより参照光源４０の保持力を確保できる。

断熱部材７１，７２としては、たとえば樹脂が用いられる。このような断熱部材は、金属に比べて加工精度が劣るため、放熱部材６０と金属筺体８０との間隔を設計通りにすることは困難である。一方で、参照光源４０に対する保持力は必要である。本実施の形態では、マイケルソン干渉計１０の光軸と参照光源４０からの光（平行光）の光軸とを合わせるために、基準枠５８若しくはレンズホルダー５５を用いて参照光源４０を金属筺体８０に対して固定している。このため、参照光源４０を直接的に金属筺体８０に固定する方式に比べて、本実施の形態では金属筺体８０に対するユニットの固定点から参照光源４０までの距離が長くなり、モーメントがかかることになるため参照光源４０の付近での保持力がなければ経時的にかかる自重または衝撃等の外力で光軸が傾く恐れがある。したがって、熱伝導部材６８としては、保持力の低いグリス等ではなく、金属フィラー入りシリコーン接着剤またはシリコーンシートを配置することによって、放熱部材６０の加工精度および断熱部材７１，７２の加工精度などによって参照光源４０と放熱部材６０との間の間隙が変動した場合でも、熱伝導部材６８を用いることにより参照光源４０の保持力を確保できる。

上述の実施の形態では、電気光変換素子として、光を放射する光半導体素子が用いられているが、電気光変換素子として光を受光する光半導体素子が用いられる場合であっても同様の効果を得ることができる。以上、本発明に基づいた実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ マイケルソン干渉計、１１ 分光光学系、１２ 光源、１３ コリメート光学系、１４ ビームスプリッター、１５ 固定鏡、１６ 移動鏡、１７ 集光光学系、１８ 検出器、１９ 平行移動機構、２０ 演算部、２１ 参照光学系、２２ 光路合成鏡、２３ 光路分離鏡、２４ 参照検出器、２５ 制御部、２６ 光路補正装置、３０ 出力部、４０ 参照光源（半導体パッケージ）、４１ ベース部材、４２ 射出窓、４３ キャップ部材、４４ 光半導体レーザー素子、４５ 温度検出部、４６ アクティブ温度制御部、４６Ｂ ベースプレート、４６Ｅ ペルチェ素子、４６Ｐ 絶縁性プレート、４６Ｓ 支持基板、４７ ピン端子、４８ 導電性ワイヤー、４９ 突起部、５１ ホルダー、５２ スペーサー部材、５５ レンズホルダー、５８ 基準枠、６０ 放熱部材、６０Ｈ，６１Ｈ，６２Ｈ，７１Ｈ，７２Ｈ 貫通孔、６１ 延在部（第１延在部）、６２ 延在部（第２延在部）、６３ 接続部、６８ 熱伝導部材、７１，７２ 断熱部材、７３，７４ 樹脂ネジ、８０ 金属筺体、８０Ｈ 開口部、８１Ｈ，８２Ｈ ネジ穴、１００ フーリエ変換分光分析装置、ＡＲ５８，ＡＲ６０，ＡＲ７１，ＡＲ７２ 矢印、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４ 受光素子、Ｌ レーザー光、Ｓ 試料。

Claims (6)

1. 金属製の筺体と、
   電気光変換素子を内蔵し、前記筺体に対して固定される半導体パッケージと、
   前記半導体パッケージに熱的に接続するように配置された放熱部材と、
   前記放熱部材と前記筺体との間に設けられ、前記筺体側で発生した熱エネルギーが前記放熱部材を通して前記半導体パッケージに伝わることを抑制する断熱部材と、を備える、
   光学装置。
2. 前記半導体パッケージと前記放熱部材との間には、弾性を有する熱伝導部材が設けられる、
   請求項１に記載の光学装置。
3. 前記半導体パッケージは、ベース部材と、前記電気光変換素子を封止するキャップ部材とを含み、
   前記熱伝導部材は、前記ベース部材と前記放熱部材との間に設けられる、
   請求項２に記載の光学装置。
4. 前記放熱部材は、
   板状の形状を有し、互いに対向しつつ平行な方向に延在する第１延在部および第２延在部と、
   板状の形状を有し、前記第１延在部および前記第２延在部の端部同士の間を接続するように設けられる接続部と、を含み、
   前記半導体パッケージは、前記第１延在部、前記第２延在部および前記接続部によって囲まれる空間内に配置される、
   請求項１から３のいずれかに記載の光学装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の光学装置と、
   移動鏡と、
   固定鏡と、
   前記固定鏡の傾きを補正する光路補正装置と、
   前記半導体パッケージが出射した光を前記固定鏡に向かう光と前記移動鏡に向かう光とに分割するとともに、前記固定鏡および前記移動鏡の各々に反射した光を合成し干渉光として出射する光束分岐手段と、
   前記干渉光を検出する参照検出器と、を備え、
   前記参照検出器によって検出された前記干渉光の強度に応じて、前記固定鏡の傾きが所望の状態となるように前記光路補正装置が駆動される、
   マイケルソン干渉計。
6. 請求項５に記載のマイケルソン干渉計を備える、
   フーリエ変換分光分析装置。

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