JPH04142430A

JPH04142430A - マイケルソン型干渉計

Info

Publication number: JPH04142430A
Application number: JP26592890A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Uno; 宇野　正裕
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1990-10-03
Filing date: 1990-10-03
Publication date: 1992-05-15

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、光を干渉させ、干渉光による信号を数学的に
演算処理して必要な情報を得る、例えばフーリエ変換分
光光度針に用いられるマイケルソン型干渉計に関する。

（従来の技術）従来のマイケルソン型干渉計は、第７図のように構成さ
れている。

図において、入射されたビームはビームスプリッタ３１
により、出射方向を互いに９０度開いた方向に二分され
、一方のビームは固定されているミラー３２に入射した
後、反射されて再度ビームスプリッタ３１に入射する。

他のビームは、ミラー３３に入射した後に反射されて再
度ビームスプリッタ３１に入射する。このミラー３３は
、直線軸受３４にガイドされながらボイスコイルモータ
３５により前後方向に駆動される。ミラー３３が移動す
ると、ビームスプリッタ３１からミラー３３までの距離
が調整可能となり、ビームスプリッタ３１に戻った両ビ
ームを任意の位相に重ね合せて干渉させることができる
。

このときのミラー３３の移動精度は、ビームに用いられ
る最も短い波長以下の精度が必要とされる。

（発明が解決しようとする１ｌｆｉ）このように、上述した従来のマイケルソン型干渉計では
、ミラー３３の移動により、一方のビームの光路長を調
整して干渉させているので、ミラー３３を移動させる直
線軸受３４およびボイスコイルモータ３５等からなる移
動機構についてそれぞれ高精度が要求される。そのため
例えば、直線軸受３４にはエアベアリングが用いられる
ことがある。エアベアリングを使用すると高精度にミラ
ー３３を移動させることができるものの、エアベアリン
グ自体が高価であり、しかも常時エアを消費するため付
帯設備を必要とし、装置自体が大型化する。さらには、
エアベアリングに供給されるエア圧に変動がある場合は
、その変動が精度に影響する等の問題がある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
その目的とするところは、高精度の干渉光が安定して得
られ、しかも小型で安価なマイケルソン型干渉計を提供
することにある。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明は、ビームスプリフ
タにより二分されたビームの光軸上に、ビームを反射す
るコーナーキューブミラーをそれぞれ配設するとともに
、このコーナキューブミラーを同一の回動自在な支持部
材により保持し、コーナキューブミラーをそれぞれの光
軸に沿って回動させる位置に支持部材の支軸を設けたこ
とを特徴とする。

ここで、コーナキューブミラーを回動させる駆動手段と
しては、圧電素子、リニアモータ、パルスモータ、直流
モータ等を用いることが好ましい。

なお、パルスモータや直流モータを用いる場合には、こ
れらのモータの回転を、カム機構を介して往復運動に変
換し、コーナキューブミラーの支持部材に伝達すること
が望ましい。

また、本発明においては、上記支持部材に磁性体または
磁石を設置するとともに、この磁性体または磁石に近接
する固定位置に磁石または磁性体を設置して、支軸と支
持部材との当接部に一定方向の予圧を加えことも可能で
ある。

更に、本発明においては、支持部材を軸支する支軸の位
置を、支軸と直交する方向に移動・調整する支軸位置調
整機構を備えてもよい。

（作　用）本発明においては、ビームスプリフタにより二分された
ビームが、光軸上に配設されたコーナーキューブミラー
に入射し、次いで反射されてビームスプリフタへ戻る。

また、コーナーキューブミラーを保持する支持部材を、
支軸を中心にして回動させると、コーナーキューブミラ
ーが光軸に沿って互いに反対方向に移動し、ビームスプ
リフタとコーナーキューブミラー間の光路長を調整する
ことができる。このとき、コーナーキューブミラーが支
持部材とともに回動し、入射ビームの光軸に対して傾い
ても、常に反射ビームの光軸は入射ビームの光軸に対し
平行が保たれる。

また、コーナキューブミラーを回動させる駆動手段とし
て圧電素子を用いた場合、圧電素子への印加電圧を変え
ることにより、コーナキューブミラーの位置を微小に調
整し、ビームの干渉を調整できる。

更に、コーナキューブミラーを回動させる駆動手段とし
てリニアモータを用いれば、リニアモータのコイル部へ
の供給電流を変えることによりコーナキューブミラーの
位置を微小に調整してビームの干渉を調整できる。

また、コーナキューブミラーを回動させる駆動手段とし
てパルスモータや直流モータを用いた場合、これらのモ
ータへの供給信号のａｌｌ！？ｌによりコーナキューブ
ミラーの位置を微小に調整し、ビームの干渉を調整でき
る。この場合、モータの回転運動はカム機構により往復
運動に変換されて支持部材に伝達されることになる。

更に、回動するコーナキューブミラーの支持部材に磁性
体または磁石を設置し、同時にこの磁性体または磁石に
近接する固定位置に磁石または磁性体を設置すると、支
軸に対して支持部材が常に一定方向に吸引されて、支持
部材が支軸のまわりを回動する際の軸ふれが少なくなり
、反射ビームが安定する。

加えて、支軸位置調整機構を設ける場合には、支持部材
を軸支する支軸の位置を支軸と直交する方向に自在に調
整することができる。

（実施例）以下、図に沿って本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の動作原理を示す説明図である。

図において、支持部材である長さｌのアーム２３が回動
の中心軸０に対して直角でしかも一体的に配設されてい
る。アーム２．３の先端には、反射面を内側にしたコー
ナキューブミラー６．７が取付けられており、このミラ
ー６．７は、説明の便宜上、平面鏡２枚を直交させた構
造として示している。実際のコーナキューブミラー６．
７は、周知のように３枚の平面鏡が反射面を内側にして
互いに直角になるように組合された構造をしている。

コーナキューブミラー６．７の反射面から前方へ延長し
た延長線の交差位置にビームスプリッタ１が配置される
。ビームスプリンタ１はその反射面を延長すると中心軸
０となる角度に保持される。

ここで、ビームスプリッタ１に左方からビームが入射角
４５度で入射されると、一部はビームスプリッタ１に反
射されて上方へ向かい、コーナキューブミラ−６に入射
する。コーナキューブミラー６では、入射したビームが
３回（図では２回）反射されてから、入射したビームの
光軸と平行に出射される。出射されたビームは、再びビ
ームスプリンタ１のａ点に入射し、一部は表面で反射し
、一部は通過する。

また、ビームスプリッタ１に左方から入射したビームの
うち、反射せずに透過したビームは、そのまま右方へ直
進し、コーナキューブミラー７に入射する。コーナキュ
ーブミラー７でも、入射したビームが３回（図では２回
）反射されてから、入射したビームの光軸と平行に出射
される。出射されたビームは、ビームスプリンタｌのａ
点に入射し、一部は通過し、一部は表面で反射する。

ミラー６から反射されてａ点を通過したビームと、ミラ
ー７から反射され再びａ点で反射されたビームは、重ね
合わせられて、それぞれの通過した光路長の差（光路差
）に応じて干渉され、図示しない下方のフーリエ変換分
光光度計等に干渉信号として送られる。

図では、ビームスプリンタ１の延長面に対して、ミラー
６．７が対称に位置しているので、ミラー６．７でそれ
ぞれ反射された後に重ね合わせられる各ビームの光路長
は等しくなる。

次に、仮想線で図示したように、アーム２．３を、反時
計方向に角度θ回動させると、ミラー６は位置Ａから位
置Ａ′に移動し、水平距離ｄだけ中心軸０側へ移動する
。同様に、ミラー７は位置Ｂから位置Ｂ′に移動し、垂
直距離ｄだけ中心軸０から遠ざかる。その結果、ミラー
６．７に反射されて戻ってきた各ビームはビームスプリ
ッタｌの点ａ′に入射し重ね合わされて、それぞれが通
過した光路長の差に応じて干渉され下方へ送られる。

このようにアーム２．３を反時計方向に回動させると、
ミラー６に反射されるビームの光路長は短くなり、ミラ
ー７に反射されるビームの光路長は長くなる。その結果
、ビームスプリッタ１から重ね合わされて出射される際
にその光路長の差に応じてビームが干渉される。なお、
アーム２．３が回動した際に、ミラー６．７の特性から
、反射光が常に入射光と平行に保たれるとともに一方の
光路長が増加した分、他方の光路長が減少し、しかもビ
ームスプリッタｌにおけるそれぞれの入射位置が同方向
に同距離移動して常に一敗する。

また、これらの動作により得られる光路長の差は、アー
ム２．３の先端に保持されるミラー６゜７０回動量のほ
ぼ２倍となり、従来の一方のミラーのみを移動させる機
構に比べ２倍となり、その分、装置の小型化が可能にな
る。

第２ｒＩ！Ｊは本発明の第１の実施例の構成を示す図で
ある。

図に示すように、ビームスプリッタ１およびコーナキュ
ーブミラー６．７の配置は第１図と同様であり、ミラー
６．７は一体に形成されたアーム８に支持される。アー
ム８は支軸９に回動可能に軸支される。ミラー６．７の
回動半径はそれぞれｌであるとともに、ミラー６．７の
各取付は基準面は支軸９に対してほぼ９０度に保持され
る。コーナキューブミラー６．７の反射面から前方へ延
長した延長線の交差位置にビームスプリッタｌが配置さ
れる。ビームスプリンタ１はその反射面を延長すると支
軸９となる角度に保持される。また、アーム８の中心部
外方に突設部１１が形成され、この突設部１１と干渉計
本体のベース側の支柱１２との間に、駆動手段である圧
電素子１３が設置されている。この圧電素子・１３とし
ては、例えば積層ＰＺＴが用いられる。一般に積層ＰＺ
Ｔは変位量が極めて小さいが、図示するように圧電素子
工３の作動する時のアーム８に対する半径がＰであるた
め、圧電素子１３の矢印方向の変位量を１７２倍に拡大
して、コーナキューブミラー６．７を回動することがで
きる。

第３図は第２図におけるアーム８と支軸９の嵌合部を詳
細に示す拡大断面図である。アーム８の上面部と下面部
に取付けたボールベアリング１４により、アーム８は支
軸９に軸支される。ベアリング１４の嵌合に際しては、
アーム８および支軸９に機械的な隙間をなくしてアーム
８の回動時に振れが発生しないようにする。

ここで、この実施例にかかる干渉計をフーリエ変換分光
光度計に用いる場合を考えてみる。フーリエ変換分光高
度計では、通常、頻繁に使用される分解能が４ａｍ−’
であり、この４Ｃ１−’の分解能を得るための光路差は
２．５１となる。この光路差λ５■を得るためのミラー
６．７の移動量は、０．６２５−となる、実施例におけ
るミラー６．７の移動量と、圧電素子１３の矢印方向の
変位量との比１／ｐをｌＯとすると、圧電素子１３に要
求される変位量は０．０６２５閣となる。この変位量は
積層ＰＺＴにより充分得られる値である。

また、この実施例で用いる圧電素子１３は、それ自体剛
性の大きい素子であるため干渉計全体をリジッドに構成
することができ、外部からの振動等の外乱の影響を少な
くすることができる。

さらに、圧電素子１３への印加電圧を変えることにより
ミラー６．７の位置を微小に調整し、ビームの干渉を調
整できる。

第４図は本発明の第２の実施例の構成を示す図である。

この実施例は全体を第２図に示す第１の実施例とほぼ同
じく構成し、駆動手段にリニアモータ（ボイスコイルモ
ータ）を用いるとともに、軸受部に磁石により予圧を加
えるようにしたものである。

図に示されるように、ミラー７例のアーム８の端部に中
空コイル１５が設置され、その内部にヨーク１６が貫通
して配設される。ヨーク１６の下部は、ベース側に固定
されるとともに、固定部の上面に磁石１７が固着されて
、中空コイル１５を貫通する磁気回路が形成される。

この中空コイル１５に所定方向の電流を通じると、中空
コイル１５にも磁気回路が発生し、磁力によりアーム８
を所望の方向に回動させることができる。なお、アーム
８０回動にともない中空コイル１５の中心軸がヨーク１
６に対して傾くことになるが、通常はアーム８の回動角
度がわずかであるため、中空コイル１５の中心軸の傾斜
は充分に無視できる程度である。

他方、ミラー６例のアーム８端部には、磁性体である鉄
片１８が貼着され、この鉄片１８に近接して対向する位
置に磁石１９がベース側に固定される。Ｍ！Ｌ石１９は
鉄片１８を介してアーム８を吸引するとともにアーム８
が回動する場合は基準位置に復帰させるよう作動する。

さらに支軸９に対して、アーム８をほぼ一方向に常時引
き付けることになり、第３図に示すように、支軸９とア
ーム８の間に嵌合されているベアリング１４に一種の予
圧を与える。その結果、支軸９、アーム８、ベアリング
１４の間で機械加工上の寸法不良によりすきま嵌めの状
態となって、アーム８の先端に横振れが生じるような場
合でも、常にアーム８がベアリング１４を介して支軸９
に押圧された状態が保たれ、アーム８の先端部でミラー
６．７が横方向に振れるのを防止する。

この実施例では、アーム８の駆動手段に応答速度の大き
いりニアモータ（ボイスコイルモータ）を用いたため、
アーム８の回動速度すなわち光路差の変化速度を精密に
制御することが必要な用途に適する。

また、リニアモータの中空コイル１５への供給電流を変
えることによりミラー６．７の位置を微小に調整してビ
ームの干渉を調整できる。

さらに、鉄片１８と磁石１９によりアーム８が常に基準
位置に復帰するように吸引している。その結果、中空コ
イルエ５が通電されないでアーム８がフリーの場合や、
中空コイル１５を短絡させてもその制動力が小さい場合
は、アーム８に振動、衝撃等の外力を受けても、鉄片１
８と磁石１９により、アーム８の回動が阻止され、干渉
針そのものが破損されることを防げる。

またさらに、通常の作動中であっても、磁石１９により
基準位置方向に常に引きつけられているため、外部振動
等の外乱に対する影響を軽減できる。

なお、この実施例において、鉄片１８と磁石１９の取付
は部を反対にしても相互間の動作が全く同じであること
はいうまでもない。また、どちらも磁石片とすると、よ
り強力な吸引力を発生させることかできる。

第５図は第３の実施例の構成を示す図である。

この実施例は全体を第１および第２の実施例とほぼ同じ
（構成し、駆動手段として回転式のパルスモータを用い
たものである。

図に示されるように、アーム８のミラー７側の端部近く
の外方にパルスモータ２１が設置され、モータ２１の回
転軸２２にカム２３が取付けられる。カム２３の表面は
アーム８の右側面端部が当接するとともに、その上方に
位置するアーム８の側面に係止されたスプリング２４に
より、常にほぼ一定の圧力でアーム８がカム２３により
押圧される。スプリング２４の他端はベース側に係止さ
れている。カム２３は等速カム曲線より形成され、パル
スモータ２１が定速回転をすると、方向反転時を除きア
ーム８が一定の角速度で往復回動をする。その結果、パ
ルスモータ２１の回転を種々制御することにより、光路
差の変化の程度を調節したり、あるいは光路差の変化状
態をモニタすることができる。

さらに、高精度に光路差の変化を検出したり、制御しよ
うとする場合は、カム２３と一体である回転軸２２にロ
ータリエンコーダを接続して、回転軸２２の回転位相を
精密に検出することで実現できる。

このように、駆動用のパルスモータ２１の回転をカム２
３を介してアーム８に伝達するため、パルスモータ２１
にアーム８を直結して駆動する場合に比べて、大きな減
速比で駆動でき、その分、パルスモータ２１の制御が容
易になる。

また、パルスモータへの供給信号によりコーナキューブ
ミラーの位置を微小に調整し、ビームの干渉を調整でき
る。

なお、カム２３は等速カム曲線以外に、光路差の制御特
性に応じて任意のカム曲線を採用することができる。

また、この実施例でも、スプリング２４により、常時一
定の圧力でアーム８をカム２３に押圧していることによ
り、アーム８と支軸９の間に予圧が加えられ、第２の実
施例同様、アーム８に振動、衝撃等の外力を受けても、
アーム８の異常な回動を阻止し、干渉針そのものが破損
されることを防ぐ、同様に、通常の作動中においても、
外部振動等の外乱に対する影響を軽減する。

また、ロータリエンコーダを接続する場合は、駆動源と
してパルスモータ２１以外に直流モータを用いることが
できる。この場合、直流モータへの供給電圧によりミラ
ー６，７の位置を微小に調整し、ビームの干渉を調整で
きる。

第６図は第４の実施例の構成を示す図である。

この実施例は全体を第１および第２．第３の実施例とほ
ぼ同しく構成し、アーム８にミラー６７を取り付けたま
まで、ビームスプリッタｌに対する相対位置を調整する
ための支軸位置調整機構を備えたものである。

マイケルソン型干渉計においては、基準位置の状態でビ
ームスプリッタより２分されたビームの光軸は、それぞ
れ入射するミラーのセンタと一致することが望ましい、
換言すれば、各ミラーに入射するビームの光軸と、アー
ムに取付けられたミラーの回動軌跡とが接するように、
アームの回転中心が調整できれば良いことになる。

そこでこの実゛施例では、図に示すように、支軸９をい
ったん板状の可動部材２５に固定し、さらにこの可動部
材２５の外方のベース側にねじ座２６．２７を設置する
。これらのねじ座２６．２７にポル）２８．２９がねじ
込まれて、その先端が可動部材２５をそれぞれ係止する
。これらのボルト２８．２９がそれぞれ回転して出没す
ることにより、可動部材２５をＸ方向、Ｘ方向に移動さ
せることが可能になる。

この支軸位置調整機構を用いて調整するには、先ず、ア
ーム８の回動角度を基準位置にしてから、ポル）２８．
２９の先端位置を調整しながら可動部材２５をＸ方向、
Ｘ方向に移動させて、ミラー６．７とビームスプリッタ
１から送られるビームの光軸とを一致させる。調整がす
んだところで図示しないが、可動部材２５が移動しない
ようにベース側にねし止めにより固定する。

このように支軸位置調整機構を用いると、アーム８とビ
ームスプリッタ１との相対位置が容易に調整できて、ビ
ームの光軸をミラー６．７両方に一致させることが可能
となり、干渉針を常に最上の状態に維持することができ
る。

上述した各実施例をフーリエ変換分光光度計に用いた場
合、分解能として４Ｃ１−’が得られる干渉信号の出力
が充分に可能である。

以上説明したように、本発明では、傾斜しても常に入射
光と出射光の光軸が平行に保たれるコーナキューブミラ
ー６．７を、９０度に開いたアーム８の先端の内側に設
置して、ビームスプリッタ１から９０度の角度で分離さ
れたビームが入射するようにし、さらにビームスプリッ
タ１から各ミラー６．７までの光路長を所望の値に調整
できるようにアーム８を調整可能に回動させる駆動手段
を設けたことにより、アーム８が回動されると一方の光
路長が伸長し他方の光路長が縮小して効率的に光路差を
発生させることができる。

また、ミラー６．７が回動の際にビームの光軸に対して
傾斜しても、その反射ビームは入射ビームとの平行が保
たれる。

さらに、アーム８の支軸９に予圧を加える機構を設けた
ことにより、アーム８先端のミラー６７の位置をより安
定させることができる。

さらに、支軸位置調整機構を設置したことにより、アー
ム８自体の位置が調整可能となり、より高精度の光路差
の調整が可能になる。

このように、本発明では、従来のマイケルソン型干渉計
のようにエアベアリングを用いることなくメカニカルな
ベアリングでも充分な精度を得ることができ、その上、
エアベアリングを用いない分、小型化が可能になる。

なお、アーム８を支軸９が充分な精度で軸支できる場合
は、コーナキューブミラー６．７でなく、２枚の平面鏡
を直角に組合せたりアルミラーを用いても上記の実施例
と同様な結果を得られる。

さらには、実施例では、ビームスプリッタへの入射・出
射角度を４５度とした９０度マイケルソン型干渉計につ
いて説明したが、入射・出射角度が４５度よりも増減し
たマイケルソン型干渉計についても同様に本発明を適用
できる。

（発明の効果）以上述べたように本発明によれば、ビームスプリフタに
より二分されたビームをそれぞれ反射するミラーにコー
ナキューブミラーを用い、しかもこれらコーナキューブ
ミラーが同一の支持部材に支持され、その支持部材を回
動させると、一方のコーナキューブミラーはほぼ光軸に
沿って前進し、他方のコーナキューブミラーはほぼ光軸
に沿って後退するので、ビームの干渉の調整が容易にな
る。

また、コーナキューブミラーが光軸に沿って前後に回動
してその反射面と光軸との角度が傾いても、コーナキュ
ーブミラーの特性により反射光は常に入射光と平行とな
り、可動部に対する機械的動作の精度についての要求が
緩和される。

このように本発明では、簡単な機構を用いて２つのミラ
ーを同時にしかも反対方向に移動させることにより、従
来のようにエアベアリング等の高４゜価な装置を用いなくてもビームの干渉を高精度に調整す
ることができ、また干渉計自体の小型化も容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の動作原理を示す説明図、第２図は第１
の実施例の構成図、第３図は第２図の要部を拡大した断
面図、第４図は第２の実施例の構成図、第５図は第３の
実施例の構成図、第６図は第４の実施例の構成図、第７
図は従来例を示す図である。１・・・ビームスプリッタ　２．３・・・アーム　６゜
７・・・コーナキューブミラー　８・・・アーム　９・
・・支軸　１１・・・突設部　１２・・・支柱　１３・
・・圧電素子　１４・・・ボールベアリング　１５・・
・中空コイル　１６・・・ヨーク　１７・・・磁石　１
６・・・ヨーク　１Ｂ・・・鉄片　１９・・・磁石　２
１・・・パルスモータ　２２・・・回転軸　２３・・・
カム　２４・・・スプリング　２５・・・可動部材　２
６．２７・・・ねじ座第３１Ｉ第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ビームスプリッタにより二分されたビームの光軸
上に、ビームを反射するコーナーキューブミラーをそれ
ぞれ配設するとともに、このコーナキューブミラーを同
一の回動自在な支持部材により保持し、コーナキューブ
ミラーをそれぞれの光軸に沿って回動させる位置に支持
部材の支軸を設けたことを特徴とするマイケルソン型干
渉計。
（２）コーナキューブミラーを回動させる駆動手段とし
て圧電素子を用いた請求項１記載のマイケルソン型干渉
計。
（３）コーナキューブミラーを回動させる駆動手段とし
てリニアモータを用いた請求項１記載のマイケルソン型
干渉計。
（４）コーナキューブミラーを回動させる駆動手段とし
てパルスモータを用いた請求項１記載のマイケルソン型
干渉計。
（５）コーナキューブミラーを回動させる駆動手段とし
て直流モータを用いた請求項１記載のマイケルソン型干
渉計。
（６）支持部材に磁性体または磁石を設置するとともに
、この磁性体または磁石に近接する固定位置に磁石また
は磁性体を設置して、支軸と支持部材との当接部に一定
方向の予圧を加えた請求項１記載のマイケルソン型干渉
計。
（７）支持部材を軸支する支軸の位置を、支軸と直交す
る方向に移動・調整する支軸位置調整機構を備えた請求
項１記載のマイケルソン型干渉計。
（８）駆動手段であるモータの回転をカム機構を介して
往復運動に変換し、コーナキューブミラーの支持部材に
伝達する請求項４または５記載のマイケルソン型干渉計
。