JPH11142243A - 干渉計及びこれを用いたフーリエ変換型分光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長分解能を向上させても耐震性が高く、高
速走査が可能な干渉計を実現する。 【解決手段】 干渉計において、光源の出力光を平行光
にするレンズと、平行光を２つに分岐させるハーフミラ
ーと、分岐された一方の光を再びハーフミラーに反射さ
せる移動鏡と、複数の反射鏡を階段状に配置して分岐さ
れ他方の光を複数の反射鏡によりハーフミラーに複数の
反射光を反射させる固定鏡と、移動鏡を移動させること
により固定鏡からの複数の反射光によりハーフミラーで
生じるそれぞれ複数のインターフェログラムを対応する
複数の受光素子で検出する光検出アレイと、複数の受光
素子で検出されたインターフェログラムを合成する処理
回路とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フーリエ変換型分
光装置に用いられる干渉計に関し、特に応答速度を犠牲
にすることなく波長分解能の向上が可能な干渉計に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のフーリエ変換型分光器は光源の出
力光を干渉計に入射し、分岐された光路間の光路差によ
り生じるインターフェログラムを得て、このインターフ
ェログラムをフーリエ変換することにより、前記光源の
スペクトルを得るものである。

【０００３】図４はこのような従来の干渉計の一例を示
す構成ブロック図である。図４において１は光源、２及
び６はレンズ、３はハーフミラー、４は固定鏡、５は移
動鏡、７は光検出器、８は制御回路、９はアクチュエー
タ等の駆動手段である。光源１の出力光はレンズ２によ
り平行光となりハーフミラー３に入射され、反射光は固
定鏡４に入射され、透過光は移動鏡５に入射される。固
定鏡４及び移動鏡５で反射された光は再びハーフミラー
３に入射され合波され、レンズ６により集光されて光検
出器７に入射される。また、制御回路８からの制御信号
は駆動手段９に接続される。

【０００４】ここで、図４に示す従来例の動作を説明す
る。光源１の出力光はハーフミラー３により２つの光に
分岐され、互いに異なる光路を伝播して再びハーフミラ
ー３で合波される。具体的には、ハーフミラー３で分岐
された光の一方は固定鏡４で反射され、他方は移動鏡５
で反射されてハーフミラー３で合波される。この合波さ
れた光は光路差により干渉光となり、光検出器７により
検出される。一方、制御回路９は制御信号により駆動手
段１０を制御して移動鏡５の位置を変化させる。

【０００５】従って、移動鏡５の位置が順次変化させる
ことにより前記光路差も順次変化して行くので、これら
の干渉光を順次を検出することにより、インターフェロ
グラムを得ることができる。

【０００６】この結果、干渉計の移動鏡を移動させなが
ら干渉信号を検出することにより、インターフェログラ
ムを得ることが可能になる。但し、図４に示す従来の干
渉計は研究室等の室内での使用を目的としているため、
移動鏡部分の耐震性が低くプロセス用に用いることは困
難である。

【０００７】この場合、特許出願人の出願に係る「特願
平０６−００４１１６号」に記載したように移動鏡を板
バネで支持すると共に移動鏡の位置を検出して、その位
置情報に基づき移動鏡の位置制御をすることにより耐震
性を向上させることが可能になる。

【０００８】図５はこのような従来の移動鏡駆動部分の
一例を示す構成ブロック図である。図５において５ａは
移動鏡、８ａは制御回路、９ａは駆動手段、１０は板バ
ネ、１１は半導体レーザ、１２は光検出器である。移動
鏡５ａは板バネ１０により干渉計本体に支持される。一
方、半導体レーザ１１の出力光は板バネ１０に入射さ
れ、その反射光が光検出器１２に入射される。光検出器
１２の出力は制御回路８ａに接続され、制御回路８ａか
らの制御信号は駆動手段９ａに接続される。

【０００９】ここで、図５に示す従来例の動作を説明す
る。制御回路８ａからの制御信号により駆動手段９ａが
移動鏡５ａの位置を移動させると、板バネ１０からの反
射光の反射方向が変化する。光検出器１２は複数の受光
素子から構成されるもので、この反射光の反射方向変化
を検出する。例えば、移動鏡５ａが図５中”イ”の方向
に移動すれば反射方向は図５中”ロ”の方向に変化し、
また、移動鏡５ａが図５中”ハ”の方向に移動すれば反
射方向は図５中”ニ”の方向に変化する。

【００１０】すなわち、反射光の反射方向を検出するこ
とにより、移動鏡５ａの位置情報を得ることができる。
制御回路８ａは光検出器１２からの前記位置情報に基づ
き制御信号を調整して駆動手段９ａを制御して移動鏡５
ａの位置を変化させる。

【００１１】この結果、移動鏡５ａを板バネ１０で支持
すると共に移動鏡５ａの位置を検出してその位置情報に
基づき移動鏡５ａの位置を制御することにより、干渉計
の移動鏡部分の耐震性が向上する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、フーリエ変換
型分光装置においては波長分解能を向上させるためには
干渉計の移動鏡の移動距離を長くしなければならない。
例えば、図４に示す従来例で波長分解能を”５倍”にす
るためには、干渉計の走査する光路差を”５倍”にしな
ければならず、この場合、走査に５倍の時間がかかり、
応答時間が１／５になってしまう。また、長い光路差を
走査できるアクチュエータ等の駆動手段は剛性を確保す
るのが難しく耐震性が弱くなってしまうと言った問題点
があった。

【００１３】一方、図５に示す従来例は耐震性を向上さ
せるため移動鏡の移動距離は短いので図４に示す従来例
のように長い光路差を走査することが出来ないと言った
問題点があった。従って本発明が解決しようとする課題
は、波長分解能を向上させても耐震性が高く、高速走査
が可能な干渉計を実現することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明のうち請求項１記載の発明は、干渉計
において、光源の出力光を平行光にするレンズと、前記
平行光を２つに分岐させるハーフミラーと、分岐された
一方の光を再び前記ハーフミラーに反射させる移動鏡
と、複数の反射鏡を階段状に配置して分岐され他方の光
を前記複数の反射鏡により前記ハーフミラーに複数の反
射光を反射させる固定鏡と、前記移動鏡を移動させるこ
とにより前記固定鏡からの前記複数の反射光により前記
ハーフミラーで生じるそれぞれ複数のインターフェログ
ラムを対応する複数の受光素子で検出する光検出アレイ
と、前記複数の受光素子で検出されたインターフェログ
ラムを合成する処理回路とを備えたことにより、応答時
間を変えずに波長分解能を向上させることができる。

【００１５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明である干渉計において、前記固定鏡として複数のコー
ナーキューブプリズムを階段状に配置したことにより、
平面鏡の場合と比較して固定鏡の位置ずれの影響を受け
難い光学系を構成することができる。

【００１６】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明である干渉計において、前記光検出アレイとして２．
６μｍ帯域ＩｎＧａＡｓアレイ検出器を用いたことによ
り、ＦＴ−ＮＩＲの波長範囲を拡大することが可能にな
り、蛋白質や脂肪酸等の高速・高感度測定が可能にな
る。

【００１７】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明である干渉計において、前記光検出アレイの前段にマ
イクロレンズアレイを設けたことにより、各受光素子間
でのクロストークが軽減されると共に光検出アレイでの
検出効率が向上する。

【００１８】請求項５記載の発明は、請求項１記載の発
明である干渉計において、前記移動鏡を板バネで支持す
ると共に前記移動鏡の位置を検出してその位置情報に基
づき前記移動鏡の位置を制御することにより、干渉計の
移動鏡部分の耐震性を向上させることができる。

【００１９】請求項６記載の発明は、請求項１記載の発
明である干渉計において、前記移動鏡の代わりに位相変
調素子を用いたことにより、可動部分をなくすことが可
能になり信頼性が向上し、応答速度を早くすることがで
きる。

【００２０】請求項７記載の発明は、請求項１記載の発
明である干渉計をフーリエ変換型分光装置に用いること
により、応答時間を変えずに波長分解能を向上させるこ
とができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に
説明する。図１は本発明に係る干渉計の一実施例を示す
構成ブロック図である。ここで、１〜３は図４と同一符
号を付してあり、５ｂはコーナーキューブリズム等の移
動鏡、１３は複数の反射鏡を階段状に配置した固定鏡、
１４は複数の受光素子から構成される光検出アレイ、１
５はインターフェログラムを合成する処理回路である。

【００２２】光源１の出力光はレンズ２により平行光と
なりハーフミラー３に入射され、反射光は移動鏡５ｂに
入射され、透過光は固定鏡１３に入射される。移動鏡５
ｂ及び固定鏡１３で反射された光は再びハーフミラー３
に入射され合波されて光検出アレイ１４に入射され、光
検出アレイ１４の出力は処理回路１５に接続される。具
体的には、図１中”イ”、”ロ”、”ハ”、”ニ”及
び”ホ”に示す反射鏡での反射光はハーフミラー３で移
動鏡５ｂからの反射光とそれぞれ合波されて、図１中”
ヘ”、”ト”、”チ”、”リ”及び”ヌ”に示す光検出
アレイ１４を構成する受光素子にそれぞれ入射される。

【００２３】ここで、図１に示す実施例の動作を図２を
用いて説明する。図２はインターフェログラムの合成方
法を説明する説明図である。光源１の出力光はハーフミ
ラー３により２つの光に分岐され、互いに異なる光路を
伝播して再びハーフミラー３で合波される。具体的に
は、ハーフミラー３で分岐された光の一方は移動鏡５ｂ
で反射され、他方は固定鏡１３で反射されてハーフミラ
ー３で合波される。移動鏡５ｂが移動すると反射光に光
路差が生じるので、ハーフミラー３で合波された光は前
記光路差により干渉光となる。

【００２４】従って、移動鏡５ｂの位置が順次変化させ
ることにより前記光路差も順次変化して行くので、これ
らの干渉光を順次を検出することにより、インターフェ
ログラムを得ることができる。

【００２５】一方、固定鏡１３は図１中”イ”、”
ロ”、”ハ”、”ニ”及び”ホ”に示すように複数の反
射鏡を階段状に配置しているので各々の反射鏡で反射さ
れる反射光の光路長は異なる。

【００２６】従って、図１中”イ”、”ロ”、”
ハ”、”ニ”及び”ホ”に示す各々の反射鏡からのそれ
ぞれの反射光と移動鏡５ｂからの反射光とから５種類の
インターフェログラムを得ることができる。例えば、移
動鏡５ｂの移動距離を”ΔＬａ”とし、図１中”
イ”、”ロ”、”ハ”、”ニ”及び”ホ”に示す反射鏡
の段差をそれぞれ”ΔＬａ”とすると、図１中”イ”に
示す反射鏡の反射光から得られるインターフェログラム
は光路差が”０〜ΔＬａ”の場合に対応する。

【００２７】同様に、図１中”ロ”、”ハ”、”ニ”及
び”ホ”に示す反射鏡の反射光から得られるインターフ
ェログラムは光路長が”ΔＬａ”づつ長くなることか
ら、光路差がそれぞれ”ΔＬａ〜２ΔＬａ”、”２ΔＬ
ａ〜３ΔＬａ”、”３ΔＬａ〜４ΔＬａ”及び”４ΔＬ
ａ〜５ΔＬａ”の場合に対応することになる。これらの
インターフェログラムを図１中”ヘ”、”ト”、”
チ”、”リ”及び”ヌ”に示す光検出アレイ１４を構成
する受光素子でそれぞれ検出することにより、同時に５
種類のインターフェログラムを得ることができる。

【００２８】例えば、図１中”ヘ”、”ト”、”
チ”、”リ”及び”ヌ”に示す光検出アレイ１７を構成
する受光素子では図２中（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）及び（ｅ）に示すような５種類のインターフェロ
グラムが得られる。

【００２９】ここで、処理回路１５において図２中
（ａ）〜（ｅ）の５種類のインターフェログラムを合成
することにより、等価的に図２（ｆ）に示すように”０
〜５ΔＬａ”の場合に対応するインターフェログラムを
得ることができる。この場合、移動鏡５ｂを”ΔＬａ”
の移動距離だけ走査することにより、等価的に”０〜５
ΔＬａ”の場合に対応するインターフェログラムを得る
ことができる。言い換えれば、移動鏡５ｂの移動距離を
変えずに５倍の波長分解能を実現したことになる。

【００３０】また、波長分解能を向上させても移動鏡５
ｂの移動距離は変化しないので応答時間が変わらないこ
とになり、高速走査が可能になる。

【００３１】この結果、複数の反射鏡を階段状に配置し
た固定鏡１３を用いて５種類の光路長を有する反射光を
生じさせ、移動鏡５ｂで走査した光と合波してインター
フェログラムを得ることにより、応答時間を変えずに波
長分解能を５倍に向上させることが可能になる。

【００３２】なお、図１の説明に際しては５個の反射鏡
を有する固定鏡１３を例示して説明したが任意の反射
鏡”Ｎ”を有する固定鏡を用いても構わない。但し、こ
の場合は”Ｎ”個の受光素子から構成される光検出アレ
イを用いる必要がある。

【００３３】また、図１に示す実施例では複数の光路長
を有する反射光を生じさせるため複数の平面鏡を階段状
に配置して固定鏡１３を構成したが、複数のコーナーキ
ューブプリズムを階段上に配置して固定鏡を構成しても
良い。

【００３４】図３はこのような複数のコーナーキューブ
プリズムを階段状に配置した固定鏡を用いた他の実施例
を示す構成ブロック図である。図３において１，２，
３，５ｂ，１４及び１５は図１と同一符号を付してあ
り、１６は複数のコーナーキューブプリズムを階段状に
配置した固定鏡である。また、接続関係についても固定
鏡１３が固定鏡１６で置換された以外は図１と同一であ
るので説明は省略する。

【００３５】図３中”イ”、”ロ”、”ハ”、”ニ”及
び”ホ”に示すようにコーナーキューブプリズムを階段
状に配置して固定鏡１６を構成することにより、平面鏡
の場合と比較して固定鏡１６の位置ずれの影響を受け難
い光学系を構成することができる。

【００３６】また、光検出アレイ１４として２．６μｍ
帯域ＩｎＧａＡｓアレイ検出器を用いるとにより、ＦＴ
−ＮＩＲ（フーリエ変換近赤外分光装置）の波長範囲を
拡大することが可能になり、蛋白質や脂肪酸等の高速・
高感度測定が可能になる。

【００３７】すなわち、従来単体の検出器であったもの
をアレイ化することにより高分解能化が可能になり波長
範囲が拡大し、２．６μｍ帯域を用いることにより、例
えば、蛋白質、脂質及びセルロースの主な吸収帯であ
る”２．１８μｍ”、”２．３１μｍ”及び”２．３０
μｍ”が測定可能になる。

【００３８】また、光検出アレイ１４の前段にマイクロ
レンズアレイを設けることにより、各干渉光を各受光素
子に確実に集光することができるので、各受光素子間で
のクロストークが軽減されると共に光検出アレイ１４で
の検出効率が向上する。

【００３９】また、移動鏡５ｂを駆動する手段として図
５に示すように、移動鏡５ｂを板バネで支持すると共に
移動鏡５ｂの位置を検出してその位置情報に基づき移動
鏡５ｂの位置を制御することにより、干渉計の移動鏡部
分の耐震性を向上させることが可能になる。

【００４０】また、移動鏡５ｂの代わりに液晶等の位相
変調素子を用いて通過する光の位相を変化させて等価的
に光路差を生じさせることにより、可動部分をなくすこ
とが可能になり信頼性が向上し、応答速度を早くするこ
とが可能になる。

【００４１】また、本発明の干渉計をフーリエ変換型分
光装置に用いることにより、応答時間を変えずに波長分
解能を向上させることが可能になる。

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。請求項１の発明
によれば、複数の反射鏡を階段状に配置して構成される
固定鏡を用いて複数の光路長を有する反射光を生じさ
せ、移動鏡で走査した光と合波してインターフェログラ
ムを得ることにより、応答時間を変えずに波長分解能を
向上させることが可能になる。

【００４２】また、請求項２の発明によれば、平面鏡の
場合と比較して固定鏡の位置ずれの影響を受け難い光学
系を構成することができる。

【００４３】また、請求項３の発明によれば、ＦＴ−Ｎ
ＩＲの波長範囲を拡大することが可能になり、蛋白質や
脂肪酸等の高速・高感度測定が可能になる。

【００４４】また、請求項４の発明によれば、光検出ア
レイの前段にマイクロレンズアレイを設けることによ
り、各受光素子間でのクロストークが軽減されると共に
光検出アレイでの検出効率が向上する。

【００４５】また、請求項５の発明によれば、移動鏡を
板バネで支持すると共に移動鏡の位置を検出してその位
置情報に基づき移動鏡の位置を制御することにより、干
渉計の移動鏡部分の耐震性を向上させることが可能にな
る。

【００４６】また、請求項６の発明によれば、移動鏡の
代わりに液晶等の位相変調素子を用いることにより、可
動部分をなくすことが可能になり信頼性が向上し、応答
速度を早くすることが可能になる。

【００４７】また、請求項７の発明によれば、干渉計を
フーリエ変換型分光装置に用いることにより、応答時間
を変えずに波長分解能を向上させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る干渉計の一実施例を示す構成ブロ
ック図である。

【図２】インターフェログラムの生成方法を説明する説
明図である。

【図３】複数のコーナーキューブプリズムを階段状に配
置した固定鏡を用いた他の実施例を示す構成ブロック図
である。

【図４】従来の干渉計の一例を示す構成ブロック図であ
る。

【図５】従来の移動鏡駆動部分の一例を示す構成ブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２，６ レンズ ３ ハーフミラー ４，１３，１６ 固定鏡 ５，５ａ，５ｂ 移動鏡 ７，１２ 光検出器 ８，８ａ 制御回路 ９，９ａ 駆動手段 １０ 板バネ １１ 半導体レーザ １４ 光検出アレイ １５ 処理回路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】干渉計において、 光源の出力光を平行光にするレンズと、 前記平行光を２つに分岐させるハーフミラーと、 分岐された一方の光を再び前記ハーフミラーに反射させ
   る移動鏡と、 複数の反射鏡を階段状に配置して分岐され他方の光を前
   記複数の反射鏡により前記ハーフミラーに複数の反射光
   を反射させる固定鏡と、 前記移動鏡を移動させることにより前記固定鏡からの前
   記複数の反射光により前記ハーフミラーで生じるそれぞ
   れ複数のインターフェログラムを対応する複数の受光素
   子で検出する光検出アレイと、 前記複数の受光素子で検出されたインターフェログラム
   を合成する処理回路とを備えたことを特徴とする干渉
   計。
2. 【請求項２】前記固定鏡として複数のコーナーキューブ
   プリズムを階段状に配置したことを特徴とする請求項１
   記載の干渉計。
3. 【請求項３】前記光検出アレイとして２．６μｍ帯域Ｉ
   ｎＧａＡｓアレイ検出器を用いたことを特徴とする請求
   項１記載の干渉計。
4. 【請求項４】前記光検出アレイの前段にマイクロレンズ
   アレイを設けたことを特徴とする請求項１記載の干渉
   計。
5. 【請求項５】前記移動鏡を板バネで支持すると共に前記
   移動鏡の位置を検出してその位置情報に基づき前記移動
   鏡の位置を制御することを特徴とする請求項１記載の干
   渉計。
6. 【請求項６】前記移動鏡の代わりに位相変調素子を用い
   たことを特徴とする請求項１記載の干渉計。
7. 【請求項７】請求項１記載の干渉計を用いたことを特徴
   とするフーリエ変換型分光装置。