JPS59164925A - 屈折的走査法を用いた二光束干渉計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は分光分析用の走査形干渉計に係シ、特に赤外フ
ーリエ分光装置に好適な屈折的走査法を用いた三光束干
渉計に関する。

〔従来技術〕

従来、この種の走査形干渉計は、その光路長走査を行な
うだめ反射鏡を光路に沿って移動させていたものである
が、光学的整合の維持に対し信頼性が乏しかった。

このため、近年いわゆる屈折的走査法なるものが提唱さ
れ、たとえばＡｐｐｌ、５ｐｅＣｔｒＯ８ｅ、　３４゜
１９８０（５）　ｐ５９９〜６０３に上述の反射鏡移動
の方式と対比してその長所が詳細に掲げられている。

また同じ著者１）ｏｙｌｅ　　の米国特許第４，２６５
．５４０（ＯＣｔ、　１．１９７９　）　　にあっては
、屈折的走査を行なうための楔状屈折物質による色収差
が必然的に発生するため、その影響を少なくする手段と
して、コーナ鐘あるいは直角ルーフ鏡などの逆進鏡（ｒ
ｅｔｏｒｏ　−ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ　）を備えるように
し、その付加的効果として光学的整合が不要となること
を掲げている。

第１図は前記米国特許に係る従来技術の構成図を′示す
ものである。同図において、固定光学楔３２およびこれ
と対向して配置された可動光学楔２８がある。これら固
定光学楔３２および可動光学楔２８はともに同一方向に
頂角６．７を有し、互いに対向する面は平行になってい
る。このうち固定光学楔３２の可動光学楔２８に対向す
る面は半透鏡面１２となシ、可動光学楔２８は固定光学
＃！３２に対向する面に沿って可動し得るようになって
いる。この可動光学楔２８の可動は駆動機構３０によっ
て制御されるようになっている。また、前記同曲光学楔
３２側の空間部には光源１ｏおよびコーナ鏡からなる逆
進鏡１６が、前記可動光学横２８側の空間部には検知器
２４およびコーナ鏡からなる逆進鏡１８が配置されてい
る。

このような構成において、光源１ｏがらの光は固定光学
楔３２に屈折して入射し半透鏡面１２において反射され
る光とそのまま通過する光とに分れる。半透鏡面１２に
て反射された光は固定光学楔３２から直角の角度をなし
て逆進鏡１６に入射されかつ反射される。反射された光
は固定光学楔３２および可動光学楔２８を通過して検知
器２４にとらえられる。一方、半透鏡面１２を通過した
光は可動光学楔２８に入射され直角の角度をなして通過
した後逆進鏡１８に入射されかつ反射される。反射され
た光は可動光学楔２８を通過し半透鏡面１２によって反
射された後、再び可動光学楔２８を通過して前記検知器
２４にとらえられる。

このような構成にあって、可動光学楔２８を図示の矢印
方向へ移動させることによシ、可動光学楔２８内の光路
長２２ａが変化し、固定光学楔３２内の固定光路長２０
ａとの差が走査されることになる。

しかしながら、上記構成において、固定光学楔３２に光
が入射する際、第２図にその詳細を示すように、前記光
を構成する種々の波長の光（たとえばλ１．λ２）がそ
の波長に応じて固定光学楔３２への屈折角が異なってし
まい、それがそのまま逆進鏡１８によって反射され同方
向の光線４，５として戻るようなことになるが、上述し
た波長分散によって光軸に対する垂直方向への変位が生
じ、色収差の防止は完全には達成されていないものであ
る。

〔発明の目的〕

それ故、本発明の目的は、上述した事情に基づいてなさ
れたものであシ、色収差を完全に防止し得る屈折的走査
法を用いた三光束干渉計を提供するものである。

〔発明の概要〕

このような目的を達成するために、本発明は、希光源と
、第１および第２の反射鏡と、検出器と、平行な対面を
有する第１の固定光学体と、この固定光学体と対向して
配置された第２の固定光学体と、この第２の固定光学体
と近接対向して配置きれた可動光学体とを少なくとも備
え、前記各光学体を間にして前記光源と第１の反射鏡が
直線状にまたこの直線と直交する直線状に検知器と第２
の反射鏡とが固定配置され、前記各直線の交点を横切シ
前記憶１の固定声学体と第２の固定光学体の互いに対向
する面のいずれが一方に形成された半透鏡面を有し、前
記第２の固定光学体および可動光学体は互いに異なる方
向に頂角を有する横状でかつ前記第２の固定光学体の第
１の固定光学体と対向する面と前記可動光学体の第２の
反射鏡と対向する面とが常時平行となっているものであ
る。

〔発明の実施例〕

第３図は本発明による屈折的走査法を用いた三光束干渉
計の一実施例を示す構成図である。同図において、矩形
状をなす半透鏡基材４ｏがある。

この半透鏡基材４０はその光が通過する面において平行
であシ、その各面のうち一方の面は半透鏡面４２となっ
ている。前記半透鏡基材４ｏの半透鏡面４２と対向しか
つ平行な面を有する固定光学楔４５が配置されている。

この固定光学楔４５はその頂角がβの角度を有するもの
であシ、さらにこの固定光学楔４５と対向する位置には
可動光学楔５５が配置されている。この可動光学楔５５
は前記固定光学楔４５と異なる方向にβの頂角を有する
もので、この頂角を挾む各面は一方が前記固定光学撲４
５の対向面と平行で、他方が前記半透鏡基材４０の半透
鏡面４２と平行になっている。

この可動光学楔５５は往復運動機構３５を介して駆動機
構３０に連結されておシ、この駆動機構３０の駆動によ
シ、前記可動光学楔５５はその前記固定光学楔４５と対
向する面がその延長面上を移動するように変位するよう
になっている。前記固定光学楔４５および可動光学楔５
５はそれぞれ同一の光学的等方物質で構成され、分光分
析を行なう波長域でできるだけ透明な材料が選択される
。

さらに、前記半透鏡基材４０側の空間部には検知器２４
、平面鏡６０が、また可動光学楔５５側の空間部には光
源１０、平面鏡５０が配置されている。前記光源ｌＯか
らの光は放物面鏡７０を介して前記可動光学楔５５に入
射されるようになって；） おシ、前記放物面鏡’７０と前記平面鏡６０とを結ぶ線
と、前記検知器２４と前記平面鏡６０とを、結ぶ線とは
ほぼ直交するようになっている。なお、前記検知器２４
と半透鏡基材４０との間には集光系６５が配置されてい
る。

なお、第３図中可動光学楔５５の実線で示した位置はこ
の可動光学楔５５の走査の基準位置となるものであり、
この位置にあっては半透鏡基材４０における光路長２２
ａは、固定光学楔４５における光路長２０ａおよび可動
光学楔５５におけ　　。

る光路長２０ｂの合計値となっている。したがって、半
透鏡基材４０における基材を固定光学楔４５および可動
光学楔５５の材料と同一とした場合には、前記走査の基
準位置にあって固定光学楔４５と可動光学Ｗｌ！、５５
の各厚さの合計値は前記半透基材４０の厚さと同一にな
っている。また、第３図中可動光学楔５５の点線で示し
た位置は前記半透鏡基材４０と平面鏡６０との間の光路
２２と、可動光学楔５５と平面鏡５０との間の光路２０
との最大光路差を与えるものであり、この際、可動光学
楔５５の基準位置におる場合と比較して、平面鏡へ向う
光線は図中光線２０′に示すように変位を生ずるが、こ
の変位の値は極めて微小で平面鏡５０への垂直入射にあ
っては変化はないものである。同様に放物面鏡７０によ
って可動光学楔５５へ平行光束となって向う入射光線１
４にあっても光線１４′に示すように変位するが、一般
に光源１０は充分大きいことから、有効視野内の微小変
角εは全く無視できるようになるものである。

このように構成した干渉計においてその作用は第１図に
示したものと同様であるが、ここで本願発明の目的が達
成できる理由について述べる。

固定光学楔４５および可動光学楔５５のそれぞれの屈折
率をｎとする。そして前記可動光学楔５５の固定光学楔
４５と対向する辺の移動距離をＸとする。可動光学楔５
５の移動による光度差ｒは次式（１）で与えられる。

ｒ　＝　２　（ｎ−１）ｓｉｎβ０ｘ　　　　　　０．
１．轡、・、、（１）し７たがって、たとえばｎ　＝　
１．５　、、β＝１０°の光学楔を用いた場合［キ０．
１７４ｘとなる。なお、この′値は従来の反射鏡移動の
方式がｒ　＝＝　２　ｘであるのに比し１桁以上機械的
走査距離を拡大することができ、このため、走査機構の
精度、走査位置の検出精度を厳格にする必要がなくなる
。

また、干渉光束が光学楔の面に所定の角度を有して入射
した場合を考えると、前記光学楔の面には楕円形の光束
入射領域となる。このため前記楕円の長軸の長さをＸと
した場合、前記長軸の両端にそれぞれ入射する光束の光
路差は上記（１）式で表わされることになる。この光路
差を補償するためには次式（２） ％式％（２） を満足する別個の光学材料、すなわち屈折率ｎ′で頂角
β′の光学楔を使用すればよいことになる。

しかし、一般に光学材料は入射される光の波長によって
屈折率が異なる、いわゆる分散と称される性質を有し、
この性質は物質固有のものである。

したがって、分析波長域を通して上記（２）式を満足さ
せることはできず、その解決手段として、２個の各光学
楔の材料を同一、頂角βを同一とし、かつ各光学楔の頂
角βの方向をそれぞれ異なる方向に指向するように近接
配置させるようにしたものである。

なお、上述した実施例によれば、半透鏡面基材４０とは
別個、に光学楔対からなる固定光学横４５と可動光学楔
５５を設けていることから、前記各光学楔の最大厚さを
小さくすることができるようになる。したがって、屈折
体となる各光学横内における光路長を極めて小さくする
ことができる。

このことは光の吸収減衰を極めて少なくすることができ
る。特に赤外域で使用される光学結晶は、その長波長側
における透過率が窓材としての使用波長範囲を制限する
。ランベルト・ベアの吸収側によれば、光路長がｎ倍と
々ることによって透過率はｎ乗となる。たとえば１０ｍ
の光路長で６０係の透過率を有するＫ　Ｂ　ｒ結晶は３
０間では２６チ以下となる。したがって、使用屈折体の
有効波長範囲を狭めることなく、高い透過率で光を有効
に使用することができる。

また、前記各光学楔の最大厚さを小さくすることができ
ることから、可動光学楔５５の機械的移動距離に対する
干渉光路長の変化を小さくすることができる。たとえば
可動光学ｐＡ５５の機械的移動距離をＬとした場合、可
動光学楔５５の頂角をβとすると、光路長は２１（ｎ＝
１）ｓｉｎβとなシその光路長変化の比率は０．１７４
となる。したがって、光路長走査の制御および精度に対
する厳密性金緩やかにすることができる。換言すると、
フーリエ分光装置における光路長変化量の読み取シが土
数倍の詳しさで可能とすることができる。

第４図は本発明の他の実施例を示す要部構成図である。

第３図と同符号のものは同材料を示している。第３図と
異なる構成は、半透鏡面４２にあシ、この半透鏡面４２
は固定光学楔４５の補正板４０′と対向する面に設けら
れている。カお第３図に示す半透鏡基材４０はその半透
鏡面４２を設ける必要がなくなることから補正板４０′
としての機能を有するのみとなる。

また、第５図は本発明の他の実施例を示す要部構成図で
ある。第３図と同符号のものは同材料を示している。第
３図と異なる構成は、前記半透鏡面４２を介して半透鏡
基材４０と固定光学楔４５とを隙間なく一体にしたもの
である。

このようにすることによって、部品数２個が１個となシ
、大気と接する光通過面が１個減って、光学的な反射損
失も少なくなる。赤外分光分析に用いる場合、光学物質
としてＫＢｒ　（臭化カリ）の結晶が用いられ、半透鏡
面にはＧｅが真空蒸着される。このＫＢｒは潮解性が激
しく防湿処理が必要であるが、半透鏡−光学楔を、半透
鏡層を間にはさんで一体化すれば防湿処理面も減小する
今、同図において説明を容易とする為、光学物質を同一
材とし入射光線１４、第１光路２０、第２光路２２、出
射光線２６とする。基材４０に対する入射角を０１とす
ると基材内の屈折角θ２は、波長λでの屈折率をｎ（λ
）として θ２＝３ｉｎ−１（ｓｉｎθ１／ｎ（λ））１０．０１
．．９．（３）で与えられる。

基材４０は平行平面板で、光学楔４５，５５の斜辺４６
．５６同志を接して重ねたものも両頂角が等しくβであ
るため平行平面板である。従って光学物質の分散によっ
て生ずる色収差は光学楔と空気の接する所で２０Ｃの如
く現われる。この結果点線で示した２０ｄ、２０’の如
き光路を経るが、夫々直線２０ｂ及び２０と平行で平面
鏡５０とも垂直入射する。すなわち光路２０と２０′と
の横方向変位は極めて小さく、更にこれを最小とするに
は斜面４６．５６間の隙間を、光学楔５５が直線運動す
るに充分な分離空間が残るだけの最小とすれば良いこと
になる。

このように固定光学楔４５と、可動光学楔５５を同一光
路２０内に接近して配置する方法を採れば、光学楔に依
って生ずる色収差は最小となシ、従来の屈折的走査法で
必要とされていた、逆進鏡の如き色収差打消し手段は必
要としなくなるものである。

さらに、第６図は本発明の他の実施例を示す構成図であ
る。第３図と同符号のものは同材料を示している。第３
図と異なる構成は固定光学楔４５および可動光学楔５５
にあシ、この固定光学楔４５および可動光学楔５５は晃
源１０からの光を通過させることなく、半透鏡基板４０
の半透鏡面４２による反射光およびこの反射光と同一光
路上にある反射鏡５０による反射光のみを通過させるよ
うにしたものである。

このようにすれば、入射光線が光学楔を通過する回数を
１回減小させることができるとともに、可動光学楔５５
の移動によって入射光線の変位をもなくすことができる
。

また、第６図と同様の目的で第４図の変形例を第７図に
示す。同図において、補正板４０’は検知器への光を通
過させることなく、半透鏡面４２を通過する光源からの
光およびこの光と同一光路上にある反射＠６０による反
射光のみを通過させるようにしたものである。

このようにすれば、検知器への干渉光は補正板４０′に
よる影響を受けることなく取出すことができるようにな
る。

以上述べた第６図および第７図に示す各実施例は、半透
鏡４０と固定光学楔の一体イヒによる利点は失われるが
、例えば光学楔の頂角を１０°とす：ぐると１１調から
１７ｍ程度の厚みの光学材料を通過しなくて済むので、
特に光学材料の透明領域の端に近い波長での光強度の減
小を抑えることが出来る。両実施例とも、光学楔材料の
分散に起因する色収差の影響を少なくするため、光学模
対の間隔を平行に且つ狭めるが良く、その値も１ｍ＋＋
以下であれば問題ない。

なお、上述した各実施例は全て平面鏡５０゜６０を反射
鏡としたものであるが、たとえば第５図の変形例を示す
第８図から判るようにコーナ鏡からなる逆進鏡１６．１
８を用いるようにしてもよいことはいうまでもない。

本発明によれば、屈折的走査を行う光学楔を同一光路内
の固定光学楔と同時に使用し、光学物質の屈折率の波長
分散に起因する色収差を打消すことができるので、高精
度を要しその結果高価格とならざるを得ない逆進鏡の使
用が不要となる。

更に本発明によれば、光学楔を２個対で使用しその上に
半透鏡を用いるが、固定光学楔と半透鏡を一体とするか
ら、光学要素を可動光学楔と半透鏡−光学楔の２個とす
る事が可能で、大気との境界面が減夛反射損失面、防湿
処理面が各１何派る。

更にその上、本発明によれば従来の横形半透鏡と可動光
学僕による屈折的走査手段で、必要土用いていた逆進鏡
では、光路の変位など完全に補正できない色収差を初め
から生じさせないと云う原理的な長所がある。

勿論、本発明のり象である分光分析用干渉計において、
可動鐘形走査方式に比べて、屈折的走査方式が、機械的
走査距離の一桁以上の拡大、とそれに禄う走査機構の要
求精度の低下、視野拡大による明るさの増大外どの利点
は確保されたままである事は云うを待たない。

その上本発明においては、コーナ鏡の如き逆進鏡を併用
する事は可能で、この場合は光学的角度整合が不要であ
ると云う効果があシ、用途に依っては調整不要の利点を
発揮する。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明は安定で高い信頼性を有する分
光分析用の干渉計として、改良された屈折的走査方法を
用いた三光束干渉計を提供するものであって、屈折的走
査に依って生ずる色収差を未然に防止し、′その結果従
来必要と考えられていた逆進鏡を用いず通常の平面鏡を
用いることが可能で、更に２個のみの光学的屈折要素か
ら構成できるので、相対的に低いコストで実施する事が
出来る。

【図面の簡単な説明】

・　第１図は従来の三光束干渉計の一例を示す構成図、
第２図は従来の三光束干渉計の欠点を示す説明図、第３
図は本発明による三光束干渉計の一実施例を示す構成図
、第４図ないし第８図はそれぞれ本発明による三光束干
渉計の他の実施例を示す構成図である。 １０・・・光源、２０・・・第１の光路、２２・・・第
２の光路、２４・・・検知器、３０・・・駆動機構、３
５・・・往復運動機構、４０・・・半透鏡、４２・・・
半透鏡面、４５・・・固定光学楔、５０．６０・・・平
面鏡、５５．５７第　１０ 第３（２） 第４［２１ 第　Ｖ図 第７０ ′＄８（２）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、光源と、第１および第２の反射鏡と、検出器と、平
   行な対面を有する第１の固定光学体と、この固定光学体
   と対向して配置された第２の固定光学体と、この第２の
   固定光学体と近接対向して配置された可動光学体とを少
   なくとも備え、前記各光体を間にして前記光源と第１の
   反射鏡が直線状にまたこの直線と直交する直線状に検知
   器と第２の反射鏡とが固定配置され、前記各直線の交点
   を横切り前記第１の固定光学体と第２の固定光学体の互
   いに対向する面のいずれか一方に形成された半透鏡面を
   有し、前記第２の固定光学体および可動光学体は互いに
   異なる方向に頂角を有する楔状でかつ前記第２の固定光
   学体の第１の固定光学体と対向する面と前記可動光学体
   の第２の反射鏡と対向する−とが常時平行となっている
   ことを特徴とする屈折的走査方法を用いた三光束干渉計
   。