JPH01143925A - マイケルソン干渉計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はフーリエ分光器や膜厚測定器等に用いられるマ
イケルソン干渉計に関する。

［従来の技術］ 従来のマイケルソン干渉計では、たとえば第５図に示す
如く、スリット６からの発散光をコリメータレンズ８に
より平行光束Ｌ＋にし、この平行光束（入射光束）Ｌｌ
をビームスプリッタ１０により透過光束Ｌ　ｔ　（ｓ　
ｏ％）と反射光束Ｌ２′（ｓＯ％）とに分割し、これら
透過光束り２、反射光束ＬＰ’をそれぞれコーナキュー
ブリフレクタＩ２．１゛２°により反対方向へ反射させ
て逆進光束り１、Ｌ３′にし、これらをビームスプリッ
タＩＯへ戻して合波させ、コーナキューブリフレクタ１
２°と反対側へ進む干渉光束Ｌ４を凸レンズ１３により
光検出器Ｉ４の受光面へ集光させてその光強度を光電変
換させ、このコーナキューブリフレクタＩ２を直線駆動
袋！！１５により透過光束Ｌｔ、逆進光束Ｌ３の方向へ
往復移動させて該分割位置から談合波位置までの両光束
の光路差を変化させるように構成されている。

白色光を試料に透過させ、これを平行光束にしたものを
入射光束Ｌ１とした場合には、光検出器１４からインタ
ーブエログラムを得ることができる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、干渉光束Ｌ４を１つの光検出器Ｉ４で検出して
いるため、その出力が光検出３１４の光電変換特性によ
り大きく制限される。

例えば、光検出器１４がＰｄＳ光伝導セルの場合には、
その検知波長領域はＩ〜３μ繭程度であり、ＨｇＣｄＴ
　ｅ光伝導セルのそれは２〜１０μ欄程度である。した
がって、測定しようとする波長領域が両範囲にわたる場
合には、光検出器１４を他のものと取り換えなければな
らず、操作が煩雑である。また、光検出器Ｉ４は一般に
感度が高いとダイナミックレンジが低く、逆に感度が低
いとダイナミックレンジが広いが、干渉光束Ｌ４の強度
により、より高い感度またはより広いダイナミックレン
ジが要求される場合があり、このような場合にも光検出
器！４を他のものと取り換えなければならない。

さらに、干渉光束の５０％は入射光束側へ行くので、入
射光束の半分しか利用されず、効率が悪い。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、２個の光検出器で
干渉光強度を同時に検出することができ、しかも、入射
光束の利用効率が高いマイケルソン干渉計を提供するこ
とにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために、本発明に係るマイケルソ
ン干渉計では、入射光束Ｌ２を透過光束Ｌ２と反射光束
Ｌ２′とに分割するビームスプリッタと、該透過光束Ｌ
２を反射させて、該透過光束Ｌ！に平行かつ重ならない
光束Ｌ３にし、該ビームスプリッタへ戻す第１逆進光学
手段と、該反射光束Ｌ２′を反射させて、該反射光束Ｌ
ｍ’に平行かつ重ならない光束Ｌｓ”にし、該ビームス
プリッタへ戻して該光束Ｌ３に合波させる第２逆進光学
手段と、第１逆進光学手段と第２逆進光学手段の少なく
とも一方を移動させて、該分割位置から該合波位置まで
の両光束の光路差を変化させる移動手段とを備え、該合
波された干渉光束のうち、該入射光束し、に垂直方向へ
進む干渉光束Ｌ４を第１光検出器へ導き、該干渉光束し
４に垂直方向へ進む干渉光束し、゛を第２光検出器へ導
くようにしたことを特徴としている。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

（１）第１実施例 第１図は第１実施例構成図であり、マイケルソン干渉計
が示されている。なお、分かり易くするために光束幅は
実際よりも狭く記載されている（第２〜４図についても
同様）。

１０はビームスプリブタであり、第５図に示すものより
大きく、入射光束を透過光束と反射光束とに分割するも
の、１２．１２’はコーナキューブリフレクタであり、
入射光束を反射させてこの入射光束に平行かつ反対方向
へ進ませるもの、１５は直線駆動装置であり、コーナキ
ューブリフレクタＩ２をその入反射方向へ往復移動させ
るもの、■３．１３°は凸レンズであり入射平行光束を
集光させるもの、１４．１４′は光検出器であり、受け
た光をその光強度に応じた電気信号に変換するものであ
る。

次に、上記の如く構成された第１実施例の作用を説明す
る。

入射光束Ｌ１はビームスプリッタ１０により透過光束り
、と反射光束Ｌ２′とに分割され、透過光束り２、反射
光束Ｌ２′はそれぞれコーナキューブリフレクタＩ２．
１２’により反射されて光束Ｌｔ。

Ｌ２′に平行かつ光束り２、Ｌ、°に重ならない逆進光
束Ｌ３、Ｌ３′にされ、ビームスプリブタＩＯへ戻され
て両者が合波干渉し、一方の干渉光束Ｌ４が凸レンズ１
３により光検出器！４の受光部に集光照射され、他方の
干渉光束Ｌ４°が凸レンズ１３°により光検出器１４°
の受光面に集光照射される。

したがって、入射光束り、の全てが光検出器１４．１４
°に照射される。

直線駆動装置１５によりコーナキューブリフレクタ！２
が透過光束り２、逆進光束り、の方向へ往復移動される
と、コーナキューブリフレクタ１２により分割された位
置から再びビームスプリブタ１０へ戻って両光束が合波
する位置までの両光束の光路差が変化し、干渉光束Ｌ４
、Ｌ４°の光強度が時間的に変化する。

したがって、白色光を試料に通し、これを平行光束にし
たもの入射光束Ｌ１とすれば、前記光路差を横軸、光検
出器１４または１４°の出力値を縦軸としたインターフ
ェログラムが得られる。

光検出器１４としてＰｄＳ光伝導セルを用い、光検出３
１４°としてＨｇＣｄＴ　ｅ光伝導セルを用いた場合に
は、光検出器Ｉ４．１４°を他の検出器と取り換えるこ
となく、波長領域２〜１０μｍにわたってインターフェ
ログラムを得ることができ、操作が極めて簡単になる。

また、光検出器１４として高感度かつ狭ダイナミツクレ
ンジのものを用い、光検出器Ｉ４°として低感度かつ広
ダイナミツクレンジのものを用し１れば、干渉光束Ｌ４
、Ｌ４°の振幅に応じて光検出器！４または光検出器１
４’を電気的に切り換えて用いることにより、簡単な操
作で適切なインターフェログラムを得ることができる。

（２）第２実施例 第２図は第２実施例構成図であり、マイケルソン干渉計
が示されている。

このマイケルソン干渉計では、入射光束ＬＩは試料を通
らない白色光であり、凸レンズ１３と検出器１４との間
に試料１５が配設されている。干渉光束し４は試料１５
を通って光検出器１４へ導かれる。

したがって、光源光の７ラクチユエーシヨン及びコーナ
キューブリフレクタ１２の機械的振動に基づき、干渉光
束が時間的に変動した場合、干渉光束Ｌ４とＬ４′が同
一大きさ及び同相で変化するので、光検出器Ｉ４の出力
のベースラインから光検出器１４°の出力のベースライ
ンを差し引くことによりこれを除去できる。

（３）第３実施例 第３図は第３実施例構成図であり、マイケルソン干渉計
が示されている。

このマイケルソン干渉計では、光検出器１４の出力値と
光検出器１４°の出力値との差を増幅する差動増幅器１
６が設けられている。干渉光束Ｌ４とＬ４゛との位相差
は１８０度であるので、信号の交流成分の２倍値を増幅
したものが差動増幅器１６から出力される。

一方、幾何学的対称性から、一般に、光検出器１４及び
＋４’へ入射される迷光は同程度の強度であり、その同
位相成分は相殺されるので、差動増幅器１６の出力には
ほとんど現れない。したがって、光検出器１４又は１４
°の出力値を単独で用いる場合よりもＳＮ比が向上する
。

（４）第４実施例 第４図は第４実施例構成図であり、より詳細なマイケル
ソン干渉計が示されている。

このマイケルソン干渉計では、第１図に示すコーナキュ
ーブリフレクタ１２．１２°の代わりに、コーナキュー
ブリフレクタ＋２Ａ、１２Ａ’が互いに反対方向へ向け
られてスライダー１８上に固設されている。このスライ
ダー１８は直線駆動装置１５Ａによりコーナキューブリ
フレクタ１２Δ、１２Ａ°の入反射方向（矢印Ｘ方向）
へ往復移動される。

したがって、光路差は第１図に示す場合の２倍、すなわ
ちスライダー１８の移動距離の４倍になり、分光スペク
トル分解能が第１図に示すものよりも２倍になる。

２０．２０’は平面鏡であり、それぞれ透過光束しい反
射光束Ｌ２′をコーナキューブリフレクタ１２Ａ、１２
Ａ’側へ折り曲げて光束り、１、ＬｔＩ’にし、コーナ
キューブリフレクタ１２Ａ、＋２Ａ’によりこれらに平
行かつ重ならないように反射された逆進光束Ｌ３いＬ３
１’をビームスプリブタｌＯ側へ戻して逆進光束Ｌ３、
し３′にする。逆進光束Ｌ２とり、′との干渉光のうち
、一方の干渉光束り、は凹面鏡２２により光検出器Ｉ４
の受光面へ集光され、他方の干渉光束し４゛は平面鏡２
４により反射された後、凹面鏡２２°により光検出器１
４°の受光面へ集光される。

この実施例では、逆進光学手段はコーナキューブリフレ
クタ１２Ａ、１２Ａ’と平面ｍ２０．２０゛により構成
されている。

スライダー１８の移動距離は、単光色の光を放射するレ
ーザ２６、平面！ａ２８．３０、ビームスプリッタ！Ｏ
１平面鏡３２．３２′、コーナキューブプリズム３４．
３４゛、平面鏡３６．３６°、により構成されるモニタ
光学系により検出される。

コーナキューブプリズム３４．３４°はコーナキューブ
リフレクタ１２ＡＳ　１２Ａ’と同様に互いに反対方向
へ向けられてスライダー１８上に固設されている。

したがって、レーザ２６から放射された光束は平面ｍ２
８．３０により反射されて入射光束ＬＩに平行にされ、
ビームスプリッタ！０へ入射されて光束り１、Ｌ２′に
平行な光束に分割され、平面鏡３２．３２°により反射
されて光束Ｌｆ１１Ｌオ、。

に平行な光束にされ、コーナキューブプリズム３４．３
４°により反射されて入射方向に平行にされ、平面鏡３
６．３６′により反射されて行光路と同一光路を逆向き
に通ってビームスプリッタ１０へ戻され、両光束の干渉
光束が平面鏡３８により反射されて光検出器４０の受光
面へ照射される。

この２光束の光路差はスライダー１８の移動距離の４倍
になるので、レーザ２６から放射される光の波長の１／
８の距離スライダー１８が移動する毎に、光検出器４０
から１個のパルスが出力され、このパルスのタイミング
により光検出器Ｉ４、Ｉ４°の出力値がデジタル変換さ
れて図示しないマイクロコンビニーりに読み込まれる。

（５）拡張 なお、コーナキューブリフレクタ＋２．１２”、１２Ａ
、１２Ａ’の代わりに、コーナキューブプリズム、２枚
の平面鏡、または直角プリズム、ケスクープリズム等を
用いてもよいことは勿論である。

［発明の効果］ 本発明に係るマイケルソン干渉計では、入射光束Ｌ２を
ビームスプリッタにより透過光束Ｌ２と反射光束Ｌｘ’
に分割し、それぞれ第１逆進光学“手段及び第２逆進光
学手段により反射させてこれらに平行かつ重ならない逆
進光束り５、Ｌ３′にしており、２つの干渉光束り、、
Ｌ、°を得ることができ、各々を異なる光検出４に導く
こ、とができるので、従来のように測定中に光検出器を
特性の異なる他の光検出器と取り換える必要がないとい
う優れた効果がある。

そのうえ、入射光束の利用効率はほぼ１００％になると
いう優れた効果もある。

さらに、２つの干渉光束の位相差が１８０度であるので
、両検出器の出力信号の差をとれば、信号強度が２倍に
なり、かつ、ＳＮ比が向上するという優れた効果もある
。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の実施例に係り、第１図〜４
図はそれぞれ第１〜第４実施例を示すマイケルソン干渉
計の模式図である。 第６図は従来例のマイケルソン干渉計の模式図である。 ＩＯ＝ビームスプリッタ １２、Ｉ２°、＋２Ａ、！２Ａ’：コーナキュープリフ
レクタ １４．１４゛、４０：光検出器 ！５．１５Ａ：直線駆動装置 １６：差動増幅器 １８ニスライダー ２０．２０’、２４．２８．３０．３２．３２’、３４
．３４″、３６．３６°、３８：平面鏡 ２２．２２゛：凹面鏡 ２６：レーザ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入射光束Ｌ＿１を透過光束Ｌ＿２と反射光束Ｌ＿２′と
   に分割するビームスプリッタ（１０）と、 該透過光束Ｌ＿２を反射させて、該透過光束Ｌ＿２に平
   行かつ重ならない光束Ｌ＿３にし、該ビームスプリッタ
   （１０）へ戻す第１逆進光学手段（１２）と、 該反射光束Ｌ＿２′を反射させて、該反射光束Ｌ＿２′
   に平行かつ重ならない光束Ｌ＿３′にし、該ビームスプ
   リッタ（１０）へ戻して該光束Ｌ＿３に合波させる第２
   逆進光学手段（１２′）と、 第１逆進光学手段（１２）と第２逆進光学手段（１２′
   ）の少なくとも一方を移動させて、該分割位置から該合
   波位置までの両光束の光路差を変化させる移動手段とを
   備え、 該合波された干渉光束のうち、該入射光束Ｌ＿１に垂直
   方向へ進む干渉光束Ｌ＿４を第１光検出器（１４）へ導
   き、該干渉光束Ｌ＿４に垂直方向へ進む干渉光束Ｌ＿４
   ′を第２光検出器（１４′）へ導くようにしたことを特
   徴とするマイケルソン干渉計。