JPH10142056A - 回転型干渉計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インタフェログラムデータ採取の効率ひいて
はスペクトル算出の効率を高めることができる回転型干
渉計を提供する。 【解決手段】 回転型干渉計の位相回転板２１の回転角
取付角φが、０°より大きく９０°より小さい値に設定
され、回転軸配置角ψが、０°より大きく（９０°−
φ）より小さい範囲内の値に設定され、これにより、光
路差が、回転軸回転角ωが０°から１８０°までの範囲
内では単調増加し、ωが１８０°から３６０°までの範
囲内では単調減少するようになっている。かくして、位
相回転板２１の回転動作の１／２が有効に利用され、回
転動作の１／４のみが有効に利用されるに過ぎない従来
の回転型干渉計に比べて、単位時間内に採取することが
できるインタフェログラムデータの量がほぼ２倍とな
り、インタフェログラムデータ採取の効率ひいてはスペ
クトル算出の効率が大幅に高められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビームスプリッタ
と一方の固定反射鏡との間に配置された位相回転板を回
転させることにより光路差を変化させてインタフェログ
ラムをつくり、該インタフェログラムをフーリエ逆変換
することにより原光光線のスペクトルを算出するように
した回転型干渉計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スペクトルを測定すべき原光光線を直接
的には分光せずにその干渉現象を利用してインタフェロ
グラムをつくり、該インタフェログラムをフーリエ逆変
換することにより原光光線のスペクトルを算出するよう
にしたフーリエ変換分光装置は従来より知られている。
かかるフーリエ変換分光装置においては、基本的には、
原光光線を、ビームスプリッタにより第１の反射鏡に向
かう第１の光束と第２の反射鏡に向かう第２の光束とに
分け、何らかの方法で両光束の光路差を変化させながら
該両光束を再び結合させて干渉光を生じさせ、該干渉光
の強度（振幅）を所定の光路差間隔で繰り返し測定して
インタフェログラムデータ（このインタフェログラムデ
ータは、測定すべき原光光線の周波数スペクトルを光学
的にフーリエ変換したものである。）をつくり、このイ
ンタフェログラムデータをコンピュータ等を用いてフー
リエ逆変換して原光光線のスペクトルを求めるようにし
ている。そして、かかるフーリエ変換分光装置は、プリ
ズム分光器あるいは回折格子分光器などといった分散型
分光装置に比べて、測定効率が極めて高く、高感度でか
つ高精度のスペクトル測定を行うことができるといった
利点がある。

【０００３】そして、従来のフーリエ変換分光装置にお
いては、普通、２つの反射鏡のうちのいずれか一方を、
光束の進行方向に所定の速度で直線的に移動させること
によって、第１の光束と第２の光束との光路差を変化さ
せるようにしている。具体的には、このようなフーリエ
変換分光装置においては、例えば次のような手順で光路
差が変化させられるようになっている。

【０００４】すなわち、図９に示すように、かかるタイ
プのフーリエ変換分光装置（マイケルソン型干渉計）に
おいては、光源１０１から出た原光光線Ｒが平行光束に
コリメートされた後、ビームスプリッタ１０２によって
第１光束Ｒ₁と第２光束Ｒ₂とに分けられる。そして、第
１光束Ｒ₁は、固定鏡１０３で反射された後、同じ光路
を通って再びビームスプリッタ１０２に戻される。他
方、第２光束Ｒ₂は、可動鏡１０４で反射された後、同
じ光路を通って再びビームスプリッタ１０２に戻され
る。ビームスプリッタ１０２に戻された反射後の両光束
Ｒ₁、Ｒ₂は、相合成されて光強度検出器１０５に入射さ
れる。ここで、第１光束Ｒ₁と第２光束Ｒ₂との光路差
は、可動鏡１０４をａ方向又はｂ方向すなわち第２光束
Ｒ₂の進行方向に直線的に移動させることにより変化さ
せられる。

【０００５】このフーリエ変換分光装置においては、可
動鏡１０４を直線的に移動させることにより光路差が変
化させられるようになっているが、この直線的な移動に
際して可動鏡１０４が若干でもふれると、このふれが直
接測定結果に影響を与えるので、可動鏡１０４の駆動機
構の製作には極めて精度の高い加工が必要とされる。し
かしながら、全くふれのない状態で可動鏡１０４を直線
的に移動させることが可能な駆動機構を製作するのは、
現実の機械加工の精度に鑑みれば非常にむずかしいとい
った問題がある。

【０００６】そこで、可動鏡を直線的に移動させる代わ
りに、この可動鏡を固定鏡とした上で該固定鏡とビーム
スプリッタとの間に、回転軸まわりに自在に回転（又は
回動）することができる、ないしは回転角を自在に調整
することができる位相回転板を配設し、該位相回転板と
これを通過する光束との間の角度を変化させて光路差を
変化させるようにした回転型干渉計（回転型フーリエ変
換分光装置）が提案されている（例えば、特開昭５８−
７２７号公報、特公昭４８−１０１０２号公報参照）。
そして、かかる従来の回転型干渉計では、普通、光束の
進行方向に垂直な方向に伸びる回転軸まわりに位相回転
板が回転させられ、これにより光束の位相回転板への入
射角が変化させられ、これに伴って該光束の光路長が変
化させられるようになっている。なお、特開昭５８−７
２７号公報に開示された回転型干渉計では、ビームスプ
リッタと固定鏡との間に２つ（１対）の位相回転板が設
けられている。

【０００７】かかる回転型干渉計においては、位相回転
板の両受光面は平行でなければならないが、この平行度
の誤差は、前記の可動鏡の直線的な移動により光路差を
変化させるタイプのフーリエ変換分光装置における可動
鏡のふれに起因する誤差に相当する。ここで、位相回転
板は、ガラスあるいは結晶材質で形成されており、その
平行度は該位相回転板の回転運動により変化することは
ない。したがって、回転型干渉計には、可動鏡を直線的
に移動させて（走査して）光路差を変化させるタイプの
フーリエ変換分光装置に比べて、格段に駆動機構のずれ
等による誤差を受けにくいといった利点がある。また、
一般に駆動機構においては、平行運動よりも回転運動の
方が機構的に扱いやすいことから、該駆動機構にそれほ
ど高い加工精度が要求されないといった利点もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図８に、かかる従来の
回転型干渉計（回転型フーリエ変換分光装置）におけ
る、回転軸回転角ωの変化に対する光路差の変化特性を
示す。なお、かかる従来の回転型干渉計においては、基
本的には、位相回転板を透過する光束の進行方向と位相
回転板の受光面の法線とがなす角で定義される受光面傾
斜角θは、回転軸回転角ωと等しくなる。図８から明ら
かなとおり、回転軸回転角ωが０°〜９０°の範囲内
（以下、これを「第１位相領域」という）にあるときに
は光路差は単調増加し、９０°〜１８０°の範囲内（以
下、これを「第２位相領域」という）にあるときには光
路差は単調減少し、１８０°〜２７０°の範囲内（以
下、これを「第３位相領域」という）にあるときには光
路差は単調増加し、２７０°〜３６０°（０°）の範囲
内（以下、これを「第４位相領域」という）にあるとき
には光路差は単調減少する。なお、第３位相領域におけ
る光路差の変化特性は第１位相領域におけるそれとほぼ
同一であり、第４位相領域における光路差の変化特性は
第２位相領域におけるそれとほぼ同一である。また、第
２位相領域における光路差の変化特性は第１位相領域に
おけるそれと、θ＝９０°に関してほぼ対称であり、第
４位相領域における光路差の変化特性は第３位相領域に
おけるそれと、θ＝２７０°に関してほぼ対称である。

【０００９】そして、一般に、光路差が単調増加又は単
調減少する際に１回の光路走査が行われるので、かかる
従来の回転型干渉計においては、理論的には、位相回転
板が３６０°回転する間に、第１〜第４位相領域でそれ
ぞれ光路走査を行うことができ、したがって４回の光路
走査を行うことができることになる。しかしながら、実
際には、位相回転板の受光面の平行度には微妙なずれが
伴われるので、この４回の光路走査は完全に同一条件で
あるとはいえず、これらの光路走査によって得られる各
インタフェログラムデータは共通なもの（共通処理が可
能なもの）とはいえない。このため、完全に同一条件の
光路走査によって得られるインタフェログラムデータを
累積してスペクトルを算出しようとすれば、位相回転板
を連続的に回転させつつ、第１〜第４位相領域のうちの
いずれか１つの位相領域における光路走査で得られたイ
ンタフェログラムデータのみを採用し、その他の３つの
位相領域における光路走査で得られたインタフェログラ
ムデータは廃棄するといった対応をとるか、あるいは位
相回転板を第１位相領域（０°≦ω≦９０°）又はその
一部領域内で往復回転運動（回動）させてインタフェロ
グラムデータを採取するといった対応をとることにな
る。

【００１０】ここで、前者の対応をとる場合は、位相回
転板の回転動作の１／４のみが有効に利用されるだけで
あり、その他の３／４の回転動作は無駄となる。したが
って、インタフェログラムデータを累積して用いる場合
等において、単位時間内に多数のインタフェログラムデ
ータを採取しようとするときには、インタフェログラム
データ採取の効率ひいてはスペクトル算出の効率が悪く
なるといった問題が生じる。さらに、回転軸回転角ωが
０°又は１８０°になるとき（光束の位相回転板への入
射角が０°のとき）には位相回転板の受光面の反射光が
ビームスプリッタを介して干渉光強度検出器に入力さ
れ、回転軸回転角ωが９０°又は２７０°になるとき
（光束の位相回転板への入射角が９０°のとき）には位
相回転板のエッジ面の反射光がビームスプリッタを介し
て干渉光強度検出器に入力され、したがって該干渉光強
度検出器に、異常な強度を伴った周期的な光線が入力さ
れることになり、これにより誤差が生じてインタフェロ
グラムデータの精度が悪くなるといった問題が生じる。

【００１１】他方、後者の対応をとる場合は、位相回転
板の運動が、往復回転（回動）運動すなわち回転方向が
変わるときに角運動量が変化するような運動になるの
で、位相回転板の運動エネルギーも周期的に変化する。
このため、位相回転板の運動エネルギーと、該エネルギ
を供給するエネルギ供給機構との間に、エネルギの周期
的な流れが生じ、かかるエネルギの流れは振動エネルギ
あるいは熱エネルギとして散逸されることになり、この
ような振動あるいは熱によって測定誤差が引き起こされ
るといった問題が生じる。

【００１２】さらに、従来の回転型干渉計においては、
次のようなもうひとつの重要な問題がある。すなわち、
図８から明らかなとおり、回転軸回転角ωと光路差とは
直線的な関係にはない。他方、位相回転板をモータ等で
回転させる場合は、駆動機構が簡素でありコストが低減
されるといったことから、位相回転板を一定の角速度で
回転させるのが普通である。かくして、位相回転板が一
定の角速度で回転させられる場合は、回転軸回転角ωの
値に応じて光路差の変化率が変化することになる。つま
り、光路差は、回転軸回転角ωの変化に対して、ひいて
は時間に対して、曲線的に変化することになる。したが
って、一定の光路差間隔で干渉光の強度を測定してイン
タフェログラムをつくる場合、干渉光強度を測定する時
間間隔は時々刻々変化する。他方、干渉光の強度を検出
する干渉光強度検出器及びその電気回路の周波数特性は
フラットではないので、このように干渉光強度を測定す
る時間間隔が変化すると、干渉光強度の検出値に誤差が
生じやすくなる。このため、インタフェログラムデータ
を逆フーリエ変換して算出されたスペクトルにゴースト
が現れるなどといった誤差が惹起されることになる。

【００１３】本発明は、上記従来の問題を解決するため
になされたものであって、インタフェログラムデータ採
取の効率ひいてはスペクトル算出の効率を高めることが
でき、位相回転板の受光面あるいはエッジ面の反射光が
ビームスプリッタを介して干渉光強度検出器に入力され
るのを防止することができ、さらには光路差が回転軸回
転角ωに対して実質的に直線的に変化する状態でインタ
フェログラムデータを得ることができる回転型干渉計を
提供することを解決すべき課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた本発明の第１の態様は、スペクトルを測定す
べき原光光線を、第１の反射鏡に向かう第１の光束と第
２の反射鏡に向かう第２の光束とに分ける一方、第１の
反射鏡で反射された第１の光束と第２の反射鏡で反射さ
れた第２の光束とを受け入れて該両光束を同一方向に進
ませつつ相互に干渉させて干渉光を生じさせるビームス
プリッタと、上記干渉光の強度を測定する干渉光強度測
定手段と、ビームスプリッタと第１の反射鏡との間に配
置され、回転軸まわりに回転し、その回転角に応じて第
１の光束の光路長を変化させる位相回転板と、第１の光
束と第２の光束との光路差を測定する光路差測定手段
と、干渉光強度測定手段によって測定された干渉光の強
度と、光路差測定手段によって測定された光路差とに基
づいてインタフェログラムをつくり、該インタフェログ
ラムをフーリエ逆変換することにより原光光線のスペク
トルを算出するスペクトル算出手段とが設けられている
回転型干渉計であって、位相回転板の回転軸の軸線と位
相回転板の受光面の法線とがなす角で定義される回転軸
取付角φが、０°より大きく９０°より小さい範囲内の
値に設定される一方、位相回転板の回転軸の軸線と第１
の光束の進行方向とがなす角で定義される回転軸配置角
ψが９０°に設定されていることを特徴とするものであ
る。

【００１５】この回転型干渉計においては、回転軸回転
角ωがどのような値であっても、位相回転板の受光面の
法線と第１の光束の進行方向とがなす角で定義される受
光面傾斜角θが０°又は１８０°になることがないの
で、換言すれば第１の光束の位相回転板への入射角（以
下、これを「光束入射角」という）が０°にはならない
ので、位相回転板の受光面の反射光がビームスプリッタ
を介して干渉光強度測定手段に入力されることがない。
したがって、該反射光に起因して干渉光強度測定手段に
異常な強度を伴った周期的な光線が入力されるといった
従来の回転型干渉計の場合のような不具合が生じない。
このため、インタフェログラムの測定精度が高められ
る。

【００１６】ここで、いかなる場合においても受光面傾
斜角θが０°又は１８０°にはならない（光束入射角が
０°にはならない）理由は、およそ次のとおりである。
すなわち、受光面傾斜角θは、一般に、次の式１に示す
とおり、回転軸回転角ωと回転軸取付角φと回転軸配置
角ψとによって一義的に決定される。

【数１】 θ＝cos^-1（sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψ）…………………式１ そして、この回転型干渉計においては、ψ＝９０°であ
るので、θ＝cos^-1（sinφ・cosω）となる。また、０°
＜φ＜９０°であるので、０＜sinφ＜１である。他
方、−１≦cosω≦１であるので、結局−１＜sinφ・cos
ω＜１となる。よって、sinφ・cosωが１又は−１とな
ることはないので、cos^-1（sinφ・cosω）すなわちθが
０°又は１８０°となることはない。

【００１７】本発明の第２の態様は、上記の第１の態様
にかかる回転型干渉計において、上記回転軸取付角φ
が、０°より大きく９０°より小さい範囲内の値には設
定されずに、９０°に設定され、かつ、上記回転軸配置
角ψが、９０°には設定されずに、０°より大きく９０
°より小さい範囲内の値に設定されていることを特徴と
するものである。この場合も、基本的には上記第１の態
様にかかる回転型干渉計の場合と同様の作用及び効果を
奏する。けだし、この場合は、φ＝９０°であるので、
式１によりθ＝cos^-1（sinψ・cosω）となるが、０°＜
ψ＜９０°すなわち０＜sinψ＜１であるので、結局−
１＜sinψ・cosω＜１となり、cos^-1（sinψ・cosω）す
なわちθが０°又は１８０°となることはないからであ
る。

【００１８】また、本発明の第３の態様は、上記の第１
の態様にかかる回転型干渉計において、回転軸配置角ψ
が、９０°には設定されず、０°より大きく（９０°−
φ）より小さい範囲内の値に設定されていることを特徴
とするものである。なお、この回転型干渉計において
は、回転軸取付角φと回転軸配置角ψとが、互いに異な
る値に設定されるのが好ましい。

【００１９】この回転型干渉計においては、回転軸回転
角ωが０°から１８０°までの範囲内（以下、これを
「第１回転角領域」という）にあるときにはωの増加に
伴って受光面傾斜角θが０°より大きく９０°より小さ
い範囲内で単調増加し、他方回転軸回転角ωが１８０°
から３６０°までの範囲内（以下、これを「第２回転角
領域」という）にあるときにはωの増加に伴って受光面
傾斜角θが上記範囲内で単調減少する。したがって、第
１回転角領域ではωの増加に伴って光路差が単調増加
し、第２回転角領域ではωの増加に伴って光路差が単調
減少する。

【００２０】かくして、この回転型干渉計では、理論的
には、位相回転板が３６０°回転する間に、第１〜第２
回転角領域でそれぞれ光路走査を行うことができ、した
がって２回の光路走査を行うことができることになる。
しかしながら、実際には完全に同一条件で光路走査を行
って共通なインタフェログラムデータを得るために、位
相回転板を連続的に回転させつつ、第１〜第２回転角領
域のうちのいずれか一方における光路走査で得られたイ
ンタフェログラムデータのみを採用し、他方の回転角領
域における光路走査で得られたインタフェログラムデー
タは廃棄することになるので、結局位相回転板の回転動
作の１／２が有効に利用されることになる。前記したと
おり、従来の回転型干渉計においては、位相回転板の回
転動作の１／４のみが有効に利用されるだけであり、そ
の他の３／４の回転動作は無駄となっていたのであるか
ら、本発明にかかるこの回転型干渉計では、単位時間内
に採取することができるインタフェログラムデータの量
は従来のほぼ２倍となり、インタフェログラムデータ採
取の効率ひいてはスペクトル算出の効率が大幅に高めら
れる。

【００２１】ここで、受光面傾斜角θないしは光路差
が、第１回転角領域（０°≦ω≦１８０°）では単調増
加し、第２回転角領域（１８０°≦ω≦３６０°）では
単調減少する理由はおよそ次のとおりである。すなわ
ち、前記の式１に示すように、θ＝cos^-1（sinφ・sinψ
・cosω＋cosφ・cosψ）であるが、φ及びψは定数であ
るので、sinφ・sinψ及びcosφ・cosψは定数である。し
たがって、sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψは、簡潔に
あらわせば、Ａ・cosω＋Ｂ（Ａ、Ｂは定数）の形の三角
関数であり、基本的には、第１回転角領域ではωの増加
に伴って単調減少し、第２回転角領域ではωの増加に伴
って単調増加する。そして、ψ＋φ＜９０°であるの
で、sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψは、ωのいかんに
かかわらず、０よりも大きい値となる。けだし、cosω
の最小値は−１（ω＝１８０°の場合）であるが、この
場合は、sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψ＝−sinφ・si
nψ＋cosφ・cosψ＝cos（φ＋ψ）となり、ここでφ＋
ψ＜９０°であるので、結局cos（φ＋ψ）＞０となる
からである。つまり、第１回転角領域では、sinφ・sin
ψ・cosω＋cosφ・cosψが正の値の範囲内で単調減少す
るので、cos^-1（sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψ）す
なわちθは単調増加することになる。他方、第２回転角
領域では、sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψが正の値の
範囲内で単調増加するので、cos^-1（sinφ・sinψ・cosω
＋cosφ・cosψ）すなわちθは単調減少することにな
る。

【００２２】また、この回転型干渉計においては、回転
軸回転角ωがどのような値であっても、受光面傾斜角θ
（光束入射角）が９０°になることはない。換言すれ
ば、位相回転板のエッジ面が第１の光束の進行方向と垂
直にならない。このため、位相回転板のエッジ面の反射
光がビームスプリッタを介して干渉光強度測定手段に入
力されることがない。したがって、該反射光に起因して
干渉光強度測定手段に異常な強度を伴った周期的な光線
が入力されるといった従来の回転型干渉計の場合のよう
な不具合が発生せず、インタフェログラムの測定精度が
高められる。

【００２３】なお、受光面傾斜角θが９０°にならない
理由は、およそ次のとおりである。すなわち、前記した
とおり、sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψの最小値は０
より大きく、したがって０になることはないので、cos
^-1（sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψ）すなわちθが９
０°になることはありえない。

【００２４】この回転型干渉計において、回転軸取付角
φと回転軸配置角ψとが、好ましく互いに異なる値に設
定されている場合は、回転軸回転角ωがどのような値で
あっても、受光面傾斜角θ（光束入射角）が０°となる
ことはない。換言すれば、位相回転板の受光面が第１の
光束の進行方向と垂直にならない。したがって、位相回
転板の受光面の反射光がビームスプリッタを介して干渉
光強度測定手段に入力されることがない。このため、干
渉光強度測定手段に異常な強度を伴った周期的な光線が
入力されるといった現象が完全に防止され、インタフェ
ログラムの測定精度が一層高められる。

【００２５】なお、受光面傾斜角θが０°にならない理
由は、およそ次のとおりである。すなわち、sinφ・sin
ψ・cosω＋cosφ・cosψは、ωの値のいかんにかかわら
ず１より小さい値となる。けだし、cosωの最大値は１
（ω＝０°又は３６０°のとき）であるが、この場合、
θ＝cos^-1（sinφ・sinψ＋cosφ・cosψ）＝cos^-1［cos
（φ−ψ）］となり、したがってcos（φ−ψ）＝１の
場合すなわちφ＝ψの場合にのみθ＝０°となりうる
が、φ≠ψであるので、θ＝０°となることはありえな
い。

【００２６】上記の各回転型干渉計においては、位相回
転板が一定の角速度で回転している場合であって、受光
面傾斜角θが０°から９０°までの範囲内にあるとき
に、第１の光束の光路長を回転軸回転角ωで２次微分し
て得られる２次微分値（すなわち、光路長を時間で２次
微分して得られる２次微分値）が、インタフェログラム
がつくられる回転軸回転角ωの範囲内では実質的に０と
なるように、回転軸取付角φと回転軸配置角ψとが設定
されているのが好ましい。この場合、上記２次微分値が
完全に０となる回転軸回転角ωが、インタフェログラム
のセンターバーストに対応するように、回転軸取付角φ
と回転軸配置角ψとが設定されるのがさらに好ましい。
このようにすれば、光路差が回転軸回転角ωすなわち時
間に対して実質的に直線的に変化する状態でインタフェ
ログラムデータを得ることができる。つまり、位相回転
板が一定速度で回転運動しているときに、時間に関する
変化率が一定である光路差変化が得られ、インタフェロ
グラムデータの測定精度が向上する。

【００２７】上記回転型干渉計においては、受光面傾斜
角θが、ビームスプリッタの受光面の法線と第１の光束
の進行方向とがなす角で定義されるビームスプリッタ傾
斜角と一致するときに、上記２次微分値が完全に０とな
るように、回転軸取付角φと回転軸配置角ψとが設定さ
れているのが一層好ましい。なお、ビームスプリッタ傾
斜角は、一般に４５°とされる。したがって、この場合
は、受光面傾斜角θが４５°のときに、上記２次微分値
が０になるようにし、かつインタフェログラムのセンタ
ーバーストをこの点に一致させることになる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付の図面を参照しつつ具体的に説明する。図１は、本発
明にかかる回転型干渉計（回転型フーリエ変換分光器）
の構成を示す模式図である。図１に示すように、この回
転型干渉計においては、赤外光源１から放射された原光
光線Ｅが、アパーチャ２を通過しさらに第１レンズ３を
透過した後、第１反射ミラー４により反射されてその進
行方向を９０°変えられ、ピンホール５に集光される。
さらに、この原光光線Ｅは、第２レンズ６によりコリメ
ートされてビームスプリッタ７に入射され、このビーム
スプリッタ７によって、第１光束Ｅ₁及び第２光束Ｅ₂の
２つの光束に分割される。ここで、第１光束Ｅ₁は、位
相回転板装置８の位相回転板２１を透過して第１固定鏡
９に向かい、この第１固定鏡９によって反射された後、
再び位相回転板２１を透過してビームスプリッタ７に入
射される。他方、第２光束Ｅ₂は、第２固定鏡１０に向
かい、この第２固定鏡１０で反射された後、再びビーム
スプリッタ７に入射される。

【００２９】そして、それぞれ第１固定鏡９と第２固定
鏡１０とによって反射されてビームスプリッタ７に再入
射された第１光束Ｅ₁と第２光束Ｅ₂とは、該ビームスプ
リッタ７によって同一方向に向けられ、両光束Ｅ₁、Ｅ₂
は再結合されて互いに干渉しあい干渉光Ｅ₃となる。こ
の干渉光Ｅ₃は、第３レンズ１１を透過した後、第２反
射ミラー１２によって反射されてその進行方向を変えら
れ、サンプル１３に集光される。このサンプル１３を透
過した干渉光Ｅ₃は、第４レンズ１４によって焦電型の
光センサ１５に集光される。なお、光センサ１５は、こ
れに入射された干渉光Ｅ₃の強度に対応する電気信号を
出力する。

【００３０】前記の第１反射ミラー４の中央部には、該
第１反射ミラー４を貫通する第１穴部１６が形成されて
いる。そして、レーザ光源１７からＨe−Ｎeレーザ光線
Ｂが放射され、このレーザ光線Ｂは、第１穴部１６を通
過した後、原光光線Ｅの光束のほぼ中央部を該原光光線
Ｅと同一方向に進む。このレーザ光線Ｂは、ピンホール
５と第２レンズ６とを通過した後、ビームスプリッタ７
に入射され、該ビームスプリッタ７によって第１レーザ
光線Ｂ₁と第２レーザ光線Ｂ₂とに分割される。ここで、
第１レーザ光線Ｂ₁は、位相回転板２１を透過して第１
固定鏡９に向かい、この第１固定鏡９によって反射さ
れ、再び位相回転板２１を透過してビームスプリッタ７
に入射される。他方、第２レーザ光線Ｂ₂は、第２固定
鏡１０に向かい、この第２固定鏡１０で反射された後、
再びビームスプリッタ７に入射される。

【００３１】そして、それぞれ第１固定鏡９と第２固定
鏡１０とによって反射されてビームスプリッタ７に再入
射された第１レーザ光線Ｂ₁と第２レーザ光線Ｂ₂とは、
該ビームスプリッタ７によって同一方向に向けられ、両
レーザ光線Ｂ₁、Ｂ₂は再結合されて互いに干渉しあい干
渉レーザ光Ｂ₃となる。この干渉レーザ光Ｂ₃は、第３レ
ンズ１１を透過して第２反射ミラー１２に向かい、第２
反射ミラー１２の中央部に該第２反射ミラー１２を貫通
して形成された第２穴部１８を通過してレーザ光センサ
１９（シリコンフォトダイオード）に入射される。な
お、レーザ光センサ１９は、これに入射された干渉レー
ザ光Ｂ₃の強度に対応する電気信号を出力する。

【００３２】ビームスプリッタ７と第１固定鏡９との間
に配置された位相回転板装置８は、その位相回転板２１
を回転軸Ｌ₃（図２参照）まわりに一定の角速度で回転
させ、回転軸回転角ω（図２参照）に応じて第１光束Ｅ
₁の光路長を変化させ、これによって第１光束Ｅ₁と第２
光束Ｅ₂の光路差を変化させるようになっている。そし
て、この回転型干渉計は、従来の回転型干渉計の場合と
ほぼ同様に、光センサ１５によって検出された干渉光Ｅ
₃の強度と、レーザ光センサ１９によって検出された干
渉レーザ光Ｂ₃の強度から得られる第１光束Ｅ₁と第２光
束Ｅ₂との間の光路差とに基づいてインタフェログラム
をつくり、該インタフェログラムをフーリエ逆変換する
ことによりスペクトルを算出するようになっている。

【００３３】図２に示すように、第１光束Ｅ₁の光路長
を左右する位相回転板２１の配置状態ないしは姿勢は、
基本的には、回転軸Ｌ₃の回転位相角である回転軸回転
角ωと、回転軸Ｌ₃と位相回転板受光面法線Ｌ₂とがなす
角である回転軸取付角φと、回転軸Ｌ₃と第１光束Ｅ₁の
進行方向とがなす角である回転軸配置角ψと、位相回転
板受光面法線Ｌ₂と第１光束Ｅ₁の進行方向とがなす角で
ある受光面傾斜角θとによって特徴づけられる。ここ
で、位相回転板２１は、両受光面が平行となるように形
成された、所定の厚みを有する平行平面基板であり、そ
の材質はＣａＦ₂である。また、ビームスプリッタ７の
材質及び厚みは、位相回転板２１のそれらと同一とさ
れ、さらに図１中での位置関係においてビームスプリッ
タ７の第１固定鏡９側の受光面にアルミ蒸着が施され、
これによりビームスプリッタ７がビームスプリット機能
を備えるようになっている。

【００３４】以下、位相回転板装置８の具体的な構造を
説明する。図３は、位相回転板装置８の機械構造を示す
図である。図３に示すように、この位相回転板装置８に
は、リング状のベアリング２２が設けられ、このベアリ
ング２２の外輪部は取付部材２３を介してベース２４
（基部）に固定されている。他方、ベアリング２２の内
輪部は、位相回転板２１を保持している略円柱形の位相
回転板保持部材２９の外周部に固定されている。つま
り、位相回転板保持部材２９は、ベアリング２２を介し
て、取付部材２３ひいてはベース２４に取り付けられ、
回転軸Ｌ₃まわりに自在に回転できるようになってい
る。

【００３５】さらに、位相回転板保持部材２９の外周部
には第１プーリ２５が取り付けられ、他方ベース２４に
固定されたモータ２６の駆動軸には第２プーリ２７が取
り付けられている。そして、第１プーリ２５と第２プー
リ２７とにはベルト２８が巻きかけられている。つま
り、モータ２６によって位相回転板保持部材２９が回転
軸Ｌ₃まわりに一定の角速度で回転させられ、ひいては
位相回転板２１が回転軸Ｌ₃まわりに一定の角速度で回
転させられるようになっている。ここで、位相回転板２
１は、その受光面法線Ｌ₂が回転軸Ｌ₃に対して角度φ
（回転軸取付角）だけ傾斜するようにして位相回転板保
持部材２９内に配置されている。なお、位相回転板保持
部材２９ひいては位相回転板２１の回転速度は、例えば
５Ｈｚに設定される。

【００３６】以下、第１光束Ｅ₁の光路長ないしは光路
差を左右する、位相回転板装置８ないしは位相回転板２
１の回転軸取付角φ及び回転軸配置角ψ等の設定方法に
ついて説明する。 （１）回転軸取付角φ及び回転軸配置角ψは、いずれも
０°より大きい値に設定しなければならない。けだし、
回転軸取付角φ又は回転軸配置角ψが０°の場合は、回
転軸回転角ωの変化に対して第１光束Ｅ₁の光路長が変
化しないからである。その理由はおよそ次のとおりであ
る。すなわち、前記の式１において、φ＝０°とすれ
ば、θ＝cos^-1（cosψ）となるが、cosψは一定である
ので、受光面傾斜角θすなわち第１光束Ｅ₁の位相回転
板２１に対する入射角が、回転軸回転角ωの値のいかん
にかかわらず一定となるからである。また、ψ＝０°の
場合も、θ＝cos^-1（cosφ）となるので、同様である。

【００３７】（２）回転角取付角φが、０°より大きく
９０°より小さい場合においては、回転軸配置角ψは９
０°に設定されてもよい。この場合は、回転軸回転角ω
がどのような値であっても、受光面傾斜角θが０°又は
１８０°になることがないので、換言すれば第１光束Ｅ
₁の位相回転板２１への入射角（以下、これを「第１光
束入射角」という）が０°にはならないので、位相回転
板２１の受光面の反射光がビームスプリッタ７を介して
光センサ１５に入力されることがない。したがって、該
反射光に起因して光センサ１５に異常な強度を伴った周
期的な光線が入力されるといった不具合が生じない。こ
のため、インタフェログラムの測定精度が高められる。
なお、いかなる場合においても受光面傾斜角θが０°又
は１８０°にはならない（光束入射角が０°にはならな
い）理由は、前記の段落［００１６］で説明したとおり
である。

【００３８】（３）回転角配置角ψが、０°より大きく
９０°より小さい場合においては、回転軸取付角φは９
０°に設定されてもよい。この場合も、回転軸回転角ω
がどのような値であっても、受光面傾斜角θが０°又は
１８０°になることがないので、位相回転板２１の受光
面の反射光がビームスプリッタ７を介して光センサ１５
に入力されることがなくなり、インタフェログラムの測
定精度が高められる。なお、いかなる場合においても受
光面傾斜角θが０°又は１８０°にはならない理由は、
前記の段落［００１７］で説明したとおりである。

【００３９】（４）回転角取付角φが、０°より大きく
９０°より小さい場合においては、回転軸配置角ψは、
０°より大きく（９０°−φ）より小さい範囲内の値に
設定されてもよい。なお、回転軸取付角φと回転軸配置
角ψとは、互いに異なる値に設定されるのが好ましい。
この場合は、回転軸回転角ωが０°から１８０°までの
範囲内にある第１回転角領域では、ωの増加に伴って受
光面傾斜角θが０°より大きく９０°より小さい範囲内
で単調増加し、他方回転軸回転角ωが１８０°から３６
０°までの範囲内にある第２回転角領域では、ωの増加
に伴って受光面傾斜角θが上記範囲内で単調減少する。
したがって、第１回転角領域ではωの増加に伴って光路
長が単調増加し、第２回転角領域ではωの増加に伴って
光路長が単調減少する。かくして、この場合は、理論的
には、位相回転板２１が３６０°回転する間に、第１〜
第２回転角領域でそれぞれ光路走査を行うことができ
る。しかしながら、実際には完全に同一条件で光路走査
を行って共通なインタフェログラムデータを得るため
に、第１〜第２回転角領域のうちのいずれか一方におけ
る光路走査で得られたインタフェログラムデータのみを
採用し、他方の回転角領域における光路走査で得られた
インタフェログラムデータは廃棄することになる。この
場合は、位相回転板２１の回転動作の１／２が有効に利
用されることになり、回転動作の１／４のみが有効に利
用されるに過ぎない従来の回転型干渉計に比べて、単位
時間内に採取することができるインタフェログラムデー
タの量はほぼ２倍となり、インタフェログラムデータ採
取の効率ひいてはスペクトル算出の効率が大幅に高めら
れる。なお、受光面傾斜角θないしは光路差が、第１回
転角領域では単調増加し、第２回転角領域では単調減少
する理由は、前記の段落［００２１］で説明したとおり
である。

【００４０】また、この場合は、回転軸回転角ωがどの
ような値であっても、受光面傾斜角θ（光束入射角）が
９０°になることはない。換言すれば、位相回転板２１
のエッジ面が第１光束Ｅ₁の進行方向と垂直にならな
い。このため、位相回転板２１のエッジ面の反射光がビ
ームスプリッタ７を介して光センサ１５に入力されるこ
とがない。したがって、該反射光に起因して光センサ１
５に異常な強度を伴った周期的な光線が入力されるとい
った不具合が発生せず、インタフェログラムの測定精度
が高められる。なお、受光面傾斜角θが９０°にならな
い理由は、前記の段落［００２３］で説明したとおりで
ある。

【００４１】ここで、回転軸取付角φと回転軸配置角ψ
とが、好ましく互いに異なる値に設定されている場合
は、回転軸回転角ωがどのような値であっても、受光面
傾斜角θ（光束入射角）が０°となることはない。換言
すれば、位相回転板２１の受光面が第１光束Ｅ₁の進行
方向と垂直にならない。したがって、位相回転板２１の
受光面の反射光がビームスプリッタ７を介して光センサ
１５に入力されることがない。このため、光センサ１５
に異常な強度を伴った周期的な光線が入力されるといっ
た現象が完全に防止され、インタフェログラムの測定精
度が一層高められる。なお、受光面傾斜角θが０°にな
らない理由は、前記の段落［００２５］で説明したとお
りである。

【００４２】（５）回転軸取付角φと回転軸配置角ψと
は、位相回転板２１が一定の角速度で回転している場合
において、受光面傾斜角θが０°から９０°までの範囲
内にあるときに、第１光束Ｅ₁の光路長（光路差）を回
転軸回転角ωで２次微分して得られる２次微分値、すな
わち光路長（光路差）を時間で２次微分して得られる２
次微分値が、インタフェログラムがつくられる回転軸回
転角ωの範囲内では実質的に０となるように設定される
のが好ましい。なお、上記２次微分値が完全に０となる
回転軸回転角ωが、インタフェログラムのセンターバー
ストに対応するように、回転軸取付角φと回転軸配置角
ψとが設定されるのがさらに好ましい。このようにすれ
ば、光路長（光路差）が回転軸回転角ωすなわち時間に
対して実質的に直線的に変化する状態でインタフェログ
ラムデータを得ることができる。つまり、位相回転板２
１が一定の角速度で回転運動しているときに、時間に関
する変化率が一定である光路長（光路差）変化が得ら
れ、インタフェログラムデータの測定精度が向上する。

【００４３】（６）回転軸取付角φと回転軸配置角ψと
は、受光面傾斜角θが、ビームスプリッタ７の受光面の
法線と第１光束Ｅ₁の進行方向とがなす角であるビーム
スプリッタ傾斜角と一致するときに、上記２次微分値が
完全に０となるように設定されるのが一層好ましい。な
お、ビームスプリッタ傾斜角は、一般に４５°とされ
る。したがって、この場合は、受光面傾斜角θが４５°
のときに、上記２次微分値が０になるようにし、かつイ
ンタフェログラムのセンターバーストをこの点に一致さ
せることになる。

【００４４】以下、回転軸取付角φ及び回転軸配置角ψ
を所定の好ましい値に設定して受光面傾斜角θ、第１光
束Ｅ₁の光路長（光路差）及び該光路長（光路差）の２
次微分値の変化特性を求めた結果について説明する。な
お、ここでは、第１光束Ｅ₁の光路長は、所定の基準値
（回転軸回転角ωを０°とした場合における第１光束Ｅ
₁の光路長）に対する差（光路差）であらわされてい
る。

【００４５】図４は、受光面傾斜角θすなわち位相回転
板２１の受光面法線軸と光束方向軸のなす角をＹ軸にと
り、回転軸回転角ωをＸ軸にとってつくられたグラフで
あり、θのωに対する関係ないしは変化特性を示してい
る。この例では、回転角取付角φは３５°に設定され、
回転軸配置角ψは２２°に設定されている。なお、受光
面傾斜角θと、回転軸回転角ωと、回転軸取付角φと、
回転軸配置角ψとの間に成立する一般的な関係は、前記
の式１に示すとおりである。図４から明らかなとおり、
受光面傾斜角θは、回転軸回転角ωが０°から１８０°
までの範囲内（第１回転角領域）では、ωの増加に伴っ
ておよそ１２°から５７°まで単調増加し、他方回転軸
回転角ωが１８０°から３６０°までの範囲内（第２回
転角領域）ではωの増加に伴っておよそ５７°から１２
°まで単調減少している。

【００４６】図５は、第１光束Ｅ₁の光路長（光路差）
をＹ軸にとり、回転軸回転角ωをＸ軸にとってつくられ
たグラフであり、光路長（光路差）のωに対する関係な
いしは変化特性を示している。この例では、回転位相板
２１の屈折率ｎは１.３３１（１１３０cm^-1）に設定さ
れ、その厚みｄは５mmに設定されている。なお、光路差
Δと、位相回転板厚みｄと、位相回転板屈折率ｎと、空
気の屈折率ｎ₀（＝１）との間には、次の式２で示すよ
うな関係が成り立つ。

【数２】 Δ＝２ｄ・［SQRT（ｎ²−sin²θ）−cosθ−ｎ＋ｎ₀］…………………式２ 図５から明らかなとおり、光路長（光路差）は、回転軸
回転角ωが０°から１８０°までの範囲内では、ωの増
加に伴っておよそ０.１mmから１.６mmまで単調増加し、
他方回転軸回転角ωが１８０°から３６０°までの範囲
内では、ωの増加に伴っておよそ１.６mmから０.１mmま
で単調減少している。

【００４７】図６は、第１光束Ｅ₁の光路長（光路差）
の回転軸回転角ω（ひいては時間）に関する２次微分値
をＹ軸にとり、回転軸回転角ωをＸ軸にとってつくられ
たグラフであり、上記２次微分値のω（ひいては時間）
に対する関係ないしは変化特性を示している。また、図
７は、第１光束Ｅ₁の光路長（光路差）の回転軸回転角
ω（ひいては時間）に関する２次微分値をＹ軸にとり、
受光面傾斜角θをＸ軸にとってつくられたグラフであ
り、上記２次微分値のθに対する関係ないしは変化特性
を示している。

【００４８】この例では、回転軸取付角φと回転軸配置
角ψとが、受光面傾斜角θが４５°のときに、光路長
（光路差）のωに対する２次微分値が０になるように設
定されている。この場合、回転軸取付角φは３５°とな
り、回転軸配置角ψは２２°となる。上記２次微分値が
０になる回転軸回転角ωでは、光路長（光路差）のωひ
いては時間に対する変化率が一定となる。つまり、この
近辺の回転軸回転角領域では、光路差変化率がほぼ一定
となるので、インタフェログラムのセンターバーストを
この付近に一致するように光学系を調整すれば、精度の
高いインタフェログラム測定が可能になる。

【００４９】このように、受光面傾斜角θが４５°のと
きに、光路長（光路差）のωに対する２次微分値が０に
なるように設定して、ここにセンターバーストを一致さ
せる理由はおよそ次のとおりである。すなわち、ビーム
スプリッタ傾斜角が４５°に設定され、かつビームスプ
リッタ７の一方の受光面にアルミ蒸着が施されているの
で、受光面傾斜角θが４５°のときに、回転位相板２１
が位相補正板の役目を有効に果たして、インタフェログ
ラムの強度と左右対称性とを向上させるからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる回転型干渉計（回転型フーリ
エ変換分光装置）のシステム構成を示す模式図である。

【図２】 図１に示す回転型干渉計に用いられている位
相回転板における各要素の位置関係を示す図である。

【図３】 図１に示す回転型干渉計に用いられている位
相回転板装置の機械構造を示す立面図である。

【図４】 受光面傾斜角θの回転軸回転角ωに対する変
化特性を示すグラフである。

【図５】 第１光束の光路長（光路差）の回転軸回転角
ωに対する変化特性を示すグラフである。

【図６】 第１光束の光路長（光路差）の回転軸回転角
ωに関する２次微分値の、回転軸回転角ωに対する変化
特性を示すグラフである。

【図７】 第１光束の光路長（光路差）の回転軸回転角
ωに関する２次微分値の、受光面傾斜角θに対する変化
特性を示すグラフである。

【図８】 従来の回転型干渉計における、光路差の回転
軸回転角ωに対する変化特性を示すグラフである。

【図９】 移動鏡を直線的に移動させることにより光路
差を変化させるようにした従来のフーリエ変換分光装置
の模式図である。

【符号の説明】

１…赤外光源、２…アパーチャ、３…第１レンズ、４…
第１反射ミラー、５…ピンホール、６…第２レンズ、７
…ビームスプリッタ、８…位相回転板装置、９…第１固
定鏡、１０…第２固定鏡、１１…第３レンズ、１２…第
２反射ミラー、１３…サンプル、１４…第４レンズ、１
５…光センサ、１６…第１穴部、１７…レーザ光源、１
８…第２穴部、１９…レーザ光センサ、２１…位相回転
板、２２…ベアリング、２３…取付部材、２４…ベー
ス、２５…第１プーリ、２６…モータ、２７…第２プー
リ、２８…ベルト、２９…位相回転板保持部材。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スペクトルを測定すべき原光光線を、第
   １の反射鏡に向かう第１の光束と第２の反射鏡に向かう
   第２の光束とに分ける一方、第１の反射鏡で反射された
   第１の光束と第２の反射鏡で反射された第２の光束とを
   受け入れて該両光束を同一方向に進ませつつ相互に干渉
   させて干渉光を生じさせるビームスプリッタと、 上記干渉光の強度を測定する干渉光強度測定手段と、 ビームスプリッタと第１の反射鏡との間に配置され、回
   転軸のまわりに回転し、その回転角に対応して第１の光
   束の光路長を変化させる位相回転板と、 第１の光束と第２の光束との光路差を測定する光路差測
   定手段と、 干渉光強度測定手段によって測定された干渉光の強度
   と、光路差測定手段によって測定された光路差とに基づ
   いてインタフェログラムをつくり、該インタフェログラ
   ムをフーリエ逆変換することにより原光光線のスペクト
   ルを算出するスペクトル算出手段とが設けられている回
   転型干渉計であって、 位相回転板の回転軸の軸線と位相回転板の受光面の法線
   とがなす角で定義される回転軸取付角φが、０°より大
   きく９０°より小さい範囲内の値に設定される一方、 位相回転板の回転軸の軸線と第１の光束の進行方向とが
   なす角で定義される回転軸配置角ψが９０°に設定され
   ていることを特徴とする回転型干渉計。
2. 【請求項２】 上記回転軸取付角φが、０°より大きく
   ９０°より小さい範囲内の値には設定されずに、９０°
   に設定され、 かつ、上記回転軸配置角ψが、９０°には設定されず
   に、０°より大きく９０°より小さい範囲内の値に設定
   されていることを特徴とする、請求項１に記載された回
   転型干渉計。
3. 【請求項３】 上記回転軸配置角ψが、９０°には設定
   されず、０°より大きく（９０°−φ）より小さい範囲
   内の値に設定されていることを特徴とする、請求項１に
   記載された回転型干渉計。
4. 【請求項４】 回転軸取付角φと回転軸配置角ψとが互
   いに異なる値に設定されていることを特徴とする、請求
   項３に記載された回転型干渉計。
5. 【請求項５】 位相回転板が一定の角速度で回転してい
   る場合において、位相回転板の受光面の法線と第１の光
   束の進行方向とがなす角で定義される受光面傾斜角θが
   ０°から９０°までの範囲内にあるときに、第１の光束
   の光路長を回転軸回転角ωで２次微分して得られる２次
   微分値が、インタフェログラムがつくられる回転軸回転
   角ωの範囲内で実質的に０となるように、回転軸取付角
   φと回転軸配置角ψとが設定されていることを特徴とす
   る、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載された回
   転型干渉計。
6. 【請求項６】 上記２次微分値が完全に０となる回転軸
   回転角ωが、インタフェログラムのセンターバーストに
   対応するように、回転軸取付角φと回転軸配置角ψとが
   設定されていることを特徴とする、請求項５に記載され
   た回転型干渉計。
7. 【請求項７】 受光面傾斜角θが、ビームスプリッタの
   受光面の法線と第１の光束の進行方向とがなす角で定義
   されるビームスプリッタ傾斜角に一致するときに上記２
   次微分値が完全に０となるように、回転軸取付角φと回
   転軸配置角ψとが設定されていることを特徴とする、請
   求項５又は請求項６に記載された回転型干渉計。