JPS61501876A - インタ−フェログラムのためのサンプル信号発生装置および方法 - 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】 インターフェログラムのためのサンプル信号発生装置および方法 発明の分野 本発明は、サンプル材料のスペクトル吸収特性を測定するために光を使用するス ペクトル光度測定装置に間し、特にスペクトルデータを得るために干渉計とレー ザとを使用する赤外吸収特性のフーリエ変換分析に関する。

発明の背景 フーリエ変換赤外線（ＦＴ−ＩＲ）スペクトル光度計は、２つの基本パーツから 成る。すなわち（１）赤外光ビームがサンプルを通過する前に通過する干渉計を 含む光学装置と、（２）サンプルから出る光に含まれたスペクトル情報を分析す るのに使用される専用コンピュータである。ＦＴ−ｒＲスペクトル光度計の改良 装置の長所は、サンプルに当てられた赤外線ビームの波長変化を得てスペクトル 特性を測定するのに、回折格子すなわちプリズムよりもむしろ干渉計を使用する ことから得られる。干渉計では、サンプルの完全なスペクトルプロフィールを測 定することができると共に分析精度が高まり、しかも前準備時間が少ない。

サンプルを通過する赤外光の波長を変えて分析するために、ＦＴ−Ｉ　Ｒスペク トル光陰測定に使用されるようなマイケルソン干渉針の操作は周知である。この 干渉計は２つの直交する光路から成り、各々の光路にはその光路を通る光を反射 するためにその端部に反射体、すなわちミラーが配設されている。一方の光路の ミラーは光ビームはビームスプリッタによって２つのコンポーネントに光学的に 分けられ、そのビームの側々のコンポーネントは各光路を通ることになる。各光 ビームコンポーネントが反射してその夫々の光路に沿って向きを直した後１両コ ンポーネントはビームスプリッタを通って再び結合されて建設的かつ破壊的に干 渉する。結合されたビームは、サンプルを通って光検出器に集光され、該検出器 によりビームの周波数の範囲の強度と強度変化を測定される。

結合された光ビームの選択されたどの周波数の強度特性も、ビームコンポーネン トが通る光路の長さの差に一部依存する。一般に、可動ミラーが一定の速度で軸 方向に移動、すなわちスキャンされる時、出てきた光ビームの強度は干渉計を通 り抜ける光の選択されたどの波長の場合にも規則的なサイン曲線的に変化する。

干渉計から出てくる典型的な赤外光ビームは、その多色性質のために変調周波数 の複雑な混合体である。赤外光ビームは、サンプル材を通過した後、そのサンプ ルによって吸収された光の固有波長を決定するために検出することができる。こ れは、その光ビームが干渉計を出る時に予想される規則的なサイン曲線形強度パ ターンの変化を測定することによって達成される。出てくるビームを構成してい る各々の光の波長のサイン曲線パターンの特性の違いの測定値は、サンプルが吸 収した光の波長を表わす、測定された赤外光吸収特性はスペクトルデータを提供 し、それによってサンプルを成す物質が決定される。

現出する光ビームの強度変調を測定する検出器の出力信号は可動ミラーがスキャ ンしている間中非常に正確な間隔で記録することができ、そうしてインターフェ ログラムとして知られているプロットが形成される。インターフェログラムは、 干渉計を通過する赤外線ビームの両コンポーネントが通る光路の長さの差の関数 として赤外線検出器で生じた出力信号を示しているデータポイントの記録である 。サンプルは、改善された信号と雑音比の特性を有する平均的なインターフェロ グラムを得るために、連続的にスキャンされる。この平均的なインターフェログ ラムは、サンプル材料のスペクトル特性に関する情報とデータを提供する。数学 的に処理した後、サンプル構成体のスペクトル指紋を得るべくフーリエ変換計算 がそのインターフェログラムで成される。その結果は、そのサンプルの構成物質 を決定るために周知の基準データと比較される。

殆どのフーリエ変換技術では、正確な結果を得るために多数のインターフェログ ラムを平均化することが必要である。可動ミラーを３２〜５０回スキャンさせて 、その間に得られた測定値が平均化される。１つのインターフェログラムは、他 の関係あるインターフェログラムと平均する際の精度を維持するために、正確に 再現されることが重要である。インターフェログラムはミラー位置の関数として 形成されるので、もしもデータポイントを測定してインターフェログラムを形成 する時のミラー位置の決定がもっと正確になれば、もっと正確なインターフェロ グラムと応用フーリエ変換が得られることになろう。

インターフェログラムを形成する際の正確度と再現性を得るために、データポイ ント測定（サンプル制御！ｌ）のタイミングとミラー位置の変更の両方は正確に 制御されなければならない、言いかえれば、データポイントを測定する時、スキ ャン時にミラーの正確な位置が決定されねばならない。

最新の装置は、レーザビームを干渉計に通すと共に赤外光ビームを使用すること によってサンプル比とミラー速度の制御および／またはミラー位置の測定を行な っている。レーザビームは、可動ミラーの運動および／または位置を直接測定し て干渉計の光路の長さの変化を正確に決定するのに使用される。レーザビームは 、ビームスプリッタによって赤外光ビームと同じように光学的に分割され。

しかも同じ光路変化を通過するので、結合されたレーザビームは、可動ミラーの スキャン速度に関する情報を有している強度干渉パターンを表示する測定可能な 重色光波長を示す、この強度干渉パターンは、さらに、スキャンしている間ミラ ーの位置を表示し、しかもミラー移動の均一の間隔でのデータポイントの収集を 決定して相互に関連させるのに役立つ。

従来の装置では、可動ミラーが一定速度で動いている時、長さが変わる光路を通 るレーザビームのコンポーネントにドツプラーの光周波数変化が生じる。ドー、 プラー受化が生じたコンポーネントが固定長光路を通るコンポーネントと結合す ると、測定可能な振幅変調すなわちうなり信号を示す周波数に変調されたビーム が形成されて、ミラー位置および／または速度を決定するた・めに分析される強 度変化すなわち縞パターンを生じる。多くのレーザによって形成されるレーザビ ームの周波数は一般の検出器で測定するにはあまりにも高すぎるので、うなり信 号が有益である。

従来の装置は、一般に、出てくるビームで５ＫＨｚの振幅変調すなわちうなり信 号周波数を生じる速宴で可動ミラーを駆動する。うなり信号周波数はドツプラー の周波数変化の大きさに等しい、何故なら、それらが通過した後結合した光ビー ムコンポーネント間の周波数の差に等しいからである。ミラー速度が早くなると 、うなり信号周波数は増大して信号分析力を増す、これに対し、ミラー速度が運 くなると、うなり信号は区別不能のポイントに減少する。この技術による制度は 、はぼ５０００中、１サイクルに保持されて非常に正確な速度および位置情報を 提供する。

しかしながら、従来の装置では、光路を通る光ビームのドツプラー周波数変化を 得るために可動ミラーが動いていなければならない、従って、結合した光ビーム における測定可能なうなり信号周波数を得るために、可動ミラーの運動が必要と なる。可動ミラーが静止している時には、干渉計の隣接する光路に沿って進むコ ンポーネント光ビームは結合されて同一周波数光ビームを形成する。何故なら、 どちらのコンポーネントにもドツプラーの周波数変化が生じていないからである 。結合して出てきたビームは、強度変調もうなり＠号も示さない、従って、ミラ ーが動いていない時には、ミラー位置またはミラー速度を決定するのに使用され る情報は出てきたレーザビームには含まれていない、このことは、可動ミラーが スキャンの端部に達して反対方向に向かうために停止上する時のように、ミラー が停止トしている時にはいつでも起こる。

さらに、従来の干渉装置では、ミラーのスキャンによって生じるドツプラーの周 波数変化はミラーの運動方向に関係なく結合した光ビームで同一強度変調効果を 生じる０例えば、ミラーが前方または後方のどちらかの方向に動く場合、５ＫＨ ｚの振幅変調すなわちうなり周波数が得られる。徒って、たとえ光路間の差が増 大または減少しても、出てきたレーザビームからミラー運動の方向を決定するこ とはで贋ない。この欠点は、一般に、正確なミラー位置がいつでも決定されるよ うにミラー運動方向を表示するためには別の回路を追加しなければならない。

さらに、従来の装置では、ミラーのスキャン速度が非常におそいので、出てくる 光ビームの振幅変調すなわちうなり周波数を測定するのが非常に困難になる０例 えば、　０　、３　ｃ　ｍ７秒の速度で動く場合に、出てくる光ビームに５ＫＨ ｚのうなり周波数が生じる。しかし、ミラーが０．０３ｃｍ／秒のスキャン速度 で駆動される場合には、うなり周波数は０．５ＫＨｚになって測定が困難になる 。従って、スキャン速度がおそくなると、結合した光ビームの変ＩＩ周波数は現 在の電子検出器では測定困難なレベルに低下し、正確性と分析力が低下すること になる。

Ｆ　Ｔ’−Ｉ　Ｒスペクトル光度計は、正確なインターフェログラムを形成し再 現する能力によって決まるサンプルの分析力に限度がある。光学装置の性能上重 要な部分は干渉計の可動ミラーである。この部分は、スペクトル光度計がインタ ーフェログラムを形成する精度を決める。スペクトル光度計がサンプルを分析し 得る精度は、インターフェログラムの精度と再現度、従って可動ミラーの速度と 位置を制御し、決定する測定器の能力に直接関係してくる。

可動ミラーの速度と位置を制御し、決定するための従来のレーザ基準の使用は、 決定するサンプルテストの精度とミラースキャン制御の限界に苦しみ続ける。ミ ラー位置の測定制度の改良とミラ一連間の制御によって、赤外線スペクトル光度 計のサンプル物質の分析精度が必然的に実質上改良されることになる。

灸ユム！！ 大発明は、継続中の米国特許出願第５８６．５２５号に記載された赤外線（ＩＲ ）スペクトル光度計における干渉計の可動ミラーを駆動させるための改良された ミラースキャンに有効なサンプリング制御信号を発生する方法および手段を含む 、大発明の方法および手段は、可動ミラーのスキャン範囲全体にわたってその位 置に関するサンプル測定のタイミングを正確に決定することができる。２つの周 波数コンポーネントを有するレーザビームを発生するレーザ装置と一般的なマイ ケルソン干渉計とを有するスペクトル光度計において、２次うなり信号が可動ミ ラーのスキャン範囲にわたってその位置の正確な変更の情報を占有することが見 出された。２次うなり信号は、ミラーの移動により、可動ミラー光路を通る光ビ ームに導入された周波数変化と等しい周波数を表わす、２次うなり信号の各サイ クルは、ミラー位置を正確に決定可能（計算可能）の変化を示す、従って、２次 うなり信号はサンプル比制御信号を発生するのに効果的に利用することができ、 このサンプル比制御信号はインターフェログラムの正確さおよび再現性を実質的 に増大させるべくミラースキャンの間中正確に等しい増加となるようにサンプル 測定に向けられる。

ヘリウム−ネオンレーザに磁界をかけることによって、周波数が僅かに異なる２ つの周波数コンポーネントを有するレーザビームが得られる。この現象は周知で あってゼーマンスプリット効果として説明される。レーザビームの両コンポーネ ント間の周波数の差は。

レーザサーボ制御回路によって選択された差に安定化される。これによって、一 定周波数の連続うなり信号が周波数の異なるコンポーネントのヘテロゲイン混合 体に基づく光ビームの強度変化によって表示される。安定化は、うなり信号を示 すレーザビームの周波数検出から発生された信号の位相を基準信号源により発生 されかつレーザビームの両コンポーネント間の選択された周波数差に等しい周波 数を宥する参照信号すなわち基準信号にロックすることにより達成される。

選択的に分離された周波数の異なるコンポーネントを宥するレーザビームは、干 渉計を通るように方向づけられる。そのビームの各周波数コンポーネントは、干 渉計の夫々の光路を通過した後、光の偏光技術によってその反対の周波数コンポ ーネントと結合される。

その結果中じた光ビームは、コンポ−ホント間の周波数差に、可動ミラーのスキ ャンによって生じたドツプラー周波数変化をプラスまたはマイナスしたものに等 しい周波数の強度変調すなわち主うなり信号を示す。結果として得られた光ビー ムの連続的に表示された変調すなわちうなり信号周波数により、干渉計中の可動 ミラーのスキャン速度と位置とを示す連続情報信号が発生される。

加えるに、得られたビームは、隠された強度変調すなわち２次基准信号を現わし 、この信号は可動ミラーのスキャンニングにより生じるドツプラ周波数変化に等 しい周波数を有する。ドツプラー効果から得られた周波数変化は可動ミラースキ ャン速度に比例するため　前記変化に等しい周波数の信号の各サイクルは、スキ ャンニング路に沿う可動ミラーの正確な移動を示す、この２次うなり信号は、ミ ラースキャンを通してサンプル測定を制御するために、大発明において認識され 、処理され、使用され、これにより可動ミラーの多くのスキャンの間中サンプル の吸収特性の正確さおよび再現性が実質的に増大される。この制御サーボシステ ムを使用するインターフェログラムのデータポイントの改良された分析により、 スペクトル光度針によるサンプル材料の分析の正確さが増大される。

図面の簡単な説明 第１図は赤外線とレーザ光ビームの光路を示すＩＲスペクトル光度計の概略図、 第２図はビームが干渉計を通過するときの２周波レーザビームの個々のコンポー ネント周波数モードの偏光間係を示すスペクトル光度針の干渉部分の概略図。

第３図は周波数ｔ、とｆ、＋Δｆを有する両コンポーネントを含むヘテロゲイン された信号およびそれから測定可能な２次うなり信号の波形を示す図である。

良豆二丑濃皇３１ 第１図を参照しながらフーリエ変換赤外線（ＦＴ−Ｉ　Ｒ）スペクトル光度計の 干渉計を説明する。入射光ビームの部分を２つの直交する光路１１，１３の各々 に沿わせるように位置づけられたビームスプリッタ１０を有するマイケルソン干 渉計を説明する。ビームスプリッタ１０は、磁気的影響を受けたレーザ装置１８ からのレーザビーム１６と、その境界線を赤外線光源２２によって生じる線２゜ で示す赤外線ビームとを受ける。一般に、赤外線ビーム２０は、非平面鏡２４で 反射され平行にされて干渉計に入る。一方、レーザビーム１６は、非平面鏡２４ の中央に配設された開口２６を経て直接ビームスブリフタｌＯに当てられる。

ビームスプリ７タ１０は、各々の光ビーム１６．２０の第１コンポーネントを、 ミラー１２で境界づけられる一定の長さの第１光路１１’に沿って導く、光ビー ム１６．２０は、ミラー１２で反射されて光路１１に沿ってビームススプリッタ ｌＯへ戻る。各光ビーム１６．２０の第２コンポーネントは、ビームスプリッタ １０によって、可動ミラー１４で境界づけられる第２光路１３に沿って導かれる 。可動ミラー１４は、光路１３に対して縦方向に動き、矢印１５で示されている 選択されたスキャン範囲内でその光路の長さを変えることができる。可動ミラー １４は、システムズ・マグネティック社で製造されパーツＮｏ、ＥＳ−１１２６ ９として重訳されているリニアモータを制御しているミラー駆動電子装置２８に よって駆動される。

光ビーム１６．２０の第２コンポーネントは、可動ミラー１４で反射され、光路 １３に沿ってビームスプリッタ１０に戻り、そこでそれらのコンポーネントは夫 々第１光路に沿って戻る光ビーム１６．２０の第１コンポーネントと再び結合す る。レーザビーム１６の第１および第２コンポーネントが結合したものは、第１ コンポーネントと第２コンポーネントとの異なる周波数の干渉によって生じる強 度変調による可動ミラー１４の速度と位置の情報を含んでいるヘテロゲインビー ム３０を形成する。第１および第２コンポーネントの異なる周波数は、長さが変 化する光路を通過する光コンポーネントに生じるドツプラー効果の周波数変化に 一部が起因している。赤外線ビーム２０の結合したコンポーネントはヘテロゲイ ンビーム３２を形成し、その周波数は特有の比率で変調されて、分析されるサン プル材料に適用できる赤外線の検知可能な周波数範囲を提供する。第１図および 第２図では、指向され反射されたビーム１６．２０を説明上斜めの関係にすなわ ち相互に傾斜する関係にあるものとして示すが、実際の干渉計ではそのような関 係にない。

結合されたレーザビームおよび赤外線光ビーム３０．３２は、夫々１反射鏡２４ と類似の反射鏡３４が配置されている干渉計の出口通路３３に沿って導かれる０ 反射鏡３４は平行な赤外線ビーム３２を受け、そのビームを反射してサンプルチ ャンバ３６で集光させる。その赤外線ビーム３２は、サンプルチャンバ３６を通 過して第３ミラー３８に達し、そこから赤外線光検出器４０に集光するように反 射される。光検出器４０は強度と周波数が変調された赤外線ビームを受けるが、 このビームはそれが通過するサンプル材料の吸収特性によって変調されたもので ある。赤外線ビームの変調は、インターフェログラムを発生させるのに使用され るビーム変調に比例する電気情報信号を形成するために検出される。

結合されたレーザビーム３０は、反射鏡３４の開口４２を通って干渉計から出て 行く、光ビーム３０は、検出器４４に導かれる。検出器４４で形成された電気信 号は、強度変調即ち光ビーム３０が示すうなり信号周波数を測定するのに使用さ れる。検出器４４は単に、出てくるレーザビーム３０の中央に適当な単一光検出 器を配置してその強度変調を検出するものでもよい、生じた信号は駆動信号を発 生させるためにミラースキャンサーボ制御装置５０に送られ。

その駆動信号は可動ミラー１４の運動速度と運動方向を制御するためにミラー駆 動電子装置２８に送られる。

Ｈｅ−Ｎｅレーザ装置１０は、測定可能な周波数差で分離され、しかも各々が反 対の円偏光を有する２つのコンポーネント周波数モード１６ａと１６ｂを有する レーザビーム１６を形成するように磁気作用を受けている。それらのコンボーネ ン）１６ａ、１６ｂの異なる周波数と極性は、干渉計に入って出て行くヘテロダ インレーザビームの連続情報信号を得るのに使用される。第２図において、２つ のコンポーネント周波数モードを有しているレーザビーム１６は、干渉計に入る 前に四分の一波長板１５を通過する。四分の一波長板１５は１円偏光されたコン ポーネントの各々を、直線偏光された一対のコンポーネントに変える０図面では 、直線偏光されたコンポーネントの１つは図面と平行な平面にバー１７で示され 、周波数のように、干渉計に導かれたレーザビームが各々個々の周波数と円偏光 とを有する２つのコンポーネントで成っているので、それらは２つの独立した光 学信号を提供すべく偏光技術によって修正することができる。

ビームスプリッタ１０により長さが一定の光路１１に沿って反射されたレーザビ ーム１６の第１コンポーネント２１は、第２の四分の一波長板２３を通り、ミラ ー１２で反射して再び四分の一波長板２３を通過してビームスプリッタ１０に戻 る。ビーム１６の１！ｇ１コンポーネント２１が四分の一波長板２３を２度通過 するために、各コンポーネント周波数モードの偏光がビーム１６の軸のまわりを ９０度回転することになる０例えば、固定長光路１１に入った際に水平に偏光さ れてバー１７で示される周波数ｆ１を有する第１周波数コンポーネント１７は、 光路１１からバー１７”で示されているように垂直に偏光されてビームスプリッ タ１ｏに戻る。

同様に、固定長光路１１に入って垂直に偏光され点１９で示された周波数ｆ２を 有する第２周波数コンポーネントは、光路１１からバー１９’で示すように水平 に偏光されてビームスプリッタ１０に戻る。

ビームスプリッタ１０を通過して可動ミラー１３の光路１３に沿って進むレーザ ビーム１６の第２コンポーネント２５は、偏光を変−えないで可動ミラー１４か ら反射される５しかしながら、ビームの第２コンポーネントの反射されたコンポ ーネント周波数モードの各々は、可動ミラー１４の動きによって生じるドツプラ ー効果に起因する値Δｆだけ周波数を変えられる。こうして周波数ｆ、を有する 周波数コンポーネントは周波数がｆｌ±Δｆに変わり、周波数ｆ２を有する周波 数コンポーネントは周波数がｆ２±Δｆに変ゎ光ビームの同様に偏光されたコン ポーネントだけをビームスプリッタ１０に通して結合できるので、第１光路１１ を通過しかつ偏光を９０度変えられた周波数ｆ、を有するレーザビームの周波数 コンポーネントは、同様の偏光により第２光路１３を通過した周波数ｆ２±Δｆ を有するレーザビームの周波数コンポーネントと結合することになる。従って、 １つの偏光面にある光ビーム２７の結合されたコンポーネントは、ｆ＋　−（ｆ ２±Δｆ）の周波数を示す、同様の手法により垂直偏光面にある光ビーム２９の 結合されたコンポーネントは、（ｆｓ±Δｆ）−ｆ２の周波数を示す、直交偏光 を有する光ビームコンポーネント２７と２９は、干渉計から偏光板３１を通って 導かれる。この偏光板は偏光した２つのコンポーネント２７または２９のうちの １つを除去する。従って、検出器４４は、夫々別の光路を通ってきたレーザビー ムの異なる周波数コンポーネントの結合により変調された周波数を有しかつ平面 上にある偏光を有する光ビームを受けるが、前記両党路では一方に、周波数にお いて変化するドツプラー変化Δｆが生じてもよい。

周波数のドツプラー変化Δｆは可動ミラー１４が動いている時にのみレーザビー ムコンポーネントに生じることに注記すべきである。可動ミラー１４が静止状態 の時には、ドツプラー効果は生じない、従って、ミラー１４が静止している時、 周波数ｆ、を有し、光路１１を通過する周波数コンポーネントはビームスプリッ タ１０で異なる周波数ｆ２を有し第２光路１３を通る同一偏光周波数コンポーネ ントと結合されて、振幅（強度）変調すなわち両コンポーネント周波数間の差す なわちｆ、−ｆ２に等しい周波数を有するうなり信号を示すヘテロダイン周波数 光ビームを生じる。先行技術の装置の場合と同様に周波数ｆ１とｆ２が等しけれ ば、うなり信号は発生しない。本発明に使用されているゼーマンスプリットコン ポーネント周波数モードの場合のように周波数ｆ、がｆ２と異なっている時、連 続するうなり信号が発生し、その周波数すなわちうなり信号周波数は１つのコン ポーネントの周波数におけるドアプラー変化Δｆによって変調される。従って、 光検出器４４は、たとえミラー１４が静止していても、測定可能な連続するうな り信号を有する光ビームを受ける。

でてきたレーザビーム３０は、また、可動ミラー１４のスキャンの間、隠された 強度変調すなわち２次うなり信号を示すことが見い出すレタ。この２次うなり信 号は、可動ミラー１４のスキャンニング路に沿うその移動の正確な情報を含んで いる。この２次うなり信号は、レーザビームのそれぞれのコンポーネント周波数 モードのいずれかの振幅変調として、ミラースキャンの間中測定することができ る。この棚幅変調は、第３図に示すように、対称のサイン波の色落線として規定 される。第３図を参照するに、前記色落線は４６で示され、前記レーザビームコ ンポーネントモード信号ｔ′に４８で示される。スキャンの間に検出されたレー ザビームは、周期的に変化する振幅のコンポーネントモード周波数を示す信号４ ８を発生する。

前記うなり信号すなわち包′Ｘ線４６の振幅変調の周波数は、それを形成すべく 結合された光ビームコンポーネントの周波数差に等しく、一般に妨害波現象とし て知られている。フィジクスの第１巻のハリディおよびレスニックを参照、前記 ２次うなり信号の周波数は、結合する干渉計に存在する光ビームのいくつかの部 分の周波数に等しい、前記２次うなり信号の周波数は、可動ミラー１４のスキャ ンの間干渉計声ら生じるレーザビーム３０から測定することができ、可動ミラー １４が一定の速度でスキャンしていると約５ＫＨｚの周波数を有する。２次うな り信号は、前記可動ミラーが移動しなくなると消滅する。

これらの測定から得られる情報を見ると、可動ミラーが一定の速度（実施例の装 置では０．１０８ｃｍ／秒）でスキャンされるとき予想される５ＫＨｚの理論的 周波数変化に対して現われる周波数（すなわち５ＫＨｚ）と同じであるため、２ 次うなり信号を測定することは、可変長光路１３を通るレーザビームコンポーネ ントモードに導入されたドツプラー効果周波数変化の測定であると考えられる。

振幅変調された信号４８の周波数がレーザビームコンポーネント周波数モードの 一方または他方の周波数にほぼ等しいので、２次うなり信号（振幅変調周波数） は、固定長光路１１を通る部分およびミラー１４の移動により導入されてドツプ ラ効果周波数変化を有する可変長光路１３を通る対応する部分を有するレーザビ ームの各コンポーネント周波数モードのヘテロゲイン結合により発生されると考 えられる。たとえば、周波数ｆ１のコンポーネントモードは、周波数ｆ！＋Δｆ のコンポーネントモードの修正された対応する部分と結合され、また周波数ｆ２ のコンポーネント周波数モードは周波数ｆ２＋Δｆのコンポーネントモードの修 正された対応する部分と結合される。

コンポーネント周波数モードは、干渉計の光学系すなわち四分の一波長板１５． ２３および偏光器３１の不完全な作動特性を経て一般に燃焼分析を妨げる偏光の 理論的直交面にもかかわらず、ドツプラー原理のために、周波数変位を有する修 正された類似の周波数コンポーネントと結合されることが理論的に説明される。

光学系の不完全な作動特性によ、す、コンポーネント周波数モードは、もし光学 系の理想的な光伝達特性が一般的に行なわれるならば、偏光すなわち実在しない 面に直角の振動のために一般に通路を反射され阻止され、低エネルギーで干渉計 を通る。これは、ビームから理論的に除去されるべき周波数ｆ、またはｆ２を有 する偏光された面のそれぞれに生じたレーザビーム中の付加的な複合強度変調に 起因する。

たとえば、水平偏光されたとして示すレーザビーム３ｏのコンポーネント２７は 、示された主周波数ｆ＋　−（ｆ２±Δ）の外に、可動ミラーがスキャンしてい るときに２次うなり信号として検出される周波数ｆ２　（ｆ２±Δ）のエネルギ ー信号に起因する周波数ｆ２の低エネルギー強度変調を含む、同様に、垂直に偏 光されたとして示す光ビーム３０のコンポーネント２９は、２次うなり信号とし て検出可能の周波数ｆ、とｆ、±Δの結合を有する低エネルギー信号に起因する 主周波数（ｆｌ±Δ）−ｆ２の外に周波数ｆ１の低エネルギー強度変調を含む。

でてきた光ビーム３０は、ゼロポイントから一方向の強度変調を示す信号得るた めに、半波整流電子装置を通して２次うなり信号を現わす電気的信号を得るべく 検出される。この信号は、その後、２次うなり信号の周波数５ＫＨｚ以外の周波 数を除去する帯域フィルタに通される。帯域フィルタは好ましくは処理信号の周 波数範囲４〜６ＫＨｚの信号の通過を許す。

処理された信号は、発生された周波数がドツプラー効果すなわち可動ミラーの移 動に依存するため、スキャンニング路に沿うミラー位置の正確な変化を認識する のに使用可能の周波数に処理される。

従って、この処理された信号の信号サイクルを計数し続けることにより、可動ミ ラーの正確な位置をミラースキャン路全体にわたって決定することができる。サ ンプル制御信号は、可動ミラー１４の各スキャンの間正確に同一のミラー位置で サンプル測定を行なうように、処理された信号に生じるサイクル数に応じて容易 に発生することができる。これは、サンプルデータ、従ってインターフェログラ ムの発生、高度の再現性を得ることができる。処理された信号を周期的に計数す ることは、選択された計数値を得る出力信号を生じる技術分野にいおて既知の電 子計数システムにより容易に行なうことができる。

２次うなり信号の強さは、でてきた光ビーム３０の軸線の偏光器を回転させるこ とにより制御し、最善の状態にすることができる。

偏光器３１を回転させると、該偏光器を通過する光の偏光面が変更される。偏光 器３１の回転位置を選択的調整にすることにより、２次うなり信号の強さをでて きたビーム３０の主コンポーネントから受ける信号強さに関係して容易に変調す ることができる。従って、２次うなり信号の最適にされた信号強さのためにでて きたビーム３０の光学的軸線の回りに変調器３１を選択的に回転させる手段を有 することが好ましい。

２次うなり信号を検出し、処理すると、ミラー位置の変化を直接かつ正確に決定 することができ、その結果、サンプル測定を可動ミラーの等しい移動位置で前記 信号の使用を通して管理することができる。これにより、可動ミラー３０のスキ ャン全体にわたって測定されるデータポイントの正確さおよび再現性が高くなり 、。

また分析結果を得るべく多くのインターフェログラムを測定し、゛平均化する改 良されたインターフェログラムを得ることができる。

＋ｍ＊ｍ＋１１４ＭＩＡｓｅｌｌｅ＃Ｉｌ＠＊Ｎｖ　ＰＣＴ／ＵＳ　８５１００ ６９１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．２つの周波数レーザビームを発生するためのレーザ装置と、光ビームを発生 するための光源と、ミラーの移動により前記レーザビームおよび前記光ビームの 波長を修正するための干渉計と、前記レーザビームおよび前記光ビームの強度を 検出するための検出器とを含むスペクトル光度計であって、１つの面以上に前記 ２つのレーザビームを選択的に偏光するための光学的手段と、前記ミラーの移動 を示す情報を提供する信号を発生すべく第１の偏光面における前記レーザビーム の変調を測定し、かつ、前記ミラーの位置を示す情報を提供する信号を発生すべ く第２の偏光面における前記レーザビームの変調を測定するための手段とを含む 、スペクトル光度計。
2. ２．サンプル材料を確認するために光ビームの特性を修正する干渉計を利用する スペクトル光度計であって、２つの周波数レーザビームを発生するレーザ装置と 、１つの面以上に前記レーザビームを選択的に偏光するための光学的素子と、前 記干渉計の作動を制御すべく前記２つの周波数レーザビームの１つの偏光を検出 するための手段とを含むスペクトル光度計において、前記２つの周波数レーザビ ームの第２の偏光面における強度変調を選択的に測定し、かつ、前記スペクトル 光度計を通る前記光ビーム測定を制御するのに使用するサンプル制御信号の発生 方法。