JP7103251B2 - ビームスプリッタ組立品およびこれを備える分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、ビームスプリッタ組立品およびこれを備える分析装置に関するものである。

ＦＴ－ＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度計）などの分光光度計では、ビームスプリッタが用いられている。ＦＴ－ＩＲでは、光源から出射した光が、ビームスプリッタを介して固定鏡および移動鏡で反射する。固定鏡で反射した光と、移動鏡で反射した光とが干渉し、干渉した光が試料に向けて照射される。

ビームスプリッタは、反射光の波面が乱れないように、使用する波長の１／１０以下の面精度が必要である。たとえば１μｍの波長を使用する場合、面精度は０．１μｍ以下である必要がある。ビームスプリッタは、通常、ホルダによって一定位置に保持されている。ホルダは、一般的に切削加工で作られるが、切削加工の面精度は数十μｍであって、面精度が低い。したがって、ビームスプリッタをホルダに面接触させて固定すると、ビームスプリッタが素子ホルダにならって変形して面精度が悪化してしまう。切削加工で作られたホルダを使用するために、ホルダとビームスプリッタとの間にフィルム状の樹脂製のスペーサを挟み、ビームスプリッタを疑似的に３点支持することで、ホルダの低い面精度の影響を受けず、ビームスプリッタの面精度を維持するという技術が従来から採用されていた。そのような技術の一例が国際公開ＷＯ２０１８／２０３３６３Ａ１（特許文献１）に記載されている。

ＷＯ２０１８／２０３３６３Ａ１

特許文献１に記載されたフィルム状のスペーサは、ホルダに対する疑似３点支持を実現するために、円環状の本体において内周に向かって３つの突起を設けた構成となっていた。この円環状の本体の内径はビームスプリッタより大きい必要があった。したがって、ホルダを含むビームスプリッタ組立品の外形が大きくなってしまうという問題があった。

また、ビームスプリッタ組立品を組み立てる際の作業の容易さにも配慮する必要がある。ビームスプリッタ組立品を用いてＦＴ－ＩＲなどの分析装置を実現することができる。

そこで、本発明は、ビームスプリッタ組立品の外形を大きくする必要がなく、かつ、組立てが容易であるビームスプリッタ組立品およびこれを備える分析装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に基づくビームスプリッタ組立品は、ビームスプリッタと、上記ビームスプリッタを保持するホルダと、上記ビームスプリッタおよび上記ホルダの間に配置される第１スペーサ群とを備え、上記第１スペーサ群は３つの第１種スペーサ片を含み、上記３つの第１種スペーサ片の各々は、第１種光学素子保持部と、第１種位置決め部とを含み、上記ホルダは、３つの第１種スペーサ片受入れ凹部を有し、上記第１種スペーサ片受入れ凹部の各々は、上記第１種位置決め部に対応する形状を有し、上記３つの第１種スペーサ片は、上記３つの第１種スペーサ片受入れ凹部にそれぞれ収まっており、上記３つの第１種スペーサ片の各々の上記第１種光学素子保持部が上記ビームスプリッタに当接している。

本発明によれば、ビームスプリッタ組立品の外形を大きくする必要がなく、かつ、組立てが容易であるビームスプリッタ組立品を提供することができる。

本発明に基づく分析装置の概念図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるビームスプリッタ組立品の斜視図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるビームスプリッタ組立品の分解斜視図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるビームスプリッタ組立品に含まれる第１種スペーサ片の平面図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるビームスプリッタ組立品に含まれるホルダを第１面が手前となる向きで見た図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるビームスプリッタ組立品に含まれるホルダを第２面が手前となる向きで見た図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるビームスプリッタ組立品に含まれる第１種スペーサ片の変形例の平面図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるビームスプリッタ組立品に含まれる第２種スペーサ片の平面図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるビームスプリッタ組立品に含まれる第３種スペーサ片の平面図である。

（分析装置の構成）
本発明に基づく実施の形態１におけるビームスプリッタ組立品について説明する前に、このビームスプリッタ組立品を備える分析装置の構成について説明する。この分析装置１の概略を図１に示す。

分析装置１は、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ－ＩＲ）である。分析装置１は、筐体２と、ヒータ３と、干渉部４と、試料室５と、検出器６とを備えている。筐体２は、中空状のボックス形状に形成されている。ヒータ３は、筐体２内に配置されている。ヒータ３は、たとえば、セラミックヒータであってよい。ヒータ３は、たとえば通電されることにより、測定光としての赤外光測定光を出射する。

干渉部４は、筐体２内に配置されている。干渉部４は、赤外干渉光を生成するための機構であって、光路において、ヒータ３の下流側に配置されている。干渉部４は、ビームスプリッタ組立品７と、固定鏡８と、移動鏡９と、駆動部１０とを備えている。

ビームスプリッタ組立品７は、ヒータ３と間隔を隔てて配置されている。ビームスプリッタ組立品７は、ビームスプリッタ２２を備えている。ビームスプリッタ２２は、入射する光の一部を反射しつつ、入射する光の残りを透過するように構成されている。なお、ビームスプリッタ組立品７の詳細な構成については、後述する。

固定鏡８は、ビームスプリッタ組立品７を挟んで、ヒータ３と反対側に配置されている。固定鏡８は、一定の位置に固定されるように配置されている。移動鏡９は、ビームスプリッタ組立品７および固定鏡８から離隔して配置されている。移動鏡９は、ビームスプリッタ組立品７と移動鏡９とを結ぶ方向において移動可能に構成されている。駆動部１０は、たとえばボイスコイルモータなどからなり、移動鏡９に駆動力を付与するように構成されている。

なお、筐体２のうち干渉部４と対向する部分には、光が通過するための通過窓１１が形成されている。

試料室５は、筐体２から離隔して配置されている。試料室５は、中空状のボックス形状に形成されている。試料室５の内部には試料が収容されている。光路において、試料室５の上流側には、反射鏡１２が配置されている。

検出器６は、試料室５から離隔して配置されている。検出器６は、たとえば、ＭＣＴ（Hgcdte）検出器、ＤＬａＴＧＳ（Deuterated L-Alanine Triglycine Sulphate）検出器、ＴＧＳ（硫酸三グリシン:Triglycine Sulfate）検出器、ＤＴＧＳ（水素を重水素化したTGS:Deuterium Tri-Glycine Sulfate）検出器などからなる。

（分析装置の動作）
分析装置１における試料の分析では、ヒータ３から赤外光が出射される。そして、赤外光は、ビームスプリッタ２２に入射する。ビームスプリッタ２２に入射した赤外光は、一部がビームスプリッタ２２を透過して固定鏡８に入射し、残りがビームスプリッタ２２で反射されて移動鏡９に入射する。このとき、移動鏡９は、駆動部１０から駆動力が付与されることにより移動する。

固定鏡８で反射された赤外光は、ビームスプリッタ２２で反射されて反射鏡１２に向かう。また、移動鏡９で反射された赤外光は、ビームスプリッタ２２を透過して反射鏡１２に向かう。これにより、固定鏡８で反射された赤外光と、移動鏡９で反射された赤外光とが合成されて赤外干渉光１５となる。赤外干渉光１５は、通過窓１１を経由して筐体２の外部に出射して反射鏡１２に向かう。赤外干渉光１５は、反射鏡１２で反射されて、試料室５に入射する。これにより、試料室５内の試料に赤外干渉光１５が照射される。試料からの反射光または透過光が試料室５から出射して、検出器６に入射する。

検出器６は、入射した赤外光に応じたインターフェログラムを、検出信号として出力する。分析装置１では、検出器６からの検出信号がフーリエ変換されることにより、スペクトルの強度分布データが作成される。そして、そのデータに基づいて、試料が分析される。

（実施の形態１）
（構成）
図１～図６を参照して、本発明に基づく実施の形態１におけるビームスプリッタ組立品について説明する。

ビームスプリッタ組立品７の斜視図を図２に示す。ビームスプリッタ組立品７の分解斜視図を図３に示す。

ビームスプリッタ組立品７は、ホルダ２１と、ビームスプリッタ２２と、補償板２３と、１対の固定板２６ａ，２６ｂとを備える。ホルダ２１は、所定の厚みを有する平板状に形成されている。ホルダ２１は、互いに表裏の関係をなす第１面２１ａと第２面２１ｂとを有する。ホルダ２１の内部には開口部２１０が見えている。ビームスプリッタ２２および補償板２３は、開口部２１０に収められる。ビームスプリッタ２２は、たとえばＫＢｒ、ガラスなどのような透光性の材料で形成されている。ビームスプリッタ２２は円板形状を有する。ビームスプリッタ２２の厚みは、ホルダ２１の厚みより小さい。ビームスプリッタ２２の径は、ホルダ２１の開口部２１０の径よりもわずかに小さい。図３に示すように、ビームスプリッタ２２は略円環状の固定板２６ａによって固定されている。固定板２６ａはねじ２４２によってホルダ２１の第１面２１ａに固定されている。補償板２３は略円環状の固定板２６ｂによって固定されている。固定板２６ｂはねじ２４２によってホルダ２１の第２面２１ｂに固定されている。固定板２６ａ，２６ｂの各々は、１つの取付部２６１と、内側に向かって突出する３つの突出部２６２とを備える。取付部２６１は環状を有する。

ビームスプリッタ２２とホルダ２１との間には第１スペーサ群５１として３つの第１種スペーサ片４１が配置されている。第１種スペーサ片４１を単独で取り出したときの平面図を図４に示す。ホルダ２１を第１面２１ａが手前となる向きで見たところを図５に示す。図５に示すように、第１面２１ａには凹部２１１ａが形成されている。凹部２１１ａは固定板２６ａを受け入れる。

ホルダ２１を第２面２１ｂが手前となる向きで見たところを図６に示す。図６に示すように、第２面２１ｂには凹部２１１ｂが形成されている。凹部２１１ｂは固定板２６ｂを受け入れる。図３に示すように、凹部２１１ａの底面と凹部２１１ｂの底面とをつなぐように開口部２１０が形成されている。開口部２１０は、ホルダ２１の中央部を厚み方向に貫通している。開口部２１０の内周面にはフランジ２１４が設けられている。フランジ２１４は、円環状である。フランジ２１４は、開口部２１０の内周面の中央部から、開口部２１０の中心に向かって突出している。フランジ２１４は、ビームスプリッタ２２と補償板２３とによって挟まれる。

ここまで述べた事項と重複する部分もあるが、ビームスプリッタ組立品７の構成を整理すると、以下のように表現することができる。

ビームスプリッタ組立品７は、ビームスプリッタ２２と、ビームスプリッタ２２を保持するホルダ２１と、ビームスプリッタ２２およびホルダ２１の間に配置される第１スペーサ群５１とを備える。第１スペーサ群５１は３つの第１種スペーサ片４１を含み、３つの第１種スペーサ片４１の各々は、第１種光学素子保持部４１１と、第１種位置決め部４１２とを含む。ホルダ２１は、３つの第１種スペーサ片受入れ凹部４１５を有する。前記第１種スペーサ片受入れ凹部４１５の各々は、第１種位置決め部４１２に対応する形状を有する。前記３つの第１種スペーサ片４１は、前記３つの第１種スペーサ片受入れ凹部４１５にそれぞれ収まっている。前記３つの第１種スペーサ片４１の各々の第１種光学素子保持部４１１がビームスプリッタ２２に当接している。３つの第１種スペーサ片受入れ凹部４１５は、等間隔、すなわち１２０°間隔で設けられている。

（作用・効果）
本実施の形態では、ホルダ２１が３つの第１種スペーサ片受入れ凹部４１５を有し、３つの第１種スペーサ片４１が３つの第１種スペーサ片受入れ凹部４１５にそれぞれ収まっているので、各第１種スペーサ片４１が備える第１種光学素子保持部４１１によってビームスプリッタ２２を三点支持することができる。したがって、ビームスプリッタ組立品の外形を大きくする必要がなく、かつ、このビームスプリッタ組立品は組立てが容易である。

本実施の形態で図４に示したように、第１種位置決め部４１２は、平面的に見たときに左右非対称な形状を有することが好ましい。この構成を採用することにより、第１種スペーサ片４１を第１種スペーサ片受入れ凹部４１５に挿入する際に、表裏を間違えることを防止することができる。第１種スペーサ片４１は一般的にシート状の材料から打抜き加工で形成すると思われるが、打抜き加工の向きによってオモテとウラとで仕上がり形状がわずかに異なる場合がある。左右非対称な形状としておけば、もし表裏を間違えて第１種スペーサ片受入れ凹部４１５に挿入しようとした場合には、形状が合わないこととなり、作業者は間違いに気づくことができる。したがって、表裏を間違えた状態で組み立ててしまうことを防止することができる。

第１種スペーサ片は、図７に示す第１種スペーサ片４１ｉのように左右対称な形状であってもよい。この場合もビームスプリッタ２２を三点支持すること自体は可能であるので、有用である。しかし、第１種スペーサ片４１ｉのように左右対称な形状である場合には、組立作業時に表裏を間違えても気づきにくい。その観点からは、図４に示した第１種スペーサ片４１のように、左右非対称な形状である方が好ましい。

本実施の形態で示したように、ビームスプリッタ組立品７は以下の構成を備えることが好ましい。すなわち、ビームスプリッタ組立品７は、ホルダ２１によって保持される補償板２３と、補償板２３およびホルダ２１の間に配置される第２スペーサ群５２とをさらに備える。補償板２３は、たとえばＫＢｒ、ガラスなどのような透光性の材料で形成されている。補償板２３は円板形状を有する。補償板２３の厚みは、ホルダ２１の厚みより小さい。補償板２３の径は、ホルダ２１の開口部２１０の径よりもわずかに小さい。補償板２３の径は、ビームスプリッタ２２の径とほぼ同一である。第２スペーサ群５２は２つの第２種スペーサ片４２と、１つの第３種スペーサ片４３とを含む。第２種スペーサ片４２を単独で取り出したときの平面図を図８に示す。第３種スペーサ片４３を単独で取り出したときの平面図を図９に示す。

第２種スペーサ片４２の各々は、第２種光学素子保持部４２１と、第２種位置決め部４２２とを含む。第３種スペーサ片４３は、第３種光学素子保持部４３１と、第３種位置決め部４３２とを含む。第２種光学素子保持部４２１と第３種光学素子保持部４３１とは、厚みが異なる。第２種スペーサ片４２と第３種スペーサ片４３とは、平面的に見たときの形状が異なる。図８と図９とを見比べれば明らかなように、第３種スペーサ片４３の第３種位置決め部４３２の方が第２種スペーサ片４２の第２種位置決め部４２２より左右方向の長さが長くなっている。ここでいう「左右方向」とは、図６における凹部２１１ｂの周方向に相当する。

ホルダ２１は、２つの第２種スペーサ片受入れ凹部４２５と、１つの第３種スペーサ片受入れ凹部４３５とを有する。前記２つの第２種スペーサ片受入れ凹部４２５の各々は、第２種位置決め部４２２に対応する形状を有する。第３種スペーサ片受入れ凹部４３５は、第３種位置決め部４３２に対応する形状を有する。前記２つの第２種スペーサ片４２は、前記２つの第２種スペーサ片受入れ凹部４２５にそれぞれ収まっている。前記１つの第３種スペーサ片４３は、前記１つの第３種スペーサ片受入れ凹部４３５に収まっている。前記２つの第２種スペーサ片４２の第２種光学素子保持部４２１と、前記１つの第３種スペーサ片４３の第３種光学素子保持部４３１とは、補償板２３に当接している。

この構成を採用することにより、２つの第２種スペーサ片４２と、１つの第３種スペーサ片４３とで補償板２３を三点支持することができ、しかも、第２種スペーサ片４２の第２種光学素子保持部４２１と第３種スペーサ片４３の第３種光学素子保持部４３１とは厚みが異なるので、このビームスプリッタ組立品７においては、補償板２３をホルダ２１の中心軸からわずかに傾斜させて保持することができる。これにより、簡単な構造でありながら、補償板２３を、ビームスプリッタ２２に対して、完全に平行な状態からわずかに傾斜した状態で位置決めすることができる。

ここでは、第３種スペーサ片４３の第３種位置決め部４３２の方が第２種スペーサ片４２の第２種位置決め部４２２より左右方向の長さが長くなっている例を示したが、逆であってもよい。すなわち、第３種スペーサ片４３の第３種位置決め部４３２の方が第２種スペーサ片４２の第２種位置決め部４２２より左右方向の長さが短くなっていてもよい。また、左右方向の長さに差を付けるだけでなく、折れ曲がった形状にしたり、識別用の突起を設けたりしてもよい。第２種スペーサ片４２と第３種スペーサ片４３とは、平面的に見たときの形状が異なるものであればよい。異なる形状であることにより、組立作業時には、作業者にとって第２種スペーサ片４２と第３種スペーサ片４３との見分けがつきやすくなり、組立作業が容易となる。

本実施の形態で図８に示したように、第２種位置決め部４２２は、平面的に見たときに左右非対称な形状を有することが好ましい。この構成を採用することにより、第２種スペーサ片４２を第２種スペーサ片受入れ凹部４２５に挿入する際に、表裏を間違えることを防止することができる。

本実施の形態で図９に示したように、第３種位置決め部４３２は、平面的に見たときに左右非対称な形状を有することが好ましい。この構成を採用することにより、第３種スペーサ片４３を第３種スペーサ片受入れ凹部４３５に挿入する際に、表裏を間違えることを防止することができる。

第２種スペーサ片４２および第３種スペーサ片４３のうち一方は、第１種スペーサ片４１に比べて、同じ厚みであり、平面的に見たときに同じ形状であることが好ましい。この構成を採用することにより、用意すべきスペーサ片の種類を減らすことができ、生産効率が良くなる。第１種スペーサ片４１と第２種スペーサ片４２と第３種スペーサ片４３とは同一種類の材料で形成されていてよい。

なお、３つの第１種スペーサ片４１の各々が備える第１種光学素子保持部４１１によってビームスプリッタ２２を三点支持する際には、３つの第１種光学素子保持部４１１によって構成される三角形の内部にビームスプリッタ２２の重心が入っていさえすればよい。この条件さえ満たされていれば、３つの第１種光学素子保持部４１１がビームスプリッタ２２を支持する３点の位置関係は自由であり、必ずしも等間隔でなくてもよい。

２つの第２種スペーサ片４２と、１つの第３種スペーサ片４３とで補償板２３を三点支持することに関しても同様である。すなわち、２つの第２種スペーサ片４２と、１つの第３種スペーサ片４３とで構成される三角形の内部に補償板２３の重心が入っていさえすればよい。この条件さえ満たされていれば、補償板２３を支持する３点の位置関係は自由であり、必ずしも等間隔でなくてもよい。

ここまで説明したように、分析装置１は、上述のいずれかのビームスプリッタ組立品を備えることが好ましい。

なお、今回開示した上記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を含むものである。

１ 分析装置、２ 筐体、３ ヒータ、４ 干渉部、５ 試料室、６ 検出器、７ ビームスプリッタ組立品、８ 固定鏡、９ 移動鏡、１０ 駆動部、１１ 通過窓、１２ 反射鏡、１５ 赤外干渉光、２１ ホルダ、２１ａ 第１面、２１ｂ 第２面、２２ ビームスプリッタ、２３ 補償板、２６ａ，２６ｂ 固定板、４１，４１ｉ 第１種スペーサ片、４２ 第２種スペーサ片、４３ 第３種スペーサ片、５１ 第１スペーサ群、５２ 第２スペーサ群、２１０ 開口部、２１１ａ，２１１ｂ 凹部、２１４ フランジ、２４２ ねじ、２６１ 取付部、２６２ 突出部、４１１ 第１光学素子保持部、４１２ 第１種位置決め部、４１５ 第１種スペーサ片受入れ凹部、４２１ 第２光学素子保持部、４２２ 第２種位置決め部、４２５ 第２種スペーサ片受入れ凹部、４３５ 第３種スペーサ片受入れ凹部。

Claims (7)

1. ビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタを保持するホルダと、
   前記ビームスプリッタおよび前記ホルダの間に配置される第１スペーサ群とを備え、
   前記第１スペーサ群は３つの第１種スペーサ片を含み、
   前記３つの第１種スペーサ片の各々は、第１種光学素子保持部と、第１種位置決め部とを含み、
   前記ホルダは、３つの第１種スペーサ片受入れ凹部を有し、前記第１種スペーサ片受入れ凹部の各々は、前記第１種位置決め部に対応する形状を有し、
   前記３つの第１種スペーサ片は、前記３つの第１種スペーサ片受入れ凹部にそれぞれ収まっており、
   前記３つの第１種スペーサ片の各々の前記第１種光学素子保持部が前記ビームスプリッタに当接している、ビームスプリッタ組立品。
2. 前記第１種位置決め部は、平面的に見たときに左右非対称な形状を有する、請求項１に記載のビームスプリッタ組立品。
3. 前記ホルダによって保持される補償板と、
   前記補償板および前記ホルダの間に配置される第２スペーサ群とをさらに備え、
   前記第２スペーサ群は２つの第２種スペーサ片と、１つの第３種スペーサ片とを含み、
   前記第２種スペーサ片の各々は、第２種光学素子保持部と、第２種位置決め部とを含み、
   前記第３種スペーサ片は、第３種光学素子保持部と、第３種位置決め部とを含み、
   前記第２種光学素子保持部と前記第３種光学素子保持部とは、厚みが異なり、
   前記第２種スペーサ片と前記第３種スペーサ片とは、平面的に見たときの形状が異なり、
   前記ホルダは、２つの第２種スペーサ片受入れ凹部と、１つの第３種スペーサ片受入れ凹部とを有し、
   前記２つの第２種スペーサ片受入れ凹部の各々は、前記第２種位置決め部に対応する形状を有し、
   前記第３種スペーサ片受入れ凹部は、前記第３種位置決め部に対応する形状を有し、
   前記２つの第２種スペーサ片は、前記２つの第２種スペーサ片受入れ凹部にそれぞれ収まっており、前記１つの第３種スペーサ片は、前記１つの第３種スペーサ片受入れ凹部に収まっており、
   前記２つの第２種スペーサ片の前記第２種光学素子保持部と、前記１つの第３種スペーサ片の前記第３種光学素子保持部とは、前記補償板に当接している、請求項１または２に記載のビームスプリッタ組立品。
4. 前記第２種位置決め部は、平面的に見たときに左右非対称な形状を有する、請求項３に記載のビームスプリッタ組立品。
5. 前記第３種位置決め部は、平面的に見たときに左右非対称な形状を有する、請求項３または４に記載のビームスプリッタ組立品。
6. 前記第２種スペーサ片および前記第３種スペーサ片のうち一方は、前記第１種スペーサ片に比べて、同じ厚みであり、平面的に見たときに同じ形状である、請求項３から５のいずれかに記載のビームスプリッタ組立品。
7. 請求項１から６のいずれかに記載のビームスプリッタ組立品を備える、分析装置。

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