JPH063192A - フーリエ分光装置における短波長領域測定のためのサンプリング用光路差の決定方法 - Google Patents

フーリエ分光装置における短波長領域測定のためのサンプリング用光路差の決定方法

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JPH063192A
JPH063192A JP16265392A JP16265392A JPH063192A JP H063192 A JPH063192 A JP H063192A JP 16265392 A JP16265392 A JP 16265392A JP 16265392 A JP16265392 A JP 16265392A JP H063192 A JPH063192 A JP H063192A
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JP
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optical path
light
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interference
laser light
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JP16265392A
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Yutaka Nakayama
裕 中山
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザー光の波長によってサンプリング点の
間隔が規定され、波長の短い光に対して分光が不可能に
なっているフーリエ分光装置において、レーザー光の波
長を変えることなくサンプリング点の間隔を減少し、可
視領域、紫外領域のスペクトル解析を可能とする。 【構成】 フーリエ分光装置で、光路差を形成している
マイケルソン干渉計14の鏡の一部に微小角度の傾斜面
14dを形成して、分光を行う主光路Mと平行に等傾角
干渉を生じる副光路Sを形成し、特定波長λを持つレー
ザー光をこの副光路Sに入射して得られる干渉光をイメ
ージセンサ23に結像させ、イメージセンサ23の所定
区間の受光素子を並び方向に循環・選択して得られる干
渉信号について光路差のλ/2の変化点を検出し、上記
レーザー光波長のλ/2ピッチよりも短いピッチで主光
路Mの光路差xが変化するサンプリング点を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はフーリエ分光装置におけ
る短波長領域測定のためのサンプリング用光路差の決定
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】フーリエ分光装置は、物体からの光をマ
イケルソン干渉計に通し、光路差xに対する干渉信号F
(x)〔干渉光の交流成分の大きさを表すインターフェ
ログラム〕を測定し、これをフーリエ変換して上記物体
から出た光のスペクトルを得ている。この測定は、光路
差xを精度の高い一定ピッチdxで変化させて行う必要
が有り、この目的のため、特定波長λのレーザー光を上
記マイケルソン干渉計に入射し、その干渉信号から光路
差xがλ/2づつ変化するサンプリング点を決定してい
る。
【0003】図3は従来のフーリエ分光装置の光学系1
を示すもので、2は物体からの光を絞るスリット、3は
この光を平行化するレンズである。4は光路差x(=a
−b)を可変できるマイケルソン干渉計で、光軸に対し
て傾斜配置した半透鏡4aと、この半透鏡4aに異なる
方向から対面した固定鏡4b、移動鏡4cから構成され
る。5はこのマイケルソン干渉計4で発生した干渉光を
集光するレンズ、6は集光された干渉光を受ける光電変
換素子である。7はサンプリング点決定用のレーザー光
源、8はこのレーザー光を平行化するレンズ、9は平行
化されたレーザー光をマイケルソン干渉計4に入射する
半透鏡で、その入射側の光路中に配置されている。
【0004】上記構成は、移動鏡4cを所定ピッチdx
で動かして光路差xを変化させ、この各サンプリング点
において、スリット2を通して入射する光に対する干渉
光の強度I(x)を光電変換素子6で測定するもので、
この信号I(x)の交流成分が干渉信号F(x)〔イン
ターフェログラム〕となる。
【0005】上記サンプリング点の決定は、物体からの
光を遮断し、レーザー光源7からレーザー光を入射し
て、次のような原理により行う。
【0006】レーザー光源7はコヒーレントな単色光を
発生し、これをマイケルソン干渉計4を通して光電変換
素子6でその干渉強度を測定すると、図4に示すように
光路差xがレーザー光波長λの1/2変化するごとに増
減する周期的変化を示す。そこで、精度が上げやすい最
大変化点nK(最大値と最小値の中間点)をコンパレー
タで検出し、この点をサンプリング点として決定する。
すなわち、移動鏡4cを一方向に動かし、光路差xがλ
/2づつ増加して上記最大変化点n1,2,…が検出され
るごとに、レーザー光の入射を物体からの光の入射に切
換えて、上記光強度I(x)を測定するのである。な
お、光路差0の原点は上記レーザー光の代りに白色光を
入射し、干渉強度が最大となる位置に移動鏡4cを位置
させることにより決定する。この状態で、全ての波長の
光が位相差0で干渉し、最大出力が得られるのである。
【0007】このように測定された光強度I(x)の交
流成分F(x)〔インターフェログラム〕から、光のス
ペクトル密度分布を得るフーリエ変換について、次に説
明する。
【0008】フーリエ分光においては、上記インターフ
ェログラムF(x)を、光路差0からの因果関数である
偶関数として扱うので、種々の波長の光がマイケルソン
干渉計に入射したときに得られる光強度I(x)は、
【0009】
【数1】 B(ν):入射光の強度の波数依存関数(スペクトル) ν:入射光の振動数 というフーリエ逆余弦変換式で表され、その交流成分で
あるインターフェログラムF(x)は、
【数2】 となる。したがって、スペクトルB(ν)は、フーリエ
余弦変換式
【数3】 で表される。
【0010】そこで、光路差xを0から∞(実際は測定
値が収束するのに十分な距離X)まで変化させて光強度
I(x)の測定を行った後、この測定値の直流成分を取
除いて、数値データとしてのインターフェログラムF
(x)を作成し、FFT演算ボード等の演算装置を用い
るコンピュータ処理により、上記式の演算を行って、
スペクトルB(ν)を求める。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上記フーリエ分光装置
の光学系1において、サンプリング点は、レーザー光の
波長λの1/2単位で決定される。使用可能な半導体レ
ーザーの波長λは赤色光用で300nm、青色光用で2
00nmである。このピッチで光強度I(x)の測定を
行えば、赤外光の分光には十分に対応できる。
【0012】しかし、赤外光よりも波長が短い可視光あ
るいは紫外光に対して、このピッチで測定を行なうと、
フーリエ変換の復原率を定めるナイキスト条件を満足せ
ず、必要な精度が得られなくなり、半導体レーザーを用
いたサンプリング点の決定方法が採用できないという問
題があった。
【0013】そこで、本発明はレーザー光を用いてサン
プリング点を決定する場合において、その波長λの1/
2よりも数段高い分解能でサンプリング点を決定できる
方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明が提供するフーリ
エ分光装置における短波長領域測定のためのサンプリン
グ用光路差の決定方法は、傾けた半透鏡に固定鏡と移動
鏡を対面させて光路差xを変化させるマイケルソン干渉
計に、レンズで平行光に変えた光を入射し、これによっ
て得た干渉光を光電変換素子で受光して、光路差xに対
する干渉信号F(x)を測定し、この干渉信号F(x)
を光路差方向にフーリエ変換することにより光のスペク
トル密度分布を得るようにしたフーリエ分光装置におい
て、
【0015】上記マイケルソン干渉計の鏡の一部に微小
角度の傾斜面を形成して、上記分光を行う主光路と平行
に等傾角干渉を生じる副光路を形成し、特定波長λを持
つレーザー光をこの副光路に入射して得られる干渉光を
イメージセンサに結像させ、上記移動鏡を動かしなが
ら、イメージセンサの所定区間の受光素子を並び方向に
循環・選択して得られる干渉信号について光路差のλ/
2の変化点を検出して、上記レーザー光波長のλ/2ピ
ッチよりも短いピッチで主光路の光路差xが変化するサ
ンプリング点を決定することを特徴とする。
【0016】
【作用】上記構成において、マイケルソン干渉計の鏡の
一部を傾斜面とすると、これによって形成される副光路
を通る光は、この傾斜面の傾き方向に光路差が微小変化
する等傾角干渉を発生し、これを受けるイメージセンサ
の各受光素子には位相が所定ピッチでずれた干渉光が入
射する。そこで、位相変化の連続により両端で位相が一
致する所定区間の受光素子を使用し、一端から他端へ受
光素子を循環・選択して、その干渉信号について光路差
のλ/2の変化点を検出すれば、λ/2を上記区間の受
光素子数で割った長さの区間毎にサンプリング点を決定
できる。
【0017】
【実施例】本発明の実施例を図1について説明する。
【0018】図1に示すフーリエ分光装置の光学系11
は、図3に示す従来の光学系1における、物体からの光
に干渉を起させる主光路Mに加えて、等傾角干渉を発生
させる副光路Sを形成し、この副光路Sにおける干渉光
をイメージセンサ23で受光するようにしている。
【0019】この副光路Sは、レーザー光を光路中に入
射する半透鏡19の延長部と、マイケルソン干渉計14
の半透鏡14a,固定鏡14b,移動鏡14cの夫々に
設けた延長部により形成される。この副光路Sへのレー
ザー光の入射のため、レンズ8の前方に半透鏡20,2
1を設け、固定鏡14bの延長部に微小角度θの傾斜面
14dを形成し、等傾角干渉を生じさせている。そし
て、この干渉光を小さな固定鏡22で受けてイメージセ
ンサ23に入射させている。なお、図1で図3と同一符
号を付した部分は、図3と同等物を示し、説明を省略す
る。
【0020】上記構成の光学系11を用いた分光測定の
手順を説明する。
【0021】始めに、光路差xが0のサンプリング点を
決定する。これは、レーザー光源7の位置に図示しない
白色光源を配置し、主光路Mの中心を通る白色光に対し
て光電変換素子5で最大の干渉光が検出される位置に、
移動鏡14cを位置決めして行う。マイケルソン干渉計
14における光路差xが0であれば、全ての波長の光成
分が位相差0で干渉し、最大の光強度が得られるわけで
ある。なお、このとき、同様の原理で、固定鏡14bと
移動鏡14cの傾きを修正することができる。
【0022】次に、イメージセンサ23の受光素子の使
用範囲を決定する。
【0023】レーザー光源7からレーザー光を照射し、
副光路Sを通って等傾角干渉した光をイメージセンサ2
3で受けると、最初の光路差0のときの干渉光は、図2
に示すように上記傾斜面14dの傾き方向と対応する受
光素子の並び方向に、所定ピッチの位相変化を示してい
る。この干渉光の位相は光路差xの増加に従い図示した
ように移動するものである。
【0024】ここで、受光素子の使用範囲を決定する。
これは、例えば図示したように、両端の受光素子が同一
位相の干渉光を受けている受光素子の所定区間の並びで
ある。
【0025】従来例で説明したように、サンプリング点
は干渉強度の急変点で決定するのが精度向上のため好ま
しいので、この選定は、例えば各受光素子の出力の最大
値と最小値の平均をコンパレータの判定レベルとして用
い、図示したように、この判定レベルの出力をしている
2つの受光素子i0,nを使用範囲の両端として定め
る。以上の操作によって測定の準備が整い、測定を開始
する。
【0026】初期状態では、光路差0の原点位置にある
ので、直ちに、上記レーザー光に代え物体からの光を主
光路Mに通して、その光強度I(0)を光電変換素子5
で測定する。
【0027】これ以降の測定のサンプリング点は、上述
したように使用範囲が定められたイメージセンサ23の
受光素子の並びi0,1,2,,nから、受光素子を1
個ずつ循環・選択して使用する。すなわち、移動鏡14
cを動かし始めると、まず受光素子i1を使用し、その
出力が上記コンパレータの判定レベルに達した位置(光
路差x1)をサンプリング点として決定する。これによ
って、レーザー光の入射を止め、物体からの光の干渉強
度の測定が行われれば、次にi2→i3→i4という順に
選択作用し、in-1に達するとi0に戻るといった手順
で、この選択使用を繰返す。
【0028】なお、受光素子はi0→i1→i2の方向
に、副光路Sにおける位相差xが減少しているものとす
る。
【0029】このようなサンプリング点の決定方式で
は、例えば上記使用範囲(i0,1, 2,,n)の受光
素子数が4001個であったとすると、レーザー光の波
長λに対してλ÷(2×4000)の微小ピッチでサン
プリング点を決定でき、可視光のみならず紫外光までの
スペクトル解析が可能になる。
【0030】なお、上記実施例においては、傾斜面14
dは固定鏡14bに形成した例を示したが、移動鏡14
cに形成してもよい。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、マイケルソン干渉計の
鏡に微小角度の傾斜面を設けて形成した副光路にレーザ
ー光を通して得られる干渉光をイメージセンサで受ける
ことにより、従来使用するレーザー光の波長λの1/2
でしか決定できなかった、サンプリング点数を飛躍的に
増加させることができ、可視光から紫外光までの分光が
可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の分光方法を実施するフーリエ分光装置
の光学系を示す図
【図2】図1の光学系でイメージセンサの受光素子に入
射する干渉光の光路差xに対する位相変化状態を示す図
【図3】従来のフーリエ分光装置の光学系を示す図
【図4】図3の光学系でサンプリング点を決定する方法
を説明するレーザー光の干渉波形図
【符号の説明】
2 スリット 3,6,8 レンズ 5 光電変換素子 7 レーザー光源 11 フーリエ分光装置の光学系 14 マイケルソン干渉計 14a 半透鏡 14b 固定鏡 14c 移動鏡 14d 微小角度θの傾斜面 20,21 半透鏡 22 小さな固定鏡 23 イメージセンサ M 主光路 S 副光路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 傾けた半透鏡に固定鏡と移動鏡を対面さ
    せて光路差xを変化させるマイケルソン干渉計に、レン
    ズで平行光に変えた光を入射し、これによって得た干渉
    光を光電変換素子で受光して、光路差xに対する干渉信
    号F(x)を測定し、この干渉信号F(x)を光路差方
    向にフーリエ変換することにより光のスペクトル密度分
    布を得るようにしたフーリエ分光装置において、 上記マイケルソン干渉計の鏡の一部に微小角度の傾斜面
    を形成して、上記分光を行う主光路と平行に等傾角干渉
    を生じる副光路を形成し、特定波長λを持つレーザー光
    をこの副光路に入射して得られる干渉光をイメージセン
    サに結像させ、上記移動鏡を動かしながら、イメージセ
    ンサの所定区間の受光素子を並び方向に循環・選択して
    得られる干渉信号について光路差のλ/2の変化点を検
    出して、上記レーザー光波長のλ/2ピッチよりも短い
    ピッチで主光路の光路差xが変化するサンプリング点を
    決定することを特徴とするフーリエ分光装置における短
    波長領域測定のためのサンプリング用光路差の決定方
    法。
JP16265392A 1992-06-22 1992-06-22 フーリエ分光装置における短波長領域測定のためのサンプリング用光路差の決定方法 Withdrawn JPH063192A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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