WO2020196693A1 - 分光測定装置及び分光測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】　各受光ピクセルに入射する光の強度を高めてＳＮ比を高くし、また複屈折結晶の性質又は配置等に起因したノイズの影響を除去する。 【解決手段】　光源１からの光が照射された対象物からの透過光は、干渉光学系３中のフランコン型サバール板３１により二つの光波Ｌ１，Ｌ２に分けられ、集光レンズ３３により集光されながら、フーリエ変換レンズ３２によりアレイ検出器２１の受光面に結んで干渉し、インターフェログラムを形成する。アレイ検出器２１からの出力は演算手段４に送られてスペクトルが算出される。測定可能な範囲は１オクターブ未満の波長幅の範囲に制限されており、演算手段４は、その範囲外の測定値を測定結果から除外する。

Description

分光測定装置及び分光測定方法

　この出願の発明は、分光測定の技術に関するものである。

　対象物に光を照射し、その対象物からの光（透過光、反射光、散乱光等）のスペクトルを測定する分光測定の技術は、対象物の組成や性質を分析する技術として代表的なものである。典型的な分光測定の手法は、回折格子を用いる手法である。入射スリットから入射する被測定光を凹面鏡によって平行光にして回折格子に照射し、回折格子からの分散光を同様に凹面鏡で集光し、集光位置に受光器を配置して検出する。回折格子の姿勢を変化（スキャン）させることで、受光器には順次異なった波長の光が入射し、受光器の出力が分光スペクトルとなる。

　このような回折格子を使用した分光測定では、回折格子のスキャンが必要なため、高速の測定ができない。また、入射スリットにおいて光を限定するため、測定のＳＮ比を高くすることができない。このため、スキャンを何回か繰り返して受光器に入射する光の総量（光量）を多くすることが必要で、この点も高速測定ができない要因となっている。

　近年、多数の光電変換素子を一列に配列したエリアセンサを使用するマルチチャンネル型の分光計が開発されている。マルチチャンネル型の場合、回折格子のスキャンは不要であるため、高速化が期待できる。しかしながら、入射スリットで光を限定して凹面鏡で回折格子に照射するという基本構造はそのままであるため、ＳＮ比が小さいという問題は解決されず、光量をかせぐために測定時間が長くなる欠点が依然として存在している。

　一方、上記以外の分光測定の技術として、光の干渉を利用する技術が知られている。光の干渉を利用した分光技術の代表的なものは、マイケルソン干渉計を使ったフーリエ変換分光計である。マイケルソン干渉計を使ったフーリエ変換分光計では、光路長が固定である第一の光路に対し、可動ミラーにより光路長を可変とした第二の光路を設定し、光を二つに分けて一方を第一の光路に沿って進ませ、他方を第二の光路に沿って進ませた後、両者を重ね合わせて干渉させる。そして、可動ミラーを連続的に移動（スキャン）することで光路差を時間的に連続して変化させながら干渉光の強度を検出器で検出する。検出器からは、可動ミラーのスキャンに伴って強度が変化する信号が出力されるが、干渉光の強度は波長と光路差に応じて決まるから、出力される信号強度の時間的変化は光路差の変化によってもたされたものであり、干渉信号の強度変化を表している。これは、インターフェログラムに相当しており、そのデータをフーリエ変換することで分光スペクトルが得られる。

特開平４－４５９０６号公報 特開２０１５－１９４３５９号公報

鶴田匡夫著、１９９０年株式会社培風館発行、「応用光学▲２▼」、１５６～１５８頁 "Metal nano-grid reflective wave plate", 16 February 2009 / Vol. 17, No. 4 / OPTICS EXPRESS 2871-2879

　上述した光の干渉を利用した分光測定では、入射スリットで光を限定することはないので、ＳＮ比を高くでき、高精度の測定が可能となる。しかしながら、可動ミラーのスキャンが必要なため、測定の高速化という点では大きな進歩とはなっていない。
　光の干渉を利用した分光測定において、可動ミラーのスキャンを不要にして測定の高速化を図る技術として、光路差を時間的に連続して変化させるのではなく、空間的に連続して変化させる技術が特許文献１や特許文献２に開示されている。
　これら特許文献に開示された技術は、シアリング干渉系を採用した技術であり、対象物の一点から出た光をサバール板によって平行に進む二つの光（光波）に分け、フーリエ変換レンズによってそれらが受光器の受光面上で結ぶようにして干渉させる。受光面上で結ぶ二つの光の光路差は、光軸からの距離に応じて異なるものとなり、空間的に光路差が連続して変化した状態となる。受光器としてはラインセンサのようなアレイ検出器が採用され、配列された受光ピクセルに光路差が順次異なった各二つの光が入射する。このため、アレイ検出器からはインターフェログラムデータが出力され、それをフーリエ変換することで分光スペクトルが得られる。このように光路差を空間的に連続して変化させる構成は、マルチチャンネル型のフーリエ変換分光計と呼び得る。

　このように光路差を空間的に連続して変化させながら干渉光を得る分光測定装置では、マイケルソン干渉計のように可動ミラーをスキャンすることは不要なので、高速の測定が可能となる。しかしながら、この技術では、アレイ検出器の受光ピクセルの配列方向に光を拡げ、その方向で各二つの光の光路差が連続して変化するようにするから、各受光ピクセルに入射する光の強度はそれほど高くはならない。このため、各受光ピクセルに入射する光の強度を高めることが、測定の高ＳＮ比化のために必要となる。
　また、別の問題として、発明者の研究によると、光路差を空間的に連続して変化させながら干渉光を得る分光測定装置では、複屈折結晶を使用して光を二つに分け、それら光の光路差が変化するようにするため、複屈折結晶の性質又は配置等に起因するノイズが発生することが判ってきた。
　この出願の発明は、光路差を空間的に連続して変化させながら干渉光を得る分光測定の技術におけるこれらの課題を解決するために為されたものである。即ち、この出願の発明は、アレイ検出器の各受光ピクセルに入射する光の量を多くして測定のＳＮ比を高くすることを可能にしたり、複屈折結晶の性質又は配置等に起因したノイズの影響が測定結果に含まれないようにしたりすることを解決課題としている。

　上記課題を解決するため、この出願の発明に係る分光測定装置は、
　対象物に光を照射する光源と、
　光源により光照射された対象物からの光を受光するアレイ検出器と、
　光源により光照射された対象物の一点からの光を二つの光に分けてアレイ検出器の受光面上で干渉させてインターフェログラムを形成する干渉光学系とを備えており、
　干渉光学系は、対象物からの光を複屈折により二つの光に分ける分離素子と、分けられた光をアレイ検出器の受光面上で重ね合わせる合波素子とを含んでいる。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定装置は、分離素子が二個の複屈折結晶であり、干渉光学系が、二個の複屈折結晶の間に配置されたλ／２波長板を含んでいるという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定装置は、分離素子が、二回目が一回目とは反対の向きで光が二回透過するよう配置された一個の複屈折結晶であり、干渉光学系が、一個の複屈折結晶を光が二回透過する際に一回目の透過の後であって二回目の透過の前に光に１８０度の位相差を与える位相差素子を含んでいるという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定装置は、干渉光学系が、アレイ検出器の受光面において受光ピクセルが並ぶ方向と直交する方向において集光する集光レンズを含んでおり、この集光レンズは、二個の複屈折結晶のうちの出射側の複屈折結晶の出射側に配置されているという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定装置は、干渉光学系が、アレイ検出器の受光面において受光ピクセルが並ぶ方向と直交する方向において集光する集光レンズを含んでおり、この集光レンズは、一個の複屈折結晶の出射側に配置されているという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定装置において、集光レンズは、合波素子として設けられたフーリエ変換レンズであり得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定装置は、合波素子としてフーリエ変換レンズが設けられており、このフーリエ変換レンズは、集光レンズとは別に設けられているという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定装置は、アレイ検出器が、インターフェログラムにおいて干渉縞が並ぶ方向と同一の方向に多数の受光ピクセルが配列されたものであって、各受光ピクセルは、配列方向の長さよりも配列方向に垂直な方向の長さの方が長い形状を有しているという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定装置は、位相差素子がλ／４波長板であり、干渉光学系が、一個の複屈折結晶を透過した光を反射させて当該複屈折結晶に戻すミラーを含んでおり、λ／４波長板である位相差素子は、一個の複屈折結晶とミラーとの間に配置されているという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定装置において、位相差素子は、一個の複屈折結晶からの光の入射面とは反対側の面が反射面となっているλ／４波長板であり得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定装置において、位相差素子は、反射型ワイヤーグリッド波長板であり得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定装置において、光源、アレイ検出器及び干渉光学系を含む測定系は、測定可能な範囲を１オクターブ未満の波長幅に制限する系であり得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定装置において、アレイ検出器は、感度を有する波長幅が１オクターブ未満であり得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定装置は、測定系が、光源からアレイ検出器までの光路上にフィルタを備えており、このフィルタは、１オクターブ未満の波長幅に制限して光を透過させるフィルタであるという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定装置において、光源は、１オクターブ未満の波長幅に制限された光を出射する光源であり得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定装置は、光源により光照射された対象物からの光を二つ以上の波長帯域の光に分割する分割素子を備えており、干渉光学系及びアレイ検出器が、分割素子から分岐する二以上の各測定光路上に配置されており、演算手段が、各アレイ検出器から出力されるインターフェログラムデータを処理してスペクトルを算出する手段であり、光源、各アレイ検出器及び各干渉光学系を含む各測定系が、測定可能な範囲を１オクターブ未満の波長幅に制限する系であるという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定装置において、各アレイ検出器は、感度を有する波長幅が１オクターブ未満であり得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定装置は、各測定系が、光源から各アレイ検出器までの光路上にフィルタを備えており、各フィルタは、１オクターブ未満の波長幅に制限して光を透過させるフィルタであるという構成を持ち得る。
　上記課題を解決するため、この出願の発明に係る分光測定方法は、
　対象物に光を照射するステップと、
　光照射された対象物からの光をアレイ検出器で受光する検出ステップと、
　光照射された対象物の一点からの光を二つの光に分けてアレイ検出器の受光面上で干渉させてインターフェログラムを形成する干渉ステップと
を備えた分光測定方法であって、
　干渉ステップは、光照射された対象物の一点から出た光を複屈折により二つに分け、分けられた光をアレイ検出器の受光面で重ね合わせるステップである。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定方法は、干渉ステップが、二個の複屈折結晶を透過させることで光を二つに分けるステップであって、一個目の複屈折結晶を透過した後にλ／２波長板を透過させてから光を二個目の複屈折結晶を透過させるステップであるという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定方法は、干渉ステップが、二回目が一回目とは反対の向きになるように一個の複屈折結晶を二回透過させることで光を二つに分けるステップであって、光が一個の複屈折結晶を二回透過する際に一回目の透過の後であって二回目の透過の前に１８０度の位相差を位相差素子により光に与えるステップであるという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定方法は、干渉ステップが、光照射された対象物からの光をアレイ検出器の受光面において受光ピクセルが並ぶ方向と直交する方向に集光レンズで集光するステップであり、この集光レンズは、二個の複屈折結晶のうちの出射側の複屈折結晶の出射側に配置されているという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定方法は、干渉ステップが、光照射された対象物からの光をアレイ検出器の受光面において受光ピクセルが並ぶ方向と直交する方向に集光レンズで集光するステップであり、この集光レンズは、一個の複屈折結晶の出射側に配置されているという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定方法において、集光レンズは、二つに分けられた光をアレイ検出器の受光面で重ね合わせるフーリエ変換レンズであり得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定方法は、二つに分けられた光をアレイ検出器の受光面で重ね合わせるフーリエ変換レンズが設けられており、このフーリエ変換レンズは、前記集光レンズとは別に設けられているという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定方法は、アレイ検出器が、インターフェログラムにおいて干渉縞が並ぶ方向と同一の方向に多数の受光ピクセルが配列されたものであって、各受光ピクセルは、配列方向の長さよりも配列方向に垂直な方向の長さの方が長い形状を有しているという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定方法は、位相差素子がλ／４波長板であり、干渉ステップが、一個の複屈折結晶を透過した光をミラーで反射させて当該複屈折結晶に戻すステップであり、λ／４波長板である位相差素子は、一個の複屈折結晶とミラーとの間に配置されているという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定方法において、位相差素子は、一個の複屈折結晶からの光の入射面とは反対側の面が反射面となっているλ／４波長板であり得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定方法において、位相差素子は、反射型ワイヤーグリッド波長板であり得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定方法は、光源、アレイ検出器及び干渉光学系を含む測定系が、測定可能な範囲を１オクターブ未満の波長幅に制限する系であるという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定方法において、アレイ検出器は、感度を有する波長幅が１オクターブ未満であり得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定方法は、測定系が、光源からアレイ検出器までの光路上にフィルタを備えており、このフィルタは、１オクターブ未満の波長幅に制限して光を透過させるフィルタであるという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定方法において、光源は、１オクターブ未満の波長幅に制限された光を出射する光源であり得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定方法は、光照射された対象物からの光を二つ以上の波長帯域の光に分割する分割ステップを備えており、干渉ステップが、分割された各波長帯域の光についてそれぞれアレイ検出器の受光面上で干渉させるステップであり、演算ステップが、各アレイ検出器から出力されるインターフェログラムデータを処理してスペクトルを算出するステップであり、光源、各アレイ検出器及び各干渉光学系を含む各測定系が、測定可能な範囲を１オクターブ未満の波長幅に制限する系であるという構成を持ち得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定方法において、各アレイ検出器は、感度を有する波長幅が１オクターブ未満であり得る。
　また、上記課題を解決するため、この分光測定方法は、各測定系が、光源からアレイ検出器までの光路上にフィルタを備えており、各フィルタは、１オクターブ未満の波長幅に制限して光を透過させるフィルタであるという構成を持ち得る。

　以下に説明する通り、この出願の発明に係る分光測定装置又は分光測定方法によれば、光照射された対象物からの光を、アレイ検出器における受光ピクセルの配列方向に対して直交する方向において集光レンズにより集光しているので、干渉縞の取り込み量が多くなり、高ＳＮ比の測定を行うことができる。このため、信頼性の高い分光測定装置、分光測定方法となる。
　この際、集光レンズは、分離素子の出射側に配置されているので、より集光の効率が高くなり、干渉縞の取り込み量を多くできる。このため、より信頼性の高い装置、方法となる。
　そして、二個目の複屈折結晶を透過する際又は二回目に複屈折結晶を透過する際、位相差のずれの発生が逆になるので、干渉縞の歪みが防止される。このため、干渉縞を打ち消してしまってインターフェログラムデータが劣化する問題は生じない。
　また、フーリエ変換レンズが集光レンズとは別に設けられていると、光学設計の自由度が増すという点で好適である。
　また、集光レンズがフーリエ変換レンズと兼用されていると、構造がシンプルになり、装置の低コスト化が図れる。
　また、二回目が一回目とは反対の向きで二回透過するよう配置された一個の複屈折結晶を備えており、一個の複屈折結晶を二回透過する際に一回目の透過の後であって二回目の透過の前に光に１８０度の位相差を与える構成において、一個の複屈折結晶からの光の入射面とは反対側の面が反射面となっているλ／４波長板を位相差素子として使用すると、構造がシンプルになり、光学系全体の調整が簡略化される。
　また、二回目が一回目とは反対の向きで二回透過するよう配置された一個の複屈折結晶を備えており、一個の複屈折結晶を二回透過する際に一回目の透過の後であって二回目の透過の前に光に１８０度の位相差を与える構成において、反射型ワイヤーグリッド波長板を位相差素子として使用すると、構造がシンプルになり、光学系全体の調整が簡略化される。
　また、以下に説明する通り、この出願の発明に係る分光測定装置又は分光測定方法によれば、複屈折結晶に起因した迷光によるノイズが測定結果に含まれないようにすることができるので、分光測定の精度が高くなり、測定結果の信頼性が向上する。また、干渉縞の歪みが発生しない分離素子を採用しているので、アレイ検出器における各受光ピクセルの配列方向に垂直な方向で干渉縞を積分してＳＮ比を高くする際にもインターフェログラムデータの劣化はなく、信頼性が低下してしまう問題は生じない。
　また、二つ以上の測定系を設けて各測定系における測定可能範囲を１オクターブ未満としておくと、上記効果を得つつも広い波長範囲の測定が可能となる。

第一の実施形態の分光測定装置の概略図である。 空間的に連続した光路差の変化について示した概略図である。 通常のサバール板について示した概略図である。 フランコン型サバール板について示した概略図である。 アレイ検出器の受光面の概略図である。 第二の実施形態の分光測定装置の概略図である。 第二の実施形態において採用され得る反射型ワイヤーグリッド波長板の斜視概略図である。 第三の実施形態の分光測定装置の概略図である。 複屈折結晶特有のノイズの問題についてフランコン型サバール板を例にして示した概略図である。 迷光による影響について示した概略図である。 第四の実施形態の分光測定装置の概略図である。 第五の実施形態の分光測定装置の概略図である。

　以下、この出願の発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。
　図１は、第一の実施形態の分光測定装置の概略図である。図１に示す分光測定装置は、対象物Ｓに光を照射する光源１と、光照射された対象物Ｓからの光を受光するアレイ検出器２１を含む検出系２と、光照射された対象物Ｓの一点からの光を二つの光に分けてアレイ検出器２１の受光面上で干渉させてインターフェログラムを形成する干渉光学系３とを備えている。

　光源１は、分光測定に必要な波長域の光を出射するものであり、例えば近赤外域で分光測定を行うのであれば、近赤外域の光を出射するものが使用される。光源１は、ハロゲンランプやＬＥＤのようなインコヒーレント光源１の場合もあるし、半導体レーザのようなある程度のコヒーレンスを持った光源１の場合もある。
　光源１からの光の照射位置に対象物Ｓを保持するため、この実施形態で受け板５が設けられている。この実施形態では、対象物Ｓの透過光を分光測定するので、受け板５は測定波長域において透明な材質となっている。
　干渉光学系３は、光照射された対象物Ｓの一点から出た光を二つの光（光波）に分け、アレイ検出器２１の受光面上で干渉させる光学系である。したがって、干渉光学系３は、分離素子と、合波素子とを備えている。また、合波素子としてはレンズ（フーリエ変換レンズ）３２が使用されている。分けられた二つの光は、互い平行な光路に沿って進むので、この実施形態の干渉光学系３は、シアリング干渉光学系となっている。

　シアリング干渉系である干渉光学系３は、複屈折により光を二つに分ける光学系となっている。このうち、この実施形態ではサバール板が使用されている。サバール板については、通常のサバール板とフランコン型サバール板が知られている。本願発明においてはいずれも採用可能であるが、この実施形態では、高ＳＮ比化のため、フランコン型サバール板３１を採用している。尚、フランコン型サバール板は、変形サバール板と呼ばれたり、フランコンの変形サバール板と呼ばれたりすることもあるが、この明細書では、フランコン型サバール板と呼ぶ。

　この干渉光学系３は、二つの光（光波）を干渉させる際、光路差を空間的に連続して変化させながら二つの光（光波）を干渉させるものとなっている。この点について、図２を参照して説明する。図２は、空間的に連続した光路差の変化について示した概略図である。
　フランコン型サバール板３１は、対象物Ｓの一点から出た光を互いに平行な光路に沿って進む二つの光に分離する。いま、二つの光の組が三つあるとし、これらを光Ｌ_１１とＬ_２１，光Ｌ_１２とＬ_２２，光Ｌ_１３とＬ_２３とする。光Ｌ_１１とＬ_２１、光Ｌ_１２とＬ_２２、光Ｌ_１３とＬ_２３は、サバール板３１からの出射角がそれぞれ等しい。但し、組と組との関係では出射角は異なっており、光軸Ａから離れるほど出射角は大きい。

　これらの光Ｌ_１１～Ｌ_１３，Ｌ_２１～Ｌ_２３において、各二つの光は光路差を持ってフランコン型サバール板３１を出射している。光路差Δｄは、サバール板３１を出射した際の出射角と、フランコン型サバール板３１を出射して平行に進む際の光路のずれ幅に比例する。光路のずれ幅は一定であり、出射角は光軸Ａから離れるに従って大きくなるから、二つの光Ｌ_１１，Ｌ_２１の光路差をΔｄ_１、光Ｌ_１２，Ｌ_２２の光路差をΔｄ_２、光Ｌ_１３，Ｌ_２３の光路差をΔｄ_３とすると、Δｄ_１＜Δｄ_２＜Δｄ_３となる。尚、この例では、Ｌ_１１，Ｌ_２１は光軸Ａ上を進んできた光が分離された光であるので、Δｄ_１＝０である。

　これらの光_１１～Ｌ_１３，Ｌ_２１～Ｌ_２３は、図２に示すように、合波素子としてのフーリエ変換レンズ３２によりそれぞれアレイ検出器２１上の受光面の一点に結ぶ。つまり、アレイ検出器２１の各ピクセル２１１についてみると、光軸Ａに近いピクセル２１１ほど光路差は小さく、光軸Ａから離れるに従って順次大きくなる。これは、光路差を空間的に連続して変化させていることになり、その変化する光路差の各々において光を結ばせて各ピクセル２１１に入射させている。各ピクセル２１１において結ぶ光Ｌ１，Ｌ２は対象物Ｓから出た一つの光を分離したものであり、したがって良好に干渉する。このため、各ピクセル２１１が並んでいる順に光電変換結果を出力させると、それはインターフェログラムデータということになる。

　シアリング干渉光学系については幾つかの異なるタイプのものが知られているが、この実施形態では、サバール板、特にフランコン型サバール板３１を採用している。フランコン型サバール板を使用する点は、マルチチャンネル型のフーリエ変換分光計において信号強度を高くし、高ＳＮ比の分光測定を可能にするという本願発明の課題を達成するための手段の一つとなっている。以下、この点について説明する。

　図３は、通常のサバール板について示した概略図である。サバール板３０は、二枚の複屈折結晶３１１，３１２を組み合わせた光学素子である。各複屈折結晶（典型的には一軸型）３１１，３１２は、入射面と出射面が平行であって自らの光学軸に対して４５度になるように切り出され各面が研磨されたものである。各複屈折結晶３１１，３１２は、方解石や石英等の複屈折材料の結晶である。二枚の複屈折結晶３１１，３１２は、光学軸が互いに直交する姿勢で貼り合わされる。図３（１）において、光学軸の向きを矢印Ａｃで示す。以下、入射側に位置する複屈折結晶３１１を第一の結晶とし、出射側に位置する複屈折結晶３１２を第二の結晶とする。
　第一の結晶３１１の入射面に、垂直に光Ｌが入射する場合を考える。図３の例では、光Ｌは水平に進んでくるとし、第一の結晶３１１における主断面Ｐは水平であるとする。したがって、第二の結晶３１２の主断面Ｐ’は垂直である。

　第一の結晶３１１に入射する光Ｌのうち、正常波Ｌｏは入射面をそのまま透過して直進するが、異常波Ｌｅはφだけずれた方向に進む。これらの光波Ｌｏ，Ｌｅは、次に第二の結晶３１２に入射するが、第二の結晶３１２は第一の結晶３１１に対して光学軸が９０度回転しているので、正常波Ｌｏは第二の結晶３１２に対しては異常波となり、異常波Ｌｅは正常波となる。このため、図３（１）に破線で示すように各光波Ｌｏ，Ｌｅは進み、第二の結晶３１２から出射する。この際、サバール板３０では、二枚の複屈折結晶３１１，３１２の厚さが厳密に等しいものとされているため、出射する二つの光Ｌ１，Ｌ２の光路は平行で横ずれしたような状態となる。このため、図３の光Ｌ１，Ｌ２が属する面を図１のＸ方向とすることで、シアリング干渉系が構成され、図２に示すようにアレイ検出器２１の受光面上で二つの光Ｌ１，Ｌ２が干渉する。

　このようなサバール板３０は、非特許文献１で説明されているように、斜めから光を入射させた場合には干渉縞が扇状に歪むことが知られている。図３（２）に、この干渉縞の歪みを模式的に示す。干渉縞が歪む原因は、位相差がゼロになる位置が光軸から離れるに従って少しずつずれてくるからであり、サバール板３０における非点収差とも呼び得るものである。尚、フーリエ変換レンズ３２は、Ｙ方向で結像作用を持たないので、光軸は図３（２）に示すようにＸ方向に沿った面（光軸面）と呼び得る。また、図３（２）に示すように、干渉縞の歪みは、光軸（面）の周辺部にいくほど大きくなる。
　上記のような干渉縞の扇状の歪みは、光軸（面）付近の干渉信号のみをインターフェログラムデータとする場合にはそれほど問題にはならない。しかし、光軸（面）から離れた場所までインターフェログラムデータを取得しようとすると問題となる。尚、アレイ検出器２１の受光面においてＸ方向（受光ピクセル２１１の配列方向）に垂直な方向をＹ方向とする。

　本願発明は、上記のようにＳＮ比を高くすることを課題としている。ＳＮ比を高くするには、干渉縞がもたらす光の強弱を漏れなく光電変換データに取り入れることが重要になる。このためには、図３（２）に二点鎖線で示すように、各受光ピクセル２１１についてＹ方向の長さを長くし、干渉縞の縞の強弱を漏れなく取り込むようにすることが考えられる。また、Ｙ方向に光を集光し、干渉縞のコントラストを高くして各受光ピクセル２１１に光が入射するようにすることも考えられる。これらの両方を行うことも考えられる。以下、このようにＹ方向で干渉縞の取り込み量を多くすることを「Ｙ方向で積分する」と表現する。

　しかしながら、図３（２）に示すように干渉縞が扇状に歪んでいると、一つの受光ピクセル２１１において干渉縞の強弱を打ち消し合う結果となってしまう。このため、出力される干渉信号が、光路差の大きい視野端の領域ほど振幅が小さく観測されてしまい、分光測定時の波数分解能が劣化する。
　実施形態の分光測定装置は、このような点を考慮し、フランコン型サバール板を分離素子として採用している。図４は、フランコン型サバール板について示した概略図である。

　図４（１）に示すように、フランコン型サバール板３１では、二枚の複屈折結晶３１１，３１２の間にλ／２波長板３１３を挿入した構造を有する。
　フランコン型サバール板３１においても、二枚の複屈折結晶３１１，３１２は、入射面及び出射面が平行であり、それら面が光学軸に対して４５度になるように切り出されている。そして、フランコン型サバール板３１では、第一の結晶３１１の光学軸に対して第二の結晶３１２の光学軸が１８０度回転した状態となるように両者が配置されている。

　１８０度回転させてしまうと、正常波、異常波の関係が第二の結晶３１２でも同様になってしまって光が分離しなくなってしまうので、λ／２波長板３１３を間に挿入する。λ／２波長板３１３があると、第一の結晶３１１で正常波であった直線偏光光Ｌｏは方位角が９０度回転して第二の結晶３１２では異常波となり、第一の結晶３１１で異常波Ｌｅであった直線偏光光は９０度回転して第二の結晶３１２では正常波となる。そして、同様に二つの複屈折結晶３１１，３１２の厚さは同じであるため、二つの光は平行に光路がずれた状態で出射する。

　上記フランコン型サバール板３１では、第二の結晶３１２は第一の結晶３１１に対して光学軸が１８０度回転した状態となっているので、位相差がゼロになる位置のずれ方がちょうど逆の関係になる。このため、通常のサバール板で生じていた干渉縞の扇状の歪みは解消される。この様子が、図４（２）に模式的に示されている。
　フランコン型サバール板３１では、図４（２）に示すように、干渉縞の扇状の歪みはないので、Ｙ方向で光の強弱を積分する場合も、干渉縞の消してしまう問題はなく、インターフェログラムデータの劣化は生じない。実施形態の分光測定装置は、このような点を考慮し、干渉光学系３にフランコン型サバール板３１を採用している。

　このような実施形態における干渉光学系３は、干渉縞のＹ方向で積分してＳＮ比を高くする観点から、集光レンズ３３を含んでいる。特に、この実施形態では、図１に示すように集光レンズ３３は分離素子の出射側に配置されている。具体的には、分離素子としてのフランコン型サバール板３１と合波素子としてのフーリエ変換レンズ３２との間に集光レンズ３３が配置されている。この集光レンズ３３は、Ｘ方向ではレンズ作用はなく、Ｙ方向で集光作用を持つものとなっている。ここでいうＹ方向とは、アレイ検出器２１における受光ピクセル２１１の配列方向に対して直交する方向である。即ち、この集光レンズ３３は、光照射された対象物Ｓからの光を、アレイ検出器２１における受光ピクセル２１１の配列方向に対して直交する方向に集光する。したがって、この集光レンズ３３はシリンドリカルレンズである。

　この位置に集光レンズ３３を配置することは、Ｙ方向で干渉縞を積分してＳＮ比を高くする観点で特に好適である。集光レンズ３３によって干渉縞の取り込み量を多くするには、ＮＡの大きなレンズ（明るいレンズ）を使用することが重要である。ＮＡの大きなレンズを使用するには、アレイ検出器２１により近い位置にレンズを配置する必要がある。このため、分離素子の出射側に集光レンズ３３を配置している。

　この実施形態では、分離素子の入射側にもレンズ３６を配置している。このレンズ３６も、Ｙ方向の集光作用を有している。
　尚、特許文献２においても、サバール板の入射側に集光レンズが配置されているが、この集光レンズをサバール板の出射側に持ってくることはできない。特許文献２では、通常のサバール板を使用しており、干渉縞に扇状の歪みが生じるため、干渉縞を打ち消してしまうからである。
　即ち、この実施形態においては、集光レンズ３３がサバール板３１の出射側に配置されるため、ＮＡの大きなレンズを使用することができ、アレイ検出器２１の受光面に効率よく集光することができる。

　干渉光学系３の他の要素について説明すると、図１に示すように、フランコン型サバール板３１の入射側には偏光子３４が配置されている。偏光子３４は、対象物Ｓから出た無偏光の光を直線偏光光に変換するためのものであり、偏光板が使用される。また、フランコン型サバール板３１の出射側には検光子３５が配置されている。検光子３５は、フランコン型サバール板３１から出射される光の偏光方向を揃え、干渉が観測できるようにするためのものである。

　次に、検出系２に含まれるアレイ検出器２１について説明する。図５は、アレイ検出器の受光面の概略図である。
　図５に示すように、この実施形態では、アレイ検出器２１には、長方形の受光ピクセル２１１を多数配列したものが採用されている。長方形の各受光ピクセル２１１は、配列方向（Ｘ方向）の長さに比べてそれと直交する方向（Ｙ方向）の長さの方が長い。この構成も、上記のように、干渉縞のＹ方向における積分量を多くしてＳＮ比を高くする観点からである。
　このようなアレイ検出器２１としては、例えば、浜松ホトニクス株式会社製のＩｎＧａＡｓリニアイメージセンサＧ１４２３７－５１２ＷＡ等を使用することができる。

　図１に示すように、分光測定装置は、アレイ検出器２１からの出力（インターフェログラムデータ）を処理してスペクトルを算出する演算手段４を備えている。演算手段４としては、この実施形態では汎用ＰＣが使用されている。アレイ検出器２１と演算手段４の間にはＡＤ変換器６が設けられており、アレイ検出器２１の出力はＡＤ変換器６を介して演算手段４に入力される。

　演算手段４は、プロセッサ４１や記憶部（ハードディスク、メモリ等）４２を備えている。記憶部４２に記憶されたプログラムには、インターフェログラムデータを処理してスペクトルを算出するスペクトル算出プログラム４３が含まれる。スペクトル算出プログラム４３は、離散フーリエ変換を含む演算処理を行ってスペクトルを算出する。尚、記憶部４２には、基準スペクトルデータを記録したファイル４４が記憶されている。基準スペクトルデータは、対象物Ｓを配置しない状態で予め測定したスペクトルデータであり、吸収スペクトル等の算出の際に参照される。

　次に、このような実施形態の分光測定装置の動作について説明する。以下の説明は、分光測定方法の実施形態の説明でもある。
　実施形態の分光測定装置は、対象物Ｓの分光分析のために使用される装置であり、測定に先立って対象物Ｓが受け板５に載置される。光源１からの光が照射光学系により対象物Ｓに照射される。光の一部は対象物Ｓを透過し、干渉光学系３に達する。

　干渉光学系３内の分離素子（フランコン型サバール板３１）は、光を二つの光波に分離し、互いに平行な光路に沿って進ませる。これらの光は、合波素子としてのフーリエ変換レンズ３２によりアレイ検出器２１の受光面上で結ぶ。これらの光は、元は一つの光であるので、受光面上で良好に干渉し、インターフェログラムを形成する。

　この結果、アレイ検出器２１からはインターフェログラムデータが出力され、ＡＤ変換器６を介して演算手段４に入力される。演算手段４では、離散フーリエ変換を含む演算処理が行われ、スペクトルが算出される。算出されたスペクトルは、記憶部４２に記憶されている基準スペクトルデータと比較され、吸収スペクトルが算出される。吸収スペクトルは、測定結果としてディスプレイへの表示等が行われる。

　このような実施形態の分光測定装置及び分光測定方法によれば、分離素子の出射側に集光レンズ３３を配置し、この集光レンズ３３により、光照射された対象物からの光をアレイ検出器２１における受光ピクセル２１１が並ぶ方向と直交する方向に集光しているので、干渉縞の取り込み量が多くなり、高ＳＮ比の測定を行うことができる。このため、信頼性の高い分光測定装置、分光測定方法となる。

　この際、集光レンズ３３は、分離素子の出射側に配置されているので、より集光の効率が高くなり、干渉縞の取り込み量を多くできる。このため、より信頼性の高い装置、方法となる。
　この構成において、特許文献１や特許文献２のように、分離素子として通常のサバール板を使用していると、扇状に歪む干渉縞を集光する状態となるため、Ｙ方向で干渉縞を打ち消してしまうのを助長する結果となり、インターフェログラムデータが劣化する。このため、かえって信頼性を低下させてしまうことになる。しかしながら、実施形態では、フランコン型サバール板３１を使用しているので、このような問題は生じない。

　尚、上述したフランコン型サバール板３１において、λ／２波長板３１３は、測定波長域に亘って位相を１８０度遅らせることができる波長板である必要がある。このようなλ／２波長板３１３としては、例えばアクロマティック波長板として市販されているもの（例えばエドモンド社製）の中から適宜のものを選択して使用することができる。

　次に、第二の実施形態の分光測定装置について説明する。
　図６は、第二の実施形態の分光測定装置の概略図である。第二の実施形態の装置は、干渉光学系３の構成が第一の実施形態と異なっている。この他の点については、基本的に同様である。
　第二の実施形態においても、干渉光学系３は、シアリング干渉光学系となっており、分離素子と合波素子とを含んでいる。この実施形態では、分離素子３１は、光が２回透過するように配置された１個の複屈折結晶３１１を含んでいる。

　具体的には、第二の実施形態における干渉光学系３は、対象物Ｓからの光が入射する位置に配置された複屈折結晶３１１と、複屈折結晶３１１を透過した光を反射させて複屈折結晶３１１をもう一度透過させるミラー３１４と、複屈折結晶３１１とミラー３１４との間に配置されたλ／４波長板３１５とを備えている。
　複屈折結晶３１１は、サバール板３０，３１が備えるものと同様、入射面及び出射面が互いに平行であって光学軸に対して４５度になるように切り出された結晶である。ミラー３１４は光軸に対して垂直である。

　また、対象物Ｓと複屈折結晶３１１との間には、偏光ビームスプリッタ３７が配置されている。偏光ビームスプリッタ３７は、第一の実施形態における偏光子３４としての機能及び検光子３５として機能を兼ねている。
　偏光ビームスプリッタ３７の出射側には、フーリエ変換レンズ３２が配置されている。フーリエ変換レンズ３２は、同様に、平行にずれた光路に沿って進む二つの光をアレイ検出器２１の受光面で結ばせて干渉させるレンズである。
　さらに、偏光ビームスプリッタ３７とフーリエ変換レンズ３２との間には、集光レンズ３３が配置されている。集光レンズ３３は、同様に、光をＹ方向で集光してＳＮ比を高めるためのレンズである。

　このような第二の実施形態の分光測定装置では、対象物Ｓから出た光は、偏光ビームスプリッタ３７で分割され、複屈折結晶３１１に適した方向の直線偏光光が複屈折結晶３１１に達する。この光は、複屈折結晶３１１において正常波Ｌｏと異常波Ｌｅに分離される。
　正常波Ｌｏは、通常の屈折をして複屈折結晶３１１を透過し、出射面から出射する。異常波Ｌｅは、これに対してφの角度で屈折をして出射面から出射する。この結果、二つの光（光波）に分離する。これらの光は、λ／４波長板３１５により円偏光となった後、ミラー３１４で反射する。そして、もう一度λ／４波長板３１５を透過する。この際、二つの光は再び直線偏光光になるが、最初に複屈折結晶３１１を出射した際とは９０度回転した向きの直線偏光光となっている。このため、複屈折結晶３１１に達して入射する際、最初の透過の際に正常波だった光は異常波となり、異常波だった光は正常波となる。したがって、複屈折結晶３１１を最初に透過した際とは対称的な屈折をして出射する。この結果、図６に示すように、出射した光はさらにずれた二つの平行な光路に沿って進む。

　二つの光は、偏光ビームスプリッタ３７の分割面に達する。そして、この分割面は、第一の実施形態における検光子３５と同様に作用し、偏光方向の揃った状態で光が反射して集光レンズ３３に達する。そして、集光レンズ３３によりＹ方向に集光されながら、フーリエ変換レンズ３２によってアレイ検出器２１の受光面で結び、干渉する。その後、インターフェログラムデータがアレイ検出器２１から出力され、演算手段４により分光スペクトルが算出される。

　第二の実施形態の分光測定装置によれば、複屈折結晶は一個で足りるので、第一の実施形態に比べると安価に製作できる。但し、偏光ビームスプリッタ３７の部分での損失があるので、効率の点では第一の実施形態の方が優れている。
　第二の実施形態において、偏光ビームスプリッタ３７ではなく無偏光ビームスプリッタ又はハーフミラーを使用して光の取り出しをすることも可能である。この場合には、無偏光ビームスプリッタ又はハーフミラーと複屈折結晶３１１との間に偏光素子を設ける。この偏光素子は、往路において（無偏光ビームスプリッタ又はハーフミラーから複屈折結晶３１１に光が進む際に）は偏光子として作用し、復路において（複屈折結晶３１１から無偏光ビームスプリッタ又はハーフミラーに光が進む際に）は検光子として作用する。

　また、第二の実施形態において、λ／４波長板３１５とミラー３１４とを一つの光学素子で実現することも可能である。具体的には、背面（複屈折結晶３１１とは反対側の面）を反射面としたλ／４波長板を使用することができる。また、ワイヤーグリッド偏光素子のように微細な凹凸構造を表面に形成し、λ／２の位相差の機能と反射の機能とを達成する素子も開発されており、この種の素子を採用することもできる。この構成では、λ／２波長板とミラーとが一個の素子で実現できるので、構造がシンプルになる。また、λ／４波長板３１５に対するミラー３１４の調整が不要になるので、この点で光学系全体の調整が簡略化される。

　また、第二の実施形態において、λ／４波長板３１５とミラー３１４とを一つの光学素子で実現する構成として、反射型ワイヤーグリッド波長板を採用しても良い。以下、この構成について、図７を参照して説明する。図７は、第二の実施形態において採用され得る反射型ワイヤーグリッド波長板の斜視概略図である。
　図７に示すように、反射型ワイヤーグリッド波長板は、誘電体より成る基板３１６上に微細構造としてワイヤーグリッド３１７が形成された構造を有する。ワイヤーグリッド３１７は、いわゆるラインアンドスペース構造であり、金属製の直線状部３１８と、各直線状部の間のスペースより成る。各直線状部３１８の幅、各スペースの幅は、光の波長以下とされる。

　反射型ワイヤーグリッド波長板は、ｐ波（入射面内で電場が振動する光）は各線状部３１８の上面で反射するのに対し、ｓ波（入射面に垂直な面内で電場が振動する光）は、各スペースを透過して基板の露出面（誘電体面）の部分で反射することを利用している。尚、反射型ワイヤーグリッド波長板は、光の入射面に沿った方向に各線状部３１８が向くよう配置される。各線状部３１８の高さｈを光の波長に対して適宜に選定すると、ｐ波に対してｓ波の位相を１８０度遅らせることができる。このため、λ／４波長板３１５とミラー３１４に代えて反射型ワイヤーグリッド波長板を配置することで、同様に光の分離を行うことができる。
　反射型ワイヤーグリッド波長板を用いる場合にも、一個の素子で実現できるので、構造がシンプルになり、且つ調整も容易となる。反射型ワイヤーグリッド波長板については、例えば非特許文献２に開示されており、参考にすることができる。

　上記第一第二の各実施形態において、分離素子の出射側に配置されている集光レンズ３３とフーリエ変換レンズ３２は、一つのレンズで兼用することも可能である。この場合は、フーリエ変換作用を為す面（受光面で結ぶことで干渉する二つの光が進む面）内における投影作用と、この面に対して垂直な方向（Ｙ方向）での集光作用とを行うことになるから、このレンズはいわゆる二軸のレンズ（トロイダルレンズ等）となる。この構成では、構造的にシンプルになり、また部品点数が少なくなるから、コストも安価となる。但し、別々のレンズとした構成は、フーリエ変換作用とＹ方向の集光作用とを別々に最適化することができるので、光学設計の自由度が増すという点で有利である。

　次に、第三の実施形態の分光測定装置について説明する。図８は、第三の実施形態の分光測定装置の概略図である。
　図８に示す第三の実施形態の分光測定装置も、光源１により光照射された対象物Ｓの一点からの光を二つの光に分けてアレイ検出器２１の受光面上で干渉させてインターフェログラムを形成する干渉光学系３を備えており、干渉光学系３は、対象物Ｓからの光を複屈折により二つの光に分ける分離素子と、分けられた光をアレイ検出器２１の受光面上で重ね合わせる合波素子とを含んでいる。そして、分離素子として、高ＳＮ比化のためフランコン型サバール板３１が使用されている。

　フランコン型サバール板は、高ＳＮ比化という点では顕著な効果があるが、発明者の研究によると、複屈折結晶特有のノイズの問題が顕在化することが判ってきた。以下、この点について図９を参照して説明する。図９は、複屈折結晶特有のノイズの問題についてフランコン型サバール板を例にして示した概略図である。

　上記のように、サバール板では、最初の複屈折結晶３１１で正常波Ｌｏと異常波Ｌｅに分離した光波が次の複屈折結晶３１２では関係が逆になり、異常波と正常波になるという現象を利用している。上記説明から解るように、光学軸のずれ（９０度異なる関係からのずれ）が生じると、サバール板が正常に動作しない。光学軸のずれは、結晶を切り出すときのずれや二つの結晶を貼り合わせるときのずれ等によって生じ得る。

　特に、フランコン型サバール板の場合、間にλ／２波長板３１３を挿入しているので、製造上のばらつきに起因する光学軸のずれが生じ易い。通常のサバール板の場合、一個の結晶を中央で切断して互いに向きを逆にして貼り合わせれば良いので、製造上のばらつきに起因する光学軸のずれは比較的少ない。即ち、入射面及び出射面が光学軸に対して４５度になるようにまず一個の結晶を切り出し、その結晶を入射面及び出射面に対して平行な面で二個に分断する。最初の一個の結晶の厚さを、必要な複屈折結晶の厚さのちょうど２倍としておき、正確に中央で切断して研磨、貼り合わせを行えば、光学軸のずれの発生要因は貼り合わせの際の精度のみであるので、比較的ずれは少ない。

　しかしながら、フランコン型サバール板の場合、間にλ／２波長板を挿入しているので、λ／２波長板を要因とする光学軸のずれが発生し易い。即ち、λ／２波長板は、複屈折結晶とは異なる材料で形成されている場合が多く、光学軸の軸合わせは容易ではない。λ／２波長板は、直線偏光光の方位角を９０度変えるものであるが、光学軸がずれて挿入されていると方位角もずれた状態となる。この場合、第一の結晶３１１で正常波Ｌｏであった光の方位角が正確に９０度変位していないと、第二の結晶３１２では異常波Ｌｅにならず、通常の屈折をしてしまう。

　上記のように複屈折結晶において予定されている屈折を行わない光を、以下、迷光と総称する。迷光は、λ／２波長板３１３が正しい姿勢で挿入されていても、その性能上の限界から生じることもある。例えば、実施形態ではフランコン型サバール板３１を分光測定に利用しているので、λ／２波長板３１３は、ある波長範囲において動作する（１８０度の位相差を生じさせる）ものであることが必要である。このような波長板は、アクロマティック波長板等として市販されているものもあるが、全ての波長においてきっちり１８０度の位相差を生じさせるものではない。また、一般にこれらの波長板は０度の入射角で使用するように設計されているため、光学軸と平行でない光については、位相差が１８０度からずれる。したがって、僅かではあるが、方位角が正しく９０度変位していない直線偏光光が発生してしまう。上記説明から解る通り、この光は迷光であり、第二の結晶において予定されていた屈折が生じない。
　尚、上記のような迷光は、通常のサバール板の場合でも生じ得る。例えば、二つの複屈折結晶が正しく９０度回転した姿勢でなかったり、各複屈折結晶の入射面や出射面が光学軸に対して正しく４５度でなかったりした場合に生じ得る。ただし、通常のサバール板の場合は上述の通り、光学軸のずれの発生要因は貼り合わせの際の精度のみとなるので、生じる迷光は僅かである。

　発明者の研究によると、このような迷光は、マルチチャンネル型のフーリエ変換分光計特有のノイズを発生させる。即ち、λ／２波長板３１３において方位角の変位が正しく行われないと、上記のように、第一の結晶３１１で正常波Ｌｏであった光は、第二の結晶３１２では異常波Ｌｅにならず、通常の屈折、即ち正常光としての屈折をしてしまう。この光Ｌ３は、図９に二点破線で示すように、第一の光Ｌ１の光路と第二の光Ｌ２の光路とのちょうど中間の光路を進む。

　図９に示すこの迷光Ｌ３の光路も、第一の光Ｌ１の光路や第二の光Ｌ２の光路と平行であるので、迷光Ｌ３は、フーリエ変換レンズ３２によって受光面上で第一の光Ｌ１と結んだり第二の光Ｌ２と結んだりして干渉する。このため、受光面で形成されるインターフェログラムには、複屈折結晶３１１，３１２において予定されていた屈折をして形成される干渉縞の他、迷光Ｌ３による干渉縞が含まれることになる。この場合に問題なのは、迷光Ｌ３による干渉縞は光路のずれ幅ｄが異なるため、本来含まれていなかった波長成分をスペクトルの算出において産み出してしまうこと、即ちノイズを発生させてしまうことである。

　より具体的に説明すると、シアリング干渉系では、形成される干渉縞の周期は、分離された二つの光の光路のずれ幅ｄに反比例する。非特許文献１に開示されているように、無限遠点を仮定すると、干渉縞の角度で表した縞間隔Ｔは、光の波長λ、光路ずれ幅ｄに対して、Ｔ＝λ／ｄとなる。したがって、波長が短くなれば縞間隔Ｔも短くなり、波長が長くなれば縞間隔Ｔも長くなる。光路ずれ幅ｄは、サバール板３０，３１における正常波Ｌｏと異常波Ｌｅの成す角φ及び各複屈折材料３１１，３１２の厚さで決まる。光路ずれ幅ｄは設計値として予め定められた定数であり、測定結果を得る際には定数ｄを組み込んでフーリエ変換を行ってスペクトルを算出する。

　この場合、上記のように迷光Ｌ３が発生すると、第一の光Ｌ１と迷光Ｌ３の光路のずれ幅はｄ／２であり、第二の光Ｌ２と迷光Ｌ２の光路のずれ幅もｄ／２である。そして、第一の光Ｌ１と迷光Ｌ３が干渉したり、第二の光Ｌ２と迷光Ｌ３が干渉したりした場合、形成される干渉縞の間隔は、第一第二の光Ｌ１，Ｌ２による干渉縞の間隔の倍となる。この迷光Ｌ３との干渉縞は、アレイ検出器２１から出力されるインターフェログラムデータに含まれることになるが、インターフェログラムデータの処理の際には、光路のずれ幅はｄであるとして計算を行う。つまり、実際にはｄ／２であるために縞間隔が２Ｔになっている干渉縞に対してｄを適用してフーリエ変換を行うこととなる。こうなると、フーリエ変換の結果には実際には存在しない２λの光が含まれることになってしまう。これが、迷光によるノイズ発生のメカニズムである。

　実施形態の分光測定装置は、複屈折結晶を使用した場合のこのような課題を解決するものとなっている。
　上記課題を解決する構成として、実施形態の分光測定装置は、測定可能な波長幅を１オクターブ未満に制限する構成を採用する。この構成によって、迷光によるノイズが測定結果に含まれることがない。

　上記解決手段の一つの例として、検出系の構成として迷光が測定結果に含まれないようにする機能を持たせることが考えられる。具体的には、検出系に含まれるアレイ検出器２１について、感度を有する波長域が１オクターブ未満のものを採用する。
　図１０は、迷光による影響について示した概略図である。アレイ検出器２１は、例えば８５０～１４５０ｎｍの範囲にのみ実質的に感度を有しているとする。したがって、この波長域の範囲内でしか原理的に分光測定を行うことができない。

　この場合、上記のように、迷光の影響で１オクターブ長い波長がスペクトル算出結果に含まれ得る。例えば、対象物Ｓから１０５０ｎｍ付近の光が出射しており、それが迷光となって干渉縞を形成すると、図１０に示すように、算出結果には２１００ｎｍ付近の波長が出現する。しかしながら、アレイ検出器２１は２１００ｎｍに感度を持たないので、あり得ない結果である。したがって、２１００ｎｍ付近の波長の光は迷光によるものであると判断でき、測定結果に含まれないようにすることができる。つまり、上記の例では、アレイ検出器２１が感度を持たない１４５０ｎｍ超については、値が算出されたとしても測定結果から除外してしまうのである。

　測定可能な波長幅を１オクターブ未満に制限するという構成は、上記の他、フィルタによっても実現できる。即ち、光源１からアレイ検出器２１に至る光路上のいずれかの位置に、１オクターブ未満の波長幅の範囲に制限して透過させるバンドパスフィルタを配置する。例えば、図１に示すように、光源１と対象物Ｓとの間に、１オクターブ未満の波長域を透過させるバンドパスフィルタ７を配置する。フィルタの透過波長域は既知であるので、それを測定可能波長範囲とする。
　さらに、測定可能な波長幅を１オクターブ未満に制限する構成は、光源の特性によっても実現できる。即ち、既知の１オクターブ未満の波長幅の光を出射するものを光源１として採用することによっても実現できる。

　尚、対象物Ｓが蛍光物質である場合、発生する蛍光を分光測定する場合もあり得る。この場合は、想定される蛍光の波長を含む１オクターブ未満の波長幅の範囲を測定可能波長とする。蛍光の波長を含む１オクターブ未満の波長幅の範囲を透過させるバンドパスフィルタを対象物Ｓの出射側に設けるか、蛍光の波長を含む１オクターブ未満の感度域を有するアレイ検出器を用いる。これら測定波長範囲は、光源１から出射される光の波長範囲をカバーしていなくても良い。

　上記構成に係る実施形態の分光測定装置の動作について説明する。以下の説明は、分光測定方法の実施形態の説明でもある。
　実施形態の分光測定装置は、対象物Ｓの分光分析のために使用される装置であり、測定に先立って対象物Ｓが受け板５に載置される。光源１からの光が照射光学系により対象物Ｓに照射される。光の一部は対象物Ｓを透過し、干渉光学系３に達する。
　干渉光学系３内の分離素子（フランコン型サバール板２１）は、光を二つの光に分離し、互いに平行な光路に沿って進ませる。これらの光は、合波素子としてのフーリエ変換レンズ３１によりアレイ検出器２１の受光面上で結ぶ。これらの光は、元は一つの光であるので、受光面上で良好に干渉し、インターフェログラムを形成する。

　この結果、アレイ検出器２１からはインターフェログラムデータが出力され、ＡＤ変換器６を介して演算手段４に入力される。演算手段４では、スペクトル算出プログラム４３が実行され、スペクトルが算出される。算出されたスペクトルは、記憶部４２に記憶されている基準スペクトルデータと比較され、吸収スペクトルが算出される。吸収スペクトルは、測定結果としてディスプレイへの表示等が行われる。

　実施形態の分光測定装置、分光測定方法によれば、複屈折結晶に起因した迷光によるノイズが測定結果に含まれないので、分光測定の精度が高くなり、測定結果の信頼性が向上する。また、干渉縞をＹ方向で積分しているので、ＳＮ比が高くなり、この点でも分光測定の精度が高くなる。この際、フランコン型サバール板３１を使用しているので、Ｙ方向に積分する際の干渉縞の歪みは発生せず、かえって信頼性が低下してしまう問題はない。

　次に、第四の実施形態の分光測定装置、分光測定方法について説明する。
　図１１は、第四の実施形態の分光測定装置の概略図である。第四の実施形態の分光測定装置も、マルチチャンネル型のフーリエ変換分光計となっており、複屈折材料を使用して光を二つに分けるシアリング干渉系を干渉光学系３として採用している。そして、第四の実施形態においても、迷光の影響が測定結果に含まれない構成を採用しているが、第四の実施形態では、測定可能な波長幅が１オクターブ未満である測定系を複数設けることでこれを達成している。

　具体的に説明すると、図１１に示すように、第四の実施形態では、対象物Ｓの出射側の光路上に帯域分割素子が設けられている。帯域分割素子としては、この実施形態では、ダイクロイックミラー８が使用されている。ダイクロイックミラー８の出射側の光路８１，８２を、以下、第一の測定光路、第二の測定光路と呼ぶ。

　図１１に示すように、第四の実施形態の分光測定装置は、第一の測定光路８１上に設けられた第一の測定系９ａと、第二の測定光路８２上に設けられた第二の測定系９ｂとを含んでいる。各測定系９ａ，９ｂの構成は、第三の実施形態におけるものと同様である。第一の測定系９ａは、第一の干渉光学系３ａを有しており、第一の分離素子としてのフランコン型サバール板３１ａ、第一の合波素子としてのフーリエ変換レンズ３２ａ、第一のアレイ検出器２１ａ等を含んでいる。第二の測定系９ｂも、第二の干渉光学系３ｂを有しており、第二の分離素子としてのフランコン型サバール板３１ｂ、第二の合波素子としてのフーリエ変換レンズ３２ｂ、第二のアレイ検出器２１ｂ等を含んでいる。この他、偏光子３４ａ，３４ｂや検光子３５ａ，３５ｂ、集光レンズ３３ａ，３３ｂ等も同様にそれぞれの測定系９ａ，９ｂに設けられている。

　ダイクロイックミラー８は、各測定系９ａ，９ｂにおいて測定可能な波長幅が１オクターブ未満となるように分割波長が適宜選定される。例えば、装置全体として８００ｎｍ～２０００ｎｍの波長域を測定する場合、第一の測定系９ａの測定可能範囲を８００ｎｍ～１２００ｎｍに制限し、第二の測定系９ｂの測定可能範囲を１２００ｎｍ～２０００ｎｍに制限するものとされる。この場合、ダイクロイックミラー８の分割波長は、１２００ｎｍとなる。

　そして、図１１に示すように、ダイクロイックミラー８と第一のフランコン型サバール板３１ａの間には、第一の測定系９ａにおける測定波長域未満（上記の例では８００ｎｍ未満）の波長の光をカットする第一のフィルタ７ａが設けられる。また、ダイクロイックミラー８と第二のフランコン型サバール板３１ｂの間には、第二の測定系９ｂにおける測定波長域超（上記の例では２０００ｎｍ超）の波長の光をカットする第二のフィルタ７ｂが設けられる。尚、第一のアレイ検出器２１ａは、８００ｎｍ～１２００ｎｍの範囲を感度域として含んでおり、第二のアレイ検出器２１ｂは１２００ｎｍ～２０００ｎｍの範囲を感度域として含んでいる。

　演算手段４上のスペクトル算出プログラム４３は、各アレイ検出器２１から出力されるインターフェログラムデータを処理してそれぞれスペクトルを算出し、それらをつなぎ合わせて全体としての測定結果とする。
　第四の実施形態では、対象物Ｓからの光は、ダイクロイックミラー８により二つの波長帯域の光に分割され、それぞれの測定系９ａ，９ｂにおいてインターフェログラムが取得される。そして各アレイ検出器２１ａ，２１ｂから出力されるインターフェログラムデータが処理されて波長帯域ごとにスペクトルが算出され、二つの波長帯域のスペクトルがつなげられて全体としての測定結果とされる。

　上記説明から解るように、第四の実施形態では、１オクターブ未満の測定系９ａ，９ｂを二つ設けることで全体として１オクターブを越える波長幅での分光測定を実現している。このため、広い波長幅で分光測定を行う必要がある場合、好適な構成となっている。
　上記の例では二つであったが、１オクターブ未満の測定系を三つ以上設けてさらに広い波長幅について分光測定するようにすることも可能である。
　尚、上記の例では帯域分割素子としてダイクロイックミラー８を使用したが、回折格子のような分散素子を使用し、帯域ごとに光を取り出す構成であっても良い。

　次に、第五の実施形態の分光測定装置、分光測定方法について説明する。
　図１２は、第五の実施形態の分光測定装置の概略図である。第五の実施形態の装置は、第二の実施形態と同様、光が２回透過するように配置された１個の複屈折結晶３１１を備えた干渉光学系３が採用されている。干渉光学系３の構成、動作は、第二の実施形態と基本的に同様である。

　第五の実施形態においても、測定可能な波長幅を１オクターブ未満に制限する構成が採用されている。即ち、アレイ検出器２１における感度域が１オクターブ未満であるか、又は図１２に示すように対象物Ｓと分離素子３１０との間にフィルタ７が配置される。フィルタ７は、１オクターブ未満の波長幅の光を透過させるバンドパスフィルタとされる。もしくは、光源１が１オクターブ未満の波長幅の光を出射するものとされる。このため、迷光による誤った波長での測定値を含まない状態で測定結果が得られることになり、測定結果の信頼性が向上する。

　尚、上記各実施形態では、対象物Ｓの透過光のインターフェログラムを取得して分光スペクトルを算出する例を説明したが、反射光や散乱光等のインターフェログラムを取得して分光スペクトルを算出する場合もある。したがって、対象物Ｓからの光とは、光照射された対象物Ｓからの透過光、反射光、散乱光などであり得る。
　また、基準スペクトルデータについては予め測定しておくと説明したが、リアルタイムで基準スペクトルデータを取得する場合もあり得る。この場合は、光源１からの光を二つに分け、一方を対象物Ｓに照射し、他方を対象物Ｓを経由せずにアレイ検出器２１で受光して基準スペクトルデータとする。

１　光源
２　検出系
２１　アレイ検出器
２１１　受光ピクセル
３　干渉光学系
３１　フランコン型サバール板
３１１　複屈折結晶
３１２　複屈折結晶
３１３　λ／２波長板
３１４　ミラー
３１５　λ／４波長板
３２　フーリエ変換レンズ
３３　集光レンズ
３４　偏光子
３５　検光子
３６　レンズ
３７　偏光ビームスプリッタ
４　演算手段
４３　スペクトル算出プログラム
５　受け板
６　ＡＤ変換器
７　フィルタ
Ｓ　対象物

Claims (36)

1. 　対象物に光を照射する光源と、
   　光源により光照射された対象物からの光を受光するアレイ検出器と、
   　光源により光照射された対象物の一点からの光を二つの光に分けてアレイ検出器の受光面上で干渉させてインターフェログラムを形成する干渉光学系と
   を備えた光測定装置であって、
   　干渉光学系は、対象物からの光を複屈折により二つの光に分ける分離素子と、分けられた光をアレイ検出器の受光面上で重ね合わせる合波素子とを含んでいることを特徴とする分光測定装置。
2. 　前記分離素子は二個の複屈折結晶であり、
   　前記干渉光学系は、二個の複屈折結晶の間に配置されたλ／２波長板を含んでいることを特徴とする請求項１記載の分光測定装置。
3. 　前記分離素子は、二回目が一回目とは反対の向きで光が二回透過するよう配置された一個の複屈折結晶であり、
   　前記干渉光学系は、一個の複屈折結晶を光が二回透過する際に一回目の透過の後であって二回目の透過の前に光に１８０度の位相差を与える位相差素子を含んでいることを特徴とする請求項１記載の分光測定装置。
4. 　前記干渉光学系は、アレイ検出器の受光面において受光ピクセルが並ぶ方向と直交する方向において集光する集光レンズを含んでおり、この集光レンズは、前記二個の複屈折結晶のうちの出射側の複屈折結晶の出射側に配置されていることを特徴とする請求項２記載の分光測定装置。
5. 　前記干渉光学系は、アレイ検出器の受光面において受光ピクセルが並ぶ方向と直交する方向において集光する集光レンズを含んでおり、この集光レンズは、前記一個の複屈折結晶の出射側に配置されていることを特徴とする請求項３記載の分光測定装置。
6. 　前記集光レンズは、前記合波素子として設けられたフーリエ変換レンズであることを特徴とする請求項４又は５記載の分光測定装置。
7. 　前記合波素子としてフーリエ変換レンズが設けられており、
   　このフーリエ変換レンズは、前記集光レンズとは別に設けられていることを特徴とする請求項４又は５記載の分光測定装置。
8. 　前記アレイ検出器は、前記インターフェログラムにおいて干渉縞が並ぶ方向と同一の方向に多数の受光ピクセルが配列されたものであって、各受光ピクセルは、配列方向の長さよりも配列方向に垂直な方向の長さの方が長い形状を有していることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の分光測定装置。
9. 　前記位相差素子はλ／４波長板であり、
   　前記干渉光学系は、前記一個の複屈折結晶を透過した光を反射させて当該複屈折結晶に戻すミラーを含んでおり、λ／４波長板である前記位相差素子は、前記一個の複屈折結晶とミラーとの間に配置されていることを特徴とする請求項３記載の分光測定装置。
10. 　前記位相差素子は、前記一個の複屈折結晶からの光の入射面とは反対側の面が反射面となっているλ／４波長板であることを特徴とする請求項３記載の分光測定装置。
11. 　前記位相差素子は、反射型ワイヤーグリッド波長板であることを特徴とする請求項３記載の分光測定装置。
12. 　前記光源、前記アレイ検出器及び前記干渉光学系を含む測定系は、測定可能な範囲を１オクターブ未満の波長幅に制限する系であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の分光測定装置。
13. 　前記アレイ検出器は、感度を有する波長幅が１オクターブ未満であることを特徴とする請求項１２記載の分光測定装置。
14. 　前記測定系は、前記光源から前記アレイ検出器までの光路上にフィルタを備えており、このフィルタは、１オクターブ未満の波長幅に制限して光を透過させるフィルタであることを特徴とする請求項１２記載の分光測定装置。
15. 　前記光源は、１オクターブ未満の波長幅に制限された光を出射する光源であることを特徴とする請求項１２記載の分光測定装置。
16. 　前記光源により光照射された対象物からの光を二つ以上の波長帯域の光に分割する分割素子を備えており、
    　前記干渉光学系及び前記アレイ検出器は、分割素子から分岐する二以上の各測定光路上に配置されており、
    　前記演算手段は、前記各アレイ検出器から出力されるインターフェログラムデータを処理してスペクトルを算出する手段であり、
    　前記光源、前記各アレイ検出器及び前記各干渉光学系を含む各測定系は、測定可能な範囲を１オクターブ未満の波長幅に制限する系であることを特徴とする請求項１記載の分光測定装置。
17. 　前記各アレイ検出器は、感度を有する波長幅が１オクターブ未満であることを特徴とする請求項１６記載の分光測定装置。
18. 　前記各測定系は、前記光源から前記各アレイ検出器までの光路上にフィルタを備えており、各フィルタは、１オクターブ未満の波長幅に制限して光を透過させるフィルタであることを特徴とする請求項１６記載の分光測定装置。
19. 　対象物に光を照射するステップと、
    　光照射された対象物からの光をアレイ検出器で受光する検出ステップと、
    　光照射された対象物の一点からの光を二つの光に分けてアレイ検出器の受光面上で干渉させてインターフェログラムを形成する干渉ステップと
    を備えた分光測定方法であって、
    　干渉ステップは、光照射された対象物の一点から出た光を複屈折により二つに分け、分けられた光をアレイ検出器の受光面で重ね合わせるステップであることを特徴とする分光測定方法。
20. 　前記干渉ステップは、二個の複屈折結晶を透過させることで光を二つに分けるステップであって、一個目の複屈折結晶を透過した後にλ／２波長板を透過させてから光を二個目の複屈折結晶を透過させるステップであることを特徴とする請求項１９記載の分光測定方法。
21. 　前記干渉ステップは、二回目が一回目とは反対の向きになるように一個の複屈折結晶を二回透過させることで光を二つに分けるステップであって、光が一個の複屈折結晶を二回透過する際に一回目の透過の後であって二回目の透過の前に１８０度の位相差を位相差素子により光に与えるステップであることを特徴とする請求項１９記載の分光測定方法。
22. 　前記干渉ステップは、光照射された対象物からの光をアレイ検出器の受光面において受光ピクセルが並ぶ方向と直交する方向に集光レンズで集光するステップであり、この集光レンズは、前記二個の複屈折結晶のうちの出射側の複屈折結晶の出射側に配置されていることを特徴とする請求項２０記載の分光測定方法。
23. 　前記干渉ステップは、光照射された対象物からの光をアレイ検出器の受光面において受光ピクセルが並ぶ方向と直交する方向に集光レンズで集光するステップであり、この集光レンズは、前記一個の複屈折結晶の出射側に配置されていることを特徴とする請求項２１記載の分光測定方法。
24. 　前記集光レンズは、前記二つに分けられた光を前記アレイ検出器の受光面で重ね合わせるフーリエ変換レンズであることを特徴とする請求項２２又は２３記載の分光測定方法。
25. 　前記二つに分けられた光を前記アレイ検出器の受光面で重ね合わせるフーリエ変換レンズが設けられており、
    　このフーリエ変換レンズは、前記集光レンズとは別に設けられていることを特徴とする請求項２２又は２３記載の分光測定方法。
26. 　前記アレイ検出器は、前記インターフェログラムにおいて干渉縞が並ぶ方向と同一の方向に多数の受光ピクセルが配列されたものであって、各受光ピクセルは、配列方向の長さよりも配列方向に垂直な方向の長さの方が長い形状を有していることを特徴とする請求項１９乃至２５いずれかに記載の分光測定方法。
27. 　前記位相差素子はλ／４波長板であり、
    　前記干渉ステップは、前記一個の複屈折結晶を透過した光をミラーで反射させて当該複屈折結晶に戻すステップであり、λ／４波長板である前記位相差素子は、前記一個の複屈折結晶とミラーとの間に配置されていることを特徴とする請求項２１記載の分光測定方法。
28. 　前記位相差素子は、前記一個の複屈折結晶からの光の入射面とは反対側の面が反射面となっているλ／４波長板であることを特徴とする請求項２１記載の分光測定方法。
29. 　前記位相差素子は、反射型ワイヤーグリッド波長板であることを特徴とする請求項２１記載の分光測定方法。
30. 　前記光源、前記アレイ検出器及び前記干渉光学系を含む測定系は、測定可能な範囲を１オクターブ未満の波長幅に制限する系であることを特徴とする請求項１９、２０又は２１記載の分光測定方法。
31. 　前記アレイ検出器は、感度を有する波長幅が１オクターブ未満であることを特徴とする請求項３０記載の分光測定方法。
32. 　前記測定系は、前記光源から前記アレイ検出器までの光路上にフィルタを備えており、このフィルタは、１オクターブ未満の波長幅に制限して光を透過させるフィルタであることを特徴とする請求項３０記載の分光測定方法。
33. 　前記光源は、１オクターブ未満の波長幅に制限された光を出射する光源であることを特徴とする請求項３０記載の分光測定方法。
34. 　光照射された対象物からの光を二つ以上の波長帯域の光に分割する分割ステップを備えており、
    　前記干渉ステップは、分割された各波長帯域の光についてそれぞれアレイ検出器の受光面上で干渉させるステップであり、
    　前記演算ステップは、各アレイ検出器から出力されるインターフェログラムデータを処理してスペクトルを算出するステップであり、
    　前記光源、前記各アレイ検出器及び前記各干渉光学系を含む各測定系は、測定可能な範囲を１オクターブ未満の波長幅に制限する系であることを特徴とする請求項１９記載の分光測定方法。
35. 　前記各アレイ検出器は、感度を有する波長幅が１オクターブ未満であることを特徴とする請求項３４記載の分光測定方法。
36. 　前記各測定系は、前記光源から前記アレイ検出器までの光路上にフィルタを備えており、各フィルタは、１オクターブ未満の波長幅に制限して光を透過させるフィルタであることを特徴とする請求項３４記載の分光測定方法。

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