JPH02102424A - マイケルソン干渉計用可動鏡ユニット及びこれを用いた一体型顕微フーリエ赤外分光光度計 - 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】 「産業上の利用分野コ 本発明はマイケルソン干渉計に用いられる可動鏡ユニッ
ト、及び、これを用いたフーリエ赤外分光光度計と赤６
外顕微鏡とを一体化した一体型顕微フーリエ赤外分光光
度計に関する。

［従来の技術］ 第６図は可動ダブルコーナキューブミラーを用いたマイ
ケルソン干渉計を示す（特開昭６３−１７５７３４号）
。

赤外光源工０から放射された光はコリメータ１２で平行
化され、ビームスプリッタ１４で２分割され、その一方
の光束が固定鏡１６、ダブルコーナキューブミラー２０
の一方のコーナキューブミラー２０ａ、固定鏡１６で順
次反射されてビームスプリッタ１４へ戻され、他方の光
束が固定ｍ＋８、ダブルコーナキューブミラー２０の他
方のコーナキューブミラー２０ｂ１固定＃１１１８で順
次反射されてビームスプリッタ！４へ戻され、戻された
両光束がビームスプリッタ１４で合波干渉して外部へ出
射される。

ダブルコーナキューブミラー２０は、コーナキューブミ
ラー２０ａと２０ｂとがσいに背中合わせに連結されて
、スライダに搭載されており、このスライダはガイドに
案内されて固定鏡１６と固定ｍ１８とを結ぶ直線方向（
図示Ｘ方向）に駆動装置で往復駆動される。スライダと
ガイドの間には摺動抵抗を小さくするためのベアリング
が介在している。

ここで、干渉計にとって重要な安定性及び再現４は干渉
計の面記スライダとガイドとの間の摺動部に大きく影響
される。ダブルコーナキューブミラー２０を常に安定し
て走査する為には、この摺動部の摺動抵抗が常に一定で
あること及び摺動部にガタがないことが要求される。

しかし、摺動部のクリアランスを大きくすれば摺動抵抗
は減少するが、ガタが増大してダブルコーナキューブミ
ラー２０が横ぶれを起こし安定性が悪化する。また、摺
動部のクリアランスを小さくすればガタが減少するが摺
動抵抗が大きくかつ不均一となり、走査速度を一定に保
つことができなくなって再現性が悪化する。

一方、顕微フーリエ赤外分光法による測定では、従来、
フーリエ赤外分光光度計のケース上に赤外顕微鏡を搭載
し、フーリエ赤外分光光度計から出射される干渉光束を
赤外顕微鏡の集光鏡に導き、赤外顕微鏡から出射される
光束をフーリエ赤外分光光度計の検出器へ導いていた。

しかし、使用の際にフーリエ赤外分光光度計と赤外顕微
鏡との間の光学的な調整を行わなＩすればならず、フー
リエ赤外分光光度計から赤外顕微鏡を取り外すとその後
両者を結合する際には再度光学的な調整が必要になり不
便であった。

そこで、フーリエ赤外分光光度計と赤外顕微鏡とを一体
化しようとすると、フーリエ赤外分光光度計は第６図に
示す干渉計の構成から明らかなように平面的に広がった
構成であるのに対し、赤外顕微鏡は垂直方向に延びた構
成であるので、全体として大型になり、小型化ができな
いという問題点があった。このため、両者を一体化した
ものは市販されていない。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の問題点に鑑み、本発明の第１目的は、可動鏡
を安定かつ再現性良く走査させることができるマイケル
ソン干渉計用可動鏡ユニットを提供することにある。

本発明の第２目的は、この可動鏡ユニットを用いて小形
化した一体型顕微フーリエ赤外分光光度計を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段及びその作用効果］この第
１目的は、交差する３枚以上の板ばねを介して支持部材
に振子柱の一端部を吊着することにより該振子柱を一方
向に振動自在とし、該振子柱の中間部又は下部に、該振
子柱へ向けて該振子柱の振動方向かつ互いに反対方向か
ら入射される２光束の各々を入射方向と逆方向へ反射さ
せる２個のコーナキューブミラーを背中合わせにして固
着し、電磁力又は静電気力により非接触で該振子柱を該
振動方向に振動さ仕る駆動手段を設けたマイケルソン干
渉計用可動鏡ユニットにより達成される。

振子柱は板ばねの交差点近傍を中心として振動し、反射
鏡の軌跡がほぼ円弧となる。この円弧がほぼ直線になる
ように、反射鏡の走査距離に対応した振子柱の長さが選
定される。完全な直線でな（でも、可動鏡としてコーナ
キューブミラーを用いているので問題はない。

摺動部がな（かつ交差する３枚以上の板ばねを介して振
子柱を支持部材に吊着しているので、可動鏡を安定かつ
再現性良く走査させることができる。

ここで、上記可動鏡ユニットは垂直方向に延びているの
で水平方向の６仔面積が従来よりも狭くなる。一方、赤
外顕微鏡は、対物鏡の焦点距離を長くして倍率を大きく
する必要があるため垂直方向に延びている。

したがって、本発明の第２目的は、赤外光源と、上記可
動鏡ユニットを備え該赤外光源からの放射光が入射され
るマイケルソン干渉計と、該マイケルソン干渉計の横に
配置され該干渉計の出射光が導かれてサンプルに収束さ
れる赤外顕微鏡と、該マイケルソン干渉計の上部に配置
され該赤外顕微鏡からの出射光強度を検出する光検出器
と、を−体化した一体型顕微フーリエ赤外分光光度計に
より達成される。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

（りマイケルソン干渉計用可動鏡ユニット第１図は第６
図に示すマイケルソン干渉計のダブルコーナキューブミ
ラー２０の移動機構を改良した可動鏡ユニット２１を示
す。

コーナキューブミラー２０ａ及び２０ｂは背中合わせに
してミラーベース２２の斜面に固着されている。一体と
なったコーナキューブミラー２０ａ、２０ｂ及びミラー
ベース２２は、第２Ｂ図に示す如く、振子柱２４の下端
部に形成された逆Ｕ字状切欠部２４ａに嵌入されてミラ
ーベース２２の側面が切欠部２４ａの側面に固着されて
いる。

振子柱２４の上端部は、クロス板ばね２６を介して支持
柱２８の下端部に連結されている。

すなわち、第２Ａ図及び第２Ｂ図に示す如く、四角柱形
の振子柱２４の上端部及び四角柱形の支持柱２８の下端
部はそれぞれ向かい合う一対の側部が斜めに切除されて
、振子柱２４に斜面２４ａ１２４ｂが形成され、支持柱
２８に斜面２８ａ、２８ｂが形成されている。この斜面
２４ａに板ばね２６ａ、２６ｃの一端部がねじ３０で蝶
着され、斜面２８ｂに板ばね２６ａ、２６ｃの他端部が
ねじ３０で螺着されている。また、この板ばね２６ａ、
２６ｃとクロスするように、斜面２４ｂに板ばね２６ｂ
、２６ｄの一端部がねじ３０で螺着され、斜面２８ａに
板ばね２６ｂ、２６ｄの他端部がねじ３０で螺着されて
いる。振子柱２４が垂下して静止している状態では、各
板ばね２６ａ〜２６ｄは水平面に対し４５度傾斜してい
る。また、板ばね２６ａと２６ｂとがクロスして１組の
クロス板ばねを構成し、板ばね２６ｃと２６ｄとがクロ
スしてもう１組のクロス板ばねを構成している。

振子柱２４を安定かつ再現性良く第２Ａ図横方向へ振動
させるためには、一般に最低２組のクロス板ばねを必要
とする。ただし、板ばね２６ｂの幅を板ばね２６ａ、２
６ｃの幅の約２倍にすれば板ばね２６ｄを除いた３枚の
板ばねでクロス板ばねを構成してもよい。

第１図に示す如く、支持柱２８の上面は上、１１３！の
下面中央に固着されている。この上蓋３厘の周部は、振
子柱２４の振動により支持柱２Ｂが微動しないように、
強固な四角間３２の下端部に螺着されている。振子柱２
４の振動方向に相当する四角間３２の一対の対向面には
、コーナキューブミラー２０　ａ、　２０　ｂに対応し
て光束通過用の孔３２１．３２ｂが形成されている。孔
３２ａを通りコーナキューブミラー２０ａへ入射した光
束は入射方向と逆方向へ反射され、同様に、孔３２ｂを
通りコーナキューブミラー２０ｂへ入射した光束はその
入射方向と逆方向へ反射される。

四角間３２の下端面はサブベースプレート３４上に螺着
され、四角間３２内のサブベースプレート３４上にはブ
ラケット３６を介してＣ字状のヨーク３８が固着され、
このヨーク３８の中央部に円柱状のマグネット３８ａが
その中心線をサブベースプレート３４に平行にして固着
されている。

一方、ミラーベース２２の下面には逆り字状のブラケッ
ト４０を介し円筒状ボイスコイル４２がその軸方向を振
子柱２４の振動方向に一致させて固着されている。この
ボイスコイル４２内にはマグネット３８の中央突出部が
同心に挿入されている。

したがって、ボイスコイル４２に交流電流を流すと、ボ
イスコイル４２とマグネット３８との間に働く電磁力に
より振子柱２４がクロス板ばね２６の交点近傍を中心と
して第１図左右方向に振動する。

本実施例では従来使用されていた摺動部の代わりにクロ
ス板ばね２６を用いているので、ダブルコーナキューブ
ミラー２０の走査が安定し、かつ再現性が向上する。

また、振子柱２４が縦長であり、しかも駆動装置を振子
柱２４の下方に設けているので、可動鏡ユニット２１の
水平面上の占有面積を従来よりも大幅に狭くすることが
できる。

振子柱２４の具体的寸法は、長さ１００ｍｍ、振動方向
の幅２０ｍｍ、振動方向に垂直な方向の幅５５＋ｍｍで
ある。また、板ばね２６ユ〜２６ｄの具体的寸法はＩＯ
ｍ＋ｅＸ　２５＋＊ｍである。さらに、分光光度計の分
解能はダブルコーナキューブミラー２０の走査距離に比
例するが、顕微フーリエ赤外分光法での測定で要求され
る分解能は４〜８Ｃ〔１程度であり、ダブルコーナキュ
ーブミラー２０を約ＩＩＩＩＢ走査すれば充分である。

したがって、上記寸法ではダブルコーナキューブミラー
２０はほぼ直線上を走査する。

なお、一般に振子の始点には回転軸受が用いられるが、
その摺動部においてクリアランスが存在するので、クロ
ス板ばね２６の代わりに回転軸受を用いた場合には上述
の問題点が生ずる。また、回転軸受の代わりにピボット
軸受を用いることも考えられるが、回転軸受と同じく摺
動部が存在するため、長期間安定に振子を振動させるこ
とができない。さらに、クロス板ばね２６の代わりに、
板ばねを振子柱２４と支持柱２８の一対の側面に平行に
取り付けて試験を行ったところ、振動の安定性が不充分
で実用できなかった。

（２）一体型顕微フーリエ赤外分光光度計第３図は、上
記可動鏡ユニット２Ｉを備えたフーリエ赤外分光光度計
４６と、赤外顕微鏡４８とをコンパクトに一体化した顕
微フーリエ赤外分光光度計を示す。

可動鏡ユニット２Ｉは垂直方向に延びているので水平方
向の占有面積が従来よりも狭くなる。

方、赤外顕微鏡４８は、対物鏡８２の焦点距離を長くし
て倍率を大きくする必要があるため垂直方向に延びてい
る。このような性質を考慮して、体型顕微フーリエ赤外
分光光度計をコンパクトに構成している。

フーリエ赤外分光光度計４６は第３図右半分に配置され
、赤外顕微鏡４８は第３図左半分に配置されている。蓋
以外を鋳物により一体成形したノ１ウジング５０の第３
図右半分は、水平方向のベースプレート５０ａ及び５０
ｂにより仕切られて下室５２、中室５４及び上室５６が
形成されている。

この下室５２には反射ｗＬ５８が配置され、中室５４に
は干渉計部６０、反射鏡６２及び６４が配置されている
。

干渉計部６０は、Ｌ字状の取付板６６に、第４図及び第
５図に示す如（配置されている。干渉計部６０は、第６
図と基本的に同一構成のマイケルソン干渉計と、このマ
イケルソン干渉計を共用するサンプリング信号生成系と
、可視光源とを備えている。

サンプリング信号生成系は次のように構成されている。

すなわち、取付板６６の側板６６ｂに１ｉｅＮｅレーザ
Ｉ及び反射鏡２が固設されており、ＨｅＮｅレーザｌか
ら放射されたレーザビームが反射鏡２でマイケルソン干
渉計側へ偏向される。一方、底板６６λ上には、ビーム
スプリッタ１４より小形でビームスプリッタ１４の下部
高さに反射鏡３が立設されており、このレーザビームは
反射鏡３でビームスプリッタ１４の下部側へ偏向され、
ビームスプリッタ！４へ入射角４５゛で人射し、その後
上述の赤外光束と同様の光路を通る。ただし、レーザビ
ームは赤外光束よりも横断面積が充分狭く、かつ、赤外
光束がビームスプリッタ１４の中央部を通るのに対しレ
ーザビームはビームスプリッタ１４の下部を通るので、
分割されたレーザビームの２光束が反射鏡１６．１８及
びダブルコーナキューブミラー２０で反射されてビーム
スプリッタ１４へ戻される位置はビームスプリッタ＋４
の上部となる。この位置で合波干渉したレーザビームは
ビームスプリッタ１４を透過し、ビームスプリッタ！４
に平行に立設された反射鏡４の土部でホトダイオード５
側に偏向され、ホトダイオード５によりその光強度が光
電変換される。この反射鏡４は中央部に楕円開口４ａが
形成されており、赤外干渉光はこの楕円開口を通過する
。

また、上記可視光源は、豆ランプ６と、豆ランプ６の発
散光を平行化するコリメータ７とからなり、コリメータ
７からの可視光束は反射鏡４に平行に立設された切換鏡
８により第５図左方に偏向される。切換鏡８はロータリ
ソレノイドにより光路中または光路外に切換移動される
。

取付板６６の側板６６ｂには、赤外光源ＩＯが収容され
たケース６８が螺着されている。なお、ＩＩ　ｅ　−Ｎ
　ｅレーザｌ及び反射鏡２を被うカバーは図示省略して
いる。

以上のような構成により、干渉計部６０と赤外光源１０
とを一体としてハウジング５０から取り出し、光学的調
整を行うことが可能となっている。

取付板６６は、底板６６ａがベースプレート５Ｏａに螺
着され、側板６６ｂがハウジング５０の側面に螺着され
ている。

第３図に示す如く、中室５４の上方の上室５６には、楕
円面鏡７０及び光検出器７２が配置されている。この光
検出器７２は、真空壁７２８Ｌを有する冷却室７２ｂ内
に液化Ｎｔガスが注入されてＭＣＴ検出素子が温度７７
Ｋに冷却される。

なお、可動鏡ユニット等の制御装置、データ処理装置、
表示装置及び記録計はハウジング５０に一体化されてお
らず、別体となっている。

赤外顕微ｍ４８は公知の構成であり、７７は反射鏡、７
８はカセグレン型集光鏡、８０はサンプルが載せられた
カバーグラス、８２はカセグレン対物鏡、８４は紙面垂
直方向へ移動して光路から退却可能な切換鏡、８６は開
度を調節可能なアパーチャ、８８は反射鏡、９０は紙面
垂直方向へ移動して光路から退却可能な切換鏡、９２は
接眼鏡、９４は不図示のテレビカメラに接続される鏡胴
である。

次に、上記の如く構成された一体型顕微フーリ工赤外分
光光度計の動作を説明する。

赤外光は目視できないため、測定前において可視光でサ
ンプルを観察する。すなわち、豆ランプ６を点灯し、切
換鏡８を第５図及び第６図に示す如く光路中に置き、切
換鏡９０を光路中に移動させ、可視光を反射鏡６２で下
方へ反射させる。さらに、透過観察の場合には、切換鏡
６２を第３図に示す状態としかつ切換鏡８４を光路外に
移動させ、反射観察の場合には切換ｊ＊６２を第３図に
示す状態から９０°回転させかつ切換鏡８４を光路中に
移動させる。

透過観察の場合には、可視光は切換鏡８．６２、反射鏡
５８．７７でこの順に反射され、カセグレン型集光鏡７
８によりカバーグラス８０上のサンプルに収束され、次
いでカセグレン型対物鏡８２でアパーチャ８６の開口位
置に収束され、次いで反射鏡８８、切換鏡９０で反射さ
れて接眼レンズ９２及びテレビカメラに導かれ観察され
る。この観察により、カセグレン型集光Ｉａ７８の高さ
、サンプルの測定位置及びアパーチャ８６の開度を調整
しておく。

反射観察の場合には、可視光は切換鏡８．６２、反射ｍ
６４、切換鏡８４でこの順に反射され、カセグレン型対
物鏡８２の第３図右手分でサンプルに干渉光が収束され
、その反射光がカセグレン型対物鏡８２の第３図左半分
でアパーチャ８６の開口位置に収束される。他の点は上
記透過観察の場合と同一である。

次に、測定を行うため、豆ランプ６を消灯し、切換鏡８
及び９０を光路外に移動させ、赤外光源１０を点灯し、
Ｈｅ−Ｍｅレーザｌをオンにし、ボイスコイル４２に交
流電流を流してダブルコーナキューブミラー２０を振動
させる。赤外干渉光は反射鏡４の楕円開口４ａを通過し
、切換鏡６２で反射され、その後、上記可視光と同一光
路を通って反射鏡８８で反射され、次いで楕円面ｍ７０
で光検出器７２に集光投射されてその光強度が検出され
る。この光強度は、ホトダイオード５の出力を波形整形
したパルスのタイミングで読み取られる。

このパルスは、ダブルコーナキューブミラー２０がレー
ザ光の波長の１／４移動する毎に１個生成される。

本実施例では、干渉計部６０に可動鏡ユニット２１を用
いて底板６６ａの面積を従来構成の場合よりも狭くし、
干渉計部６０の上方に光検出器７２を配置しているので
、小型の一体型顕微フーリ工赤外光光度計を構成するこ
とができる。

実際に試作した顕微フーリエ赤外分光光度計の寸法は、
ハウジング５０の底面が臭酸（第３図左右方向）　４０
０ｍｍＸ幅２５ｈ−でハウジング５０の高さが７００ｍ
−である。また、ベース６６の底板６６ａが臭酸１７Ｏ
ｍｍＸ幅２４０ｍｍで可動鏡ユニット２Ｉの高さが２５
０ｓ＋ｓである。可動鏡ユニット２１を用いることによ
り従来構成のものを用いた場合よりも底板６６ａの寸法
を奥行及び幅を各々従来の約２／３に短くすることがで
きた。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の一実施例に係り、第１図は
マイケルソン干渉系用可動鏡ユニットの一部縦断面正面
図、 第２Ａ図は交差した板ばねの配置を示す正面図、第２Ｂ
図は第２Ａ図の側面図、 第３図は一体型顕微フーリエ赤外分光光度計の光学系の
配置を示す一部縦断面側面図、第４図は第３図の干渉計
部を拡大して示す一部縦断面側面図、 第５図は第３図の干渉計部の光学系の配置を示す概略平
面図である。 第６図は従来の問題点の説明に供するマイケルソン干渉
計の光学系配置図である。 図中、 Ｉは１１　ｅ　−Ｎ　ｅレーザ ２．３、Ｉ６．１８．５８．６４．７７．８８は反射鏡 ４は楕円開口付反射鏡 ５はホトダイオード ６はタングステンランプ ８．６２．８４．９０は切換鏡 ｌＯは赤外光源 １４はビームスプリッタ ２０はダブルコーナキューブミラー ２０ａ、２０ｂはコーナキューブミラー２１は可動鏡ユ
ニット ２４は振子柱 ２６はクロス板ばね ２６　ａ　〜２６　ｄは板ばね ２８は支持柱 ３２は四角間 ３８ａはマグネット ４２はボイスコイル ４６はフーリエ赤外分光光度計 ４８は赤外顕微鏡 ５０はハウジング ６０は干渉計部 ７２は光検出器 ７８はカセグレン型集光鏡 ８０はサンプル ８２はカセグレン型対物鏡 ８６はアパーチャ ９２は接眼レンズ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、交差する３枚以上の板ばねを介して支持部材に振
   子柱の一端部を吊着することにより該振子柱を一方向に
   振動自在とし、該振子柱の中間部又は下部に、該振子柱
   へ向けて該振子柱の振動方向かつ互いに反対方向から入
   射される２光束の各々を入射方向と逆方向へ反射させる
   ２個のコーナキューブミラーを背中合わせにして固着し
   、電磁力又は静電気力により非接触で該振子柱を該振動
   方向に振動させる駆動手段を設けたことを特徴とするマ
   イケルソン干渉計用可動鏡ユニット。 ２）、赤外光源と、 請求項１記載のマイケルソン干渉計用可動鏡ユニットを
   備え、該赤外光源からの放射光が入射されるマイケルソ
   ン干渉計と、 該マイケルソン干渉計の横に配置され、該干渉計の出射
   光が導かれてサンプルに収束される赤外顕微鏡と、 該マイケルソン干渉計の上部に配置され、該赤外顕微鏡
   からの出射光強度を検出する光検出器と、を一体化した
   ことを特徴とする一体型顕微フーリエ赤外分光光度計。