JPWO2021044979A5

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Publication number: JPWO2021044979A5
Application number: JP2021543742A
Authority: JP
Filing date: 2020-08-28
Publication date: 2023-08-10

Description

また、本発明に係る分光測定装置の第２態様は、
a) 物体面上の測定点から発せられた光を一つの平行光束に統合する統合光学系と、
b) 前記平行光束を所定の第１軸方向に２つに分割して第１光束と第２光束を形成し、該第１光束と該第２光束の間に前記第１軸方向と直交する第２軸方向に沿って連続的に変化する光路長差を付与する位相シフタと、
c) 結像面上に、前記位相シフタによって光路長差が付与された前記第１光束と前記第２光束を前記第１軸方向に集光させて、前記第２軸方向に沿う直線状の干渉像を形成する結像光学系と、
d) 前記結像面上に受光面を有しており、前記直線状の干渉像の光強度分布を検出するための複数の画素を有する光検出器と、
e) 前記物体面、又は前記統合光学系に関して該物体面と光学的に共役な面に配置された、前記第２軸方向に所定の間隔を置いて並べられた複数の透光部を有する遮光部材と、
f) 前記光検出器によって検出された前記直線状の干渉像の光の強度分布に基づき前記測定点のインターフェログラムを求め、このインターフェログラムをフーリエ変換することによりスペクトルを取得する処理部と
を備え、
前記統合光学系の焦点距離をｆ１、前記結像光学系の焦点距離をｆ２、前記光検出器の画素の前記第２軸方向の間隔をＰ、前記第２軸方向に隣り合う２個の画素のそれぞれに与えられる光路長差の差分をΔλ、前記測定点から発せられた光の波長範囲に含まれる所定の波長をλｃ、前記遮光部材の前記透光部の前記第２軸方向の長さ及び前記第２軸方向に隣り合う２個の透光部の間隔をいずれもＬとするとき、Ｌが以下の式（１）
Ｌ＝｛（λc×ｆ１）／（４×Δλ×ｆ２）｝×Ｐ・・・（１）
で表されることを特徴とする。

上記のように、本発明の分光測定装置によれば、物体面又は統合光学系に関して物体面と光学的に共役な面上に、複数の透光部を有する遮光部材を配置したため、鮮明なインターフェログラムを取得することができる。しかも、本発明では、前記遮光部材の前記透光部の前記配列方向の長さ及び前記配列方向に隣り合う２個の透光部の間隔と、前記測定点から発せられる光の波長、前記統合光学系から前記位相シフタまでの距離、前記位相シフタから前記光検出器の受光面までの距離、前記画素が配列されている方向の該画素の長さ及び前記配列方向に隣り合う２個の画素のそれぞれに与えられる光路長差の差分とが、所定の関係を有しているため、前記遮光部材を簡単に設計することができる。

位相シフタ１９は、透過型光学部材である第１透過部１９１と第２透過部１９２から構成されている。第１透過部１９１は、光入射面及び光出射面が平行な厚さが一定の矩形板状の光学部材から成る。第２透過部１９２は、第１透過部１９１の光入射面に対して傾斜する光入射面と、第１透過部１９１の光出射面と同一面上にある光出射面を有する矩形板状の光学部材から成る。第１透過部１９１と第２透過部１９２が並ぶ方向（図１Ａにおける上下方向）は本発明の第１軸方向に相当し、第１軸方向及び対物レンズ１５の光軸の両方と直交する方向は本発明の第２軸方向に相当する。本実施形態では、第２透過部１９２は、第２軸方向中心における厚さが第１透過部１９１の厚さと同じで、該中心から図１Ａにおける手前側に向かって徐々に厚さが小さくなり、奥側に向かって徐々に厚さが大きくなるように構成されている。

以上より、本実施形態によれば、光検出器２１の画素ピッチＰ、第２軸方向に隣り合う２個の画素それぞれの光路長差の差分Δλ、測定点から発せられる波長範囲に含まれる波長λｃ、対物レンズ１５、結像レンズ１７の焦点距離ｆ１，ｆ２が分かれば、これらの値に基づいて遮光板１３の各透光部１３１の第２軸方向の長さＬ及び透光部１３１の第２軸方向の間隔Ｌを設計することにより、インターフェログラムの鮮明度を高めることができる。
なお、「Ｌ」は、上記式（１）を満たす値であることが好ましいが、式（１）から求められた値に「Ｌ」を設定すると、透光部を通過する光量が少なくなってしまう場合は、式（１）から求められた値を奇数倍した値を「Ｌ」としても良い。
また、着目した単一波長λｃに合わせて間隔Ｌを設計することから、波長λｃの干渉鮮明度が最も効率的に向上する。分光の場合は多波長の光を同時に扱うことから、波長λｃ以外の波長の干渉鮮明度も同時に向上させたい場合がある。その場合、遮光板１３の第１軸方向の座標の異なる水平列ごとに着目する波長λc1、波長λc2を変えて設定してもよい（図３参照）。

（実施例）
上記分光測定装置の共役面１３Ｃに、上述した式（１）を満たすように設計された、１～３個の透光部（開口）１３１を有する遮光板１３（具体的には、透光部１３１の第２軸方向の距離Ｌ及び間隔Ｌがいずれも15.57μmである遮光板１３）を配置したときに得られる干渉像の強度変化を測定した。これは、焦点距離ｆ１とｆ２が等しくて共役面への換算比率が１／２であり、受光面２１Ａ上に形成される干渉縞の長さが６２．２８μmになるように、干渉光学系の位相シフタの傾きなどが設計されている場合である。その結果を図８Ａ、図９Ａに示す。図８Ａは、ＨｅＮｅレーザから出射した単色光（波長＝633nm）を対物レンズ１５に入射させたときの測定結果であり、図９Ａは、メタルハライドランプから出射した白色光を対物レンズ１５に入射させたときの測定結果である。また、図８Ａ、図９Ａの（ｂ）は（ａ）において矩形枠で囲んだ部分を横軸方向に拡大したものである。

Claims

a) 物体面上の測定点から発せられた光を一つの平行光束に統合する統合光学系と、
b) 前記平行光束を所定の第１軸方向に２つに分割して第１光束と第２光束を形成し、該第１光束と該第２光束の間に前記第１軸方向と直交する第２軸方向に沿って連続的に変化する光路長差を付与する位相シフタと、
c) 結像面上に、前記位相シフタによって光路長差が付与された前記第１光束と前記第２光束を前記第１軸方向に集光させて、前記第２軸方向に沿う直線状の干渉像を形成する結像光学系と、
d) 前記結像面上に受光面を有しており、前記直線状の干渉像の光強度分布を検出するための複数の画素を有する光検出器と、
e) 前記物体面、又は前記統合光学系に関して該物体面と光学的に共役な面に配置された、前記第２軸方向に所定の間隔を置いて並べられた複数の透光部を有する遮光部材と、
f) 前記光検出器によって検出された前記直線状の干渉像の光の強度分布に基づき前記測定点のインターフェログラムを求め、このインターフェログラムをフーリエ変換することによりスペクトルを取得する処理部と
を備え、
前記統合光学系の焦点距離をｆ１、前記結像光学系の焦点距離をｆ２、前記光検出器の画素の前記第２軸方向の間隔をＰ、前記第２軸方向に隣り合う２個の画素のそれぞれに与えられる光路長差の差分をΔλ、前記測定点から発せられた光の波長範囲に含まれる所定の波長をλｃ、前記遮光部材の前記透光部の前記第２軸方向の長さ及び前記第２軸方向に隣り合う２個の透光部の間隔をいずれもＬとするとき、Ｌが以下の式（１）
Ｌ＝｛（λc×ｆ１）／（４×Δλ×ｆ２）｝×Ｐ・・・（１）
で表されることを特徴とする分光測定装置。
a) 物体面上の複数の測定点から発せられた光を一つの平行光束に統合する統合光学系と、
b) 受光面に配置された複数の画素を有する光検出器と、
c) 前記統合光学系で統合された平行光束を所定の第１軸方向に２つに分割して第１光束と第２光束を形成し、該第１光束と該第２光束の間に前記第１軸方向と直交する第２軸方向に沿って連続的に変化する光路長差を付与しつつ前記受光面に向けて出射し、前記受光面における前記第１光束の入射領域の少なくとも一部と前記第２光束の入射領域の少なくとも一部が重複するように、前記第１光束及び前記第２光束を前記受光面に面状に入射させる位相シフタと、
d) 前記物体面、又は前記統合光学系に関して該物体面と光学的に共役な面に配置された、前記第２軸方向に所定の間隔を置いて並べられた複数の透光部を有する遮光部材と
e) 前記受光面における前記第１光束の入射領域と前記第２光束の入射領域が重複する領域の前記第２軸方向に沿う光の強度分布に基づき前記測定点のインターフェログラムを求め、このインターフェログラムをフーリエ変換することによりスペクトルを取得する処理部と
を備え、
前記統合光学系の焦点距離をｆ、前記統合光学系から前記位相シフタまでの距離をｈ１、前記位相シフタから前記受光面までの距離をｈ２、前記複数の画素の前記第２軸方向の間隔をＰ、前記第２軸方向に隣り合う２個の画素のそれぞれに与えられる光路長差の差分をΔλ、前記測定点から発せられた光の波長範囲に含まれる所定の波長をλｃ、前記遮光部材の前記透光部の前記第２軸方向の長さ及び前記第２軸方向に隣り合う２個の透光部の間隔をいずれもＬとするとき、Ｌが以下の式（２）
Ｌ＝［（λｃ×ｆ）／｛２×Δλ×（ｈ１＋ｈ２）｝］×Ｐ・・・（２）
で表されることを特徴とする分光測定装置。
請求項１又は２に記載の分光測定装置において、
前記統合光学系がコリメータレンズから成る、分光測定装置。
請求項１に記載の分光測定装置において、
前記位相シフタが、平面状の光導入面と平面状の光導出面を有する第１透過部と、該第１透過部と前記第１軸方向に並んで配置され、平面状の光導入面と平面状の光導出面を有する第２透過部とを備え、前記第１透過部の前記光導入面及び光導出面のうちの一方が、該一方の面と対応する前記第２透過部の前記光導入面又は前記光導出面に対して、傾斜している、分光測定装置。
請求項１に記載の分光測定装置において、
前記位相シフタが、平面状の光反射面を有する第１ミラーと、該第１ミラーと前記第１軸方向に並んで配置され、平面状の光反射面を有する第２ミラーとを備え、前記第１ミラーの光反射面に対して前記第２ミラーの光反射面が傾斜している、分光測定装置。
請求項２に記載の分光測定装置において、
前記位相シフタが、平面状の光導入面と平面状の光導出面を有する第１透過部と、平面状の光導入面と平面状の光導出面を有する第２透過部とを有しており、
前記第１透過部の前記光導出面から出射する第１光束の光軸に対して、前記第２透過部の前記光導出面から出射する第２光束の光軸が傾くように構成されている、分光測定装置。
請求項２に記載の分光測定装置において、
前記位相シフタが、前記平行光束が斜め方向から入射するように並んで配置された平面状の第１反射面及び平面状の第２反射面を有しており、
前記第１反射面に対する前記平行光束の入射角と前記第２反射面に対する前記平行光束の入射角、及び前記第１反射面に対する前記平行光束の光入射面と前記第２反射面に対する前記平行光束の光入射面が、いずれも異なるように、前記第１反射面と前記第２反射面が構成されていることを特徴とする分光測定装置。