JPH01282434A - フーリエ分光器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は赤外または可視域のフーリエ分光器に係り、特
に、広波数域にわたるスペクトルのうちある限定された
範囲のスペクトルデータを高速かつ精度よく抽出するフ
ーリエ分光器に関する。

し従来の技術１ フーリエ分光法では、インターフェログラムデータにＦ
ＦＴ　（高速フーリエ変換）を施して、もとのスペクト
ルデータを復元する。ここで、Ｎ点のインターフェログ
ラムデータは、Ｎ点のスペクトルデータに変換される。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、波数分解能を向上させようとすると、あるいは
観測波数範囲を広げようとすると、Ｎの値が大きくなる
。特に可視域では、データ点数が非常に大きくなってし
まう。

このデータ点数の増大により２つの問題点が生ずる。１
つはデータ点数の増大によるＰＦＴの計算時間の増加で
あり、もう１つはインターフェログラムデータを取得す
る際のＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジの増大である
。

連続スペクトルの場合には、インターフェログラムは大
きなセンターバーストを生じ、復元されたスペクトルの
測定精度を向上させるためには該精度に応じてＡ／Ｄ変
換器のビット数を増加させなければならない。ひいては
、Ａ／Ｄ変換器の価格、変換速度、データ１点当たりの
ワード長が大きくなり、全体的なデータ処理速度にも影
響を及ぼす。

フーリエ干渉計の使用法の形態として、復元したスペク
トル波形全体を利用して定性分析を行うことも確かに多
いが、広範囲のスペクトルデータのうちの特定領域のみ
の情報で足りる場合も多い。

特に半導体中の不純物分析などに代表される定量分析で
はそうである。またＦＴラマンなどの測定の場合もこれ
に当てはまる。このような場合でも従来は全データ点数
のＦＦＴを行ってスペクトルの復元を行わなければなら
ず、既述のＦＦＴの計算時間の増大及びＡ／Ｄ変換器の
ダイナミックレンジの増大の問題点が生じていた。

データ点数低減手法としてはブレ・フィルタリング法が
ある。

ブレ・フィルタリング法では、全波数域０〜σＮの試料
光のうち帯域σＮ〜σＮのみのスペクトルを得たいとす
ると、Ｉ／（２σＮ）以下の間隔でインターフェログラ
ムデータをサンプリングし、帯域σ１〜σＮのフィルタ
に対応したインターフェログラム面上の５ｉｎｅ関数と
のコンポリューンヨン演算を行った後、さらに、この演
算結果のデータをサンプリングする（間引く）必要があ
る。したがって、計算時間をあまり短縮化することがで
きない。

本発明は、上記問題点に鑑み、波数分解能を低下させる
ことなく計算時間を短縮できかつＡ／Ｄ変換器の必要と
するダイナミックレンジを狭くすることができるフーリ
エ分光器を堤供することにある。

〔課題を解決するための手段］ この目的を達成するために、本発明に係るフーリエ分光
器では、試料光のインターフェログラムを取得する干渉
計と、該干渉計の光路に配置され、最大波数σＮの試料
光のうちσ＊−（１＋　Ｉ　／ｍ　）σ。

（ｍは正の整数）なる目的とする波数域（σ１〜σＮ）
の光を透過させる光学的バンドパスフィルタと、該干渉
計により得られたインターフェログラムデータを、ｈ°
≦１　／［２（σＮ−σＮ））なる間隔ｈ゛でサンプリ
ングするサンプリング手段と、サンプリングされた該イ
ンターフェログラムデータについてフーリエ変換を行う
ことによりスペクトルデータを得るフーリエ変換手段と
、を備えている。

［実施例コ （１）一実施例 図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るフーリエ分光器の要部
構成を示す。

本実施例では簡単化のために、試料光のスペクトルＳ（
σ）は第２図（ａ）に示す如く、直線状ベースラインに
２本の輝線があるとする。また、この２本の輝線のみに
興味があり、全波数域Ｏ〜σにのうちこの２本の輝線を
含む波数域σ１〜σＮのスペクトルのみを得たいとする
。

第１図に示す如く、本実施例では通常のマイケルソン干
渉計１０に連続波長可変干渉フィルタ１２を設置した場
合を示す。

マイケルソン干渉計１０は移動鏡を走査することにより
試料光のインターフェログラムを時間的に取得するため
のものであって、アパーチャ１４と、アパーチャ１４か
らの試料光を平行化するコリメートレンズ１６と、コリ
メートレンズ１６からの光束を２分割するビームスプリ
ッタ１８と、分割された光束の一方を反射して逆進させ
る固定鏡２０と、分割された光束の他方を反射して逆進
させる移動１ｍ！２２と、ビームスプリブタ１８で合波
された干渉光を結像させる結像レンズ２４と、その結像
位置に配置され光強度を検出する光検出器２６とからな
る。

連続波長可変干渉フィルタ１２は、結像レンズ２４と光
検出器２６との間の光路に配置されている。連続波長可
変干渉フィルタ１２は円板状であり、周方向に沿って透
過波長が連続的または段階的に変化するようになってい
る。この連続波長可変干渉フィルタ１２の光路上部分の
透過帯域は、コントロールユニット２８からの駆動ノ（
ルスにより該円板が回転されて連続的に変化する。

光検出器２６の出力信号はアンプ３０により増幅され、
Ａ／Ｄ変換器３２によりデジタル変換される。

コントロールユニット２８は、駆動パルスを連続波長可
変干渉フィルタ１２に供給して干渉光の透過域を設定器
３７により設定された波数透過域σ１〜σＮにし、また
、駆動パルスを移動鏡駆動装置３３へ供給して移動鏡２
２を１ステツプづつ直線移動させる。ここでσ１、σＮ
は σＮ＝　（ｔ　＋　ｌ　／ｍ）σ１（ｍは正の整数）を
満たすように設定される。

さらに、コントロールユニット２８は、Ａ／Ｄ変換器３
２に対し次の条件を満たす間隔（干渉計１０での２光束
の光路差の変化分）ｈ゛で変換信号を供給してインター
フェログラムデータのサンプリング及びデジタル変換を
行わせる。

ｈ≦！／（σＮ＋σＮ） ｈ’＝１／（２（σＮ−σ＋））＝　ｈ　ｎｎは正の整
数 Ａ／Ｄ変換器３２から順次得られたデータはインターフ
ェログラムメモリ３４に書き込まれ、インターフェログ
ラムメモリ３４内には離散化した両側インターフェログ
ラムが作成される。

第２図（ｂ）は連続波長可変干渉フィルタ！２のモデル
化された透過特性Ｆ（σ）を示し、（ｃ）はＳ（σ）と
櫛関数（ｓｈａｈ関数）ｕｔｗｈ（σ）とのコンボリュ
ーションＳ（σ）ＯＬＬＩＩ７ｈ（σ）を示し、（ｄ）
はフィルタ関数Ｆ（σ）と櫛関数出１．ｈ（σ）とのコ
ンボリューションＦ　（σ）ｅｔａ　＋ｚｈ（（Ｆ　）
を示し、（ｅ）は（ｃ）と（ｄ）の積 （Ｓ　（７Ｆ　）＠１ＬＬＩＢｈ（ｆｆ　））（Ｆ　（
ｃｒ　）Ｏｕｌ＋ｚｈ（σ））ヲ示ｔ。

ここに、１．ｈは周期を示す。一般にスペクトル面上の
積、コンボリューションはそれぞれインターフェログラ
ム面上のコンボリューション、積に対応する。

上記間隔ｈ（但し、等号が成立する場合）でサンプリン
グすれば、インターフェログラムメモリ３４内には、（
ａ）をフーリエ変換した離散化インターフェログラムが
書き込まれるが、上記り。

でサンプリングすれば、インターフェログラムメモリ３
４内には、（ｆ）をフーリエ変換した離散化インターフ
ェログラムが書き込まれる。

次に、インターフェログラムメモリ３４内のデータに対
し、高速フーリエ変換器４０はフーリエ変換を施して（
ｆ）に示す波数域θ〜（σＮ−σｌ）のスペクトルを得
、これをスペクトル出力装置４２へ供給する。スペクト
ル出力装置４２からはこのスペクトルデータが視覚化さ
れて取り出される。

このようにして、従来、通常の測定では！／（２σＮ）
以下の間隔でサンプリングしなければならなかったイン
ターフェログラムデータを、１／（２（σＮ−σＩ））
以下の間隔でサンプリングすればよく、サンプリング間
隔を従来よりもσＩｌ／（２（σＮ−σＮ））倍広くす
ることができ、したがって、演算時間の長い高速フーリ
エ変換器４０へ供給すべきインターフェログラムデータ
の点数Ｎを、Ｎ（σＮ−σＮ）／σにに減少することが
でき、ＰＦＴ演算時間を大幅に短縮化することができる
。

また、連続波長可変干渉フィルタ１２を通すことにより
、インターフェログラムのピークが両側へ分散するので
、Ａ／Ｄ変換器３２の必要なダイナミックレンジを、Ｋ
（σＮ−σＮ）／σ工倍に縮小することができる。ここ
にＫはに≧１であり、試料光スペクトルが完全な白色光
の場合にはに＝１である。

さらに、該フィルタ１２を通すことにより、第２図（ａ
）と（ｂ）の積に対応したコンボリューション演算を行
う必要がなく、全計算時間を一層短縮することができる
。

（２）拡張 なお、本発明には外にも種々の変形例が含まれる。

例えば、上記実施例では、光学的バンドパスフィルタと
して連続波長可変干渉フィルタ１２を揚げたが、例えば
複数個の異なる透過波数域を有する干渉フィルタを用意
しておき、それらを目的波数域に応じて切り換えるよう
な構成にしてもよい。

また、インターフェログラム作成用干渉計は各種タイプ
のもの、例えば空間的にインターフェログラムを形成し
てこれを取得するものを用いることができることは言う
までもない。

［発明の効果］ 以上説明した如く、本発明に係るフーリエ分光器によれ
ば、インターフェログラム取得用干渉計の光路に光学的
バンドパスフィルタを配置して、最大波数σＮの試料光
のうちσ＊＝　（１＋　１　／ｍ　）σ１（ｍは正の整
数）なる目的とする波数域（σＮ〜σＮ）の光を透過さ
せ、該干渉計により得られたインターフェログラムデー
タを、 ｈ°≦１　／（２（σＮ−σＮ））なる間隔ｈ°でサン
プリングし、サンプリングされた該インターフェログラ
ムデータについてフーリエ変換を行うので、インターフ
ェログラムデータのサンプリング点数を低減でき、しか
も上述の複雑なコンポリューシラン演算を行う必要がな
いので、計算時間を短縮できかつＡ／Ｄ変換器のダイナ
ミックレンジを縮小することができ、しかも波数分解能
を低下させることがないという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例に係り、第１図は
フーリエ分光器の要部ブロック図、第２図は作用説明に
供するスペクトル面上の波形図である。 図中、 １０：マイケルソン干渉計 ！２：連続波長可変干渉フィルタ １６：コリメートレンズ １８：ビームスプリッタ ２０：固定鏡 ２２：移動鏡 ２４：結像レンズ ２６：光検出器 ３４：インターフエログラムメモリ ４０：高速フーリエ変換器 ４２ニスベクトル出力装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 試料光のインターフェログラムを取得する干渉計（１０
   ）と、 該干渉計の光路に配置され、最大波数σ＿Ｎの試料光の
   うちσ＿２＝（１＋１／ｍ）σ＿１（ｍは正の整数）な
   る目的とする波数域（σ＿１〜σ＿２）の光を透過させ
   る光学的バンドパスフィルタ（１２）と、該干渉計によ
   り得られたインターフェログラムデータを、ｈ’≦１／
   ｛２（σ＿２−σ＿１）｝なる間隔ｈでサンプリングす
   るサンプリング手段（２８）と、サンプリングされた該
   インターフェログラムデータについてフーリエ変換を行
   うことによりスペクトルデータを得るフーリエ変換手段
   （４０）と、を有することを特徴とするフーリエ分光器
   。