JP3309537B2 - Fourier transform spectrophotometer - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、二光束干渉計によって
得られる干渉光を使用するフーリエ変換形分光光度計に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Fourier transform type spectrophotometer using interference light obtained by a two-beam interferometer.
【0002】[0002]
【従来の技術】フーリエ変換形赤外分光光度計では二光
束干渉計が用いられる。二光束干渉計は、光路差が時間
的に変化する二つの光束を合わせることによって干渉光
を生成するものである。フーリエ変換形赤外分光光度計
は、二光束干渉計に赤外光を入射して干渉赤外光を得、
この干渉赤外光を試料に照射して試料からの透過光又は
反射光を検出する。そして透過光又は反射光のスペクト
ルを求めるために、この検出信号を用いて数値計算によ
り離散的フーリエ変換を行なう。したがって、この変換
の際に干渉計における光路差の一定間隔毎に検出信号を
サンプリングすることが要求される。これに対し、従来
は、He-Neレーザ等のガスレーザを用いて光路差の
変化を検出し、この検出結果に基づいて光路差の変化速
度(単位時間当たりの光路差の変化量)が一定となるよ
うに干渉計を制御していた。光路差の変化速度を一定に
すると、一定の時間間隔でサンプリングすることによ
り、光路差の一定の間隔毎に検出信号の値が得られる。2. Description of the Related Art A two-beam interferometer is used in a Fourier transform infrared spectrophotometer. The two-beam interferometer generates interference light by combining two beams whose optical path difference changes with time. The Fourier transform infrared spectrophotometer obtains interference infrared light by inputting infrared light to a two-beam interferometer,
The sample is irradiated with the interference infrared light to detect transmitted light or reflected light from the sample. Then, in order to obtain the spectrum of the transmitted light or the reflected light, a discrete Fourier transform is performed by numerical calculation using the detection signal. Therefore, at the time of this conversion, it is required to sample the detection signal at regular intervals of the optical path difference in the interferometer. On the other hand, conventionally, a change in the optical path difference is detected using a gas laser such as a He-Ne laser, and based on the detection result, the rate of change of the optical path difference (the amount of change in the optical path difference per unit time) is constant. The interferometer was controlled so as to become. When the changing speed of the optical path difference is constant, sampling is performed at a fixed time interval, so that the value of the detection signal can be obtained at each fixed interval of the optical path difference.
【0003】図4は、マイケルソン形の二光束干渉計に
おける光路差の変化を検出する部分の構成を示す図であ
る。この二光束干渉計は、ビームスプリッタ60、固定
鏡56、及び移動鏡54を備えた構成となっており、干
渉赤外光を生成するために入射される赤外光とともにレ
ーザ源52からレーザ光がこの干渉計に入射される。こ
のレーザ光は、赤外光と同一の光路を経て干渉計から出
射される。すなわち、干渉計に入射されたレーザ光は、
まず、ビームスプリッタ60で二つの光束に分割され、
一方の光束は固定鏡56により、他方の光束は移動鏡5
4により、それぞれ反射される。反射された両光束はビ
ームスプリッタ60で再び一つの光束となって干渉計か
ら出射していく。マイケルソン形干渉計では移動鏡54
が直線状に往復運動する構成となっており、これにより
二つの光束の光路差が変化し、干渉により出射レーザ光
の強度が光路差に対して正弦波状に変化する。出射レー
ザ光の強度はレーザ検出器58で検出され、この検出信
号の強度変化の周波数が一定になるように移動鏡54の
往復運動が制御される。これにより光路差の変化速度が
一定に保持される。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a portion for detecting a change in an optical path difference in a Michelson-type two-beam interferometer. The two-beam interferometer includes a beam splitter 60, a fixed mirror 56, and a movable mirror 54, and emits laser light from a laser source 52 together with infrared light incident to generate interference infrared light. Is incident on this interferometer. This laser light is emitted from the interferometer via the same optical path as the infrared light. That is, the laser light incident on the interferometer is
First, the light is split into two light beams by the beam splitter 60,
One light beam is fixed by the fixed mirror 56 and the other light beam is
4 respectively. Both reflected light beams become one light beam again by the beam splitter 60 and exit from the interferometer. In the Michelson interferometer, the moving mirror 54
Are reciprocating linearly, whereby the optical path difference between the two light beams changes, and the intensity of the emitted laser light changes sinusoidally with respect to the optical path difference due to interference. The intensity of the emitted laser light is detected by a laser detector 58, and the reciprocating motion of the movable mirror 54 is controlled so that the frequency of the intensity change of the detection signal becomes constant. Thus, the changing speed of the optical path difference is kept constant.
【0004】一方、本願出願人は、二連コーナキューブ
を回動させることにより光路差を発生させる二光束干渉
計を提案している(特開平4−190124号、特開平
4−204334号)。この二光束干渉計は、平面鏡を
往復運動させることによって光路差を発生させる上記の
マイケルソン形干渉計に比べると、装置を小型化できる
という特長を有している。図3は、このような二連コー
ナキューブを利用した二光束干渉計における光路差の変
化を検出する部分の構成を示す図である。図3におい
て、二連コーナキューブ16とビームスプリッタ14と
によって二光束干渉計が構成される。ただし、図3では
レーザ光の光路をわかりやすくするために平面的に描か
れているが、実際の二連コーナキューブ16の二つのコ
ーナ部16a、16bは、それぞれ、互いに直交する三
つの平面によって構成されている。図3に示すように、
ビームスプリッタ14を挟んでHe-Neレーザ等のレ
ーザ源12とフォトダイオード等のレーザ検出器18と
が配置されており、干渉赤外光を生成するために入射さ
れる赤外光とともにレーザ源12からレーザ光が干渉計
に入射され、赤外光と同一の光路を経て干渉計から出射
される。すなわち、入射レーザ光は、まず、ビームスプ
リッタ14で反射する光束(以下「反射光束」という)
とビームスプリッタ14を透過する光束(以下「透過光
束」という)とに分かれる。この反射光束及び透過光束
の前方には二連コーナキューブ16が設けられており、
この二連コーナキューブ16は、その一方のコーナ部1
6aに反射光束が入射し、他方のコーナ部16bに透過
光束が入射するように、二つのコーナ部16a、16b
がビームスプリッタ14の面を挟む位置に置かれてい
る。そして、二連コーナキューブ16は、所定の回転軸
Aを中心として回動できるように構成されている。On the other hand, the present applicant has proposed a two-beam interferometer that generates an optical path difference by rotating a double corner cube (Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-190124 and 4-204334). This two-beam interferometer has a feature that the apparatus can be downsized as compared with the above-mentioned Michelson interferometer that generates an optical path difference by reciprocating a plane mirror. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a part for detecting a change in an optical path difference in a two-beam interferometer using such a double corner cube. In FIG. 3, a two-beam interferometer is constituted by the double corner cube 16 and the beam splitter 14. However, in FIG. 3, although the optical path of the laser beam is drawn in a planar manner for easy understanding, the two corner portions 16 a and 16 b of the actual double corner cube 16 are respectively formed by three planes orthogonal to each other. It is configured. As shown in FIG.
A laser source 12 such as a He-Ne laser and a laser detector 18 such as a photodiode are arranged with a beam splitter 14 interposed therebetween. The laser source 12 is provided together with infrared light incident to generate interference infrared light. From the laser beam enters the interferometer and exits the interferometer via the same optical path as the infrared light. That is, the incident laser light is first reflected by the beam splitter 14 (hereinafter referred to as “reflected light flux”).
And a light beam transmitted through the beam splitter 14 (hereinafter referred to as “transmitted light beam”). A double corner cube 16 is provided in front of the reflected light beam and the transmitted light beam,
This double corner cube 16 has one corner 1
The two corner portions 16a and 16b are so arranged that the reflected light beam enters the other corner portion 6a and the transmitted light beam enters the other corner portion 16b.
Are placed at positions sandwiching the surface of the beam splitter 14. The double corner cube 16 is configured to be able to rotate around a predetermined rotation axis A.
【0005】二連コーナキューブ16の一方のコーナ部
16aで反射した反射光束の一部はビームスプリッタ1
4を透過し、他方のコーナ部16bで反射した透過光束
の一部はビームスプリッタ14で反射し、これらは一つ
の光束となってレーザ検出器18へ向かう。このように
してレーザ検出器18へ向かう反射光束及び透過光束の
光路長(レーザ源12からレーザ検出器18までの光路
長)は、二連コーナキューブ16を回動させることによ
って変化し、それに伴い、両者の光路差も変化する。こ
れにより、レーザ検出器18から出力される検出信号が
光路差に対して正弦波状に変化する。この検出信号の強
度変化の周波数が一定になるように二連コーナキューブ
16の回転が制御される。これにより光路差の変化速度
が一定に保持される。[0005] A part of the light beam reflected by one corner 16a of the double corner cube 16 is partially reflected by the beam splitter 1.
4 and a part of the transmitted light beam reflected by the other corner 16 b is reflected by the beam splitter 14, and forms one light beam toward the laser detector 18. In this way, the optical path length of the reflected light beam and the transmitted light beam toward the laser detector 18 (the optical path length from the laser source 12 to the laser detector 18) changes by rotating the double corner cube 16, and accordingly, The optical path difference between the two also changes. As a result, the detection signal output from the laser detector 18 changes sinusoidally with respect to the optical path difference. The rotation of the double corner cube 16 is controlled so that the frequency of the intensity change of the detection signal becomes constant. Thus, the changing speed of the optical path difference is kept constant.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】フーリエ変換形分光光
度計によって測定されるスペクトルの分解能は、干渉計
における光路差の最大値(走査長)に依存し、光路差の
最大値が大きくなるとスペクトルの分解能が高くなる
(光路差の最大値の逆数が分解能を波数で表わした値と
なる)。一方、上記の二連コーナキューブを利用した二
光束干渉計を使用すると、装置の小型化が可能となる
が、マイケルソン形の二光束干渉計(図4参照)と異な
り、レーザ検出器18へ向かうレーザ光が光路差の変化
によって横方向に移動する(ただし、方向は一定であ
る)。すなわち、レーザ光は、光路差が0の場合は図3
において実線で示された光路を通るが、二連コーナキュ
ーブ16を傾けて光路差を発生させると、点線で示され
た光路を通り、レーザ検出器18へ向かうレーザ光が横
方向に移動する。この移動距離は、光路差が大きくなる
にしたがって大きくなる。したがって、高い分解能でス
ペクトルを測定しようとすると、大きな受光面を有する
レーザ検出器が必要となる。例えば、フーリエ変換後の
スペクトルの要求分解能を0.25cm-1とすれば、必要な光
路差は4cmとなる。二連コーナキューブ16の2個の頂
点間の距離が88.0mmであるとすると、4cmの光路差を生
成させるためには二連コーナキューブ16を±8.7度回
転させなければならず、この場合、レーザ光の光軸は横
方向に2.2mm移動する。すなわち、この場合、横方向に
2.2mm以上という大きな受光面を有するレーザ検出器が
必要となる。The resolution of a spectrum measured by a Fourier transform spectrophotometer depends on the maximum value (scanning length) of the optical path difference in the interferometer. The resolution is increased (the reciprocal of the maximum value of the optical path difference is a value representing the resolution by a wave number). On the other hand, the use of the two-beam interferometer using the above-described double-corner cube makes it possible to reduce the size of the apparatus. However, unlike the Michelson-type two-beam interferometer (see FIG. 4), the laser detector 18 has The heading laser light moves in the horizontal direction due to the change in the optical path difference (however, the direction is constant). That is, when the optical path difference is 0, the laser beam
Although the light passes through the optical path indicated by the solid line at, when the double corner cube 16 is tilted to generate an optical path difference, the laser light traveling to the laser detector 18 through the optical path indicated by the dotted line moves in the horizontal direction. This moving distance increases as the optical path difference increases. Therefore, in order to measure a spectrum with high resolution, a laser detector having a large light receiving surface is required. For example, if the required resolution of the spectrum after the Fourier transform is 0.25 cm −1 , the necessary optical path difference is 4 cm. Assuming that the distance between the two vertices of the double corner cube 16 is 88.0 mm, the double corner cube 16 must be rotated ± 8.7 degrees to generate an optical path difference of 4 cm. In this case, The optical axis of the laser beam moves 2.2 mm in the horizontal direction. That is, in this case,
A laser detector having a large light receiving surface of 2.2 mm or more is required.
【0007】しかし、受光面が大きなレーザ検出器を使
用すると、スペクトル測定における分解能は高くなる
が、検出信号の応答が遅くなり、S/N比が低下する等
の問題が生じる。これに対し本願出願人は、前述の特開
平4−204334号において、レーザ光を各コーナキ
ューブで反射させた後に平面鏡で反射させることによ
り、二連コーナキューブから出射するレーザ光が二連コ
ーナキューブの回転角に拘らず同一の光軸を通るように
した構成を開示している。ところが、この構成では装置
が複雑化するため、コストの上昇を招くことになる。特
に、中赤外領域のみを測定対象とするフーリエ変換形分
光光度計においては、コスト面からこのような構成を採
用することはできない。However, when a laser detector having a large light receiving surface is used, the resolution in the spectrum measurement becomes high, but the response of the detection signal becomes slow, and the S / N ratio is lowered. On the other hand, the applicant of the present application disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-204334 that the laser light emitted from the double corner cube is reflected by a plane mirror after being reflected by each corner cube, so that A configuration is disclosed in which the light passes through the same optical axis regardless of the rotation angle. However, in this configuration, the apparatus becomes complicated, which leads to an increase in cost. In particular, in a Fourier transform spectrophotometer that measures only the mid-infrared region, such a configuration cannot be adopted from the viewpoint of cost.
【0008】そこで本発明では、二連コーナキューブを
利用した二光束干渉計を用いることによって小型化を図
りつつ、装置の複雑化を招くことなく、受光面積の小さ
いレーザ検出器で分解能が高いスペクトル測定を可能と
するフーリエ変換形分光光度計を提供することを目的と
する。Accordingly, in the present invention, a two-beam interferometer using a double corner cube is used to reduce the size, without complicating the apparatus, and using a laser detector with a small light receiving area and a high resolution spectrum. It is an object of the present invention to provide a Fourier transform type spectrophotometer which enables measurement.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明では、二連コーナキューブを回動させ
ることにより二つの光束の光路差を変えて干渉光を生成
する二光束干渉計を用いたフーリエ変換分光光度計であ
って、干渉光を生成するために二光束干渉計に入射され
る光とともにレーザ光を入射し、二光束干渉計から出射
されるレーザ光を検出手段によって検出して、検出手段
から出力される検出信号に基づいて二連コーナキューブ
の回動を制御するフーリエ変換形分光光度計において、
二光束干渉計から出射されたレーザ光が前記検出手段に
到達するまでの光路中であって、前記二連コーナキュー
ブが回動したときに前記出射されたレーザ光が移動する
範囲をカバーするように集光レンズ系を備えるととも
に、該集光レンズ系の焦点位置又はその近傍に前記検出
手段を配置してなる構成としている。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a two-beam interference device in which a double corner cube is rotated to change the optical path difference between two light beams to generate interference light. Fourier transform spectrophotometer using a meter, laser light is incident together with light incident on the two-beam interferometer to generate interference light, and the laser light emitted from the two-beam interferometer is detected by a detecting means. In the Fourier transform spectrophotometer that detects and controls the rotation of the double corner cube based on the detection signal output from the detection means,
In the optical path until the laser beam emitted from the two-beam interferometer reaches the detecting means, the laser beam covers the range in which the emitted laser beam moves when the double corner cube rotates. And a configuration in which the detecting means is arranged at or near the focal position of the condenser lens system.
【0010】[0010]
【作用】試料に照射する干渉光を生成するために二光束
干渉計に光を入射する際に、その光とともにレーザ光が
入射される。二光束干渉計に入射されたレーザ光は、前
記干渉光を生成するために入射された光と同一の光路を
経て出射される。すなわちレーザ光は、二光束干渉計内
において二つの光束に分割され、各光束は異なる光路を
経て再び一つの光束となって二光束干渉計から出射され
る。二光束干渉計におけるこれらの光路長の差(光路
差)は、干渉光を生成するために二連コーナキューブの
回動によって変えられる。二光束干渉計から出射される
レーザ光は、集光レンズ系を通過した後、検出手段に向
かって進む。When light is incident on the two-beam interferometer in order to generate interference light for irradiating the sample, laser light is incident along with the light. The laser light incident on the two-beam interferometer is emitted through the same optical path as the incident light to generate the interference light. That is, the laser beam is split into two light beams in the two-beam interferometer, and each of the light beams passes through a different optical path to become one light beam again and is emitted from the two-beam interferometer. The difference between these optical path lengths (optical path difference) in the two-beam interferometer is changed by rotating the double corner cube to generate interference light. The laser light emitted from the two-beam interferometer passes through the condenser lens system, and then proceeds toward the detecting means.
【0011】二光束干渉計から出射されるレーザ光は、
二連コーナキューブで反射したレーザ光であるため、二
連コーナキューブの前記回動によって移動する。しか
し、そのレーザ光は、出射方向が一定であるため、集光
レンズ系を通過した後に、常に同一の点(焦点)を通過
する。したがって、この点又はその近傍に検出手段が置
かれるように集光レンズ系と検出手段との位置関係を設
定する。これにより、検出手段の受光面積が小さくて
も、また、前記光路差が大きくなっても、二光束干渉計
から出射されるレーザ光は常に検出手段で検出される。The laser light emitted from the two-beam interferometer is
Since the laser light is reflected by the double corner cube, it is moved by the rotation of the double corner cube. However, since the laser light has a constant emission direction, it always passes through the same point (focal point) after passing through the condenser lens system. Therefore, the positional relationship between the condenser lens system and the detecting means is set such that the detecting means is placed at or near this point. Thereby, even if the light receiving area of the detecting means is small and the optical path difference is large, the laser light emitted from the two-beam interferometer is always detected by the detecting means.
【0012】なお、ここにいう集光レンズ系には、単凸
レンズ等のように平行光線を焦点に集光させるレンズ系
の他、大きな断面の平行光線を集光して極小断面の平行
光線とするレンズ系も含まれる。The condensing lens system referred to here includes a lens system such as a single convex lens that converges parallel rays at a focal point, and a parallel section having a large cross section and condenses parallel rays with an extremely small section. The lens system is also included.
【0013】[0013]
【実施例】図1は、本発明の一実施例である中赤外領域
用のフーリエ変換形分光光度計の要部の構成を示す図で
ある。本フーリエ変換形分光光度計による分析において
試料に照射される赤外光は、二連コーナキューブを回動
させることによって光路差を発生させる二光束干渉計に
よって得られる。二連コーナキューブの回動は光路差の
変化速度が一定となるように制御され、このためにレー
ザ光を利用して光路差の変化が検出される。図1は、レ
ーザ光を利用して光路差の変化を検出する部分の構成を
示しており、従来例における図3に対応する。本実施例
が図3に示した従来例と異なるのは、二光束干渉計(二
連コーナキューブ16及びビームスプリッタ14から構
成される)から出射したレーザ光がレーザ検出器20へ
到達するまでの光路中に単凸レンズ22が設けられてい
る点である。この単凸レンズ22は、レーザ検出器20
から焦点距離だけ離れた位置に置かれている。単凸レン
ズ22が設けられている点以外については、図3に示し
た従来例と同様であるため説明を省略する。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of a Fourier transform type spectrophotometer for the mid-infrared region according to an embodiment of the present invention. In the analysis by the Fourier transform spectrophotometer, the infrared light applied to the sample is obtained by a two-beam interferometer that generates an optical path difference by rotating a double corner cube. The rotation of the double corner cube is controlled so that the change speed of the optical path difference is constant, and for this purpose, the change in the optical path difference is detected using laser light. FIG. 1 shows a configuration of a portion for detecting a change in an optical path difference using a laser beam, and corresponds to FIG. 3 in a conventional example. This embodiment is different from the conventional example shown in FIG. 3 in that a laser beam emitted from a two-beam interferometer (consisting of a double corner cube 16 and a beam splitter 14) reaches a laser detector 20. The point is that the single convex lens 22 is provided in the optical path. This single convex lens 22 is
Is located at a distance from the camera by the focal length. Except for the point that the single convex lens 22 is provided, the description is omitted because it is the same as the conventional example shown in FIG.
【0014】本実施例においても従来と同様、光路差を
変化させるために二連コーナキューブ16が回動し、こ
れに伴い、干渉計から出射してレーザ検出器20へ向か
うレーザ光が移動する。しかし、従来と異なり単凸レン
ズ22が設けられており、また、レーザ光の方向は一定
であるため、レーザ光は、移動しても単凸レンズ22に
よって常に焦点距離だけ離れた同一の点(焦点)に向か
う。すなわち、光路差が0の場合は図1において実線で
示された光路を通り、二連コーナキューブ16を所定角
度傾けて光路差を発生させた場合は点線で示された光路
を通るが、両光路は単凸レンズ22を通過した後に共に
焦点へ向かう。この焦点にはレーザ検出器20が配置さ
れている。したがって、図3に示した従来例のレーザ検
出器18とは異なり、本実施例では受光面積の小さいレ
ーザ検出器20が使用されている。このため、検出信号
の応答速度が速く、S/N比も大きい。また、二連コー
ナキューブ16の回転角に拘らず常にレーザ光が1点
(レーザ検出器20)に向かうため、二連コーナキュー
ブ16の回動における回転角を大きくして光路差の最大
値(走査長)を大きくすることができる。これにより、
試料からの赤外光のスペクトルを高い分解能で測定する
ことができる。In this embodiment, as in the prior art, the double corner cube 16 is rotated to change the optical path difference, and accordingly, the laser light emitted from the interferometer and traveling to the laser detector 20 moves. . However, unlike the related art, since the single convex lens 22 is provided and the direction of the laser light is constant, the laser light is always moved to the same point (focal point) by the single convex lens 22 even if it moves. Head for. That is, when the optical path difference is 0, the light passes through the optical path indicated by the solid line in FIG. 1, and when the double corner cube 16 is inclined at a predetermined angle to generate the optical path difference, the light passes through the optical path indicated by the dotted line. After passing through the single convex lens 22, the optical path goes to the focal point together. A laser detector 20 is arranged at this focal point. Therefore, unlike the conventional laser detector 18 shown in FIG. 3, the present embodiment uses a laser detector 20 having a small light receiving area. Therefore, the response speed of the detection signal is high and the S / N ratio is large. In addition, since the laser beam always goes to one point (laser detector 20) regardless of the rotation angle of the double corner cube 16, the rotation angle of the rotation of the double corner cube 16 is increased and the maximum value of the optical path difference ( Scan length) can be increased. This allows
The spectrum of infrared light from the sample can be measured with high resolution.
【0015】上記実施例や図3、図4に示した従来例で
は、二光束干渉計における光路差の変化を検出すること
ができるが、光路差自体を検出できないため、複数回測
定を行なう場合に同じ光路差の点で検出信号をサンプリ
ングすることはできない。そこでレーザ光のP波とS波
を利用して光路差を検出することにより、複数回測定を
行なっても常に同じ光路差の点で検出信号がサンプリン
グされるように制御する機構(「クアドラチャーコント
ロール」と呼ばれる)を導入すると、複数回の測定によ
って得られたデータをサンプリング点毎に足し合わせて
平均をとることにより、測定データにおけるノイズの影
響を除去することができる。In the above embodiment and the conventional examples shown in FIGS. 3 and 4, the change in the optical path difference in the two-beam interferometer can be detected, but the optical path difference itself cannot be detected. However, the detection signal cannot be sampled at the same optical path difference. Therefore, by detecting the optical path difference using the P-wave and the S-wave of the laser light, a mechanism for controlling the detection signal to be always sampled at the same optical path difference even if measurement is performed a plurality of times (“Quadrature”) Introducing a “control”) can eliminate the influence of noise on the measured data by adding the data obtained by the multiple measurements at each sampling point and taking an average.
【0016】上記のクアドラチャーコントロールを分光
光度計に組み込んだ場合、二連コーナキューブで反射し
た後のレーザ光に含まれるP波とS波とを分別して別個
に検出する必要があるため、通常、レーザ検出器の直前
に偏光ビームスプリッタが設けられ、レーザ光の光軸に
対して45度の角度をなすように配置される。したがっ
て、二連コーナキューブを利用した従来の二光束干渉計
(図3参照)を用いた分光光度計にクアドラチャーコン
トロールを組み込んだ場合、偏光ビームスプリッタとし
て、二連コーナキューブ16の回動に伴ってレーザ光軸
が移動する距離の√2倍の大きさのもの(レーザ検出器
の受光面よりも更に大きなもの)が必要となり、コスト
の上昇を招く。When the above-mentioned quadrature control is incorporated in a spectrophotometer, it is necessary to separate the P wave and the S wave contained in the laser beam reflected by the double corner cube and to detect them separately. A polarizing beam splitter is provided immediately before the laser detector, and is disposed so as to form an angle of 45 degrees with the optical axis of the laser beam. Therefore, when a quadrature control is incorporated in a spectrophotometer using a conventional two-beam interferometer (see FIG. 3) using a double corner cube, the dual corner cube 16 rotates as a polarizing beam splitter. Therefore, a laser beam having a size that is √2 times the moving distance of the laser optical axis (which is even larger than the light receiving surface of the laser detector) is required, which leads to an increase in cost.
【0017】これに対し、上記実施例(図1参照)にお
いてクアドラチャーコントロールを組み込んだ場合に
は、図2に示すような構成となる。この場合、ビームス
プリッタ14と二連コーナキューブ16のコーナ部16
aとの間に設けられた波長板(λ/8板)により、コー
ナ部16aで反射してレーザ検出器へ向かうレーザ光の
S波がP波よりもλ/4(λはレーザ光の波長)だけ遅
れ、単凸レンズ22とレーザ検出器との間に設けられた
偏光ビームスプリッタ26により、P波とS波とが分別
される。そして、分別されたP波とS波を別個に検出す
るために、干渉計から出射するレーザ光の光軸上にP波
を検出する第1検出器24Pが、偏光ビームスプリッタ
26を通り前記光軸に垂直な直線上にS波を検出する第
2検出器24Sが、それぞれ設けられ、かつ、両検出器
24P、24Sはともに単凸レンズ22の焦点位置に配
置されている。これらの検出器24P、24Sにより検
出されたP波及びS波の強度は光路差に対して共に正弦
波状に変化するが、それらの正弦波にはλ/4の位相差
があるため、これを利用して光路差の変化が増加方向か
減少方向かが判別される。この判別結果に基づいてP波
又はS波のピークをUP/DOWNカウンタ(図示せ
ず)を用いてカウントすることにより、光路差が検出さ
れる。On the other hand, when the quadrature control is incorporated in the above embodiment (see FIG. 1), the configuration becomes as shown in FIG. In this case, the beam splitter 14 and the corner portion 16 of the double corner cube 16
The S wave of the laser light reflected at the corner 16a toward the laser detector by the wavelength plate (λ / 8 plate) provided between the P wave and the P wave is λ / 4 (λ is the wavelength of the laser light) more than the P wave. ), The P-wave and the S-wave are separated by the polarization beam splitter 26 provided between the single convex lens 22 and the laser detector. Then, in order to separately detect the separated P wave and S wave, a first detector 24P for detecting the P wave on the optical axis of the laser light emitted from the interferometer passes through the polarization beam splitter 26 and the light A second detector 24S for detecting the S wave on a straight line perpendicular to the axis is provided, and both detectors 24P and 24S are arranged at the focal position of the single convex lens 22. Although the intensities of the P wave and the S wave detected by these detectors 24P and 24S both change sinusoidally with respect to the optical path difference, these sine waves have a phase difference of λ / 4. Using this information, it is determined whether the change in the optical path difference is increasing or decreasing. The optical path difference is detected by counting the peak of the P wave or the S wave using an UP / DOWN counter (not shown) based on the determination result.
【0018】図2に示した上記構成によれば、単凸レン
ズ22によってレーザ光軸の移動距離が十分に小さくな
った位置に偏光ビームスプリッタ26を置くことができ
るため、偏光ビームスプリッタ26として小面積のもの
を使用することができる。また、P波を検出する第1検
出器24P及びS波を検出する第2検出器24Sが、共
に単凸レンズ22の焦点位置に配置されているため、光
路差の最大値を大きくしても、第1及び第2検出器24
P、24Sとして受光面積の小さいものを使用すること
ができる。したがって、クアドラチャーコントロールを
組み込んだ場合にも、受光面積の小さいレーザ検出器で
分解能が高いスペクトル測定が可能となる。According to the configuration shown in FIG. 2, the polarizing beam splitter 26 can be placed at a position where the movement distance of the laser optical axis is sufficiently reduced by the single convex lens 22, so that the polarizing beam splitter 26 has a small area. Can be used. Further, since the first detector 24P for detecting the P wave and the second detector 24S for detecting the S wave are both arranged at the focal position of the single convex lens 22, even if the maximum value of the optical path difference is increased, First and second detectors 24
P and 24S having a small light receiving area can be used. Therefore, even when the quadrature control is incorporated, spectrum measurement with high resolution can be performed with a laser detector having a small light receiving area.
【0019】なお、図1及び図2に示した上記実施例で
は、単凸レンズ22を設けることによりレーザ検出器の
受光面積を小さくしていたが、単凸レンズ22の代わり
に、複数のレンズによって平行光線を焦点に集光させる
レンズ系や、大きな断面の平行光線を集光させて極小断
面の平行光線とするレンズ系等、他の集光レンズ系を使
用しても同様の効果が得られる。In the above-described embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the light receiving area of the laser detector is reduced by providing the single convex lens 22. However, instead of the single convex lens 22, a plurality of lenses are used. Similar effects can be obtained by using other condensing lens systems such as a lens system that converges a light beam at a focal point and a lens system that converges a parallel light beam having a large cross section and converts it into a parallel light beam having a very small cross section.
【0020】[0020]
【発明の効果】本発明によれば、二連コーナキューブを
利用した二光束干渉計を用いることによって小型化を図
りつつ、レーザ検出器へ向かうレーザ光の光路中に集光
レンズ系を設けるという簡単な構成により、受光面積の
小さいレーザ検出器で分解能が高いスペクトル測定を行
なうことができる。小さい受光面積のレーザ検出器を使
用することにより、検出信号の応答速度が速くなり、検
出信号のS/N比も大きくなる。According to the present invention, it is possible to reduce the size by using a two-beam interferometer using a double corner cube and to provide a condenser lens system in the optical path of the laser beam toward the laser detector. With a simple configuration, spectrum measurement with high resolution can be performed with a laser detector having a small light receiving area. By using a laser detector having a small light receiving area, the response speed of the detection signal is increased, and the S / N ratio of the detection signal is also increased.
【0021】また、クアドラチャーコントロールを組み
込んだ場合にも、小さい面積の偏光ビームスプリッタを
使用することができるとともに、レーザ光のP波及びS
波を検出する両検出器とも受光面積が小さいものを使用
することができ、分解能が高いスペクトル測定が可能と
なる。Also, when the quadrature control is incorporated, a polarizing beam splitter having a small area can be used, and the P-wave and S-wave of the laser beam can be used.
Both detectors for detecting waves can use those having a small light receiving area, so that spectrum measurement with high resolution can be performed.
【図1】 本発明の一実施例であるフーリエ変換形分光
光度計の二光束干渉計における光路差を検出する部分の
構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a part for detecting an optical path difference in a two-beam interferometer of a Fourier transform spectrophotometer according to one embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の他の実施例であるフーリエ変換形分
光光度計の二光束干渉計における光路差を検出する部分
の構成を示す図。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a part that detects an optical path difference in a two-beam interferometer of a Fourier transform spectrophotometer according to another embodiment of the present invention.
【図3】 二連コーナキューブを利用した従来の二光束
干渉計における光路差を検出する部分の構成例を示す
図。FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a part for detecting an optical path difference in a conventional two-beam interferometer using a double corner cube.
【図4】 マイケルソン形の二光束干渉計における光路
差を検出する部分の構成を示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a part that detects an optical path difference in a Michelson-type two-beam interferometer.
12…レーザ源 14…ビームスプリッタ 16…二連コーナキューブ 20…レーザ検出器(検出手段) 22…単凸レンズ(集光レンズ系) A …回転軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Laser source 14 ... Beam splitter 16 ... Double corner cube 20 ... Laser detector (detection means) 22 ... Single convex lens (condensing lens system) A ... Rotation axis
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01J 3/45 G01J 9/00 - 9/04 G01J 1/02 - 1/04 G01B 9/02 H01L 31/00 - 31/02 H01L 31/02 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01J 3/45 G01J 9/00-9/04 G01J 1/02-1/04 G01B 9/02 H01L 31/00-31 / 02 H01L 31/02
Claims (1)
より二つの光束の光路差を変えて干渉光を生成する二光
束干渉計を用いたフーリエ変換分光光度計であって、干
渉光を生成するために二光束干渉計に入射される光とと
もにレーザ光を入射し、二光束干渉計から出射されるレ
ーザ光を検出手段によって検出して、検出手段から出力
される検出信号に基づいて二連コーナキューブの回動を
制御するフーリエ変換形分光光度計において、 二光束干渉計から出射されたレーザ光が前記検出手段に
到達するまでの光路中であって、前記二連コーナキュー
ブが回動したときに前記出射されたレーザ光が移動する
範囲をカバーするように集光レンズ系を備えるととも
に、該集光レンズ系の焦点位置又はその近傍に前記検出
手段を配置してなることを特徴とするフーリエ変換分光
光度計。1. A Fourier transform spectrophotometer using a two-beam interferometer for generating interference light by changing the optical path difference between two light beams by rotating a double corner cube, wherein the interference light is generated. For this purpose, laser light is incident together with light incident on the two-beam interferometer, the laser light emitted from the two-beam interferometer is detected by the detecting means, and a double corner is formed based on a detection signal output from the detecting means. In a Fourier transform spectrophotometer for controlling the rotation of the cube, when the laser beam emitted from the two-beam interferometer is in the optical path until reaching the detection means, and the double corner cube is rotated A focusing lens system so as to cover a range in which the emitted laser light moves, and the detecting means is arranged at or near a focal position of the focusing lens system. Fourier transform spectrophotometer to.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP35114593A JP3309537B2 (en) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | Fourier transform spectrophotometer |
Applications Claiming Priority (1)
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JP35114593A JP3309537B2 (en) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | Fourier transform spectrophotometer |
Publications (2)
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JPH07198488A JPH07198488A (en) | 1995-08-01 |
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