JPS62182628A - 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】 ［発明の背′Ａ］ 本発明は干渉測定、例えば光源から発せられる光の位相
を変調させ干渉縞を形成させるための干渉測定に関する
。

従来の干渉計は圧電気装置を利用しており、参照鏡を移
動させ、光の光学径路を変化させることによってその光
の位相変調を形成している。このような圧電気装置の利
用は一時的に電磁スペクトルの可視部分に作用する干渉
計としては充分であるか、赤外領域の光線の測定には適
当ではない。

なぜなら可視光線に比べて赤外線か長波長であるため、
光線の位相変調を形成させるための参照鏡の運動がかな
り大きいからである。

赤外領域における位相変調を得るためのひとつの方法と
して、英国４１Ｆ訂第１１９５８３９号明細どに特定さ
れているような平面かつ平行な光学板（光学モ板）を利
用する方法かあげられる。同明細：吋の開示内容は本明
細書の開示内容とする。

上記明細；りの開示内容は厳密には赤外線位相干渉方法
に関するものてはなく、全整色光線の広領域スペクトル
の分析に関するものである。同明細書は以下の方法を教
示している。即ち、光学平板の角度を伴なう回転（角回
転）か、光学平板と光が干渉計内部て通過する空気との
間の屈折率における差として、干渉計内の光の光路の長
さを変化させる。

この原理は従来型の位相干渉計には直接に適用され得る
が、光学平板の角度が変わると、見掛は光学厚さの変化
か非直線状になるため、結果として起こる干渉パターン
の特質を解読することが困難であることは明らかである
。この非線状性は光学モ板の角度（０）と見掛は光学厚
さくＯＴ）との関係によって引き起こされ、以下の方程
式で表わされる。

ＯＴ　＝　２丁［Ｎ　　Ｃｏ５（５ＩＮ−’　０　／　
Ｎ　）　　−Ｃｏ５０　　］たたし、Ｔは厚さであり、
Ｎは光学モ板のＪｒｉｉ折率である。

Ｌ記方程式をグラフに描くと、全く非直線状になること
かわかる。これに対して、Ｌ記英国特許第１１９５８３
９号明細Ｊ）は光学モ板の回転軸を回転させるために光
学モ板側を支える相関ディスクを使用することを教示し
ている。相関ディスクには、間隔をもって非直線状に適
ちなマークが付されており、光検知器を使用して光学モ
板か振動している間にそのマークを読み取る。得られた
信号は次にコンピューターで処理されて線状解読か可能
になり、さらにこの線状解読によって干渉パターンに相
当する信号を取り出すことかできる。

この方法の不利な点は、かなり複雑な工程を有すること
である。

［発明の要旨］ 本発明の提供する第一の干渉計は、第一光学径路および
第二光学径路のそれぞれに沿って移動する実質的な単色
光から干渉パターンを形成するための干渉計であって、
それぞれの光学径路か光成分を共通の光学径路に戻すた
めの反射手段、第一光学径路および／または第二光学径
路における該尤の光学径路の長さを変化させて、これに
より共通光学径路内に干渉パターンを形成させるための
Ｌ段、形成された干渉パターンの参照部分を検知し、そ
の参照部分から参照信号を取り出すための第一検知手段
、干渉パターンを受信し、干渉パターンの連続部分を示
す信号を取り出すための第二検知手段、および上記参照
信号とｉ！ｌ！続信号とを対比させ、干渉パターンに対
応する光学位相差を表わす信ｔ）を取り出すためのＬ段
を有することを特徴とする一干渉計である。

第一検知手段には、共通光学径路上に形成された干渉パ
ターンから発せられる光か光線分割器によって供給され
ても良い。この場合、第一検知手段は共通光学径路の軸
線に対して実質的に直角である光学径路内に設６されて
も良い。このような配置においては、光線分割器は干渉
パターンか選択的にスクリーン（例、すりガラススクリ
ーン）等の映像手段に直接に向かうように回転可能にし
ても良い。このような配置においては干渉計内の反射鏡
を一列にすることがてき、それによって第一および第二
光学径路の両軸線を共通光学径路上で確実に一致させる
ことがてきる。反射鏡の一列化か行なわれると、光線分
割器は回転して元の位置に戻ることかできるため、干渉
パターンのうちて必要とされる参照部分を第一検知手段
に直進させることができる。

第二検知手段か単一の検知器から成る場合には、干渉パ
ターンを走査するための好適な走査手段かその上に設け
られていても良い、あるいは、もし第二検知手段がそれ
ぞれの検知器か干渉パターの特定部分に対応する一連の
検知器から成る場合には、干渉パターンはレンズ等の光
学部材によってその一連の検知器玉で直接、に映像化さ
れてもよい。

本発明の提供する第二の干渉計は、第一光学径路および
第二光学径路のそれぞれに沿って移動する光から干渉パ
ターンを形成するための干渉計であって、個々の光学径
路は光成分を共通光学径路に戻すための反射手段、第一
および第二光学径路内に位置しその角運動によって第一
光学径路および第二光学径路における径路の長さの差が
実質的に変化させられるように配置された光屈折手段、
および該光屈折手段を振動させ、これにより径路の長さ
の差を変化させて共通光学径路内に干渉パターンを形成
させるための手段を有する干渉計である。

本発明に従う第二の干渉計において、屈折手段は好まし
くは一対の乎行平面を有する光学板から成り、一方の光
学板は第一光学径路内に位置し、他方は第二光学径路内
に位置している。この配置は一方の光学径路における光
学板の角度か増加すると、同時に他方の光学径路におけ
る光学板の角度が減少するような配置であり、またそれ
ぞれの光学径路の非線状性を互いに打ち消し合う傾向に
ある。このようにして干渉計には光学径路の長さの実質
的な線状変化がもたらされる。

以北に記載した配置の代わりに、第一光学径路と第二光
学径路とか、それぞれの径路の長さ内のある地点て交叉
するように干渉計か設置される場合には、単一のモ行平
面を有する光学板か設けられていても良い。この場合、
その屯−の光学板は第一および第二光学径路の光学軸線
を光学軸線の交差地点で部分する角度で設置される。こ
の配置は光学板の角回転か一方の光学径路の長さを増加
させ、これに相応して、他方の光学径路の長さを減少さ
せるような配置である。

［発明の詳細な記述］ 添付した図面を例にとって以ｆ本発明を詳述する。

まず第１図について述べると、第１図は干渉計の部分概
略図であり、矢印で示される中色光か、例えばレーザー
光源て代表される光源から発せられる。干渉計は一般に
参照光路２と測定光路３を有している。光線分割器４は
、光源ｌの光学軸線に対して４５度の角度で配置され、
常法に従ってＬ記光路２および３の方向に光線を分割す
る。

光路２および３は、それぞれ光源ｌから発せられる光成
分を共通光学径路７に戻すための反射手段、すなわち反
射鏡５および６を有している。

ｈａした干渉計の配置は一般に知られている。

反射鏡５の参照光路２と光線分割器４との間には、回転
軸のまわりを回転可能な平行平面の形態を有する光学板
８か設置されている。この配ｌは、反射鏡５の平面から
隔てられた回転軸運動の増加に伴なって、光路２の光学
径路の長さが明らかに増加するような配置となっている
。この増加は光学板８と光路２の残部において光か通過
する空気媒体との間の屈折率の差によって起こる。

同様にして、ｌｌｌ１１定光路３における反射ｉＱ６と
光線分割器４との間には回転軸のまわりを回転可能な平
行平面の形Ｉ息の光学板９か配置される。この配置もま
た１反射鏡６の平面から隔てられた回転軸運動の増加に
伴なって、光路３の光学径路の長さが明らかに増加する
ような配置となっている。

本干渉計の使用においては、まず分析対象サンプル、例
えば光学ガラスの断片か光学板９と測定光路３の反射鏡
との間に設置される。光学板８および９は、一方の反射
鏡の角度が増加すると、他方の反射鏡の角度が減少する
ように同期的に変動（振動）するようになっている。代
表的な光学板Ｊｉｌ！動は弧状態でおよそ２度であるが
、その場合の反射鏡の振動周波数は５０ヘルツである。

このようにして、線状に位相変化を起こす共通光学径路
７における干渉縞が形成され、その干渉縞によって、最
終干渉物の分析および／または形成が、より簡単になさ
れる。

第２図は、光路２および３を併合した光学的厚さを示す
グラフてあり、ｘ、ｙ座標で表わされている。第２図に
・おいては、線状変調が際だっていることかわかる。Ｘ
軸は屈折手段（併合体）の回転軸まわりの回転における
増加を表わし、Ｙ軸は各光路２．３の光学径路の長さに
おける変化を表わしている。

第３図は、第１図における配置の他の態様を表わす概略
図である。第３図においては、屈折手段は巾一体となっ
ている。参照光路２ａおよび測定光路３ａは第一光学径
路か第二光学径路とそれぞれの径路の長さ内のある地点
で交差するように配置されている。このことは−・対の
反射鏡ｌＯおよび１１が参照光路内に配置され、反射鏡
ｌＯが光源１ａに対して標僧的角度で配置されることに
よって達成される。第二の反射鏡１１は反射鏡１０から
の入射光に対して正常な測定光路３ａの光学径路の反対
側に配置されているため、その入射光は反射鏡ｌｌによ
って反射される。

第一の光学径路と第二の光学径路か交差する地点には単
一の屈折手段か平行平面の光学板１２の形態にて配置さ
れており、光学板１２は両光学径路の交差角を部分して
いる。上記の配置においては、両方の光学径路が同一の
光学板１２を共用しているのて、一方の光学径路におけ
る光学板の角度の増加が、同時に他方の光学径路におけ
る光学板の角度の減少を引き起すことか明らかである。

その結果、それぞれの光学径路が有する非線状性はＷい
に打ち消される傾向にあり、第２図に描かれたように実
質的な線状位相が得られる。しかしながら、上記のよう
に非線状性は打ち消されるにもかかわらず、それぞれの
光路における光学径路の有効長さの差は実際上に二倍に
なる。

第４図は第３図に関して概略記載された原理を利用した
干渉計の部分図である。該干渉計は硬質金属製基台１３
とそれを支える四本の支持脚１４（図面では二本のみか
描かれている）を含んで成る。基台１３の一方の端部側
のＬ面には金属ハウジング１５が設置され、該ハウシン
グ内には以下に記述する干渉計の種々の光学部材か収容
されている。

Ｌ記ハウシンク１５とは離れて、基台１３の他方の端部
には、直ゲした反射鏡支持体１６および反射鏡１７か備
えられている。反射鏡１７は第３図に示された反射鏡６
ａに相当する。ハウシンク１５と反射鏡１７との間には
、第一の部分球面反射鏡１８および第二の部分球面反射
鏡１９（図にはその一部か示されている）とを有する光
線拡張装置［例、ダール・キルクハム（［１ａ１１−１
（ｉｒｋｂａｍ）光線拡張器が知られている。］か概略
的に示されている。光線拡張器の設置は矢印で示された
光線を、干渉計の測定光路（３ｂて示されている）内て
拡張するのに役立つ。

基台１３の下面にはレーザ光源２０か固定されており、
レーザ光線の出力方向は矢印て示されている。レーザ光
源２０は特定の波長に合うように選択することかてき、
必要に応して電磁スペクトルの可視あるいは赤外領域の
光線供給用に切り変えることかできる。レーザ光線は光
学部材２２が備えらている基台１３の開口部に隣接した
基台１３に対して４５度の角度で設置されている反射鏡
２１の方向に直進する。光学部材２２の」二には、それ
に対応するハウシンク１５の開１］部か設けられおり、
その開口部には、光学部材２３．２４か設置されている
。光学部材２２，２３および２４はレーザ光源２０から
発せられる実質的な中色光を拡張するための光線拡張器
との組み合わせにより、光線の直径を約２５ｍｍにする
。

ハウシンク１５内には、光学部材２２．２３および２４
の上に光線分割器２５か基台１３のモ面に対して４５度
の角度て設置され、光源２０から発せられた入射光のお
よそ半分を参照光路２ｂに残り半分を測定光路３ｂに透
過させる。

参照光路２ｂは一対の移動可能（回転可能）な反射鏡２
６．２７から成り、それぞれの反射鏡は第３図に関して
記載し、言及された反射鏡１０および１１に相当する。

反射ｆｉ２６．２７の各々には一対のローレット目付き
ナツト２８が備えられ、その回転により反射鏡２６．２
７のそれぞれの角度あるいは光線分割器２５の角度を変
えることかできる。

参照光路２ｂの光学径路と測定光路３ｂの光学径路との
交差する位置には平行モ面の光学板２９（屈折部材）か
設けられている。光学板２９は第３図に関して記載され
、言及された光学板１２に１０当している。この光学板
２９はクリアトラン（Ｃｌｅａｒｔｒａｎ）から成り、
電気サーボモータ３１の動軸３０の一端て支持されてい
る。一般に光学板２９のモ面は参照光路２ｂと測定光路
３ｂの各々の光学径路の交差する角度を部分する。

共通光学径路７に設けられた光線分割器２５に隣接して
、焦点レンズ３２か設置されている。

焦点レンズは、以下に述べる干渉パターンを一点に集め
るためのものである。

ハウシンク１５内には、光学板２９とは隔たって光線分
割器２５の側にさらに光線分割器３３か１１シけられて
いる。光線分、Ｉ３器３３は、図にその位置か概略的に
示されているように回転ＩＩＴｉｋに軸着されている。

光線分割器３３の−Ｌには、ハウジンク１５の」一部に
固定された観測用接眼部３４か設けられている。接眼部
３４はすりガラス製の［Ｊ１１スクリーン３５を有して
おり、ＩＩＪＩＪＩＩＩスクリーン３５はレンズ３２の
焦点に対応する下端部か保護されている。

接眼部３４の反対側のハウジングの下部には、基台１３
を通過するように伸びている開口部か設けられている。

基台１３の下面にはこの開口部に連結した状態て光検知
器３６か固定されている。

本ＩＥ様においては、この光検知器３６を本発明の第一
検知手段とする。

ハウシング１５の側壁と光線分；’ｌ器３３との間には
走査装置か設けられており、走査装置は基本的には一対
の反射鏡３７．３８から成る。反射鏡３７．３８はサー
ボモータ３９および４０の各々の動軸上に備えつけられ
ており、また、サーボモータのそれぞれの動軸はお互い
に直行するように配置されている。この種の走査手段は
公知である。すなわち１例え＋！−１００走査線を有す
るテレビシミ棗ン型ラスター等における光線を走査する
ために用いられている。走査鏡（反射鏡）３７゜３８の
下方にはハウジング１５の開口部か設けられており、そ
の開口部は基台１３の開口部に対応している。基台１３
の下面には、この開口部に連結した状態で光検知器４１
か固定されている。本態様においては、この検知器４１
を本発明の第二検知手段とする。

測定操作においては、第３図に概略か描かれているよう
に、まず、測定対象物か測定径路３６に投入される。レ
ーザ光源２０から発せられた単色光は反射光２１によっ
て反射され、つづいて光拡張光学部材２２．２３および
２４によって拡張される。次に、拡張された光線は光線
分割器２５によっておおまかに部分され、部分された光
線のうち一方は参照光路２ｂに、他方は測定光路３ｂに
入射する。サーボモータ３１によって引き起こされる光
学板２９の角度を伴なう振動（角振動）は個々の光路の
光学径路の長さを変化させ、これによって、光線分割器
２５．３３との間の共通光学径路玉で２つの光線か再び
組み合わされた時に形成される干渉パターンの位相が変
調される。

１Ａにおいて直線で示されている光線分割器３３の位置
ては、１−渉パターンの一部か分割され、第一光検知器
３６方向に進む。この光線は、引き続いて形成されるモ
渉物の参照部分に対応する参照信号を取り出すために使
用される。光線分割器３３によって分割されない部分は
レンズ３２によって、走査鏡３７．３８に集光され、続
いて第二検知器４１上て走査される。検知器４１によっ
て干渉パターンの一走査時間に形成された信号は瞬時に
参照信号と対比される。形成された信号は次に測定対象
の光行差（ＡｂｅｒａＬｉｏｎ）図を構成するように処
理される。モータ３１および光学屈折板２９を駆動させ
るために、使用される電気信号の振幅を変えることによ
って、走査線当りの光学径路の差における変化を変える
ことがてきる〜従って、これに対応する光行差（Ａｂｅ
ｒａＬｉｏｎ）図の解像力を変えることができる。即ち
、光学板２９の振幅を変化させることにより、−走査当
りの異なった光線の波長（赤外線を含む）に対する同数
の位相変化を得ることかできる６ 干渉計からとり出される信号のｌ−３Ｆ、　＠揮ｔＴ社
は、走査鏡３７および３８のＩＩｓ　ｉｌ−回りの、あ
るいは非時計回りの運動の結果引き起こされるドツプラ
ー型の誤差を考慮して行なわれる。ドツプラー型誤差は
干渉縞の数および走査速度に比例しており、その誤差は
位相変化の割合と回じである。位相変化の割合は信号処
理過程て収集されたデータからの率であるので、誤差の
適切な相関積が導き出される。

接眼ｉ’ｉ！！３４およびスクリーン３５の設置は、干
渉計を構成する上で有用である。なぜなら光線分割器３
３か図に概略が示されている方向に回転する時、干渉パ
ターンかスクリーン３５上に一点に集められるからであ
る。もしスクリーン３５上に二つの点か現われると、＝
干渉計の光学部材の調整、−一般にはδ１１１２径路３
ｂにおける反射ω１７の調整か必要となってくる。赤外
線を作用させる場合は、スクリーン３５は一点に集めら
れた光線か裸眼でも見えることかできるように蛍光物質
か塗４ｊされていても良い。あるいは、スクリーンは設
置されなくても良く、それに代えて接限部３４には、レ
ンズ３２の焦点位ごに巾に開口部か設けられても良い。

その場合、光検知器はシステム内の光学部材を正確に一
列とするために用いられても良い。

すべての光学部材は、好ましくはフレアトラン（ＣＩｅ
ａｒｔｒａｎ）などのような７Ｉｌｔ磁スペクトルの可
視領域および赤外領域の両方に作用する物質から成る。

上述したことから明らかなように、可視光線および赤外
線の両者を測定するために本干渉計に必要とされること
は、異なったレーザと第二検知窓に切り変え、そして利
得を、午えられた波長に対する位相変化の正確な数か１
１ｔられるように光学板２９を駆動させるような信号に
変えることたけである。

なお、本明細、−一において使用される「光］は電磁ス
ペクトルの可視および不可視の両光線を包含しているこ
とを理解ずべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の−１に態様の原理を表わす簡略図であ
る。 第２［２Ｉ＋、を第１図に示された光′１径路の変化を
表わすクラツである。 第３図は第１図に示された態様における他の配置の原理
を表わす簡略図である。 第４図は：５３図に示された配置を利用した干渉計の部
分概略図であり、本発明の他の実ｋ　ｍ様の原理を表わ
している。 １．１ａ：光源、２．２ａ：参照光路。 ３．３ａ：測定光路、４：光線分割器。 ５．６二反射鏡、７：共通光学径路。 ８．９：光学板、１０．１１：反射鏡、１２：光学板、
１３：金属製基台、 １４：支持脚、１５：ハウジング。 １６二反射鏡支持体、１７：反射鏡、 １８：第一の部分球面反射鏡。 １９・第二の部分球面反射鏡、 ２０：レーザ光源、２１・反射鏡、 ２２．２３，２４：光学部材（光学屈折板）、２５　光
線分、１．１器、２６，２７：反射鏡、２８　ローレッ
ト１１付きナツト、 ２９、光学板（屈折部材）、３０：動軸、３１、サーボ
モータ、３２　レンス、 ３３：光線分割器、３４：接眼部。 ３５　：　ｒｄ１７１Ｈス’）　’）−ン、　　３６　
：　：５−光１ｊｔ知Ｘ、３７．３８：走査鏡（反射鏡
）。 ３９．４０：サーボモータ、 ４１、第一検知器 特許出願人　　ピルキントン・フラザーズ・ピー・エル
・シー 代　理　人　　弁理上　柳　川　泰　リｊ−Ｌ続７市ｊ
’Ｆ−ａ！を 昭和６２年　１月１６日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第一光学径路および第二光学径路のそれぞれに沿っ
   て移動する実質的な単色光から干渉パターンを形成する
   ための干渉計であって、それぞれの光学径路が光成分を
   共通の光学径路に戻すための反射手段、第一光学径路お
   よび／または第二光学径路における該光の光学径路の長
   さを変化させて、これにより共通光学径路内に干渉パタ
   ーンを形成させるための手段、形成された干渉パターン
   の参照部分を検知し、その参照部分から参照信号を取り
   出すための第一検知手段、干渉パターンを受信し、干渉
   パターンの連続部分を示す信号を取り出すための第二検
   知手段、および上記参照信号と連続信号とを対比させ、
   干渉パターンに対応する光学位相差を表わす信号を取り
   出すための手段を有することを特徴とする干渉計。 ２、共通光学径路上に形成された干渉パターンから発せ
   られる光が光線分割器によって上記第一検知器に供給さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の干渉
   計。 ３、上記第一検知手段が共通光学径路の軸線に対して実
   質的に直角である光学径路内に配置されていること特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の干渉計。 ４、上記光線分割器は干渉パターンが選択的に映像装置
   に直接入射できるように回転可能であり、また第一およ
   び第二光学径路の両軸線が共通光学径路上で確実に一致
   するように干渉計の反射手段が一列の状態に配置され得
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の干渉計
   。 ５、上記第二検知手段の上方に干渉パターンを走査する
   ための走査手段を含むことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の干渉計。 ６、上記第二検知手段が、それぞれの検知器が干渉パタ
   ーンの特定の一部分に対応する一連の検知器から成り、
   干渉パターンかその一連の検知器上で直接に映像化され
   ること特徴とする特許請求の範囲第１項記載の干渉計。 ７、干渉パターンがレンズ等の光学部材によって上記一
   連の検知器上で直接に映像化されることを特徴とする特
   許請求の範囲第６項記載の干渉計。 ８、第一光学径路および第二光学径路のそれぞれに沿っ
   て移動する光から干渉パターンを形成するための干渉計
   であって、それぞれの光学径路は光成分を共通光学径路
   に戻すための反射手段、第一および第二光学径路内に位
   置し、その角運動によって第一光学径路および第二光学
   径路における径路の長さの差が実質的に変化させられる
   ように配置された光屈折手段、および該光屈折手段を振
   動させ、これにより径路の長さの差が変化させ、共通光
   学径路内に干渉パターンを形成させるための手段を有す
   ること特徴とする干渉計。 ９、上記屈折手段が一対の平行平面からなる光学板から
   成り、一方の光学板は第一光学径路内に位置し、他方の
   光学板は第二光学径路内に位置し、一方の光学経路にお
   ける角位置が増加すると同時に、他方の光学径路におけ
   る角位置が減少し、それぞれの光学径路のもつ非線状性
   が互いに打ち消しあう傾向にあり、これによって実質的
   な線状変化がもたらされるような配置であること特徴と
   する特許請求の範囲第８項記載の干渉計。 １０、第一光学径路と第二光学径路とがそれぞれの径路
   の長さ内のある地点で交叉するように配置され、かつ単
   一の平面状光学板が設けられ、該光学板の角回転によっ
   て一方の光学径路の長さが増加し、これに相応して他の
   光学径路の長さが減少するような配置であることを特徴
   とする特許請求の範囲第８項記載の干渉計。 １１、上記単一の光学板が第一および第二光学径路の光
   学軸線を両光学軸線の交叉地点で二分する角度で設置さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載
   の干渉計。