JP7226243B2 - フーリエ分光分析装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、分析に用いられる光を無駄なく有効活用することで、高い分析精度を実現するものである。具体的には、分析に用いられる光を無駄なく有効活用することで、高いS/N比の受光信号を得ることにより、高い分析精度を実現するものである。本発明の実施形態は、試料が光学特性の時間変動が生ずるものであっても、分析に用いられる光を無駄なく有効活用することで、高い分析精度を実現するものである。
〈フーリエ分光分析装置の要部構成〉
図1は、本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置の要部構成を示すブロック図である。図1に示す通り、本実施形態によるフーリエ分光分析装置1は、光源10、干渉計20、合波光学系30、分波光学系40、受光部50、及び信号処理装置60を備える。このようなフーリエ分光分析装置1は、複数の波長成分が含まれる光(インターフェログラムL2)を試料SPに照射し、試料SPを介した光L3を受光し、得られた受光信号S1,S2に対してフーリエ変換処理を行って試料SPを介した光L3のスペクトル(例えば、波数スペクトル)を求めることで、試料SPの分析を行う。
図2は、本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置が備える干渉計の構成例を示す図である。図2に示す干渉計20は、ハーフミラー21、固定ミラー22、及び移動ミラー23、出力ポートPT1(第1出力部)、出力ポートPT2(第2出力部)を備えるマイケルソン干渉計である。尚、干渉計20は、マイケルソン干渉計に限られる訳ではなく、任意の干渉計を用いることができる点に注意されたい。
図3は、本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置が備える合波光学系及び分波光学系の第1構成例を示す図である。図3に示す通り、本構成例の合波光学系30は、レンズLS1(第1レンズ)を備えており、光ファイバFB1,FB2によって導かれたインターフェログラムL11,L12を空間的に合波して試料SPの予め規定された照射領域A1に照射する。本構成例の分波光学系40は、レンズLS2(第2レンズ)を備えており、試料SPの照射領域A1を介した光L3を空間的に分波する。
図4は、本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置が備える合波光学系及び分波光学系の第2構成例を示す図である。図4に示す通り、本構成例の合波光学系30は、偏光ビームスプリッタ31(偏光合波素子)、偏光子32(第1偏光子)、及び偏光子33(第2偏光子)を備えており、光ファイバFB1,FB2によって導かれたインターフェログラムL11,L12の偏光状態を互いに異ならせて合波する。本構成例の分波光学系40は、偏光ビームスプリッタ41(偏光分波素子)を備えており、試料SPを介した光L3を、その偏光状態に応じて分波する。
図5は、本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置が備える合波光学系及び分波光学系の第3構成例を示す図である。図5に示す通り、本構成例の合波光学系30は、図4に示す合波光学系30の偏光子32,33を省略したものである。本構成例の分波光学系40は、図4に示す分波光学系40と同じ構成である。このため、分波光学系40の説明は省略する。
図6は、本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置が備える合波光学系及び分波光学系の第4構成例を示す図である。図6に示す通り、本構成例の合波光学系30は、図5に示す合波光学系30に反射ミラーM1(第1偏向素子)を追加したものである。本構成例の分波光学系40は、図4,図5に示す分波光学系40に反射ミラーM2(第2偏向素子)を追加したものである。
図7は、本発明の一実施形態によるフーリエ分光分析装置が備える信号処理装置の構成例を示すブロック図である。図7に示す通り、本構成例の信号処理装置60は、受光信号S1,S2を入力とする雑音除去部61と、雑音除去部61の出力信号を入力とするフーリエ変換部62とを備える。
次に、上記構成におけるフーリエ分光分析装置の動作について説明する。以下では、理解を容易にするために、フーリエ分光分析装置1に設けられる合波光学系30及び分波光学系40が図4に示すものであるとする。
10 光源
20 干渉計
21 ハーフミラー
22 固定ミラー
23 移動ミラー
30 合波光学系
31 偏光ビームスプリッタ
32,33 偏光子
40 分波光学系
41 偏光ビームスプリッタ
50 受光部
60 信号処理装置
61 雑音除去部
62 フーリエ変換部
A1 照射領域
FP1,FP2 位置
L0 光
L01,L02 分岐光
L2 インターフェログラム
L11,L12 インターフェログラム
L41,L42 インターフェログラム
LS1,LS2 レンズ
M1,M2 反射ミラー
PT1,PT2 出力ポート
S1,S2 受光信号
SP 試料
Claims (5)
- 干渉光であるインターフェログラムを分析対象である試料に照射し、試料を介した光を受光して得られる受光信号に対してフーリエ変換処理を行って、前記試料を介した光のスペクトルを求めるフーリエ分光分析装置において、
前記スペクトルを求める波長帯域である分析波長帯域の波長成分を含む光を射出する光源と、
前記光源から射出される光から、前記インターフェログラムとして、強度分布が互いに反転している第1インターフェログラムと第2インターフェログラムとを得る干渉計と、
前記第1インターフェログラムと前記第2インターフェログラムとを合波して前記試料に照射する合波光学系と、
前記試料を介した光に含まれる前記第1インターフェログラムと前記第2インターフェログラムとを分波する分波光学系と、
分波された前記第1インターフェログラムを受光して得られる第1受光信号と、分波された前記第2インターフェログラムを受光して得られる第2受光信号とを出力する受光部と、
前記第1受光信号及び前記第2受光信号を用いて、前記分析波長帯域の波長成分の、雑音を除去したスペクトルを求める処理を行う信号処理装置と、
を備え、
前記合波光学系は、前記干渉計で得られた前記第1インターフェログラムのうちの第1偏光状態の前記第1インターフェログラムと、前記干渉計で得られた前記第2インターフェログラムのうちの前記第1偏光状態とは異なる第2偏光状態の前記第2インターフェログラムとを合波する偏光合波素子を備え、
前記分波光学系は、前記試料を介した光に含まれる前記第1インターフェログラム及び前記第2インターフェログラムをその偏光状態に応じて分波する偏光分波素子を備える、
フーリエ分光分析装置。 - 前記信号処理装置は、前記第1受光信号と前記第2受光信号との差を得ることで雑音を除去する雑音除去部と、
前記雑音除去部によって得られた前記差を示す信号に対してフーリエ変換処理を行って、前記分析波長帯域の波長成分のスペクトルを求めるフーリエ変換部と、
を備える請求項1記載のフーリエ分光分析装置。 - 前記合波光学系は、前記干渉計で得られた前記第1インターフェログラムを前記第1偏光状態にする第1偏光子と、
前記干渉計で得られた前記第2インターフェログラムを前記第2偏光状態にする第2偏光子と、
を備える請求項1又は請求項2記載のフーリエ分光分析装置。 - 前記偏光合波素子は、前記第1偏光状態の光を透過させ、前記第2偏光状態の光を反射させる偏光ビームスプリッタであり、
前記偏光ビームスプリッタは、前記干渉計で得られた前記第1インターフェログラムのうちの前記第1偏光状態の前記第1インターフェログラムを透過させ、前記干渉計で得られた前記第2インターフェログラムのうちの前記第2偏光状態の前記第2インターフェログラムを反射させて合波し、且つ、前記干渉計で得られた前記第1インターフェログラムのうちの前記第2偏光状態の前記第1インターフェログラムを反射させ、前記干渉計で得られた前記第2インターフェログラムのうちの前記第1偏光状態の前記第2インターフェログラムを透過させて合波し、
前記合波光学系は、前記偏光ビームスプリッタで合波された前記第2偏光状態の前記第1インターフェログラム及び前記第1偏光状態の前記第2インターフェログラムを前記試料に向かわせる第1偏向素子を備え、
前記分波光学系は、前記第1偏向素子で反射されて前記試料を介した光を前記偏光分波素子に向かわせる第2偏向素子を備える、
請求項1又は請求項2記載のフーリエ分光分析装置。 - 前記干渉計は、前記光源から射出された光を第1分岐光と第2分岐光とに分岐するとともに、互いに異なる光路を介した前記第1分岐光と前記第2分岐光とを干渉させて前記第1インターフェログラムと前記第2インターフェログラムとを得るハーフミラーと、
前記ハーフミラーで分岐された前記第1分岐光を反射して前記ハーフミラーに入射させる固定ミラーと、
前記第2分岐光の光路に沿って往復運動可能に構成され、前記ハーフミラーで分岐された前記第2分岐光を反射して前記ハーフミラーに入射させる移動ミラーと、
前記第1インターフェログラムを外部に出力する第1出力部と、
前記第2インターフェログラムを外部に出力する第2出力部と、
を備える請求項1から請求項4の何れか一項に記載のフーリエ分光分析装置。
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