JPS6022633A - フ−リエ分光器の高速ミラ−走査機構 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は高速ミラー走査機構に関し、さらに詳しくはフ
ーリエ分光器に用いる三光束干渉計の高速ミジー走査機
構に関する。

〔共通的技術〕

フーリエ分光器は広い波長領域を一度に、しかも高い８
７Ｎ比で短時間で画定でき８７Ｎ比を落とすことなく分
解能を高くすることができるという優れた特性を備えて
いるため固体物理学、化学、生物学、天文学さらにはプ
ラズマ計６１１ｊの分野で広く利用されている。とくに
プラズマ計測の分野においては、現在、世界各国の主要
なトーラス装置のほとんどにとシつけられ、プラズマの
標準的診断法としての地位を確立している。

フーリエ分光器は周知の通シ、基本的には三光束干渉計
の干渉信号であるインターフェログラムをフーリエ変換
してスペクトルをめるものであ↓ る。このフーリエ分光器に用いられる二光束渉計として （１）マイケルンン型干渉計 （２）テメラー格子型干渉計 （３）マーチン・パブレット型干渉計 がよく知られている。

第１図は本発明および従来のフーリエ分光器の高速ミラ
ー機構を含むマーチン・パブレット型干渉計の光学系の
構成を示す概略構成図で、図において、Ａはミラー機構
、１１は固定鏡、２は走査鏡、３は直線偏光器、４はビ
ームスプリッタ−１５は干渉信号であるインターフェロ
グラムを測定する検知器、６は走査鏡２の移動距離を検
知するモニターである。

査鏡２で反射される光束との二元束間に光路差を与える
だめに、干渉計を構成する一方の鋭又は格子を走査させ
なければならない。現在、これらの鋭又は格子を走査す
る方法として低速で走査する方法と高速で走査する方法
の二辿シがある。一般的に１）１工者は走査距離を長く
することができることから高分解測光の場合に用いられ
、高性能のネジとシンクロナスモータの組合せで連続駆
動する場合、あるいは高性能のネジとパルスモータの組
合せでストップ状に駆動する場合があることは周知であ
る。高速走査の場合は低速走査の場合に比べて走査距離
を長くとれず短くなるため分解能が上がらないが、短時
間に何回も繰返し走査し、それらをコヒーレン）Ｋ加え
合わせて平均をとることによ＃）Ｓ／Ｎ比を上げて高速
現象の測定ができるという利点があることが周知である
。

近年高速走査による測定において、よｐ高速現象の測定
が可能で、できるだけ分解能を高くしてＳ／Ｎ比のよい
測定ができるということから高速ミラー走畳機構の走査
距離と走査周波数の向上が望まれている。

〔従来技術〕

従来のフーリエ分光器の高速ミラー機構は、高速走査の
場合に使用されている尚速ミラー走査機構として走査鏡
を含む移動体を駆動走査機構によって直接す動するもの
である。この駆動走査機構の一例として電磁走査型の機
構を用いたものは電磁コイルのボビンに直接駆動負荷で
ある走査鏡を取りつけたものである。ちなみに走査鏡を
電磁コイルによって直接駆動する電磁走査型走査装置で
は走査周波数は３３Ｈｚ、走査距離は最大２０　ｈｔｉ
程度である。

このようなフーリエ分光器の高速ミラー機構を用いて分
解能を＾くするために走査距離を太きくした場合、よシ
高速現象の測定をするために走査周波数を向上させた場
合に発生する主要な問題は走有税の１駆動時に大きな駆
動推力を必要とすること、走査時に必要な駆動推力と同
等の大きさを持つ反力１（よって走査機構にづ駆動が発
生することである。す１１）ち従来のフーリエ分光器の
高速ミラー走査機構において、創動する走査鏡を含む移
動体の質量なＭ。、走五距１仙を１）０、走査周波数を
ｆＯとすると、走査鏡の走査を完全な正弦運動と仮定ず
れは：、駆動走査機構の１駆動推力Ｆは矢のく１）式で
表わされる。

Ｆ＝Ｍｏ（２Ｌｆｏ）”Ｄｏ　””（１）このように駆
動推力Ｆは、走査鏡を含む移動体の質量Ｍｏに比例する
ことは勿さ４のこと、分解１止を上けるために走を距離
を上げノヒリ、よｐ高速の現象の＆ｉ１１定ン行７！シ
フＥめに走査周波数ｌ・−ヒけると、す（６あった。

また駆動推力と空・価、を反力が１り動ル’ｘ　＜ＱＭ
横の１、ｌ定側に作用し、÷舟愉４走査Ｃ；ｚの）Ｖ査
１ｊ７にす合な振動を発生するという開店があつ７１こ
。こ台、らのｊ１２動の発生によって二光宋干渉計ン措
を戊する光学系のアライメントが動いたり、フーリエ分
光器と夕（部との間で相対的位置変動が発生するため高
コｅｉ　：Ｊ’ｌＨ象を高分解能で測定することができ
ｆ【いという欠点があ−りた。

〔発明の目的〕

ことにある。

すなわち、本発明の目的は上述のような点に逅みてなさ
れたものであり、非ｎにｉ’＋＋ｉ　Ｍｉ　ｔｒ：、構
成で走査鏡の走査時に発生する振動がきわめて小さく、
しかも７ｐ４鏡の走イｆ時における駆動走査機構の駆に
：Ｉｌ推力をきわめて小さくでき、結果的にょシ冒速現
象の測定お篩分解能の測定がＨ（能なフーリエ分ブＣ器
の高速ミラー走査機構を提供することにある。

るフーリエ分光器に用いる三光束干渉計の高速ミラー走
査機構においで、前詔炬査鐘を含む移動体と、前記移動
体と弾性体によって連結され前記移動体の走査と同期し
て位相がπラジアンだけずれか一方に揺動駆動力を与え
るだめの駆動走査機構とを含んで構成される。

〔発明の原理〕

本発明のフーリエ分光器の高速ミラー走査機構は、前記
移動体の質量と前記動釣合い質量体の質量および両者を
連結している弾性体によって構成される振動系の第２次
の固有振動型の振動数で揺動走査することＶＣよシ、従
来のフーリエ分光器の高速ミラー走査機構に見られた問
題点および欠点を除去した。

〔実施例の説明〕

次に、本発明の実施例につぃ゛ｃ１図面を参照し２て詳
細に説明する。

第２図は本発明の一実施例を示す機構概念図で、本発明
によるフーリエ分光器の高速ミラー走査毀構の機構概念
図、第３図は第２図に示すフーリエ分光器の高速ミラー
走査機構の力学的モデルを示す力学モデル図である。

第２図において、７は走査鏡８を固持して左右に揺動す
る移動体、９は走査鏡８を含む移動体７量体９を弾性的
に連結するコイルスプリングである。移動体７および動
釣合い質量体９はコイルスプリングｌＯで連結された状
態で高速ミラー走査機構の基台１１に固定された案内軸
２２上を蛇行することなく動くように支持されている。

１２は移動体７および動釣合い質量体９を連結するリン
クの装置で、商運ミンー走ｌ似信の基台１１に固定され
ている柚１３に回転できるように取シつけられている。

このり／り装置１２によシＵ動体７と動釣合い寅長体０
揺動方同は逆相になＺ）。１４゜１５．１（３はそれぞ
れ高速ミラー走査機構のム動走査機構ン構成する要素で
、１４は基台１１に固定された回転型のモータでモータ
１４のシャフト１７にクランクピスト／機構のクランク
の４Ｈ’ＯＢとして作用する偏心カム１５が１−！！２
９つけられている。

１６は連接棒で、その一端部は偏心カム１５の釉１８を
回転できるように枢支され、他端部は走査ｔ′ 鏡８を含Ｔ移動体７に固定された軸１９て回転学的モデ
ルを示す力学モデル図で、後述する説明の都合で三光束
干渉計を構成する他の主要な要素との関連を同時に示し
ている。

第３図において、７は走査鏡８を含む移動体、９は動釣
合い５ｉＬ量体、１０は移動体７と動釣合い質量体９を
連結するコイルスプリングを示している。１１は高速ミ
ラー走査機構の基台、２０．２１はそれぞれ三光束干渉
計を構成したとき罠基台１１に取９つけられるビームス
プリッタおよび固定鏡をそれぞれ示している。

次に、第２図、第３図を用いて本発明の高速ミラー走査
機構の動作について説明する。

走査鏡８を含む移動体７はモータ１４の回転によシ、同
モーメ１４のシャフト１７に取りつけられた偏心カム１
５．および連接棒１６によって構成される、いわゆるク
ランクピストン機構で予め設定された走査距離でもって
、基台１１に固足芒れた案内軸２２上を左右にほぼ厳正
に近い単弦振せることも可能である。クランクピストン
機構は機構的！簡単に単弦振動ｒ（近い揺動を移動体７
に与えることができる。第２図に示す実施例の高速ミラ
ー走査機構において、偏・しカム１５の偏心量Ａ Ａと遅接偉１６の長δＬの比■を小さく丁ればするほど
早り大振動に近＜　ｆｘる。

さて、偏心蓋ｋ（１）偏心カム１５を取９つＱブた七−
タ１４〃・回転ｈ＝Ｊ数数」で移動体７を変位加振する
と移動悴Ｖ災位Ｘ蓄は、次の（２）式で示３れる。

Ｘ、　＝　Ａｓ１ｎ　２ｒｆ　ｔ　−−・（２）ここで
悟ひ負伺、はスジ負荷以外の負荷をか。とフれば、ム４
勤４＋＋−力１１’Ｄ、に台ζ・仁１「ハ］するｉ’ｏ
を工移動体７の負負１ｖ月＋’ｊ、ｊｌＮクヤ）シ：廿
一体ソの買鮒ｈ１２．移励体゛ｌと動釣合い賀ｉ体９ビ
連結するコイルスフリンク１０の総会バネ加数にとの出
」洗は矢の（３ｊ　、　（４）式で示される艮、係があ
る。

Ｘ　Ｓｉｒ＋２πｆｔ＋ｌｉ’（、−（３）Ｆｏ　、、
　ニート’Ｄ　・　・　・　（４）ここで、移動体７の
負けＮ１！、動釣合い質量体９の質量Ｍｔ、　訃よび両
者を連結するコイルスプリング１０の総合バネ定数Ｋが
（５）式を満足するよう選定する。

総合バネ定数Ｋを（５）式のように選定してミラー走査
機構を構成すると、言い換えれば、移動体７の質量Ｍ、
と動釣合い質量体９の質量Ｍ、および両者を連結してい
るコイルスプリング１ｏの弾性体によって構成される振
動系の第２次の固有振動型の振動数で移動体７を揺動走
査すると、（３１、（４）式Ｋ　（５）式を代入した形
となり　ＦＤ＝　Ｆ’Ｏｒ　ＦＢ−−Ｆｏとなる。

これによシ、高速ミラー走査機構の駆動走査機構に必要
な駆動推力ＦＤは摩擦および粘性等による損失を補うだ
けでよく、また高速ミラー走査機構したがって、高速ミ
ラー走査機構の走査鏡８を含む移動体７の走査時におけ
る振動力がきわめて小さくなる。さらに、前述した駆動
推力ＦＤおよび基台１１に作用する反力−Ｆｏは走査周
波数ｆにほとんど無関係なので、フーリエ分光を高速で
測定するため、走査周波数ｆを上げても走査機構の駆動
推力、基台１１に作用する力は変わらない。

従って、本発明の高速ミラー走査機構によれば、測定の
分解能を上げるために走査距離を大きくしても、また、
関連測定をおこなうために走査周波数を大きくしても、
走査時の振動が極めて小さく、しかも走査時の駆動推力
が極めて小さいフーリエ分光器の高速ミラー走査機構が
実現できる。

すなわち、第３図に示しだように走査鏡を含む移動体７
の走査によって発生する振動が極めて小さいので基台１
１に取シつけたビームスプリンタ２０、固定鏡２１等の
光学的アライメントをずらすことがない。ひいては基台
１１の振動がないのでフーリエ分光器を構成する他の機
器との相対的走査機構の起動、停止の際にこの点を通過
すると異常振動をするが、移動体７と動釣合い質量体９
を連結するリンク装置１２があるので防市できる。

定常の走査時にはこのリンク装＠は必ずしも巷要でない
ことは言うまでもない。

の なお、本発明は以上説明した実施何稿造に限定されず、
本発明の主旨を逸脱しない範囲で柚々変形が可能である
。たとえば、第２図に示した実施例は走査鏡な含む移動
体を駆動機構で変位加振する例であるが、動釣合い質量
体を直接、変位加振するようにしてもよい。

また、駆動走査機構として回転型の１Ｅ気モータによる
クランクピストン（穴僕を用いた７Ｊｉ基本的には移動
体あるいは動釣合い質量体に単弦振ｆｊｔｕを与える駆
動走置機構ならどんなものでも利用できる。

たとえばリニアモータを使った躯動走を機構やエンジン
を使った駆動足ｉ機構も利用できる。

さ１つに、第２図に示す実施例では移動体と動釣合い質
量体を連結する弾性体と１７でコイルスプリングを使用
した例を示したが板バネ等の弾性体の使用も可能である
。移動体と動釣合い質量体を連結する弾性体の種類、連
結の仕方によシ第２図に示した実施例の高速ミラー走査
機構の構成において種々の変形が考えられる。

〔発明の効果〕

本発明の７一リエ分光器の高速ミラー走査機構は、走査
鏡な含む移動体と動釣合い質量体を弾性体で連結し、ミ
ラー走査機構の基台に固定された案内軸上揺動できるよ
うに構成し、基台に取シつけられた駆動走査截構で、移
動体および動釣合い質量体とこれらの両者を連結する弾
性体とで構成される振動系をこの振動系の第２次の固有
振動周波数で移動体ないしは動釣合い質量体を揺動させ
ることによシ、両者を互いにπラジアンだけ位相をずら
ししかも振幅がそれぞれの質量に反比例する振動をおこ
させて、走査鏡を含む移動体の走査によって発生するミ
ラー走査機構の振動を吸視させることができ、非常に簡
単な構成で振動を極めで小さくし、しかも走査時の、駆
動推力を小さくでき、結果的により高速現象の測定や高
分解能の測定が可能なフーリエ分光器の高速ミラー走査
機構を実現でき、本発明の目的を達成できるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明および従来のフーリエ分光器の高速ミラ
ー機構を含むマーチンパブレット型干渉計の光学系の構
成を示す概略構成図、第２図は本発明の一芙施例である
フーリエ分光器の高速ミラー走査機構の機構概念図、第
３図は第２図に示すフーリエ分光器の高速ミラー走査機
構の力学的モデルを示す力学モデル図である。 Ａ・・・・・・ミラー機構、１・・・・・・固定鏡、２
・・・・・・走査鏡、３・・・・・・直線偏光器、４・
・・・・・ビームスプリッタ−１５−・・・・・検知器
、６・・・・・・モニター、７・・・・・・移動体、８
・−・・・・走を鋭、９・・・−・・動釣合いν（量体
、１０・−・・・・コイルスプリング、１１・・・・・
・基台、１２・・・・・・リンク装置、１３・・・・・
・軸、１４・・・・・・モータ、１５・・・・・・偏心
カム、１６・・・・・・連接棒、１７・・・・・・シャ
ツ１−，１８・・・・・・軸、１９・・・・−・軸、２
０・・・・・・ビームスプリンター、２１・・・・・・
固定鏡、２２・・・・・・案内軸、Ｐ・・・・・・光。 　／）二′ 代理！（弁用１ｌ−ｊ）く　Ｉ市’　Ｊｌ岳　乙　゛ゝ
−第１図 躊２図 ２２　＋０　９　１０　１１ ノｔ９ｉフ 第３図 １２１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 走査鏡と基台に固定された固定鏡とを具備し前記走査鏡
   を左右に揺動させて二元束間に光路差を与えるフーリエ
   分光器に用る三光束干渉計の高速ミラー走査機構におい
   て、前記走査鏡を含む移動体と、前記移動体と弾性体に
   よって連結され前記移動体の走査と同期して位相がπラ
   ジアンだけずれて揺動する動釣合い質量体と、前記基台
   に固定され前記移動体および前記動的シ合い質量体のい
   Ａ＝一方に揺動駆動力を与えるだめの駆動走査機構を含
   むことを％徴とするフーリエ分光器の高速ミラー走査機
   構。