JPH07190858A - フーリエ変換分光器 - Google Patents

フーリエ変換分光器

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JPH07190858A
JPH07190858A JP5330456A JP33045693A JPH07190858A JP H07190858 A JPH07190858 A JP H07190858A JP 5330456 A JP5330456 A JP 5330456A JP 33045693 A JP33045693 A JP 33045693A JP H07190858 A JPH07190858 A JP H07190858A
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JP
Japan
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light
splitting means
path
measurement
fourier transform
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Pending
Application number
JP5330456A
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English (en)
Inventor
Kiwa Sugiyama
喜和 杉山
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 空間分解能を維持しつつ、より高い波長分解
能を得ること。 【構成】 測定対象からの入射光を参照光路と測定光路
とに分割する光分割手段(BS)と、参照光路中に固設され
光分割手段からの光を光分割手段へ向けた反射させる固
定反射鏡(M1)と、測定光路中に移動可能に設けられ光分
割手段からの光を光分割手段へ向けて反射させる可動反
射鏡(M2)と、光分割手段を介した参照光路からの光と光
分割手段を介した測定光路からの光とを受光する受光手
段(LC ,Dec) とを有するフーリエ変換分光器において、
測定対象と光分割手段との間の光路中には、拡大倍率を
有するアフォーカル光学系(20)が配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、大気の観測や試料の分
析に好適なフーリエ変換分光器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、リモートセンシングによる大気の
状態を観測するものとしては、大気による可視光線、赤
外線または紫外線等の減衰を検出するためにフーリエ変
換分光器を用い、この検出結果より観測点における空気
の組成を測定するものが例えばSPIE vol.1129 p42
〜51 (R.Beer and T.Glvaich) に記載されている。この
ーリエ変換分光器の構成を図4に示す。
【0003】図4(a),(b) に示される従来のフーリエ変
換分光器100 は、いわゆるマイケルソン型干渉計であ
り、観測点Pからの光を分光するものである。図4(b)
において、フーリエ変換分光器100 は、ビームスプリッ
タBS、固定ミラーM1 、可動ミラーM2 、集光レンズ
C および受光素子Decを有する。ここで、観測点Pか
らの光は、すなわち太陽から大気中の観測点Pに達し、
この観測点Pにてフーリエ変換分光器100 側へ散乱され
る光は、ビームスプリッタBSによって、参照光路と測
定光路とに分割される。このビームスプリッタBSの反
射側には、参照ミラーとしての固定ミラーM1 が配置さ
れており、ビームスプリッタBSにより反射されて参照
光路を進行する光は、固定ミラーM1 により反射され、
再びビームスプリッタBSに達する。
【0004】また、ビームスプリッタBSの透過側に
は、ビームスプリッタBSとの光路長を可変にする如く
移動する移動ミラーM2 が設けられており、ビームスプ
リッタBSを透過して測定光路を進行する光は、この移
動ミラーM2 により反射され、再びビームスプリッタに
達する。参照光路を通過した光は、ビームスプリッタB
Sを透過し、測定光路を通過した光は、ビームスプリッ
タBSにて反射され、それぞれ集光レンズLC に達す
る。この集光レンズLC の後側焦点位置には、例えば1
次元CCDから構成される受光素子Decが配置されてい
る。
【0005】受光素子Dec上では、参照光路と測定光路
とを通過した光による干渉縞が形成される。ここで、観
測点Pからの光は、所定の波長分布を有しており、可動
ミラーM2 とビームスプリッタBSとの間隔、すなわち
参照光路と測定光路との光路長に応じて、受光素子Dec
上で強め合う波長が変化する。これにより、受光素子D
ec上での光量変化と、可動ミラーM2 の移動量と検出す
れば、観測点Pからの光の波長分布を計測することがで
きる。
【0006】具体的には、制御部110 は、可動ミラーM
2 を駆動する駆動部120 を制御して、可動ミラーM2
移動させる。このとき、図示なき干渉測長器にて可動ミ
ラーM2 の移動量は、制御部110 へ伝達される。また、
制御部110 は、可動ミラーM 2 の移動中に受光素子Dec
からの光電変換出力を受ける。ここで、制御部110 は、
可動ミラーM2 の移動した距離に関する受光素子Decか
らの光電変換出力の変化をフーリエ変換し、観測点Pか
らの光の波長分布を算出する。
【0007】ここで、上記のフーリエ変換分光器におけ
る弁別可能な波長、すなわち波長分解能は、次式にて表
される。
【0008】
【数1】 δν≧νmax δL2 /8R2 …(1) 但し、δν :波長分解能、 νmax :観測される最大周波数、 δL :空間分解能、 R :観測点からフーリエ変換分光器までの距離、 である。
【0009】なお、上記(1)式において、空間分解能
δLとは、受光素子Decの1画素が見込む観測点P上の
物体の大きさである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしなから、上述の
如きフーリエ変換分光器においては、より細かく波長を
弁別すること、即ちより精度の高い波長分解能が要求さ
れている。上記(1)式より、波長分解能δνを上げる
ためには、空間分解能δLを上げる必要があることが理
解される。ここで、空間分解能δLを向上させた場合に
は、フーリエ変換分光器の受光素子Decの1画素が見込
む観測点P上の距離が小さくなるため、受光素子Decに
入射する光強度が低下する。すなわち受光素子Decの感
度により、空間分解能δLの上限が決まり、ひいては波
長分解能δνの精度も決まる。従って、図4(a),(b) に
示す如き従来のフーリエ変換分光器においては、これ以
上、波長分解能を向上させることが困難であった。
【0011】そこで、本発明は、空間分解能を維持した
まま、より高い波長分解能をうるフーリエ変換分光器を
提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明によるフーリエ変換分光器は、例えば図1
に示す如く、測定対象からの入射光を参照光路と測定光
路とに分割する光分割手段(BS)と、参照光路中に固設さ
れ光分割手段からの光を光分割手段へ向けて反射させる
固定反射鏡(M1)と、測定光路中に移動可能に設けられ光
分割手段からの光を光分割手段へ向けて反射させる可動
反射鏡(M2)と、光分割手段を介した参照光路からの光と
光分割手段を介した測定光路からの光とを受光する受光
手段(LC,Dec) とを有する。
【0013】そして、測定対象と光分割手段との間の光
路中には、拡大倍率を有するアフォーカル光学系(20)が
配置されるように構成される。なお、本発明でいう拡大
倍率とは、アフォーカル光学系の横倍率βが|β|>1
であることを指す。
【0014】
【作用】以下、図2、図3を参照して本発明の作用を説
明する。以下の説明においては、アフォーカル光学系2
0と距離Rだけ離れた位置の測定対象物Yに対して測定
する場合を考える。ここで、アフォーカル光学系20の
倍率がβ(|β|>1)であるとき、フーリエ変換分光
器10では、アフォーカル光学系20により形成される
測定対象物の虚像Yi を観察することになる。ここで、
測定対象物Yにおける空間分解能をδL、測定対象物の
像Yi における空間分解能をδLi とするとき、
【0015】
【数2】 δLi = β・δL …(2) なる式が成り立つ。また、測定対象物の像Yi とアフォ
ーカル光学系20との距離をRi とすると、
【0016】
【数3】 Ri = β2 ・R …(3) が成立する。これらの(2)式及び(3)式を前述の
(1)式に代入すると、次式の如くなる。
【0017】
【数4】 δνi =δν/β2 …(4) ここで、本発明では、アフォーカル系20の倍率βが拡
大倍率、すなわち|β|>1であるため、上記(4)式
より、
【0018】
【数5】 δνi < δν …(5) となる。すなわち、拡大倍率のアフォーカル系20を設
けることにより、空間分解能を維持しつつ波長分解能の
みを向上できる。次に、図3に示す如く、光軸垂直方向
において所定の広がりを持った物体の周辺部、すなわち
受光素子上の所定の像高における波長分解能を考える。
ここで、上述のSPIE vol.1129 p42〜51 (R.Beer a
nd T.Glvaich) によると、物体上の測定範囲をLとする
とき、波長分解能δνf は、
【0019】
【数6】 δνf ≧νmax ・L・δL/2R2 …(6) で表される。この場合においても、拡大倍率のアフォー
カル系20(|β|>1)を設けることにより、フーリ
エ変換分光器10においては、測定対象物の虚像Yi を
観測することになる。
【0020】ここで、アフォーカル系20によって、測
定対象物の範囲Lは、次式に示す如く、
【0021】
【数7】 Li =β・L …(7) 虚像Yi の範囲Li に変換される。上記(2)式、
(3)式及び(7)式より、所定の像高における波長分
解能δνfiは、
【0022】
【数8】 δνfi≧νmax ・Li ・δLi /2Ri2 =δν/β2 …(8) で示され、|β|>1より、
【0023】
【数9】 δνfi < δν …(9) となる。すなわち、拡大倍率のアフォーカル系20を設
けることにより、空間分解能を維持しつつ所定の像高に
おける波長分解能のみを向上できる。なお、(8)式か
ら明らかなように、観測範囲Lを広げて空間分解能δL
を小さくすることによっても、波長分解能を向上するこ
とは可能であるが、その際には、受光素子の素子数を増
加させる必要があるため好ましくない。
【0024】
【実施例】以下、図面を参照して本発明による実施例を
説明する。図1は、本発明による実施例の構成を説明す
る図である。図1において、図示なき観測点からの光
は、アフォーカル系20を介して、フーリエ変換分光器
10に入射する。フーリエ変換分光器10に入射した光
は、ビームスプリッタBSによって、参照光路と測定光
路とに2分割される。
【0025】ビームスプリッタBSによって反射されて
参照光路を進行する光は、この参照光路中に配置された
固定ミラーM1 によって反射され、再びビームスプリッ
タBSに達する。また、ビームスプリッタBSを透過し
て測定光路を進行する光は、測定光路中に設けられた可
動ミラーM2 によって反射され、再びビームスプリッタ
BSに達する。
【0026】参照光路を経てビームスプリッタBSに達
した光は、ビームスプリッタBSを透過し、集光レンズ
C へ向かう。一方、測定光路を経てビームスプリッタ
BSに達した光は、ビームスプリッタBSにて反射さ
れ、集光レンズLC へ向かう。集光レンズLC は、参照
光路及び測定光路を経た光を受光素子Dec上にそれぞれ
集光する。これにより、受光素子Dec上には、参照光路
を経た光と測定光路を経た光とが干渉することによる干
渉縞が形成される。受光素子Decは、例えば1次元ライ
ンセンサ、2次元CCD等の光電変換素子で構成され、
干渉縞の光強度を光電変換し、制御部11へ出力する。
【0027】この制御部11は、可動ミラーM2 をビー
ムスプリッタBSとの間隔が変化するように駆動する駆
動部12の制御を行なう。また、干渉計13は、可動ミ
ラーM2 の位置を検出し、その位置情報を制御部11へ
出力する。ここで、干渉計13としては、固定ミラーM
1 を参照鏡とし、移動ミラーM2 を移動鏡とする構成
や、移動ミラーM2 の裏面側からその移動量を検出する
構成などが考えられる。
【0028】制御部11は、受光素子Decからの光電変
換出力と、干渉計による可動ミラーM2 の位置情報とに
基づいて、観測点から発する光の波長分布の算出を行な
う。以下、算出方法について簡単に説明する。受光素子
Decからの光電変換出力I(x)は、次式にて示され
る。
【0029】
【数10】 I(x)=∫I(k)coskxdk …(10) ただし、k=2π/λ、 x:可動ミラーM2 の移動量、 λ:波長、 である。
【0030】ここで、制御部11は、この光電変換出力
I(x)のフーリエ変換を行い、スペクトル関数I
(k)を得る。このスペクトル関数I(k)は、次式の
如くなる。
【0031】
【数11】 I(k)=∫I(x)coskxdx …(11) すなわち、可動ミラーM2 の移動量xに関する光電変換
出力I(x)から観測点における波長分布が求まる。
【0032】具体的には、図1において、制御部11
は、駆動部12を制御して可動ミラーM2 を連続的また
は所定の間隔で離散的に移動させる。このとき、制御部
11は、受光素子Decからの光電変換出力と干渉計13
からの位置情報とを受け、(11)式の如く、可動ミラ
ーM2 の移動量に関する光電変換出力をフーリエ変換
し、波長分布を得る。
【0033】ここで、本実施例においては、拡大倍率を
有するアフォーカル系20がフーリエ変換分光器10と
観測点との間、正確にはビームスプリッタBSと観測点
との間の光路中に配置されている。このアフォーカル系
20の倍率βは、|β|>1であるため、前述の(5)
式に示す如く、受光素子Decの中心部において、空間分
解能を維持しつつ波長分解能のみを向上できる。また、
前述の(9)式に示す通り、受光素子Decの周辺部にお
いても空間分解能を維持しつつ波長分解能のみを向上で
きる。従って、受光素子Decの画素数を変更せずに波長
分解能を向上できるため、光量不足を招く恐れがない。
【0034】なお、本実施例においては、アフォーカル
系20が拡大倍率を有するため、空間分解能を一定に維
持するために、受光素子Decの1画素のサイズを小さく
している。ここで、集光レンズLC の焦点距離をアフォ
ーカル系20の角倍率分だけ延ばす構成とすれば、受光
素子Decの1画素のサイズを変更しなくとも良い。な
お、アフォーカル系20としては、観測点側から順に、
正・正の屈折力配置を持つ所謂ケプラー型光学系であっ
ても、負・正の屈折力配置を持つ所謂ガリレオ型光学系
であっても良い。
【0035】また、本発明の如きフーリエ変換分光器の
構成は、例えば膜厚測定器やフーリエ変換分光顕微鏡な
どに応用できる。
【0036】
【発明の効果】以上の如く本発明によれば、空間分解能
を維持したまま、より高い波長分解能を得るフーリエ変
換分光器が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による実施例の構成を模式的に示す図で
ある。
【図2】本発明の作用を説明する図である。
【図3】本発明の作用を説明する図である。
【図4】従来のフーリエ変換分光器の構成を示す図であ
る。
【符号の説明】
10 … フーリエ変換分光器、 20 … アフォーカル系、 M1 … 固定ミラー、 M2 … 可動ミラー、 BS … ビームスプリッタ、 LC … 集光レンズ、 Dec … 受光素子、

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】測定対象からの入射光を参照光路と測定光
    路とに分割する光分割手段と、前記参照光路中に固設さ
    れ前記光分割手段からの光を前記光分割手段へ向けて反
    射させる固定反射鏡と、前記測定光路中に移動可能に設
    けられ前記光分割手段からの光を前記光分割手段へ向け
    て反射させる可動反射鏡と、前記光分割手段を介した前
    記参照光路からの光と前記光分割手段を介した前記測定
    光路からの光とを受光する受光手段とを有するフーリエ
    変換分光器において、 前記測定対象と前記光分割手段との間の光路中には、拡
    大倍率を有するアフォーカル光学系が配置されることを
    特徴とするフーリエ変換分光器。
JP5330456A 1993-12-27 1993-12-27 フーリエ変換分光器 Pending JPH07190858A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5330456A JPH07190858A (ja) 1993-12-27 1993-12-27 フーリエ変換分光器

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JP5330456A JPH07190858A (ja) 1993-12-27 1993-12-27 フーリエ変換分光器

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JPH07190858A true JPH07190858A (ja) 1995-07-28

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ID=18232824

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5330456A Pending JPH07190858A (ja) 1993-12-27 1993-12-27 フーリエ変換分光器

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JP (1) JPH07190858A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010002328A (ja) * 2008-06-20 2010-01-07 Otsuka Denshi Co Ltd 膜厚測定装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010002328A (ja) * 2008-06-20 2010-01-07 Otsuka Denshi Co Ltd 膜厚測定装置

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