JP3528482B2 - フーリエ分光器 - Google Patents
フーリエ分光器Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】フーリエ分光器等に用いられる分光器に関
し、特に光学系の温度変動等の影響を受けにくい分光器
に関する。 【０００３】 【従来の技術】従来のフーリエ分光器は白色光源の出力
光をマイケルソン干渉計で干渉光とし、試料に前記干渉
光を透過させその透過光をフーリエ変換することにより
前記試料の分光分析を行うものである。 【０００４】また、白色光源の出力光を測定光と参照光
とに分割してこれらの各光を受光して得られる信号をフ
ーリエ変換してその比を取ることにより前記マイケルソ
ン干渉計の変動や光学系の温度変動等の影響を相殺して
いる。 【０００５】図４はこのような従来のフーリエ分光器の
一例を示す構成ブロック図である。図４において１は白
色光源、２及び６は光学手段であるレンズ、３はハーフ
ミラー、４は固定鏡、５は可動鏡、７，９，１１及び１
２は光ファイバ、８は光カプラ、１０は試料、１３及び
１４は光検出器である。また、３，４及び５はマイケル
ソン干渉計５０を構成している。 【０００６】白色光源１の出力光はレンズ２によって平
行光にされハーフミラー３に入射される。ハーフミラー
３で反射された光は固定鏡４に、ハーフミラー３を透過
した光は可動鏡５にそれぞれ入射される。 【０００７】固定鏡４及び可動鏡５に入射された光はそ
れぞれ反射され、再びハーフミラー３に入射されて合波
され干渉光としてレンズ６に入射される。レンズ６はこ
の干渉光を集光して光ファイバ７に入射する。 【０００８】光ファイバ７に入射された光は光カプラ８
で測定光及び参照光に分割され、光カプラ９及び１２に
入射される。また、光ファイバ９の測定光は試料１０を
透過して光ファイバ１１に入射される。 【０００９】さらに、光ファイバ１１及び１２の測定光
及び参照光は光検出器１３及び１４に入射され電気信号
に変換される。 【００１０】ここで、図４に示す従来例の動作を説明す
る。白色光源１の出力光はマイケルソン干渉計５０にお
いて干渉光となり、図４中”イ”の焦点面に集光され
る。この時、レンズ２の焦点距離とレンズ６の焦点距離
の比に応じてレンズ６の焦点面に白色光源１の像が結像
される。 【００１１】この白色光源１の像は１×２ｍｍ程度の大
きさであり、この範囲内に光ファイバ７の入力端が配置
され、前記干渉光が光ファイバ７に入射される。 【００１２】光ファイバ７に入射された干渉光は光カプ
ラ８で測定光及び参照光に分割され、測定光は光ファイ
バ９、試料１０及び光ファイバ１１を介して光検出器１
３に入射され電気信号に変換され測定信号として出力さ
れる。 【００１３】一方、参照光は光ファイバ１２を介して光
検出器１４に入射され電気信号に変換され参照信号とし
て出力される。 【００１４】これら測定信号及び参照信号は図示しない
演算装置等によりフーリエ変換され、これらの比を取る
ことにより、白色光源１、光ファイバ９及び１１等の特
性を補償することができる。 【００１５】この結果、白色光源１の出力光を測定光と
参照光とに分割してこれらの各光を受光して得られる信
号をフーリエ変換してその比を取ることにより前記マイ
ケルソン干渉計の変動や光学系の温度変動等の影響を補
償することができる。 【００１６】 【発明が解決しようとする課題】しかし、図４に示すよ
うな従来例では光カプラ８は単に２本の光ファイバを密
着配置した構成や、ビームスプリッタを用いたものであ
るためその構造上、光カプラ８自身の温度等による分割
比変動の影響が生じてしまうと言った問題があった。 【００１７】図５はビームスプリッタを用いた光カプラ
８の構成の詳細を示す構成断面図である。図５において
７，８，９及び１２は図４と同一符号を付してあり、１
５，１７及び１８はレンズ、１６はビームスプリッタで
ある。 【００１８】光ファイバ７から入射される干渉光はレン
ズ１５により平行光になり、ビームスプリッタ１６に入
射される。ビームスプリッタ１６では入射された干渉光
の一部が透過し、他の一部が反射される。 【００１９】透過光はレンズ１８により集光され光ファ
イバ９に入射され測定光となり、一方、反射光はレンズ
１７で集光され光ファイバ１２に入射されて参照光にな
る。 【００２０】また、図６はビームスプリッタ１６周辺の
詳細を示す説明図である。図６において７，１５及び１
６は図５と同一符号を付してある。また、図６中の入射
角”θ”は”約４５度”である。 【００２１】この時、温度変動等によってマイケルソン
干渉計５０を構成する固定鏡４と可動鏡５の位置関係が
ずれた場合、図４中”イ”に結像する像は不均一になっ
てしまう。 【００２２】この不均一性は光ファイバ７を伝播する間
も保持され、光カプラ８において温度変動等に起因する
入射角度に対する反射率が変動存在すると、図６中”
イ”と”ロ”との間では入射角が違うので反射率が異な
ってしまい、結果として透過光と反射光との分割比が変
動してしまう。 【００２３】この分割比の変動は測定信号と参照信号と
の比を取っても相殺されない。言い換えれば、測定精度
が悪化すると言った問題点があった。従って本発明が解
決しようとする課題は、光学系の温度変動等の影響を受
けにくいフーリエ分光器を実現することにある。 【００２４】 【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明の第１では、白色光源と、この白色光
源出力光を平行光にする第１の光学手段と、この第１の
光学手段の出力光が入射されるマイケルソン干渉計と、
このマイケルソン干渉計の出力光を集光する第２の光学
手段と、この第２の光学手段の焦点面に配置される第１
の光ファイバと、この第１の光ファイバの出力光を分割
する光カプラと、この光カプラの分割光がそれぞれ入射
される第２及び第３の光ファイバと、この第２及び第３
の光ファイバの出力光を検出する２つの光検出器とから
構成されるフーリエ分光器において、前記光カプラが、
板状の石英若しくはフッ化カルシウムであるビームスプ
リッタと、前記第１の光ファイバの出力光を平行光にし
て前記ビームスプリッタに入射させる第１のレンズと、
前記ビームスプリッタの反射光を集光し参照光として前
記第２の光ファイバに入射させる第２のレンズと、前記
ビームスプリッタの透過光を集光し測定光として前記第
３の光ファイバに入射させる第３のレンズとから構成さ
れると共に反射率の変動を小さくするために前記ビーム
スプリッタへの入射角度を１０度より小さくしたことを
特徴とするものである。 【００２５】 【００２６】 【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に
説明する。図１は本発明に係るフーリエ分光器の一実施
例を示す構成図である。 【００２７】図１において１〜７，９〜１４及び５０は
図４と同一符号を付してあり、８ａは光カプラである。
接続関係についても図４とほぼ同一であるので説明は省
略する。 【００２８】図２は図５と同様の光カプラ８ａの構成の
詳細を示す構成断面図である。図２において７，８ａ，
９及び１２は図１と同一符号を付してあり、１５ａ，１
７ａ及び１８ａはレンズ、１６ａはビームスプリッタで
ある。 【００２９】また、接続関係も図５とほぼ同様であり異
なる点はビームスプリッタ１６ａに入射する干渉光の入
射角度である。図５の従来例では”約４５度”であった
が、図２では”約１０度”程度である。 【００３０】ここで、入射角度による光カプラ８ａの分
割比の変動を図３を用いて説明する。図３は入射角に対
する反射率の関係を示す特性曲線図である。 【００３１】屈折率”ｎ”のガラスのＳ偏光の反射率”
Ｒｓ”とＰ偏光の反射率”Ｒｐ”は入射角を”θｉ”、
屈折角を”θｔ”とすれば、 Ｒｓ＝|sin(θi−θt)／sin(θi＋θt)|2 （１） Ｒｐ＝|tan(θi−θt)／tan(θi＋θt)|2 （２） sinθi＝ｎsinθt （３） となる。また、図３中”イ”及び”ロ”は”Ｒｓ”及
び”Ｒｐ”をそれぞれ示している。 【００３２】ここで、θｉを”１０度”若しくは”４５
度”で数値微分すると、 ΔＲｓ／Δθｉ＋ΔＲｐ／Δθｉ ＝０．２３％／ｄｅｇ (θｉ＝４５度） （３） ＝０．００３％／ｄｅｇ（θｉ＝１０度） （４） となる。 【００３３】即ち、反射率変動は従来例と比較して、 ０．００３／０．２３≒１／７７ （５） 程度に抑えることができる。 【００３４】また、図３から分かるように偏光により図
３中”ハ”に示す入射角”４５度”に対しては反射率の
変化が大きく、温度変動等によってマイケルソン干渉計
５０を構成する固定鏡４と可動鏡５の位置関係がずれた
場合には反射率も大きく変化してしまう。 【００３５】これに対して、図３中”ニ”に示す入射
角”１０度”に対しては反射率の変動が小さいので固定
鏡４と可動鏡５の位置関係がずれた場合でも反射率の変
動が生じにくくなる。 【００３６】この結果、光カプラ８ａを構成するビーム
スプリッタ１６ａへの干渉光の入射角を”約１０度”に
することにより、光学系の温度変動等の影響を受けにく
くなる。 【００３７】なお、上述の説明においては干渉光の入射
角度を”１０度”程度としたが、図３からも分かるよう
に”４５度”よりも小さい角度であれば入射角による反
射率変化の影響も小さいので適宜入射角度を選択するこ
とが可能である。 【００３８】また、ビームスプリッタ１６ａの材質とし
ては石英、フッ化カルシウム等の板の表面反射を用いて
も良い。 【００３９】また、本発明に係る分光器はフーリエ分光
器のみならず分散型分光器についても用いることが可能
である。 【００４０】 【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。光カプラを構成
するビームスプリッタへの干渉光の入射角を”約１０
度”にすることにより、光学系の温度変動等の影響を受
けにくいフーリエ分光器が実現できる。
し、特に光学系の温度変動等の影響を受けにくい分光器
に関する。 【０００３】 【従来の技術】従来のフーリエ分光器は白色光源の出力
光をマイケルソン干渉計で干渉光とし、試料に前記干渉
光を透過させその透過光をフーリエ変換することにより
前記試料の分光分析を行うものである。 【０００４】また、白色光源の出力光を測定光と参照光
とに分割してこれらの各光を受光して得られる信号をフ
ーリエ変換してその比を取ることにより前記マイケルソ
ン干渉計の変動や光学系の温度変動等の影響を相殺して
いる。 【０００５】図４はこのような従来のフーリエ分光器の
一例を示す構成ブロック図である。図４において１は白
色光源、２及び６は光学手段であるレンズ、３はハーフ
ミラー、４は固定鏡、５は可動鏡、７，９，１１及び１
２は光ファイバ、８は光カプラ、１０は試料、１３及び
１４は光検出器である。また、３，４及び５はマイケル
ソン干渉計５０を構成している。 【０００６】白色光源１の出力光はレンズ２によって平
行光にされハーフミラー３に入射される。ハーフミラー
３で反射された光は固定鏡４に、ハーフミラー３を透過
した光は可動鏡５にそれぞれ入射される。 【０００７】固定鏡４及び可動鏡５に入射された光はそ
れぞれ反射され、再びハーフミラー３に入射されて合波
され干渉光としてレンズ６に入射される。レンズ６はこ
の干渉光を集光して光ファイバ７に入射する。 【０００８】光ファイバ７に入射された光は光カプラ８
で測定光及び参照光に分割され、光カプラ９及び１２に
入射される。また、光ファイバ９の測定光は試料１０を
透過して光ファイバ１１に入射される。 【０００９】さらに、光ファイバ１１及び１２の測定光
及び参照光は光検出器１３及び１４に入射され電気信号
に変換される。 【００１０】ここで、図４に示す従来例の動作を説明す
る。白色光源１の出力光はマイケルソン干渉計５０にお
いて干渉光となり、図４中”イ”の焦点面に集光され
る。この時、レンズ２の焦点距離とレンズ６の焦点距離
の比に応じてレンズ６の焦点面に白色光源１の像が結像
される。 【００１１】この白色光源１の像は１×２ｍｍ程度の大
きさであり、この範囲内に光ファイバ７の入力端が配置
され、前記干渉光が光ファイバ７に入射される。 【００１２】光ファイバ７に入射された干渉光は光カプ
ラ８で測定光及び参照光に分割され、測定光は光ファイ
バ９、試料１０及び光ファイバ１１を介して光検出器１
３に入射され電気信号に変換され測定信号として出力さ
れる。 【００１３】一方、参照光は光ファイバ１２を介して光
検出器１４に入射され電気信号に変換され参照信号とし
て出力される。 【００１４】これら測定信号及び参照信号は図示しない
演算装置等によりフーリエ変換され、これらの比を取る
ことにより、白色光源１、光ファイバ９及び１１等の特
性を補償することができる。 【００１５】この結果、白色光源１の出力光を測定光と
参照光とに分割してこれらの各光を受光して得られる信
号をフーリエ変換してその比を取ることにより前記マイ
ケルソン干渉計の変動や光学系の温度変動等の影響を補
償することができる。 【００１６】 【発明が解決しようとする課題】しかし、図４に示すよ
うな従来例では光カプラ８は単に２本の光ファイバを密
着配置した構成や、ビームスプリッタを用いたものであ
るためその構造上、光カプラ８自身の温度等による分割
比変動の影響が生じてしまうと言った問題があった。 【００１７】図５はビームスプリッタを用いた光カプラ
８の構成の詳細を示す構成断面図である。図５において
７，８，９及び１２は図４と同一符号を付してあり、１
５，１７及び１８はレンズ、１６はビームスプリッタで
ある。 【００１８】光ファイバ７から入射される干渉光はレン
ズ１５により平行光になり、ビームスプリッタ１６に入
射される。ビームスプリッタ１６では入射された干渉光
の一部が透過し、他の一部が反射される。 【００１９】透過光はレンズ１８により集光され光ファ
イバ９に入射され測定光となり、一方、反射光はレンズ
１７で集光され光ファイバ１２に入射されて参照光にな
る。 【００２０】また、図６はビームスプリッタ１６周辺の
詳細を示す説明図である。図６において７，１５及び１
６は図５と同一符号を付してある。また、図６中の入射
角”θ”は”約４５度”である。 【００２１】この時、温度変動等によってマイケルソン
干渉計５０を構成する固定鏡４と可動鏡５の位置関係が
ずれた場合、図４中”イ”に結像する像は不均一になっ
てしまう。 【００２２】この不均一性は光ファイバ７を伝播する間
も保持され、光カプラ８において温度変動等に起因する
入射角度に対する反射率が変動存在すると、図６中”
イ”と”ロ”との間では入射角が違うので反射率が異な
ってしまい、結果として透過光と反射光との分割比が変
動してしまう。 【００２３】この分割比の変動は測定信号と参照信号と
の比を取っても相殺されない。言い換えれば、測定精度
が悪化すると言った問題点があった。従って本発明が解
決しようとする課題は、光学系の温度変動等の影響を受
けにくいフーリエ分光器を実現することにある。 【００２４】 【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明の第１では、白色光源と、この白色光
源出力光を平行光にする第１の光学手段と、この第１の
光学手段の出力光が入射されるマイケルソン干渉計と、
このマイケルソン干渉計の出力光を集光する第２の光学
手段と、この第２の光学手段の焦点面に配置される第１
の光ファイバと、この第１の光ファイバの出力光を分割
する光カプラと、この光カプラの分割光がそれぞれ入射
される第２及び第３の光ファイバと、この第２及び第３
の光ファイバの出力光を検出する２つの光検出器とから
構成されるフーリエ分光器において、前記光カプラが、
板状の石英若しくはフッ化カルシウムであるビームスプ
リッタと、前記第１の光ファイバの出力光を平行光にし
て前記ビームスプリッタに入射させる第１のレンズと、
前記ビームスプリッタの反射光を集光し参照光として前
記第２の光ファイバに入射させる第２のレンズと、前記
ビームスプリッタの透過光を集光し測定光として前記第
３の光ファイバに入射させる第３のレンズとから構成さ
れると共に反射率の変動を小さくするために前記ビーム
スプリッタへの入射角度を１０度より小さくしたことを
特徴とするものである。 【００２５】 【００２６】 【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に
説明する。図１は本発明に係るフーリエ分光器の一実施
例を示す構成図である。 【００２７】図１において１〜７，９〜１４及び５０は
図４と同一符号を付してあり、８ａは光カプラである。
接続関係についても図４とほぼ同一であるので説明は省
略する。 【００２８】図２は図５と同様の光カプラ８ａの構成の
詳細を示す構成断面図である。図２において７，８ａ，
９及び１２は図１と同一符号を付してあり、１５ａ，１
７ａ及び１８ａはレンズ、１６ａはビームスプリッタで
ある。 【００２９】また、接続関係も図５とほぼ同様であり異
なる点はビームスプリッタ１６ａに入射する干渉光の入
射角度である。図５の従来例では”約４５度”であった
が、図２では”約１０度”程度である。 【００３０】ここで、入射角度による光カプラ８ａの分
割比の変動を図３を用いて説明する。図３は入射角に対
する反射率の関係を示す特性曲線図である。 【００３１】屈折率”ｎ”のガラスのＳ偏光の反射率”
Ｒｓ”とＰ偏光の反射率”Ｒｐ”は入射角を”θｉ”、
屈折角を”θｔ”とすれば、 Ｒｓ＝|sin(θi−θt)／sin(θi＋θt)|2 （１） Ｒｐ＝|tan(θi−θt)／tan(θi＋θt)|2 （２） sinθi＝ｎsinθt （３） となる。また、図３中”イ”及び”ロ”は”Ｒｓ”及
び”Ｒｐ”をそれぞれ示している。 【００３２】ここで、θｉを”１０度”若しくは”４５
度”で数値微分すると、 ΔＲｓ／Δθｉ＋ΔＲｐ／Δθｉ ＝０．２３％／ｄｅｇ (θｉ＝４５度） （３） ＝０．００３％／ｄｅｇ（θｉ＝１０度） （４） となる。 【００３３】即ち、反射率変動は従来例と比較して、 ０．００３／０．２３≒１／７７ （５） 程度に抑えることができる。 【００３４】また、図３から分かるように偏光により図
３中”ハ”に示す入射角”４５度”に対しては反射率の
変化が大きく、温度変動等によってマイケルソン干渉計
５０を構成する固定鏡４と可動鏡５の位置関係がずれた
場合には反射率も大きく変化してしまう。 【００３５】これに対して、図３中”ニ”に示す入射
角”１０度”に対しては反射率の変動が小さいので固定
鏡４と可動鏡５の位置関係がずれた場合でも反射率の変
動が生じにくくなる。 【００３６】この結果、光カプラ８ａを構成するビーム
スプリッタ１６ａへの干渉光の入射角を”約１０度”に
することにより、光学系の温度変動等の影響を受けにく
くなる。 【００３７】なお、上述の説明においては干渉光の入射
角度を”１０度”程度としたが、図３からも分かるよう
に”４５度”よりも小さい角度であれば入射角による反
射率変化の影響も小さいので適宜入射角度を選択するこ
とが可能である。 【００３８】また、ビームスプリッタ１６ａの材質とし
ては石英、フッ化カルシウム等の板の表面反射を用いて
も良い。 【００３９】また、本発明に係る分光器はフーリエ分光
器のみならず分散型分光器についても用いることが可能
である。 【００４０】 【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。光カプラを構成
するビームスプリッタへの干渉光の入射角を”約１０
度”にすることにより、光学系の温度変動等の影響を受
けにくいフーリエ分光器が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフーリエ分光器の一実施例を示す
構成図である。 【図２】光カプラ８ａの構成の詳細を示す構成断面図で
ある。 【図３】入射角に対する反射率の関係を示す特性曲線図
である。 【図４】従来のフーリエ分光器の一例を示す構成ブロッ
ク図である。 【図５】光カプラ８の構成の詳細を示す構成断面図であ
る。 【図６】ビームスプリッタ１６周辺の詳細を示す説明図
である。 【符号の説明】 １ 白色光源 ２，６ レンズ ３ ハーフミラー ４ 固定鏡 ５ 可動鏡 ７，９，１１，１２ 光ファイバ ８，８ａ 光カプラ １０ 試料 １３，１４ 光検出器 １５，１５ａ，１７，１７ａ，１８，１８ａ レンズ １６，１６ａ ビームスプリッタ ５０ マイケルソン干渉計
構成図である。 【図２】光カプラ８ａの構成の詳細を示す構成断面図で
ある。 【図３】入射角に対する反射率の関係を示す特性曲線図
である。 【図４】従来のフーリエ分光器の一例を示す構成ブロッ
ク図である。 【図５】光カプラ８の構成の詳細を示す構成断面図であ
る。 【図６】ビームスプリッタ１６周辺の詳細を示す説明図
である。 【符号の説明】 １ 白色光源 ２，６ レンズ ３ ハーフミラー ４ 固定鏡 ５ 可動鏡 ７，９，１１，１２ 光ファイバ ８，８ａ 光カプラ １０ 試料 １３，１４ 光検出器 １５，１５ａ，１７，１７ａ，１８，１８ａ レンズ １６，１６ａ ビームスプリッタ ５０ マイケルソン干渉計
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 21/00 - 21/01
G01N 21/17 - 21/61
G01J 3/00 - 3/52
ＰＡＴＯＬＩＳ
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】白色光源と、この白色光源出力光を平行光
にする第１の光学手段と、この第１の光学手段の出力光
が入射されるマイケルソン干渉計と、このマイケルソン
干渉計の出力光を集光する第２の光学手段と、この第２
の光学手段の焦点面に配置される第１の光ファイバと、
この第１の光ファイバの出力光を分割する光カプラと、
この光カプラの分割光がそれぞれ入射される第２及び第
３の光ファイバと、この第２及び第３の光ファイバの出
力光を検出する２つの光検出器とから構成されるフーリ
エ分光器において、 前記光カプラが、板状の石英若しくはフッ化カルシウムである ビームスプ
リッタと、前記第１の光ファイバの出力光を平行光にし
て前記ビームスプリッタに入射させる第１のレンズと、
前記ビームスプリッタの反射光を集光し参照光として前
記第２の光ファイバに入射させる第２のレンズと、前記
ビームスプリッタの透過光を集光し測定光として前記第
３の光ファイバに入射させる第３のレンズとから構成さ
れると共に反射率の変動を小さくするために前記ビーム
スプリッタへの入射角度を１０度より小さくしたことを
特徴とするフーリエ分光器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33663096A JP3528482B2 (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | フーリエ分光器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33663096A JP3528482B2 (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | フーリエ分光器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10176952A JPH10176952A (ja) | 1998-06-30 |
| JP3528482B2 true JP3528482B2 (ja) | 2004-05-17 |
Family
ID=18301153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33663096A Expired - Fee Related JP3528482B2 (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | フーリエ分光器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3528482B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5051744B2 (ja) * | 2006-07-11 | 2012-10-17 | 独立行政法人理化学研究所 | 多光子励起スペクトル及び多光子吸収スペクトル計測装置 |
| JP5594834B2 (ja) * | 2010-09-30 | 2014-09-24 | パナソニック デバイスＳｕｎｘ株式会社 | 分光分析装置 |
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