WO2020175694A1 - 分光測定装置 - Google Patents

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WO2020175694A1
WO2020175694A1 PCT/JP2020/008480 JP2020008480W WO2020175694A1 WO 2020175694 A1 WO2020175694 A1 WO 2020175694A1 JP 2020008480 W JP2020008480 W JP 2020008480W WO 2020175694 A1 WO2020175694 A1 WO 2020175694A1
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WO
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fixed
movable
hole
measurement device
light
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/008480
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
伊知郎 石丸
Original Assignee
国立大学法人香川大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 国立大学法人香川大学 filed Critical 国立大学法人香川大学
Priority to JP2021502660A priority Critical patent/JP7422413B2/ja
Publication of WO2020175694A1 publication Critical patent/WO2020175694A1/ja

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/45—Interferometric spectrometry

Definitions

  • the present invention relates to a spectroscopic measurement device that measures the spectral characteristics of transmitted light, reflected light, fluorescent light, and other measurement light emitted from an object to be measured.
  • One of the techniques for measuring the spectral characteristics is a technique called image-forming two-dimensional Fourier spectroscopy (see Patent Document 1).
  • the omnidirectional light (measurement light) emitted from the sample surface (object surface) is made into a parallel light flux by the objective lens, and then the fixed mirror part and the movable mirror part are arranged in parallel and side by side.
  • the measurement light (reflected light) reflected by both mirrors is focused by the imaging lens at the same point on the imaging surface.
  • the measurement light focused on the image plane is They interfere with each other to form interference light of the measurement light.
  • an interface showing the intensity change of the interference light according to the difference in the optical path length is detected.
  • An electrogram is acquired, and the spectral characteristic (spectrum) of the measurement light is acquired by mathematically Fourier transforming this interferogram.
  • Patent Document 1 JP 2008-309706 A
  • the measurement light reflected by the fixed mirror section and the measurement light reflected by the movable mirror section are formed by the imaging lens at the same point on the imaging surface. It is necessary to make sure that the light is collected. Therefore, the fixed mirror part and ⁇ 0 2020/175694 2 (: 17 2020 /008480
  • the two reflecting surfaces of the moving mirror are made parallel to each other, and then the imaging lens is adjusted so that the light from both reflecting surfaces is condensed at the same point.
  • Such adjustment of the fixed mirror section, the movable mirror section, and the imaging lens is usually performed at the time of manufacturing the device.
  • the directions of the reflecting surfaces of the movable mirror section and the fixed mirror section are misaligned.
  • Such a deviation in the direction of the two reflecting surfaces is due to the condensing position between the reflected light from the fixed mirror portion and the reflected light from the movable mirror portion, which is supposed to be condensed at the same position on the image forming surface by the image forming lens.
  • the movable mirror part is moved with high accuracy by an electrostatically driven actuator using a piezo element or MEMS (Micro Electro Micro Mechanic Systems) technology. We try to minimize the change in the direction of the reflecting surface when the part moves.
  • MEMS Micro Electro Micro Mechanic Systems
  • the converging position of the reflected light may be misaligned so that the interference light is not formed. Cannot get the interferogram.
  • the directions of the reflecting surfaces of the fixed mirror section and the movable mirror section have been readjusted after being used for a predetermined period.
  • the time of readjustment there was a problem that it was difficult to match the directions of the reflecting surfaces of the fixed mirror part and the movable mirror part to the initial state (at the time of manufacturing or at the time of the previous adjustment).
  • the problem to be solved by the present invention is to make it possible to easily align the directions of the fixed reflection surface and the movable reflection surface during readjustment.
  • a movable reflecting member having a movable reflecting surface arranged in parallel and laterally with the fixed reflecting surface
  • a through hole that is formed in one of the movable reflecting member and the fixed reflecting member and that is parallel to the reflecting surface, and an index that is formed in the other and that can be seen through the through hole.
  • “side by side” means that the fixed reflecting surface and the movable reflecting surface are not in an overlapping state.
  • the movable reflective surface is arranged above or below the fixed reflective surface, or the movable reflective surface is on the left or right of the fixed reflective surface.
  • the side-by-side state is included in “side-by-side”.
  • the index formed on the movable reflecting member or the fixed reflecting member can be seen through the through hole formed on the movable reflecting member or the fixed reflecting member. It can be confirmed that the member is in the correct position and the movable reflective surface and the fixed reflective surface are aligned.
  • a state in which the movable reflecting surface and the fixed reflecting surface are aligned in the same direction means a state in which the movable reflecting surface and the fixed reflecting surface are parallel and the distance between both reflecting surfaces is a predetermined length.
  • the surface distance is "0"
  • the movable reflective surface and the fixed reflective surface are on the same surface.
  • any index can be used as long as it can be seen through the through hole, and an I-shaped line or a cross-shaped mark can be used as the index.
  • the I-line should be positioned at the center or end of the through-hole when looking through the through-hole, or by setting the cross-shaped mark at the center of the through-hole. The position of the movable reflecting member with respect to the constant reflecting member can be adjusted.
  • the hole formed in the other member of the fixed reflection member may penetrate the other member, or may be stopped in the middle of the other member.
  • a shaft member capable of kneading both the through hole and the hole only when the through hole and the hole are arranged side by side.
  • the shaft member is kneaded into both the through hole and the hole, so that the movable reflecting surface and the fixed reflecting surface can move in a predetermined aligned state.
  • the reflective member can be attached to the drive mechanism.
  • the cross-sectional shape of the through hole and the hole is non-circular, by forming one through hole and one hole in the movable reflecting member and the fixed reflecting member, respectively, the direction of the movable reflecting surface and the fixed reflecting surface It can be confirmed whether or not they are in a complete state.
  • the through holes and the holes have a circular cross-sectional shape, it is preferable to provide two or more through holes and two holes, respectively.
  • the cross-sectional shape is circular, it is necessary to provide two or more through holes and holes, but there is a merit that the through holes and holes are easy to process.
  • a base plate is provided, the fixed reflection member is fixed to the upper surface of the base plate such that the fixed reflection surface is perpendicular to the upper surface, and the fixed reflection member is fixed to the upper surface of the fixed reflection member. It is preferable that the drive mechanism is fixed. ⁇ 02020/175694 5 ( ⁇ 171?2020/008480
  • the driving mechanism includes a moving body that reciprocates in a direction normal to the fixed reflecting surface, and the movable reflecting member is detachably attached to the moving body. Is preferred.
  • the movable reflection member is reattached to the moving body so that the directions of both reflection surfaces are aligned. Can be in a state.
  • the fixed reflecting member and the movable reflecting member each include a metal block, and a reflecting surface be formed by mirror-finishing the metal block. ..
  • the spectroscopic measurement device of the present invention it is confirmed whether or not the movable reflecting surface and the fixed reflecting surface are aligned by checking whether or not the index can be seen through the through hole. Therefore, the directions of the fixed reflecting surface and the movable reflecting surface can be easily aligned.
  • FIG. 18 A top view showing a first embodiment of a spectrometer according to the present invention.
  • FIG. The side view of the spectroscopic measurement apparatus of a present Example.
  • FIG. 2 A perspective view showing a part of the spectroscopic measurement device omitted.
  • FIG. 3 Top view of phase shifter ( 3 ), Side view (Case), View from the reflection surface side ( ⁇ )
  • FIG. 4 A perspective view of a fixed reflection member.
  • FIG. 5 A perspective view of a moving body of the drive mechanism.
  • FIG. 6 A perspective view of a movable reflecting member.
  • FIG. 7 Top view ( 3 ) of the movable reflecting member, side view ( ⁇ ), ( ⁇ ), rear view ( ⁇ 0)
  • FIG. 8 Operation explanatory view of the spectroscopic measurement device.
  • FIG. 9 A diagram showing a state where measurement light is incident on a movable reflecting surface and a fixed reflecting surface. ⁇ 02020/175694 6 boxes (: 171?2020/008480
  • FIG. 10 Explanatory drawing of the manufacturing method of a movable reflection member and a fixed reflection member.
  • FIG. 11 Interferogram that is the measurement result of the radiant light emitted from a black body whose temperature is 90°.
  • FIG. 118 A spectrum obtained by Fourier transforming the above interferogram.
  • FIG. 128 An interferogram that is the measurement result of the radiant light emitted from a black body whose temperature is 25 °.
  • FIG.128 A spectrum obtained by Fourier-transforming the above interferogram.
  • FIG. 13 Obtained when a sample gas with a methane gas concentration of 20% was irradiated with infrared light from a light source with a temperature difference of 20 ° ⁇ , 30 ° ⁇ , and 40 ° ⁇ from the spectrometer. Absorbed spectrum.
  • FIG. 14 Absorption spectrum obtained when a sample gas with a methane gas concentration of 20% and 100% was irradiated with infrared light from a light source with a temperature difference of 40° from the spectrometer. Cuttle.
  • FIG. 15 A perspective view of a fixed reflection member in a second embodiment of the spectroscopic measurement device according to the present invention.
  • FIG. 2, and FIG. 2 show the overall configuration of the first embodiment of the spectrometer. Note that in Figures 18 and 2, part of the housing is omitted so that the internal structure of the spectrometer can be seen.
  • the spectroscopic measurement device 100 has a rectangular box-shaped case 100, a phase shifter 20 accommodated therein, an objective lens 31 and an imaging lens 32, and an external case 100. It has a photodetector 40 attached to it and a controller 50 (see Fig. 8).
  • the housing 10 includes a rectangular plate-shaped base plate 11 and four side wall parts 12 to 15 ⁇ 02020/175694 7 ⁇ (: 171?2020/008480
  • the side wall portions 12 to 15 are removably connected with each other by screws (not shown), the side wall portions 12 to 15 and the base plate 11, and the side wall portions 12 to 15 and the lid 16 respectively.
  • the objective lens 3 1 is arranged on the base plate 11 so that its lens surface is parallel to the side wall portion 12. Further, the image forming lens 32 is arranged on the base plate 11 so that the lens surface thereof is parallel to the side wall portion 13.
  • the objective lens 3 1 and the imaging lens 3 2 are held between a lens holder 3 3 and a base plate 11 which are erected on the upper surface of the base plate 11.
  • the lens holder 33 includes a !-shaped member in a top view and a pair of legs, and the lower ends of the pair of legs are fixed to the upper surface of the base plate 11. Recesses are formed on the upper surface of the base plate 11 at appropriate locations corresponding to the arrangement of the phase shifter 20 and the objective lens 31 and the imaging lens 32 and the lens holder 33. ..
  • a recess is formed into which the lower end of the leg is inserted.
  • the lower end of the objective lens 3 1, the lower end of the imaging lens 3 2 and the lower end of the leg of the lens holder _ 3 3 are kneaded into these recesses, so that the objective lens 3 1 and the imaging lens 3 2 Is positioned.
  • a measurement light introducing port 70 is provided in a portion of the side wall 12 facing the objective lens 31.
  • the inlet 70 is composed of a cylindrical portion 7 1 projecting outward from the side wall portion 12, a condenser lens 7 2 fitted inside the cylindrical portion 71, a condenser lens 7 2 and an objective lens 3 1.
  • a common plane grating 73 disposed between 1 and the conjugate plane of the objective lens 31.
  • the conjugate plane lattice 7 3 is held by a lattice holder 7 4 standing on the upper surface of the base plate 11.
  • the condenser lens 72, the conjugate plane grating 73, and the objective lens 31 constitute the introduction optical system of the present invention.
  • An imaging optical system is composed of the imaging lens 32.
  • An outlet 80 for measuring light (reflected light) that has passed through the imaging lens 3 2 is provided at a position of the side wall portion 13 facing the imaging lens 3 2.
  • Outlet 80 is shaped ⁇ 02020/175694 8 ⁇ (: 171?2020/008480
  • a photodetector 40 is attached to the outer surface of the side wall portion 13 of the formed portion.
  • the photodetector 40 is composed of a two-dimensional array sensor having a light receiving surface on the image forming surface of the image forming lens 32, and has a plurality of light receiving elements two-dimensionally arranged on the light receiving surface. ..
  • the control device 50 obtains an interferogram from the detection signal of the photodetector 40, and mathematically Fourier transforms the interferogram to measure the spectral characteristics (spectrum) which is the relative intensity of each wavelength of the measurement light. It is equipped with a computing unit that obtains, a processing unit that visualizes the computation result of the computing unit, a display and a printer that output the processing result of the processing unit.
  • the phase shifter 20 includes a fixed reflection member 21, a movable reflection member 22 and a drive mechanism 23 for driving the movable reflection member 22.
  • Fixed reflection member 2 1 consists cubic metal block, the reflecting surface 2 1 3 by mirror polishing the one surface (hereinafter, also referred to as a fixed reflection surface 2 1 3) are formed.
  • Through holes 2 1 and 2 16 (corresponding to holes of the present invention, corresponding to holes) penetrating the fixed reflecting member 21 in the vertical direction are formed at both ends of the upper surface 21 of the fixed reflecting member 21. ..
  • the fixed reflecting member 21 is fixed to the upper surface of the base plate 11 so that its reflecting surface 2 13 is inclined at 45 ° with respect to the optical axes of the objective lens 3 1 and the imaging lens 3 2.
  • the drive mechanism 23 is fixed to the upper surface 210 of the fixed reflection member 21.
  • the drive mechanism 23 comprises, for example, an impact drive actuator, and moves the moving body 24 arranged above the drive mechanism 23 in the horizontal direction.
  • the moving body 24 is made up of a cross-section !_-shaped member having a mounting plate part 2 4 3 and a mounting end part 24 which bends downward from its end, and the mounting plate part 2 4 3 It is attached to the upper part of drive mechanism 23 by.
  • the mounting end portion 24 of the moving body 24 is formed with two through holes 2440 and 24 which are vertically arranged so as to penetrate the end portion 24 in its entire width. ⁇ 02020/175694 9 (:171?2020/008480
  • the drive mechanism 23 is fixed to the mounting surface 210 of the fixed reflecting member 21 so that the moving direction of the moving body 24 coincides with the normal direction of the reflecting surface 211.
  • movable reflection member 2 2 is made of a cube-shaped metal block, the first reflecting surface formed by mirror-finishing the surface 2 2 3 (hereinafter, also referred to as the movable reflective surface 2 2 3), the reflective surface 2 2 It has a fitting recess 22 formed on the surface (rear surface) opposite to 3 .
  • the reflecting surface 2 2 3 of the movable reflecting member 2 2 has substantially the same size as the reflecting surface 2 1 3 of the fixed reflecting member 21.
  • the length of the movable reflecting member 22 in the depth direction is set to be substantially the same as that of the upper surface 21 of the fixed reflecting member 21.
  • the fitting recess 22 has a size substantially the same as the mounting end 24 of the moving body 24.
  • the mating recess 2 2 ⁇ is surrounded by walls on the left and right sides and the lower part on three sides, and there are 2 on the left and right walls at the locations corresponding to the through holes 2 40 and 2 4 of the mounting end 2 4 Individual holes 2 2 6 and 2 2 are formed.
  • relief grooves 229 are formed by relief processing at the inner corners between the lower wall and the left and right walls of the fitting recess 22.
  • the movable reflecting member 22 is fitted with the mounting end portion 24 of the moving body 24 into the fitting concave portion 22 to form a hole 22.
  • a fastening member (not shown) through the 2 2 h and the through holes 2 4 0, 2 4, it is fixed to the moving body 24. Since the relief groove 2 29 is formed in the mating recess 2 2 claw, even if there is a slight dimensional error between the mounting end 2 4 claw of the moving body 2 4 and the mating recess 22 c 29, and the movable reflecting member 22 can be attached to the moving body 24 with high precision.
  • the fitting concave portion 22 of the movable reflecting member 22 is smaller or larger than the width of the mounting end portion 24 of the moving body 24, the fitting concave portion 22 is held.
  • a method of measuring the spectral characteristics of a measurement target using the spectroscopic measurement device 100 having the above-described configuration is called an imaging type two-dimensional Fourier spectroscopy.
  • the method for measuring the spectral characteristics by the imaging two-dimensional Fourier spectroscopy will be explained with reference to FIGS. 8 and 9.
  • the drive mechanism 23 of the phase shifter 20 of the spectroscopic measurement device 100 is driven, and the movable reflecting member 22 is reciprocated in the direction indicated by the arrow in FIG. More specifically, the movable reflecting member 22 is placed at the reference position where the movable reflecting surface 2 2 3 and the fixed reflecting surface 2 1 3 are on the same plane, and the movable reflecting surface 2 2 3 is fixed reflecting surface 2 1 3 It moves back and forth at a constant speed to and from the fluctuation position located behind.
  • the drive of the drive mechanism 23 is controlled by the control device 50.
  • the light source! The multi-wavelength light emitted from-is irradiated toward the measurement target 3, and the light generated by the measurement target 3 (reflected light, scattered light, transmitted light, etc., hereinafter referred to as measurement light) is spectroscopically measured. It is incident on the inlet 70 of the device 100.
  • the measurement light incident on the inlet 70 passes through the condenser lens 72 and the objective lens 31 and then becomes the normal light and reaches the phase shifter 20.
  • the measurement light that has reached the phase shifter 20 is incident on both the fixed reflection surface 218 and the movable reflection surface 228 so as to straddle both the reflection surfaces, and is reflected by each reflection surface.
  • each light receiving element has a detection signal corresponding to the intensity of the interference light of the measurement light emitted from the bright spot of the measurement object 3. To occur.
  • the detection signal of each light receiving element is output from the photodetector 40 to the controller 50 and processed.
  • the movable reflecting surface 2 2 3 is moved to change the optical path length difference between the fixed reflected light and the movable reflected light. ⁇ 02020/175694 11 ⁇ (: 171?2020/008480
  • the intensity of the interference light changes. Therefore, by processing the detection signal from the photodetector 40 in the control device 50, an interferogram showing the intensity change of the interference light is acquired, and this interferogram is mathematically Fourier transformed. As a result, the spectral characteristic (spectrum) of the measurement light is acquired.
  • the spectroscopic measurement device 100 since the plurality of light receiving elements are two-dimensionally arranged on the light receiving surface of the photodetector 40, the spectral characteristics of the measurement light emitted from the measuring object 3 are two-dimensionally measured. Can be measured.
  • the fixed reflecting member 21 and the movable reflecting member 22 are manufactured as follows. As shown in Fig. 10, fixed reflection member A fixed reflecting member material 2 1 having a portion other than the through holes 2 1 and 2 1 6 is prepared. Furthermore, preparing a movable reflecting member and second reflecting surfaces 2 2 3 of 2, and the through-hole 2 1 3, 2 2 other portions is formed a movable reflective member for material 2 2.
  • a mounting jig 90 having the same shape as that of the drive mechanism 23 is fixed to the upper surface 210 of the fixed reflecting member material 21 and movable to the mounting portion 91 of the mounting jig 90. Fix the material 2 2 for the reflective member. At this time, the movable reflecting member material 2 2 is positioned above the upper surface portion 2 1 13 of the fixed reflecting member material 2 1. Then, from the upper surface of the movable reflecting member material 22 to the fixed reflecting member material 2 1, two holes are vertically drilled to penetrate these materials. As a result, two through-holes 220 and 22 are formed in the movable reflecting member material 2 2 and two through-holes 2 1 and 2 2 6 are formed in the fixed reflecting member material 2 1. To be done.
  • the fixed reflection member 21 is completed.
  • the movable reflecting member 2 2 and the fixed reflecting member 2 1 are arranged side by side with the movable reflecting surface 2 2 3 and the fixed reflecting surface 2 1 3 aligned with each other by mirror-finishing as described above,
  • the through hole 2 20 and the through hole 21 and the through hole 2 2 and the through hole 2 16 are also aligned, and the through hole 2 1 can be seen through the through hole 2 2 0 and the through hole 2 2
  • the mounting jig 90 can be removed from the completed fixed reflecting member 21 and the movable reflecting member 22 can be removed from the mounting jig 90.
  • the phase shifter 20 is assembled as follows using the fixed reflection member 21 and the movable reflection member 22 obtained as described above.
  • the drive mechanism 23 is mounted on the mounting surface 210 of the fixed reflecting member 21.
  • the fitting concave portion 22 of the movable reflecting member 22 is fitted into the mounting end portion 23 of the moving body 24 of the drive mechanism 23.
  • the fixed reflection surface 2 1 3 movable reflective surface 2 2 3 are arranged vertically, the through-holes 2 2_Rei and the through hole 2 1 aligned vertically in this state, the through-holes 2 2 and the through hole 2 1 ⁇ Pass the shaft member 92 through.
  • the movable reflecting member 22 is attached to the moving body 24 in this state.
  • the shaft member 9 2 is pulled out from the through holes 2 220, 21 and 2 2, 21 6. The above completes the assembly of the phase shifter 20.
  • rattling occurs at the connection point between the movable reflecting member 22 and the moving body 24, and the movable reflecting surface 2 2 3 3 with respect to the direction of the fixed reflecting surface 2 1 3
  • the direction of may shift slightly. Therefore, in the above-mentioned spectroscopic measurement device 100, work for adjusting the direction of the movable reflecting surface 2 23 is performed at a predetermined timing. This adjustment work is generally performed by the service person of the manufacturer, but can also be done by the user himself.
  • the adjustment work is performed as follows. Remove the lid 16 from the case 10 so that the phase shifter 20 can be seen from the outside. Then, the movable counter of the phase shifter 20 ⁇ 0 2020/175694 13 ⁇ (: 171? 2020 /008480
  • the shaft member 92 After confirming that the projecting member 22 is at the reference position, the shaft member 92 is passed through the through holes 220 and 22 of the movable reflecting member 22. At this time, if the shaft member 92 is smoothly kneaded from the through holes 2 220 and 22 of the movable reflecting member 22 to the through holes 2 1 and 2 16 of the fixed reflecting member 21, it is possible to move the movable reflecting surface. 2 2 3 and the fixed reflective surface 2 1 3 are in the same direction, so the work is completed.
  • through-holes 2 2_Rei, 2 2 have that could look through the through-holes 2 1, 2 1 6, the movable reflective surface 2 2 3 and the fixed reflection surface 2 It is also possible that the directions of 13 are aligned.
  • the movable reflecting member 2 2 can be fixed to the moving body 24 while the movable reflecting surface 22 3 and the fixed reflecting surface 2 13 3 are aligned in the same direction.
  • An object that absorbs almost all mid-infrared light in the wavelength range 2 111 to 14 111 is used as the measurement target, and the light emitted from the measurement target when this is heated.
  • the spectral characteristics (spectrum) of (radiant light) were measured.
  • a microbolometer manufactured by Vision Sensing Co., Ltd.
  • a measurement wavelength band of 2 111 to 14 111 was used. ⁇ 02020/175694 14 (:171?2020/008480
  • Fig. 11A and Fig. 11B are the measurement results of the photodetector 40 of the radiant light emitted from the black body whose temperature is 90 °C. They are the interferogram and The spectrum obtained by conversion is shown.
  • 12A and 12B are the measurement results of the photodetector 40 of the radiant light emitted from a black body with a temperature of 25 °C. The obtained spectra are shown respectively.
  • the horizontal axis of Fig. 11 A and Fig. 12 A shows the optical path length difference (Mm), and the vertical axis shows the relative intensity of the incident light received by the photodetector 40.
  • the horizontal axis in FIGS. 11B and 12B represents wavelength (Mm), and the vertical axis represents the relative intensity of the incident light received by the photodetector 40.
  • a sample gas containing methane gas was used as an object to be measured, and the absorption spectrum was measured when the sample gas was irradiated with infrared light in the wavelength range of 7 mm.
  • the same objective lens 3 1, imaging lens 3 2, and photodetector 40 as those used in Measurement 1 were used.
  • the infrared light source was heated prior to the measurement, and the temperature difference with the spectrophotometer 100 was adjusted to be 20 °C, 30 °C, and 40 °C.
  • Fig. 13 shows a spectrum when a sample gas having a methane gas concentration of 20% is irradiated with infrared light in the above wavelength range.
  • the larger the temperature difference between the infrared light source and the spectrometer 100 the greater the absorbance, but the temperature differences of 20 ° C, 30 ° C, and 40 ° C
  • spectra having absorption peaks in almost the same wavelength range were obtained.
  • the temperature between the spectrophotometer and the light source must be ⁇ 02020/175694 15 ⁇ (: 171?2020/008480
  • the degree difference was 200 ° or more, but the spectral characteristic device 100 of the present example could obtain an absorption spectrum with sufficient sensitivity even if the temperature difference was 200 ° .
  • Fig. 14 shows that an infrared light source with a temperature difference of 40 ° from the spectroscopic measurement device 100 emits infrared light to a sample gas having a methane gas concentration of 20% or 100%.
  • the sample gas with a methane gas concentration of 100% had a larger absorption peak than the sample gas with a methane gas concentration of 20%, but the methane gas concentration was 2%.
  • An absorption spectrum with sufficient sensitivity was obtained even with 0% sample gas.
  • FIG. 15 is a perspective view of the fixed reflection member 1 21 of the spectroscopic measurement device according to the second embodiment
  • FIG. 16 is a top view of the phase shifter 1 20.
  • the same or corresponding parts as in the first embodiment are designated by the same reference numerals.
  • circular marks 1 2 1 and 1 2 1 6 are attached to the upper surface 2 1 of the fixed reflecting member 1 2 1 in place of the through holes 2 1 and 2 1 6.
  • the marks 1 2 1 and 1 2 1 6 are drawn on a circular frame part having the same size and the same shape as the cross section of the through holes 2 220 and 2 2 of the movable reflecting member 22 and the inside thereof. It consists of a cross.
  • the adjustment work is performed as follows. First, the case 10 to the lid 1
  • the through holes provided in the fixed reflecting member and the movable reflecting member have a circular cross-sectional shape, but the cross-sectional shape may be a non-circular shape. If the cross-sectional shape of the through hole is circular, there is an advantage that the through hole can be easily formed by drilling, but in order to make the fixed reflecting member and the movable reflecting member have the same orientation. Must have at least two through holes. On the other hand, if the through-hole has a non-circular cross section, the number of through-holes formed in each of the fixed reflecting member and the movable reflecting member can be set to one.
  • the through holes are formed in both the fixed reflecting member and the movable reflecting member, but the through holes may be formed in one side and the other may be formed as a hole (that is, a hole that does not penetrate the member). ..
  • the spectroscopic measurement device may not include the shaft member.

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Abstract

本発明の分光測定装置２００は、固定反射面２１ａを有する固定反射部材２１と、固定反射面２１ａと平行に且つ横並びに配置された可動反射面２２ａを有する可動反射部材２２と、可動反射部材２１を、固定反射面２１ａの法線方向に往復移動させる駆動機構２３と、測定対象物から発せられた測定光を固定反射面２１ａと可動反射面２２ａに跨るように導く導入光学系と、固定反射面２１ａに導入された前記測定光が該固定反射面２１ａによって反射された光と、可動反射面２２ａに導入された前記測定光が該可動反射面２２ａによって反射された光をそれぞれ結像面上に集光させる結像光学系と、前記結像面上に集光した光の強度を検出する光検出器４０と、可動反射部材２２に形成された、反射面２２ａに平行な貫通孔２２ｃ、２２ｄと、固定反射部材２１に形成された、貫通孔２２ｃ、２２ｄから覗くことができる位置に設けられた指標２１ｄ、２１ｅとを備える。

Description

\¥0 2020/175694 1 卩（：17 2020 /008480 明 細 書
発明の名称 ： 分光測定装置
技術分野
[0001 ] 本発明は、 測定対象物から発せられる透過光や反射光、 蛍光等の測定光の 分光特性を測定する分光測定装置に関する。
背景技術
[0002] 分光特性の測定技術の一つに結像型 2次元フーリエ分光法と呼ばれる手法 がある （特許文献 1参照） 。 この手法では、 試料面 （物体面） から発せられ る無指向の光 （測定光） を対物レンズにより平行光束にした上で、 互いに平 行に且つ横並びに配置された固定ミラー部と可動ミラー部から成る位相シフ 夕に照射し、 両ミラー部で反射された測定光 （反射光） をそれぞれ結像レン ズにより結像面上の同一点に集光させる。 可動ミラー部を移動させて固定ミ ラー部で反射された測定光と可動ミラー部で反射された測定光の間に光路長 差を付与することにより、 結像面上に集光した測定光が干渉し、 該測定光の 干渉光を形成する。 この干渉光の強度を、 結像面上に配置された 0 0 0カメ ラなどの 2次元アレイデバイスの各素子において検出することにより、 前記 光路長差に応じた干渉光の強度変化を示すインターフエログラムが取得され 、 このインターフエログラムを数学的にフーリエ変換することにより測定光 の分光特性 （スぺクトル） が取得される。
先行技術文献
特許文献
[0003] 特許文献 1 :特開 2008-309706号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0004] 正確で再現性の良い分光特性を取得するためには、 固定ミラー部で反射さ れた測定光と可動ミラー部で反射された測定光を結像レンズによって結像面 上の同一点に確実に集光させる必要がある。 そのため、 固定ミラー部及び可 \¥0 2020/175694 2 卩（：17 2020 /008480
動ミラー部の両反射面が平行になるようにした上で、 両反射面からの光が同 一点に集光するように結像レンズを調整している。 このような固定ミラー部 、 可動ミラー部及び結像レンズの調整は通常、 装置の製造時に行われている
[0005] しかしながら、 可動ミラー部の繰り返しの移動に伴い、 あるいは振動等の 外的要因により、 可動ミラー部の反射面と固定ミラー部の反射面の向きにず れが生じる場合がある。 このような 2つの反射面の向きのずれは、 本来、 結 像レンズによって結像面の同一位置に集光するはずの固定ミラー部による反 射光及び可動ミラー部による反射光の間に集光位置のずれを生じさせる。 そ こで、 ピエゾ素子や MEMS （M i cro E lect ro Mechan i ca l Systems :微小電気機 械システム） 技術による静電駆動アクチユエータ等によって高精度に可動ミ ラー部を移動させることにより、 可動ミラー部の移動時に反射面の向きが変 化することを極力抑えるようにしている。 しかしながら、 固定ミラー部及び 可動ミラー部の反射面の向きのずれが視覚的に認識できない程度でも、 干渉 光が形成されないほど反射光の集光位置がずれている場合があり、 そのよう な場合には、 インターフエログラムを取得できない。 そのため、 所定期間使 用した後に固定ミラー部及び可動ミラー部の反射面の向きを再調整すること が行われていた。 しかし、 再調整時に、 固定ミラー部及び可動ミラー部の反 射面の向きを当初 （製造時又は前回調整時） の状態に合わせることが難しい という問題があった。
[0006] 本発明が解決しようとする課題は、 再調整時に固定反射面と可動反射面の 向きを容易に揃えることができるようにすることである。
課題を解決するための手段
[0007] 上記課題を解決するために成された本発明に係る分光測定装置は、
a） 固定反射面を有する固定反射部材と、
b） 前記固定反射面と平行に且つ横並びに配置された可動反射面を有する可 動反射部材と、
c） 前記可動反射部材を、 前記固定反射面の法線方向に往復移動させる駆動 \¥02020/175694 3 卩（：171?2020/008480
機構と、
〇1） 測定対象物から発せられた測定光を前記固定反射面と前記可動反射面に 跨るように導く導入光学系と、
6） 前記固定反射面に導入された前記測定光が該固定反射面によって反射さ れた光と、 前記可動反射面に導入された前記測定光が該可動反射面によって 反射された光をそれぞれ結像面上に集光させる結像光学系と、
干） 前記結像面上に集光した光の強度を検出する光検出器と、
9） 前記可動反射部材および前記固定反射部材のいずれか一方に形成された 、 反射面に平行な貫通孔と、 他方に形成された、 前記貫通孔から覗くことが できる位置に設けられた指標と
を備えている。
[0008] 本発明において、 「横並び」 とは、 固定反射面と可動反射面が重なった状 態にないことをいう。 例えば固定反射面と可動反射面が鉛直方向に平行な面 であるときは、 固定反射面の上又は下に可動反射面が並んだ状態、 或いは固 定反射面の左又は右に可動反射面が並んだ状態は 「横並び」 に含まれる。 上記構成においては、 可動反射部材又は固定反射部材のいずれか一方に形 成された貫通孔から、 他方に形成された指標を覗くことができたことをもっ て、 固定反射部材に対して可動反射部材が正しい位置にあり、 可動反射面と 固定反射面の向きが揃った状態にあると確認することができる。 ここで、 「 可動反射面と固定反射面の向きが揃った状態」 とは、 可動反射面および固定 反射面が平行で且つ両反射面の距離が所定の長さである状態をいい、 両反射 面の距離が 「0」 の場合は、 可動反射面と固定反射面が同一面上にある。
[0009] 上記指標としては、 貫通孔から覗くことができればどのようなものでも良 く、 I卜線や十字状のマークなどを指標にすることができる。 この場合、 貫通 孔から覗いたときに貫通孔の中央又は端にI卜線が位置するようにすることで 、 或いは、 貫通孔の中央に十字状のマークが位置するようにすることで、 固 定反射部材に対する可動反射部材の位置を調整することができる。
[001 0] また、 前記貫通孔と同じ断面形状の孔を指標としても良い。 可動反射部材 \¥02020/175694 4 卩（：171?2020/008480
および固定反射部材のうちの他方の部材に形成された孔は、 該他方の部材を 貫通していても良く、 該他方の部材の途中で止まっていても良い。
[001 1 ] 上記構成においては、 前記貫通孔と前記孔が同じ断面形状を有しているた め、 貫通孔と孔が横並びの状態にないときは、 貫通孔の下端部の一部又は全 部が他方の部材によって塞がれた状態となる。 つまり、 貫通孔から覗いても 孔全体を見ることができない。 従って、 貫通孔から孔を見通すことができる か否かを確認することで、 可動反射面と固定反射面が揃った状態にあるか否 かを確認することができる。 この場合、 貫通孔から孔に向けて棒状の治具を 揷入して、 両貫通孔が上下に並んだ状態にあるか否かを確認することも可能 である。
[0012] さらに、 前記貫通孔と前記孔が横並びの状態にあるときにのみ該貫通孔及 び前記孔の両方に揷通可能な軸部材を備えると良い。 この構成では、 軸部材 を貫通孔と孔の両方に揷通できたことを以て、 可動反射面と固定反射面が揃 った状態にあることを確認することができる。 また、 可動反射部材を駆動機 構に取り付ける際に軸部材を前記貫通孔と前記孔の両方に揷通しておくこと で、 前記可動反射面と前記固定反射面とが所定の揃った状態で可動反射部材 を駆動機構に取り付けることができる。
[0013] 貫通孔と孔の断面形状が非円形状であれば、 可動反射部材および固定反射 部材に貫通孔および孔をそれぞれ 1個ずつ形成することで、 可動反射面と固 定反射面の向きが揃った状態にあるか否かを確認することができる。 一方、 貫通孔および孔の断面形状が円形状であるときは、 貫通孔および孔をそれぞ れ 2個以上設けることが好ましい。 断面形状を円形状にすると貫通孔および 孔を 2個以上設けなければならないが、 該貫通孔および孔は加工し易いとい うメリツ トがある。
[0014] また、 上記構成においては、 ベースプレートを備え、 前記べースプレート の上面に、 前記固定反射面が該上面と垂直になるように前記固定反射部材が 固定され、 前記固定反射部材の上面に前記駆動機構が固定されていることが 好ましい。 \¥02020/175694 5 卩（：171?2020/008480
上記構成によれば、 ベースプレートの上面を基準にして固定反射面と可動 反射面の向きが揃うように調整することができる。
［0015］ さらに、 上記構成においては、 前記駆動機構が、 前記固定反射面の法線方 向に往復移動する移動体を備え、 前記可動反射部材が、 前記移動体に着脱可 能に取り付けられていることが好ましい。
上記構成によれば、 分光測定装置を繰り返し使用することにより、 可動反 射面と固定反射面の向きがずれた場合に、 可動反射部材を移動体に付け直し て両反射面の向きが揃つた状態にすることができる。
［0016］ また、 上記構成においては、 前記固定反射部材および前記可動反射部材が 、 それぞれ金属ブロックから成り、 該金属ブロックを鏡面加工することによ り反射面が形成されたものであることが好ましい。
発明の効果
［0017］ 本発明に係る分光測定装置によれば、 貫通孔から指標を覗くことができる か否かを確認することで、 可動反射面と固定反射面が揃つた状態にあるか否 かを確認することができるため、 固定反射面と可動反射面の向きを容易に揃 えることができる。
図面の簡単な説明
［0018］ ［図 1八］本発明に係る分光測定装置の第 1実施例を示す上面図。
［図 ］本実施例の分光測定装置の側面図。
［図 2］分光測定装置の一部を省略して示す斜視図。
［図 3］位相シフタの上面図 （3） 、 側面図 （匕） 、 反射面側から見た図 （〇）
［図 4］固定反射部材の斜視図。
［図 5］駆動機構の移動体の斜視図。
［図 6］可動反射部材の斜視図。
［図 7］可動反射部材の上面図 （3） 、 側面図 （匕） 、 （〇） , 背面図 （¢0 。 ［図 8］分光測定装置の動作説明図。
［図 9］可動反射面および固定反射面に測定光が入射した状態を示す図。 \¥02020/175694 6 卩（：171?2020/008480
［図 10］可動反射部材および固定反射部材の製造方法の説明図。
［図 1 1八］温度が 9 0 °〇である黒体から放射された輻射光の測定結果であるイン ターフェログラム。
［図 1 18］上記インターフェログラムをフーリエ変換して得られたスぺクトル。 ［図 12八］温度が 2 5 °〇である黒体から放射された輻射光の測定結果であるイン ターフェログラム。
［図 128］上記インターフェログラムをフーリエ変換して得られたスぺクトル。 ［図 13］分光測定装置との温度差が 2 0 °〇、 3 0 °〇、 4 0 °〇である光源から、 メタンガス濃度が 2 0 %の試料ガスに赤外光を照射したときに得られた吸収 スぺクトル。
［図 14］分光測定装置との温度差が 4 0 °〇である光源から、 メタンガス濃度が 2 0 %、 1 0 0 %の試料ガスに赤外光を照射したときに得られた吸収スぺク トル。
［図 15］本発明に係る分光測定装置の第 2実施例における固定反射部材の斜視 図。
［図 16］位相シフタの上面図。
発明を実施するための形態
［0019］ 以下、 本発明に係る分光測定装置の具体的な実施例について図面を参照し て説明する。
［実施例 1］
図 1 、 図巳、 および図 2は分光測定装置の第 1実施例の全体構成を示し ている。 なお、 図 1 八および図 2では、 分光測定装置の内部構造が見えるよ うに、 筐体の一部を省略している。
［0020］ ［分光測定装置の構成］
分光測定装置 1 〇〇は、 矩形箱状の筐体 1 〇と、 その内部に収容された位 相シフタ 2 0、 対物レンズ 3 1及び結像レンズ 3 2と、 筐体 1 0の外部に取 り付けられた光検出器 4 0と、 制御装置 5 0 （図 8参照） とを備えている。 ［0021］ 筐体 1 0は、 矩形板状のベースプレート 1 1 と 4個の側壁部 1 2〜 1 5と \¥02020/175694 7 卩（：171?2020/008480
蓋 1 6とから構成されている。 側壁部 1 2〜 1 5同士、 側壁部 1 2〜 1 5と ベースプレート 1 1、 側壁部 1 2〜 1 5と蓋 1 6はそれぞれねじ （図示せず ） により取り外し可能に連結されている。
[0022] 対物レンズ 3 1は、 そのレンズ面が側壁部 1 2と平行になるように、 ベー スプレート 1 1上に配置されている。 また、 結像レンズ 3 2は、 そのレンズ 面が側壁部 1 3と平行になるようにべースプレート 1 1上に配置されている 。 対物レンズ 3 1 と結像レンズ 3 2は、 ベースプレート 1 1の上面に立設さ れたレンズホルダー 3 3とべースプレート 1 1 との間に保持されている。 レ ンズホルダー 3 3は上面視!_字状の部材と、 一対の脚部とからなり、 一対の 脚部の下端部がベースプレート 1 1の上面に固定されている。 ベースプレー 卜 1 1の上面のうち位相シフタ 2 0、 対物レンズ 3 1、 結像レンズ 3 2、 及 びレンズホルダー 3 3の配置に対応する適宜の箇所には、 それぞれ凹部が形 成されている。 脚部の下端部が挿入される凹部が形成されている。 これら凹 部に対物レンズ 3 1の下端部、 結像レンズ 3 2の下端部、 及びレンズホルダ _ 3 3の脚部の下端部を揷入することで、 対物レンズ 3 1及び結像レンズ 3 2が位置決めされる。 1個のレンズホルダー 3 3で対物レンズ 3 1および結 像レンズ 3 2の両方を保持する構成により、 対物レンズ 3 1 と結像レンズ 3 2を近接させることができる。
[0023] 側壁部 1 2のうち対物レンズ 3 1 と対向する箇所には測定光の導入口 7 0 が設けられている。 導入口 7 0は、 側壁部 1 2の外方に突出する円筒状部 7 1 と、 円筒状部 7 1の内部に嵌め込まれた集光レンズ 7 2と、 集光レンズ 7 2と対物レンズ 3 1の間であって該対物レンズ 3 1の共役面に配置された共 役面格子 7 3とを有している。 共役面格子 7 3は、 ベースプレート 1 1の上 面に立設された格子ホルダー 7 4に保持されている。 集光レンズ 7 2、 共役 面格子 7 3、 対物レンズ 3 1から、 本発明の導入光学系が構成される。 また 、 結像レンズ 3 2から結像光学系が構成される。
[0024] 側壁部 1 3のうち結像レンズ 3 2と対向する箇所には、 結像レンズ 3 2を 通過した測定光 （反射光） の導出口 8 0が設けられている。 導出口 8 0が形 \¥02020/175694 8 卩（：171?2020/008480
成された部分の側壁部 1 3の外面には光検出器 4 0が取り付けられている。 光検出器 4 0は、 結像レンズ 3 2の結像面上に受光面を有する 2次元アレイ センサから構成されており、 受光面上に 2次元配置された複数の受光素子を 有している。 制御装置 5 0は、 光検出器 4 0の検出信号からインターフエロ グラムを求め、 このインターフエログラムを数学的にフーリエ変換して測定 光の波長毎の相対強度である分光特性 （スぺクトル） を求める演算部、 演算 部の演算結果を画像化する処理部、 処理部の処理結果を出力するディスプレ イやプリンタ等を備えている。
[0025] 次に、 図 1〜図 7を参照して、 位相シフタ 2 0の構成を説明する。 位相シ フタ 2 0は、 固定反射部材 2 1 と、 可動反射部材 2 2と、 該可動反射部材 2 2を駆動する駆動機構 2 3とを備えている。 固定反射部材 2 1は立方体状の 金属ブロックから成り、 その一面を鏡面加工することにより反射面 2 1 3 （ 以下、 固定反射面 2 1 3ともいう） が形成されている。 固定反射部材 2 1の 上面のうち反射面 2 1 3側の上面 2 1 匕とその他の上面 2 1 〇の間には小さ な段差があり、 反射面 2 1 3側の上面 2 1 匕が、 その他の部分の上面 2 1 〇 よりもやや高くなっている。 固定反射部材 2 1の上面 2 1 匕の両端には、 固 定反射部材 2 1 を上下方向に貫通する貫通孔 2 1 、 2 1 6 （本発明の指標 、 孔に相当） が形成されている。 また、 上面 2 1 〇には、 駆動機構 2 3を取 り付けるための複数の取付孔 2 1 チが形成されている。 固定反射部材 2 1は 、 その反射面 2 1 3が対物レンズ 3 1及び結像レンズ 3 2の各光軸に対して 4 5 ° 傾くようにべースプレート 1 1の上面に固定されている。
[0026] 固定反射部材 2 1の上面 2 1 〇には駆動機構 2 3が固定されている。 駆動 機構 2 3は例えばインパクト駆動アクチユエータから成り、 該駆動機構 2 3 の上部に配置された移動体 2 4を水平方向に移動させる。 移動体 2 4は、 取 付板部 2 4 3と、 その端部から下方に折曲する取付端部 2 4匕とを有する断 面 !_字状の部材からなり、 取付板部 2 4 3によって駆動機構 2 3の上部に取 り付けられている。 移動体 2 4の取付端部 2 4匕には、 該端部 2 4匕を幅全 体に貫通する 2本の貫通孔 2 4〇, 2 4 が上下に並んで形成されている。 \¥02020/175694 9 卩（：171?2020/008480
駆動機構 2 3は、 移動体 2 4の移動方向が反射面 2 1 3の法線方向と一致す るように、 固定反射部材 2 1の取付面 2 1 〇に固定されている。
[0027] 可動反射部材 2 2は、 立方体状の金属ブロックから成り、 その一面を鏡面 加工して成る反射面 2 2 3 （以下、 可動反射面 2 2 3ともいう） と、 該反射 面 2 2 3と反対側の面 （背面） に形成された嵌合凹部 2 2匕とを有している 。 可動反射部材 2 2の反射面 2 2 3は固定反射部材 2 1の反射面 2 1 3と略 同じ大きさを有している。 また、 可動反射部材 2 2の奥行き方向の長さは、 固定反射部材 2 1の上面 2 1 匕のそれと略同じに設定されている。 反射面 2 2 3と反射面 2 1 3が同一面上に位置する状態で可動反射部材 2 2を固定反 射部材 2 1の上面 2 1 匕に載置したとき、 固定反射部材 2 1の貫通孔 2 1 、 2 1 6と対応する可動反射部材 2 2の箇所には、 可動反射部材 2 2を上下 に貫通する貫通孔 2 2〇、 2 2 （本発明の貫通孔に相当） がそれぞれ形成 されている。
[0028] 嵌合凹部 2 2匕は移動体 2 4の取付端部 2 4匕と略同じ大きさを有してい る。 嵌合凹部 2 2匕は、 左右部および下部の三方が壁で囲まれており、 左右 の壁の、 それぞれ取付端部 2 4匕の貫通孔 2 4〇、 2 4 に対応する箇所に は 2個の孔 2 2 6、 2 2干が形成されている。 また、 嵌合凹部 2 2匕の下壁 と左右壁の間の内側の角部にはそれぞれ逃げ加工により逃げ溝 2 2 9が形成 されている。
[0029] 可動反射部材 2 2は、 その嵌合凹部 2 2 に移動体 2 4の取付端部 2 4匕 を嵌め込み、 孔 2 2
Figure imgf000011_0001
2 2チと貫通孔 2 4〇、 2 4 に締結部材 （図示せ ず） を揷通することにより、 移動体 2 4に固定される。 嵌合凹部 2 2匕に逃 げ溝 2 2 9が形成されていることにより、 移動体 2 4の取付端部 2 4匕と嵌 合凹部 2 2匕の間のわずかな寸法誤差も逃げ溝 2 2 9に吸収され、 移動体 2 4に対して可動反射部材 2 2を高精度に取り付けることができる。 また、 可 動反射部材 2 2の嵌合凹部 2 2 の幅が移動体 2 4の取付端部 2 4 の幅よ りも小さいとき、 或いは大きいときのいずれの場合も、 嵌合凹部 2 2匕に取 付端部 2 4匕を嵌め込んだときに発生する応力が逃げ溝 2 2 9によって逃が \¥02020/175694 10 卩（：171?2020/008480
されるため、 可動反射面 2 2 3に歪みが生じることを防止できる。
[0030] [分光測定装置を用いた分光特性の測定方法]
上記構成の分光測定装置 1 0 0を用いた測定対象物の分光特性の測定方法 は、 結像型 2次元フーリエ分光法と呼ばれる。 以下、 図 8および図 9を参照 して結像型 2次元フーリエ分光法による分光特性の測定方法について説明す る。
[0031 ] 分光測定装置 1 0 0の位相シフタ 2 0の駆動機構 2 3を駆動し、 可動反射 部材 2 2を、 図 8に矢印 で示す方向に往復移動させる。 より具体的には、 可動反射部材 2 2を、 可動反射面 2 2 3と固定反射面 2 1 3が同一面上にあ る基準位置と、 可動反射面 2 2 3が固定反射面 2 1 3よりも後方にある変動 位置との間を一定の速度で往復移動させる。 駆動機構 2 3の駆動は、 制御装 置 5 0によって制御される。
[0032] 次に、 光源！-から発せられた多波長の光を測定対象物 3に向かって照射し 、 これにより測定対象物 3で生じた光 （反射光、 散乱光、 透過光等。 以下、 測定光という） を分光測定装置 1 〇〇の導入口 7 0に入射させる。 導入口 7 0に入射した測定光は、 集光レンズ 7 2、 対物レンズ 3 1 を通過した後、 平 行光となって位相シフタ 2 0に到達する。 位相シフタ 2 0に到達した測定光 は、 図 9に示すように、 固定反射面 2 1 8と可動反射面 2 2 8の両方に跨る ように両反射面に入射し、 各反射面によって反射される。
[0033] 固定反射面 2 1 3に測定光が入射して反射された光 （固定反射光） と、 可 動反射面 2 2 3に測定光が入射して反射された光 （可動反射光） は、 それぞ れ結像レンズ 3 2を通過したのち、 光検出器 4 0の受光面上に集光して干渉 光を形成する。 光検出器 4 0の受光面には複数の受光素子が配置されており 、 各受光素子は、 測定対象物 3の_輝点から発せられた測定光の干渉光の強 度に応じた検出信号を発生する。 各受光素子の検出信号は光検出器 4 0から 制御装置 5 0に出力され、 処理される。
[0034] 測定対象物 3から発せられる光には様々な波長の光が含まれることから、 可動反射面 2 2 3を移動させて固定反射光と可動反射光の光路長差を変化さ \¥02020/175694 11 卩（：171?2020/008480
せることにより、 干渉光の強度が変化する。 このため、 制御装置 5 0におい て光検出器 4 0からの検出信号が処理されることにより、 干渉光の強度変化 を示すインターフエログラムが取得され、 このインターフエログラムを数学 的にフーリエ変換することにより、 測定光の分光特性 （スペクトル） が取得 される。 本実施例に係る分光測定装置 1 〇〇では、 光検出器 4 0の受光面に 複数の受光素子が二次元配置されているため、 測定対象物 3から発せられる 測定光の分光特性を二次元測定することができる。
[0035] [固定反射部材および可動反射部材の製造方法]
固定反射部材 2 1および可動反射部材 2 2は次のように製造される。 図 1 0に示すように、 固定反射部材
Figure imgf000013_0001
貫通孔 2 1 、 2 1 6以外の部分が形成された固定反射部材用素材 2 1 を準備する。 また、 可動反射部材 2 2のうち反射面 2 2 3、 および貫通孔 2 1 3 , 2 2 以外の 部分が形成された可動反射部材用素材 2 2 を準備する。
[0036] 上記の固定反射部材用素材 2 1 の上面部 2 1 〇に駆動機構 2 3と同一形 状の取付治具 9 0を固定し、 該取付治具 9 0の取付部 9 1 に可動反射部材用 素材 2 2 を固定する。 このとき、 可動反射部材用素材 2 2 が固定反射部 材用素材 2 1 の上面部 2 1 13の上に位置するようにする。 そして、 可動反 射部材用素材 2 2 の上面から固定反射部材用素材 2 1 に向けて、 これら 素材を上下に貫通する 2個の孔をドリル加工により形成する。 これにより、 可動反射部材用素材 2 2 には 2個の貫通孔 2 2〇、 2 2 が形成され、 固 定反射部材用素材 2 1 には 2個の貫通孔 2 1 、 2 2 6が形成される。
[0037] 続いて、 可動反射部材用素材 2 2 および固定反射部材用素材 2 1 の貫 通孔 2 2〇と貫通孔 2 1 、 貫通孔 2 2 と貫通孔 2 1 6に、 それぞれ 1本 ずつ、 軸部材 9 2を揷通する （図 1 0は、 1本の軸部材 9 2を揷通した状態 を示している） 。 軸部材 9 2は、 貫通孔 2 2〇, 2 1 、 2 2 、 2 1 6の 内径よりもやや小さい外径を有している。 この状態で、 可動反射部材用素材 2 2 と固定反射部材用素材 2 1 の所定の側面をまとめて鏡面加工し、 各 素材に反射面 2 2
Figure imgf000013_0002
2 1 3を形成する。 これにより、 可動反射部材 2 2、 \¥02020/175694 12 卩（：171?2020/008480
固定反射部材 2 1が完成する。 上記のように鏡面加工したことにより、 可動 反射面 2 2 3と固定反射面 2 1 3が揃った状態で可動反射部材 2 2と固定反 射部材 2 1が上下に並んで配置されると、 貫通孔 2 2〇と貫通孔 2 1 、 貫 通孔 2 2 と貫通孔 2 1 6も並んだ状態となり、 貫通孔 2 2〇から貫通孔 2 1 を覗くことができ、 貫通孔 2 2 から貫通孔 2 1 6を覗くことができる その後、 完成した固定反射部材 2 1から取付治具 9 0が取り外され、 取付 治具 9 0から可動反射部材 2 2が取り外される。
[0038] [位相シフタの組立方法]
位相シフタ 2 0は、 上記のようにして得られた固定反射部材 2 1および可 動反射部材 2 2を使って次のように組み立てられる。 まず、 固定反射部材 2 1の取付面 2 1 〇に駆動機構 2 3を取り付ける。 また、 駆動機構 2 3の移動 体 2 4の取付端部 2 3匕に可動反射部材 2 2の嵌合凹部 2 2匕を嵌め込む。 そして、 可動反射面 2 2 3と固定反射面 2 1 3が上下に並ぶようにし、 この 状態で上下に並んだ貫通孔 2 2〇と貫通孔 2 1 、 貫通孔 2 2 と貫通孔 2 1 ㊀に軸部材 9 2を揷通する。 そして、 このままの状態で可動反射部材 2 2 を移動体 2 4に取り付ける。 可動反射部材 2 2の移動体 2 4への取り付けが 終了すると、 貫通孔 2 2〇、 2 1 および 2 2 、 2 1 6から軸部材 9 2を 抜き取る。 以上により位相シフタ 2 0の組立が完了する。
[0039] [可動反射面の向きの調整方法]
分光測定装置 1 〇〇を繰り返し使用すると、 可動反射部材 2 2と移動体 2 4との連結箇所にがたつきが生じ、 固定反射面 2 1 3の向きに対して可動反 射面 2 2 3の向きが若干ずれることがある。 そのため、 上記分光測定装置 1 0 0では、 所定のタイミングで可動反射面 2 2 3の向きを調整する作業が行 われる。 この調整作業は、 一般的には、 製造メーカのサービスマンによって 行われるが、 ユーザ自身が行うことも可能である。
[0040] 調整作業は次のように行われる。 筐体 1 0から蓋 1 6を取り外して、 位相 シフタ 2 0が外側から見える状態にする。 そして、 位相シフタ 2 0の可動反 \¥0 2020/175694 13 卩（：171? 2020 /008480
射部材 2 2が基準位置にあることを確認した上で、 可動反射部材 2 2の貫通 孔 2 2〇、 2 2 に軸部材 9 2を揷通する。 このとき、 軸部材 9 2が、 可動 反射部材 2 2の貫通孔 2 2〇, 2 2 から固定反射部材 2 1の貫通孔 2 1 、 2 1 6までスムーズに揷通されれば、 可動反射面 2 2 3と固定反射面 2 1 3の向きが揃った状態にあるため、 作業を終了する。 なお、 軸部材 9 2を用 いなくても、 貫通孔 2 2〇、 2 2 から貫通孔 2 1 、 2 1 6を覗くことが できたことをもって、 可動反射面 2 2 3と固定反射面 2 1 3の向きが揃った 状態にあることとしても良い。
[0041 ] 一方、 可動反射部材 2 2の貫通孔 2 2〇, 2 2 に軸部材 9 2を揷通でき たものの、 固定反射部材 2 1の貫通孔 2 1 、 2 1 6までは揷通できない場 合は、 貫通孔 2 2〇、 2 2 から軸部材 9 2を抜き、 可動反射部材 2 2と移 動体 2 4の連結を緩める。 そして、 可動反射部材 2 2を少しずつずらしなが ら軸部材 9 2を可動反射部材 2 2の貫通孔 2 2〇、 2 2 に揷通し、 さらに 、 固定反射部材 2 1の貫通孔 2 1 、 2 1 6まで揷通できるようにする。 2 本の軸部材 9 2が貫通孔 2 2〇、 2 2 、 2 1 、 2 1 6に揷通されると、 連結を緩めていた可動反射部材 2 2を移動体 2 4に強く固定する。
これにより、 可動反射面 2 2 3と固定反射面 2 1 3の向きが揃った状態で 、 可動反射部材 2 2を移動体 2 4に固定することができる。
[0042] 上述した分光測定装置 1 0 0を用いて測定対象物の分光特性を実際に測定 した。 いかに、 その結果を説明する。
[0043] [実測 1 ]
測定対象物として、 波長範囲が 2 111〜14 111の中赤外光をほぼ全て吸収する 物体 （以下、 黒体と呼ぶ） を用い、 これを加熱したときに該測定対象から放 射される光 （輻射光） の分光特性 （スペクトル） を測定した。
対物レンズ 3 1及び結像レンズ 3 2は、 いずれも中赤外用レンズ （焦点距 離： 151^、 開口数 （1\1.八.） = 0. 64） を用いた。 また、 光検出器 4 0には、 測 定波長帯域が 2 111〜 14 111のマイクロボロメータ （株式会社ビジョンセンシン グ製） を用いた。 \¥02020/175694 14 卩（：171?2020/008480
[0044] 図 1 1 A及び図 1 1 Bは温度が 9 0 °Cである黒体から放射された輻射光の 光検出器 4 0の測定結果であり、 それぞれインターフェログラム、 及びこれ をフーリエ変換して得られたスペクトルを示している。 また、 図 1 2 A及び 図 1 2 Bは温度が 2 5 °Cである黒体から放射された輻射光の光検出器 4 0の 測定結果であり、 それぞれインターフェログラム及びこれをフーリエ変換し て得られたスペクトルをそれぞれ示している。 図 1 1 A及び図 1 2 Aの横軸 は光路長差 （Mm） を表しており、 縦軸は光検出器 4 0が受光した輯射光の相 対強度を表している。 また、 図 1 1 B及び図 1 2 Bの横軸は波長 （Mm） を表 しており、 縦軸は光検出器 4〇が受光した輯射光の相対強度を表している。
[0045] 図 1 1 A及び図 1 1 B、 図 1 2 A及び図 1 2 Bに示すように、 9 0 °Cの黒 体からの輻射光の方が 2 5 °Cの黒体からの輻射光よりも相対強度が大きく、 また、 9 0 °Cの黒体の測定結果の方がノイズが少なく、 S / N比が高くなっ た。 しかし、 9 0 °Cの黒体、 2 5 °Cの黒体のいずれについても、 10 ^111〜 14 mの波長帯域にピークを有するスぺクトルが得られており、 本実施例の分光特 性装置 1 0 0を用いれば、 室温程度の測定対象物であってもそこから放射さ れる輻射光のスペクトルを取得できることがわかった。
[0046] [実測 2 ]
測定対象物としてメタンガスを含む試料ガスを用い、 これに波長範囲が 7 M m〜 の赤外光を照射したときの吸収スぺクトルを測定した。 対物レンズ 3 1及び結像レンズ 3 2、 光検出器 4 0は、 実測 1 と同じものを用いた。 ま た、 測定に先立ち赤外光源を加熱し、 分光測定装置 1 〇〇との温度差が 2 0 °C、 3 0 °C、 4 0 °Cになるように調整した。
[0047] 図 1 3は、 メタンガスの濃度が 2 0 %の試料ガスに上記波長範囲の赤外光 を照射したときの分光スペクトルを示している。 図 1 3からわかるように、 赤外光源と分光測定装置 1 〇〇との温度差が大きいほど吸光度が大きくなっ たが、 温度差が 2 0 °C、 3 0 °C、 4 0 °Cのいずれであっても、 ほぼ同じ波長 範囲に吸収ピークを有するスぺクトルが得られた。 従来の分光測定装置では 、 十分な感度の吸収スペクトルを得るためには、 分光測定装置と光源との温 \¥02020/175694 15 卩（：171?2020/008480
度差が 2 0 0 °〇以上である必要があったが、 本実施例の分光特性装置 1 0 0 では、 温度差が 2 0 °〇でも十分な感度の吸収スぺクトルが得られた。
[0048] 図 1 4は、 分光測定装置 1 0 0との温度差が 4 0 °〇の赤外光源から、 メタ ンガス濃度が 2 0 %、 1 0 0 %の試料ガスに赤外光を照射したときの吸収ス ベクトルである。 図 1 4から分かるように、 メタンガスの濃度が 2 0 %の試 料ガスよりも、 メタンガスの濃度が 1 0 0 %の試料ガスの方が、 吸収ピーク が大きくなったが、 メタンガスの濃度が 2 0 %の試料ガスでも十分な感度の 吸収スぺクトルが得られた。
[0049] [実施例 2 ]
図 1 5は、 第 2実施例に係る分光測定装置の固定反射部材 1 2 1の斜視図 、 図 1 6は位相シフタ 1 2 0の上面図である。 第 1実施例と同一部分または 対応する部分には、 原則、 同じ符号を付している。
この実施例では、 貫通孔 2 1 、 2 1 6に代えて、 円形状のマーク 1 2 1 、 1 2 1 6が 固定反射部材 1 2 1の上面 2 1 匕に付けられている。 このマ -ク 1 2 1 、 1 2 1 6は、 可動反射部材 2 2の貫通孔 2 2〇, 2 2 の断 面と同じ大きさでかつ同じ形状の円形の枠部とその内部に描かれた十字から なる。
[0050] この実施例では調整作業は次のように行われる。 まず、 筐体 1 0から蓋 1
6を取り外して、 位相シフタ 1 2 0が外側から見える状態にする。 そして、 位相シフタ 2 0の可動反射部材 2 2が基準位置にあることを確認した上で、 可動反射部材 2 2の貫通孔 2 2〇、 2 2 の中を覗く。 このとき、 貫通孔 2 2〇、 2 2 ¢1を通して視認されたマーク 1 2 1 ¢1、 1 2 1 6の十字が中央に 位置する状態であれば、 可動反射面 2 2 3と固定反射面 2 1 3の向きが揃っ た状態にあるといえる。 一方、 貫通孔 2 2〇、 2 2 の中央に十字がなく、 マーク 1 2 1 、 1 2 1 6の一部が欠けた状態で視認されれば、 可動反射部 材 2 2を少しずつずらしてマーク 1 2 1 、 1 2 1 6の全体が視認できるよ うにする。 これにより、 可動反射面 2 2 3と固定反射面 2 1 3の向きが揃っ た状態となる。 \¥02020/175694 16 卩（：171?2020/008480
[0051] なお、 本発明は上記した実施例に限らず、 適宜の変更が可能である。
第 1実施例では、 固定反射部材および可動反射部材に設けられた貫通孔の 断面形状を円形状にしたが、 断面形状を非円形状にしてもよい。 貫通孔の断 面形状を円形状にすると、 ドリル加工により前記貫通孔を容易に形成するこ とができるという利点があるが、 固定反射部材および可動反射部材の向きが 揃つた状態にするためには、 少なくとも 2個の貫通孔を設ける必要がある。 これに対して、 断面が非円形状の貫通孔の場合は、 固定反射部材および可動 反射部材に形成する貫通孔の数をそれぞれ 1個にすることができる。
[0052] 第 1実施例では、 固定反射部材および可動反射部材の両方に貫通孔を形成 したが、 一方に貫通孔を形成し、 他方を穴 （つまり部材を貫通しない孔） に しても良い。
[0053] 可動反射面の向きを調整する作業を製造メーカのサービスマンのみが行う 場合は、 分光測定装置が軸部材を備えていなくても良い。
符号の説明
[0054] 1 〇 筐体
1 00 分光測定装置
1 1 ベースプレート
20、 1 20 位相シフタ
2 1、 1 2 1 固定反射部材
2 1 8 固定反射面
2 1 、
Figure imgf000018_0001
貫通孔
1 2 1 1 2 1 6 マーク
22 可動反射部材
223 可動反射面
22〇, 22 ··貫通孔
23 駆動機構
3 1 対物レンズ
32 結像レンズ \¥0 2020/175694 17 卩（：17 2020 /008480
4〇 検出器
5〇 制御装置
9 2 軸部材

Claims

\¥02020/175694 18 卩（：171?2020/008480 請求の範囲
[請求項 1 ] 8） 固定反射面を有する固定反射部材と、
） 前記固定反射面と平行に且つ横並びに配置された可動反射面を 有する可動反射部材と、
〇） 前記可動反射部材を、 前記固定反射面の法線方向に往復移動さ せる駆動機構と、
（0 測定対象物から発せられた測定光を前記固定反射面と前記可動 反射面に跨るように導く導入光学系と、
6） 前記固定反射面に導入された前記測定光が該固定反射面によっ て反射された光と、 前記可動反射面に導入された前記測定光が該可動 反射面によって反射された光をそれぞれ結像面上に集光させる結像光 学系と、
干） 前記結像面上に集光した光の強度を検出する光検出器と、
9） 前記可動反射部材および前記固定反射部材のいずれか一方に形 成された、 反射面に平行な貫通孔と、 他方に形成された、 前記貫通孔 から覗くことができる位置に設けられた指標と
を備える、 分光測定装置。
[請求項 2] 請求項 1 に記載の分光測定装置において、
前記指標が、 爵線又は十字状のマークから構成されている、 分光測 定装置。
[請求項 3] 請求項 1 に記載の分光測定装置において、
前記指標が、 前記貫通孔と断面形状が同じである孔から構成されて いる、 分光測定装置。
[請求項 4] 請求項 3に記載の分光測定装置において、 さらに、
前記貫通孔と前記孔が横並びの状態にあるときにのみ該貫通孔から 前記孔にかけて揷通可能な軸部材を備える、 分光測定装置。
[請求項 5] 前記貫通孔が、 2個以上の断面円形状の貫通孔から構成されており \¥02020/175694 19 卩（：171?2020/008480
前記孔が、 2個以上の断面円形状の孔から構成されている、 請求項 3又は 4に記載の分光測定装置。
[請求項 6] 請求項 1〜 5のいずれかに記載の分光測定装置において、 さらに、 ベースプレートを備え、
前記べースプレートの上面に、 前記固定反射面が該上面と垂直にな るように前記固定反射部材が固定され、 前記固定反射部材の上面に前 記駆動機構が固定されている、 分光測定装置。
[請求項 7] 前記駆動機構が、 前記固定反射面の法線方向に往復移動する移動体 を備え、 前記可動反射部材が、 前記移動体に着脱可能に取り付けられ ている、 請求項 1〜 6のいずれかに記載の分光測定装置。
[請求項 8] 前記固定反射部材および前記可動反射部材が、 それぞれ金属ブロッ クから成り、 該金属ブロックを鏡面加工することにより反射面が形成 されたものである、 請求項 1〜 7のいずれかに記載の分光測定装置。
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