JPH10500769A - 干渉計及びフーリエ変換分光計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 干渉計は、ビームスプリッタ（ＢＳ）と、線形状に変位可能な共通の摺動部材上に平行に配置された２つの走査ミラー（Ｍ１，Ｍ２）とを備えている。更に、干渉計は、ビームスプリッタ（ＢＳ）と走査ミラー（Ｍ１，Ｍ２）との間に配置された２つの補正ミラー（Ｍ３，Ｍ４）を備えている。ビームスプリッタ（ＢＳ）と夫々の補正ミラー（Ｍ３，Ｍ４）とは、直交している。このような干渉計は、走査ミラー（Ｍ１，Ｍ２）の変位誤差に対して適当な許容範囲を有している。また、干渉計は、コンパクトで且つ低価格なフーリエ変換分光計を製造するために用いることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 干渉計及びフーリエ変換分光計 発明の技術分野 本発明は、入射ビームから第１及び第２のビームを形成するビームスプリッタ と、第１及び第２のビームを夫々受光し且つこれら第１及び第２のビームを再び ビームスプリッタに向けて反射する第１及び第２の反射器とを備えた干渉計に関 する。 また、本発明は、フーリエ変換分光計にも関係している。発明の技術背景 マイケルソン干渉計は、必須の構成要件として、ビームスプリッタと第１及び 第２のミラーとを備えており、一般的な干渉計の一例となっている。このような マイケルソン干渉計において、ビームスプリッタに入射した入射ビームは、その 一部のビームがビームスプリッタから反射して第１のミラー方向に進み、残りの ビームがビームスプリッタを透過して第２のミラー方向に進む。第１及び第２の ミラーは、夫々のビームを再びビームスプリッタ方向へ反射するように構成され ており、これら第１及び第２のミラーによって再びビームスプリッタへ反射され た夫々のビームは、ビームスプリッタによって単一ビームに重ね合わされ、検出 器に照射される。この場合、ビームスプリッタと対応する各ミラーとの間の距離 変化に応じて、上記夫々のビームの間に、整った又は壊れた干渉が生じる。そし て、このような干渉は、検出器の補助素子に記録することが可能である。 例えば、マイケルソン型の干渉計は、広帯域光源からの光のスペクトルを決定 するために、フーリエ変換分光計に用いることが可能である。一般的なフーリエ 変換分光計では、ビームスプリッタから直線上に離間して配置された１つのミラ ーを走査ミラーとして機能させることによって、検出器上の干渉パターンを連続 的に変化させている。このような方法において、インターフェログラムを検出器 によって記録することが可能である。そして、フーリエ変換することによって、 入射光のスペクトルを決定することができる。 一般的な干渉計の不利な点としては、使用上適当な干渉パターンを得る場合、 光学部品を互いに正確に位置決めしなければならない点にある。 マイケルソン干渉計において、ビームスプリッタは、入射ビームの入射角度が ４５°になるように配置されている。更に、第１及び第２のミラーは、直交して おり、ビームスプリッタにより分割された第１及び第２のビームは、第１及び第 ２のミラーに対して垂直に照射される。例えばビームが垂直に照射されない状態 に１つのミラーが変位されていた場合、干渉パターンの縞密度は、大きくなる。 そして、このような変位がかなり大きくなっている場合には、密度が極めて高く なるため、縞を観察することができなくなる。 フーリエ変換分光計では、走査ミラーが線形状に変位している間、光学部品を 正確に位置決めさせておく必要がある。 このような変位状態において要求される高い位置決め精度を低く抑えるために は、既知の方法によって走査ミラーの代わりに再帰反射器を配置させることが好 ましい。しかしながら、再帰反射器は、高価であると共に、製品自体に生じ得る 種々の角度誤差、或いは、温度変化やエージング（枯化）等に起因した種々の角 度誤差を補正することが不可能である。 光学部品の正確な位置決め状態を維持するためには、上記２つのビームを再び ビームスプリッタに反射し且つ回転自在の素子例えば回転式エタロンによってそ の１つのビームの光路長を変化させるように固定されたミラーを用いることが知 られている。文献ＥＰ０４９１４３５に開示された干渉計は、互いに平行に対向 した２つのミラーを備えており、これらミラーは、その１つの固定ミラーまでの 光路長を変化させるように、回転するようになっている。しかしながら、このよ うな技術には、以下のような不利な点が存在する。即ち、夫々のビームが固定ミ ラーの面を横切って進む関係上、その技術について極めて高い質を要求される。 更に、光路長は、僅かな範囲でしか変化させることができない。 また、上記文献には、上述した原理を改良して、２つのビームの間の光路長の 変化を大きくする技術例が示されている。また、例えば文献ＦＰ０３１４１０３ 及び文献ＵＳ５０６６９９０には、２重振子の夫々のアームに再帰反射器を備え た回転素子が示されている。このような２重振子を揺動させることによって、一 方のビームの光路長が減少し、他方のビームの光路長が増加する。しかしながら 、再帰反射器に関係する不利な点については、依然として解消されずに残された ままである。 また、文献ＵＳ５１５９４０５及び文献５１５０１７２には、平行に配置され た２つの平行ミラーから成る回転素子が示されており、これら２つの平行ミラー の間において、２つのビームは、複数回反射することになる。この場合、２つの ミラーが回転すると、一方のビームの光路長が長くなり、他方のビームの光路長 が短くなる。しかしながら、各ミラーを横切って進む夫々のビームについての不 利な点については、依然として解消されずに残されたままである。発明の概要 本発明の目的は、走査光学部品の変位誤差に対して適当な許容範囲を有してお り、夫々のビーム間の光路差が変化した際に各ビームが走査光学部品を横切って 進むことの無いコンパクトな干渉計を提供することにある。 また、本発明の他の目的は、コンパクトなフーリエ変換分光計を提供すること にある。 このような目的は、添付の請求の範囲第８項に記載した特徴を有するフーリエ 変換分光計のみならず、添付の請求の範囲第１項に記載した特徴を有する干渉計 によって達成される。 本発明の干渉計は、光路差が変化するように、第１及び第２のビームを再びビ ームスプリッタに反射する反射器を線形状に変位させるという原理に基づいて構 成されている。この方法において、全ての走査が行われている間、２つのビーム は、検出器の同一点に照射される。この場合、２つの反射器が同時に線形状に変 位するため、光路差の変化と夫々のミラーの変位との割合は、４対１となる。こ れは、干渉計のコンパクト化を維持させながら、なかなり大きな光路差を実現で きることを意味している。また、本発明の干渉計は、ビームスプリッタと第１及 び第２の反射器との間を進む第１及び第２のビームの光路内に第３及び第４の反 射器を備えている。これら第３及び第４の反射器は、ビームスプリッタと同様に 、 直交して配置されている。具体的には、ビームスプリッタの垂直方向、第３及び 第４の反射器の垂直方向は、直交している。この結果、本発明の干渉計は、３次 元形状を成していることになる。また、第３及び第４の反射器は、第１及び第２ の反射器の線形変位の種々の誤差を補正するようになっており、第３の反射器は 、一方向の誤差を補正し、一方、第４の反射器は、一方向に直交する他方向の誤 差を補正する。このような補正によれば、第１及び第２の反射器は、安定した状 態で相互に連結されることになる。この結果、上記線形状の変位が不完全であっ たときには、２つの反射器上に同一の効果となって現われる。従って、本発明の 干渉計によれば、上記の各ビームは、数回程度反射され、また、夫々のビームの 光路も短くなるといった利点が実現される。 なお、本発明の実施の形態については、添付図面を参照して詳細に説明する。図面の簡単な説明 第１図，第２図及び第３図は、本発明の第１の実施の形態に係る干渉計の構成 を３つの異なる直交方向から投影して示す図である。 第４図は、本発明の第２の実施の形態に係る干渉計の構成を投影して示す図で ある。 第５図は、本発明の第３の実施の形態に係る干渉計の構成を投影して示す図で ある。発明の実施の形態 第１図〜第３図には、本発明の第１の実施の形態に係る干渉計の構成が３次元 投影して示されており、この干渉計は、ビームスプリッタＢＳと、第１〜第４の 平面ミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４とを備えている。 第１及び第２の平面ミラーＭ１，Ｍ２は、平行且つ対向して配置されている。 これら平面ミラーは、干渉計の走査ミラーとして構成されており、その端部には 、ボールベアリング内に装着され且つ線形状に変位可能な摺動部材（図示しない ）が設けられている。このような構成によれば、後述から明らかなように、完全 な線形状の変位からある程度のずれた場合でも許容できるようになっている。 第３及び第４の平面ミラーＭ３，Ｍ４は、干渉計の補正ミラーとして構成され ている。第３の平面ミラーＭ３は、ビームスプリッタＢＳと第１の平面ミラーＭ １との間の光路上に配置されており、同様に、第４の平面ミラーＭ４は、ビーム スプリッタＢＳと第２の平面ミラーＭ２との間の光路上に配置されている。第３ 及び第４の平面ミラーＭ３，Ｍ４とビームスプリッタＢＳは、直交している。 全ての図面に示す平面ミラーには、各平面ミラーの像相互の比較を容易にする と共に線形移動における不規則性を示すように、矢印が付加されている。 以下、本実施の形態の干渉計の動作について説明する。 光源（図示しない）からビームスプリッタＢＳに入射した入射ビームＢｉｎは 、その一部がビームスプリッタＢＳから反射し、残りがビームスプリッタＢＳを 透過する。このとき、ビームスプリッタＢＳは、入射ビームから第１のビームＢ １と第２のビームＢ２を形成することになる。 第１のビームＢ１は、第３の平面ミラーＭ３に照射され、この第３の平面ミラ ーＭ３から第１の平面ミラーＭ１に反射される。この後、第１のビームは、第３ の平面ミラーＭ３を介してビームスプリッタＢＳに戻る。 第２のビームＢ２は、第４の平面ミラーＭ４に照射され、この第４の平面ミラ ーＭ４から第２の平面ミラーＭ２に反射される。この後、第２のビームは、第４ の平面ミラーＭ４を介してビームスプリッタＢＳに戻る。 そして、第１及び第２のビームＢ１，Ｂ２は、ビームスプリッタＢＳによって 重ね合わされて射出ビームＢｕｔとなる。 第１図及び第３図に示すように、ビームスプリッタＢＳは、第４の平面ミラー Ｍ４に映った第２の平面ミラーＭ２の像に第１の平面ミラーＭ１の像を重ね合わ せる。この場合、Ｍ１′_BSは、ビームスプリッタＢＳに映った第１の平面ミラー Ｍ１の像を示し、Ｍ２′_M4は、第４の平面ミラーＭ４に映った第２の平面ミラー Ｍ２の像を示す。 第１及び第２の平面ミラーＭ１，Ｍ２が装着されている摺動部材に僅かな位置 決め誤差が有る場合、又は、摺動部材の位置が線形の変位状態に対して変化した 場合、第１及び第２のビームＢ１，Ｂ２は、各平面ミラーに対して垂直方向に照 射されない。このとき、第４の平面ミラーＭ４は、Ｙ−Ｚ平面内の種々のずれを 補正することになり、また、第３の平面ミラーＭ３は、Ｘ−Ｙ平面内の種々のず れを補正することになる。 Ｚ−Ｙ平面内において、摺動部材を移動させることによって、第１の平面ミラ ーＭ１を第１図の矢印方向に変位させると、第２の平面ミラーＭ２は、Ｚ−Ｙ平 面内を第１図の矢印方向に変位する。このとき、ミラー像Ｍ１′_BS及びＭ２′_M4 は、共に、ミラー像内の矢印で示す方向に変位する。この結果、これらミラー像 は、一致した状態を維持する。このように、ビームスプリッタＢＳによって互い に重ね合わされた２つのビームＢ１，Ｂ２は、角度誤差があったとしても、常に 一致することになる。 第１及び第２の平面ミラーＭ１，Ｍ２がＸ−Ｙ平面内で変位した場合、ミラー 像Ｍ１′_BS及びＭ２′_M4が一致し且つビームスプリッタＢＳから射出した第１及 び第２のビームＢ１，Ｂ２が平行になるように、第３の平面ミラーＭ３は、同様 に、その変位を補正する。 ビームスプリッタＢＳと第３及び第４の平面ミラーＭ３，Ｍ４とが直交し、第 １及び第２の平面ミラーＭ１，Ｍ２が平行且つ対向配置されるといった要求に対 応する構成は多数あるが、以下、その例を挙げる。例１ ビームスプリッタＢＳに入射する角度、第１及び第３の平面ミラーＭ１，Ｍ３ に入射する角度は、ほぼ５５°であり、また、第２及び第４の平面ミラーＭ２， Ｍ４に入射する角度は、９０°である。 各ビームは、空間立方体の各対角線に平行となっている。例２ ビームスプリッタＢＳに入射する角度は、ほぼ３５°であり、第１及び第３の 平面ミラーＭ１，Ｍ３に入射する角度は、ほぼ６６°である。また、第２及び第 ４の平面ミラーＭ２，Ｍ４に入射する角度は、９０°である。 第４図には、本発明の第２の実施の形態に係る干渉計の構成が示されている。 本実施の形態において、ビームスプリッタＢＳと４つの平面ミラーＭ１〜Ｍ４と が第１の実施の形態と同様である。しかしながら、本実施の形態には、更に、第 ５及び第６の平面ミラーＭ５，Ｍ６が設けられており、これら平面ミラーは、ビ ームスプリッタＢＳと平行に配置されている。第５の平面ミラーＭ５は、ビーム スプリッタＢＳと第３の平面ミラーＭ３との間の第１のビームＢ１の光路上に配 置されており、第６の平面ミラーＭ６は、ビームスプリッタＢＳと第４の平面ミ ラーＭ４との間の第２のビームＢ２の光路上に配置されている。 本実施の形態において、干渉計の更なるコンパクト化を実現することができる ように、走査ミラーＭ１，Ｍ２は、第１の実施の形態よりも僅かに互いに接近し て配置されている。しかしながら、本実施の形態では、第１の実施の形態よりも 更に２つのミラーが必要となる。 第５図には、本発明の第３の実施の形態に係る干渉計の構成が示されており、 第２の実施の形態と同様の構成を有しているが、第５の平面ミラーＭ５は、第１ の平面ミラーＭ１と第３の平面ミラーＭ３との間の光路上に配置されており、第 ６の平面ミラーＭ６は、第２の平面ミラーＭ２と第４の平面ミラーＭ４との間の 光路上に配置されている。 第２及び第３の実施の形態の動作は、第１の実施の形態と同様である。 本発明の干渉計の利点としては、フーリエ変換分光計に用いられる点であり、 フーリエ変換分光計をコンパクトに且つ低価格に製造することが可能である。 なお、本発明は、上述した各実施の形態の構成に限定されることはなく、請求 の範囲内において種々変更することが可能である。例えば、第１及び第２の平面 ミラーＭ１，Ｍ２の代わりに、再帰反射器のような他の反射器を用いても良い。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 入射ビーム（Ｂｉｎ）から第１及び第２のビーム（Ｂ１，Ｂ２）を形成 するビームスプリッタ（ＢＳ）と、前記第１及び第２のビームを受けて且つこれ らビームを前記ビームスプリッタ方向に反射する第１及び第２の反射器（Ｍ１， Ｍ２）とを備えた干渉計であって、 第１及び第２の反射器（Ｍ１，Ｍ２）は、前記第１のビームと前記第２のビー ムの光路差を変化させるように、互いに一定状態に連結され且つ線形状に変位す るように構成されており、 更に、前記干渉計には、ビームスプリッタ（ＢＳ）と第１の反射器（Ｍ１）と の間の第１のビーム（Ｂ１）の光路上に配置された第３の反射器（Ｍ３）と、ビ ームスプリッタ（ＢＳ）と第２の反射器（Ｍ２）との間の第２のビーム（Ｂ２） の光路上に配置された第４の反射器（Ｍ４）とが設けられており、 ビームスプリッタ（ＢＳ）、第３の反射器（Ｍ３）、及び、第４の反射器（Ｍ ４）は、直交していることを特徴とする干渉計。 ２． 第１のビーム（Ｂ１）及び第２のビーム（Ｂ２）の夫々の光路上には、 第５及び第６の反射器（Ｍ５，Ｍ６）が配置されていることを特徴とする請求の 範囲第１項に記載の干渉計。 ３． 第５及び第６の反射器（Ｍ５，Ｍ６）は、ビームスプリッタ（ＢＳ）と 夫々対応する第３及び第４の反射器（Ｍ３，Ｍ４）との間に配置されていること を特徴とする請求の範囲第２項に記載の干渉計。 ４． 第５及び第６の反射器（Ｍ５，Ｍ６）は、第１及び第３の反射器（Ｍ１ ，Ｍ３）の間、及び、第２及び第４の反射器（Ｍ２，Ｍ４）の間に夫々配置され ていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の干渉計。 ５． 第３及び第４の反射器（Ｍ３，Ｍ４）は、平面ミラーであることを特徴 とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１に記載の干渉計。 ６． 第１及び第２の反射器（Ｍ１，Ｍ２）は、平面ミラーであることを特徴 とする請求の範囲第１項〜第５項のいずれか１に記載の干渉計。 ７． 第５及び第６の反射器（Ｍ５，Ｍ６）は、平面ミラーであることを特徴 とする請求の範囲第２項〜第６項のいずれか１に記載の干渉計。 ８． 請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１に記載の干渉計を備えたフーリ エ変換分光計。