JP2554026B2 - マイケルソン干渉計 - Google Patents

マイケルソン干渉計

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JP2554026B2 JP6177712A JP17771294A JP2554026B2 JP 2554026 B2 JP2554026 B2 JP 2554026B2 JP 6177712 A JP6177712 A JP 6177712A JP 17771294 A JP17771294 A JP 17771294A JP 2554026 B2 JP2554026 B2 JP 2554026B2
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    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
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    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/45—Interferometric spectrometry
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光路差が、回動可能に
設定できるミラーユニットにより生ずる、マイケルソン
干渉計に関する。
【０００２】
【従来の技術】たとえば、ドイツ特許公報ＤＥ３４ ３
１ ０４０ Ｃ２、欧州特許公報ＥＰ０１ ４６ ７６
８ Ａ２およびドイツ特許公報ＤＥ ４０ １３ ３９
９ Ｃ１は、光路差がレトロレフレクタを回転すること
により生ずるマイケルソン干渉計を開示する。これら周
知の干渉計では、傾斜軸上で偏心的に回動する″転頭″
レトロレフレクタが採用される。大きな光路差、云い換
えれば高いスペクトル解像度を生ずるには、２つの干渉
計アームの光光路長変化よりみて、２つ以上のレトロレ
フレクタが非同期回動可能に設定され、互いの種々の回
転運動間の一定の相関係が固守されねばならない。
【０００３】回転レトロレフレクタを有するこれら周知
のマイケルソン干渉計はつぎのような多くの欠点があ
る。
【０００４】１．高いスペクトル解像度を生ずるには、
このような干渉計は１つだけのレトロレフレクタでは作
動できず、２つ以上のこれら比較的高価な要素が必要で
ある。
【０００５】２．必要により、互いの２つ以上のレフレ
クタの種々の回転運動間の一定相関係を固守するために
は複雑な構成としなければならない。精密な解決策は、
それ自身のステッピング・モータにより各レトロレフレ
クタを駆動し、また、すべてのモータの共通制御クロッ
クパルスによって互いにすべてのモータの″電気的カッ
プリング″を設けることである。種々ステッピングモー
タの増分作動による機械的振動は測定信号を乱す仕方で
構造全体に伝達されるため、付加的な複雑かつ高価な機
械的制動手段により排除されねばならない。すべての労
力と費用が所要各駆動モータによりさらに増大する。さ
らにまた、ステッピング・モータは基本的に、１つのレ
トロレフレクタだけを駆動する匹敵する直流モータより
も高価である。
【０００６】２つ以上のレトロレフレクタが１つのモー
タだけで駆動されるとすれば、歯車を介しカップリング
が必要である。これによりまた、労力と費用が増し、構
造体への歯車の遊びや歯車振動の伝達によりさらに故障
の原因を作る。
【０００７】３．さらにまた、各もう１つのレフレクタ
により、その光学誤差により装置の光学信号の品質をさ
らに悪化させる点で特に不利益と認められる。この不利
益を解消するため、きわめて高い品質のレトロレフレク
タが使用されるが、これもきわめて高価な装置となって
しまう。
【０００８】４．１つだけ回転レトロレフレクタを有す
る周知の干渉計では、さらに、装置の不必要に大きな機
械的寸法を避けるため、固定されるが、レトロレフレク
タを第２干渉計アームに設置するという不利益がある。
これらは光路を曲げることに役立ち、機械的構造サイズ
を小さくできる。これはすでに述べた第２レフレクタの
欠点を有する。
【０００９】５．両干渉計アームを設けた１つの回転レ
トロレフレクタを有する周知の干渉計の他の欠点は、き
わめて高いスペクトル解像度をうるにはきわめて大きな
レトロレフレクタを必要とし、装置の機械的寸法は不必
要に大きくなり生産コストが高くなる。
【００１０】ドイツ特許公報ＤＥ ２４ ５６ ６４９
Ａ１に、干渉計により軸の回転角を測定する装置も知
られている。この周知の干渉計は、ビームスプリッター
と、合焦レンズと、信号放射線を検出する検出器と、２
つの平面鏡と放射線源とだけでなく、かつ駆動ユニット
により回動可能に設定できるミラー要素を有し、所定距
離で互いに対向する２つの鏡面が設けられ、ビームスプ
リッターに近く位置する鏡面はリング形に一体化され、
それによってビームスプリッターから到来する両ビーム
半部分が方向付けされる。さらにまた、駆動ユニットの
回転軸線はビームスプリッターと同じ平面に整列され、
回転軸線にたいする垂直部は一方の鏡面と鋭角をなし、
さらに加えて、駆動ユニットは、ビームスプリッターか
ら遠く離れて、ミラー要素の裏側に配置されている。ま
た、これら鏡面は回転軸線の互いに対面する異なる側
に、ビームスプリッターから到来するビームに垂直に配
置されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、構造がコンパクトで、技術的労力や費用が少なく、
不調による問題が少ないマイケルソン干渉計を提供する
ことである。本発明によれば、この目的は請求項１、
４、６または８の特徴により規定されるマイケルソン干
渉計により達成される。本発明の有利な他の特長は、請
求項１、４、５または６に直接または間接に従属する請
求項２、３、５、７または９〜１１に記載される。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による干渉計の第
１実施例において、回動可能に設定できるミラーユニッ
トが設けられ、好ましくは円形または楕円形のその両平
面鏡は互いに偏心的に配置されるサイズが異なる２つの
平面鏡として具体化される。さらにまた、本発明による
干渉計の第１実施例において、ベアリングブロックに回
転可能に支持されそれにより駆動される中空軸は駆動ユ
ニットと連動され、中空軸がビームスプリッタとミラー
ユニットとの間に配置され、その回転軸線はミラーユニ
ットの軸線と一致する。中空軸の回転軸線が小さい平面
鏡の鏡面を通過し小さい平面鏡の法線に対して鋭角をな
すようにして、ミラーユニットは中空軸に固定される。
【００１３】従って、第一実施例において、本発明によ
るマイケルソン干渉計はつぎのような利点を有する。
【００１４】１．回転ミラーユニットにより得られる精
度の見地からの、言い換えれば、入射出射ビームの平行
度が１アーク秒以下の欠点の見地からの要求は、本発明
による第１実施例の２つの平面鏡の費用はレトロレフレ
クタをなす３つのミラーユニットよりもかなり少なくて
充足できる。
【００１５】２．本発明によるこの実施例において、回
転レトロレフレクタを介する通過とは対照的に、通過ビ
ームは鏡縁間の接合部に当ることはなく、従って、不正
確な加工縁による影響はなく、正確な縁部を作るのに必
要な労力と費用は不要となる。
【００１６】本発明によるこの干渉計において、ビーム
は、このような干渉計の周知実施例のように３つのレフ
レクタを経るよりはむしろ回転要素の２つの鏡面を経て
通過するので、各ビーム半部分の反射数は２つだけ減少
する結果、光学損失が少なくなり、ビーム発散はそれだ
け損なわれない。
【００１７】本発明による干渉計の第２および第３実施
例において、モータにより回動可能に設定できる両側で
鏡面被覆される平行平面板が設けられ、すなわち、ある
区域では、平行平面板の２つの外面は、好ましくは、円
形または楕円リングとして、鏡面被覆されることによ
り、射出ビームは平行平面板の鏡面被覆環状区域から外
方に反射される。
【００１８】本発明による第２および第３実施例では、
回動可能に設定できるミラー要素を有する干渉計は、構
造サイズが小さくて高いスペクトル解像度を有する。さ
らにまた、これは以前よりも小さい費用と労力で達成で
き、同時に、たとえば駆動が面倒な歯車やステッピング
制御なしに、簡単な直流モータで達成できるため、考え
うる故障源は少ない。
【００１９】本発明による干渉計の第４〜第６実施例で
は、２つの干渉計アームが２つの平行平面鏡間に延び、
互いに平行に配置される１対の丸い平面鏡が設けられ、
光路長差を生ずるために、共同で連続的に、鏡面の法線
に対して小さい角度αだけ傾斜する回転軸線を中心に行
う回転運動を実行する。傾斜角αによりまた対向鏡面間
の間隔ａによって達成できる光路長差、それによって達
成できるスペクトル解像度が決定される。
【００２０】
【実施例】以下、本発明を、添付図面を参照して、好ま
しい実施例について詳細に説明する。
【００２１】図１に示す第１実施例において、回転ミラ
ーユニット５は小さい平面鏡５１と大きい平面鏡５２と
より成り、それらの鏡面は互いに対向して配置され、か
つ、距離ａだけ間隔をおいて互いに平行にされている。
２つの平面鏡５１と５２は、詳細には示されていない、
共通取付台に保持される。
【００２２】図２に見るように、２つの平面鏡５１、５
２により形成されるミラーユニット５の保持体は取付板
６４を有し、この取付板６４は中空軸６３に固定され、
一方この中空軸６３はベアリング・駆動ユニット６のベ
アリング・ブロック６２に回転可能に支持される。ベア
リング・駆動ユニット６の回転軸線６１は中空軸６３と
同心的に延長する。モータ６５によって、中空軸６３と
ミラーユニット５は、たとえば歯付ベルトまたはＶベル
ト等である駆動ベルト６６を経て、また歯付ベルトおよ
びＶベルトディスク等のような（図示せざる）プーリを
経て、回動可能に設定される。
【００２３】ミラーユニット５から離れて中空軸６３の
反対側端部に、ビームスプリッター１が、ベアリング・
駆動ユニツト６の回転軸線６１がビームスプリッター１
の平面を通過するように配置される。（円形ビームスプ
リッター１は回転軸線６１によって２つの等サイズの半
円形区分に分割される。）ホールディング鏡２１と２２
が、ビームスプリッター１と中空軸６３との間で非対称
に、回転軸線６１の各側に配置される。２つの平面鏡７
１と７２が、中空軸６３から所定距離で、ミラーユニッ
ト５に面して配置される。ビームスプリッター１に当る
入射ビームの方向の選択により、また、すべての光学要
素の幾何学寸法決めと、互いの幾何学関係ならびに光軸
と回転軸線６１によって、つぎの機能が保証される。
【００２４】ビームスプリッター１に当るビームは、ビ
ームスプリッター１により、反射成分と透過成分とに分
割される。ビームの両半部分は、２つの平面ホールディ
ング鏡２１、２２で反射後、回転軸線６１と角度αまた
は−αをなし、中空軸６３を通透する。ビームの両半部
分は、その表面に対する法線が回転軸線６１に対し角度
βだけ傾斜している小さい平面鏡５１に当り、中央で角
度β＋αまたはβ−αでミラーユニット５に入射する。
ビームの両半部分は大きい平面鏡５２の方へ反射され、
それにより固定平面鏡（７１または７２）へと反射され
てビーム半部分がそれらに垂直に当るようになってい
る。２つの固定平面鏡７１、７２からビームの２つの半
部分が反射され反対方向に同じ光路を通ってビームスプ
リッター１で再結合し、最後に光学要素３により検出器
４に合焦される。
【００２５】ミラーユニット５が、ベアリング・駆動ユ
ニット６によって回転軸線６１を中心に回動可能に設定
されていれば、ビーム路は同じコースをとる。その結
果、ビーム半部分が通過する光路長は一方が短くなり他
方が長くなるように変化することにより、それらの差は
最大と０の間で週期的かつ連続的に変化する。ビームの
半分またはそれらの部分は、どの回転角位置でも上記以
外の路をとれない。
【００２６】回転軸線６１に対する角度αとβと２つの
平面鏡５１、５２間の間隔ａとによって到達できる光路
長差、従って、スペクトル解像度が規制される。
【００２７】２つの平面鏡５１、５２に代え、ここでは
詳細は示さないが、両外面内側を鏡面被覆された平行平
面板を回転ミラーユニットとして使用でき、その２つの
鏡面は平面鏡面５１と５２の機能を果たす。第１の小さ
い平面鏡５１の鏡面に機能が相当する鏡面の鏡面被覆
は、射出ビームが妨げられないように入射ビーム区域に
制限される。平行平面板を構成する材料は、干渉計が使
用される波長範囲の分散（波長独立屈折率）を示しては
ならない。
【００２８】本発明による第１実施例では、最大光路長
差Ｓmaxは対称入射角（α，−α）でつぎの通りであ
る。 Ｓmax＝１６・ａ・sinα・sinβ ここでａは２つの回転平面鏡５１と５２間の距離または
間隔で、αはβより小さくなければならない。
【００２９】たとえば、ａ＝３．５cm、α＝１５°、β
＝４５°であれば、最大の得られる路差はつぎのとおり
である。 Ｓmax＝１０．２５cm
【００３０】図３と図４に示すように、本発明による干
渉計の第２および第３実施例において、詳細に示さない
方法で直流モータ等のモータにより回動可能に設定でき
るミラー要素５０1は、厚みがｄで、信号放射線を透過
させる材料で作られ、分散が使用されるスペクトル範囲
で無視できる鏡面被覆された平行平面板よりなる。平行
平面板の両側の鏡面被覆外面はリング、好ましいが必ず
しも必要でないが、同心の円形または楕円形リングとす
る。
【００３１】鏡面被覆および非鏡面被覆面は、入射およ
び射出ビームが横断面全体にわたって常に同じに処理さ
れるようにそれらの長さおよび配置について、相互に決
定される。すなわち、ビームは鏡面被覆面または非鏡面
被覆面に入射し、平行平面板５０1から出射するにあた
り、所定角度で、空気と放射線透過材の間または放射線
透過材と空気の間の境界面に当る。さらにまた、回転軸
線８とビームスプリッター１は同一平面に位置される。
回転軸線８はミラー要素５０1に対する法線と所定角度
αをなす。
【００３２】空気と板材の間または板材と空気の間の転
移での損失を避けるため、および分散の悪影響を避ける
ため、本発明の他の有利な特長によれば、連続、同心で
典型的には切頭くぼみがミラー要素５０1の非鏡面被覆
面の区域で具体化される。その場合、ミラー要素はま
た、放射線不透過材よりなってもよい（図３参照）。
【００３３】本発明による干渉計の第２実施例は、その
主要な要素として、合計６ケの平面鏡と、回動可能に設
定できるミラー要素５０1とを有する。ホールディング
鏡として作用する第１と第２の平面鏡２１1と２２1は好
ましくは、回転軸線８の異なる対向側に平行に軸対称に
配置される。加えて、第３と第４の平面鏡７１1と７２1
は同様に、ビームスプリッターにより形成されるビーム
半部分に軸対称かつ垂直に、また回転軸線８から４５度
の角度で、ミラー要素５０1の回転軸線８の異なる対向
側に配置される。第５と第６の平面鏡９１、９２は回転
軸線８に垂直に配向され、ビームスプリッター１から見
て、ミラー要素５０1の前後に配置される。
【００３４】第２実施例による本発明の干渉計におい
て、ビームスプリッター１に４５°で入射するビーム１
０は反射ビーム半分と透過ビーム半分とに分割される。
ビームスプリッター１からのビーム半部分は、ホールデ
ィング鏡として作用する平面鏡２１1、２２1により、ミ
ラー要素５０1に反射され、それによって、回転軸線８
に垂直に配置されかつミラー要素５０1とビームスプリ
ッター１の間に配置される第５平面鏡９１に反射され
る。第５平面鏡９１により反射されたビーム半部分は非
鏡面被覆面または、詳細には示していない回転ミラー要
素５０1のくぼみを通過して、回転軸線８に軸対称的か
つ垂直に配置される第６平面鏡９２に達する。そこか
ら、２つのビーム半部分は、ビームスプリッター１から
遠く離れた側の、ミラー要素５０1鏡面に反射される。
ミラー要素５０1から、ビーム半部分はつぎに、図３で
ミラー要素５０1と第６平面鏡９２間のスペース外側横
方向に配置される。軸対称置の平面鏡７１1と７２1に送
られる。ビーム半部分は２つの平面鏡７１1と７２1に垂
直に当り、２つの平面鏡７１1と７２1により反射され、
同じコースに沿い反対方向に通り、ビームスプリッター
１で再度結合し、焦点レンズとしての光学要素３により
検出器４に合焦される。
【００３５】作動中、ミラー要素５０1は、直流モータ
としての、図示せざる駆動ユニットによって回転軸線を
中心とする回動可能に設定されているので、２つのビー
ム半部分が通過する光路の長さは短く、また反対に長く
なり、それらの差は最大と０の間で周期的かつ連続的に
変化する。干渉計のこの実施例では到達可能な光学路
差、従って到達可能スペクトル解像度は、回転軸線８と
ミラー要素５０1に対する法線との間の鋭角αにより、
また平行平面板５０1と回転軸線８に垂直に配置される
２つの平面鏡９１、９２間の間隔とにより決定される。
その結果、ミラー要素５０1の直径も同時に規制され
る。
【００３６】本発明による干渉計の第３の実施例（図４
参照）は５つの平面鏡と回転ミラー要素５０1を持つに
すぎない。第３実施例が上記第２実施例と異なるのは、
平面鏡７１1と７２1に相当しかつ第３実施例において、
回転軸線８に対する法線に、角度が好ましくは４５度で
ある第１実施例よりも回転軸線８の法線に対し大きい角
度、たとえば７５度だけ傾斜する平面鏡７１2と７２2の
配向の相違であり、これにより第２実施例で必要な第６
平面鏡９２が省略される。
【００３７】第３実施例における２つの軸方向対称配置
の平面鏡７１2と７２2の異なる配向のため、回転軸線８
に対し垂直に配置される第５平面鏡９１により反射され
るビーム半部分は非鏡面被覆面を介しまたは回転ミラー
要素５０1のくぼみを介し反射され２つの平面鏡７１2と
７２2に達する。そこから、２つのビーム半部分は反射
されてミラー要素５０1の裏側の鏡面に再び戻り、その
鏡面から平面鏡７１2と７２2へ戻り、ここで垂直に当た
る。ついで、ビーム半部分は半射されて戻り同じ光路に
沿って反対方向に通過してビームスプリッター１へ行
き、そこで再び結合してから光学要素３により検出器４
に合焦される。
【００３８】第３実施例でも、ミラー要素５０1は、図
示せざる駆動ユニットによって作動中回転軸線８を中心
として回動可能に設定される結果、ビーム半部分が通過
する光路の長さは反対に短くまた長くなり、言い換えれ
ば、それらの差は最大と０の間で前後に周期的かつ連続
的に変化する。この実施例において、到達可能な光路長
差従ってスペクトル解像度は角度αと板厚ａにより規制
される。
【００３９】本発明による干渉計のこの光路長差従って
スペクトル解像度は、上記第２実施例における角度αま
たは板厚ｄを変化させることにより、調節可能とするこ
とが出来る。
【００４０】すべての構成部品のサイズやそれらの配置
の任意選択によって、ビーム全体が、ビーム半部分を反
射させるすべてのミラーの反射面に当ることが確実にな
る。これは特に、ミラー要素５０1の直径またはその好
ましい円形または楕円環状鏡面の直径について言える。
【００４１】図５は斜視図で、図４に略示された第３実
施例の基本的配置を示す。図４の略示を補充し、図５の
斜視図はさらに、保持装置と駆動機構とを示すが、光学
焦点要素３と検出器４は省略されている。
【００４２】円形ミラー要素５０1または図５の実施例
において好ましくは楕円ミラー要素５０1は、その外縁
が図５に断面で示す中空円形円筒１１の一端に取付けら
れ、円筒軸線とミラー要素５０1への法線とにより角度
αを形成する（図１参照）。円筒軸線に垂直に整列さ
れ、たとえば歯付ベルトデイスクである保持・回転デイ
スク１２が円形円筒１１の他端に取付けられている。
【００４３】円筒１１の軸線に相当する回転軸線８によ
り固定される固定軸８1に、保持デイスク１２が回転可
能に支持されている。２つの平面鏡７１2と７２2が軸８
1に固定される。保持デイスク１２と、これに中空円筒
１１を経て接続されるミラー要素５０1とは、駆動歯付
ベルト１４を経て、直流モータの、たとえば歯付ベルト
デイスクである駆動ディスク１３により回動可能に設定
される。図５に示す構成において、スプリットビームの
ビーム路は作動中妨害されない。
【００４４】下記の数値は、ミラー要素５０1の同心切
頭くぼみのもっとも重要なパラメータの寸法をとる一例
を示す。図３の第２実施例において、これらはつぎの通
りとなる。 ビームの使用可能直径，３０mm； 板厚ｄ，２０mm； ２つの平面鏡９１と９２間の間隔，２０mm； 角度α，３．５°
【００４５】最大到達可能光路長差は約１１cm；到達ス
ペクトル解像度は０．０９１cm-1より良い；ミラー要素
５０1の直径は２６０mmとなる。
【００４６】図４の第３実施例において、ビームの使用
可能径が３０mmであれば、板厚ｄは２０mmで、角度αは
４．０°、到達可能最大光路長差は約１３cmである。得
られたスペクトル解像度は０．７７cm-1より良く、ミラ
ー要素５０1の直径は２２２mmである。
【００４７】図６に示すように、マイケルソン干渉計の
第４実施例は、ビームスプリッター１と、光学要素３
と、検出器４と、互いに対面する２つの平行平面鏡５１
3と５２3を有する光路長を変えるミラー要素５０3と、
２つの平面端鏡７１3、７２3とを有する。ミラー要素の
２つの平面鏡５１3と５２3は円形または楕円平面鏡であ
って、これらは同じ直径を有し、図６には詳細に示され
ていないが、互いに調節可能な距離ａに配置され、その
位置に互いに固定される。平面鏡５１3と５２3とにより
形成されるミラー要素５０3は回転軸線８3を中心に回転
するよう連続的に設定でき、ミラー要素５０3の２つの
平面鏡５１3、５２3の鏡面は回転軸線８3への垂直から
小さい角度αだけ傾斜されている。
【００４８】回転軸線が回転軸線８3と一致する駆動軸
８０3は、２つの平面鏡５１3と５２3の一方の外側（図
６において、平面鏡５１3の裏側）に固着され、詳細に
示されていないモータを経て定角速度で駆動される。
【００４９】ミラー要素の（詳細に図示されない）中心
平面について、ビームスプリッター１はミラー要素５０
3の一側に配置され、端鏡７１3と７２3はその他側に配
置される。ビームスプリッター平面は平面鏡５１3と５
２3の間に位置し、端鏡７１3と７２3により形成される
角度を２分する。光軸と同心をなす２つの干渉計アーム
のビーム半部分１０′と１０″は端鏡７１3と７２3に垂
直になる。
【００５０】作動中、入射ビーム１０はビームスプリッ
ター１によって夫々透過と反射し、同じ強度の２つのビ
ーム半部分１０′と１０″に分割される。ビーム半部分
１０′は平面鏡５１3に当り、それにより平面鏡５２3に
反射され、そこから最後に端鏡７１3に垂直に当るよう
になっている。端鏡７１3から、ビーム半部分１０′は
逆方向のコースをとりビームスプリッターへ向う。ビー
ムスプリッター１からの第２ビーム半部分１０″は平面
鏡５２3に当り、それにより平面鏡５１3に反射され、そ
こから最後に端鏡７２3へ向い、ここでビーム半部分１
０″は垂直に当り、同じ光路へ反射して戻り、反対方向
のコースをとり、ビームスプリッター１へ戻る。ビーム
スプリッター１に当る２つのビーム半部分はビームスプ
リッター１で再結合し、得られた放射線は光学要素３に
より検出器４に合焦される。
【００５１】ミラー要素５０3の回転時、上記光路は２
つの干渉計アームにおいて互いに反対に長くかつ短くな
る結果、所望の光路長差が形成され、これは、平面鏡面
と回転軸線８3への垂直方向間の角度αの大きさ、およ
び２つの平面鏡５１3と５２3との間の間隔ａによって調
節できる。
【００５２】図７に、略示的かつ詳細に、好ましい第５
実施例における、図６のミラー要素５０3を変型したミ
ラー要素５０4を示す。図７において、ミラー要素５０4
の２つの平面鏡５１4と５２4各々に中央孔が設けられ、
この孔は２つの平面鏡５１4と５２4の鏡面に垂直から角
度αだけ傾斜している。ダッシ線で示す回転軸線８4を
有する駆動軸８０4はこれら孔各々を貫通する。駆動軸
８０4は、２つのフランジ８１と８２により、２つの平
面鏡５１4と５２4の外面に固着される。フランジ８１と
８２により、２つの平面鏡５１4と５２4の対向鏡面が、
通常の要素の寸法を考慮して調節できる相互の距離ａに
配置される。
【００５３】詳細に示されない駆動モータ手段によっ
て、軸８０4従ってミラー要素５０4は回動可能に設定で
きる。光軸に同心をなすビーム１０′と１０″（図６参
照）がミラー要素５０4のどの回転位置でも本発明の干
渉計を介し回転軸８０4により妨げられないで通過す
る。言い換えれば、ミラー要素５０4が、回転軸線８4が
位置する平面により２半分に分割されれば、ビーム１
０′と１０″がミラー要素５０4の一方の半分内のみに
延長するように、ビームスプリッター１と、ミラー要素
５０4と端鏡７１3、７２3とが寸法決めされて配置され
る。
【００５４】この場合、２つのビーム半部分のビーム路
は作動中妨害されない。この実施例では使用されないミ
ラー要素の第２半部分は、通常の部品１、３、４および
７１3、７２3よりなる第２の構成が補充され、たとえ
ば、基準干渉計として作用できる、または、異なるスペ
クトルレンジ用に設計される第２干渉計を得ることがで
きる。
【００５５】図７について上述した実施例の変型におい
て、ミラー要素５０4の第２半部分はまた２つのビーム
半部分１０′と１０″の他の通路に使用できる。この場
合、図６に示すものと異なり、端鏡７１3と７２3はミラ
ー要素の第２半部分の反対のビームスプリッター１側に
配置される。各々図６に示される端鏡７１3、７２3の位
置に、２つの平面鏡のいずれかまたは屋根型内鏡が配置
され、２つのビーム１０′と１０″がミラー要素５０4
の第２半部分を経て端鏡７１3と７２3に横方向にオフセ
ットして仕向されるようになっている。ここで端鏡７１
3と７２3はビームスプリッター１側に配置され、ビーム
は再び同様に垂直に当たる。２つのビーム半部分１０′
と１０″は各々この光路に沿って平面鏡５１3と５２3に
２回当る。ビームスプリッター１側に配置される端鏡７
１3と７２3から、ビームは上記光路を通過してビームス
プリッターに再び戻り、このプロセス中ミラー要素５０
4を２回横切る。上記の仕方で、図７の第５実施例で得
られる光路差は２倍にできる。
【００５６】考え得るもう１つの実施例において、幅２
倍のビームが図７に示すミラー要素５０4の中を通過で
きる。このビームでは、駆動軸８０4はその幅に相当す
る部分を遮蔽し、言い換えれば、それに対応して２つの
ビーム半部分をかくす。しかし、この方法では、同じ幾
何学寸法で、多くの放射線出力が検出器４に達し（図
６）、または、放射線容量が同じままであれば、図７よ
りも幾何学的に小さい配置が得られる。当然ながら、配
置全体を小さく維持し、または駆動軸８０3による放射
線の上記遮蔽をできるだけわずかに維持するため、駆動
軸８０3はできるだけ細く設計しなければならない。
【００５７】図８は、図６の実施例と比較して変型した
ミラー要素構造の好ましい第６実施例の配置を略示的に
のみ示す。図８において、ミラー要素５０5の２つの平
面鏡５１5と５２5は所定距離ａで互いに平行に配置さ
れ、さらに、Ｕ字形状に、２つの平面鏡５１5と５２5の
外側に係合する２つの保持要素９１と９２によって互い
に固く結合される。従って、２つのＵ字形状保持要素９
１と９２は、２つの平面鏡５１5と５２5間の距離ａを固
定させるだけでなく、かつ２つの平面鏡５１5と５２5が
互いに絶体に必要な平行度を示すようにする。
【００５８】ミラー要素５０5は、フランジ８１5によっ
て、２つの平面鏡５１5または５２5の一方の裏側（図８
において、平面鏡５１5の裏面）に同心的に固着され、
この軸の回転軸線も図８に示されないミラー要素の回転
軸線と一致する。また図８において、駆動軸８０5は、
２つの平面鏡５１5と５２5の鏡面への垂直方向に対し
て、図８に示されない小さい角度αを形成する。駆動軸
８０5は図示せざるモータにより回動可能に設定され、
これは駆動軸８０5の上に示す矢印で表わされ、回転運
動を表わす。
【００５９】ミラー要素５０5の回転により、保持要素
９１と９２によりもたらされるビームの遮蔽に拘らず、
３６０度回転につき少なくとも１２０°が２回、遮蔽さ
れない作動のため得られるように、Ｕ字形状保持要素９
１と９２との寸法が定められ、平面鏡５１5と５２5の周
囲、両裏側に固定される。ビーム通路の残りの角度、約
６０°の２倍は、保持要素９１と９２によって遮蔽され
る。
【００６０】２つの干渉計アームを通る光路長は図６に
のみ示す端鏡７１3と７２3によって互いに調節配位され
て、光路のコースが変り、その速度は正弦的に変調さ
れ、測定に使用できる２・１２０°のセグメントは正弦
波の転換点の両側に対称的に、言い換えればその実際上
直線区域に位置することにより、その結果、１回転３６
０°の光路差全体の少なくとも約８７パーセントが測定
に利用され、これは１回転に得られる測定時間の約６７
パーセントに当る。
【００６１】第４〜第６実施例のもっとも重要なパラメ
ータを寸法とりする数値例を以下に示す。 ミラー要素５０3、５０4または５０5 の直径 ２８０ mm 間隔 ａ １５０ mm 角度 α ± ４．５° ビームの使用径 ５０ mm 到達可能最大光路長差 約 １３３ mm １２０°利用の光路長差 約 １１５ mm
【００６２】光路長差の小さい実施例では、要素はほぼ
つぎのように寸法とりされる。 ミラー要素５０3、５０4または５０5の直径 １１０ mm 間隔 ａ ５５ mm 角度 α ± ２．５° ビームの使用径 ２５．４mm 到達可能最大光路長差 約 ２７．１mm １２０°利用の光路長差 約 ２３．５mm
【００６３】
【発明の効果】本発明によって、干渉計の第１〜第６実
施例は、高スペクトル解像度が少ない光学部品により構
成される回転ミラー要素により得られる。さらにまた、
使用される部品は実施が簡単で従って経済的である。加
えて、部品数が少ないので簡単な光学調節が可能と成る
ことにより、誤調節の率は極めて僅かになると期待でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転に設定できるミラーユニットを有する干渉
計の第１実施例の光学配置を示す概念図である。
【図２】連動ベアリング・駆動ユニットを有する、図１
のミラーユニットの詳細図である。
【図３】回転ミラー要素として平面平行板を有する、本
発明による干渉計の第２実施例の光学配置を示す概念図
である。
【図４】回転ミラー要素として平面平行板を有する、本
発明による干渉計の第３の好ましい実施例の光学配置を
示す概念図である。
【図５】図４の実施例の基本的配置の略斜視図である。
【図６】鏡面被覆面を相互に対向させた２つの平面鏡か
らなる回転ミラー要素を有する、本発明による干渉計の
さらに第４実施例の光学配置を示す概念図である。
【図７】図６に示す本発明による干渉計の回転ミラー要
素の第５実施例を示す概念図である。
【図８】図６の本発明による干渉計の回転ミラー要素の
第６実施例を示す概念図である。
【符号の説明】
１ ビームスプリッター ３ 焦点光学要
素 ５ 回転ミラーユニット ６ ベアリング
・駆動ユニット ７ 平面平行板 ８ 回転軸線 １０ 入射ビーム １１ 中空円形
内筒 １２ 歯付ベルトデイスク １３ 駆動デイ
スク １４ 駆動ベルト ２１、２２ フ
ォールディング鏡 ５０ ミラーユニット ５１、５２、５
３ 平面鏡 ６１ 回転軸線 ６２ ベアリン
グブロック ６３ 中空軸 ６４ 取付板 ６５ 駆動ベルト ７１、７２ 固
定平面鏡
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブルクハルト ヤンセン ドイツ連邦共和国・49176・ヒルター・ フィンケンヴェク・10 (72)発明者 エルヴィン リンダーマイアー ドイツ連邦共和国・86165・アウクスブ ルク・ラントヴェール−シュトラーセ・ 14・１／２ (72)発明者 クラウス シュナイダー ドイツ連邦共和国・88145・ヘルガツ・ ゾンネンハルデ・５

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ビームスプリッター（１）と、 ２つのフォールディング鏡（２１、２２）と、 合焦光学要素（３）と、 信号放射線を検出する検出器（４）と、 駆動ユニット（６５）によって回動可能に設定でき、回
    転軸線がビームスプリッター（１）の中心平面と同じ平
    面に整列されるミラーユニット（５０）であって、この
    ミラーユニット（５０）は、所定距離で互に対面する２
    つの相互平行鏡を有することによってビームスプリッタ
    ー（１）により形成される両ビームが光路長を変えるた
    めに方向付けできるようにしたミラーユニット（５０）
    と、 ミラーユニット（５０）の回転軸線の異なる反対の側に
    ビームスプリッター（１）から到来するビームに直角に
    配置される２つの固定平面鏡（７１、７２）と、 放射線源としてのレーザと、 レーザ検出器とを有するマイケルソン干渉計において、 ミラーユニット（５０）の２つの平面鏡は偏心的かつ互
    いに平行に配置されるサイズの異なる平面鏡（５１、５
    ２）として具体化され、 ベアリングブロック（６２）に回転可能に支持され駆動
    ユニット（６５）により駆動される中空軸（６３）が設
    けられ、この中空軸はビームスプリッター（１）とミラ
    ーユニット（５０）との間に設けられ、その回転軸線
    （６１）はミラーユニット（５０）の回転軸線と一致
    し、 ミラーユニット（５０）は、中空軸の回転軸線（６１）
    が小さい平面鏡（５１）の鏡面を貫通するようにして中
    空軸（６３）に固定され、その回転軸線（６１）は小さ
    い平面鏡（５１）の法線と鋭角（β）を形成することに
    より、ビームスプリッター（１）で形成される２つのビ
    ームは中空軸（６３）を介し２つのフォールディング鏡
    （２１、２２）を経て、小さい平面鏡（５１）の中央配
    置鏡面に当り、それにより大きい平面鏡（５２）の対向
    鏡面に反射され、そこから、垂直に固定平面鏡（７１、
    ７２）に入射するようにして２つの平面鏡（７１、７
    ２）に向い、それらによって反射され、逆方向に同じ光
    路をとり、ビームスプリッター（１）で再び結合され、
    光学要素（３）によって検出器（４）に合焦される、マ
    イケルソン干渉計。
  2. 【請求項２】 回動可能に設定できるミラーユニットは
    信号放射線を透過する材料よりなる平面平行板であり、
    この板は、最初に２つの入射ビームが当る面がその区域
    でのみ鏡面被覆される一方、他面が全体に鏡面被覆され
    るようにして、内向き鏡面として具体化される２つの対
    向外面を有する請求項１の干渉計。
  3. 【請求項３】 ２つの平面鏡は円形または楕円である請
    求項１または２のいずれかの干渉計。
  4. 【請求項４】 ビームスプリッター（１）を有し、 各々がフォールディング鏡として作用する第１および第
    ２平面鏡（２１、２２）を有し、 信号放射線をピックアップする合焦光学要素（３）を有
    し、 検出器（４）を有し、 駆動ユニットにより回動可能に設定でき、回転軸線
    （８）がミラー要素の垂線と所定の鋭角（α）をなし、
    ビームスプリッター（１）の中心平面と同じ平面に位置
    決めされるミラー要素であって、ミラー要素は互いに所
    定距離隔て設けられる２つの互い平行な鏡面を有し、ビ
    ームスプリッターにより形成される両ビーム半部分はこ
    れを通過することによって光路長を変えるために方向付
    けられるミラー要素を有し、 ビームスプリッター（１）により形成されるビーム半部
    分に垂直に、ミラー要素の回転軸線（８）の異なる対向
    側に軸方向対称的に配置される第３および第４平面鏡
    （７１1、７２1）を有し、 放射線源としてレーザを有し、 レーザ検出器を有するものにおいて、 ミラー要素は、両側に環状鏡面を備える所定厚みの平面
    平行板（５０1）であり、 回転軸線（８）に直角に配向される第５平面鏡（９１）
    がミラー要素の前に配置され、第１および第２平面鏡
    （２１1、２２2）が第５平面鏡（９１）の高さでその外
    側に設けられるようにして、回転軸線（８）に直角に配
    向される第６平面鏡（９２）がミラー要素の後に設けら
    れ、第３および第４平面鏡（７１1、７１2）は、回転軸
    線（８）から４５°の角度でミラー要素と第６平面鏡
    （９２）との間のスペースの外区域に設けられることに
    より、 ビームスプリッター（１）で形成される２つのビーム半
    部分は、第１および第２平面鏡（２１1、２２1）を経
    て、ビームスプリッター（１）の方へ、ミラー要素（５
    ０1）の環状鏡面に当り、それにより第５平面鏡（９
    １）に反射され、そこからミラー要素（５０1）の非鏡
    面被覆部分を介し、ミラー要素の後に配置される第６平
    面鏡（９２）に当り、第６平面鏡によって、ビームスプ
    リッター（１）から遠いミラー要素の環状鏡面に反射さ
    れ、そこから直角に第３および第４平面鏡（７１1、７
    ２1）に当り、これら２つの平面鏡（７１1、７１2）に
    より反射され、逆方向に同じコースを通過し、ビームス
    プリッター（１）で再び結合され、光学要素（３）によ
    って検出器（４）に合焦される、マイケルソン干渉計。
  5. 【請求項５】 ミラー要素（５０1）の非鏡面被覆面区
    域にくぼみが設けられる請求項４の干渉計。
  6. 【請求項６】 ビームスプリッター（１）を有し、 各々がフォールディング鏡として作用する第１および第
    ２平面鏡（２１1、２２1）を有し、 信号放射線をピックアップする合焦光学要素（３）を有
    し、 検出器（４）を有し、 駆動ユニットにより回動可能に設定でき、回転軸線
    （８）がミラー要素の垂線と所定の鋭角（α）をなし、
    ビームスプリッター（１）の中心平面と同じ平面に位置
    決めされるミラー要素であって、ミラー要素は互いに所
    定距離に配置される２つの相互に平行な鏡面を有し、ビ
    ームスプリッターにより形成される両ビーム半部分はこ
    れを通過することによって光路長を変えるために方向付
    けられるミラー要素を有し、 ミラー要素の回転軸線（８）の異なる対向側に軸方向対
    称的に配置される第３および第４平面鏡（７１2、７
    ２2）を有し、 放射線源としてレーザを有し、 レーザ検出器を有するものにおいて、 ミラー要素は両側に環状鏡面を備える所定厚みの平面平
    行板（５０1）であり、 回転軸線（８）に直角に配向
    される第５平面鏡（９１）は、ビームスプリッター
    （１）とミラー要素の間に配置され、第１および第２平
    面鏡（２１1、２２1）が第５平面鏡（９１）の高さでそ
    の外側に配置され、 第３および第４平面鏡（７１1、７２2）は、回転軸線
    （８）と鋭角をなす、ビームスプリッター（１）から遠
    い、ミラー要素の外側環状鏡面と第６平面鏡（９２）に
    対し配置されることにより、 ビームスプリッター（１）で形成される２つのビーム半
    部分は、第１および第２平面（２１1、２２1）を経て、
    ビームスプリッター（１）の方へ、ミラー要素の環状鏡
    面に当り、それにより第５平面鏡（９１）に反射され、
    そこからミラー要素の非鏡面被覆部分を介し、ミラー要
    素の後に配置される第３および第４平面鏡（７１1、７
    ２1）に当り、そこ（７１1、７２1）から鏡面要素の環
    状鏡面に反射され、そこから直角に第３および第４平面
    鏡（７１1、７２1）に当り、これら２つの平面鏡（７１
    1、７２2）により反射され、逆方向に同じ光路を通過
    し、ビームスプリッター（１）で再び結合され、光学要
    素（３）によって検出器（４）に合焦される、マイケル
    ソン干渉計。
  7. 【請求項７】 回転軸線（８）に相当する円筒軸線がミ
    ラー要素の垂線と鋭角をなすようにして、円形環状、好
    ましくは、楕円環状鏡面を有する平面平行板（５０1）
    はその外縁により中空内形円筒（１１）の一端に取り付
    けられ、 円筒軸線に直角に配置される歯付ベルトデイスク（１
    ２）状の保持駆動デイスクは円形円筒（１１）の他端に
    固定され、 歯付ベルトデイスク（１２）は回転軸線（８1）と同心
    的に配向される固定軸を中心に回転可能に支持され、 ２つの平面鏡（７１1、７２1）は固定軸（８′）に取り
    付けられ、 歯付ベルトデイスク（１２）と、ミラー要素を形成する
    平面平行板（５０1）とが、駆動ベルト（１４）によっ
    て駆動ユニットの駆動デイスク（１３）により回動可能
    に設定できる請求項６の干渉計。
  8. 【請求項８】 ビームスプリッター（１）と、合焦光学
    要素（３）と、検出器（４）と、光路長を変えるため、
    回動可能に設定できるミラー要素（５０3）とを有し、
    ミラー要素は、互いに対面しかつ互いに平行に配置され
    る２つの平面鏡（５１3、５２3）と２つの平面端鏡（７
    １3、７２3）とを有する、マイケルソン干渉計におい
    て、 ミラー要素（５０3）の平面鏡（５１3、５２3）は円形
    または楕円であり同じ直径を有し、調節可能な間隔
    （ａ）で互いに固定され、ミラー要素の中心平面に対し
    ビームスプリッター（１）は片側に配置され、２つの端
    鏡（７１3、７２3）はミラー要素（５０3）の他側に配
    置され、ビームスプリッター平面は平面鏡（５１3、５
    ２3）間に位置し２つの端鏡（７１3、７２3）間に形成
    される角度を２分するようにし、 平面鏡の表面はミラー要素（５０3）の回転軸線（８3）
    と垂直な方向と小さい角度（α）で傾斜され、 ミラー要素の回転軸線（８3）は駆動軸（８０3）の回転
    軸線に一致し、該駆動軸はミラー要素（５０3）の２つ
    の平面鏡（５１3、５２3）の一方の外側に固着されか
    つ、一定角速度でモータにより駆動でき、 ビームスプリッター（１）からの入射ビーム（１０）は
    強度が等しい２半分に分割され、各半ビームは、２つの
    平面鏡（夫々５１3、５２3）の一方に当り、夫々対向平
    面鏡（夫々５２3、５１3）に反射され、そこから最後に
    端鏡（７１3、７２3）に向い、垂直にこれら鏡（７
    １3、７２3）に当り、そこから逆方向に光路を通過し、
    ビームスプリッター（１）で再び結合され、合焦レンズ
    （３）を経て検出器（４）に送られ、光路長差は角度
    （α）と間隔（ａ）の大きさにより調節できるようにし
    た、マイケルソン干渉計。
  9. 【請求項９】 ミラー要素（５０4）の２つの平面鏡
    （５１4、５２4）は各々、中央孔を備え、この中央孔に
    駆動軸（８０4）が案内され、この駆動軸は、間隔
    （ａ）で互いに平行に配置される平面鏡（５１4、５
    ２4）の夫々外面に２つのフランジ（８１、８２）によ
    って固定され、平面鏡（５１4、５２4）が回転軸線（８
    4）に垂直な方向に対し角度（α）で傾斜しており、各
    回転位置で光軸に同心であるビーム（１０′、１０″）
    が駆動軸（８０4）に妨げられないミラー要素（５０4）
    の半分だけを通過するように、ビームスプリッター
    （１）、ミラー要素（５０4）、端鏡（７１3、７２3）
    および入射ビーム（１０）の直径が寸法決めされ配置さ
    れる請求項８のマイケルソン干渉計。
  10. 【請求項１０】 光軸に同心であり入射ビーム（１０）
    から発するビーム（１０′、１０″）が、ビーム半部分
    （１０′、１０″）の光軸が回転軸線（８4）と平面を
    形成するような構成で通過するように、ビームスプリッ
    ター（１）、ミラー要素（５０4）、端鏡（７１3、７２
    3）および入射ビーム（１０）の直径が寸法決めされ配
    置され、その結果駆動軸（８０4）がビームの中央部分
    だけを遮蔽する、請求項９の干渉計。
  11. 【請求項１１】 ２つの平面鏡（５１5、５２5）は両側
    で互いに所定距離（ａ）をおいて互いに平行に固定さ
    れ、Ｕ字形保持要素（９１、９２）がそれらに係合し、 ミラー要素（５０5）の２つの平面鏡（５１5、５２5）
    の一方の裏面と同心的に、駆動軸（８０5）はフランジ
    （８１5）によって固定され、駆動軸の回転軸線は平面
    鏡（５１5、５２5）の鏡面の法線と小さい角度（α）を
    形成し、 ミラー要素（５０5）の回転により保持要素（９１、９
    ２）によるビームの影に拘らず、少なくとも２回１２０
    °の角度が妨げられない作動のために回転ごとに得られ
    るようにＵ字形保持要素（９１、９２）が寸法決めされ
    ることにより、 端鏡（７１3、７２3）によって設定される２つの干渉計
    アームの光路長が互いに同様に正弦的に変調され、２回
    １２０°、測定に使用できるセグメントが正弦カーブの
    転換点の両側に対称的に従って事実上直線区域に位置決
    めされる結果、光路長差全体の約８７パーセントと１回
    転の時間全体の約６７パーセントが測定に使用できるよ
    うにした請求項８の干渉計。
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