JP2012107962A

JP2012107962A - 干渉計およびそれを備えた分光器

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Publication number: JP2012107962A
Application number: JP2010256337A
Authority: JP
Inventors: Manami Kuiseko; 真奈美杭迫
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2012-06-07

Abstract

【課題】平板型のＢＳ１３を用いたときの２光束の光路差の補償を、光学部品の部品点数を増大させることなく行って、小型で組み立てが容易な構成を実現する。光学面の枚数を少なくして、ＢＳ１３に対する入射光の強度が微弱な場合でも、干渉光を確実に得る。
【解決手段】干渉計２では、透明基板１３ａの片面が反射透過面である平板型のＢＳ１３で入射光を２光束に分離し、２光束を固定鏡１５および移動鏡１４でそれぞれ反射させた後、ＢＳ１３で合成して干渉させる。固定鏡１５および移動鏡１４のどちらか一方は、裏面反射鏡で構成されている。この裏面反射鏡は、ＢＳ１３の反射透過面で反射された一方の光束と上記反射透過面を透過した他方の光束とで、ＢＳ１３で分離されてから合成されるまでに透明基板１３ａを通過する回数が異なることによって生ずる上記両光束の光路差を補償する平板１５ｂの裏面に反射膜１５ａを一体的に形成して構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、マイケルソン型の干渉計と、その干渉計を備えた分光器とに関するものである。

マイケルソン型の干渉計を用いたフーリエ変換分光分析装置（以下、分光器と称する）では、光源からの入射光をビームスプリッタ（以下、ＢＳとも称する）で２光束に分離し、各光束をそれぞれ移動鏡および反射鏡で反射させて光路を折り返し、再度ＢＳに入射させて合成し、干渉させる。移動鏡の位置が変化すると、移動鏡で反射される光束と固定鏡で反射される光束とで光路差が生じ、入射光のうちで特定波長の光が干渉する。したがって、移動鏡の位置を変化させながら、干渉光の強度変化を光検出器で検出し、光検出器からの出力信号をフーリエ変換することにより、各波長ごとの強度を検知することができ、これによって入射光の分光分析を行うことができる。

ところで、マイケルソン型の干渉計では、上記のＢＳとして、反射透過膜を２つの透明基材で挟んだキューブ型のＢＳを用いれば、反射透過膜によって２つに分離された各光束は、ＢＳの透明基材を同じ回数だけ透過した後、干渉するので、２光束でＢＳに起因する光路差はつかない。この場合、分光分析を行うにあたって、移動鏡の位置変化による２光束の光路差の変動だけを考えればよい。

しかし、上記したキューブ型のＢＳは、コストが高く、体積も大きく、重い。このため、干渉計を小型で構成する場合には、透明基板（平行平板）の片面に反射透過膜をコーティングした平板型のＢＳが用いられる場合が多い。図５は、平板型のＢＳ１０１を用いた従来の干渉計の構成を模式的に示している。なお、平板型のＢＳ１０１を用いる構成は、例えば特許文献１にも開示されている。

平板型のＢＳ１０１を用いた場合、入射光がＢＳ１０１の透明基板１０１ａを透過し、反射透過膜１０１ｂによって２光束に分離される。このうち、一方の光束は、透明基板１０１ａを透過した後、移動鏡１０２で反射され、再度透明基板１０１ａを透過して反射透過膜１０１ｂに入射するのに対して、他方の光束は、固定鏡１０３で反射された後、反射透過膜１０１ｂに入射する。つまり、ＢＳ１０１で分離されて再度合成されるまでに、移動鏡１０２側の光束は透明基板１０１ａを２回透過するのに対して、固定鏡１０３側の光束は透明基板１０１ａを透過しない。したがって、平板型のＢＳ１０１を用いた構成では、ＢＳ１０１で分離された２光束の間で、透明基板１０１ａを透過する回数が異なることに起因する光路差が生ずる。

ここで、例えば移動鏡と固定鏡とのうちのどちらかを、移動鏡の静止状態で光路差ゼロとなる位置に設定することにより、平板型のＢＳを用いることによって生ずる上記の光路差を補償することができる。しかし、光源が大きさを持つ光学系では、ＢＳに入射する光として、軸上光線のみならず軸外光線が存在するので、このような軸外光線の影響をさらに考慮する必要がある。すなわち、光源が大きさを持つ光学系では、どのようなコリメータを使っても、ＢＳを透過する際に軸上光線に対して軸外光線が傾いて入射し、軸上光線と軸外光線とで光路差が生じてしまう。軸上光線と軸外光線との光路差が補償されていないと、移動鏡が移動するにつれて干渉性能の低下が起こる。しかも、以下の理由により、移動鏡が静止状態の位置からＢＳ側に移動する場合と、ＢＳとは反対側に移動する場合とで、干渉性能の低下が不均衡に起こる。

すなわち、コリメータは正のパワーを持っているため、軸外光はマイナスの波面収差を持つ。このため、ＢＳの反射透過膜で反射されて平行平板（透明基板）を通る側の光路長を短くすると、波面収差がプラス方向に変動し、干渉性が悪くなって性能低下が著しくなる。逆に、上記光路長を長くすると、波面収差はマイナスに変動するが、反射透過膜で反射されて平行平板を通る側では、反射透過膜を透過する側に比べて、元々波面収差が少しプラスになっているため、干渉性の低下は少ない。したがって、例えば、反射透過膜で反射されて平行平板を通る側に移動鏡があり、ＢＳの反射透過膜を透過する側に固定鏡がある場合には、移動鏡がＢＳに近づくにつれて干渉性能が著しく低下し、ＢＳから遠ざかる方向では干渉性能の低下は少ない。また、ＢＳに対する移動鏡と固定鏡との位置関係が上記とは逆の場合には、移動鏡がＢＳから遠ざかるにつれて干渉性能が著しく低下し、ＢＳに近づく方向では干渉性能の低下は少ない。

なお、大きさを持たない光源（点光源）は、実際には存在しない。点光源として扱えるくらい十分に小さな光源を使用することは可能であるが、干渉計を小型化した上に分光器としての精度を十分確保するためには、明るい光源が必要となる。大きさが小さいまま明るい光源というのは実際にはほとんど存在せず、明るくなるほど光源が大きくなってしまうのが通常である。なお、光源が干渉計の外部に位置している場合でも、ＢＳに入射する光が軸上光線のみならず軸外光線を有している限り、事情は同じである。

上記した干渉性能の低下の問題を回避するためには、ＢＳ１０１の透明基板１０１ａに相当する平板ガラスを補償板として用いて、ＢＳ１０１に起因する２光束の光路差を補償することが必要となる。図６は、平板型のＢＳ１０１に補償板１０４を接合した従来の干渉計の構成を模式的に示している。補償板１０４は、ＢＳ１０１の透明基板１０１ａと同じ材質、同じ厚さで構成されている。また、図７は、ＢＳ１０１とは独立して補償板１０４を光路中に配置した従来の干渉計の構成を模式的に示している。なお、補償板１０４を独立して配置した構成は、例えば特許文献２にも開示されている。

図６および図７のように、補償板１０４を光路中に設けることにより、移動鏡１０２側の光束と固定鏡１０３側の光束とで、材質の同じ部材（透明基板１０１ａ、補償板１０４）を透過する回数および光路長が同じになるので、ＢＳ１０１に起因する光路差を補償することができる。

特開昭６１−２２７２３７号公報特開平８−３６１０５号公報

ところが、図６および図７の構成では、補償板１０４という独立した光学部品をＢＳ１０１に接合するか、光路中に独立して配置する必要がある。このため、２光束の光路差の補償にあたって光学部品の部品点数が増大し、干渉計の大型化を招くとともに、干渉計の組み立てが複雑化する。

また、図６のように、補償板１０４をＢＳ１０１に接合する構成では、接着剤の厚さを均一にして接合することが困難であり、互いの接合面が傾いて接合されることが多い。互いの接合面が傾くと、ＢＳ１０１での２光束の干渉性が低下する。

また、ＢＳ１０１にて分離されて反射鏡（移動鏡１０２または固定鏡１０３）で反射され、再度ＢＳ１０１に向かう光束が光学面を透過する回数が多いと、上記光束の透過率が低下したり、各光学面を複数波長の光が透過することによって生ずるゴーストの影響が無視できなくなる。特に、光源からＢＳ１０１に入射する光の強度が微弱である場合には、干渉光の強度低下が上記光束の透過率の低下や上記ゴーストによって一層引き起こされるため、干渉光自体を得ることが困難となる。

この点、図７のように、ＢＳ１０１と補償板１０４とを離間させることにより、接着剤の不均一な厚さに起因するＢＳ１０１での２光束の干渉性の低下を回避することはできる。しかし、補償板１０４の両面がそれぞれ、干渉計の中では他の光学面とは独立した光学面として機能し、光学面の枚数が多くなるので、光源からＢＳ１０１に入射する光の強度が微弱である場合に、干渉光の強度低下によって干渉光自体を得ることが困難となる。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、平板型のＢＳを用いたときの２光束の光路差の補償を、光学部品の部品点数を増大させることなく行うことができ、これによって、小型で組み立てが容易な構成を実現できるとともに、光学面の枚数を少なくして、ＢＳに対する入射光の強度が微弱である場合でも、干渉光自体を確実に得ることができる干渉計と、その干渉計を備えた分光器とを提供することにある。

本発明の干渉計は、透明基板の片面が反射透過面である平板型のビームスプリッタで入射光を２光束に分離し、前記２光束を固定鏡および移動鏡でそれぞれ反射させた後、前記ビームスプリッタで合成して干渉させる干渉計であって、前記固定鏡および前記移動鏡のどちらか一方は、裏面反射鏡で構成されており、前記裏面反射鏡は、前記反射透過面で反射された一方の光束と前記反射透過面を透過した他方の光束とで、前記ビームスプリッタで分離されてから合成されるまでに前記透明基板を通過する回数が異なることによって生ずる前記両光束の光路差を補償する平板の裏面に反射膜を一体的に形成して構成されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、固定鏡または移動鏡が、平板と反射膜とが一体形成された裏面反射鏡で構成されており、裏面反射鏡という単一の光学部品によって、入射光の反射と平板型のＢＳに起因する光路差の補償とが両方行われる。これにより、補償板という光学部品をＢＳに接合したり、光路中に独立して設ける構成に比べて、光学部品を１つ少なくして干渉計を構成することができ、小型で組み立てが容易な干渉計を実現することができる。

また、固定鏡または移動鏡が、裏面反射鏡で構成されているので、ＢＳにて分離されて固定鏡または移動鏡の反射面で反射され、再度ＢＳに向かう光束が部材の光学面を透過する回数（透過する光学面の枚数）が、補償板を光路中に独立して設ける構成に比べて確実に減る。したがって、透過する光学面の枚数が減る分だけ、上記光束の透過率の低下を回避できるとともにゴーストの影響を低減することができる。その結果、ＢＳへの入射光（測定光）の強度が微弱な場合でも、干渉強度の低下を回避して、干渉光を確実に得ることができる。

本発明の干渉計において、前記裏面反射鏡の前記平板は、前記ビームスプリッタの前記透明基板と同一材料、同一厚さで構成されていてもよい。

この場合、ＢＳの透明基板を透過する側の光束と裏面反射鏡の平板を透過する側の光束とで、光路長が光学的に等しくなり、平板型のＢＳを用いることに起因する両光束の光路差を確実に無くすことができる。

本発明の干渉計において、前記固定鏡が、前記裏面反射鏡で構成されていることが望ましい。

移動鏡は、通常、駆動機構によって並進駆動されるため、移動鏡を裏面反射鏡で構成すると、移動鏡が重くなり、駆動機構の大型化、ひいては干渉計自体の大型化を招くおそれがある。固定鏡を裏面反射鏡で構成することにより、移動鏡の駆動機構ひいては干渉計の大型化を回避しながら、上述した本発明の効果を得ることができる。

本発明の分光器は、上述した本発明の干渉計と、前記干渉計から出力される干渉光の検知信号に基づいて、波長ごとの光の強度を示すスペクトルを生成するスペクトル生成部とを備えている構成であってもよい。

本発明の干渉計によれば、測定光の強度が微弱な場合でも、干渉強度の低下を回避できるので、その干渉計を分光器が備えていることにより、波長ごとの光の強度を示すスペクトルに基づく分光分析を精度よく行うことができる。

本発明によれば、裏面反射鏡という単一の光学部品によって、入射光の反射と光路差の補償とを行うことができ、反射鏡（固定鏡または移動鏡）と補償板とを別々に設ける構成に比べて、光学部品の点数を１つ少なくすることができる。これにより、小型で組み立てが容易な干渉計を実現することができる。

また、固定鏡または移動鏡が裏面反射鏡で構成されているので、光束が光学面を透過する回数が、補償板を光路中に独立して設ける構成に比べて１つ減る。したがって、光学面の枚数を減らせる分、上記光束の透過率の低下を回避できるとともにゴーストの影響を低減することができる。その結果、ＢＳへの入射光の強度が微弱な場合でも、干渉強度の低下を回避して、干渉光を確実に得ることができる。

本発明の実施の一形態に係る分光器の概略の構成を模式的に示す説明図である。上記分光器の干渉計が備える駆動機構の概略の構成を示す説明図である。上記干渉計の主要部の構成を拡大して示す説明図である。（ａ）は、上記干渉計における移動鏡側の光路およびその光路上に位置する光学部材を示しており、（ｂ）は、上記干渉計における固定鏡側の光路およびその光路上に位置する光学部材を示している。平板型のＢＳを用いた従来の干渉計の構成を模式的に示す説明図である。従来の干渉計の他の構成であって、平板型のＢＳに補償板を接合した構成を模式的に示す説明図である。従来の干渉計のさらに他の構成であって、ＢＳとは独立して補償板を光路中に配置した構成を模式的に示す説明図である。

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。

（干渉光学系および分光器について）
図１は、本実施形態の分光器の概略の構成を模式的に示す説明図である。分光器１は、フーリエ変換分光分析装置（ＦＴＩＲ；Fourier Transform Infrared Spectroscopy ）であり、干渉計２と、演算部３と、出力部４とを有している。

演算部３は、干渉計２から出力される信号（干渉光の検知信号）をＡ／Ｄ変換およびフーリエ変換することにより、各波長（波数（＝１／波長））の光の強度を示すスペクトルを生成するスペクトル生成部である。出力部４は、演算部３にて生成されたスペクトルを出力（例えば表示）する。

干渉計２は、マイケルソン型の干渉計で構成されており、光源１１と、コリメート光学系１２と、ＢＳ（ビームスプリッタ）１３と、移動鏡１４と、固定鏡１５と、光検出器１６と、駆動機構２１（図２参照）とを備えている。なお、ＢＳ１３と光検出器１６との間の光路中に集光光学系が配置されていてもよい。また、移動鏡１４と固定鏡１５の位置関係は、逆であってもよい。

光源１１は、例えば近赤外光（波長９００〜２６００ｎｍ）を出射する。コリメート光学系１２は、光源１１からの光を平行光に変換してＢＳ１３に導く光学系であり、例えば非球面単レンズで構成されている。なお、コリメート光学系１２は、色収差を少なくした複数レンズからなるコリメータで構成されてもよいし、回転楕円鏡を用いたコリメータで構成されてもよい。

ＢＳ１３は、光源１１からコリメート光学系１２を介して入射する光を２光束に分離し、それぞれを移動鏡１４および固定鏡１５に導くとともに、移動鏡１４および固定鏡１５にて反射された各光を合成し、干渉させるビームスプリッタである。このＢＳ１３は、平板型のビームスプリッタで構成されているが、その詳細については後述する。移動鏡１４および固定鏡１５は、ＢＳ１３で分離された各光束を反射させる反射鏡であり、移動鏡１４は駆動機構２１によって並進駆動され、固定鏡１５は固定されている。固定鏡１５は、本実施形態では、裏面反射鏡で構成されているが、その詳細については後述する。光検出器１６は、ＢＳ１３から出射される干渉光を受光して検出し、演算部３に出力する。

駆動機構２１は、ＢＳ１３と移動鏡１４との間の光路長が変化するように移動鏡１４を平行移動させる機構である。図２は、駆動機構２１の概略の構成を示す説明図である。駆動機構２１は、２つの板ばね２２・２３を剛体２４・２５を介して平行に配置し、一方の板ばね２２上に形成した圧電素子２６の伸縮によって共振する平行板ばねで構成されている。移動鏡１４は、例えば板ばね２２上に形成されており、駆動機構２１による共振によって並進駆動される。例えば、水平方向に伸びるような電圧を圧電素子２６に印加することにより、板ばね２２・２３は同図の実線のように変形し、その結果、移動鏡１４は下方に（ＢＳ１３から遠ざかる方向に）変位する。一方、水平方向に縮むような電圧を圧電素子２６に印加することにより、板ばね２２・２３は同図の破線のように変形し、その結果、移動鏡１４は上方に（ＢＳ１３に近づく方向に）変位する。

このように、圧電素子２６の伸縮によって共振する平行板ばねで駆動機構２１を構成することにより、圧電素子２６を駆動する際の駆動電圧が小さくても、小型の構成で移動鏡１４を大きく変位させることができ、干渉計２の分解能を向上させる点で有利となる。

なお、駆動機構２１は、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）や静電アクチュエータを用いて、移動鏡１４を並進駆動する構成であってもよい。また、定常状態（静止状態）が移動ストロークの中点付近にある別の駆動方法（レールによる平行移動など）を用いてもよい。さらに、４本のばねを用いて移動鏡１４を共振させる構成であってもよい。

上記の構成において、光源１１から出射された光は、コリメート光学系１２によって平行光に変換された後、ＢＳ１３での透過および反射によって２光束に分離される。分離された一方の光束は移動鏡１４で反射され、他方の光束は固定鏡１５で反射され、それぞれ元の光路を逆戻りしてＢＳ１３で重ね合わせられ、干渉光として試料（図示せず）に照射される。このとき、駆動機構２１によって移動鏡１４を連続的に移動させながら試料に光が照射されるが、ＢＳ１３から各反射鏡（移動鏡１４、固定鏡１５）までの光路長の差が波長の整数倍のときは、重ね合わされた光の強度は最大となる。一方、移動鏡１４の移動によって２つの光路長に差が生じている場合には、重ね合わされた光の強度に変化が生じる。試料を透過した光は、光検出器１６に入射し、そこで時間的インターフェログラムとして検出される。

干渉計２の光検出器１６から出力される信号は、演算部３にてＡ／Ｄ変換およびフーリエ変換され、スペクトルとして出力部４で出力される。したがって、このスペクトルに基づき、試料の特性（材料、構造、成分量など）を知ることができる。また、試料を配置せず、光源１１から出射される光自体を分光分析の対象とすることもできる。また、干渉計２は、光源１１を内蔵している必要は必ずしもなく、光源１１は干渉計２の外部にあってよい。つまり、ＢＳ１３に入射する光は、干渉計２の内部の光源から入射する光であってもよいし、外部の光源から入射する光であってもよい。

（ＢＳおよび固定鏡の詳細について）
次に、上述したＢＳ１３および固定鏡１５の詳細について説明する。図３は、本実施形態の干渉計２の主要部の構成を拡大して示す説明図である。同図に示すように、ＢＳ１３は、平行平板である透明基板１３ａの片面に反射透過膜１３ｂを形成して構成されており、透明基板１３ａの片面が反射透過面となっている。

透明基板１３ａは、例えばガラス（ＢＫ７）で構成されているが、樹脂で構成されてもよい。反射透過膜１３ｂは、透明基板１３ａの固定鏡１５側の面に形成されており、入射光をほぼ５０：５０の割合で透過光と反射光とに分離する。ＢＳ１３は、光入射面（ＢＳ１３における反射透過膜１３ｂの形成面とは反対側の面）の法線と、光源１１（図１参照）から出射されてＢＳ１３に入射する光束の中心光線とのなす角度が例えば３０度となるように配置されているが、他の角度（例えば４５度）となるように配置されていてもよい。

固定鏡１５は、上述したように、裏面反射鏡で構成されている。この裏面反射鏡は、ＢＳ１３の反射透過面（反射透過膜１３ｂ）で反射された一方の光束（例えば移動鏡１４側の光束）と、上記反射透過面を透過した他方の光束（例えば固定鏡１５側の光束）とで、ＢＳ１３で分離されてから合成されるまでにＢＳ１３の透明基板１３ａを通過する回数が異なることによって生ずる両光束の光路差を補償するものである。

より具体的には、固定鏡１５は、上記両光束の光路差を補償する平板１５ｂの裏面（ＢＳ１３とは反対側）に反射膜１５ａが一体的に形成された単一の光学部品で構成されている。平板１５ｂは、ＢＳ１３の透明基板１３ａと同一材料（例えばＢＫ７）、同一厚さで構成された平行平板であり、反射膜１５ａに対してＢＳ１３側に位置している。これにより、ＢＳ１３を透過して固定鏡１５に入射した光束は、平板１５ｂを透過して反射膜１５ａで反射された後、再度平板１５ｂを透過してＢＳ１３に入射し、そこで移動鏡１４側の光束と合成され、干渉することになる。

移動鏡１４側の光束は、ＢＳ１３の反射透過膜１３ｂで反射されて移動鏡１４で反射された後、再度ＢＳ１３の反射透過膜１３ｂに入射するまでに、透明基板１３ａを２回透過する。また、固定鏡１５側の光束は、ＢＳ１３の反射透過膜１３ｂを透過して固定鏡１５の反射膜１５ａで反射された後、再度ＢＳ１３の反射透過膜１３ｂに入射するまでに、平板１５ｂを２回透過する。このとき、固定鏡１５の平板１５ｂは、ＢＳ１３の透明基板１３ａと同一材料、同一厚さで構成されているため、平板１５ｂを透過する光の光路長と、透明基板１３ａを透過する光の光路長とは、光学的に等しい。したがって、平板型のＢＳ１３を用いることによって生ずる２光束の光路差は、裏面反射鏡からなる固定鏡１５を用いることによって補償される。

このように、固定鏡１５が、裏面反射鏡で構成されていることにより、入射光の反射と平板型のＢＳ１３に起因する光路差の補償とを単一の光学部品で行うことができる。これにより、固定鏡１５とは別に補償板を設けるとともに、その補償板をＢＳ１３に接合したり、光路中に独立して設ける構成に比べて、光学部品を１つ少なくして干渉計２を構成することができる。したがって、小型で組み立てが容易な干渉計２を実現することができる。

また、図７で示した、補償板１０４を光路中に独立して設ける従来の構成では、ＢＳ１０１で分離されて固定鏡１０３で反射され、再度ＢＳ１０１に向かう光束が部材（補償板１０４）の光学面を透過する回数が、往復合わせて４回である（補償板１０４のＢＳ１０１側の面、固定鏡１０３側の面をそれぞれ２回ずつ透過）。しかも、ＢＳ１０１での合成後、光検出器に向かうまでに、干渉光は補償板１０４をさらに通過するため、光学面を透過する回数は全体でさらに増える（補償板１０４の表面および裏面の計２回）。これに対して、固定鏡１５が裏面反射鏡で構成された本実施形態の構成では、図３に示すように、ＢＳ１３で分離されて固定鏡１５の反射膜１５ａで反射され、再度ＢＳ１３に向かう光束が部材（平板１５ｂ）の光学面を透過する回数が、往復合わせて２回である（平板１５ｂのＢＳ１３側の面を往復で１回ずつ透過）。しかも、ＢＳ１３と光検出器１６との間には光学部材が存在しないため、ＢＳ１３から光検出器１６に向かう干渉光は、光学面を透過しなくて済む。

このように、固定鏡１５が裏面反射鏡で構成されることにより、補償板を光路中に独立して設ける従来の構成（図７の構成）に比べて、光束が光学面を透過する枚数が確実に減るので、その分、光束の透過率の低下を回避できるとともに、入射光が波長幅を持つ場合のゴーストの影響を低減できる。その結果、ＢＳ１３への入射光（測定光）の強度が微弱な場合でも、干渉強度の低下を回避して、干渉光を確実に生じさせることができる。よって、分光器１においては、測定光が微弱であっても分光分析を精度よく行うことができる。

また、固定鏡１５の平板１５ｂは、ＢＳ１３の透明基板１３ａと同一材料、同一厚さで構成されているので、透明基板１３ａを透過する光の光路長と、平板１５ｂを透過する光の光路長とが光学的に等しくなり、平板型のＢＳ１３を用いることに起因する、移動鏡１４側の光束と固定鏡１５側の光束との光路差を確実に無くすことができる。

ところで、本実施形態では、固定鏡１５を裏面反射鏡で構成した例について説明したが、移動鏡１４を裏面反射鏡で構成してもよく、その場合でも、本実施形態と同様の効果を得ることができる。ただし、移動鏡１４を裏面反射鏡で構成すると、移動鏡１４が光路差の補償のための平板を含む分だけ重くなり、移動鏡１４の駆動機構２１の大型化や干渉計２の大型化を招くおそれがある。移動鏡１４を裏面反射鏡で構成しても、従来のように補償板を独立して光路中に設ける構成に比べて、干渉計２の大型化は回避できるが、本実施形態のように、固定鏡１５を裏面反射鏡で構成することで、駆動機構２１や干渉計２の大型化を容易にかつ確実に回避することができる。

なお、本実施形態では、白色光に対応するため、固定鏡１５の平板１５ｂを、ＢＳ１３の透明基板１３ａと同じ材料で構成するとともに、反射側光束（移動鏡１４側の光束）が軸上でＢＳ１３を通過する距離と同じ厚みとなるように構成している。しかし、干渉計２に導入する入射光（測定光）の波長範囲が狭い場合には、平板１５ｂを透明基板１３ａとは異なる材質で構成し、主波長の光路長に相当する厚みで平板１５ｂを構成してもよい。

（実施例について）
次に、上述した干渉計２の実施例について説明する。実施例１は、図１の光学系に対応した数値実施例であり、そのコンストラクションデータは以下の通りである。なお、説明の理解をしやすくするために、移動鏡１４側の光路と固定鏡１５側の光路とで、コンストラクションデータを分けて記載する。図４（ａ）は、干渉計２における移動鏡１４側の光路およびその光路上に位置する光学部材を示しており、図４（ｂ）は、固定鏡１５側の光路およびその光路上に位置する光学部材を示している。

以下のコンストラクションデータにおいて、Ｓｉ（ｉ＝０、１、２、・・・）は物体側から数えてｉ番目の面を指す。

具体的には、移動鏡１４側の光路では、Ｓ０は光源１１の発光面、Ｓ１およびＳ２はコリメート光学系１２の光入射面および光出射面、Ｓ３は仮想絞り面（ＳＴＯ）、Ｓ４はＢＳ１３の透過面、Ｓ５はＢＳ１３の反射透過面、Ｓ６はＳ５と同じ面、Ｓ７はＳ４と同じ面、Ｓ８はＳ９と同じ面、Ｓ９は移動鏡１４の反射面、Ｓ１０はＳ８と同じ面、Ｓ１１はＳ７と同じ面、Ｓ１２はＳ５と同じ面、Ｓ１３は固定鏡１５側と光学距離を合わせるためのダミー面、Ｓ１４はＳ１５と同じ面、Ｓ１５は仮想干渉面をそれぞれ指す。なお、Ｓ１３は、Ｓ５から１ｍｍ離れた位置にＳ５と平行に位置している。

一方、固定鏡１５側の光路では、Ｓ０は光源１１の発光面、Ｓ１およびＳ２はコリメート光学系１２の光入射面および光出射面、Ｓ３は仮想絞り面（ＳＴＯ）、Ｓ４はＢＳ１３の透過面、Ｓ５はＢＳ１３の反射透過面、Ｓ６はＳ５と同じ面、Ｓ７は移動鏡１４側と面数を合わせるためのダミー面、Ｓ８は固定鏡１５の平板１５ｂの透過面、Ｓ９は固定鏡１５の反射面、Ｓ１０はＳ８と同じ面、Ｓ１１はＳ７と同じ面、Ｓ１２はＳ５と同じ面、Ｓ１３は移動鏡１４側と面数を合わせるためのダミー面、Ｓ１４はＳ１５と同じ面、Ｓ１５は仮想干渉面をそれぞれ指す。なお、Ｓ７およびＳ１１は、両側が空気で機能を持たない面であり、Ｓ４と同じ位置にある。

なお、コンストラクションデータにおいて、特に部品名の表記をしていない面は、偏芯データを入力するためのダミー面である。

また、ＲＭＤは面の特性を指し、ＲＥＦＬであれば反射面を、表記がない場合は屈折面を指す。また、屈折率の記載がないところは空気であることを指す。曲率半径および軸上面間隔の単位はｍｍである。

ＡＳＰは、以下のＸＹ多項式で表される非球面のデータを指す。ＸＹ多項式は、光源１１から光検出器１６に向かう光束の中心光線が進行する軸を光軸としたとき、その光軸方向をＺ軸、メリディオナル断面内でＺ軸に垂直な方向をＹ軸、サジタル断面内でＺ軸に垂直な方向をＸ軸として、面頂点からの距離を以下のように表したものである。
ｚ＝（Ｃ＊ｈ^２）／［１＋｛１−（１＋ｋ）＊Ｃ^２＊ｈ^２｝^１／２］
＋Ａ＊ｈ^４＋Ｂ＊ｈ^６＋Ｃ＊ｈ^８＋Ｄ＊ｈ^１０
ここで、ｚは面のローカルなＺ軸方向の面頂点からの位置、Ｃは近軸の曲率で曲率半径の逆数（１／ｍｍ）、ｋは円錐定数、ｈはＺ軸からの高さ（ｈ^２＝ｘ^２＋ｙ^２）、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数である。なお、非球面データにおいて、Ｅ−ｎ＝×１０^−ｎを指す。

また、ＸＤＥはＸ方向の平行偏芯、ＹＤＥはＹ方向の平行偏芯、ＺＤＥはＺ方向の平行偏芯の各量（ｍｍ）をそれぞれ指し、ＡＤＥはＸ軸周りの回転、ＢＤＥはＹ軸周りの回転、ＣＤＥはＺ軸周りの回転の角度（°）をそれぞれ指す。ＧＬＢＧｉはＳｉ面を基準とするグローバル偏芯（表記がなければローカルな偏芯）であることを指す。回転中心の座標は、入射光束の中央位置を原点としたときの位置である。なお、ＢＳ１３は、Ｘ軸周りに回転するものとする。

また、図４（ａ）（ｂ）において、最初の光線は、左から右に向かって進行し（＋Ｚ軸方向）、反射面があれば光線は右から左に向かって進むものとする（計算の便宜上、角度が付いていても同じように考える）。そして、軸上面間隔および屈折率は、光線が左から右に進むときにはプラスとし、右から左に進むときにはマイナスとする。光線が右から左に進むとき、再び反射面があれば光線は左から右に進み、軸上面間隔および屈折率はプラスとなる。

したがって、例えば、移動鏡側光路においては、Ｓ５は反射面であるので、これ以降の軸上面間隔および屈折率はマイナスとなる。また、Ｓ９も反射面（移動鏡１４）なので、これ以降の軸上面間隔および屈折率は再びプラスとなる。また、固定鏡側光路においては、Ｓ５は透過面となるので、これ以降の軸上面間隔および屈折率はプラスのままである。Ｓ９は反射面（固定鏡１５）であるため、これ以降の軸上面間隔および屈折率はマイナスとなる。Ｓ１２は反射面となるので、これ以降の軸上面間隔および屈折率は再びプラスとなる。

波長９００ｎｍにおけるＢＫ７＿ＳＣＨＯＴＴの屈折率は１．５０８９９７である。また、実施例１では、光源１１からの光は、ＢＳ１３に対して入射角３０°で入射しているものとする。

＜実施例１＞
[移動鏡側光路]
曲率半径軸上面間隔 RMD 屈折率

S0 INFINITY 7.389570

S1 93.21306 3.324607 1.508997
（コリメータ光入射面）
ASP:
K: 0.000000
A:-0.265511E-02 B:0.206250E-03 C:-0.232303E-04 D:0.000000E+00

S2 -4.99769 27.857015
（コリメータ光出射面）
ASP:
K: 0.000000
A:-0.443198E-03 B:0.436195E-04 C:-0.195884E-05 D:-0.170634E-06

S3 INFINITY 0.000000
（ＳＴＯ）

S4 INFINITY 1.154701 1.508997
（ＢＳ透過面）
XDE: 0.000000 YDE: 0.000000 ZDE: -1.154701 GLB G3
ADE: 30.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

S5 INFINITY 0.000000 REFL -1.508997
（ＢＳ反射透過面）
XDE: 0.000000 YDE: 0.000000 ZDE: 0.000000 GLB G3
ADE: 30.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

S6 INFINITY -1.000000 -1.508997
（S5と一致）

S7 INFINITY -9.000000
（S4と一致）

S8 INFINITY 0.000000
（S9と一致）
XDE: 0.000000 YDE: -8.660254 ZDE: -5.000000 GLB G3
ADE: 60.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

S9 INFINITY 0.000000 REFL 1.508997
（移動鏡反射面）

S10 INFINITY 9.000000
（89と一致）
XDE: 0.000000 YDE: 0.000000 ZDE: 0.000000 GLB G8
ADE: 0.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

S11 INFINITY 1.000000 1.508997
（S7と一致）
XDE: 0.000000 YDE: 0.000000 ZDE: 0.000000 GLB G7
ADE: 0.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

S12 INFINITY 1.000000
（S5と一致）
XDE: 0.000000 YDE: 0.000000 ZDE: 0.000000 GLB G5
ADE: 0.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

S13 INFINITY 9.000000

S14 INFINITY 0.000000
（S15と一致）
XDE: 0.000000 YDE: 8.660254 ZDE: 5.000000 GLB G3
ADE: 60.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

S15 INFINITY 0.000000
（仮想干渉面）

[固定鏡側光路]
曲率半径軸上面間隔 RMD 屈折率

S0 INFINITY 7.389570

S1 93.21306 3.324607 1.508997
（コリメータ光入射面）
ASP:
K: 0.000000
A:-0.265511E-02 B:0.206250E-03 C:-0.232303E-04 D:0.000000E+00

S2 -4.99769 27.857015
（コリメータ光出射面）
ASP:
K: 0.000000
A:-0.443198E-03 B:0.436195E-04 C:-0.195884E-05 D:-0.170634E-06

S3 INFINITY 0.000000
（ＳＴＯ）

S4 INFINITY 1.154701 1.508997
（ＢＳ透過面）
XDE: 0.000000 YDE: 0.000000 ZDE: -1.154701 GLB G3
ADE: 30.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

S5 INFINITY 0.000000 1.508997
（ＢＳ反射透過面）
XDE: 0.000000 YDE: 0.000000 ZDE: 0.000000 GLB G3
ADE: 30.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

S6 INFINITY 1.000000
（S5と一致）

S7 INFINITY 9.000000

S8 INFINITY 1.154770 1.508997
（固定鏡の平板の透過面）
XDE: 0.000000 YDE: 0.000000 ZDE: 8.815183 GLB G3
ADE: 0.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

S9 INFINITY -1.154701 REFL -1.508997
（固定鏡の反射面）

S10 INFINITY -9.000000
（S8と一致）
XDE: 0.000000 YDE: 0.000000 ZDE: 0.000000 GLB G8
ADE: 0.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

S11 INFINITY -1.000000
（S7と一致）
XDE: 0.000000 YDE: 0.000000 ZDE: 0.000000 GLB G7
ADE: 0.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

S12 INFINITY 1.000000 REFL
（S5と一致）
XDE: 0.000000 YDE: 0.000000 ZDE: 0.000000 GLB G5
ADE: 0.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

S13 INFINITY 9.000000

S14 INFINITY 0.000000
（S15と一致）
XDE: 0.000000 YDE: 8.660254 ZDE: 5.000000 GLB G3
ADE: 60.000000 BDE: 0.000000 CDE: 0.000000

S15 INFINITY 0.000000
（仮想絞り面）

[スペック]
入射瞳（ＳＴＯ）直径 2.62827mm
設計波長 900.00nm

表１は、移動鏡１４の位置に対する干渉光のコントラストの変化を、本実施形態の構成（裏面反射鏡あり）と、光路中に補償板を設けずに、移動鏡４の静止状態で２光束の光路差がゼロとなるように移動鏡１４および固定鏡１５を設置した構成（補償板なし）とで比較して示している。なお、コントラストは、最も干渉強度の高い状態を１とする相対値で示している。

移動鏡１４は、静止状態の位置を基準にして、ＢＳ１３に近づく側に１．５ｍｍ変位し（基準位置から−１．５ｍｍ変位し）、ＢＳ１３から遠ざかる側に１．５ｍｍ変位する（基準位置から＋１．５ｍｍ変位する）。このとき、補償板なしの構成では、移動鏡１４の基準位置に対してＢＳ１３に近づく側とＢＳ１３から遠ざかる側とでコントラストが非対称に変化し、ＢＳ１３に近い側ではコントラストの低下が大きく起こっている。これは、前述したように、光源１１の射出面が大きさを持つことによって軸上光線と軸外光線とが存在し、コリメート光学系によって軸外光はマイナスの波面収差を持つため、ＢＳ１３の反射透過膜１３ｂで反射されて透明基板１３ａを通る側の光路長が短くなる方向に移動鏡１４が移動すると、波面収差がプラス方向に変動し、干渉性が悪くなって性能低下が著しくなるからである。

これに対して、本実施形態の構成では、移動鏡１４の基準位置に対してＢＳ１３に近づく側とＢＳ１３から遠ざかる側とでコントラストがほぼ対称に変化しており、移動鏡１４の変位が最大のときのコントラストの低下も、補償板なしの構成に比べるとかなり抑えられていることがわかる。したがって、固定鏡１５を裏面反射鏡で構成することにより、軸外光束を考慮して、平板型のＢＳ１３に起因する光路差を補償することができると言える。

本発明の干渉計は、例えばフーリエ変換分光分析装置に利用可能である。

１分光器
２干渉計
３演算部（スペクトル生成部）
１１光源
１３ＢＳ（ビームスプリッタ）
１３ａ透明基板
１４移動鏡
１５固定鏡（裏面反射鏡）
１５ａ反射膜
１５ｂ平板

Claims

透明基板の片面が反射透過面である平板型のビームスプリッタで入射光を２光束に分離し、前記２光束を固定鏡および移動鏡でそれぞれ反射させた後、前記ビームスプリッタで合成して干渉させる干渉計であって、
前記固定鏡および前記移動鏡のどちらか一方は、裏面反射鏡で構成されており、
前記裏面反射鏡は、前記反射透過面で反射された一方の光束と前記反射透過面を透過した他方の光束とで、前記ビームスプリッタで分離されてから合成されるまでに前記透明基板を通過する回数が異なることによって生ずる前記両光束の光路差を補償する平板の裏面に反射膜を一体的に形成して構成されていることを特徴とする干渉計。
前記裏面反射鏡の前記平板は、前記ビームスプリッタの前記透明基板と同一材料、同一厚さで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
前記固定鏡が、前記裏面反射鏡で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の干渉計。
請求項１から３のいずれかに記載の干渉計と、
前記干渉計から出力される干渉光の検知信号に基づいて、波長ごとの光の強度を示すスペクトルを生成するスペクトル生成部とを備えていることを特徴とする分光器。