JPH0483131A - Square common pass interferometer fourier transform spectroscopic device - Google Patents

Square common pass interferometer fourier transform spectroscopic device

Info

Publication number
JPH0483131A
JPH0483131A JP19876090A JP19876090A JPH0483131A JP H0483131 A JPH0483131 A JP H0483131A JP 19876090 A JP19876090 A JP 19876090A JP 19876090 A JP19876090 A JP 19876090A JP H0483131 A JPH0483131 A JP H0483131A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical system
lens
fourier transform
beam splitter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP19876090A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Nagoshi
利之 名越
Tsutomu Ichimura
市村 勉
Fumio Inaba
稲場 文男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Research Development Corp of Japan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Research Development Corp of Japan filed Critical Research Development Corp of Japan
Priority to JP19876090A priority Critical patent/JPH0483131A/en
Priority to US07/735,740 priority patent/US5495334A/en
Priority to DE69110207T priority patent/DE69110207T2/en
Priority to EP91306865A priority patent/EP0468816B1/en
Publication of JPH0483131A publication Critical patent/JPH0483131A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

PURPOSE:To perform space Fourier transform spectroscopic analysis by use of a square common pass interferometer by providing, in the light collecting position of the light from a sample, a slit having an opening for passing a part or the whole of the zero- order component of a Fraunhofer's diffraction image determined by an optical system. CONSTITUTION:The light from a face light emitting source S is collected by a lens L0 having a large light receiving aperture, and only the zero-order diffraction image of a Fraunhofer's diffraction image is transmitted and formed in a pinhole position P. This is converted to a parallel light flux by a lens L1 and entered into a square common pass interferometer, and the transmitted light of a splitter BS and the reflected light of the splitter BS are returned to the splitter BS through mirrors M3-M1, and in the reversed direction, respectively. The lights are entered to a two-dimensional light detector D as they are flat waves to form an interferogram on its detecting surface. This interferogram, in which interference stripes formed by the light of each wavelength component from the light source S are superposed to each other, is subjected to space Fourier transform, and its space frequency distribution is analyzed to determine the averaged spectrum distribution of the light source S.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は四角コモンパス干渉計により形成された空間的
インターフェログラムをフーリエ変換することにより入
射光のスペクトル分布を求める分光装置に関し、特に、
広い面積の発光源からの光を取り込んで感度よく分光可
能で、例えば、バイオルミネッセンス、ケミルミネッセ
ンス、生体試料からの蛍光等、極微弱発光の分光検出に
適した四角コモンパス干渉計フーリエ変換分光装置に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a spectroscopic device that obtains the spectral distribution of incident light by Fourier transforming a spatial interferogram formed by a square common path interferometer, and in particular,
This invention relates to a rectangular common-pass interferometer Fourier transform spectrometer that can take in light from a light source over a wide area and perform spectroscopy with high sensitivity, and is suitable for spectroscopic detection of extremely weak luminescence, such as bioluminescence, chemiluminescence, and fluorescence from biological samples. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来より、分光装置としては、大別して、分光プリズム
、回折格子を用いる分散型の分光装置、マイケルソン干
渉計の移動鏡を移動させながら時間的インターフェログ
ラムを形成してその時間的信号をフーリエ変換すること
により入射光のスペクトル分布を求める時間的フーリエ
変換分光装置、そして、四角コモンパス干渉計等の二光
束干渉計により形成された空間的インターフェログラム
をフーリエ変換することにより入射光のスペクトル分布
を求める空間的フーリエ変換分光装置がある。
Traditionally, spectroscopic devices can be roughly divided into spectroscopic devices that use a spectroscopic prism, a dispersive spectrometer that uses a diffraction grating, and a Michelson interferometer that forms a temporal interferogram while moving a moving mirror and converts the temporal signal into a Fourier method. A temporal Fourier transform spectrometer that obtains the spectral distribution of incident light by performing Fourier transform, and a temporal Fourier transform spectrometer that obtains the spectral distribution of incident light by Fourier transforming the spatial interferogram formed by a two-beam interferometer such as a square common path interferometer. There is a spatial Fourier transform spectrometer that determines the

ところで、このような分光装置においては、分光感度を
向上させるた61分光すべき光源からの光束を可能な限
り多く取り入れるための工夫をしている。その代表例を
第15図と第16図に示す。
By the way, in such a spectroscopic device, in order to improve the spectral sensitivity, measures are taken to take in as much luminous flux as possible from the light source to be divided into 61 spectra. Representative examples are shown in FIGS. 15 and 16.

第15図において、発光体1からの光をスリット2によ
り抽出し、そのスリット2を通った光の中、可能な限り
多くの部分を取り込むために、光を取り込む立体角θ1
が大きな、すなわち、F数の可能な限り小さなレンズL
1により、スリット2からの光を取り込んで平行光束に
変換し、その平行光束を分光装置にマツチした立体角θ
2に変換するレンズL2によりその後側焦点に集光して
分光装置に入射させ、分光装置の感度を上げている。
In FIG. 15, the light from the light emitter 1 is extracted by the slit 2, and in order to capture as much as possible of the light that has passed through the slit 2, the solid angle θ1 at which the light is captured is
is large, that is, the lens L with the smallest possible F number
1, the light from the slit 2 is taken in and converted into a parallel beam, and the solid angle θ that matches the parallel beam to the spectrometer is
The lens L2, which converts the light to 2, condenses the light to the rear focal point and makes it enter the spectrometer, thereby increasing the sensitivity of the spectrometer.

なお、図中、スリット4は分光装置の入射スリットを示
す。また、第16図においては、楕円鏡8の第1焦点に
発光体1を配置し、第2焦点に分光装置の入射スリット
4を配置するもので、第15図と同様に、大きな立体角
θ1で発光体1からの光を可能な限り多く取り込み、こ
れを分光装置にマツチした立体角θ2に変換して入射さ
せることにより、全体の装置の分光感度を上げている。
In addition, in the figure, slit 4 indicates the entrance slit of the spectroscopic device. In addition, in FIG. 16, the light emitter 1 is placed at the first focal point of the elliptical mirror 8, and the entrance slit 4 of the spectrometer is placed at the second focal point, and as in FIG. 15, the solid angle θ1 is large. The spectral sensitivity of the entire device is increased by taking in as much light as possible from the light emitter 1, converting it into a solid angle θ2 that matches the spectroscopic device, and making it incident thereon.

ところで、従来の四角コモンパス干渉計を用いた空間的
フーリエ変換分光装置においては、第17図に示すよう
に、発光体1からの光束は、コリメーションレンズL1
を経て平行光束に変換され、ビームスプリッタ−BSに
より透過光と反射光に2分され、透過光はミラーM3、
M2、Mlを経てビームスプリッタ−BSに戻り、それ
を透過して集光レンズL2によりその後側焦点に一旦集
光し、ミラーM2と共役な位置に配置された2次元光検
出器りに入射する。他方、ビームスプリッタ−BSで反
射された光は、逆方向にミラーM1、M2、M3を経て
ビームスプリッタ−BSに戻り、そこで反射して集光レ
ンズL2によりその後側焦点に一旦集光し、ミラーM2
と共役な位置に配置された2次元光検出器りに入射する
が、上記の透過光と干渉し、2次元光検出器りの検出面
に空間的インターフェログラムを形成する。これを空間
的にフーリエ変換してその空間周波数分布を分析するこ
とにより、発光体lのスペクトル分布を求めることがで
きるものである。
By the way, in a spatial Fourier transform spectrometer using a conventional square common path interferometer, as shown in FIG.
It is converted into a parallel beam of light, and is split into two by the beam splitter BS into transmitted light and reflected light, and the transmitted light is passed through mirror M3,
The light returns to the beam splitter BS via M2 and Ml, passes through it, is once focused at the rear focal point by the condenser lens L2, and enters a two-dimensional photodetector placed at a position conjugate with the mirror M2. . On the other hand, the light reflected by the beam splitter BS returns to the beam splitter BS via mirrors M1, M2, and M3 in the opposite direction, is reflected there, is once focused at the rear focal point by the condensing lens L2, and is then reflected by the mirror. M2
The light is incident on a two-dimensional photodetector placed at a position conjugate to the above, but it interferes with the transmitted light, forming a spatial interferogram on the detection surface of the two-dimensional photodetector. By spatially Fourier transforming this and analyzing its spatial frequency distribution, the spectral distribution of the light emitter I can be determined.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところで、例えば、バイオルミネッセンス、ケミルミネ
ッセンス、生体試料からの蛍光等の極微弱発光体は、試
料の特定の1点から発光するのではなく広い領域に分布
して発光する面発光体であるため、第15図又は第16
図のような立体角を大きくとる配置によって微弱光を可
能な限り多く取り込もうとしても、発光領域がスリット
2により制限されて他の領域からの光は分光に利用され
ないため、感度よくスペクトル分光することは困難であ
る。発光領域を制限せずに試料の広い領域から光を取り
込んでも、各発光点のからの光の間に干渉性はないので
、特に空間的インターフェログラムのフーリエ変換によ
る分光を行おうとしても、感度を向上させることは困難
である。
By the way, for example, extremely weak light emitters such as bioluminescence, chemiluminescence, and fluorescence from biological samples are surface light emitters that do not emit light from one specific point on the sample but are distributed over a wide area. Figure 15 or 16
Even if an arrangement with a large solid angle as shown in the figure is used to capture as much weak light as possible, the light-emitting area is limited by slit 2 and light from other areas is not used for spectroscopy, so it is possible to perform spectroscopy with high sensitivity. That is difficult. Even if light is taken in from a wide area of the sample without limiting the emission area, there is no interference between the light from each emission point, so even if you try to perform spectroscopy using Fourier transform of the spatial interferogram, Improving sensitivity is difficult.

また、後記するように、時間的フーリエ変換分光装置と
空間的フーリエ変換分光装置とを比較すると、空間的フ
ーリエ変換分光装置の方が優れている。そこで、第17
図に示したような四角コモンパス干渉計を用いた空間的
フーリエ変換分光装置を利用することが考えられるが、
従来の四角コモンパス干渉計は必ずしも満足いく光学配
置ということはできない。特に、レンズとしてコリメー
ションレンズL1と集光レンズL2の2枚用いること、
2次元光検出器りの配置位置をミラーM2と共役な位置
に配置しなければならないことが問題である。
Furthermore, as will be described later, when comparing a temporal Fourier transform spectrometer and a spatial Fourier transform spectrometer, the spatial Fourier transform spectrometer is superior. Therefore, the 17th
It is possible to use a spatial Fourier transform spectrometer using a square common path interferometer as shown in the figure.
Conventional square common path interferometers do not necessarily have a satisfactory optical arrangement. In particular, using two lenses, a collimation lens L1 and a condensing lens L2,
The problem is that the two-dimensional photodetector must be placed at a position conjugate with the mirror M2.

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、
その目的は、上記のような従来技術の問題点を解決して
、面発光体からの光を四角コモンパス干渉計を用いて感
度よく空間的フーリエ変換分光するたtの装置を提供す
ることである。
The present invention was made in view of this situation, and
The purpose is to solve the problems of the prior art as described above and to provide an apparatus for sensitively performing spatial Fourier transform spectroscopy of light from a surface light emitter using a square common path interferometer. .

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を達成する本発明の四角コモンパス干渉計フー
リエ変換分光装置は、試料からの光を集光光学系を通し
て集光し、その集光位置に前記集光光学系によって定ま
るフランフォーファー回折像の0吹成分の一部又は全部
を通過する開口を有するスリットを配置し、該スリット
の後側にスリットの開口を通過した光を平行光束に変換
するコリメーション光学系を配置し、この平行光束を2
分するビームスプリッタ−と、該ビームスプリッタ−を
透過した平行光束を順に反射して再度ビームスプリター
の入射面に戻す第1から第3の反射鏡であって、該ビー
ムスプリッタ−から反射した平行光束を逆の順序で反射
して再度ビームスプリターの出射面に戻す第1から第3
の反射鏡とを四辺形の各頂点に配置し、最初にビームス
プリッタ−を透過し第1から第3の反射鏡を経てビーム
スプリッタ−に達しそれを再度透過した平行光束と、最
初にビームスプリッタ−で反射し第3から第1の反射鏡
を経てビームスプリッタ−に達しそれを再度反射した平
行光束とを干渉させて、干渉縞の1次元又は2次元の分
布像を検出する検出手段を配置し、検出された干渉縞を
空間的にフーリエ変換して試料からの光のスペクトル分
布を求めることを特徴とするものである。
The square common path interferometer Fourier transform spectrometer of the present invention which achieves the above object focuses light from a sample through a condensing optical system, and creates a Fraunhofer diffraction image determined by the condensing optical system at the condensing position. A slit having an aperture through which part or all of the 0-blown component passes is arranged, and a collimation optical system is arranged behind the slit to convert the light passing through the slit opening into a parallel beam of light, and this parallel light beam is converted into 2
a beam splitter that separates the beam, and first to third reflecting mirrors that sequentially reflect the parallel light beam that has passed through the beam splitter and return it to the incident surface of the beam splitter, the parallel light beam reflected from the beam splitter; are reflected in the reverse order and returned to the exit surface of the beam splitter again.
A parallel beam of light that first passes through the beam splitter, passes through the first to third reflecting mirrors, reaches the beam splitter, and passes through it again, and a parallel light beam that passes through the beam splitter again. Detection means is arranged to detect a one-dimensional or two-dimensional distribution image of interference fringes by interfering with the parallel light beam that is reflected by -, passes through the third and first reflecting mirrors, reaches the beam splitter, and is reflected again. The method is characterized in that the detected interference fringes are spatially Fourier transformed to determine the spectral distribution of light from the sample.

この場合、前記スリットの開口は前記集光光学系によっ
て定まるフランフォーファー回折像の1次以上の成分の
一部を通過する径を有するようにしてもよい。
In this case, the opening of the slit may have a diameter that allows a portion of the first-order or higher-order components of the Fraunhofer diffraction image determined by the condensing optical system to pass through.

なお、前記集光光学系は受光口径の大きなレンズからな
ると共に、前記コリメーション光学系は受光口径の小さ
なレンズからなり、前記前記コリメーション光学系のF
値は前記集光光学系のF値以下であり、前記集光光学系
に入射する試料からの光束をより小径の光束に変換する
ようにするか、前記集光光学系は受光口径の大きなカセ
グレン光学系からなると共に、前記コリメーション光学
系は受光口径の小さなカセグレン光学系からなり、前記
前記コリメーション光学系のF値は前記集光光学系のF
値以下であり、前記集光光学系に入射する試料からの光
束をより小径の光束に変換して、単位面積当たりのエネ
ルギーを増大させて分光するようにすることが望ましい
The condensing optical system is made up of a lens with a large light receiving aperture, and the collimation optical system is made of a lens with a small light receiving aperture, and the F of the collimation optical system is
The value is less than or equal to the F value of the focusing optical system, and the light beam from the sample entering the focusing optical system is converted into a smaller diameter beam, or the focusing optical system is a Cassegrain with a large light receiving aperture. The collimation optical system is a Cassegrain optical system with a small light receiving aperture, and the F value of the collimation optical system is equal to the F value of the condensing optical system.
It is desirable that the light flux from the sample entering the condensing optical system be converted into a light flux with a smaller diameter to increase the energy per unit area and perform spectroscopy.

〔作用〕[Effect]

本発明においては、試料からの光を集光光学系を通して
集光し、その集光位置に前記集光光学系によって定まる
フランフォーファー回折像の0吹成分の一部又は全部を
通過する開口を有するスリットを配置し、該スリットの
後側にスリットの開口を通過した光を平行光束に変換す
るコリメーション光学系を配置しているので、面発光体
より放射される光束の中の平面波成分のみを損失なく、
しかも集光光学系とコリメーション光学系の面積比分だ
けエネルギー密度を高くして平面波とじて取り出すこと
ができる。したがって、従来のように面発光体の試料を
点や線に絞ってそこからの光束を広角度で検出する場合
に比べて大幅に光量を増やすことが可能となる。また、
上記コリメーション光学系に四角コモンパス干渉計のコ
リメーション光学系を兼ねさせ、かつ、従来の四角コモ
ンパス干渉計の集光光学系を省いて構成したので、光学
系による光の減衰を半減させ、高感度の分光装置を実現
することができる。さらに、干渉縞の分布像を検出する
検出手段の配置位置の自由度を増加させることができる
In the present invention, light from a sample is focused through a focusing optical system, and an aperture is provided at the focusing position through which a part or all of the zero component of the Fraunhofer diffraction image determined by the focusing optical system passes through. A collimation optical system is placed behind the slit to convert the light that has passed through the slit opening into a parallel beam of light. without loss,
Moreover, the energy density can be increased by the area ratio of the condensing optical system and the collimation optical system, and the energy can be extracted as a plane wave. Therefore, compared to the conventional case where a sample of a surface light emitter is focused on a point or line and the luminous flux from that point is detected at a wide angle, it is possible to significantly increase the amount of light. Also,
The above collimation optical system also serves as the collimation optical system of the square common-path interferometer, and the condensing optical system of the conventional square common-path interferometer is omitted, so the attenuation of light by the optical system is halved, resulting in high sensitivity. A spectroscopic device can be realized. Furthermore, the degree of freedom in the arrangement position of the detection means for detecting the distribution image of interference fringes can be increased.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

まず、第2図と第3図により、本発明による面発光体か
らの効率的な光の取り込み光学系について説明する。
First, an optical system for efficiently capturing light from a surface light emitter according to the present invention will be explained with reference to FIGS. 2 and 3.

第2図に示すようにレンズLOにコヒーレント光の平面
波を入射させると、その焦点距離fの位置ではフランフ
ォーファー回折像が観測される。
As shown in FIG. 2, when a plane wave of coherent light is made incident on the lens LO, a Fraunhofer diffraction image is observed at the position of the focal length f.

これはエアリ−ディスクと呼ばれるものであり、円形レ
ンズを用いれば円形状の同心の暗輪が形成され、レンズ
口径に対応した径を有する第1暗輪内の領域、すなわち
Ω吹成分はもっとも明るい領域となり、この第1暗輪の
大きさの開口に平面波を入射させた場合と等しい波面を
焦点の後に形成する。いま、円形レンズの開口径をDr
、焦点距で与えられる。
This is called an Airy disk, and if a circular lens is used, circular concentric dark rings are formed, and the area within the first dark ring with a diameter corresponding to the lens aperture, that is, the Ω component, is the brightest. A wavefront equal to that when a plane wave is incident on an aperture having the size of the first dark ring is formed after the focal point. Now, the aperture diameter of the circular lens is Dr.
, given by focal length.

第31ffl(A)に示すようにレンズLOの焦点位置
に開口径りのピンホール板Pを配置し、光軸方向に向か
う平面波S1がレンズLOにより球面波01に変換され
、その他のインコヒーレント光と混合して入射したとす
ると、ピンホール板Pの開口径から発散球面波Q2が放
射され、レンズL1で平面波S2となる。このことは、
第3図(B)のようにピンホールP側から平面波SOが
入射したときに、ピンホールの開口を通った光は回折に
より球面波Q2のように伝播し、レンズL1で平面波S
2に変換されることと同じことである。したがって、レ
ンズLOの開口径、焦点距離、波長により決まる(1)
式のフランフォーファー回折像の第1暗輪の大きさ以下
のピンホール板Pを配置し、F値がレンズLO以下のレ
ンズL1を用いることにより、面発光体より放射される
光束の中の平面波成分S1のみを損失なく、しかもレン
ズLOとレンズL1の面積仕分だけエネルギー密度を高
くして平面波として取り出すことができる。なお、ピン
ホール板Pの開口径を第1暗輪の直径りより大きくして
、フランフォーファー回折像の1吹成分以上のものを取
り込むようにしてもよい。この場合は、ピンホール板P
の開口径の増加分に入ってくるノイズが平面波S2に重
畳し、後記する干渉計によるインターフェログラムのコ
ントラストを低下させる成分になる。このことは、本発
明の干渉を次のように分析することにより説明される。
As shown in 31st ffl (A), a pinhole plate P with the diameter of the aperture is placed at the focal position of the lens LO, and the plane wave S1 heading in the optical axis direction is converted into a spherical wave 01 by the lens LO, and other incoherent light If the incident light is mixed with the spherical wave Q2, a divergent spherical wave Q2 is emitted from the aperture diameter of the pinhole plate P, and becomes a plane wave S2 at the lens L1. This means that
When a plane wave SO enters from the pinhole P side as shown in FIG.
This is the same as converting to 2. Therefore, it is determined by the aperture diameter, focal length, and wavelength of the lens LO (1)
By arranging a pinhole plate P having a size smaller than the first dark ring of the Fraunhofer diffraction image of the equation and using a lens L1 with an F value smaller than the lens LO, the light beam emitted from the surface light emitter can be Only the plane wave component S1 can be extracted as a plane wave without loss and with the energy density increased by the area distribution of the lens LO and the lens L1. Note that the opening diameter of the pinhole plate P may be made larger than the diameter of the first dark ring so that more than one component of the Fraunhofer diffraction image can be taken in. In this case, the pinhole plate P
The noise that enters due to the increase in the aperture diameter is superimposed on the plane wave S2, and becomes a component that reduces the contrast of an interferogram obtained by an interferometer, which will be described later. This is explained by analyzing the interference of the present invention as follows.

まず、レンズLlの前側焦点面にあるコヒーレントな光
源がレンズL1の後側焦点面にフランフォーファー回折
をし、そこの点での開口面分布が、検出器りの面にフレ
ネル回折をし、しかも、検出器りの前面垂直方向に対し
てθ、−〇傾いて入射する2つの回折波の干渉として解
析できる。その結果、コヒーレントな光源の像のフーリ
エ変換像の領域において干渉が観測され、しかも、いわ
ゆる干渉縞のコントラストは、最大lを示すことが分か
っている。しかしながら、分光したい種々の波長を放射
するインコヒーレント光源の場合、有限の大きさ持つと
、コントラストが低下する。したがって、ピンホールを
大きくするに従って、干渉に利用できる入射光のエネル
ギーを大きくで°きるが、しかし干渉縞のコントラスト
は悪くなる。
First, a coherent light source on the front focal plane of the lens L1 performs Fraunhofer diffraction on the rear focal plane of the lens L1, and the aperture surface distribution at that point performs Fresnel diffraction on the detector surface. Moreover, it can be analyzed as interference between two diffracted waves incident at an angle of θ, -0 with respect to the vertical direction of the front surface of the detector. As a result, interference is observed in the region of the Fourier transform image of the coherent light source image, and it is known that the contrast of the so-called interference fringes exhibits a maximum l. However, in the case of an incoherent light source that emits various wavelengths that are desired to be separated into spectra, if the source has a finite size, the contrast will decrease. Therefore, as the pinhole becomes larger, the energy of the incident light that can be used for interference can be increased, but the contrast of the interference fringes deteriorates.

ピンホールを大きさをどの程度にすればよいかは、干渉
縞のコントラストとS/N比、すなわち信号対雑音比を
求めることにより求められる。その結果、レンズL1に
よるフランフォーファー回折像の0次回折成分のみを透
過させることが、S/N比が一番よくなることが判明し
た。したがって、フランフォーファー回折像の0吹成分
の一部を検出することは、単に入射エネルギーが少なく
なり、S/N比が悪くなる。また、フランフォーファー
回折像の1次以上の成分を通過する径を用いることも、
入射エネルギーは大きくなるが、S/N仕の点では得策
でない。これより、0吹成分の一部又は1次以上まで利
用するときは、注意を要する。
The size of the pinhole can be determined by determining the contrast of the interference fringes and the S/N ratio, that is, the signal-to-noise ratio. As a result, it was found that the best S/N ratio was obtained by transmitting only the 0th order diffraction component of the Fraunhofer diffraction image by the lens L1. Therefore, detecting a part of the zero-blow component of the Fraunhofer diffraction image simply reduces the incident energy and deteriorates the S/N ratio. In addition, it is also possible to use a diameter that passes through the first-order or higher-order components of the Franhofer diffraction image.
Although the incident energy increases, it is not a good idea in terms of S/N ratio. Therefore, care must be taken when using part of the 0-blown component or up to the first order or higher.

次に、第4図を参照にして、本発明に基づく四角コモン
パス干渉計を説明する。スリ7)Pからの光束は、コリ
メーションレンズL1を経て平行光束に変換され、ビー
ムスプリッタ−BSにより透過光と反射光に2分され、
透過光はミラーM3、M2、Mlを経てビームスプリッ
タ−BSに戻り、それを透過して平面波のまま2次元光
検出器りに入射する。他方、ビームスプリッタ−BSで
反射された光は、逆方向にミラーM1、M2、M3を経
てビームスプリッタ−BSに戻り、そこで反射して同様
に平面波のまま2次元光検出器りに入射し、2次元光検
出器りの検出面で上記の透過平面波と干渉し、空間的イ
ンターフェログラム(干渉縞)を形成する。第17図に
示した従来の四角コモンパス干渉計との違いは、集光レ
ンズを省略した点にある。こうすると、レンズがコリメ
ーションレンズL1の1枚のみでよく、レンズ面での光
量損失が半減される。また、2次元光検出器りの検出面
の配置位置は、ミラーM2と共役な1点に制限されるこ
とがなくなり、配置に自由度が増えると共に、配置精度
が緩和される利点がある。
Next, a square common path interferometer based on the present invention will be explained with reference to FIG. Pickpocket 7) The light beam from P is converted into a parallel light beam through the collimation lens L1, and is split into two by the beam splitter-BS into transmitted light and reflected light,
The transmitted light returns to the beam splitter BS via mirrors M3, M2, and Ml, passes through it, and enters the two-dimensional photodetector as a plane wave. On the other hand, the light reflected by the beam splitter BS returns to the beam splitter BS via mirrors M1, M2, and M3 in the opposite direction, and is reflected there and similarly enters the two-dimensional photodetector as a plane wave. It interferes with the above-mentioned transmitted plane wave on the detection surface of a two-dimensional photodetector, forming a spatial interferogram (interference fringes). The difference from the conventional square common path interferometer shown in FIG. 17 is that the condenser lens is omitted. In this way, only one lens, the collimation lens L1, is required, and the loss of light amount on the lens surface is halved. Further, the arrangement position of the detection surface of the two-dimensional photodetector is no longer limited to one point that is conjugate with the mirror M2, which has the advantage of increasing the degree of freedom in arrangement and relaxing the arrangement accuracy.

以上のような取り込み光学系と四角コモンパス干渉計を
組み合わせて構成した本発明による四角コモンパス干渉
計フーリエ変換分光装置の基本的構成を第1図に示す。
FIG. 1 shows the basic configuration of a square common-path interferometer Fourier transform spectroscopy apparatus according to the present invention, which is constructed by combining the above-described capture optical system and a square common-path interferometer.

図中、Sは面発光体、LOlLlはレンズ、Pはピンホ
ール板、BSはビームスプリッタ−1M1、M2、M3
はミラー、Dは2次元光検出器である。
In the figure, S is a surface light emitter, LOlLl is a lens, P is a pinhole plate, and BS is a beam splitter - 1M1, M2, M3
is a mirror, and D is a two-dimensional photodetector.

レンズLOは受光口径の大きな凸レンズであり、その前
方の任意位置に分光測定対象試料、例えば生物試料等の
面発光体Sを配置する。スリット板PはレンズLOのほ
ぼ焦点位置に配置され、スリット幅は前述の(1)式を
満足するもの又は1次以上のフランフォーファー回折像
を取り込む大きさのものであり、レンズLOによるフラ
ンフォーファー回折像の0吹成分(直進成分)のみ、あ
るいは高次成分を多少含んで透過させることができる大
きさである。なお、スリット幅は0次回折機の一部のみ
を透過させることができる大きさにしてもよい。レンズ
L1はピンホール位置を前側焦点とする口径の小さいレ
ンズであり、レンズLDのF値以下の場合、レンズLO
によりピンホール位置に形成された0吹成分を全て取り
出して平面波を得るためのものである。そして、レンズ
L1は第4図で示した四角コモンパス干渉計を構成する
唯一のレンズを兼ねており、その後にビームスプリッタ
−BS、ミラーM1、M2、M3を配置し、2次元光検
出器りの検出面にインター7エロダラムを形成させるよ
うにしている。
The lens LO is a convex lens with a large light-receiving aperture, and a surface light emitter S of a sample to be subjected to spectroscopic measurement, such as a biological sample, is placed at an arbitrary position in front of the lens LO. The slit plate P is placed almost at the focal point position of the lens LO, and the slit width is one that satisfies the above-mentioned formula (1) or is large enough to capture first-order or higher Fraunhofer diffraction images, and The size is such that only the 0-blown component (straight component) of the Forfar diffraction image or some high-order components can be transmitted. Note that the slit width may be set to a size that allows only a part of the 0th-order diffraction device to pass through. Lens L1 is a small diameter lens whose front focus is at the pinhole position, and when the F value is less than the F value of lens LD, lens LO
This is to extract all the zero blow components formed at the pinhole position to obtain a plane wave. The lens L1 also serves as the only lens constituting the square common path interferometer shown in FIG. An inter-7 erodalum is formed on the detection surface.

このような構成において、面発光体Sからの光を受光口
径の大きいレンズLOで集光し、ピンホール位置にフラ
ンフォーファー回折像を形成すると、ピンホール径は(
1)式を満足するようになっているので、面発光源Sか
らのフランフォーファー回折像の0次回折機のみが透過
し、レンズL1により平行光束に変換されて上記四角コ
モンパス干渉計に入射し、2次元光検出器りの検出面に
インターフェログラムを形成する。このインターフェロ
グラムは、面発光源Sからの各波長成分の光が形成する
干渉縞(干渉縞の間隔は波長に依存する)を重ね合わせ
たものであるので、これを空間的にフーリエ変換してそ
の空間周波数分布を分析することによって、面発光源S
の平均化したスペクトル分布を求めることができる。な
お、ピンホール径が(1)式を満足する大きさより大き
い場合は、上記したように、ピンホール板Pの開口径の
増加分に入ってくるノイズがインターフェログラムのコ
ントラストを低下させる作用をする。
In such a configuration, when the light from the surface emitter S is focused by the lens LO with a large light-receiving aperture and a Fraunhofer diffraction image is formed at the pinhole position, the pinhole diameter is (
Since the formula 1) is satisfied, only the 0th-order diffraction device of the Fraunhofer diffraction image from the surface emitting source S is transmitted, and it is converted into a parallel light beam by the lens L1 and enters the square common path interferometer. Then, an interferogram is formed on the detection surface of the two-dimensional photodetector. This interferogram is a superposition of interference fringes formed by light of each wavelength component from the surface emitting source S (the interval between interference fringes depends on the wavelength), so it is spatially Fourier transformed. By analyzing the spatial frequency distribution of the surface emitting source S
The averaged spectral distribution of can be obtained. In addition, if the pinhole diameter is larger than the size that satisfies equation (1), as described above, the noise that enters as the aperture diameter of the pinhole plate P increases has the effect of reducing the contrast of the interferogram. do.

このように本発明においては、面発光源Sからの直進成
分を受光口径の大きいレンズLOで集光し、回折限界ま
でピンホール径を拡げて直進成分を抽出するようにして
いるので、従来のように点光源や線光源からの光束を広
角度で検出する場合に比べて大幅に光量を増やすことが
可能となる。
In this way, in the present invention, the straight component from the surface emitting source S is collected by the lens LO with a large light receiving aperture, and the pinhole diameter is expanded to the diffraction limit to extract the straight component, which is different from the conventional method. In this way, it is possible to significantly increase the amount of light compared to the case where the light flux from a point light source or a line light source is detected at a wide angle.

なお、レンズLOの口径をL10口径に比して大きくし
、F値を同じにしてあくことにより、両レンズの面積比
だけ2次元光検出器りの検出面に入射する平面波の単位
面積当たりのエネルギを大きくすることができる。
In addition, by making the aperture of the lens LO larger than the L10 aperture and keeping the F value the same, the area ratio of both lenses increases the per unit area of the plane wave incident on the detection surface of the two-dimensional photodetector. Energy can be increased.

第5図は、カセグレン光学系を用いた本発明の他の実施
例を示す図である。本実施例においては、図示しない面
発光体からの光を開口11を通してカセグレン光学系1
0に取り込み、凸面鏡13、凹面鏡12によりピンホー
ル板Pの位置にフランフォーファー回折像を形成し、ピ
ンホールにより直進成分のみを抽出し、さらに凹面鏡1
6、凸面鏡17により光束径を小さくして開口15より
平面波として取り出し、第1図の場合と同様、図示しな
いビームスプリッタ−、ミラー等へ入射させるようにし
ている。本実施例においても開口11で取り込んだ光束
を開口15の径に変換することによりエネルギ密度を上
げることができる。
FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the present invention using a Cassegrain optical system. In this embodiment, light from a surface light emitter (not shown) is passed through the aperture 11 into the Cassegrain optical system 1.
0, a Fraunhofer diffraction image is formed at the position of the pinhole plate P by the convex mirror 13 and the concave mirror 12, only the straight component is extracted by the pinhole, and then the concave mirror 1
6. The diameter of the beam is reduced by the convex mirror 17, and the beam is extracted as a plane wave through the aperture 15, and as in the case of FIG. 1, the beam is made to enter a beam splitter, mirror, etc. (not shown). In this embodiment as well, the energy density can be increased by converting the luminous flux taken in by the aperture 11 into the diameter of the aperture 15.

なお、取り込み光学系の結像要素LO1L1.10等の
代わりに、種々のレンズ、反射鏡光学系を用いることが
できる。例えば、大口径でF値の小さなカメラレンズ、
小口径で開口数の大きい顕微鏡対物レンズ、望遠鏡対物
レンズ、カセグレン対物鏡、接眼レンズを適宜組み合わ
せ用いてもよい。
Note that various lenses and reflecting mirror optical systems can be used instead of the imaging element LO1L1.10 of the capture optical system. For example, a camera lens with a large aperture and small F number,
A microscope objective lens, a telescope objective lens, a Cassegrain objective lens, and an eyepiece lens having a small diameter and a large numerical aperture may be used in appropriate combination.

また、本発明において、2次元光検出器りとして公知の
種々のものを用いることができ、その構成としては、大
別して固体イメージセンサ−と光電変換イメージセンサ
−がある。固体イメージセンサ−の例としては、第6図
に示す並列独立処理フォトダイオードアレイ、第7図に
示す電荷結合デバイス(CCD)型イメージセンサ−1
さらに、第8図に示す電界効果トランジスタ (MOS
)型イメージセンサ−があげられる。
Furthermore, in the present invention, various known two-dimensional photodetectors can be used, and their configurations can be broadly classified into solid-state image sensors and photoelectric conversion image sensors. Examples of solid-state image sensors include a parallel independent processing photodiode array shown in FIG. 6, and a charge-coupled device (CCD) type image sensor 1 shown in FIG.
Furthermore, a field effect transistor (MOS) shown in FIG.
) type image sensor.

並列独立処理フォトダイオードアレイとは、光起電効果
を持つフォトダイオード100を第6図に示すようにア
レイ状に配置すると共に、各フォトダイオードの出力を
直接取り出せるように配線したものである。各フォトダ
イオードから独立して信号を抽出できることから、必要
に応じて、特定のフォトダイオードにアクセスすること
、また、背景光を除去した信号(AC成分信号)と背景
光を除去しない信号(DC成分信号ンとの切換え等の各
フォトダイオードからの信号の並列した独立処理が可能
となっている。
The parallel independent processing photodiode array is one in which photodiodes 100 having a photovoltaic effect are arranged in an array as shown in FIG. 6, and wired so that the output of each photodiode can be directly taken out. Since the signal can be extracted independently from each photodiode, it is possible to access a specific photodiode as needed, and to separate the signal with background light removed (AC component signal) and the signal without background light removed (DC component signal). It is possible to perform parallel and independent processing of the signals from each photodiode, such as switching between signals.

CCD型イメージセンサ−とは、第7図に示すように、
例えばn型シリコンウェハー上に拡散やエピタキシャル
成長によってp型層をつくり、さらに、その上に3個の
電極が1単位となる絵素110がマトリックス状に配置
されるように電極を設けたものである。絵素を構成する
3つの電極に印加する電圧を順次選択的に切換えること
により、入射光により発生した信号電荷(例えば、正孔
)を一方向に順繰りに移送させながら、映像信号を取り
出すよう構成されている。また、CCDを冷却すること
により、常温時の暗電流や固定ノイズを減少させること
もできる。
As shown in Figure 7, the CCD type image sensor is
For example, a p-type layer is formed on an n-type silicon wafer by diffusion or epitaxial growth, and electrodes are further provided on top of the p-type layer so that picture elements 110 each consisting of three electrodes are arranged in a matrix. . By sequentially and selectively switching the voltage applied to the three electrodes that make up the picture element, a video signal is extracted while signal charges (e.g., holes) generated by incident light are sequentially transferred in one direction. has been done. Furthermore, by cooling the CCD, dark current and fixed noise at room temperature can be reduced.

MO3型イメージセンサ−とは、第8図が示すように、
XSY座標に対応する2つの電極が1つの単位となる絵
素120がマトリックス状に配列されており、しかも、
各絵素がMOS型の電界効果トランジスタで作られた走
査回路とスイッチ回路を構成しているものである。セン
サーから映像信号を取り出すには、第8図のX、Y軸の
走査信号発生器により各絵素に走査パルスを与え、入射
光により絵素内に発生した信号電荷を、XSY軸の電極
の電圧が0となった絵素から信号電流として取り出すの
である。
As shown in Figure 8, the MO3 type image sensor is
The picture elements 120, in which two electrodes corresponding to the XSY coordinates constitute one unit, are arranged in a matrix, and furthermore,
Each picture element constitutes a scanning circuit and a switch circuit made of MOS field effect transistors. To extract a video signal from the sensor, a scanning pulse is applied to each pixel by the X- and Y-axis scanning signal generator shown in Figure 8, and the signal charge generated in the pixel by the incident light is transferred to the XSY-axis electrode. A signal current is extracted from the picture element whose voltage has become 0.

光電変換イメージセンサ−としては、マイクロチャンネ
ルプレート(MCP>とダイオードアレイを組み合わせ
た第9図のような静電集束型MCPダイオード了レイや
第10図のような近接型MCPダイオードアレイ、また
第11図に示すイメージ・オルシコン、第12図に示す
ビジコン、MCPとビジコンを組み合わせた第13図の
ようなフォトニックマイクロスコープシステム(VIM
システム)、さらに、MCPと半導体装置検出素子を組
み合わせた第14図のようなフォト力ウンティングイメ
ージアクイジョンシステム(PIASシステム)があげ
られる。
As a photoelectric conversion image sensor, an electrostatic focusing type MCP diode array as shown in Fig. 9 which combines a micro channel plate (MCP> and a diode array), a proximity type MCP diode array as shown in Fig. 10, and a type 11 The image orthicon shown in the figure, the vidicon shown in Figure 12, and the photonic microscope system (VIM) shown in Figure 13 that combines MCP and vidicon.
Further, there is a photo power mounting image acquisition system (PIAS system) as shown in FIG. 14, which combines an MCP and a semiconductor device detection element.

静電集束型MCPダイオードアレイでは、第9図に示す
ように、入射光は光電面130で光電子136を放出さ
せ、この光電子は電子レンズ系131で加速、結像され
てMCP132に入射する。
In the electrostatic focusing MCP diode array, as shown in FIG. 9, incident light causes a photocathode 130 to emit photoelectrons 136, which are accelerated and imaged by an electron lens system 131 and then enter an MCP 132.

MCP 132で電子は増倍され、蛍光面133に入射
し、光を放出する。蛍光面から放出された光は光ファイ
バー134を通りダイオードアレイ135に入射して映
像信号を出力するよう構成されている。
The electrons are multiplied by the MCP 132, enter the phosphor screen 133, and emit light. The light emitted from the phosphor screen is configured to pass through an optical fiber 134 and enter a diode array 135 to output a video signal.

近接型MCPダイオードアレイでは、第10図に示すよ
うに、入射光は光電面140で光電子を放出させ、該光
電子はMCP141に直接入射する。MCP141で電
子は増倍され、蛍光面142に入射し、光を放出する。
In the proximity type MCP diode array, as shown in FIG. 10, incident light causes photocathode 140 to emit photoelectrons, which are directly incident on MCP 141. Electrons are multiplied by the MCP 141, enter the phosphor screen 142, and emit light.

蛍光面142からの光は光ファイバー143を通りダイ
オードアレイ144に入射して映像信号を出力するよう
構成されている。
The light from the fluorescent screen 142 is configured to pass through an optical fiber 143 and enter a diode array 144 to output a video signal.

イメージ・オルシコンでは、第11図が示すように光電
陰極150から入射光に応じて光電子151が放出され
、該光電子は加速され、ターゲットメツシュ152を通
過しターゲット (厚さ数μm程度の低抵抗ガラス板)
153に衝突する。その結果、ターゲット153から2
次電子が放出され、放出した電子はターゲットメツシュ
に集められ、ターゲット上には入射光に対応した正電荷
像が形成される。この状態でターゲツト面が電子ビーム
154で走査されると、ターゲツト面付近では減速電界
になっており、ターゲツト面上の正電荷を中和する。中
和して残った電子は、ターゲットの正電荷により密度変
調されており、さらに、もとの電子軌道とほぼ同じ軌道
を経て電子銃155付近に到達する。電子銃付近には2
次電子増倍部156が配置されており、これにより戻り
電子を増幅して映像信号を出力させる。
In the image orthicon, as shown in FIG. 11, photoelectrons 151 are emitted from a photocathode 150 in response to incident light. glass plate)
Collision with 153. As a result, target 153 to 2
Next, electrons are emitted, and the emitted electrons are collected on the target mesh, and a positive charge image corresponding to the incident light is formed on the target. When the target surface is scanned by the electron beam 154 in this state, a decelerating electric field is created near the target surface, which neutralizes the positive charges on the target surface. The electrons remaining after neutralization are density-modulated by the positive charge of the target, and further reach the vicinity of the electron gun 155 via an orbit almost the same as the original electron orbit. There are 2 near the electron gun.
A secondary electron multiplier 156 is arranged, which amplifies the returned electrons and outputs a video signal.

ビジコンでは、第12図に示すように、ターゲットが透
明なフェースプレート160上に透明導電膜161と高
抵抗率の光導電膜162を重ねた構成を有しており、電
子ビーム163走査後に入射光があると電子と正孔の対
が発生し、電子は透明導電膜161を通り信号電極16
4へ流れるが、正孔は光導電膜の走査部側の表面へ移動
する。次に、再度電子ビームにより光電膜表面を走査す
ると、電子ビームは正孔による表面電位の大きさに応じ
てターゲットに流れ込み、信号電極164を通って映像
信号となる。
In the vidicon, as shown in FIG. 12, the target has a configuration in which a transparent conductive film 161 and a high resistivity photoconductive film 162 are stacked on a transparent face plate 160. When there is a pair of electrons and holes, the electrons pass through the transparent conductive film 161 and reach the signal electrode 16.
4, but the holes move to the surface of the photoconductive film on the scanning section side. Next, when the surface of the photoelectric film is scanned again by the electron beam, the electron beam flows into the target according to the magnitude of the surface potential due to the holes, passes through the signal electrode 164, and becomes a video signal.

VIMシステムとは、第13図に示すように2次元光子
計数管170と低残像ビジコン171を組み合わせたも
のである。2次元光子計数管171に入射した光は光電
面172で光電子を発生し、この光電子はメツシュ17
3、電子レンズ174を経てMCP(第13図では2段
接続のMCP)175に入射して増幅され、出射面の蛍
光面176に当って輝点を形成する。この輝点はレンズ
177によって低残像ビジコンの光電面に結像し、ビジ
コンの出力から入射光に対応した映像信号が得られる。
The VIM system is a combination of a two-dimensional photon counter 170 and a low-afterimage vidicon 171, as shown in FIG. The light incident on the two-dimensional photon counter 171 generates photoelectrons on the photocathode 172, and these photoelectrons pass through the mesh 17.
3. The light enters an MCP (two-stage connected MCP in FIG. 13) 175 through an electron lens 174, is amplified, and hits a fluorescent screen 176 on the output surface to form a bright spot. This bright spot is imaged by the lens 177 on the photocathode of the vidicon with low afterimage, and a video signal corresponding to the incident light is obtained from the output of the vidicon.

PIASシステムとは、第14図に示すように、VIM
システムで用いた2次元光子計数管180(だがし、第
14ylJでは3段接続のMCPとなっている)とシリ
コン半導体検出器181を組み合わせたものである。M
CP 182からの増倍され、加速された光電子は半導
体装置検出素子に入射し、入射の際の電子衝撃効果によ
りさらに増倍されて、該検出素子181の抵抗層を通っ
て素子周辺の4つの電極183より電流として出力され
る。この4つの出力を位置演算装置(図に示していない
)に入力することにより、入射光に対応した位置信号が
得られる。
As shown in Figure 14, the PIAS system consists of VIM
It is a combination of a two-dimensional photon counter 180 (however, in the 14th ylJ, it is a three-stage connected MCP) used in the system and a silicon semiconductor detector 181. M
The multiplied and accelerated photoelectrons from the CP 182 enter the semiconductor device detection element, are further multiplied by the electron bombardment effect at the time of incidence, pass through the resistance layer of the detection element 181, and pass through the four surrounding elements of the detection element. It is output from the electrode 183 as a current. By inputting these four outputs to a position calculation device (not shown), a position signal corresponding to the incident light can be obtained.

以上、代表的な2次元光検出器について説明してきたが
、本発明における四角コモンパス干渉計フーリエ変換分
光装置に用いることのできる光検出器は、ここで説明し
たものに限らず、2次元、又は、1次元的に光を検出で
きるものであれば如何なるものでも適用可能である。
Although a typical two-dimensional photodetector has been described above, photodetectors that can be used in the square common-path interferometer Fourier transform spectrometer of the present invention are not limited to those described here, and are two-dimensional, , any device can be applied as long as it can detect light one-dimensionally.

次に、時間的フーリエ変換分光法に比較して、本発明で
利用している空間的フーリエ変換分光法がより優れてい
る点について説明する。
Next, the superiority of the spatial Fourier transform spectroscopy used in the present invention compared to the temporal Fourier transform spectroscopy will be explained.

時間的インターフェログラムをフーリエ変換するフーリ
エ分光法は、従来の分散分光法に対して優れた特徴があ
り、明るい高分解能な装置として開発実用化されたきた
。すなわち、 ■同時測光の優位性(multiplex advan
tage又はFellgettの優位性)、 ■光束利用率の優位性(Jacquinot adva
ntage  の優位性)、 と言う2つの優位性のために、分散型より優れていると
されてきた。
Fourier spectroscopy, which Fourier transforms temporal interferograms, has superior characteristics over conventional dispersion spectroscopy, and has been developed and put into practical use as a bright, high-resolution device. In other words, ■The advantage of simultaneous photometry (multiplex advan)
superiority of luminous flux utilization), ■ superiority of luminous flux utilization (Jacquinot adva
It has been said that it is superior to the decentralized type due to two advantages:

今までの、フーリエ変換赤外分光法は、光の吸収の測定
に用いる用途がほとんどであり、微弱な光源や発光体を
分光するものとして泪いていないため、上記の優位性を
実験的に確認することもなく、長い間この研究分野の人
々に定理のように信じられれきた。
Until now, Fourier transform infrared spectroscopy has been mostly used to measure light absorption, and has not been used to analyze weak light sources or luminescent bodies, so the above advantages have been experimentally confirmed. For a long time, people in this research field believed this as if it were a theorem.

しかし、生物フォトンのような極微弱光を分光するには
、分光法が真に優れていなければ、測定結果にすぐ現れ
てくる。人間の眼には見えない程弱い生物フォトンの明
るい分光をするため、各種の分光法を比較検討した結果
、上記の優位性はないことが明かになった。
However, in order to analyze extremely weak light such as biological photons, the spectroscopy must be truly excellent, which will quickly show up in the measurement results. In order to produce bright spectroscopy of biological photons that are too weak to be seen by the human eye, a comparative study of various spectroscopic methods revealed that they do not have the above advantages.

まず、同時測光の優位性(マルチプレジス法の優位性)
について検討すると、この優位性は、全測定時間をTと
したとき、時間的フーリエ分光法では1スペクトル要素
についての測定時間はTであり、分散型分光法ではT/
Nである(Nはスペクトル要素数)と言うものであった
。■FT−IR1■波長走査分散型モノクロメータ−1
■ポリクロメータ、の3つのタイプの分光法を比較する
と上記の内容が間違っていることが判る。
First, the advantage of simultaneous photometry (the advantage of the multi-pressure method)
This advantage is due to the fact that, where T is the total measurement time, the measurement time for one spectral element is T in temporal Fourier spectroscopy, and T/ in dispersive spectroscopy.
N (N is the number of spectral elements). ■FT-IR1■Wavelength scanning dispersive monochromator-1
■A comparison of three types of spectroscopy (polychromator) reveals that the above is incorrect.

FT−IRと波長走査分散型モノクロメータ−とを比較
すると、FT−IRでは、可動鏡を走査し、検出器から
時間軸領域の干渉縞を検出して、そのフーリエ変換から
スペクトル情報(分光情報)を得ている。したがって、
スペクトル領域で走査する代りに干渉領域で走査し、観
測波長をとり込んでいる。この干渉領域の情報とスペク
トル情報は数学的に結ばれていて、どちらも全部のエレ
メントを取り込む時間が同じであれば同等の結果になる
。すなわち、波長走査型モノクロメータ−の波長走査を
FT−rRの可動鏡と同じように駆動すれば、スペクト
ル領域で観測波長をとりこんだことになる。両者は干渉
領域でとり込むのかスペクトル領域でとり込むのかの違
いで、測定時間が同じであれば同じである。したがって
、従来の指摘は誤りである。
Comparing FT-IR and wavelength scanning dispersive monochromators, FT-IR scans a movable mirror, detects interference fringes in the time domain from a detector, and obtains spectral information (spectral information) from the Fourier transform. ) is obtained. therefore,
Instead of scanning in the spectral domain, it scans in the interference domain and captures the observed wavelengths. This interference region information and spectrum information are mathematically linked, and if the time taken to capture all elements is the same for both, the results will be equivalent. That is, if the wavelength scanning monochromator is driven in the same way as the movable mirror of FT-rR, the observed wavelength will be captured in the spectral domain. The difference between the two is whether they are captured in the interference region or in the spectral region, and they are the same if the measurement time is the same. Therefore, the previous points are wrong.

これに対して、我々が発明開発したポリクロメーター(
特願平1−208744号)をはじ袷、分散型分光器に
おいて、出射スリットをなくしアレイ型検出器で同時に
多くのスペクトルエレメントを観測する同時測定型ポリ
クロメーターは、走査部分がないたtl 1スペクトル
エレメントの測定時間がTであり、前記■FT−IR,
■波長走査分散型モノクロメータ−と異なり、スペクト
ル要素の数だけ観測時間が長くとれる結果となる。
In response to this, we invented and developed a polychromator (
In addition to Japanese Patent Application No. 1-208744), a simultaneous measurement type polychromator, which eliminates the exit slit and simultaneously observes many spectral elements using an array type detector, is a dispersion spectrometer, which has no scanning part and is capable of observing many spectral elements at the same time. The measurement time of the element is T, and the above ■FT-IR,
■Unlike a wavelength-scanning dispersive monochromator, the observation time can be extended by the number of spectral elements.

すなわち、従来指摘されていた同時測光の優位性は、走
査部のない同時測定型ポリクロメーターに当てはまる優
位性である。静止型三角コモンパス、四角コモンパス干
渉計フーリエ変換分光法にはこの優位性がある。
That is, the superiority of simultaneous photometry that has been pointed out in the past is an advantage that applies to a simultaneous measurement type polychromator without a scanning section. Stationary triangular common-path and square common-path interferometer Fourier transform spectroscopy has this advantage.

すなわち、同時速測光の優位性については次の次に、光
束利用率の優位性(明るさの優位性、Jacquino
tの優位性)について検討する。この優位性は、干渉計
による分光法ではスリットは不要であり、代わりに面積
の大きい入射孔(出射孔)を用いる上に、立体角の大き
い光学系が使用できる、と言うものであった。まず、光
源の大きさについて考えると、マイケルソン干渉計にお
いて、移動鏡の移動距離が移動する干渉縞の数を決める
ため、装置の分解能を決める。光路差が長い程、高分解
能の装置となる。いま、分散型分光器の回折格子の大き
さ(幅)と同じ距離dを移動鏡が動いたとする。波長λ
の単色光を考えると、2d/λ個の数の干渉縞が得られ
たことになる。そのとき、光検出器で時間領域の干渉縞
を検出できるた杓には、マイケルソン干渉計によて形成
される同心円状の干渉縞の中心の縞の大きさ(光源の大
きさ)のみの光を検出する必要がある。この条件は、開
口径dの円孔やレンズ、回折格子の0次のフランフォー
ファー回折像の回折角に相当する。すなわち、分散型回
折格子分光器の集光鏡の大きさ、回折格子の大きさと、
マイケルソン干渉計のコリメーションレンズの大きさ、
光路差dが等しいとすると、光源の入射角は0次の回折
像の回折角になる。したがって、 ■光検出器で干渉縞を検出する場合、マイケルソン干渉
計によって形成される同心円状の干渉縞の中心の縞のみ
を検出するめに、光源の入射側か光検出器の前にスリッ
トが必要である(スリット不要は誤り)。
In other words, the superiority of simultaneous photometry is second to the superiority of luminous flux utilization (superiority of brightness,
The superiority of t) will be discussed. This advantage is that spectroscopy using an interferometer does not require a slit, and instead uses a large entrance hole (output hole) and an optical system with a large solid angle. First, considering the size of the light source, in a Michelson interferometer, the moving distance of the movable mirror determines the number of interference fringes to be moved, which determines the resolution of the device. The longer the optical path difference, the higher the resolution of the device. Now, suppose that the movable mirror moves a distance d that is the same as the size (width) of the diffraction grating of the dispersive spectrometer. wavelength λ
Considering the monochromatic light of , this means that 2d/λ interference fringes are obtained. At that time, the ability to detect interference fringes in the time domain with a photodetector depends only on the size of the center fringe (the size of the light source) of the concentric interference fringes formed by the Michelson interferometer. Need to detect light. This condition corresponds to the diffraction angle of a zero-order Fraunhofer diffraction image of a circular hole having an aperture diameter of d, a lens, or a diffraction grating. In other words, the size of the condenser mirror of the dispersive grating spectrometer, the size of the diffraction grating,
The size of the collimation lens of the Michelson interferometer,
Assuming that the optical path differences d are equal, the incident angle of the light source becomes the diffraction angle of the 0th order diffraction image. Therefore, ■When detecting interference fringes with a photodetector, a slit is placed on the incident side of the light source or in front of the photodetector in order to detect only the center fringe of the concentric interference fringes formed by the Michelson interferometer. It is necessary (it is wrong to say that slits are not necessary).

■入射レンズや集光鏡、回折格子の大きさに等しい開口
の0次のフランフォーファー回折像の大きさの面積しか
とれない(面積の大きい入射孔がとれるは誤り)。
■Only the area that can be obtained is the size of the zero-order Fraunhofer diffraction image of an aperture that is equal to the size of the entrance lens, condenser mirror, or diffraction grating (it is incorrect to say that an entrance hole with a large area can be obtained).

次に、スリット効果について考える。マイケルソン干渉
計は同心円の干渉縞の中心部分とその近辺の光を円孔で
取り出す。これを分散型分光器のように縦スリットにす
ると、同心円干渉縞の中心部分に横縞の干渉縞が入り、
光検出器で取り出すと、強度の打ち消しが起こる。した
がって、円孔の大きさしか取り出せない。分散型分光器
においては、スリット幅は分光器の分解能に関与するが
、その縦軸にはエネルギーの加算効果がある。0次の回
折像の大きさにスリットの幅をし、スリットの高さをh
としたときのエネルギー加算効果は、h/(λ/d)で
ある。これは、スリット高さに0次の回折像が何個入る
かを意味して、マイケルソン干渉計より非常に大きくな
る。三角及び四角コモンパス干渉計は、干渉縞が縦線干
渉のため、スリットのエネルギー加算効果があり、分散
型分光器と同じである。
Next, consider the slit effect. A Michelson interferometer extracts light from the center of concentric interference fringes and its vicinity using a circular hole. If this is made into a vertical slit like in a dispersive spectrometer, horizontal interference fringes will appear in the center of the concentric interference fringes.
When extracted with a photodetector, a cancellation of the intensity occurs. Therefore, only the size of the circular hole can be extracted. In a dispersive spectrometer, the slit width is related to the resolution of the spectrometer, but the vertical axis has an energy addition effect. Set the width of the slit to the size of the 0th order diffraction image, and set the height of the slit to h.
The energy addition effect is h/(λ/d). This means how many zero-order diffraction images can be included in the slit height, which is much larger than that of the Michelson interferometer. Triangular and square common path interferometers have interference fringes that are vertical line interference, so they have the energy addition effect of the slit, and are the same as dispersive spectrometers.

すなわち、光束利用率の優位性については次のような表
になる。
In other words, the following table shows the superiority of luminous flux utilization.

以上の通りであるから、本発明の四角コモンパス干渉計
フーリエ変換分光装置は、時間的フーリエ変換分光法に
比較して、同時測光の優位性、光束利用率の優位性の何
れの点からも優れている。
As described above, the square common path interferometer Fourier transform spectrometer of the present invention is superior to temporal Fourier transform spectroscopy in terms of both the superiority of simultaneous photometry and the superiority of luminous flux utilization. ing.

しかも、第1図、第5図に示したような取り込み光学系
を用いて広い面から分光する光を導入するので、従来の
ように点光源や線光源からの光束を広角度で検出する場
合に比べて大幅に光量を増やすことが可能となり、また
、四角コモンパス干渉計のレンズを2枚から1枚に減ら
して、レンズによる光の減衰を半減させたので、高感度
の分光装置を実現することができる。さらに、2次元光
検出器の配置位置の自由度が増加する。
Moreover, since the light that is separated from a wide surface is introduced using the capture optical system shown in Figures 1 and 5, when the light flux from a point light source or a line light source is detected at a wide angle as in the conventional method. It is possible to significantly increase the amount of light compared to the previous model, and by reducing the number of lenses in the square common path interferometer from two to one, the attenuation of light due to the lenses is halved, making it possible to create a highly sensitive spectroscopic device. be able to. Furthermore, the degree of freedom in the arrangement position of the two-dimensional photodetector increases.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、本発明によれば、試料からの光を集光光
学系を通して集光し、その集光位置に前記集光光学系に
よって定まるフランフォーファー回折像の0吹成分の一
部又は全部を通過する開口を有するスリットを配置し、
該スリットの後側にスリットの開口を通過した光を平行
光束に変換するコリメーション光学系を配置しているの
で、面発光体より放射される光束の中の平面波成分のみ
を損失なく、しかも集光光学系とコリメーション光学系
の面積仕分だけエネルギー密度を高くして平面波として
取り出すことができる。したがって、従来のように面発
光体の試料を点や線に絞ってそこからの光束を広角度で
検出する場合に比べて大幅に光量を増やすことが可能と
なる。また、上記コリメーション光学系に四角コモンパ
ス干渉計のコリメーション光学系を兼ねさせ、かつ、従
来の四角コモンパス干渉計の集光光学系を省いて構成し
たので、光学系による光の減衰を半減させ、高感度の分
光装置を実現することができる。さらに、干渉縞の分布
像を検出する検出手段の配置位置の自由度を増加させる
ことができる。
As described above, according to the present invention, light from a sample is focused through a focusing optical system, and a part of the 0-blown component of a Franhofer diffraction image determined by the focusing optical system or Arrange a slit with an opening that passes through the whole
A collimation optical system is placed behind the slit to convert the light that has passed through the slit opening into a parallel beam of light, so that only the plane wave component of the light beam emitted from the surface light emitter is condensed without loss. The energy density can be increased by the area distribution of the optical system and the collimation optical system and extracted as a plane wave. Therefore, compared to the conventional case where a sample of a surface light emitter is focused on a point or line and the luminous flux from that point is detected at a wide angle, it is possible to significantly increase the amount of light. In addition, the above collimation optical system also serves as the collimation optical system of the square common-path interferometer, and the condensing optical system of the conventional square common-path interferometer is omitted, so the attenuation of light by the optical system is halved and the high A sensitive spectroscopic device can be realized. Furthermore, the degree of freedom in the arrangement position of the detection means for detecting the distribution image of interference fringes can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による四角コモンパス干渉計フーリエ変
換分光装置の基本的構成を説明するための図、第2図は
フランフォーファー回折像を説明するための図、第3図
(A>はピンホールによる回折成分の選択的通過を説明
するための図、第3図(B)はピンホールに平面波を入
射をしたときの様子を示す図、第4図は本発明の分光装
置を構成する四角コモンパス干渉計の構成を示す図、第
5図はカセグレン光学系を用いた本発明の他の実施例を
示す図、第6図から第14図は公知の2次元光検出器の
例を説明するたtの図、第15図と第16図は従来の光
束を広角度で取り込む光学系を説明するための図、第1
7図は従来の四角コモンパス干渉計の構成を示す図であ
る。 LO,Ll・・・レンズ、P・・・ピンホール、BS・
・・ビームスプリッタ−1M1、M2、M3・・・ミラ
ーD・・・2次元光検出器、10・・・カセグレン光学
系、11.15・・・開口、13.17・・・凸面鏡、
12.16・・・凹面鏡 第3図 (A) 第2図 第4図 第5図 第6図 第9図 第10図 第7図 図 第11図 第12図 第13図 第14図 第15図 第16図
Figure 1 is a diagram for explaining the basic configuration of a square common-pass interferometer Fourier transform spectrometer according to the present invention, Figure 2 is a diagram for explaining a Fraunhofer diffraction image, and Figure 3 (A> is a pin A diagram for explaining the selective passage of diffracted components by a hole, FIG. 3 (B) is a diagram showing the state when a plane wave is incident on a pinhole, and FIG. FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a common path interferometer, FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the present invention using a Cassegrain optical system, and FIGS. 6 to 14 explain examples of known two-dimensional photodetectors. Figures 15 and 16 are diagrams for explaining a conventional optical system that captures a light beam at a wide angle.
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of a conventional square common path interferometer. LO, Ll...Lens, P...Pinhole, BS.
...Beam splitter-1M1, M2, M3...Mirror D...Two-dimensional photodetector, 10...Cassegrain optical system, 11.15...Aperture, 13.17...Convex mirror,
12.16...Concave mirror Fig. 3 (A) Fig. 2 Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6 Fig. 9 Fig. 10 Fig. 7 Fig. 11 Fig. 12 Fig. 13 Fig. 14 Fig. 15 Figure 16

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)試料からの光を集光光学系を通して集光し、その
集光位置に前記集光光学系によって定まるフランフォー
ファー回折像の0次成分の一部又は全部を通過する開口
を有するスリットを配置し、該スリットの後側にスリッ
トの開口を通過した光を平行光束に変換するコリメーシ
ョン光学系を配置し、この平行光束を2分するビームス
プリッターと、該ビームスプリッターを透過した平行光
束を順に反射して再度ビームスプリターの入射面に戻す
第1から第3の反射鏡であって、該ビームスプリッター
から反射した平行光束を逆の順序で反射して再度ビーム
スプリターの出射面に戻す第1から第3の反射鏡とを四
辺形の各頂点に配置し、最初にビームスプリッターを透
過し第1から第3の反射鏡を経てビームスプリッターに
達しそれを再度透過した平行光束と、最初にビームスプ
リッターで反射し第3から第1の反射鏡を経てビームス
プリッターに達しそれを再度反射した平行光束とを干渉
させて、干渉縞の1次元又は2次元の分布像を検出する
検出手段を配置し、検出された干渉縞を空間的にフーリ
エ変換して試料からの光のスペクトル分布を求めること
を特徴とする四角コモンパス干渉計フーリエ変換分光装
置。
(1) A slit that collects light from the sample through a focusing optical system and has an aperture at the focusing position that passes part or all of the zero-order component of the Fraunhofer diffraction image determined by the focusing optical system. A collimation optical system is placed behind the slit to convert the light that has passed through the slit opening into a parallel beam, a beam splitter that divides the parallel beam into two, and a collimation optical system that converts the beam that has passed through the beam splitter into two. A first to third reflecting mirror that sequentially reflects the beam and returns it to the incident surface of the beam splitter, the first to third reflecting mirrors reflecting the parallel light flux reflected from the beam splitter in the reverse order and returning it again to the exit surface of the beam splitter. , and a third reflecting mirror are placed at each vertex of the quadrilateral, and the parallel light flux that first passes through the beam splitter, passes through the first to third reflecting mirrors, reaches the beam splitter, and passes through it again, and the first beam Detection means is arranged to detect a one-dimensional or two-dimensional distribution image of interference fringes by interfering with a parallel beam reflected by a splitter, passed through a third to first reflecting mirror, reached the beam splitter, and reflected again. , a square common path interferometer Fourier transform spectrometer characterized in that the detected interference fringes are spatially Fourier transformed to determine the spectral distribution of light from the sample.
(2)前記スリットの開口は前記集光光学系によって定
まるフランフォーファー回折像の1次以上の成分の一部
を通過する径を有することを特徴とする請求項1記載の
四角コモンパス干渉計フーリエ変換分光装置。
(2) The square common-pass interferometer Fourier according to claim 1, characterized in that the aperture of the slit has a diameter that allows passage of a part of first-order or higher-order components of the Fraunhofer diffraction image determined by the condensing optical system. Conversion spectrometer.
(3)前記集光光学系は受光口径の大きなレンズからな
ると共に、前記コリメーション光学系は受光口径の小さ
なレンズからなり、前記前記コリメーション光学系のF
値は前記集光光学系のF値以下であり、前記集光光学系
に入射する試料からの光束をより小径の光束に変換して
、単位面積当たりのエネルギーを増大させて分光するよ
うにしたことを特徴とする請求項1又は2記載の四角コ
モンパス干渉計フーリエ変換分光装置。
(3) The condensing optical system consists of a lens with a large light-receiving aperture, and the collimation optical system consists of a lens with a small light-receiving aperture, and the F of the collimation optical system
The value is less than or equal to the F value of the condensing optical system, and the light flux from the sample incident on the condensing optical system is converted into a luminous flux with a smaller diameter to increase the energy per unit area and perform spectroscopy. The square common path interferometer Fourier transform spectrometer according to claim 1 or 2, characterized in that:
(4)前記集光光学系は受光口径の大きなカセグレン光
学系からなると共に、前記コリメーション光学系は受光
口径の小さなカセグレン光学系からなり、前記前記コリ
メーション光学系のF値は前記集光光学系のF値以下で
あり、前記集光光学系に入射する試料からの光束をより
小径の光束に変換して、単位面積当たりのエネルギーを
増大させて分光するようにしたことを特徴とする請求項
1又は2記載の四角コモンパス干渉計フーリエ変換分光
装置。
(4) The condensing optical system consists of a Cassegrain optical system with a large light-receiving aperture, and the collimation optical system consists of a Cassegrain optical system with a small light-receiving aperture, and the F value of the collimation optical system is F value or less, and the light beam from the sample that enters the condensing optical system is converted into a light beam with a smaller diameter to increase energy per unit area for spectroscopy. Or the square common path interferometer Fourier transform spectrometer described in 2.
JP19876090A 1990-07-26 1990-07-26 Square common pass interferometer fourier transform spectroscopic device Pending JPH0483131A (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19876090A JPH0483131A (en) 1990-07-26 1990-07-26 Square common pass interferometer fourier transform spectroscopic device
US07/735,740 US5495334A (en) 1990-07-26 1991-07-25 Fourier transform spectroscope with quadrangular common path interferometer
DE69110207T DE69110207T2 (en) 1990-07-26 1991-07-26 Fourier transform spectroscope with cuboid interferometer with common path.
EP91306865A EP0468816B1 (en) 1990-07-26 1991-07-26 Fourier transform spectroscope with quadrangular common path interferometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19876090A JPH0483131A (en) 1990-07-26 1990-07-26 Square common pass interferometer fourier transform spectroscopic device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0483131A true JPH0483131A (en) 1992-03-17

Family

ID=16396497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19876090A Pending JPH0483131A (en) 1990-07-26 1990-07-26 Square common pass interferometer fourier transform spectroscopic device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0483131A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8512776B2 (en) 2004-10-25 2013-08-20 Nestec S.A. Capsule with sealing means and its use in a beverage producing system
US10442610B2 (en) 2014-03-11 2019-10-15 Starbucks Corporation Pod-based restrictors and methods

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63218827A (en) * 1987-03-06 1988-09-12 Anritsu Corp Light spectrum detector
JPH02147843A (en) * 1988-11-29 1990-06-06 Res Dev Corp Of Japan Method and apparatus for multiwavelength emission analysis

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63218827A (en) * 1987-03-06 1988-09-12 Anritsu Corp Light spectrum detector
JPH02147843A (en) * 1988-11-29 1990-06-06 Res Dev Corp Of Japan Method and apparatus for multiwavelength emission analysis

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8512776B2 (en) 2004-10-25 2013-08-20 Nestec S.A. Capsule with sealing means and its use in a beverage producing system
US8651012B2 (en) 2004-10-25 2014-02-18 Nestec S.A. System with capsule having sealing means
US10442610B2 (en) 2014-03-11 2019-10-15 Starbucks Corporation Pod-based restrictors and methods

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0468816B1 (en) Fourier transform spectroscope with quadrangular common path interferometer
US5329353A (en) High sensitive multi-wavelength spectral analyzer
JP3076013B2 (en) Image generating ATR spectrometer and method for obtaining spectral absorption image
US5166755A (en) Spectrometer apparatus
JP6348271B2 (en) Mixed material multispectral Stirling array sensor
US4976542A (en) Digital array scanned interferometer
JP2021523384A (en) Spectrometer device
Zhao et al. Modulated electron-multiplied fluorescence lifetime imaging microscope: all-solid-state camera for fluorescence lifetime imaging
Schumann et al. Infrared hyperspectral imaging Fourier transform and dispersive spectrometers: comparison of signal-to-noise-based performance
US8049880B2 (en) System and method for time resolved spectroscopy
KR102287914B1 (en) Spectrometer and imaging apparatus
JPH0483131A (en) Square common pass interferometer fourier transform spectroscopic device
US7034945B2 (en) Fourier transform spectrometry with a multi-aperture interferometer
JP6941124B2 (en) Fourier Transform Multi-Channel Spectrum Imager
Shtrichman et al. Spatial resolution of SCD's InSb 2D detector arrays
JP3134262B2 (en) Square common path interferometer Fourier transform spectrometer
JP3226308B2 (en) Bright high-resolution spectrometer
Connes et al. 3-D spectroscopy: The historical and logical viewpoint
Seema et al. A photon-counting imaging Fabry-Perot spectrometer for kinematic studies of extended astronomical objects
JP2019213177A (en) Super-resolution modal imaging
RU2822085C1 (en) Method of obtaining four-dimensional brightness-spectral profiles of remote objects and device for its implementation
JPH05203492A (en) Raman spectrophotometer
JPH02147840A (en) Method and apparatus for multiwavelength fluorescent and phosphorescent analysis
Li et al. Fourier transform imaging spectrometry using Sagnac interferometer
JPH0372226A (en) Highly sensitive multi-wavelength spectroscope