JP3327638B2 - 回転型干渉計 - Google Patents

回転型干渉計

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は回転型干渉計、特に光束
の光路差を変化させる可動鏡の掃引機構の改良に関す
る。
【0002】
【従来の技術】フーリエ変換赤外分光光度計等におい
て、試料に照射する干渉光を作り出すために、マイケル
ソン型干渉計が汎用されており、一般的なマイケルソン
型干渉計として、図4に示すものが周知である。同図に
示す干渉計は、ビームスプリッタ10と、固定鏡12
と、可動鏡14とから成り、光源16から出射された測
定光はビームスプリッタ10において、反射と透過によ
り二光束に分割される。また、前記分割された二光束の
一方は固定鏡12により、他方は可動鏡14によりそれ
ぞれ反射し、ビームスプリッタ10において再び合成さ
れる。そして、前記可動鏡14を駆動させて、ビームス
プリッタ10において分割された二光束の間に光路差を
生じさせることにより干渉光を作成するのである。しか
し、前記干渉計においては可動鏡14を直線運動させて
おり、再現性の良い安定した干渉光を得るためには該直
線運動の直線性が非常に高精度で要求され、技術的に困
難であった。
【0003】また、フーリエ変換赤外分光光度計におい
ては、前記可動鏡14を非常に高速で往復運動させる場
合があり、方向変換を要する直線運動では該往復運動を
スムーズに行うのが困難な上に、可動鏡14の可動機構
も故障しやすいという欠点があった。そこで、近時前記
可動鏡14の直線運動以外の掃引方式として、直線運動
方式より容易に高精度を出せるスイング運動(振り子運
動)や円運動を用いた干渉計が考案されている。前記振
り子運動を用いた干渉計としては、従来図5に示すもの
が考えられている(英国特許第2162334号参
照)。同図に示す振り子運動型干渉計は、前記可動鏡が
配置されていた側に固定鏡18、及び一対の揺動鏡2
0、22を有している。そして、ビームスプリッタ10
からの一方の光束を、前記揺動鏡20、揺動鏡22、固
定鏡18の順に反射させ、これと逆の順路で再び反射さ
せビームスプリッタ10に入射させる。
【0004】ここで、前記平行配置された揺動鏡20及
び揺動鏡22を、該平行状態を保持したまま揺動鏡20
の中心を回転軸として紙面水平面上で振り子運動させ
る。このため、光束の光路は同図に示す実線から破線と
なり、光路長が変更されるのである。また、前記円運動
を用いた干渉計としては、従来図6に示すものが考えら
れている(特開平5−87636)。同図に示す円運動
型干渉計は、前記図5に示す干渉計と同様に固定鏡1
8、回転鏡20、22を有している。そして、同図に示
すようにビームスプリッタ10から回転鏡20に入射す
る光束の光軸に対し、回転鏡20の中心において斜交す
る軸xを回転軸として、回転鏡20及び回転鏡22を平
行状態を保持したまま紙面と直交面上で回転運動させ
る。このため、光束の光路は同図に示す実線から破線と
なり、光路長が変更されるのである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】確かに、前記振り子運
動型干渉計においては、該振り子運動が円運動の一部で
あるため、その運動軌跡である真円度は直線運動方式と
比較し容易に精度をだすことができる。しかしながら、
前記振り子運動も往復運動であるため、揺動鏡を高速運
動させた場合、前述した直線運動における問題点と同様
に運動制御の困難性や可動機構の耐久性の低下という課
題は残ってしまう。一方、前記円運動型干渉計において
は、完全な円運動を行っているため、前記運動制御も容
易であり、可動機構の耐久性にも優れている。しかしな
がら、前記円運動型干渉計は、前記図6に示すように回
転鏡20の中心を回転軸とし、回転鏡22を該回転鏡2
0の周りを公転運動させているため、該回転鏡22に反
射して固定鏡18へ入射する光束位置は非常に広範囲に
わたってしまう。このため、固定鏡18は前記光束の広
範囲な入射位置に対応させなければならず非常に大型と
なってしまう。そして、前記固定鏡18は極めて高い面
精度が要求されるが、該固定鏡18が大型となるほど技
術的に難しくなるとともに非常に高価となってしまうと
いう課題がある。本発明は前記従来技術の課題に鑑みな
されたものであり、その目的は干渉計の掃引運動におい
て、運動制御が容易で高速運動を可能とし、かつ反射鏡
を小型化できる回転型干渉計を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明にかかる請求項1記載の回転型干渉計は、ビー
ムスプリッタにおいて分割された一方の光束の光路上に
反射面が光軸に対し直交するように配置された第1固定
鏡と、前記他方の光束の光路上に傾斜配置された第1回
転鏡と、前記第1回転鏡から反射された光束の光路上
に、前記第1回転鏡に平行配置された第2回転鏡と、前
記第1回転鏡の中心と前記第2回転鏡の中心を通り、前
記第1回転鏡に直交しない回転軸と、前記第2回転鏡に
より反射された光束の光路上に反射面が光軸に対し直交
配置された第2固定鏡と、を備え、前記第1回転鏡と前
記第2回転鏡の対を前記回転軸上で回転可能としたこと
を特徴とする。また、本発明にかかる請求項2記載の回
転型干渉計は、前記請求項1記載の回転型干渉計におい
て、前記第1固定鏡の代わりに前記第1回転鏡と前記第
2回転鏡の対および前記第2固定鏡を、前記請求項1の
記載と同様に配置し、ビームスプリッタにおいて分割さ
れた双方の光束の光路上にそれぞれ配置された2つの前
記回転鏡対が双方の光束の光路長の変化が互いに逆位相
になるように連動して回転することを特徴とする。
【0007】
【作用】本発明にかかる回転型干渉計は、前述したよう
にビームスプリッタにおいて分割された光束の光路上に
一対の回転鏡が配置されており、該回転鏡により光束を
平行移動させて、固定鏡に入射させる。即ち、図3に示
すようにビームスプリッタからの一方の光束L1が第1
回転鏡M1で反射し、さらに反射した光束L2が第2鏡M
2で反射して、光束L1から平行移動した光束L3となっ
て固定鏡M3に入射する。また、固定鏡M3で反射した光
束は同じ光路を辿ってビームスプリッタに入射する。こ
こで、前記回転鏡M1、M2は、前述したように一軸(回
転軸P)上で回転可能に設けられており、相互に平行関
係を維持したまま回転する。また、回転鏡M 1、M2は、
同図に示すように回転軸Pの直交面に対してθ1だけ傾
きを有している。
【0008】このため、回転鏡M1、M2を回転軸Pを中
心として回転させると、該回転鏡M 1、M2は同図の破線
で示した向きに変更する。従って、前記回転鏡M1、M2
を回転させると、同図に示すようにビームスプリッタか
ら鏡M1までの光束L1が光束L1'と、また鏡M1から鏡
2までの光束L2が光束L2'と、また鏡M2から固定鏡
3までの光束L3がL3'とそれぞれ光路が長くなる。こ
のように、回転鏡M1、M2を回転させることにより、該
回転鏡M1、M2の反射面の向きを変え、ビームスプリッ
タから分割した光束の光路長を周期的に変動することが
可能となる。
【0009】また、回転鏡M1、M2は回転軸Pを中心と
した自転運動であるため、運動制御が非常に容易である
とともに、高速回転が可能となる。さらに、前記図3に
示すように回転鏡M1、M2を回転させて光路長を変動し
ても、固定鏡M3への光束の入射位置は殆ど変化しない
ため、該固定鏡M3を非常に小型化でき、安価な干渉計
を得ることができる。また、前記回転鏡をビームスプリ
ッタにおいて分割された二光束の双方に設け、相互の光
路長を一方が長くなる時に他方が短くなるようにそれぞ
れの回転鏡の傾きを設定すれば、より大きな光路差を発
生させることが可能となる。
【0010】
【実施例】以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を
説明する。図1には、本発明の第1実施例にかかる回転
型干渉計の概略構成図が示されている。なお、前記図5
及び図6と対応する部分には、符号100を加えて示し
説明を省略する。同図に示す回転型干渉計は、ビームス
プリッタ110と、第1固定鏡112と、一対の平行配
置された回転鏡120、122と、第2固定鏡118と
を有している。前記ビームスプリッタ110は、光源1
16からの一光束を透過及び反射により二光束に分割す
る。また、前記第1固定鏡112は、前記ビームスプリ
ッタ110において反射した一方の光束の光路上に光軸
と直交して固定配置されており、該光束を反射して再び
ビームスプリッタ110へ入射させる。また、前記回転
鏡120、122は反射面を対向して平行配置されてお
り、前記ビームスプリッタ110において透過した他方
の光束を対向面で反射させ、該光束を平行移動させる。
さらに、前記第2固定鏡118は、前記回転鏡120、
122により平行移動した光束の光路上に光軸と直交し
て固定配置されており、該光束を反射して再び回転鏡1
20、122を経てビームスプリッタ110へ入射させ
る。
【0011】本実施例において特徴的なことは、前記回
転鏡120、122の中心に回転軸124を設け、該回
転軸124に対して回転鏡120、122が傾斜を有す
るように配置したことにある。即ち、同図に示すように
ビームスプリッタ110からの一方の光束L1の光軸か
ら角度θ1傾いた回転軸124に対して、回転鏡12
0、122の面が直交しないように直角でない角度θ2
傾けて該回転軸124に固定している。このため、前記
回転軸124とともに回転鏡120、122を回転させ
ると、該回転鏡120、122は平行状態を維持したま
ま、その面の向きを周期的に変えていくこととなる。
【0012】この結果、前記図3において説明したよう
にビームスプリッタ110と第2固定鏡118との間の
光束の光路において、ビームスプリッタ110と第1回
転鏡120間の光路長、第1回転鏡120と第2回転鏡
122の光路長、及び第2回転鏡122と第2固定鏡1
18間の光路長もそれぞれ周期的に変動する。従って、
前記回転鏡120、122を一定速度で回転させること
により、ビームスプリッタ110と第2固定鏡118間
の光束に周期的な光路差を生じさせることができ、第1
固定鏡112及び第2固定鏡118から反射された二光
束をビームスプリッタ110において合成することによ
り安定した干渉光を作り出すことが可能となる。なお、
より光路差を大きく取りたい場合には、たとえば複数の
回転鏡対を直列配置することも可能である。また、図2
には本発明の第2実施例にかかる回転型干渉計が示され
ている。なお、前記第1実施例と対応する部分には同一
符号を付し説明を省略する。同図に示す回転型干渉計
は、前記図1に示す回転鏡対120、122を第1固定
鏡112側にも配置し、ビームスプリッタ110で分割
された双方の光束において光路長を変動させ、二光束間
の光路差を大きくしている。即ち、同図に示すように回
転軸124の直交面に対して角度θ3傾いた前記第1対
の回転鏡120、122と逆位相となるように、該回転
軸124に対して角度θ4傾いた第2対の回転鏡12
6、128を第1固定鏡側に設けているのである。
【0013】そして、前記第1対の回転鏡120、12
2と第2対の回転鏡126、128が互いに逆位相とな
るように回転軸124に設けられているため、該第1対
の回転鏡120、122によるビームスプリッタ110
と第2固定鏡118間の光路長の変動と、第2対の回転
鏡126、128によるビームスプリッタ110と第1
固定鏡112間の光路長の変動は全く逆の動きとなる。
即ち、回転軸124の回転によりビームスプリッタ11
0と第2固定鏡118間の光路長が長くなる時には、ビ
ームスプリッタ110と第1固定鏡112間の光路長が
短くなり、逆にビームスプリッタ110と第2固定鏡1
18間の光路長が短くなる時には、ビームスプリッタ1
10と第1固定鏡112間の光路長が長くなるようにそ
れぞれの光路長が周期的に変動するのである。従って、
本第2実施例の回転型干渉計は、前記第1実施例の回転
型干渉計と比較し、ビームスプリッタ110で分割され
た二光束の間に2倍の光路差を発生させることが可能と
なる。
【0014】以上のように、本発明にかかる回転型干渉
計は、回転鏡120、122を非常に単純な自転運動さ
せるだけで光路長を変動することができ、回転制御が極
めて容易であり、かつ高速回転が可能となる。従って、
前記回転型干渉計をフーリエ変換赤外分光光度計に用い
れば、高速なデータ取込が可能となり、時間分解測定を
より高い安定性をもって行うことができる。また、前記
回転型干渉計は、第2固定鏡118への光束の入射位置
が常にほぼ一定であるため、該第2固定鏡118を小型
化でき、前記回転機構及び回転制御機構の単純化と合せ
て非常に安価な干渉計を得ることができる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる回
転型干渉計によれば、ビームスプリッタにおいて分割さ
れた二光束の内、少なくとも一方の光束の光路上に回転
鏡を回転軸方向に対して傾斜を有するように配置してい
るため、該回転鏡を自転運動させるだけで、光路長を変
動することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例にかかる回転型干渉計の概
略構成の説明図である。
【図2】本発明の第2実施例にかかる回転型干渉計の概
略構成の説明図である。
【図3】本発明にかかる回転型干渉計の原理説明図であ
る。
【図4】従来の直線型干渉計の説明図である。
【図5】従来の振り子型干渉計の説明図である。
【図6】従来の円運動型干渉計の説明図である。
【符号の説明】
10,110 … ビームスプリッタ 12,112 … 第1固定鏡 14 … 可動鏡 16,116 … 光源 18,118 … 第2固定鏡 20,120 … 第1回転鏡(第1対) 22,122 … 第2回転鏡(第1対) 124 … 回転軸 126 … 第1回転鏡(第2対) 128 … 第2回転鏡(第2対)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01J 3/26 G01J 3/45 G01J 9/00 - 9/02 G01B 9/02 G01B 11/02 G01N 21/35

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源からの光束を二光束に分割するビー
    ムスプリッタと、 前記ビームスプリッタにおいて分割された一方の光束の
    光路上に反射面が光軸に対し直交するように配置された
    第1固定鏡と、 前記他方の光束の光路上に傾斜配置された第1回転鏡
    と、前記第1回転鏡から反射された光束の光路上に、前記第
    1回転鏡に平行配置された第2回転鏡と、 前記第1回転鏡の中心と前記第2回転鏡の中心を通り、
    前記第1回転鏡と直交しない回転軸と、 前記第2回転鏡により反射された光束の光路上に反射面
    が光軸に対し直交配置された第2固定鏡と、を備え、前記第1回転鏡と前記第2回転鏡の対を前記回転軸上で
    回転可能としたことを特徴とする回転型干渉計。
  2. 【請求項2】 前記請求項1記載の回転型干渉計におい
    て、前記第1固定鏡の代わりに前記第1回転鏡と前記第2回
    転鏡の対及び前記第2固定鏡を、前記請求項1の記載と
    同様に配置し、 ビームスプリッタにおいて分割された双方の光束の光路
    上にそれぞれ配置された2つの前記回転鏡対が双方の光
    束の光路長の変化が互いに逆位相になるように連動して
    回転することを特徴とする回転型干渉計。
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