JPWO2012124294A1 - フーリエ変換型分光計およびフーリエ変換型分光方法 - Google Patents

Abstract

本発明にかかるフーリエ変換型分光計およびフーリエ変換型分光方法では、被測定光の入射位置から干渉位置までの間に、複数の光学素子１１２、１１４および１１５によって形成される２個の第１および第２光路を備え、これら２個の第１および第２光路のそれぞれが仮に同一の媒質で形成されている場合にこれら２個の第１および第２光路間の光路差がゼロとなるように前記複数の光学素子を配置した前記配置状態において前記光路間に位相差を持つ有位相差干渉計１１が用いられる。このような構成のフーリエ変換型分光計およびフーリエ変換型分光方法は、有位相差干渉計１１が用いられるため、従来の位相補償板を備えた干渉計によるインターフェログラムに較べて、その振幅の大きさ（レベル）が小さくなるから、１個のＡＤ変換器でもインターフェログラムのゼロレベル付近における微小な信号もより高分解能で検出することができる。

Description

本発明は、分光計および分光方法に関し、特に、フーリエ変換型分光計およびフーリエ変換型分光方法に関する。

分光計は、測定対象の被測定光のスペクトルを測定する装置であり、その１つに干渉計で被測定光の干渉光を測定し、この測定結果をフーリエ変換することによって、被測定光のスペクトルを求めるフーリエ変換型分光計がある。このフーリエ変換型分光計は、例えば、特許文献１に開示されている。

この特許文献１に開示のフーリエ分光器は、光源から放射される被測定光の干渉光を射出する干渉計と、前記干渉計から射出される干渉光の光強度を検出する光検出器と、前記光検出器の出力をアナログ信号からディジタル信号へ変換するアナログ−ディジタル変換器（ＡＤ変換器）と、前記ＡＤ変換器の出力をフーリエ演算処理を行うことによって前記被測定光の分光スペクトルを求める演算処理回路とを備えて構成される。このようなフーリエ分光器では、前記干渉計の出力（前記光検出器の出力、前記ＡＤ変換器の出力）は、前記光源から放射された複数の波長の光が前記干渉計によって一括で干渉された合成波形であり、インターフェログラムと呼ばれ、所定の範囲で１または複数の急峻なピークを持つと共に残余の範囲では略ゼロレベルとなるプロファイルとなる。この１または複数の急峻なピークのうちの中央のピークは、センターバーストと呼ばれる。このセンターバーストで前記ＡＤ変換器を飽和させないために、前記ＡＤ変換器のフルスパンを前記センターバーストに設定すると、測定結果は、前記ＡＤ変換器の大きなノイズを含んでしまう。そこで、前記特許文献１に開示のフーリエ分光器は、１つのＡＤ変換器でゼロ付近の微小信号を検出する一方、他のＡＤ変換器でセンターバースト部分の変動を非飽和で検出しこれらの信号を合成することによって、前記ＡＤ変換器のノイズを低減している。

このように前記特許文献１に開示のフーリエ分光器では、２個のＡＤ変換器が必要であり、そして、各出力を合成する場合にタイミングを合わせる必要もある。

特開平０９−００５１６０号公報

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、１個のＡＤ変換器でもインターフェログラムのゼロレベル付近における微小な信号もより高分解能で検出することができるフーリエ変換型分光計およびフーリエ変換型分光方法を提供することである。

本発明にかかるフーリエ変換型分光計およびフーリエ変換型分光方法では、被測定光の入射位置から干渉位置までの間に、複数の光学素子によって形成される２個の第１および第２光路を備え、これら２個の第１および第２光路のそれぞれが仮に同一の媒質で形成されている場合にこれら２個の第１および第２光路間の光路差がゼロとなるように前記複数の光学素子を配置した前記配置状態において前記光路間に位相差を持つ有位相差干渉計が用いられる。このような構成のフーリエ変換型分光計およびフーリエ変換型分光方法は、有位相差干渉計が用いられるため、従来の位相補償板を備えた干渉計によるインターフェログラムに較べて、その振幅の大きさ（レベル）が小さくなるから、１個のＡＤ変換器でもインターフェログラムのゼロレベル付近における微小な信号もより高分解能で検出することができる。

実施形態におけるフーリエ変換型分光計の構成を示すブロック図である。 実施形態のフーリエ変換型分光計における主に干渉計の構成を示す図である。 実施形態のフーリエ変換型分光計における位置測定用光源から放射されるレーザ光のスペクトルを示す図である。 実施形態のフーリエ変換型分光計における包絡線検波部の構成を示す回路図である。 実施形態のフーリエ変換型分光計における干渉計の構成、被測定光の干渉光の波形（インターフェログラム）および位置測定用光源のレーザ光の干渉光の波形を説明するための図である。 一例として、実測した被測定光の干渉光の波形（インターフェログラム）を示す図である。 一例として、実測した位置測定用光源のレーザ光の干渉光の波形を示す図である。 従来のフーリエ変換型分光計におけるマイケルソン干渉計の構成、被測定光の干渉光の波形（インターフェログラム）および位置測定用光源のレーザ光の干渉光の波形を説明するための図である。 従来例として、実測した被測定光の干渉光の波形（インターフェログラム）を示す図である。 従来例として、実測した位置測定用光源のレーザ光の干渉波形を示す図である。 半透鏡で生じる位相ずれを示す図である。 半透鏡で生じる位相ずれを位相補償した場合における位相を示す図である。 インターフェログラムと窓関数との関係を示す図である。 実施形態のフーリエ変換型分光計における第２態様の干渉計の構成、被測定光の干渉光の波形（インターフェログラム）および位置測定用光源のレーザ光の干渉光の波形を説明するための図である。 実施形態のフーリエ変換型分光計における第３態様の干渉計の構成を示す図である。 レーザ光の干渉光における包絡線に基づいてセンターバーストの位置を求める第２態様の方法を説明するための図である。 レーザ光の干渉光における包絡線に基づいてセンターバーストの位置を求める第３態様の方法を説明するための図である。

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

図１は、実施形態におけるフーリエ変換型分光計の構成を示すブロック図である。図２は、実施形態のフーリエ変換型分光計における主に干渉計の構成を示す図である。図３は、実施形態のフーリエ変換型分光計における位置測定用光源から放射されるレーザ光のスペクトルを示す図である。図３の横軸は、波数（１／波長）であり、その縦軸は、振幅の大きさである。図４は、実施形態のフーリエ変換型分光計における包絡線検波部の構成を示す回路図である。

実施形態にかかるフーリエ変換型分光計Ｄは、測定対象の被測定光のスペクトルを測定する装置であって、前記被測定光を干渉計で測定し、この測定した被測定光の干渉光の波形（インターフェログラム）をフーリエ変換することによって被測定光のスペクトルを求める装置である。このようなフーリエ変換型分光計Ｄは、例えば、図１および図２に示すように、測定対象物体ＳＭから放射された光（被測定光）が入射され、前記被測定光の干渉光を射出する干渉計１１と、干渉計１１で得られた被測定光の干渉光を受光して光電変換によって被測定光の干渉光の波形の電気信号（被測定光の干渉光における光強度変化を表す電気信号）を出力する受光処理部２０と、干渉計１１の移動鏡１１５の位置を検出する位置検出処理部３０と、制御演算部４１と、入力部４２と、出力部４３とを備えている。測定対象物体ＳＭは、自発光する光源であってよく、また、他の光源から放射された光が照射され、前記光を反射、透過または再放射（例えば蛍光発光等）することによって光を放射するものであってもよい。

干渉計１１は、測定対象の被測定光が入射され、この入射された被測定光を２個の第１および第２被測定光に分岐し、これら分岐した第１および第２被測定光のそれぞれを、互いに異なる２個の経路である第１および第２光路のそれぞれに進行（伝播）させ、再び合流させるものであり、この分岐点（分岐位置）から合流点（合流位置、干渉位置）までの間に第１および第２光路間に光路差があると、前記合流の際に位相差が生じているため、前記合流によって干渉縞を生じるものである。干渉計１１は、例えばマッハツェンダー干渉計等の種々のタイプの第１および第２光路を備える干渉計を利用することができるが、本実施形態では、図２に示すように、マイケルソン干渉計によって構成されている。

より具体的には、図２に示すように、干渉計１１は、複数の光学素子として半透鏡（ハーフミラー、ビームスプリッタ）１１２と、固定鏡１１４と、光軸方向に移動する移動鏡１１５とを備え、固定鏡１１４と移動鏡１１５とは、各鏡面の各法線が互いに直交するようにそれぞれ配置され、半透鏡１１２は、その法線が前記固定鏡１１４および移動鏡１１５における各法線の直交点を通り、これら各法線に対し４５度の角度で交差するように配置される。この干渉計１１において、干渉計１１に入射された被測定光は、半透鏡１１２で２個の第１および第２被測定光に分岐する。この分岐した一方の第１被測定光は、半透鏡１１２で反射されて固定鏡１１４に入射する。この第１被測定光は、固定鏡１１４で反射し、来た光路を逆に辿って再び半透鏡１１２に戻る。一方、この分岐した他方の第２被測定光は、半透鏡１１２を通過して移動鏡１１５に入射する。この第２被測定光は、移動鏡１１５で反射し、来た光路を逆に辿って再び半透鏡１１２に戻る。これら固定鏡１１４で反射された第１被測定光および移動鏡１１５で反射された第２被測定光は、半透鏡１１２で互いに合流して干渉する。このような構成のマイケルソン干渉計１１では、被測定光は、移動鏡１１５の鏡面における法線方向に沿って干渉計１１へ入射され、被測定光の干渉光は、固定鏡１１４の鏡面における法線方向に沿って干渉計１１から射出される。

なお、移動鏡１１５は、好ましくは、平行板バネを利用した、反射面が並進移動する構成であってよい。この平行板バネ構造の移動鏡１１５では、鏡面を移動する駆動力を外部から与える図略のアクチュエータを備えており、反射面（鏡面）が共振するような駆動信号が前記アクチュエータに与えられる。このような平行板バネ構造が有する並進性を利用した移動鏡１１５では、非駆動時（静止時）における移動鏡１１５の位置は、移動（振動）の中心となり、静止時の基準位置となるから、移動鏡１１５側に分岐された光路長の基準位置となる。したがって、平行板バネの静止時における反射面の位置は、「固定鏡１１４側の光路長と移動鏡１１５側の光路長とが、仮に同一の媒質で形成されている場合に、これら２個の光路差がゼロ（０）になるように光学素子を配置した場合」の、移動鏡１１５側の光路の基準となる。

そして、本実施形態では、干渉計１１は、被測定光を半透鏡１１２で２個の第１および第２被測定光に分岐する場合において、半透鏡１１２を透過した半透鏡１１２の透過側に配置される第１位相差板１１３をさらに備えている。すなわち、本実施形態では、半透鏡１１２を透過した第２被測定光は、第１位相差板１１３を介して移動鏡１１５へ入射され、移動鏡１１５で反射された第２被測定光は、第１位相差板１１３を介して再び半透鏡１１２へ入射される。第１位相差板１１３は、等方性の位相板であり、第１位相差板１１３の厚さと同じの距離を真空中または空気中で進行した光の位相に対し、第１位相差板１１３内を進行した光の位相にずれを生じさせるものである。後述の位相補償板ＣＰ、第２位相差板１１７および半透鏡１１２の透明基板も同様に機能するものである。

さらに、本実施形態では、測定対象物体ＳＭから放射された被測定光を平行光で半透鏡１１２へ入射させるために、測定対象物体ＳＭと半透鏡１１２との間の適宜な位置に、入射光学系として例えば両凸のコリメータレンズ１１１が配置され、半透鏡１１２で第１および第２被測定光を合流して干渉させることによって生じた被測定光の干渉光を集光して第１受光部２１へ入射させるために、半透鏡１１２と第１受光部２１との間の適宜な位置に、射出光学系として例えば両凸の集光レンズ１１６が配置されている。

図１に戻って、受光処理部２０は、例えば、第１受光部２１と、増幅部２２と、アナログ−ディジタル変換部（以下、「ＡＤ変換部」と呼称する。）２３とを備えている。第１受光部２１は、干渉計１１で得られた被測定光の干渉光を受光して光電変換することによって、被測定光の干渉光の光強度に応じた電気信号を出力する回路である。第１受光部２１は、例えばＩｎＧａＡｓフォトダイオードおよびその周辺回路を備えて構成される赤外線センサ等である。増幅部２２は、第１受光部２１の出力を予め設定された所定の増幅率で増幅する増幅器である。ＡＤ変換部２３は、増幅部２２の出力をアナログ信号からディジタル信号へ変換（ＡＤ変換）する回路である。このＡＤ変換のタイミングは、後述のゼロクロス検出部３７から入力されたゼロクロスタイミングで実行される。

また、位置検出処理部３０は、例えば、位置測定用光源３１と、第２受光部３６と、ゼロクロス検出部３７と、包絡線検波部３８とを備えている。そして、位置検出処理部３０は、この位置測定用光源３１から放射されたレーザ光の干渉光を干渉計１１で得るために、図２に示すように、コリメータレンズ３２と、半透鏡３３と、半透鏡３４と、集光レンズ３５とをさらに備えている。

位置測定用光源３１は、予め設定された所定の線幅を持つレーザ光を放射する光源装置である。位置測定用光源３１は、例えば、所定の線幅を持つレーザ光を放射する半導体レーザを備えて構成される。また例えば、位置測定用光源３１は、単色レーザ光を放射するレーザ装置と、前記レーザ装置から放射された単色レーザ光を高周波重畳する高周波重畳装置とを備え、単色レーザ光を高周波重畳ことによって前記所定の線幅を持つレーザ光を放射するものである。前記所定の線幅は、干渉計１１によって得られたレーザ光の干渉光における振幅の大きさが干渉計１１の移動鏡１１５の移動に従って変化する程度の波長幅（周波数幅）である。なお、レーザ光が輝線である場合には、このレーザ光の干渉光における振幅の大きさが干渉計１１の移動鏡１１５の移動によって変化しない。このような所定の線幅を持つレーザ光は、一例を挙げると、図３に示すように、中心波数１５１５１．５２／ｃｍに対し半値幅（ＦＷＨＭ）２．３／ｃｍであるガウス型のプロファイルを持つ。

図２において、コリメータレンズ３２および半透鏡（ハーフミラー、ビームスプリッター）３３は、位置測定用光源３１から放射されたレーザ光を平行光で干渉計１１へ入射させるための入射光学系である。半透鏡３３は、その法線が移動鏡１１５の法線（光軸）に対し４５度で交差するように、コリメータレンズ１１１と半透鏡１１２との間に配置される。コリメータレンズ３２は、例えば両凸のレンズであり、このように配置された半透鏡３３に対し４５度の入射角で位置測定用光源３１から放射されたレーザ光が入射されるように、適宜な位置に配置される。そして、半透鏡（ハーフミラー、ビームスプリッター）３４および集光レンズ３５は、干渉計１１で生じた前記レーザ光の干渉光を干渉計１１から取り出すための射出光学系である。半透鏡３４は、その法線が固定鏡１１４の法線（光軸）に対し４５度で交差するように、半透鏡１１２と集光レンズ１１６との間に配置される。集光レンズ３５は、例えば両凸のレンズであり、このように配置された半透鏡３４において４５度の射出角で射出されるレーザ光の干渉光を集光して第２受光部３６へ入射させる。なお、半透鏡３３は、レーザ光を反射するとともに被測定光を透過するダイクロイックミラーであってもよく、半透鏡３４は、レーザ光の干渉光を反射するとともに被測定光の干渉光を透過するダイクロイックミラーであってもよい。

このようにコリメータレンズ３２、半透鏡３３、３４および集光レンズ３５の各光学素子が配置されると、位置測定用光源３１から放射された前記所定の線幅を持ったレーザ光は、コリメータレンズ３２で平行光とされ、その光路が半透鏡３３で約９０度曲げられて、干渉計１１の光軸（移動鏡１１５の鏡面における法線方向）に沿って進行するようになる。したがって、このレーザ光は、被測定光と同様に、干渉計１１内を進行し、干渉計１１でその干渉光を生じさせる。このレーザ光の干渉光は、半透鏡３４で約９０度曲げられて、干渉計１１から外部に取り出され、集光レンズ３５で集光されて第２受光部３６で受光される。

図１に戻って、第２受光部３６は、干渉計１１で得られたレーザ光の干渉光を受光して光電変換することによって、レーザ光の干渉光の光強度に応じた電気信号を出力する回路である。第２受光部３６は、例えばシリコンフォトダイオード（ＳＰＤ）およびその周辺回路を備えて構成される受光センサ等である。第２受光部３６は、レーザ光の干渉光の光強度に応じた電気信号をゼロクロス検出部３７および包絡線検波部３８のそれぞれへ出力する。

ゼロクロス検出部３７は、第２受光部３６から入力された、レーザ光の干渉光の光強度に応じた電気信号がゼロとなるタイミングを検出する回路である。干渉計１１の移動鏡１１５が光軸方向に移動している場合に、半透鏡１１２から固定鏡１１４を介して再び半透鏡に戻ったレーザ光の位相に対し、半透鏡１１２から移動鏡１１５を介して再び半透鏡に戻ったレーザ光の位相がずれるので、レーザ光の干渉光は、その移動量に応じて正弦波状に強弱する。そして、干渉計１１の移動鏡１１５がレーザ光の波長の１／２の長さだけ移動すると、半透鏡１１２から移動鏡１１５を介して再び半透鏡に戻ったレーザ光の位相は、この移動の前後において、２πずれる。このため、レーザ光の干渉光は、移動鏡１１５の移動に従って正弦波状に強弱を繰り返すことになる。ゼロクロス検出部３７は、この正弦波状に強弱を繰り返す前記電気信号のゼロクロスを検出している。ゼロクロス検出部３７は、この検出したゼロクロスのタイミングをＡＤ変換部２３へ出力し、ＡＤ変換部２３は、このゼロクロスのタイミングで、第１受光部２１から入力された、被測定光の干渉光の光強度に応じた電気信号をサンプリングしてＡＤ変換する。

包絡線検波部３８は、第２受光部３６から入力された、レーザ光の干渉光の光強度に応じた電気信号の包絡線を検出する回路である。包絡線検波部３８は、種々の回路構成を採用することができるが、一例を挙げると、図４に示すように、ダイオードＤと、ダイオードＤのカソード端子と接続されることでダイオードＤに直列に接続される抵抗素子Ｒと、抵抗素子Ｒに並列に接続されるコンデンサＣとを備えて構成され、直列接続のダイオードＤおよび抵抗素子Ｒの両端が入力端とされ、抵抗素子Ｒの両端が出力端とされる。包絡線検波部３８は、このような簡易な回路構成で包絡線を検波することができる。包絡線検波部３８は、この検出したレーザ光の干渉光の光強度に応じた電気信号の包絡線を制御演算部４１へ出力する。

制御演算部４１は、被測定光のスペクトルを求めるべく、フーリエ変換型分光計Ｄの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御するものである。制御演算部４１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、このＣＰＵによって実行される種々のプログラムやその実行に必要なデータ等を予め記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）やＥＥＰＲＯＭ（Electrically
Erasable Programmable Read Only Memory）等の不揮発性記憶素子、このＣＰＵのいわゆるワーキングメモリとなるＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性記憶素子およびその周辺回路等を備えたマイクロコンピュータによって構成される。そして、制御演算部４１には、プログラムを実行することによって、機能的に、スペクトル演算部４１１と、センターバースト位置演算部４１２とが構成される。

センターバースト位置演算部４１２は、被測定光の各波長成分の初期位相差がゼロである場合のインターフェログラムにおけるセンターバーストの位置を検出するものである。より具体的には、センターバースト位置演算部４１２は、本実施形態では、包絡線検波部３８で検波された包絡線の極大値を与える位置をセンターバーストの位置として検出するものである。このように本実施形態では、センターバーストの位置は、所定の線幅を持つレーザ光を干渉計１１に入射させることによって得られた前記レーザ光の干渉光における光強度の包絡線を検波し、この検波された包絡線の極大値を与える位置を検出することによって求められる。

スペクトル演算部４１１は、干渉計１１によって得られた被測定光のインターフェログラムを、センターバースト位置演算部４１２によって検出されたセンターバーストの位置に基づいてフーリエ変換を行うことによって前記被測定光のスペクトルを求めるものである。

入力部４２は、例えば、測定開始を指示するコマンド等の各種コマンド、および、例えば測定対象の光源ＳＭにおける識別子の入力やフーリエ変換の際に用いられる窓関数の選択入力等のスペクトルを測定する上で必要な各種データをフーリエ変換型分光計Ｄに入力する機器であり、例えば、キーボードやマウス等である。出力部４３は、入力部４２から入力されたコマンドやデータ、および、フーリエ変換型分光計Ｄによって予測された被測定光のスペクトルを出力する機器であり、例えばＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ、有機ＥＬディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。

次に、本実施形態の動作について説明する。図５は、実施形態のフーリエ変換型分光計における干渉計の構成、被測定光の干渉光の波形（インターフェログラム）および位置測定用光源のレーザ光の干渉光の波形を説明するための図である。図５（Ａ）は、実施形態のフーリエ変換型分光計における干渉計の構成を示し、図５（Ｂ）は、模式的に描いた、被測定光の干渉光の波形（インターフェログラム）を示し、そして、図５（Ｃ）は、模式的に描いた、位置測定用光源のレーザ光の干渉光の波形を示す。図６は、一例として、実測した被測定光の干渉光の波形（インターフェログラム）を示す図である。図６（Ａ）は、全体を示し、図６（Ｂ）は、ゼロレベル付近を示し、そして、図６（Ｃ）は、センターバースト付近を示す。図７は、一例として、実測した位置測定用光源のレーザ光の干渉波形を示す図である。図７（Ａ）は、全体を示し、図７（Ｂ）は、端部付近を示し、そして、図７（Ｃ）は、極大値付近を示す。図８は、従来のフーリエ変換型分光計におけるマイケルソン干渉計の構成、被測定光の干渉光の波形（インターフェログラム）および位置測定用光源のレーザ光の干渉光の波形を説明するための図である。図８（Ａ）は、従来のフーリエ変換型分光計における、位相補償の位相差板を備える場合のマイケルソン干渉計の構成を示し、図８（Ｂ）は、前記位相補償の位相差板を備えない場合のマイケルソン干渉計の構成を示し、図８（Ｃ）は、模式的に描いた、被測定光の干渉光の波形（インターフェログラム）を示し、そして、図８（Ｄ）は、模式的に描いた、位置測定用光源のレーザ光の干渉光の波形を示す。図９は、従来例として、実測した被測定光の干渉光の波形（インターフェログラム）を示す図である。図９（Ａ）は、全体を示し、図９（Ｂ）は、ゼロレベル付近を示し、そして、図９（Ｃ）は、センターバースト付近を示す。図１０は、従来例として、実測した位置測定用光源のレーザ光の干渉波形を示す図である。図１０（Ａ）は、全体を示し、図１０（Ｂ）は、端部付近を示し、そして、図１０（Ｃ）は、極大値付近を示す。図１１は、半透鏡で生じる位相ずれを示す図である。図１２は、半透鏡で生じる位相ずれを位相補償した場合における位相を示す図である。図１１および図１２の横軸は、ｎｍ単位で表す波長を示し、それらの縦軸は、度単位で表す位相を示す。図１３は、インターフェログラムと窓関数との関係を示す図である。図１３の横軸は、光路差を示し、その縦軸は、振幅を示す。

測定が開始されると、フーリエ変換型分光計Ｄは、測定対象物体ＳＭから放射される被測定光を取り込む。被測定光は、干渉計１１に入射され、被測定光の干渉光となって第１受光部２１で受光される。より具体的には、被測定光は、コリメータレンズ１１１で平行光とされ、ビームスプリッター３３を介して半透鏡１１２で反射および透過することで第１および第２被測定光に分岐される。半透鏡１１２で反射することによって分岐した第１被測定光は、固定鏡１１４へ入射し、固定鏡１１４で反射し、来た光路を逆に辿って再び半透鏡１１２に戻る。一方、半透鏡１１２を通過することによって分岐した第２被測定光は、第１位相差板１１３を介して移動鏡１１５へ入射し、移動鏡１１５で反射し、来た光路を逆に辿って再び半透鏡１１２に戻る。これら固定鏡１１４で反射された第１被測定光および移動鏡１１５で反射された第２被測定光は、半透鏡１１２で互いに合流して干渉する。このように、フーリエ変換型分光計Ｄは、２個の第１および第２光路を通過するそれぞれの光において、光路延長を伴う屈折領域数の差が２以上となるように、少なくとも一方の光路中に透明基板から成る光学素子である第１位相差板１１３を備えている（図５参照）。ここで、光路延長を伴う屈折領域とは、互いに平行な２平面間において、仮に屈折しない場合の光路長と較べて、屈折によって光路長が長くなる領域である。例えば、図５（Ａ）において、半透鏡１１２を通過して移動鏡１１５に至る光路では、半透鏡１１２を構成する透明部材の内部の光路が光路延長を伴っており、半透鏡１１２を構成する透明部材の内部領域が屈折領域に相当し、そして、第１位相差板１１３を構成する透明部材の内部の光路が光路延長を伴っており、第１位相差板１１３を構成する透明部材の内部領域が屈折領域に相当する。この図５（Ａ）では、半透鏡１１２の入射点から移動鏡１１５に至る光路と、前記入射点から固定鏡１１４に至る光路との間における屈折領域数の差は、２となり、光路差がより大きく設定されることになる。この被測定光の干渉光は、干渉計１１から第１受光部２１へ射出される。第１受光部２１は、この入射された被測定光の干渉光を光電変換し、前記被測定光の干渉光における光強度に応じた電気信号を増幅部２２へ出力する。増幅部２２は、所定の増幅率で前記被測定光の干渉光に応じた前記電気信号を増幅し、ＡＤ変換部２３へ出力する。

一方、フーリエ変換型分光計Ｄは、位置測定用光源３１から放射された所定の線幅を持つレーザ光も取り込む。このレーザ光は、ビームスプリッター３３を介して干渉計１１に入射され、上述と同様に干渉計１１で干渉し、レーザ光の干渉光となってビームスプリッター３４を介して第２受光部３６で受光される。第２受光部３６は、この入射されたレーザ光の干渉光を光電変換し、前記レーザ光の干渉光における光強度に応じた電気信号をゼロクロス検出部３７および包絡線検波部３８のそれぞれへ出力する。ゼロクロス検出部３７は、前記レーザ光の干渉光に応じた前記電気信号がゼロとなるタイミングをゼロクロスタイミングとして検出し、このゼロクロスタイミングをサンプリングタイミング（ＡＤ変換タイミング）としてＡＤ変換部２３へ出力する。

このような被測定光およびレーザ光がそれぞれ干渉計１１に取り込まれている間に、干渉計１１の移動鏡１１５は、制御演算部４１の制御に従って光軸方向に沿って移動される。

ＡＤ変換部２３は、増幅部２２から出力された、前記被測定光の干渉光における光強度に応じた電気信号を、ゼロクロス検出部３７から入力されたゼロクロスタイミングでサンプリングしてアナログ信号からディジタル信号へＡＤ変換し、このＡＤ変換したディジタル信号の前記電気信号を制御演算部４１のスペクトル演算部４１１へ出力する。

このように動作することによって、図５（Ｂ）および図６に示すようなインターフェログラムがＡＤ変換部２３から制御演算部４１のスペクトル演算部４１１に入力される。

ここで、本実施形態におけるフーリエ変換型分光計Ｄによって生成されるインターフェログラムについて、位相補償された従来のフーリエ変換型分光計によって生成されるインターフェログラムと対比して説明する。

まず、従来のフーリエ変換型分光計の位相補償について説明する。前記位相補償のための位相差板を備えない場合のマイケルソン干渉計は、図８（Ｂ）に示すように、半透鏡１１２と、固定鏡１１４と、光軸方向に移動する移動鏡１１５とを備え、固定鏡１１４および移動鏡１１５は、互いに光軸が直交するように配置され、半透鏡１１２は、これら各光軸と４５度の角度でそれぞれ交差するとともにこれら各光軸の交差位置に半透鏡面が位置するように、配置される。このようなマイケルソン干渉計では、被測定光は、半透鏡１１２で反射して固定鏡１１４へ入射し、固定鏡１１４で反射して再び半透鏡１１２に戻り、半透鏡１１２を透過する第１光路（半透鏡１１２→固定鏡１１４→半透鏡１１２）と、半透鏡１１２を透過して移動鏡１１５へ入射し、移動鏡１１５で反射して再び半透鏡１１２に戻り、半透鏡１１２で反射する第２光路（半透鏡１１２→移動鏡１１５→半透鏡１１２）との２個の光路が形成される。

ここで、このような２個の第１および第２光路のそれぞれが仮に同一の媒質で形成されている場合に、これら２個の第１および第２光路間の光路差がゼロとなるように、これら半透鏡１１２、固定鏡１１４および移動鏡１１５のそれぞれが配置された配置状態では、合流位置（干渉位置）において、半透鏡１１２で分岐して第１光路を進行（伝播）した第１被測定光と半透鏡１１２で分岐して第２光路を進行した第２被測定光との間には、位相差が生じない。これら２個の第１および第２光路のそれぞれが仮に同一の媒質で形成されている場合とは、例えば、半透鏡１１２の透明基板と同一の材料によって第１および第２光路が形成される場合や、また例えば、これら半透鏡１１２、固定鏡１１４および移動鏡１１５のそれぞれが真空中または気体中に配置され、半透鏡１１２が半透鏡面のみで形成される場合等である。なお、半透鏡の１１２の半透面鏡は、通常、無視できる厚さである。

現実には、図８（Ｂ）に示すように、半透鏡１１２は、被測定光やレーザ光の波長に対して透明な材料、例えばガラスや樹脂等によって形成された透明基板と、前記透明基板の一方主面に形成された、例えば金属薄膜や誘電体多層膜等の半透鏡面とを備えて構成される。このため、図８（Ｂ）に示すように、合流（干渉）の際に、第１光路の第１被測定光は、半透鏡１１２の前記透明基板を通過しないが、第２光路の第２被測定光は、半透鏡１１２の前記透明基板を２回通過することになる。すなわち、図８（Ｂ）では、固定鏡１１４に向かう第１光路には、屈折領域が無く、移動鏡に向かう第２光路には、屈折領域が１つ配置されていることになる。よって、これら２つの光路間の屈折領域の差は、「１」となる。したがって、被測定光の入射位置から干渉位置までの間に、これら半透鏡１１２、固定鏡１１４および移動鏡１１５によって形成される２個の第１および第２光路のそれぞれが仮に同一の媒質で形成されている場合に前記２個の光路間の光路差がゼロとなるようにこれら半透鏡１１２、固定鏡１１４および移動鏡１１５が配置された前記配置状態であっても、第１光路と第２光路との位相差は、前記透明基板の屈折率に起因してゼロにならない。そして、半透鏡１１２の前記透明基板によって生じる位相のずれ量は、屈折率が波長依存性を有しているために、一例を挙げると、例えば、図１１に示すように、波長依存性を有している。

このため、従来の干渉計では、図８（Ａ）に示すように、このような２個の第１および第２光路のそれぞれが仮に同一の媒質で形成されている場合に、これら２個の第１および第２光路間の光路差がゼロとなるように、これら半透鏡１１２、固定鏡１１４および移動鏡１１５のそれぞれが配置された前記配置状態において、合流位置（干渉位置）で、半透鏡１１２で分岐して第１光路を進行（伝播）した第１被測定光と半透鏡１１２で分岐して第２光路を進行した第２被測定光との間に実際には生じる上述の位相差を補償するために、半透鏡１１２と固定鏡１１４との間に、半透鏡１１２の前記透明基板と同一の位相特性（屈折率特性）を有する位相補償板ＣＰが配置される。例えば、このような位相補償板ＣＰは、半透鏡１１２の前記透明基板そのものである（もちろん、半透鏡面はない）。このような位相補償板ＣＰを配置することによって、これら第１および第２光路間における位相差は、図１２に示すように無くなる。すなわち、図８（Ａ）では、２つの光路内にそれぞれに屈折領域を設けていることになり、屈折領域数の差は、ゼロとなる。このような位相補償された干渉計を用いると、被測定光の干渉光におけるインターフェログラムは、被測定光の各波長成分の初期位相差がゼロとなり、図８（Ｃ）や図９に示すように、センターバーストが大きく、そして、サイドローブが小さいプロファイルとなる。このため、このような被測定光の各波長成分の初期位相差がゼロである場合のインターフェログラムにおけるセンターバーストの位置は、比較的明瞭である。なお、初期位相は、光路差０の位置（センターバーストの位置）での位相である。

これに対し、本実施形態における干渉計１１によるインターフェログラムは、従来では用いられた上述の前記位相補償板ＣＰを備えず、さらに、第２光路のみに位相差板１１３を備えている。すなわち、本実施形態における干渉計１１は、被測定光の入射位置から干渉位置までの間に、複数の光学素子（図２に示す例では半透鏡１１２、固定鏡１１４および移動鏡１１５）によって形成される２個の第１および第２光路を備え、これら２個の第１および第２光路のそれぞれが仮に同一の媒質で形成されている場合にこれら２個の第１および第２光路間の光路差がゼロとなるように前記複数の光学素子を配置した前記配置状態において前記光路間に位相差を持つ有位相差干渉計である。言い換えれば、有位相差干渉計は、従来の位相補償板ＣＰを備えた干渉計のように仮に位相補償された場合において移動鏡１１４がセンターバーストの位置にある配置状態で、実際には、これら２個の第１および第２光路間に位相差を持つものである。このように本実施形態では、干渉計１１は、有位相差干渉計であるので、一例として、図６と図９とを比較すると分かるように、従来の位相補償板ＣＰを備えた干渉計によるインターフェログラムに較べて、その振幅の大きさ（レベル）が小さくなる。例えば、従来の位相補償板ＣＰを備えた干渉計によるインターフェログラムにおける最大振幅の大きさＹは、図９（Ｃ）に示すように、約３２００であるが、本実施形態の干渉計１１によるインターフェログラムにおける最大振幅の大きさＸは、図６（Ｃ）に示すように、約１４００である（Ｘ＜Ｙ）。

したがって、同じビット数ＺのＡＤ変換器によってこれらインターフェログラムをＡＤ変換した場合に、一単位振幅レベルに割り当てられるＡ／Ｄカウントは、本実施形態のフーリエ変換型分光計Ｄの方が従来の従来の位相補償板ＣＰを備えた干渉計によるフーリエ変換型分光計より多くなる。すなわち、本実施形態のフーリエ変換型分光計Ｄにおけるインターフェログラムの１または複数のピークにおける最大の振幅をＸとし、従来の従来の位相補償板ＣＰを備えた干渉計によるフーリエ変換型分光計におけるインターフェログラムの１または複数のピークにおける最大の振幅をＹとする場合に、Ｘ＜Ｙであり、ＡＤ変換器のビット数をＺとする場合では、一単位振幅レベルに割り当てられるＡ／Ｄカウントは、２^Ｚ／Ｘ＞２^Ｚ／Ｙとなり、本実施形態のフーリエ変換型分光計Ｄの方が従来の従来の位相補償板ＣＰを備えた干渉計によるフーリエ変換型分光計より多くなる。したがって、本実施形態のフーリエ変換型分光計Ｄの方が従来の従来の位相補償板ＣＰを備えた干渉計によるフーリエ変換型分光計に較べて、ゼロレベル付近の電気信号に対して相対的により多くのＡ／Ｄカウントが割り当てられる（２^Ｚ／Ｘ＞２^Ｚ／Ｙ）。このため、本実施形態のフーリエ変換型分光計Ｄは、１個のＡＤ変換器でもインターフェログラムのゼロレベル付近における微小な信号もより高分解能で検出することができる。

一方、本実施形態のフーリエ変換型分光計Ｄでは、上述したように、干渉計１１として有位相差干渉計が用いられているので、例えば、一例として図６（Ｂ）に示すように、センターバーストの位置が不明瞭である。そこで、本実施形態のフーリエ変換型分光計Ｄは、このセンターバーストの位置を、所定の線幅を持つレーザ光の干渉光における包絡線から求めている。

従来のフーリエ変換型分光計では、干渉計における移動鏡の移動位置を検出してＡＤ変換のサンプリングタイミングを得るために、単色のレーザ光（単色レーザ光）が用いられている。より具体的には、単色レーザ光が干渉計に入射され、この干渉計で生成された単色レーザ光の干渉光を受光することによって単色レーザ光の干渉光における光強度が検出される。この単色レーザ光の干渉光における光強度は、図１０に示すように、移動鏡の移動に応じて正弦波状に強弱を繰り返すので、このゼロクロスタイミングを検出することで前記ＡＤ変換のサンプリングタイミングを得ている。この単色レーザ光の干渉光における光強度は、図１０（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、光路差０の位置でもサイドバンドの位置でも略一定の振幅である。この光路差０の位置は、被測定光の各波長成分の初期位相差がゼロである場合のインターフェログラムにおけるセンターバーストの位置に対応する。

本実施形態のフーリエ変換型分光計Ｄでは、前記単色レーザ光に代えて、所定の線幅を持つレーザ光が用いられている。このような所定の線幅を持つレーザ光の干渉光は、図７に示すように、ゼロクロスタイミングは、単色レーザ光の場合と同様であるが、図７（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、光路差０の位置でその振幅が最も大きく、サイドバンドの位置へ近づくに従ってその振幅が徐々に小さくなるプロファイルを持つ。したがって、所定の線幅を持つレーザ光の干渉光における光強度の包絡線を検波することによってセンターバーストの位置が検出可能である。より具体的には、包絡線検波部３８は、第２受光部３６から入力された、前記レーザ光の干渉光における光強度に応じた電気信号を包絡線検波し、その結果を制御演算部４１のセンターバースト位置演算部４１２へ出力する。センターバースト位置演算部４１２は、包絡線検波部３８から入力された包絡線の極大値を検出し、この極大値を与える位置をセンターバーストの位置として求める。そして、センターバースト位置演算部４１２は、この求めたセンターバーストの位置をスペクトル演算部４１１へ出力する。

以上の動作によって、スペクトル演算部４１１には、被測定光のインターフェログラムがＡＤ変換部２３から入力され、センターバースト位置がセンターバースト位置演算部４１２から入力される。そして、スペクトル演算部４１１は、この被測定光のインターフェログラムを、この検出されたセンターバーストの位置に基づいてフーリエ変換を行い、被測定光のスペクトルを求める。この求めた被測定光のスペクトルは、出力部４３に出力される。

より具体的に説明すると、まず、インターフェログラムＦ_ｍ（ｘ_ｉ）は、光路差をｘ_ｉとし、波数をν_ｊとし、波数ν_ｊのスペクトル振幅をＢ（ν_ｊ）とし、光路差０の位置をＸ_０とし、波数ν_ｊの光路差０の位置における位相をφ（ν_ｊ）とする場合に、式１で表される。なお、ｍは、ｍ番目の測定による測定結果であることを表す。

１回の測定でノイズの少ない充分な結果が得られる場合には、１回の測定でよいが、通常、複数の測定結果の積算（和）が求められ、ノイズが低減される。この積算されたインターフェログラム（積算インターフェログラム）Ｆ（ｘ_ｉ）は、式２で表される。

そして、この式１または式２で表されるインターフェログラムＦ_ｍ（ｘ_ｉ）、Ｆ（ｘ_ｉ）がフーリエ変換されるが、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）する場合には、サイドローブの発生を低減するために、図１３に示すように、光路差０の位置（センターバーストの位置）を中心に左右対称な窓関数Ａ_{ｗｉｎｄｏｗ}（ｘ_ｉ）が掛け合わされてから（式３）、高速フーリエ変換が行われ、被測定光のスペクトルの振幅｜Ｂ_{ｗｉｎｄｏｗ}（ν_ｊ）｜が求められる（式４）。なお、ここでは、式３および式４は、式２で表されるインターフェログラムＦ（ｘ_ｉ）の場合について示されているが、１回の測定でノイズの少ない充分な結果が得られる場合には、式２に代え、式１で表されるインターフェログラムＦ_ｍ（ｘ_ｉ）であってもよい。

上記窓関数Ａ_{ｗｉｎｄｏｗ}（ｘ_ｉ）は、適宜な種々の関数を上げることができるが、例えば、式５−１ないし式５−３で表される関数である。式５−１および式５−２は、Ｈａｍｍｉｎｇ Ｗｉｎｄｏｗ（ハミング窓）関数と呼ばれ、式５−３は、Ｂｌａｃｋｍａｎ Ｗｉｎｄｏｗ（ブラックマン窓）関数と呼ばれる。

このような演算処理によってスペクトル演算部４１１は、干渉計１１によって得られた被測定光のインターフェログラムを、センターバースト位置演算部４１２によって検出されたセンターバーストの位置に基づいて高速フーリエ変換を行うことによって、被測定光のスペクトルを求めている。

以上、説明したように、本実施形態におけるフーリエ変換型分光計Ｄは、干渉計１１を構成する光学素子が仮想的な光路差ゼロの配置位置であっても位相差を有する有位相差干渉計である干渉計１１によって被測定光の干渉光が生成されているので、そのインターフェログラムの１または複数のピークにおける最大の振幅Ｘは、前記位相差を補償した通常の干渉計によって生成された被測定光の干渉光に対応するインターフェログラムの１または複数のピークにおける最大の振幅Ｙよりも小さくなる（Ｘ＜Ｙ）。このため、干渉光を受光して得られた電気信号をＺビットのＡＤ変換器でＡＤ変換する場合に、ゼロレベル付近の電気信号に対して相対的により多くのＡ／Ｄカウントが割り当てられる（２^Ｚ／Ｘ＞２^Ｚ／Ｙ）。したがって、本実施形態におけるフーリエ変換型分光計Ｄおよびこれに実装されるフーリエ変換型分光方法は、ＡＤ変換器が用いられる場合に、１個のＡＤ変換器でもインターフェログラムのゼロレベル付近における微小な信号もより高分解能で検出することができる。

また、本実施形態のフーリエ変換型分光計Ｄは、上述のように、Ｘ＜Ｙであるので、増幅部２２の増幅器として、スルーレートの比較的低いオペアンプ（入力信号に対する追従性の比較的遅いオペアンプ）を用いることができ、低ノイズアンプを用いることができる。増幅部２２の増幅器として低ノイズアンプ（ＬＮＡ）を用いることによって、本実施形態のフーリエ変換型分光計Ｄは、いわゆるＳＮ比の向上を図ることができる。

また、本実施形態のフーリエ変換型分光計Ｄは、半透鏡１１２の透過側に第１位相差板１１３をさらに備えるので、干渉計１１における第１および第２光路間の位相差をさらに大きくすることができる。この結果、本実施形態のフーリエ変換型分光計Ｄは、インターフェログラムの１または複数のピークにおける最大の振幅Ｘを、後述の図１４（Ａ）に示す第１位相差板１１３を備えないで半透鏡１１２の透明基板で生じる位相差だけの有位相差干渉計によるインターフェログラムに較べて、より小さくすることができる。

また、本実施形態のフーリエ変換型分光計Ｄは、所定の線幅を持つレーザ光の干渉光における光強度の包絡線を検波することによってセンターバーストの位置を検出するので、例えば、図４に示すような、より簡易な回路構成で検波回路を構成することができる。

また、本実施形態のフーリエ変換型分光計Ｄは、レーザ光が所定の線幅を持つレーザ光とされ、センターバーストの位置を検出するための構成として、移動鏡１１２の位置を検出するための一部の構成が流用されている。より具体的には、位置測定用光源３１から第２受光部３６までの構成が共用され、第２受光部３６の出力がゼロクロス検出部３７および包絡線検波部３８のそれぞれに出力される。このため、本実施形態のフーリエ変換型分光計Ｄは、より少ない回路構成でセンターバーストの位置を検出することができる。

また、本実施形態のフーリエ変換型分光計Ｄでは、位置測定用光源３１として、単色レーザ光を高周波重畳することによって所定の線幅を持つレーザ光を放射するレーザ装置、あるいは、所定の線幅を持つレーザ光を放射する半導体レーザが用いられる。このため、本実施形態では、より簡易に前記所定の線幅を持つレーザ光を放射する位置測定用光源３１が構成され得る。

図１４は、実施形態のフーリエ変換型分光計における第２態様の干渉計の構成、被測定光の干渉光の波形（インターフェログラム）および位置測定用光源のレーザ光の干渉光の波形を説明するための図である。図１４（Ａ）は、実施形態のフーリエ変換型分光計における第２態様の干渉計の構成を示し、図１４（Ｂ）は、模式的に描いた、被測定光の干渉光の波形（インターフェログラム）を示し、そして、図１４（Ｃ）は、模式的に描いた、位置測定用光源のレーザ光の干渉光の波形を示す。図１５は、実施形態のフーリエ変換型分光計における第３態様の干渉計の構成を示す図である。

なお、上述の実施形態では、有位相差干渉計として、図２や図５（Ａ）に示すように、半透鏡１１２と移動鏡１１５との間に位相差板１１３を有する干渉計１１（第１態様の干渉計１１）が用いられたが、これに限定されるものではなく、例えば、図１４に示す構成の第２態様の干渉計１１ａや、図１５に示す構成の第３態様の干渉計１１ｂであってもよい。

より具体的には、第２態様の干渉計１１ａは、上述したように、半透鏡１１２が透明基板を備えるために半透鏡１１２自身が位相差を生じさせるので、図１４（Ａ）に示すように、第１態様の干渉計１１における位相差板１１３を除いた構成である。このように、半透鏡面を一方主面に形成した透明基板を備える通常の半透鏡１１２を用いたごく一般的な構成のマイケルソン干渉計において、図８（Ａ）を用いて上述した通常用いられる位相補償を行うための位相補償板ＣＰを備えないことで、前記有位相差干渉計を簡単に構成することができる。すなわち、この第２態様の干渉計１１ａは、半透鏡１１２と、固定鏡１１４と、光軸方向に移動する移動鏡１１５とを備え、被測定光を半透鏡１１２で２個の第１および第２被測定光に分岐して固定鏡１１４および移動鏡１１５にそれぞれ入射させ、固定鏡１１４で反射された第１被測定光および移動鏡１１５で反射された第２被測定光を半透鏡１１２で互いに干渉させるマイケルソン干渉計であって、半透鏡１１２は、透明基板と、前記透明基板の一方主面に形成された半透鏡面とを備えて構成されるものである。

このような第２態様の干渉計１１ａによっても第１態様の干渉計１１と同様の作用効果を奏するが、図５（Ｂ）および（Ｃ）と図１４（Ｂ）および（Ｃ）とを対比すると分かるように、位相差板１１３をさらに備えるために、第１態様の干渉計１１の方が第２態様の干渉計１１ａよりも、被測定光の干渉光における最大振幅が小さく、また、レーザ光の干渉光における包絡線の振幅変化が大きい。このため、第１態様の干渉計１１と第２態様の干渉計１１ａとを比較する場合では、第１態様の干渉計１１の方が有利である。

また、第３態様の干渉計１１ｂは、半透鏡１１２と、固定鏡１１４と、光軸方向に移動する移動鏡１１５とを備え、被測定光を半透鏡１１２で２個の第１および第２被測定光に分岐して固定鏡１１４および移動鏡１１５にそれぞれ入射させ、固定鏡１１４で反射された第１被測定光および移動鏡１１５で反射された第２被測定光を半透鏡１１２で互いに干渉させるマイケルソン干渉計であって、半透鏡１１２は、透明基板と、前記透明基板の一方主面に形成された半透鏡面とを備える。そして、この第３態様の干渉計１１ｂは、前記被測定光を半透鏡１１２で２個の第１および第２被測定光に分岐する場合において、半透鏡１１２で反射された半透鏡１１２の反射側に配置される第２位相差板１１７をさらに備えており、この第２位相差板１１７は、半透鏡１１２で生じる位相差と異なる位相差を生じさせるものである。このような第２位相差板１１７は、例えば、半透鏡１１２の前記透明基板と同一の厚さであって半透鏡１１２の前記透明基板と異なる屈折率（屈折率特性）を持つ材料によって形成される。また例えば、第２位相差板１１７は、例えば、半透鏡１１２の前記透明基板と同一の屈折率（屈折率特性）を持つ材料（例えば同一の材料）によって半透鏡１１２の前記透明基板と異なる厚さで形成される。

このような第３態様の干渉計１１ｂは、半透鏡１１２の反射側に第２位相差板１１７をさらに備えるので、図１４（Ａ）に示す構成の第２態様の干渉計１１ａに較べて、第１および第２光路間の位相差をさらに大きくすることができる。

なお、図２および図５（Ａ）に示す構成の第１態様の干渉計１１において、第２位相差板１１７をさらに備えて第４態様の干渉計１１ｃ（図略）が構成されてもよい。

図１６は、レーザ光の干渉光における包絡線に基づいてセンターバーストの位置を求める第２態様の方法を説明するための図である。図１６（Ａ）は、前記包絡線を示し、図１６（Ｂ）は、前記包絡線の差分波形を示す。図１７は、レーザ光の干渉光における包絡線に基づいてセンターバーストの位置を求める第３態様の方法を説明するための図である。図１６および図１７の横軸は、光路差（移動鏡１１５の位置）を示し、これらの縦軸は、レベルを示す。

また、上述の実施形態において、センターバースト位置演算部４１２は、包絡線検波部３８から入力された包絡線の極大値を、移動鏡１１２の移動（光路差の変化）に従って前記包絡線の振幅値（レベル）が増加から減少に転じた点で検出してもよいが、一例として、図１６（Ａ）に示すように前記包絡線が前記極大値付近では移動鏡１１２の移動（光路差の変化）に従って比較的緩やかに変化する場合には、前記点を精度よく検出することは容易ではない。このため、センターバースト位置演算部４１２は、包絡線検波部３８で検波された包絡線の差分情報に基づいて包絡線検波部３８で検波された包絡線の極大値を与える位置をセンターバーストの位置として検出してもよい。

より具体的には、センターバースト位置演算部４１２は、適宜な間隔で、包絡線上の２点間の差分を求める。例えば、図１６（Ａ）に示す包絡線に対し、この包絡線上の２点間の差分を求めて行くと、前記差分情報として、図１６（Ｂ）に示す差分のグラフが得られる。この差分のグラフにおいて、差分値が正値から負値へ転じるゼロクロス点が前記極大値を与える位置に対応するので、センターバースト位置演算部４１２は、この差分のグラフにおいて、差分値が正値から負値へ転じるゼロクロス点を求め、ゼロクロス点をセンターバーストの位置とすればよい。

ここで、差分を求める前記間隔が大きいほど、差分値が大きくなり、より精度よくゼロクロス点が検出可能となり、この結果、より精度よくセンターバーストの位置が検出可能となる。

また、このような差分を求める場合において、包絡線の測定結果を格納する記憶素子の記憶容量が制約されて前記間隔があまり大きく取れない場合や、ＡＤ変換部２３のビット数Ｚが少なくて分解能があまり大きくない場合では、前記差分は、ゼロクロス点付近では図１７に示すように、階段状になってしまう場合がある。このような場合では、ゼロクロス点付近の差分のグラフを最小２乗法によって直線近似し、この近似直線のゼロクロス点を求めることによって、センターバーストの位置が求められてもよい。

このような包絡線の差分情報を用いることによって、フーリエ変換型分光計Ｄのセンターバースト位置演算部４１２は、前記包絡線の極大値を与える位置をより精度よく検出することができ、仮に前記包絡線の変化が緩やかであるために前記包絡線の極大値が見分け難い場合であっても、前記包絡線の極大値を与える位置を検出することができる。

本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。

一態様にかかるフーリエ変換型分光計は、測定対象の被測定光が入射され、前記被測定光の入射位置から干渉位置までの間に、複数の光学素子によって形成される２個の光路を備え、前記２個の光路のそれぞれが仮に同一の媒質で形成されている場合に前記２個の光路間の光路差がゼロとなるように前記複数の光学素子を配置した場合において実際には前記光路間に位相差を持つ有位相差干渉計と、前記被測定光の各波長成分の初期位相差がゼロである場合のインターフェログラムにおけるセンターバーストの位置を検出するセンターバースト位置検出部と、前記有位相差干渉計によって得られた前記被測定光のインターフェログラムを、前記センターバースト位置検出部によって検出されたセンターバーストの位置に基づいてフーリエ変換を行うことによって前記被測定光のスペクトルを求めるスペクトル演算部とを備える。

そして、他の一態様にかかるフーリエ変換型分光方法は、測定対象の被測定光の入射位置から干渉位置までの間に、複数の光学素子によって形成される２個の光路を備え、前記２個の光路のそれぞれが仮に同一の媒質で形成されている場合に前記２個の光路間の光路差がゼロとなるように前記複数の光学素子を配置した場合において実際には前記光路間に位相差を持つ有位相差干渉計によって、測定対象の被測定光のインターフェログラムを得るインターフェログラム取得工程と、前記被測定光の各波長成分の位相差がゼロである場合のインターフェログラムにおけるセンターバーストの位置を検出するセンターバースト位置検出工程と、前記インターフェログラム取得工程で得られた前記被測定光のインターフェログラムを、前記センターバースト位置検出工程によって検出されたセンターバーストの位置に基づいてフーリエ変換を行うことによって前記被測定光のスペクトルを求めるスペクトル演算工程とを備える。

このような構成のフーリエ変換型分光計およびフーリエ変換型分光方法では、有位相差干渉計によって被測定光の干渉光が生成されているので、そのインターフェログラムの１または複数のピークにおける最大の振幅Ｘは、前記位相差を補償した通常の干渉計によって生成された被測定光の干渉光に対応するインターフェログラムの１または複数のピークにおける最大の振幅Ｙよりも小さくなる（Ｘ＜Ｙ）。このため、干渉光を受光して得られた電気信号をアナログ信号からディジタル信号へ変換するＺビットのアナログ−ディジタル変換器（ＡＤ変換器）を用いる場合に、ゼロレベル付近の電気信号に対して相対的により多くのＡ／Ｄカウントが割り当てられる（２^Ｚ／Ｘ＞２^Ｚ／Ｙ）。したがって、このような構成のフーリエ変換型分光計およびフーリエ変換型分光方法は、ＡＤ変換器が用いられる場合に、１個のＡＤ変換器でもインターフェログラムのゼロレベル付近における微小な信号もより高分解能で検出することができる。

また、他の一態様では、上述のフーリエ変換型分光計において、前記有位相差干渉計は、前記２個の光路を通過するそれぞれの光において、光路延長を伴う屈折領域数の差が２以上となるように、少なくとも一方の光路中に透明基板から成る光学素子を備える。

このような構成のフーリエ変換型分光計は、少なくとも一方の光路中に透明基板を配置することで、簡易に有位相差干渉計を構成することができる。

また、他の一態様では、上述のフーリエ変換型分光計において、前記有位相差干渉計は、半透鏡と、固定鏡と、光軸方向に移動する移動鏡とを前記複数の光学素子として備え、前記被測定光を前記半透鏡で２個の第１および第２被測定光に分岐して前記固定鏡および前記移動鏡にそれぞれ入射させ、前記固定鏡で反射された前記第１被測定光および前記移動鏡で反射された前記第２被測定光を前記半透鏡で互いに干渉させるマイケルソン干渉計であって、前記半透鏡は、透明基板と、前記透明基板の一方主面に形成された半透鏡面とを備える。

このような構成のフーリエ変換型分光計は、半透鏡面を一方主面に形成した透明基板を備える通常の半透鏡を用いたごく一般的なマイケルソン干渉計において、通常用いられる位相補償を行うための位相差板を備えないことで、前記有位相差干渉計を簡単に構成することができる。

また、他の一態様では、上述のフーリエ変換型分光計において、前記被測定光を前記半透鏡で２個の第１および第２被測定光に分岐する場合において、前記半透鏡を透過した前記半透鏡の透過側に配置される第１位相差板をさらに備える。

このような構成のフーリエ変換型分光計は、前記半透鏡の透過側に第１位相差板をさらに備えるので、前記有位相差干渉計における前記光路間の前記位相差をさらに大きくすることができる。

また、他の一態様では、上述のフーリエ変換型分光計において、前記被測定光を前記半透鏡で２個の第１および第２被測定光に分岐する場合において、前記半透鏡で反射された前記半透鏡の反射側に配置される第２位相差板をさらに備え、前記第２位相差板は、前記半透鏡で生じる位相差と異なる位相差を生じさせる。

このような構成のフーリエ変換型分光計は、前記半透鏡の反射側に第２位相差板をさらに備えるので、前記有位相差干渉計における前記光路間の前記位相差をさらに大きくすることができる。

また、他の一態様では、これら上述のフーリエ変換型分光計において、前記センターバースト位置検出部は、所定の線幅を持つレーザ光を前記有位相差干渉計に入射させることによって得られた前記レーザ光の干渉光における光強度の包絡線を検波し、前記検波された包絡線の極大値を与える位置を前記センターバーストの位置として検出することを特徴とする。

このような構成のフーリエ変換型分光計は、所定の線幅を持つレーザ光の干渉光における光強度の包絡線を検波することによって前記センターバーストの位置を検出するので、より簡易な回路構成で検波回路を構成することができる。

また、他の一態様では、これら上述のフーリエ変換型分光計において、前記有位相差干渉計によって得られた前記被測定光の干渉光を受光して前記被測定光の干渉光における光強度を出力する第１受光部と、前記第１受光部の出力をアナログ信号からディジタル信号へ変換して前記被測定光のインターフェログラムを出力するアナログ−ディジタル変換部と、後記第２受光部の出力のゼロクロスを検出し、前記検出したゼロクロスタイミングをサンプリングタイミングとして前記アナログ−ディジタル変換部へ出力するゼロクロス検出部とをさらに備え、前記センターバースト位置検出部は、所定の線幅を持つレーザ光を前記有位相差干渉計に入射させる位置測定用光源と、前記有位相差干渉計によって得られた前記レーザ光の干渉光を受光して前記レーザ光の干渉光における光強度を出力する第２受光部と、前記第２受光部の出力の包絡線を検波する包絡線検波部と、前記包絡線検波部で検波された包絡線の極大値を与える位置を前記センターバーストの位置として検出するセンターバースト位置演算部とを備える。

マイケルソン干渉計では移動鏡の位置を検出するために、例えば、レーザ光の干渉光が利用され、前記レーザ光の干渉光におけるゼロクロスタイミングがサンプリングタイミングとされる。上記構成のフーリエ変換型分光計では、このレーザ光が前記所定の線幅を持つレーザ光とされ、前記センターバーストの位置を検出するための構成として、移動鏡の位置を検出するための一部の構成が流用される。例えば、前記位置測定用光源から前記第２受光部までの構成が共用され、第２受光部の出力がゼロクロス検出部および包絡線検波部のそれぞれに出力される。このため、上記構成のフーリエ変換型分光計は、より少ない回路構成で前記センターバーストの位置を検出することができる。

また、他の一態様では、上述のフーリエ変換型分光計において、前記位置測定用光源は、単色レーザ光を高周波重畳することによって前記所定の線幅を持つレーザ光を放射するレーザ装置である。

上記構成によれば、より簡易に前記所定の線幅を持つレーザ光を放射する位置測定用光源が構成される。

また、他の一態様では、上述のフーリエ変換型分光計において、前記位置測定用光源は、前記所定の線幅を持つレーザ光を放射する半導体レーザである。

上記構成によれば、より簡易に前記所定の線幅を持つレーザ光を放射する位置測定用光源が構成される。

また、他の一態様では、これら上述のフーリエ変換型分光計において、前記センターバースト位置演算部は、前記包絡線検波部で検波された包絡線の差分情報に基づいて前記包絡線検波部で検波された包絡線の極大値を与える位置を前記センターバーストの位置として検出する。

このような構成のフーリエ変換型分光計は、前記包絡線の極大値を与える位置をより精度よく検出することができ、仮に前記包絡線の変化が緩やかであるために前記包絡線の極大値が見分け難い場合であっても、前記包絡線の極大値を与える位置を検出することができる。

この出願は、２０１１年３月１７日に出願された日本国特許出願特願２０１１−０５８６３５を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

本発明によれば、フーリエ変換型分光計およびフーリエ変換型分光方法を提供することができる。

Claims (11)

1. 測定対象の被測定光が入射され、前記被測定光の入射位置から干渉位置までの間に、複数の光学素子によって形成される２個の光路を備え、前記２個の光路のそれぞれが仮に同一の媒質で形成されている場合に前記２個の光路間の光路差がゼロとなるように前記複数の光学素子を配置した場合において実際には前記光路間に位相差を持つ有位相差干渉計と、
   前記被測定光の各波長成分の初期位相差がゼロである場合のインターフェログラムにおけるセンターバーストの位置を検出するセンターバースト位置検出部と、
   前記有位相差干渉計によって得られた前記被測定光のインターフェログラムを、前記センターバースト位置検出部によって検出されたセンターバーストの位置に基づいてフーリエ変換を行うことによって前記被測定光のスペクトルを求めるスペクトル演算部とを備えること
   を特徴とするフーリエ変換型分光計。
2. 前記有位相差干渉計は、前記２個の光路を通過するそれぞれの光において、光路延長を伴う屈折領域数の差が２以上となるように、少なくとも一方の光路中に透明基板から成る光学素子を備えること
   を特徴とする請求項１に記載のフーリエ変換型分光計。
3. 前記有位相差干渉計は、半透鏡と、固定鏡と、光軸方向に移動する移動鏡とを前記複数の光学素子として備え、前記被測定光を前記半透鏡で２個の第１および第２被測定光に分岐して前記固定鏡および前記移動鏡にそれぞれ入射させ、前記固定鏡で反射された前記第１被測定光および前記移動鏡で反射された前記第２被測定光を前記半透鏡で互いに干渉させるマイケルソン干渉計であって、前記半透鏡は、透明基板と、前記透明基板の一方主面に形成された半透鏡面とを備えること
   を特徴とする請求項１に記載のフーリエ変換型分光計。
4. 前記被測定光を前記半透鏡で２個の第１および第２被測定光に分岐する場合において、前記半透鏡を透過した前記半透鏡の透過側に配置される第１位相差板をさらに備えること
   を特徴とする請求項３に記載のフーリエ変換型分光計。
5. 前記被測定光を前記半透鏡で２個の第１および第２被測定光に分岐する場合において、前記半透鏡で反射された前記半透鏡の反射側に配置される第２位相差板をさらに備え、
   前記第２位相差板は、前記半透鏡で生じる位相差と異なる位相差を生じさせること
   を特徴とする請求項３に記載のフーリエ変換型分光計。
6. 前記センターバースト位置検出部は、所定の線幅を持つレーザ光を前記有位相差干渉計に入射させることによって得られた前記レーザ光の干渉光における光強度の包絡線を検波し、前記検波された包絡線の極大値を与える位置を前記センターバーストの位置として検出すること
   を特徴とする請求項１に記載のフーリエ変換型分光計。
7. 前記有位相差干渉計によって得られた前記被測定光の干渉光を受光して前記被測定光の干渉光における光強度を出力する第１受光部と、
   前記第１受光部の出力をアナログ信号からディジタル信号へ変換して前記被測定光のインターフェログラムを出力するアナログ−ディジタル変換部と、
   後記第２受光部の出力のゼロクロスを検出し、前記検出したゼロクロスタイミングをサンプリングタイミングとして前記アナログ−ディジタル変換部へ出力するゼロクロス検出部とをさらに備え、
   前記センターバースト位置検出部は、所定の線幅を持つレーザ光を前記有位相差干渉計に入射させる位置測定用光源と、前記有位相差干渉計によって得られた前記レーザ光の干渉光を受光して前記レーザ光の干渉光における光強度を出力する第２受光部と、前記第２受光部の出力の包絡線を検波する包絡線検波部と、前記包絡線検波部で検波された包絡線の極大値を与える位置を前記センターバーストの位置として検出するセンターバースト位置演算部とを備えること
   を特徴とする請求項３に記載のフーリエ変換型分光計。
8. 前記位置測定用光源は、単色レーザ光を高周波重畳することによって前記所定の線幅を持つレーザ光を放射するレーザ装置であること
   を特徴とする請求項７に記載のフーリエ変換型分光計。
9. 前記位置測定用光源は、前記所定の線幅を持つレーザ光を放射する半導体レーザであること
   を特徴とする請求項７に記載のフーリエ変換型分光計。
10. 前記センターバースト位置演算部は、前記包絡線検波部で検波された包絡線の差分情報に基づいて前記包絡線検波部で検波された包絡線の極大値を与える位置を前記センターバーストの位置として検出すること
    を特徴とする請求項７に記載のフーリエ変換型分光計。
11. 測定対象の被測定光の入射位置から干渉位置までの間に、複数の光学素子によって形成される２個の光路を備え、前記２個の光路のそれぞれが仮に同一の媒質で形成されている場合に前記２個の光路間の光路差がゼロとなるように前記複数の光学素子を配置した場合において実際には前記光路間に位相差を持つ有位相差干渉計によって、測定対象の被測定光のインターフェログラムを得るインターフェログラム取得工程と、
    前記被測定光の各波長成分の位相差がゼロである場合のインターフェログラムにおけるセンターバーストの位置を検出するセンターバースト位置検出工程と、
    前記インターフェログラム取得工程で得られた前記被測定光のインターフェログラムを、前記センターバースト位置検出工程によって検出されたセンターバーストの位置に基づいてフーリエ変換を行うことによって前記被測定光のスペクトルを求めるスペクトル演算工程とを備えること
    を特徴とするフーリエ変換型分光方法。

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