JPWO2011148726A1 - 干渉計およびフーリエ変換分光分析装置 - Google Patents

Abstract

参照光源（２１）からの参照光（半導体レーザ光）は、コリメート光学系（２２）によって平行光に変換され、ＢＳ（１３）で分離され、移動鏡（１６）および固定鏡（１５）で反射された後、ＢＳ（１３）で合成され、参照干渉光として第２の光検出器（２５）に導かれる。補正部（３０）は、第２の光検出器（２５）からの参照干渉光の受光信号に基づいて、移動鏡（１６）を介して第１の光検出器（１８）に入射する光と、固定鏡（１５）を介して第１の光検出器（１８）に入射する光との間の傾きを検出して補正する。上記構成において、参照光源（２１）の光出射面のサイズは、ＢＳ（１３）に入射する測定光の光出射面のサイズよりも小さい。

Description

本発明は、マイケルソン型の干渉計と、その干渉計を備えたフーリエ変換分光分析装置に関するものである。

ＦＴＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）に利用されるマイケルソン２光束干渉計では、光源から発した赤外光をビームスプリッタで固定鏡および移動鏡の２方向に分割し、その固定鏡および移動鏡でそれぞれ反射して戻ってきた光を上記ビームスプリッタで１つの光路に合成するという構成を採用している。移動鏡を前後に（入射光の光軸方向に）移動させると、分割された２光束の光路差が変化するため、合成された光はその移動鏡の移動量に応じて光の強度が変化する干渉光（インターフェログラム）となる。このインターフェログラムをサンプリングし、ＡＤ変換およびフーリエ変換することにより、入射光のスペクトル分布を求めることができ、このスペクトル分布から、波数（１／波長）ごとの干渉光の強度を求めることができる。

このようなＦＴＩＲにおいて高い性能を発揮するには、干渉計での干渉効率を最良に保つことが望ましい。そのためには、固定鏡および移動鏡とビームスプリッタとの角度関係をそれぞれ一定に保つ必要がある。つまり、ＦＴＩＲの分光精度（分解能）は、移動鏡の移動量に応じたものとなり、移動量が大きいほど高分解能となるが、移動鏡の移動量が大きいと、移動鏡の並進性を保つことが困難となり、移動鏡での反射光と固定鏡での反射光とで相対的な傾きが生じて（各反射光が光軸から傾いて）干渉光のコントラストが低下する。このため、上記傾きを補正することが必要となる。

そこで、例えば特許文献１では、干渉光を検出するセンサからの出力に基づいて、一方の反射面のチルト角を調整することにより、２つの反射面で反射される各光の相対的な傾きを補正している。

米国特許第４０５３２３１号明細書（Fig.１等参照）

ところで、上記のインターフェログラムは、移動鏡と固定鏡との位相差、すなわち、移動鏡での反射光と固定鏡での反射光との光路差の関数で示されることから、干渉光の強度を求めるにあたっては、移動鏡の位置（インターフェログラムのサンプリングのタイミング）を常に監視する必要がある。そこで、通常は、赤外光を出射する光源とは別に、干渉性（コヒーレンシー）の高いＨｅ−Ｎｅレーザなどの参照光源を用いて移動鏡の位置を監視している。具体的には、参照光源から出射される参照光をビームスプリッタで分離して移動鏡および固定鏡に導き、移動鏡および固定鏡で反射される各光をビームスプリッタで合成し、参照干渉光として位置検出用の参照検出器に導く。干渉性の高い参照光源を用いた場合、移動鏡の変位量が大きくても、移動鏡および固定鏡での各反射光は干渉する。したがって、移動鏡の変位量が大きくても、参照干渉光の強度に基づいて移動鏡の位置を求めることが可能となる。

この点、特許文献１では、移動鏡の位置検出については触れられていないが、２光路間での光の傾きを検出するための光源としてＨｅ−Ｎｅレーザを用いているので、このＨｅ−Ｎｅレーザを移動鏡の位置検出用の光源（参照光源）としても用いることにより、２光路間での光の傾きの検出と移動鏡の位置検出とを、１つのセンサ（参照検出器）で行うことができると考えられる。

ところが、Ｈｅ−Ｎｅレーザは大型であるとともに、波長の安定性を維持するために小型化することが困難である。このため、参照光源としてＨｅ−Ｎｅレーザを用いる構成では、装置自体が大型化する。

そこで、参照光源として、例えば半導体レーザを用いれば、装置を小型化することができると考えられる。ただし、半導体レーザ光はコリメートされていないので、参照光源として半導体レーザを用いる場合は、同時にコリメート光学系も必要となる。

しかし、コリメート光学系を用いると、斜入射による影響で、測定光の干渉光のコントラストが低下し、インターフェログラムを高精度に検出することができなくなる場合がある。

つまり、コリメート光学系を用いることにより、例えば、参照光源の光出射面の中心部から出射されてコリメート光学系を介して移動鏡に入射する光に対して、参照光源の光出射面の周辺部から出射されてコリメート光学系を介して移動鏡に入射する光の斜め入射の度合いが大きくなると、同じ参照光源から出射される上記２つの光の光路差が大きくなり、上記２つの光の干渉による干渉縞が参照検出器で発生する。このため、参照検出器からの出力に基づいて２光路間での光の傾きを検出して補正する構成では、上記傾きを高精度に検出して補正することができなくなる。その結果、測定光の干渉光のコントラストが低下し、インターフェログラムを高精度に検出することができなくなる。

近年では、世間的に安全や安心への関心が高まり、小型かつ高い性能を有する小型計測機器の需要が高まっている。このような背景のもと、高性能かつモバイル可能な小型の干渉系およびフーリエ変換分光分析装置は未だ開発されていない。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、参照検出器からの出力に基づいて２光路間での光の傾きを検出して補正する構成において、参照光源として半導体レーザを用い、コリメート光学系でコリメートする構成であっても、斜入射によるインターフェログラムのコントラストの低下を回避することができ、これによって、（１）小型の構成で、（２）移動鏡の移動量が大きく高分解能で、（３）インターフェログラムを高精度に検出することができる干渉計と、その干渉計を備えたフーリエ変換分光分析装置とを提供することにある。

本発明の干渉系は、移動鏡および固定鏡と、測定光を分離して前記移動鏡および前記固定鏡に導く一方、前記移動鏡および前記固定鏡にて反射された各光を合成するビームスプリッタと、前記移動鏡および前記固定鏡にて反射された各光を前記ビームスプリッタで合成してなる第１の干渉光を検出する第１の光検出器とを有する第１の光学系を備え、前記移動鏡を移動させて前記第１の干渉光を計測する干渉計であって、参照光源を有し、前記参照光源からの参照光を前記ビームスプリッタで分離して前記移動鏡および前記固定鏡に導き、前記移動鏡および前記固定鏡にて反射された各光を前記ビームスプリッタで合成してなる第２の干渉光を第２の光検出器に導く第２の光学系と、前記第２の光検出器からの前記第２の干渉光の受光信号に基づいて、前記移動鏡を介して前記第１の光検出器に入射する光と、前記固定鏡を介して前記第１の光検出器に入射する光との間の傾きを検出して補正する補正部とをさらに備え、前記第２の光検出器は、分割センサで構成されており、前記参照光源は、半導体レーザ、または前記半導体レーザから出射されるレーザ光を導波路またはファイバを介して射出するレーザ光源で構成されており、前記第２の光学系は、前記半導体レーザから出射されるレーザ光を平行光に変換するコリメート光学系を有しており、前記参照光源の光出射面のサイズは、前記測定光の光出射面のサイズよりも小さいことを特徴としている。

本発明によれば、参照光源の光出射面のサイズは、測定光の光出射面のサイズよりも小さいので、参照光源として半導体レーザを用い、コリメート光学系でコリメートする構成であっても、斜入射によるインターフェログラムのコントラストの低下を回避することができる。これにより、（１）参照光源として半導体レーザを用いた小型の構成で、（２）移動鏡の移動量が大きく高分解能で、（３）２光路間での光の傾きを高精度に検出し、補正することによってインターフェログラムを高精度に検出することができる。

本発明の実施の一形態のフーリエ変換分光分析装置の概略の構成を模式的に示す説明図である。 上記フーリエ変換分光分析装置に適用される干渉計の第２の光検出器の概略の構成を示す平面図である。 上記第２の光検出器での検出結果に基づいて出力される位相信号を示す説明図である。 上記フーリエ変換分光分析装置の他の構成を模式的に示す説明図である。 実施例１〜４における各パラメータを示す説明図である。

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。

〔フーリエ変換分光分析装置の構成〕
図１は、本実施形態のフーリエ変換分光分析装置の概略の構成を模式的に示す説明図である。この装置は、干渉計１と、演算部２と、出力部３とを有して構成されている。干渉計１は、２光路分岐型のマイケルソン干渉計で構成されているが、その詳細については後述する。演算部２は、干渉計１から出力される信号のサンプリング、Ａ／Ｄ変換およびフーリエ変換を行い、測定光に含まれる波長のスペクトル、すなわち、波数（１／波長）ごとの光の強度を示すスペクトルを生成する。出力部３は、演算部２にて生成されたスペクトルを出力（例えば表示）する。以下、干渉計１の詳細について説明する。

干渉計１は、第１の光学系１０と、第２の光学系２０と、補正部３０とを有している。以下、順に説明する。

第１の光学系１０は、測定用光源１１と、コリメート光学系（第１のコリメート光学系）１２と、ＢＳ（ビームスプリッタ）１３と、補償板１４と、固定鏡１５と、移動鏡１６と、集光光学系１７と、第１の光検出器１８と、駆動機構１９とを備えている。なお、ＢＳ１３に対する固定鏡１５と移動鏡１６との位置関係は、逆であってもよい。

測定用光源１１は、例えば複数波長を含む近赤外光を測定光として出射する。コリメート光学系１２は、測定用光源１１からの光を平行光に変換してＢＳ１３に導く光学系であり、例えばコリメータレンズで構成されている。ＢＳ１３は、入射光、すなわち、測定用光源１１から出射された光を２つの光に分離して、それぞれを固定鏡１５および移動鏡１６に導くとともに、固定鏡１５および移動鏡１６にて反射された各光を合成し、第１の干渉光として出射するものであり、例えばハーフミラーで構成されている。

補償板１４は、ＢＳ１３の厚み分の光路長、および光がＢＳ１３を透過する際の屈折による光路シフトを補正するための基板である。なお、干渉計１の組み方次第では、補償板１４を不要とすることもできる。

集光光学系１７は、ＢＳ１３にて合成されて出射された光を集光して第１の光検出器１８に導く光学系であり、例えばフォーカスレンズで構成されている。第１の光検出器１８は、ＢＳ１３から集光光学系１７を介して入射する第１の干渉光を受光してインターフェログラム（干渉パターン）を検出する。

駆動機構１９は、固定鏡１５にて反射される光の光路と、移動鏡１６にて反射される光の光路との差（光路長の差）が変化するように、移動鏡１６を光軸方向に平行移動（並進）させる移動機構であり、例えばＶＣＭ（ボイスコイルモータ）を用いた電磁式の駆動機構で構成されている。なお、駆動機構１９は、平行板ばね式の駆動機構で構成されてもよい。

上記の構成において、測定用光源１１から出射された光（測定光）は、コリメート光学系１２によって平行光に変換された後、ＢＳ１３での透過および反射によって２光束に分離される。分離された一方の光束は移動鏡１６で反射され、他方の光束は固定鏡１５で反射され、それぞれ元の光路を逆戻りしてＢＳ１３で重ね合わせられ、補償板１４を介して第１の干渉光として試料（図示せず）に照射される。このとき、駆動機構１９によって移動鏡１６を連続的に移動させながら試料に光が照射されるが、ＢＳ１３から各ミラー（移動鏡１６、固定鏡１５）までの光路長の差が波長の整数倍のときは、重ね合わされた光の強度は最大となる。一方、移動鏡１６の移動によって２つの光路長に差が生じている場合には、重ね合わされた光の強度に変化が生じる。試料を透過した光は、集光光学系１７にて集光されて第１の光検出器１８に入射し、そこでインターフェログラムとして検出される。

演算部２では、第１の光検出器１８からの検出信号（インターフェログラム）をサンプリングし、Ａ／Ｄ変換およびフーリエ変換することにより、波数ごとの光の強度を示すスペクトルが生成される。上記のスペクトルは、出力部３にて出力（例えば表示）され、このスペクトルに基づき、試料の特性（材料、構造、成分量など）を分析することが可能となる。

次に、第２の光学系２０および補正部３０について説明する。第２の光学系２０は、上記した第１の光学系１０と構成を一部共有しており、上述したＢＳ１３と、補償板１４と、固定鏡１５と、移動鏡１６とに加えて、参照光源２１と、コリメート光学系（第２のコリメート光学系）２２と、光路合成ミラー２３と、光路分離ミラー２４と、第２の光検出器２５とを有している。

参照光源２１は、移動鏡１６の位置を検出したり、演算部２でのサンプリングのタイミング信号を生成にするための光源であり、例えば赤色光や青色光を参照光として発光する半導体レーザで構成されている。すなわち、参照光源２１を構成する半導体レーザは、測定用光源１１から出射される光（近赤外光）の最短波長よりも短波長のレーザ光を出射する。なお、参照光源２１は、上記の半導体レーザから出射されるレーザ光を導波路またはファイバを介して射出するレーザ光源で構成されていてもよい。

コリメート光学系２２は、参照光源２１から出射されるレーザ光を平行光に変換してＢＳ１３に導く光学系であり、例えばコリメートレンズで構成されている。光路合成ミラー２３は、測定用光源１１からの光を透過させ、参照光源２１からの光を反射させることにより、これらの光の光路を同一光路に合成する光軸合成ビームコンバイナである。光路分離ミラー２４は、測定用光源１１から出射されてＢＳ１３を介して入射する光を透過させ、参照光源２１から出射されてＢＳ１３を介して入射する光を反射させることにより、これらの光の光路を分離するビームスプリッタである。

第２の光検出器２５は、参照光源２１から出射されてＢＳ１３を介して光路分離ミラー２４に入射し、そこで反射された光（第２の干渉光、参照干渉光）を検出する参照検出器であり、例えば４分割センサで構成されている。

補正部３０は、第２の光検出器２５からの第２の干渉光の受光信号に基づいて、測定用光源１１から移動鏡１６を介して第１の光検出器１８に入射する光と、測定用光源１１から固定鏡１５を介して第１の光検出器１８に入射する光との間の相対的な傾きを検出して補正するものである。なお、上記相対的な傾きは、固定鏡１５で反射された光の光軸に対する傾きと、移動鏡１６で反射された光の光軸に対する傾きとを足し合わせたものと考えてもよい。

ここで、本実施形態では、測定光側および参照光側の光軸が同軸であり、ＢＳ１３で分離された一方の光が移動鏡１６で反射されて再びＢＳ１３に入射するときの光路と、ＢＳ１３で分離された他方の光が固定鏡１５で反射されて再びＢＳ１３に入射するときの光路とが、第１の光学系１０と第２の光学系２０とで共通（同軸）になっている。この構成では、（１）測定用光源１１、ＢＳ１３、移動鏡１６、ＢＳ１３、第１の光検出器１８の順に進行する光と、測定用光源１１、ＢＳ１３、固定鏡１５、ＢＳ１３、第１の光検出器１８の順に進行する光との間の相対的な傾き（以下、第１の傾きとも称する）と、（２）参照光源２１、ＢＳ１３、移動鏡１６、ＢＳ１３、第２の光検出器２５の順に進行する光と、参照光源２１、ＢＳ１３、固定鏡１５、ＢＳ１３、第２の光検出器２５の順に進行する光との間の相対的な傾き（以下、第２の傾きとも称する）とが同じになる。したがって、補正部３０は、第２の光検出器２５からの第２の干渉光の受光信号に基づいて、第２の傾きを検出することにより、第１の傾きを検出したのと等価になり、第１の傾きを補正することができる。以下、第１の傾きおよび第２の傾きのことを、２光路間での光の傾きとも称する。

このような補正部３０は、具体的には、信号処理部３１と、光路補正装置３２とで構成されている。信号処理部３１は、第２の光検出器２５にて検出された第２の干渉光の強度に基づいて、２光路間での光の傾きを検出する。例えば、図２に示すように、第２の光検出器２５の４つの受光領域を反時計回りにＥ１〜Ｅ４とし、全体の受光領域の中心に第２の干渉光の光スポットＤが位置しているものとする。受光領域Ｅ１・Ｅ２で検出された光の強度の和をＡ１とし、受光領域Ｅ３・Ｅ４で検出された光の強度の和をＡ２としたときに、時間経過に対する強度Ａ１・Ａ２の変化を示す位相信号として、図３に示す信号が得られたとすると、これらの信号に基づいて２光路間での光の傾き（相対的な傾き方向および傾き量）を検出することができる。この例では、受光領域Ｅ１・Ｅ２と受光領域Ｅ３・Ｅ４とが並ぶ方向（図２では上下方向）に位相差Δに対応する角度だけ、２光路間で光の傾きが生じていることになる。なお、図３の縦軸の強度は相対値で示している。なお、位相信号の周波数が遅い（低い）場合、位相比較ではなく強度比から２光路間での光の傾きを検知することもできる。

また、信号処理部３１は、第２の光検出器２５にて検出された第２の干渉光の強度に基づいて、サンプリングのタイミングを示すパルス信号を生成する。演算部２は、このパルス信号の発生タイミングに同期して、第１の光検出器１８からの検出信号（インターフェログラム）をサンプリングし、デジタルデータに変換することになる。

光路補正装置３２は、信号処理部３１にて検出された２光路間での光の傾きに基づいて、固定鏡１５で反射される光の光路を補正するものであり、図１に示すように、先端が固定鏡１５と連結されて光軸方向に伸縮する複数の圧電素子３２ａと、これらの圧電素子３２ａに電圧を印加して圧電素子３２ａを伸縮させる駆動部３２ｂとを有して構成されている。なお、本実施形態では、圧電素子３２ａは４つ設けられているが、図１では２つの圧電素子３２ａのみを図示している。信号処理部３１での検出結果に基づいて、各圧電素子３２ａに印加する電圧を制御し、各圧電素子３２ａを伸縮させることにより、固定鏡１５の傾き（固定鏡１５での反射光の光路）を変化させることができる。

なお、光路補正装置３２は、信号処理部３１にて検出された２光路間での光の傾きに基づいて、移動鏡１６で反射される光の光路を補正するようにしてもよい。この場合、各圧電素子３２ａの先端を移動鏡１６の駆動機構１９の底部と連結し、各圧電素子３２ａを伸縮させることにより、移動鏡１６の傾きを変化させて、移動鏡１６で反射される光の光路を補正することができる。

上記の構成において、参照光源２１から出射された光は、コリメート光学系２２で平行光に変換された後、光路合成ミラー２３で反射されてＢＳ１３に入射し、そこで２光束に分離される。ＢＳ１３にて分離された一方の光束は移動鏡１６で反射され、他方の光束は固定鏡１５で反射され、それぞれ元の光路を逆戻りしてＢＳ１３で重ね合わせられ、補償板１４を介して第２の干渉光として試料（図示せず）に照射される。試料を透過した光は、光路分離ミラー２４で反射されて第２の光検出器２５に入射する。信号処理部３１は、上述のように、第２の光検出器２５にて検出された第２の干渉光の強度に基づいて、２光路間での光の傾きを検出し、光路補正装置３２が、信号処理部３１での検出結果に基づいて、固定鏡１５の姿勢（ＢＳ１３に対する角度）を調整し、固定鏡１５での反射光の光路を補正することになる。反射光の光路の補正、２光路間での光の傾きの検出、を繰り返すフィードバック制御を行うことにより、最終的には、２光路間での光の傾きを限りなくゼロに近づけることができる。

測定光は、ビーム径内でλ／２（λは測定光の波長）以上の位相差が生まれると、インターフェログラム測定時のコントラストが低下し、分光性能を悪化させてしまう。したがって、ビーム径をφとしたとき、測定光の最短波長において、ビーム径内にλ／２以上の位相差が生まれないように、λ／（２φ）（ｒａｄ．）以下に、２光路間での光の傾き（角度）を抑える必要がある。

本実施形態では、補正部３０によるフィードバック制御により、２光路間での光の傾きを限りなくゼロに近づけることができ、上記傾きをλ／（２φ）（ｒａｄ．）以下に抑えることができる。これにより、２光路間での光の傾きによって生じる第１の干渉光のコントラストの低下を抑えることができ、インターフェログラムを高精度に検出することができるる。したがって、演算部２でのフーリエ変換によって得られるスペクトルに基づく分光分析を精度よく行うことができる。移動鏡１６の移動量を増大させたときには、移動鏡１６の並進性が崩れて、２光路間での光の傾きが生じやすいので、このような場合に本実施形態の構成は特に有効となり、移動鏡１６の移動量を増大させて分解能を向上させることが可能となる。

また、本実施形態では、上述のように、ＢＳ１３−移動鏡１６間の光路と、ＢＳ１３−固定鏡１５間の光路とが、第１の光学系１０と第２の光学系２０とで同軸であり、測定光と参照光とは、ＢＳ１３と移動鏡１６との間、ＢＳ１３と固定鏡１５との間で同一の光路を通る。この構成では、外乱による２光路間の光の傾きおよび光路差の変動があっても、それらは第１の光学系１０と第２の光学系２０とで同じように働く。つまり、参照光側の第２の光学系２０は、測定光側の第１の光学系１０での変動を観測するものであり、測定光側と参照光側とで光軸を同軸として、同一空間を光が伝搬する構成とすることで、測定光側の光路変化や光路間の傾きの情報が参照光側に精度よく反映される。したがって、補正部３０は、第２の光学系２０の第２の光検出器２５での検出結果に基づき、外乱による計測誤差の影響を受けることなく、２光路間の光の傾きを検出、補正して、インターフェログラムのコントラストの低下を回避することができる。

また、第２の光検出器２５は、分割センサで構成されているので、補正部３０は分割センサの各領域からの信号に基づいて、一方の光に対する他方の光の傾き（傾き方向および傾き量（角度差））を確実に検出することができる。特に、第２の光検出器２５が４分割センサであれば、上述したように、補正部３０の信号処理部３１は、４分割センサの隣り合う２つの領域Ｅ１・Ｅ２の信号和と、残りの領域Ｅ３・Ｅ４の信号和とを取り、それらの信号和の位相比較によって２光路間での光の傾きを検出することができる。したがって、上記傾きの検出を高精度に行うことができる。

また、補正部３０は、固定鏡１５（または移動鏡１６）の傾きを調整することによって２光路間での光の傾きを補正するので、その補正を確実に行うことができる。

〔実施例〕
次に、本実施形態のフーリエ変換分光分析装置の実施例について、実施例１〜４として説明する。実施例１、３、４のフーリエ変換分光分析装置は、基本的には図１の構成であり、各パラメータが若干異なっている。実施例２のフーリエ変換分光分析装置は、基本的には図４の構成である。

図４は、フーリエ変換分光分析装置の他の構成を模式的に示す説明図である。実施例２の装置は、測定用光源１１は、例えば近赤外光を出射する光源１１ａと、光源１１ａに結合される光ファイバ１１ｂとからなるファイバ結合光学系で構成されている。また、参照光源２１は、赤色光を出射する半導体レーザかなる光源２１ａと、光源２１ａに結合される光ファイバ２１ｂとからなるファイバ結合光学系で構成されている。すなわち、第２の光学系２０の上記ファイバ結合光学系は、半導体レーザから出射されるレーザ光をファイバを介して射出するレーザ光源を構成している。なお、上記のファイバは、導波路であってもよい。実施例２の装置の残りの構成については、図１と同様である。

以下、実施例１〜４の各パラメータについて説明する。図５は、実施例１〜４の各パラメータを示す説明図である。なお、図５において、λ１は、測定光の最短波長（ｍｍ）を示す。ｒ１は、測定用光源１１の光出射面（実施例２では光ファイバ１１ｂの光出射面）の半径（ｍｍ）を示す。なお、上記光出射面は、基本的に円形とする。ＮＡ１は、測定光の入射側開口数、すなわち、コリメート光学系１２に入射する測定光の発散角（ｒａｄ．）を示す。ｆ１は、コリメート光学系１２の焦点距離（ｍｍ）を示す。φ１は、コリメート光学系１２にて平行光に変換された測定光のビーム径（ｍｍ）を示す。ＯＰＤ（optical phase difference）は、移動鏡１６の最大変位量（全幅）を示す。

λ２は、参照光の波長（ｍｍ）を示す。ｒ２は、参照光源２１の光出射面（実施例２では光ファイバ２１ｂの光出射面）の半径（ｍｍ）を示す。なお、上記光出射面は、基本的に円形とする。ＮＡ２は、参照光の入射側開口数、すなわち、コリメート光学系２２に入射する参照光の発散角（ｒａｄ．）を示す。ｆ２は、コリメート光学系２２の焦点距離（ｍｍ）を示す。φ２は、コリメート光学系２２にて平行光に変換された参照光のビーム径（ｍｍ）を示す。

αは、斜入射に対する感度を示す因子である。ここで、文献（「分光の基礎と方法」、工藤恵栄、オーム社、p.492-507、1985年）を参照しながら、斜入射について説明する。光源の光出射面がサイズを持つ場合、光源の周辺を出た光は、干渉計（ここではコリメート光学系以降の光学系を指す）に対して角度を持って入射するため、干渉計の軸に平行に入射した光と比べて光路差が余分につき、これらの光が干渉し合う結果、ビーム径内に干渉縞が発生し、インターフェログラムのコントラストを低下させる。このような斜入射の影響を回避できる条件を斜入射回避条件と称する。

このような斜入射回避条件は、以下の式で表わされる。
ｆ／２ｒ＞（１／２）・√（ＯＰＤ／λ） ・・・（Ｆ１）
ただし、
ｆ：コリメート光学系の焦点距離（ｍｍ）
ｒ：光源の光射出面の半径（ｍｍ）
ＯＰＤ：光路差（移動鏡の移動距離（全幅））（ｍｍ）
である。上記の（Ｆ１）式より、以下の（Ｆ２）式が得られる。
ｆ^２・λ／（ｒ^２・ＯＰＤ）＞１ ・・・（Ｆ２）

つまり、（Ｆ２）式は、左辺の値が右辺の１よりも大きくなければ、光源の中心部から出射される光と周辺部から出射される光とで光路差が生じてこれらの光が干渉し、斜入射による干渉縞が発生することを意味している。

本実施形態では、第１の光学系１０における（Ｆ２）式の左辺の値をＰ１とし、第２の光学系２０における（Ｆ２）式の左辺の値をＰ２としたときに、α＝Ｐ１／Ｐ２としている。実施例１〜４では、α＞１となっている。これは、斜入射による影響（感度）は、第１の光学系１０よりも第２の光学系２０のほうが小さい（鈍い）、すなわち、第２の光学系２０は、第１の光学系１０よりも斜入射の影響を受けにくいことを示している。

次に、βについて説明する。βは、測定光の２光路間の傾きに対する感度と参照光の２光路間の傾きに対する感度との比を示しており、本実施形態では、測定光側でコントラストが出ている範囲において、
β＝（λ２・φ１）／（λ１・φ２）＝（λ２／λ１）・（φ１／φ２）≧１．１
を満足している。ただし、上記したように、
λ１：測定光の最短波長（ｍｍ）
λ２：参照光の波長（ｍｍ）
φ１：コリメート光学系１２にて平行光に変換された測定光のビーム
径（ｍｍ）
φ２：コリメート光学系２２にて平行光に変換された参照光のビーム
径（ｍｍ）
である。

参照光の波長に対する測定光の最短波長の比（λ２／λ１）と、測定光のビーム径に対する参照光のビーム径の比（φ１／φ２）との積が下限値の１．１以上であれば、参照光の２光路間の傾きに対するコントラストの低下の度合いを、測定光の２光路間の傾きに対するコントラストの低下の度合いよりも鈍くすることができる。これにより、より広い角度範囲の傾き検出を行うことができ、外乱によって測定光の２光路間に角度がつき、インターフェログラムのコントラストが出なくなるような場合でも、参照光の２光路間の傾きを検出して補正することにより、上記インターフェログラムのコントラストの低下を抑えることができる。

なお、βの下限値を１．１とした理由は、以下の通りである。先に述べたλ／（２φ）（ｒａｄ．）は、干渉光のコントラストが全く出なくなる角度であるが、第２の光学系２０において、より広い角度範囲の傾き検出を行うためには、λ２／（２φ２）（ｒａｄ．）は、少なくともλ１／（２φ１）（ｒａｄ．）よりも大きいことが必要である。すなわち、（λ２／φ２）＞（λ１／φ１）であり、（λ２・φ１）／（λ１・φ２）＞１である。また、一般に、測定光の最もコントラストの良い状態で検出器の感度が十分発揮されるように、光源（光量）と検出器とが選択されるが、最もコントラストの良い状態に対してその１／１０程度のコントラストを検出できれば、検出器の感度としても十分である。このため、βの下限値を１．１としている。なお、コントラストを確実に検知するためには、β≧１．２であることが好ましい。

（光源サイズについて）
図５に示すように、実施例１〜４では、半径ｒ１およびｒ２を比較すればわかるように、参照光源２１の光出射面のサイズは、測定光の光出射面のサイズ（ここでは測定用光源１１）の光出射面のサイズよりも小さい。これにより、参照光源２１としての半導体レーザから出射されるレーザ光（半導体レーザから導波路またはファイバを介して射出されるレーザ光を含む）を、コリメート光学系２２で平行光に変換する構成において、コリメート光学系２２を用いることによる斜入射の影響を回避できる。

つまり、参照光源２１の光出射面のサイズが、測定用光源１１の光出射面のサイズよりも小さいと、参照光源２１の光出射面の中心部から出射されてコリメート光学系２２を介して移動鏡１６に入射する光に対して、参照光源２１の光出射面の周辺部から出射されてコリメート光学系２２を介して移動鏡１６に入射する光の斜め入射の度合いが、測定光側よりも小さくなる。これにより、同じ参照光源２１から出射される上記２つの光の光路差が小さくなり、上記２つの光の干渉による干渉縞が第２の光検出器２５で発生するのを低減することができる。したがって、補正部３０は、第２の光検出器２５からの第２の干渉光の受光信号に基づいて、２光路間での光の傾きを高精度に検出することができる。その結果、半導体レーザから出射されるレーザ光を、コリメート光学系２２で平行光に変換する構成であっても、補正部３０による傾きの補正を確実に行うことができ、第１の光検出器１８で検出されるインターフェログラムのコントラストの低下を確実に抑えることができる。

このとき、半導体レーザは、参照光源２１として従来用いられているＨｅ−Ｎｅレーザに比べて小型であるので、コリメート光学系２２を用いる場合でも、小型のコリメート光学系２２を用いることができ、装置全体が大型化することはない。

よって、実施例１〜４の構成によれば、（１）参照光源２１として半導体レーザを用いた小型の構成で、（２）移動鏡１５の移動量が大きく高分解能で、（３）２光路間での光の傾きを高精度に検出し、補正することによってインターフェログラムを高精度に検出することができる干渉計１およびフーリエ変換分光分析装置を実現することができる。

特に、測定用光源１１の光出射面の直径をＬ１（ｍｍ）とし、参照光源２１の光出射面の直径をＬ２（ｍｍ）とすると、実施例１〜４では、
Ｌ２／Ｌ１≦１／３
を満足している。ただし、Ｌ１＝２ｒ１、Ｌ２＝２ｒ２である。なお、上記の式は、
ｒ２／ｒ１≦１／３
と置き換えることもできる。

Ｌ２／Ｌ１≦１／３の条件を満たす場合、上述した（Ｆ２）式の左辺に「１／ｒ^２」の因子があることから、第２の光学系２０における斜入射回避条件は、第１の光学系１０における斜入射回避条件よりもおよそ１０倍緩和される。言い換えれば、参照光は、斜入射による影響を、測定光よりも１０倍程度受けないことになる。これにより、参照光源２１の中心部から出射される光と周辺部から出射される光との干渉による干渉縞の発生を確実に低減して、補正部３０における２光路間での光の傾きの検出をより高精度に行うことができる。なお、参照光源２１の光出射面のサイズは、測定用光源１１の光出射面のサイズの１／１０以下であることが望ましく、１／３０以下であることがさらに望ましい。

（ビーム径について）
実施例１〜４では、コリメート光学系２２にて平行光に変換された参照光のビーム径φ２は、コリメート光学系１２にて平行光に変換された測定光のビーム径φ１よりも小さい。

参照光のビーム径が大きいと、２光路間での光の傾きに対する感度が高くなり、２光路間で光の傾きが少し生じただけでも、上記傾きによって生じる干渉縞の本数が増大する。このため、上記傾きが大きい場合には、補正部３０が第２の光検出器２５からの第２の干渉光の受光信号に基づいて上記傾きを検出することができなくなる。

そこで、φ２＜φ１とすることにより、参照光側での上記傾きに対する感度を鈍くすることができ、上記傾きが大きい場合でも、上記傾きを検出することが可能となる。

（発散角について）
実施例２〜４では、コリメート光学系２２に入射する参照光の発散角ＮＡ２は、コリメート光学系１２に入射する測定光の発散角ＮＡ１よりも小さい。

コリメート光学系２２とコリメート光学系１２とで焦点距離を同じとした場合、参照光の発散角ＮＡ２を測定光の発散角ＮＡ１よりも小さくすることにより、コリメート光学系２２にて平行光に変換された後の参照光のビーム径φ２を、コリメート光学系１２にて平行光に変換された後の測定光のビーム径φ１よりも小さくすることができる。これにより、参照光側で上記傾きに対する感度を鈍くすることができ、参照光の２光路間での傾きが大きい場合でも、上記傾きを確実に検出することが可能となる。

また、コリメート光学系２２の焦点距離を長くして、コリメート光学系２２のシフト感度を小さくすることができ、外乱に強いフーリエ変換分光分析装置を実現することができる。なお、上記のシフト感度とは、参照光源２１に対してコリメート光学系２２がシフトしたときにコリメート光に与える影響度を指す。

つまり、コリメート光学系２２の焦点距離が短いほど、コリメート光学系２２の光軸に垂直な方向に参照光源２１がシフトしたときのコリメート光の放射方向の変化が大きくなり、また、参照光源２１に対してコリメート光学系２２が光軸方向にシフトしたときの、コリメート光の波面が曲率を持つ程度が大きくなる（コリメート光が集光または発散する程度が大きくなる）。しかし、コリメート光学系２２の焦点距離を長くすることで、このようなコリメート光に与える影響を小さく抑えることができ、外乱に強い装置を実現できる。

特に、参照光の発散角ＮＡ２は、０．１５以下（例えば０．１２以下または０．１以下）であることが望ましく、測定光の発散角ＮＡ１は、０．３以下（例えば０．２５以下または０．２２以下）であることが望ましい（単位はいずれもｒａｄ．）。この場合、実施例２のようにファイバ結合光学系で光源を構成する場合は、参照光源２１をシングルモードファイバまたは偏光保持ファイバを用いて構成することが可能となり、測定用光源１１をstep index型（ＳＩ型）ファイバあるいはgraded index型（ＧＩ型）ファイバを用いて構成することが可能となる。

（焦点距離について）
実施例１、２、４では、コリメート光学系２２の焦点距離ｆ２は、コリメート光学系１２の焦点距離ｆ１よりも短い。

参照光の発散角ＮＡ２と、測定光の発散角ＮＡ１とを同じとした場合、ｆ２＜ｆ１とすることにより、コリメート光学系２２にて平行光に変換された後の参照光のビーム径φ２を、コリメート光学系１２にて平行光に変換された後の測定光のビーム径φ１よりも小さくすることができる。これにより、参照光側で上記傾きに対する感度を鈍くすることができ、参照光の２光路間での傾きが大きい場合でも、上記傾きを確実に検出することが可能となる。

例えば、参照光の発散角ＮＡ２を０．１（ｒａｄ．）とし、測定光の発散角ＮＡ１を０．２（ｒａｄ．）とし、コリメート光学系２２の焦点距離ｆ２を８（ｍｍ）とし、コリメート光学系１２の焦点距離ｆ１を９（ｍｍ）とした場合、およそ、測定光のビーム径φ１＝３．６ｍｍに対して、参照光のビーム径φ２を１．６ｍｍと細くすることができる。これにより、測定光のビーム径と参照光のビーム径との比の分だけ、広い角度範囲で２光路間での光の傾きを検出をすることができる。

また、焦点距離ｆ２の短いコリメート光学系２２を用いることにより、参照光源２１からコリメート光学系２２までの距離を短くすることができ、装置を小型化することができる。

（参照光源の詳細について）
実施例１では、参照光源２１として、波長６６０ｎｍの赤色光を発光するＩｎＧａＩｎＰ系の端面発光型半導体レーザを用いている。波長６６０ｎｍの半導体レーザは普及しており、参照光源２１を安価に構成することができる。実施例２では、参照光源２１の光源２１ａとして波長６３０ｎｍの赤色光を発光する半導体レーザを用い、参照光源２１の光ファイバ２１ｂとして、偏光保持ファイバを用いている。これにより、光源サイズ（光ファイバ２１ｂの光出射面の直径）は４μｍと小さく、発散角ＮＡ２も０．１２（ｒａｄ．）と小さくなっている。実施例３では、参照光源２１として、波長４００ｎｍの青色光を発光する面発光タイプの半導体レーザ光源を用いており、発散角ＮＡ２は０．０４（ｒａｄ．）と小さくなっている。実施例４では、参照光源２１として、波長４００ｎｍの青色光を発光する端面発光タイプの半導体レーザ光源を用いており、光源サイズは小さいが、発散角ＮＡ２は０．３（ｒａｄ．）と大きくなっている。

ここで、多くの材料は、指紋領域と呼ばれる近赤外光および赤外光に吸収帯を持つことが多く、そのため、分光分析は、近赤外光および赤外光を用いて行うことが多い。このような分光分析では、第１の光学系１０および第２の光学系２０における光透過面（例えばＢＳ１３の光透過面）に反射防止コート（ＡＲコート）を施して光の利用効率を高めることが多い。

このとき、反射防止コートの設計上、広い帯域で反射防止特性を持たせることは困難である。また、反射を防止する波長帯域を広くとると、その波長帯域で反射率が上がってしまう。したがって、測定光が近赤外光である場合、実施例１および２のように、参照光を赤色半導体レーザ光として、参照光と測定光の波長帯域を近づけることにより、反射防止コートの設計を容易にすることが望ましい。

なお、本実施形態で用いる半導体レーザは、例えばＶＨＧ（Volume Holographic Gratin；体積ホログラム）によって特定の波長をレーザ共振器内へ戻し、発信波長をロックする構成であってもよい。これにより、半導体レーザの波長を安定化することができ、小型で安定したコヒーレント光源を実現することができる。

なお、本実施形態では、干渉計１が測定用光源１１を内蔵し、測定用光源１１から出射される測定光を用いて第１の干渉光を得る構成について説明したが、本発明の干渉計１は、必ずしも測定用光源１１を内蔵していなくてもよい。つまり、第１の干渉光を得るための測定光は、干渉計が内蔵している光源から出射される光であってもよいし、干渉計の外部から入射してくる光であってもよい。後者の場合でも、参照光源２１の光出射面のサイズが測定光の光出射面（外部光源の光出射面）のサイズよりも小さければ、上述した本発明の効果を得ることができる。

したがって、例えば、（１）干渉計の外部で試料に光を当てて、試料を介して得られる光を干渉計に入射させて分光分析を行う場合、（２）干渉計の外部から導入した光を用いて干渉計にて干渉光を生成し、その干渉光を試料に当てて分光分析を行う場合、（３）干渉計の外部から入射する光そのものを分析の対象とする場合、のいずれについても、本発明の干渉計１を適用することが可能である。

以上のように、本実施形態で説明した干渉系は、測定光をビームスプリッタで分離して移動鏡および固定鏡に導き、前記移動鏡および前記固定鏡にて反射された各光を前記ビームスプリッタで合成してなる第１の干渉光を第１の光検出器に導く第１の光学系を備え、前記移動鏡を移動させて前記第１の干渉光を計測する干渉計であって、参照光源を有し、前記参照光源からの参照光を前記ビームスプリッタで分離して前記移動鏡および前記固定鏡に導き、前記移動鏡および前記固定鏡にて反射された各光を前記ビームスプリッタで合成してなる第２の干渉光を第２の光検出器に導く第２の光学系と、前記第２の光検出器からの前記第２の干渉光の受光信号に基づいて、前記移動鏡を介して前記第１の光検出器に入射する光と、前記固定鏡を介して前記第１の光検出器に入射する光との間の傾きを検出して補正する補正部とをさらに備え、前記第２の光検出器は、分割センサで構成されており、前記参照光源は、半導体レーザ、または前記半導体レーザから出射されるレーザ光を導波路またはファイバを介して射出するレーザ光源で構成されており、前記第２の光学系は、前記半導体レーザから出射されるレーザ光を平行光に変換するコリメート光学系を有しており、前記参照光源の光出射面のサイズは、前記測定光の光出射面のサイズよりも小さい構成である。

上記の構成によれば、移動鏡の移動量を増大させたときに移動鏡の並進性が崩れ、２光路を進行して第１の光検出器に入射する各光に傾きが生じた場合でも、補正部によって上記傾きが補正されるので、上記傾きによって生じるインターフェログラムのコントラストの低下を抑えることができる。これにより、移動鏡の移動量を増大させても、インターフェログラムを高精度に検出することができる。

また、第２の光検出器が分割センサで構成されているので、補正部は分割センサの各領域からの信号に基づいて、一方の光に対する他方の光の傾き（傾き方向および傾き量（角度差））を確実に検出することができる。

また、参照光源としての半導体レーザから出射されるレーザ光（半導体レーザから出射されるレーザ光を導波路またはファイバを介して射出する場合も含む）を、コリメート光学系で平行光に変換する構成において、参照光源の光出射面のサイズは、測定光の光出射面のサイズよりも小さいので、コリメート光学系を用いることによる斜入射の影響を回避できる。

すなわち、参照光源の光出射面の中心部から出射されてコリメート光学系を介して移動鏡に入射する光に対して、参照光源の光出射面の周辺部から出射されてコリメート光学系を介して移動鏡に入射する光の斜め入射の度合いが、測定光側よりも小さくなるので、同じ参照光源から出射される上記２つの光の光路差が小さくなり、上記２つの光の干渉による干渉縞が第２の光検出器で発生するのを低減することができる。これにより、補正部は、第２の光検出器からの第２の干渉光の受光信号に基づいて、２光路間での光の傾き（移動鏡を介して得られる光と固定鏡を介して得られる光との相対的な傾き）を高精度に検出することができる。したがって、半導体レーザから出射されるレーザ光を、コリメート光学系で平行光に変換する構成であっても、補正部による傾きの補正を確実に行うことができ、インターフェログラムのコントラストの低下を確実に抑えることができる。

このとき、半導体レーザからなる参照光源は、参照光源として一般的に用いられているＨｅ−Ｎｅレーザに比べて小型であるので、コリメート光学系を用いる場合でも、小型のコリメート光学系を用いることができ、装置全体が大型化することはない。

よって、上記構成によれば、（１）参照光源として半導体レーザを用いた小型の構成で、（２）移動鏡の移動量が大きく高分解能で、（３）２光路間での光の傾きを高精度に検出し、補正することによってインターフェログラムを高精度に検出することができる干渉計を実現することができる。

なお、上記の測定光を出射する光源（測定用光源）は、干渉計の内部にあってもよいし、外部にあってもよい。つまり、干渉計にて第１の干渉光を得るための測定光は、干渉計が内蔵している光源から出射される光であってもよいし、干渉計の外部から入射してくる光であってもよい。

本実施形態の干渉系において、前記第１の光学系は、前記測定光を出射する測定用光源を有しており、前記参照光源の光出射面のサイズは、前記測定用光源の光出射面のサイズよりも小さい構成であってもよい。

この場合、特に、第１の光学系が測定用光源を内蔵しており、測定用光源からの光を利用してインターフェログラムを得る構成において、上述した本発明の効果を得ることができる。

本実施形態の干渉計において、前記測定用光源の光出射面の直径をＬ１とし、前記参照光源の光出射面の直径をＬ２とすると、
Ｌ２／Ｌ１≦１／３
であることが望ましい。

この条件を満たすことにより、参照光に対する斜入射の影響を、測定光に対する斜入射の影響よりも確実に低減することができ、参照光源の中心部から出射される光と周辺部から出射される光との干渉による干渉縞の発生を確実に低減することができる。これにより、補正部による２光路間での光の傾きの検出をより高精度に行って、インターフェログラムのコントラスト低下を確実に抑えることができる。

本実施形態の干渉計において、前記第１の光学系は、前記測定光を平行光に変換する第１のコリメート光学系を有しており、前記第２の光学系の前記コリメート光学系を第２のコリメート光学系とすると、前記第２のコリメート光学系にて平行光に変換された参照光のビーム径は、前記第１のコリメート光学系にて平行光に変換された測定光のビーム径よりも小さい構成であってもよい。

この構成では、第２の光学系における２光路間での光の傾きに対する感度を、第１の光学系における感度よりも鈍くすることができ、上記傾きが大きい場合でも、参照光側で上記傾きを検出することが可能となる。

本実施形態の干渉計において、前記ビームスプリッタで分離された一方の光が前記移動鏡で反射されて再び前記ビームスプリッタに入射するときの光路と、前記ビームスプリッタで分離された他方の光が前記固定鏡で反射されて再び前記ビームスプリッタに入射するときの光路とが、前記第１の光学系と前記第２の光学系とで同軸であることが望ましい。

この場合、測定光と参照光とは、ビームスプリッタと移動鏡との間、ビームスプリッタと固定鏡との間で同一の光路を通るので、外乱による２光路間での光の傾きおよび光路差の変動があっても、それらは、第１の光学系と第２の光学系とで同じように働く。したがって、補正部は、外乱による計測誤差の影響を受けることなく、２光路間での光の傾きを検出、補正して、インターフェログラムのコントラストの低下を回避することができる。

本実施形態の干渉計は、以下の条件式を満足することが望ましい。すなわち、
（λ２・φ１）／（λ１・φ２）≧１．１
ただし、
λ１：測定光の最短波長
λ２：参照光の波長
φ１：第１のコリメート光学系にて平行光に変換された測定光のビー
ム径
φ２：第２のコリメート光学系にて平行光に変換された参照光のビー
ム径
である。

参照光の波長に対する測定光の最短波長の比（λ２／λ１）と、測定光のビーム径に対する参照光のビーム径の比（φ１／φ２）との積が（２）式の下限値以上であれば、参照光の２光路間での傾きに対するコントラストの低下の度合いを、測定光の２光路間での傾きに対するコントラストの低下の度合いよりも鈍くすることができる。これにより、より広い角度範囲の傾き検出を行うことができ、外乱によって測定光の２光路間に角度がつき、コントラストが出なくなったとしても、参照光の２光路間での傾きを検出して補正することができる。

本実施形態の干渉計において、前記第２のコリメート光学系に入射する参照光の発散角は、前記第１のコリメート光学系に入射する測定光の発散角よりも小さくてもよい。

第２のコリメート光学系と第１のコリメート光学系とで焦点距離を同じとした場合、参照光の発散角を測定光の発散角よりも小さくすることにより、第２のコリメート光学系にて平行光に変換された後の参照光のビーム径を、第１のコリメート光学系にて平行光に変換された後の測定光のビーム径よりも小さくすることができる。これにより、参照光の２光路間での傾きが大きい場合でも、上記傾きを確実に検出することが可能となる。

本実施形態の干渉計において、前記第２のコリメート光学系の焦点距離は、前記第１のコリメート光学系の焦点距離よりも短くてもよい。

第２のコリメート光学系に入射する参照光の発散角と、第１のコリメート光学系に入射する測定光の発散角とを同じとした場合、第２のコリメート光学系の焦点距離を、第１のコリメート光学系の焦点距離よりも短くすることにより、第２のコリメート光学系にて平行光に変換された後の参照光のビーム径を、第１のコリメート光学系にて平行光に変換された後の測定光のビーム径よりも小さくすることができる。これにより、参照光の２光路間での傾きが大きい場合でも、上記傾きを確実に検出することが可能となる。

本実施形態の干渉計において、前記測定光は近赤外光であり、前記参照光は赤色半導体レーザ光であることが望ましい。

この場合、測定光と参照光との波長帯域が近いので、ビームスプリッタの光透過面に反射防止コートを施して光利用効率を高める場合でも、反射を防止する波長帯域を狭くすることができ、反射防止コートの設計を容易にすることができる。

本実施形態の干渉計において、前記分割センサは、４分割センサで構成されていることが望ましい。

分割センサとして４分割センサを用いれば、４分割センサにおける隣り合う２つの領域の信号和と、残りの隣り合う２つの領域の信号和との位相比較によって、２光路間での光の傾き（傾き方向および傾き量）を検出することができ、傾きの検出を高精度に行うことができる。

本実施形態の干渉計において、前記補正部は、前記移動鏡を介して前記第１の光検出器に入射する光と、前記固定鏡を介して前記第１の光検出器に入射する光との間の傾きを、前記固定鏡または前記移動鏡の傾きを調整することによって補正する構成であってもよい。

補正部は、固定鏡または移動鏡の傾きを調整することにより、２光路間での光の傾きを確実に補正することができる。

本実施形態のフーリエ変換分光分析装置は、上述した本発明の干渉計と、前記干渉計の前記第１の光検出器での第１の干渉光の受光によって得られるインターフェログラムをフーリエ変換する演算部とを備え、前記測定光は、複数の波長を含み、前記演算部は、前記インターフェログラムのフーリエ変換によって、前記測定光に含まれる波長のスペクトルを生成する構成であってもよい。

この構成では、演算部でのフーリエ変換によって得られるスペクトルに基づく分光分析を精度よく行うことができ、移動鏡の移動量を増大させて分解能を向上させることが可能となる。

本発明は、マイケルソン型の干渉計、およびそれを用いて分光分析を行うフーリエ変換分光分析装置に利用可能である。

２ 演算部
１０ 第１の光学系
１１ 測定用光源
１２ コリメート光学系（第１のコリメート光学系）
１３ ＢＳ（ビームスプリッタ）
１５ 固定鏡
１６ 移動鏡
１８ 第１の光検出器
２０ 第２の光学系
２１ 参照光源
２２ コリメート光学系（第２のコリメート光学系）
２５ 第２の光検出器
３１ 信号処理部（補正部）
３２ 光路補正装置（補正部）

Claims (12)

1. 移動鏡および固定鏡と、
   測定光を分離して前記移動鏡および前記固定鏡に導く一方、前記移動鏡および前記固定鏡にて反射された各光を合成するビームスプリッタと、
   前記移動鏡および前記固定鏡にて反射された各光を前記ビームスプリッタで合成してなる第１の干渉光を検出する第１の光検出器とを有する第１の光学系を備え、前記移動鏡を移動させて前記第１の干渉光を計測する干渉計であって、
   参照光源を有し、前記参照光源からの参照光を前記ビームスプリッタで分離して前記移動鏡および前記固定鏡に導き、前記移動鏡および前記固定鏡にて反射された各光を前記ビームスプリッタで合成してなる第２の干渉光を第２の光検出器に導く第２の光学系と、
   前記第２の光検出器からの前記第２の干渉光の受光信号に基づいて、前記移動鏡を介して前記第１の光検出器に入射する光と、前記固定鏡を介して前記第１の光検出器に入射する光との間の傾きを検出して補正する補正部とをさらに備え、
   前記第２の光検出器は、分割センサで構成されており、
   前記参照光源は、半導体レーザ、または前記半導体レーザから出射されるレーザ光を導波路またはファイバを介して射出するレーザ光源で構成されており、
   前記第２の光学系は、前記半導体レーザから出射されるレーザ光を平行光に変換するコリメート光学系を有しており、
   前記参照光源の光出射面のサイズは、前記測定光の光出射面のサイズよりも小さいことを特徴とする干渉計。
2. 前記第１の光学系は、前記測定光を出射する測定用光源を有しており、
   前記参照光源の光出射面のサイズは、前記測定用光源の光出射面のサイズよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
3. 前記測定用光源の光出射面の直径をＬ１とし、前記参照光源の光出射面の直径をＬ２とすると、
   Ｌ２／Ｌ１≦１／３
   であることを特徴とする請求項２に記載の干渉計。
4. 前記第１の光学系は、前記測定光を平行光に変換する第１のコリメート光学系を有しており、
   前記第２の光学系の前記コリメート光学系を第２のコリメート光学系とすると、
   前記第２のコリメート光学系にて平行光に変換された参照光のビーム径は、前記第１のコリメート光学系にて平行光に変換された測定光のビーム径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
5. 前記ビームスプリッタで分離された一方の光が前記移動鏡で反射されて再び前記ビームスプリッタに入射するときの光路と、前記ビームスプリッタで分離された他方の光が前記固定鏡で反射されて再び前記ビームスプリッタに入射するときの光路とが、前記第１の光学系と前記第２の光学系とで同軸であることを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
6. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項４に記載の干渉計；
   （λ２・φ１）／（λ１・φ２）≧１．１
   ただし、
   λ１：測定光の最短波長
   λ２：参照光の波長
   φ１：第１のコリメート光学系にて平行光に変換された測定光
   のビーム径
   φ２：第２のコリメート光学系にて平行光に変換された参照光
   のビーム径
   である。
7. 前記第２のコリメート光学系に入射する参照光の発散角は、前記第１のコリメート光学系に入射する測定光の発散角よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の干渉計。
8. 前記第２のコリメート光学系の焦点距離は、前記第１のコリメート光学系の焦点距離よりも短いことを特徴とする請求項４に記載の干渉計。
9. 前記測定光は近赤外光であり、前記参照光は赤色半導体レーザ光であることを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
10. 前記分割センサは、４分割センサで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
11. 前記補正部は、前記移動鏡を介して前記第１の光検出器に入射する光と、前記固定鏡を介して前記第１の光検出器に入射する光との間の傾きを、前記固定鏡または前記移動鏡の傾きを調整することによって補正することを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
12. 請求項１に記載の干渉計と、
    前記干渉計の前記第１の光検出器での第１の干渉光の受光によって得られるインターフェログラムをフーリエ変換する演算部とを備え、
    前記測定光は、複数の波長を含み、
    前記演算部は、前記インターフェログラムのフーリエ変換によって、前記測定光に含まれる波長のスペクトルを生成することを特徴とするフーリエ変換分光分析装置。

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