(57)【要約】  参照光検出器（２５）での検出結果に基づいて移動鏡（１６）の位置を検知しながら、測定干渉光を計測する干渉計（１）において、参照光源（２１）は、半導体レーザからなる光源（２１ａ）を含んで構成される。参照光学系（２０）は、参照光源（２１）から出射されるレーザ光をコリメート光に変換する参照光用コリメート光学系（２２）を有しており、上記コリメート光は、固定鏡（１５）に対して斜めに入射する。
2012056813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光をビームスプリッタで分離して移動鏡および固定鏡に導き、前記移動鏡および前記固定鏡にて反射された各光を前記ビームスプリッタで合波し、合波して得られた測定干渉光を測定光検出器に導く測定光学系と、
参照光源からの参照光を前記ビームスプリッタで分離して前記移動鏡および前記固定鏡に導き、前記移動鏡および前記固定鏡にて反射された各光を前記ビームスプリッタで合波し、合波して得られた参照干渉光を参照光検出器に導く参照光学系とを備え、前記参照光検出器での検出結果に基づいて前記移動鏡の位置を検知しながら、前記測定干渉光を計測する干渉計であって、
前記参照光源は、半導体レーザ、または前記半導体レーサから出射されるレーザ光を導波路またはファイバを介して射出するレーザ光源で構成されており、
前記参照光学系は、前記参照光源から出射されるレーザ光をコリメート光に変換する参照光用コリメート光学系を有しており、
前記コリメート光は、前記固定鏡に対して斜めに入射することを特徴とする干渉計。
【請求項２】
前記参照光検出器での検出結果に基づいて、前記移動鏡での反射光と前記固定鏡での反射光との相対的な傾きの誤差を検知するとともに、前記移動鏡または前記固定鏡を傾けることによって前記誤差を補正する補正部をさらに備え、
前記固定鏡に対する前記コリメート光の入射角は、前記補正部によって傾けることができる前記移動鏡または前記固定鏡の傾き角の最大値よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
【請求項３】
前記補正部は、前記移動鏡を傾けることによって、前記移動鏡での反射光と前記固定鏡での反射光との相対的な傾きの誤差を補正し、
前記参照光の光軸と前記測定光の光軸とのなす角度は、前記補正部によって傾けることができる前記移動鏡の傾き角の最大値よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の干渉計。
【請求項４】
前記補正部は、前記固定鏡を傾けることによって、前記移動鏡での反射光と前記固定鏡での反射光との相対的な傾きの誤差を補正し、
前記参照光の光軸と前記測定光の光軸とのなす角度は、前記補正部によって傾けることができる前記固定鏡の傾き角の最大値よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の干渉計。
【請求項５】
前記固定鏡に対する前記コリメート光の入射角は、前記ビームスプリッタから最も離れた位置にある前記移動鏡に入射する前記測定光の光束内で、前記コリメート光が傾いて前記移動鏡に入射するときの傾き角の最大値以下の角度であることを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
【請求項６】
前記測定光学系は、前記測定光をコリメート光に変換する測定光用コリメート光学系を有しており、
前記ビームスプリッタから前記移動鏡が最も離れた位置にあるときの、前記測定光用コリメート光学系から前記移動鏡の前記位置までの距離をｆとし、前記測定光用コリメート光学系にてコリメートされた光の光束径をｅとすると、
前記固定鏡に対する前記参照光学系のコリメート光の入射角は、比ｅ／ｆに対応する角度よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
【請求項７】
前記補正部は、
前記参照光検出器での検出結果に基づいて、前記移動鏡での反射光と前記固定鏡での反射光との相対的な傾きの誤差を検知する信号処理部と、
前記移動鏡または前記固定鏡を傾けることにより、前記移動鏡または前記固定鏡で反射される光の光路を補正する光路補正機構と、
前記信号処理部にて検出された前記傾きの誤差に基づいて、前記光路補正機構を制御する制御部とを含んでいることを特徴とする請求項２に記載の干渉計。
【請求項８】
前記参照光検出器は、分割センサで構成されており、
前記補正部は、前記分割センサの各素子からの出力に基づいて、前記測定光の前記移動鏡での反射光と前記固定鏡での反射光との相対的な傾きの誤差を検知することを特徴とする請求項２に記載の干渉計。
【請求項９】
前記測定光学系は、前記測定光をコリメート光に変換する測定光用コリメート光学系を有しており、
前記参照光用コリメート光学系によってコリメート光に変換された参照光の光束径は、前記測定光用コリメート光学系によってコリメート光に変換された測定光の光束径よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の干渉計。
【請求項１０】
請求項１に記載の干渉計と、
前記干渉計の前記測定光検出器で前記測定干渉光を受光することによって得られるインターフェログラムをサンプリングしてフーリエ変換し、前記測定光に含まれる波長のスペクトルを生成する演算部とを備えていることを特徴とするフーリエ変換分光分析装置。
【請求項１１】
前記干渉計は、前記参照光学系の前記参照光検出器での検出結果に基づいて、前記インターフェログラムをサンプリングする際のタイミングを示す信号を生成する信号生成部をさらに備えており、
前記演算部は、前記測定光として特定波長の光を用いたときの測定干渉光のインターフェログラムを、前記信号生成部からの信号に基づくタイミングでサンプリングしてフーリエ変換したときに得られる波長の、前記特定波長からのずれに基づいて、前記サンプリングのタイミングを補正することを特徴とする請求項１０に記載のフーリエ変換分光分析装置。
【請求項１２】
前記測定光は、近赤外光または赤外光であり、
前記参照光は、赤色光であることを特徴とする請求項１０に記載のフーリエ変換分光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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フーリエ変換分光分析装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＦＴＩＲ（Fourier  Transform  Infrared  Spectroscopy ）に利用されるマイケルソン２光束干渉計では、光源から発した赤外光をビームスプリッタで固定鏡および移動鏡の２方向に分割し、その固定鏡および移動鏡でそれぞれ反射して戻ってきた光を上記ビームスプリッタで１つの光路に合成するという構成が採用されている。移動鏡を前後に（入射光の光軸方向に）移動させると、分割された２光束の光路差が変化するため、合成された光はその移動鏡の移動量に応じて光の強度が変化する測定干渉光（インターフェログラム）となる。このインターフェログラムをサンプリングし、ＡＤ変換およびフーリエ変換することにより、入射光のスペクトル分布を求めることができ、このスペクトル分布から、波数（１／波長）ごとの測定干渉光の強度を求めることができる。【０００３】
上記のインターフェログラムは、移動鏡と固定鏡との位相差、すなわち、移動鏡での反射光と固定鏡での反射光との光路差の関数で示されることから、測定干渉光の強度を求めるにあたっては、移動鏡の位置を常に監視する必要がある。そこで、通常は、赤外光を出射する光源とは別に、Ｈｅ−Ｎｅレーザなどの参照光源を用いて移動鏡の位置を監視している。具体的には、参照光源から出射される参照光をビームスプリッタで分離して移動鏡および固定鏡に導き、移動鏡および固定鏡で反射される各光をビームスプリッタで合成し、参照干渉光として位置検出用の参照光検出器に導く。参照干渉光の強度は、移動鏡の位置に応じて変化するので、参照光検出器にて参照干渉光の強度変化を検出することにより、移動鏡の位置を求めることが可能となる。【０００４】
ところで、上記のビームスプリッタは、所定の分岐比（例えば５０：５０）で入射光を２光束に分離するものであるため、ビームスプリッタで分離されて固定鏡に入射した参照光が固定鏡で反射された後、再度ビームスプリッタに入射したときに、入射光の一部は参照光検出器の方向に反射されるものの、残りの光はビームスプリッタを透過し、参照光源側に戻る戻り光となる。戻り光が参照光源に入射すると、ハーモニック共振を起こしてレーザの発振が不安定となり、モードホップ現象によって参照光検出器からの出力波形が変化し、結果的に、移動鏡の位置を求めることができなくなる。【０００５】
この点に関して、例えば特許文献１では、参照光源の光出射側に、入射光束の広がり角を拡大するレンズを配置している。この構成では、参照光源に戻る光の量が拡大レンズによって減らされ、これによって、ハーモニック共振の影響を低減し、移動鏡の位置検知の精度の向上を図っているものと思われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−２５３１０３号公報（第３頁右上欄第１４行〜第１７行、第５頁左下欄第１４行〜第２０行参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１では、参照光源としてＨｅ−Ｎｅレーザを用いている。Ｈｅ−Ｎｅレーザは大型であり、波長の安定性を維持するために小型化することが困難である。つまり、特許文献１のように、参照光源としてＨｅ−Ｎｅレーザを用いる構成では、装置自体が大型化する。【０００８】
しかも、戻り光の量を減らすべく、参照光源の光出射側に拡大レンズを配置する必要があるため、拡大レンズを用いない構成に比べて部品点数が増大する。温度や衝撃振動に対する感度は各部品ごとに異なるため、部品点数の増大は、光学系全体での誤差を生じやすい。したがって、拡大レンズを用いることなく（すなわちコリメート光を利用しながら）、参照光源に戻り光が入射するのを回避する構成が望まれる。【０００９】
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、参照光源としてＨｅ−Ｎｅレーザを用いない小型の構成で、かつ、拡大レンズを用いることなく、参照光源への戻り光を除去することができ、これによって参照光検出器での検出結果に基づく移動鏡の位置検知を安定して行うことができる干渉計と、その干渉計を備えたフーリエ変換分光分析装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の干渉計は、測定光をビームスプリッタで分離して移動鏡および固定鏡に導き、前記移動鏡および前記固定鏡にて反射された各光を前記ビームスプリッタで合波し、合波して得られた測定干渉光を測定光検出器に導く測定光学系と、参照光源からの参照光を前記ビームスプリッタで分離して前記移動鏡および前記固定鏡に導き、前記移動鏡および前記固定鏡にて反射された各光を前記ビームスプリッタで合波し、合波して得られた参照干渉光を参照光検出器に導く参照光学系とを備え、前記参照光検出器での検出結果に基づいて前記移動鏡の位置を検知しながら、前記測定干渉光を計測する干渉計であって、前記参照光源は、半導体レーザ、または前記半導体レーサから出射されるレーザ光を導波路またはファイバを介して射出するレーザ光源で構成されており、前記参照光学系は、前記参照光源から出射されるレーザ光をコリメート光に変換する参照光用コリメート光学系を有しており、前記コリメート光は、前記固定鏡に対して斜めに入射することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、参照光源は、Ｈｅ−Ｎｅレーザに比べて小型の半導体レーザやレーザ光源からなり、コリメート光学系を用いる場合でも、小型のコリメート光学系を用いることができるので、小型の干渉計を実現することができる。【００１２】
また、上記のコリメート光は固定鏡に対して斜めに入射するので、固定鏡で反射された参照光がビームスプリッタを介して参照光源側に戻ってきたとしても、その戻り光が、参照光源に入射するのを回避することができる。したがって、従来のように拡大レンズを用いることなく、コリメート光を利用したまま、参照光源でのレーザの発振が不安定になるのを回避して、参照光検出器での検出結果に基づく移動鏡の位置検知を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の一形態のフーリエ変換分光分析装置の概略の構成を模式的に示す説明図である。
【図２】上記フーリエ変換分光分析装置に適用される干渉計の参照光検出器の概略の構成を示す平面図である。
【図３】上記参照光検出器での検出結果に基づいて出力される位相信号を示す説明図である。
【図４】上記フーリエ変換分光分析装置の他の構成を模式的に示す説明図である。
【図５】（ａ）は、参照光の光軸と測定光の光軸とが交差する場合の、上記両光軸のなす角度を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、参照光の光軸と測定光の光軸とが交差しない場合の、上記両光軸のなす角度を模式的に示す説明図である。
【図６】測定光として特定波長の光を用いたときの測定干渉光をフーリエ変換した後のスペクトルを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
〔装置の構成〕
図１は、本実施形態のフーリエ変換分光分析装置の概略の構成を模式的に示す説明図である。この装置は、干渉計１と、演算部２と、出力部３とを有して構成されている。干渉計１は、２光路分岐型のマイケルソン干渉計で構成されているが、その詳細については後述する。演算部２は、干渉計１から出力される信号のサンプリング、Ａ／Ｄ変換およびフーリエ変換を行い、測定光に含まれる波長のスペクトル、すなわち、波数（１／波長）ごとの光の強度を示すスペクトルを生成する。出力部３は、演算部２にて生成されたスペクトルを出力（例えば表示）する。以下、干渉計１の詳細について説明する。
【００１６】
干渉計１は、測定光学系１０と、参照光学系２０と、補正部３０とを有している。以下、順に説明する。
【００１７】
測定光学系１０は、測定用光源１１と、測定光用コリメート光学系１２と、折り返しミラーＭと、ＢＳ（ビームスプリッタ）１３と、補償板１４と、固定鏡１５と、移動鏡１６と、集光光学系１７と、測定光検出器１８と、駆動機構１９とを備えている。なお、ＢＳ１３に対する固定鏡１５と移動鏡１６との位置関係は、逆であってもよい。
【００１８】
測定用光源１１は、例えば複数波長を含む近赤外光または赤外光を測定光として出射す光源１１ａと、光源１１ａに結合される光ファイバ１１ｂとからなるファイバ結合光学系で構成されている。なお、測定用光源１１は、光源１１ａのみで構成されてもよい。測定光用コリメート光学系１２は、測定用光源１１から出射される測定光をコリメート光に変換してＢＳ１３に導く光学系であり、例えばコリメータレンズで構成されている。
【００１９】
ここで、コリメート光とは、完全な平行光のほか、略平行光（若干の収束光や発散光）も含む概念である。つまり、ここでのコリメートとは、光源からの光をコリメート光学系によってＢＳおよび固定鏡または移動鏡を経てセンサへ導くことを指し、無限遠方へのコリメートに限るものではない。平面波として取り扱いやすくするため、例えば１ｍ以上遠方にコリメートすることが望ましい。
【００２０】
折り返しミラーＭは、干渉計１をコンパクトに構成すべく、測定光用コリメート光学系１２とＢＳ１３との間の光路を折り曲げるために設けられている。折り返しミラーＭとＢＳ１３との間の光路中（特に後述する光路合成ミラー２３とＢＳ１３との間の光路中）には、測定光の光束径を規制するための絞りＡ１が配置されている。
【００２１】
ＢＳ１３は、入射光、すなわち、測定用光源１１から出射された光を２つの光に分離して、それぞれを固定鏡１５および移動鏡１６に導くとともに、固定鏡１５および移動鏡１６にて反射された各光を合波し、測定干渉光として出射するものであり、例えば分岐比５０：５０のハーフミラーで構成されている。
【００２２】
補償板１４は、ＢＳ１３の厚み分の光路長、および光がＢＳ１３を透過する際の屈折による光路シフトを補正するための基板である。なお、干渉計１の組み方次第では、補償板１４を不要とすることもできる。
【００２３】
集光光学系１７は、ＢＳ１３にて合成されて出射された光を集光して測定光検出器１８に導く光学系であり、例えばフォーカスレンズで構成されている。測定光検出器１８は、ＢＳ１３から集光光学系１７を介して入射する測定干渉光を受光してインターフェログラム（干渉パターン）を検出する。
【００２４】
駆動機構１９は、固定鏡１５にて反射される光の光路と、移動鏡１６にて反射される光の光路との差（光路長の差）が変化するように、移動鏡１６を光軸方向に平行移動（並進）させる移動機構であり、例えばＶＣＭ（ボイスコイルモータ）を用いた電磁式の駆動機構で構成されている。なお、駆動機構１９は、平行板ばね式の駆動機構で構成されてもよい。
【００２５】
上記の構成において、測定用光源１１から出射された測定光は、測定光用コリメート光学系１２によってコリメート光に変換された後、折り返しミラーＭで反射されてＢＳ１３に入射し、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１６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、測定干渉光として補償板１４を透過した後、試料（図示せず）に照射される。このとき、駆動機構１９によって移動鏡１６を連続的に移動させながら試料に光が照射されるが、ＢＳ１３から各ミラー（移動鏡１６、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１６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、集光光学系１７にて集光されて測定光検出器１８に入射し、そこでインターフェログラムとして検出される。すなわち、図１では、測定光は、一点鎖線で示す光路を進行する。
【００２６】
演算部２では、測定光検出器１８からの検出信号（インターフェログラム）をサンプリングし、Ａ／Ｄ変換およびフーリエ変換することにより、波数ごとの光の強度を示すスペクトルが生成される。上記のスペクトルは、出力部３にて出力（例えば表示）され、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）を分析することが可能となる。
【００２７】
次に、参照光学系２０および補正部３０について説明する。参照光学系２０は、上記した測定光学系１０と構成を一部共有しており、上述したＢＳ１３と、補償板１４と、固定鏡１５と、移動鏡１６とに加えて、参照光源２１と、参照光用コリメート光学系２２と、光路合成ミラー２３と、光路分離ミラー２４と、参照光検出器２５とを有している。
【００２８】
参照光源２１は、移動鏡１６の位置を検出したり、演算部２にてサンプリングのタイミング信号を生成するための光源であり、半導体レーザからなる光源２１ａと、光源２１ａに結合される光ファイバ２１ｂとからなるファイバ結合光学系で構成されている。すなわち、参照光源２１は、半導体レーサから出射されるレーザ光をファイバまたは導波路を介して射出するレーザ光源で構成されている。上記の半導体レーザは、例えば赤色光を発光するが、測定光（近赤外光、赤外光）の最短波長よりも短い波長のレーザ光を発光すればよい。なお、参照光源２１は、半導体レーザからなる光源２１ａのみで構成されてもよい。
【００２９】
参照光用コリメート光学系２２は、参照光源２１から出射される参照光（レーザ光）をコリメート光に変換してＢＳ１３に導く光学系であり、例えばコリメートレンズで構成されている。参照光用コリメート光学系２２の光出射側には、絞りＡ２が配置されており、コリメート光の光束径が規制される。なお、参照光用コリメート光学系２２を構成するレンズの光射出側の面において、コリメート光を出射する部分以外を黒く塗ることによって、参照光用コリメート光学系２２に絞りＡ２の機能を持たせるようにしてもよい。
【００３０】
光路合成ミラー２３は、測定用光源１１からの光を透過させ、参照光源２１からの光を反射させることにより、これらの光の光路を合成するビームコンバイナである。本実施形態では、参照光が固定鏡１５に対して斜めに入射するように光路合成ミラー２３が配置されている。このため、測定光の光路と参照光の光路とは完全な同軸とはならない。なお、参照光が固定鏡１５に斜めに入射する点の詳細については後述する。光路分離ミラー２４は、測定用光源１１から出射されてＢＳ１３を介して入射する光を透過させ、参照光源２１から出射されてＢＳ１３を介して入射する光を反射させることにより、これらの光の光路を分離するビームスプリッタである。
【００３１】
参照光検出器２５は、参照光源２１から出射されてＢＳ１３を介して光路分離ミラー２４に入射し、そこで反射された光（参照干渉光）を検出する検出器であり、例えばＣＣＤよりも応答速度が速い４分割センサで構成されている。光路分離ミラー２４と参照光検出器２５との間の光路中には、絞りＡ３が配置されており、この絞りＡ３によって、参照光検出器２５に入射する参照干渉光の光束径が規制される。
【００３２】
次に、補正部３０について説明する。補正部３０は、参照光検出器２５での参照干渉光の検出結果に基づいて、移動鏡１６での反射光と固定鏡１５での反射光との相対的な傾きの誤差（チルト誤差、２光路間の傾き）を検知するとともに、移動鏡１６または固定鏡１５を傾けることによってチルト誤差の補正（チルト補正）を行うものである。駆動機構１９による移動鏡１６の駆動時に、移動鏡１９の並進性が崩れると、上記チルト誤差によって測定干渉光の干渉強度（コントラスト）が低下する。したがって、補正部３０によって移動鏡１６または固定鏡１５を傾けて、上記のチルト誤差を補正することにより、測定干渉光の干渉強度が低下するのを回避することができる。
【００３３】
ここで、本実施形態では、光路合成ミラー２３の上記配置により、測定光側および参照光側の光軸が完全な同軸とはならないが、同軸に近い配置であるので、（１）測定用光源１１、ＢＳ１３、移動鏡１６、ＢＳ１３、測定光検出器１８の順に進行する光と、測定用光源１１、ＢＳ１３、固定鏡１５、ＢＳ１３、測定光検出器１８の順に進行する光とのチルト誤差（第１のチルト誤差とも称する）は、（２）参照光源２１、ＢＳ１３、移動鏡１６、ＢＳ１３、参照光検出器２５の順に進行する光と、参照光源２１、ＢＳ１３、固定鏡１５、ＢＳ１３、参照光検出器２５の順に進行する光との間のチルト誤差（第２のチルト誤差とも称する）にほとんど近い。したがって、補正部３０は、参照光検出器２５からの参照干渉光の受光信号に基づいて、第２のチルト誤差を検知して補正することにより、第１のチルト誤差を補正することができる。
【００３４】
このような補正部３０は、具体的には、信号処理部３１と、光路補正機構３２と、制御部３３とを有して構成されている。制御部３３は、例えばＣＰＵで構成され、信号処理部３１での検出結果に基づいて光路補正機構３２を制御する。
【００３５】
信号処理部３１は、参照光検出器２５にて検出された参照干渉光の強度に基づいて、チルト誤差を検出する。例えば、図２に示すように、参照光検出器２５の４つの受光領域（４分割センサの各素子）を反時計回りにＥ１〜Ｅ４とし、全体の受光領域の中心に参照干渉光の光スポットＤが位置しているものとする。受光領域Ｅ１・Ｅ２で検出された光の強度の和をＡ１とし、受光領域Ｅ３・Ｅ４で検出された光の強度の和をＡ２としたときに、時間経過に対する強度Ａ１・Ａ２の変化を示す位相信号として、図３に示す信号が得られたとすると、これらの信号に基づいてチルト誤差（特に、一方の光に対する他方の光の相対的な傾き方向および傾き量）を検出することができる。この例では、受光領域Ｅ１・Ｅ２と受光領域Ｅ３・Ｅ４とが並ぶ方向（図２では上下方向）に位相差Δに対応する角度だけチルト誤差が生じていることになる。なお、図３の縦軸の強度は相対値で示している。なお、位相信号の周波数が遅い（低い）場合、位相比較ではなく強度比から２光路間での光の傾きを検知することもできる。
【００３６】
また、信号処理部３１は、参照光検出器２５にて検出された参照干渉光の強度に基づいて、移動鏡１６の位置を検出するとともに、サンプリングのタイミングを示すパルス信号を生成する信号生成部としても機能している。参照光検出器２５では、移動鏡１６の位置（光路差）に応じて参照干渉光の強度が全体的に明と暗との間で変化するので、信号処理部３１は、その強度変化に基づいて移動鏡１６の位置を検出することができる。演算部２は、上記パルス信号のサンプリングタイミングに同期して、測定光検出器１８からの検出信号（インターフェログラム）をサンプリングし、デジタルデータに変換することになる。
【００３７】
光路補正機構３２は、信号処理部３１にて検出されたチルト誤差に基づいて、移動鏡１６または固定鏡１５を傾けることにより、移動鏡１６または固定鏡１５で反射される光の光路を補正するものである。本実施形態では、光路補正機構３２は、図１に示すように、先端が固定鏡１５の背面（反射面とは反対側の面）と連結されて光軸方向に伸縮する複数（少なくとも３つ）の圧電素子３２ａと、これらの圧電素子３２ａに電圧を印加して圧電素子３２ａを伸縮させる駆動部３２ｂとを有して構成されている。信号処理部３１での検出結果に基づいて、各圧電素子３２ａに印加する電圧を制御し、各圧電素子３２ａを光軸方向に伸縮させることにより、固定鏡１５の傾き（固定鏡１５での反射光の光路）を変化させることができ、これによってチルト誤差を補正することができる。
【００３８】
上記の構成において、参照光源２１から出射された光は、参照光用コリメート光学系２２でコリメート光に変換された後、光路合成ミラー２３で反射されてＢＳ１３に入射し、そこで２光束に分離される。ＢＳ１３にて分離された一方の光束は移動鏡１６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、補償板１４を透過して光路分離ミラー２４に入射し、そこで反射されて参照光検出器２５に入射する。すなわち、図１では、参照光は、実線で示す光路を進行する。
【００３９】
補正部３０の信号処理部３１は、上述のように、参照光検出器２５にて検出された参照干渉光の強度に基づいてチルト誤差を検出し、制御部３３の制御のもとで光路補正機構３２が固定鏡１５の姿勢（ＢＳ１３に対する角度）を調整し、固定鏡１５での反射光の光路を補正することになる。チルト誤差の検出と、反射光の光路の補正（チルト補正）とを繰り返すフィードバック制御を行うことにより、最終的には、チルト誤差を限りなくゼロに近づけることができる。
【００４０】
ところで、図４は、フーリエ変換分光分析装置の他の構成を模式的に示す説明図である。同図に示すように、補正部３０の光路補正機構３２は、信号処理部３１にて検出されたチルト誤差に基づいて、移動鏡１６で反射される光の光路を補正するようにしてもよい。この場合、各圧電素子３２ａの先端を移動鏡１６の背面に連結し、各圧電素子３２ａを駆動部３２ｂによって伸縮させることにより、移動鏡１６の傾きを変化させて、移動鏡１６で反射される光の光路を補正することができる。このとき、移動鏡１６の駆動機構１９は、駆動部３２ｂの背面（各圧電素子３２ａとは反対側）と連結されればよい。
【００４１】
〔各パラメータについて〕
表１〜表４は、本実施形態の干渉計１における各パラメータの値を示している。以下、表１〜表４を参照しながら、本実施形態の干渉計１についてさらに説明する。なお、以下では、特に断らない限り、コリメート光と記載すれば、参照光のコリメート光を指すものとする。
【００４２】
【表１】
2012056813.tif 000003
【００４３】
【表２】
2012056813.tif 000004
【００４４】
【表３】
2012056813.tif 000005
【００４５】
【表４】
2012056813.tif 000006
【００４６】
まず、本実施形態の干渉計１では、上述したように、参照光源２１として従来のＨｅ−Ｎｅレーザを用いる代わりに、半導体レーザからなる光源を用いている。半導体レーザは、Ｈｅ−Ｎｅレーザに比べて小型であり、コリメート光学系を用いる場合でも、小型のコリメート光学系を用いることができる。したがって、小型の干渉計１を実現することができる。このことは、表３より、移動鏡１６−測定光検出器１８間の距離が、約５ｃｍ程度（表３の項目（４）（７）（８）（９）の和）であることからも容易に理解できる。
【００４７】
また、本実施形態では、表４に示すように、コリメート光の固定鏡１５に対する入射角は２．５度となっており、コリメート光は、固定鏡１５に対して斜めに入射している。なお、上記の入射角２．５度は、補正部３０による固定鏡１５の傾き角の最大値（角度検出範囲）である０．１度（６分）と、必要な斜め入射角２．０度と、部材の組み付け誤差等によるマージン（余分傾き量）０．５度とを考慮して設定されている。
【００４８】
このように、コリメート光が固定鏡１５に対して斜めに入射することにより、固定鏡１５での反射光の光路は、固定鏡１５への入射光の光路と若干ずれるので、固定鏡１５で反射された光がＢＳ１３を介して参照光源２１側に戻ってきたとしても、その戻り光が、参照光源２１に入射するのを回避することができる（図１、図４の破線の光路参照）。したがって、参照光源２１の光出射側に従来のような拡大レンズを配置しなくても、コリメート光を利用しながら、ハーモニック共振によってレーザの発振が不安定になるのを回避することができる。その結果、参照光検出器２５での検出結果に基づく移動鏡１６の位置検知を安定して行うことができる。したがって、測定光検出部１８での測定干渉光の計測を安定して行うことができ、分光分析を安定して行うことができる。
【００４９】
実際、参照光の光束径２ｍｍ（表２の項目（１）参照）に対して、参照光用コリメート光学系２２の光射出側（参照光源２１とは反対側）の位置での、戻り光の光軸に垂直な方向のシフト量が２ｍｍ（表４の項目（２）参照）であることから、参照光源２１からの出射光と戻り光とは交差せず、戻り光が参照光源２１に入射していないことがわかる。
【００５０】
なお、本実施形態では、光路合成コンバイナ２３の配置位置（角度）を調節することによって、コリメート光を固定鏡１５に斜め入射させているが、参照光源２１および参照光用コリメート光学系２２の配置位置を調節することによって、コリメート光を固定鏡１５に斜め入射させてもよい。すなわち、参照光源２１および参照光用コリメート光学系２２の位置を、参照光が測定光学系１０と同軸となるように光路合成コンバイナ２３に入射する位置からずらすことによって、コリメート光を固定鏡１５に斜め入射させてもよい。
【００５１】
また、本実施形態では、表４に示すように、固定鏡１５に対するコリメート光の入射角（２．５度）は、チルト補正の際に補正部３０によって傾けることができる固定鏡１５の傾き角の最大値（走査角度範囲０．１度）よりも大きい。
【００５２】
上記の条件を満足しない場合は、コリメート光が固定鏡１５に対して斜めに入射していても、チルト補正のために固定鏡１５を傾けたときに、その傾き角によっては、コリメート光の入射角がゼロになってしまう場合があり、この場合は、参照光源２１への戻り光の入射を回避することができない。
【００５３】
したがって、上記の条件を満足することにより、チルト補正のために固定鏡１５を傾ける構成であっても、コリメート光を固定鏡１５に対して常に斜めに入射させて、参照光源２１への戻り光の入射を回避することができる。
【００５４】
また、光路中（例えばＢＳ１３と光路合成ミラー２３との間の光路中）において、参照光の光軸と測定光の光軸とのなす角度は例えば２．５度であり、この角度は、図４の構成において、補正部３０によって傾けることができる移動鏡１６の傾き角の最大値（０．１度）よりも大きい。なお、参照光の光軸とは、参照光の光束の中心光線が進行する光路を指し、測定光の光軸とは、測定光の光束の中心光線が進行する光路を指す。
【００５５】
移動鏡１６を傾けることによってチルト補正を行う構成において、上記の条件を満足しない場合は、コリメート光が固定鏡１５および移動鏡１６に対して斜めに入射していても、チルト補正のために移動鏡１６を特定の方向（移動鏡１６の後述する最果ての位置で測定光のビーム中心と参照光のビーム中心とが並ぶ方向）に傾けたときに、その傾き角によっては、コリメート光の入射角がゼロになってしまう場合があり、この場合は、参照光源２１への戻り光の入射を回避することができない。つまり、戻り光が参照光源２１に入射し、カオス的な振る舞いによって参照光検出器２５にて信号を検出することができなくなる。
【００５６】
しかし、上記の条件を満足することにより、チルト補正のために移動鏡１６を特定の方向に傾けても、コリメート光の固定鏡１５および移動鏡１６に対する斜め入射を実現することができ、参照光源２１への戻り光の入射を回避することができる。
【００５７】
また、図５（ａ）は、ＢＳ１３と光路合成ミラー２３との間の光路中で、参照光の光軸と測定光の光軸とが交差する場合の、上記両光軸のなす角度θを模式的に示している。この図５（ａ）は、補正部３０によって移動鏡１６を傾ける場合は図４の構成に対応しており、補正部３０によって固定鏡１５を傾ける場合は図１の構成に対応している。なお、参照光の光軸と測定光の光軸とが交差する位置は、絞りＡ１の位置であってもよいし、それ以外の位置であってもよい。また、参照光の光軸と測定光の光軸とは、同一平面内で交差する位置関係にあってもよいし、ねじれた位置関係にあってもよい。後者の場合、参照光の光軸と測定光の光軸とのなす角度としては、第１の方向でのなす角度と、第１の方向に垂直な第２の方向でのなす角度とを考えてもよい。
【００５８】
ＢＳ１３から移動鏡１６が最も離れた位置（最果ての位置とも称する）にあるときの、上記両光軸の交点から移動鏡１６の最果ての位置までの距離をａ（ｍｍ）とし、上記位置における測定光の光束中心と参照光の光束中心との距離をｂ（ｍｍ）とすると、角度θ＝ｔａｎ−１（ｂ／ａ）で表わされる。図４の構成では、ａ＝２０ｍｍ、ｂ＝０．８７ｍｍであり、それゆえ、角度θ＝ｔａｎ−１（ｂ／ａ）＝２．５度となる。
【００５９】
上記両光軸が交差する場合、比ｂ／ａに対応する角度、すなわち、ｔａｎ−１（ｂ／ａ）は、補正部３０によって傾けることができる移動鏡１６の傾き角の最大値よりも大きいことが望ましい。このような条件を満足することによっても、コリメート光の固定鏡１５および移動鏡１６に対する斜め入射を実現して、参照光源２１への戻り光の入射を回避できる効果を得ることができる。上記の例では、比ｂ／ａに対応する角度（２．５度）は、移動鏡１６の傾き角の最大値（０．１度）よりも大きくなっており、上記の条件を満足する。
【００６０】
また、図５（ｂ）は、ＢＳ１３と光路合成ミラー２３との間の光路中で、参照光の光軸と測定光の光軸とが交差しない場合の、上記両光軸のなす角度θ’を模式的に示している。上記両光軸が交差しない場合は、以下の条件を満足してもよい。すなわち、ＢＳ１３から移動鏡１６が最も離れた位置（最果ての位置）にあるときの、参照光用コリメート光学系２２から移動鏡１６の最果ての位置までの距離をａ’（ｍｍ）とし、上記位置における測定光の光束中心と参照光の光束中心との距離をｂ’（ｍｍ）としたときに、比ｂ’／ａ’に対応する角度、すなわち、ｔａｎ−１（ｂ’／ａ’）が、補正部３０によって傾けることができる移動鏡１６の傾き角の最大値よりも大きければよい。この場合でも、コリメート光の固定鏡１５および移動鏡１６に対する斜め入射を実現して、参照光源２１への戻り光の入射を回避できる効果を得ることができる。
【００６１】
すなわち、参照光の光軸と測定光の光軸とのなす角度は、ｔａｎ−１（ｂ／ａ）で表わされる場合もあるし、ｔａｎ−１（ｂ’／ａ’）で表わされる場合もあるが、いずれの場合でも、上記両光軸のなす角度が、補正部３０によって傾けることができる移動鏡１６の傾き角の最大値よりも大きければ、参照光源２１への戻り光の入射を回避することができる。なお、上記両光軸がなす角度は、部品の組み付け誤差（０．５度）を考慮して設定されていればよく、例えば０．５〜２．５度の範囲内で設定可能である。
【００６２】
また、補正部３０が固定鏡１５を傾けることによってチルト補正を行う図１の構成では、ＢＳ１３と光路合成ミラー２３との間の光路中における、参照光の光軸と測定光の光軸とのなす角度が、補正部３０によって傾けることができる固定鏡１５の傾き角の最大値よりも大きければよい。図１の構成では、参照光の光軸と測定光の光軸とのなす角度は例えば２．５度であり、固定鏡１５の傾き角の最大値は０．１度であるため、上記の条件を満足する。
【００６３】
固定鏡１５を傾けることによってチルト補正を行う構成において、上記の条件を満足しない場合は、コリメート光が固定鏡１５に対して斜めに入射していても、チルト補正のために固定鏡１５を特定の方向（固定鏡１５の位置で測定光のビーム中心と参照光のビーム中心とが並ぶ方向）に傾けたときに、その傾き角によっては、コリメート光の入射角がゼロになってしまう場合があり、この場合は、参照光源２１への戻り光の入射を回避することができず、カオス的な振る舞いによって参照光検出器２５にて信号を検出することができなくなる。
【００６４】
しかし、上記の条件を満足することにより、チルト補正のために固定鏡１５を特定の方向に傾けても、コリメート光の固定鏡１５に対する斜め入射を実現することができ、参照光源２１への戻り光の入射を回避することができる。
【００６５】
また、コリメート光は、固定鏡１５に対して斜めに入射することにより、移動鏡１６に対しても斜めに入射する。このとき、固定鏡１５に対するコリメート光の入射角は、ＢＳ１３から最も離れた位置（最果ての位置）にある移動鏡１６に入射する測定光の光束内で、コリメート光が傾いて移動鏡１６に入射するときの傾き角の最大値以下の角度であることが望ましい。つまり、固定鏡１５に対するコリメート光の入射角の上限は、最果ての位置にある移動鏡１６に入射する測定光の光束内でコリメート光が傾くことができる角度の最大値に等しい。
【００６６】
上記の条件を満足する場合、コリメート光（参照光）が固定鏡１５に対して斜めに入射し、かつ、移動鏡１６に対して斜めに入射するときでも、測定光の光路と同等の光路でコリメート光を伝搬させることができる。したがって、測定干渉光の計測時の移動鏡１６の位置の変動を、参照光検出器２５で確実に検知することができる。
【００６７】
なお、測定光の光束径が１ｍｍよりも小さいと、回折によってレーザ光が広がってしまい、光学系を構成するのが困難となる。また、測定光の光束径が１０ｍｍよりも大きいと、１０ｍｍよりも大きな有効径の反射面を持つ移動鏡１６を作製することが必要となる。反射面が大きいと面精度を高精度に保つことが困難となるため、移動鏡１６の作製が困難となる。以上のことを考慮すると、測定光の光束径は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００６８】
また、ＢＳ１３から移動鏡１６が最も離れた位置（最果ての位置）にあるときの、測定光用コリメート光学系１２から移動鏡１６の最果ての位置までの距離をｆ（ｍｍ）とし、測定光用コリメート光学系１２にてコリメートされた光の光束径（直径）をｅ（ｍｍ）とする。ｆは、参照光用コリメート光学系２２から移動鏡１６の最果ての位置までの距離と等しく、４１．５ｍｍ（表３の項目（１）（２）（４）の和＋表１の項目（５）の変位量の半分）であり、ｅ＝５ｍｍ（表１の項目（１）参照）である。したがって、比ｅ／ｆに対応する角度、すなわち、ｔａｎ−１（ｅ／ｆ）は、６．８７度であり、固定鏡１５に対するコリメート光（参照光）の入射角（２．５度）は、比ｅ／ｆに対応する角度よりも小さいと言える。
【００６９】
このように、固定鏡１５に対するコリメート光の入射角が、比ｅ／ｆに対応する角度よりも小さい場合、反射面（例えば固定鏡１５の反射面）において、測定光の光束径の領域内に、参照光の光束が入る。つまり、測定光と参照光とは、反射面の同じ領域内で反射される。これにより、測定光の情報を参照光によって測定することができる。
【００７０】
また、参照光用コリメート光学系２２によってコリメート光に変換された参照光の光束径は、２ｍｍであり（表２の項目（１）参照）、測定光用コリメート光学系１２によってコリメート光に変換された測定光の光束径５ｍｍ（表１の項目（１）参照）よりも小さい。
【００７１】
参照光の光束径が大きいと、チルト誤差に対する参照光検出器２５の感度が高くなり、チルト誤差が少し生じただけでも、参照光検出器２５で検知される、上記チルト誤差によって生じる干渉縞の本数が増大する。この結果、参照光検出器２５での参照干渉光の検出結果に基づいて、補正部３０がチルト誤差を検出することができなくなる。
【００７２】
しかし、参照光の光束径を測定光の光束径よりも小さくすることにより、チルト誤差に対する感度を、測定光学系１０側よりも参照光学系２０側で鈍くすることができ、参照光学系２０側での、チルト誤差によって生じる干渉縞の本数の増大を抑えることができる。これにより、外部振動や衝撃によってチルト誤差が大きい場合でも、補正部３０は、参照光検出器２５での参照干渉光の検出結果に基づいて、チルト誤差を確実に検知することが可能となる。
【００７３】
〔サンプリングタイミングの補正について〕
本実施形態では、参照光が固定鏡１５および移動鏡１６に対して斜めに入射するため、参照光がそれらに垂直に入射する構成に比べて、参照光の干渉強度が最大となる移動鏡１６の位置がずれる。つまり、光路差が参照光の波長の整数倍となる位置とは異なる位置に移動鏡があるときに、参照光の干渉強度が最大となる。これは、参照光の波長（レーザ発振波長）が見かけ上変動しているのと同じである。この結果、参照光検出器２５での検出結果に基づいて信号処理部３１が生成する信号のパルス（サンプリングタイミング）も、正規のパルス（光路差が参照光の波長の整数倍となるタイミング）からずれる。
【００７４】
ここで、測定光として特定波長λ０の光（輝線スペクトル）を用いた場合、サンプリングタイミングが正規のタイミングからずれると、測定干渉光のインターフェログラムを演算部２でフーリエ変換したときに得られるスペクトルでは、図６で示すように、特定波長λ０（波数１／λ０）の透過率ピーク（強度ピーク）は、波長λ１（波数１／λ１）にシフトして現れることになる。したがって、波長λ１の特定波長λ０からのずれを見ることで、サンプリングタイミングのずれを容易に把握することができる。
【００７５】
そこで、本実施形態では、演算部２が、波長λ１の特定波長λ０からのずれに基づいてサンプリングタイミングを補正するようにしている。これにより、参照光が固定鏡１５に対して斜めに入射する構成であっても、上記したレーザ発振波長の見かけ上の変動を抑えることができ、適切なタイミングでサンプリングされたインターフェログラムのフーリエ変換により、分光分析を精度よく行うことができる。
【００７６】
〔測定光および参照光の波長帯域について〕
多くの材料は、指紋領域と呼ばれる近赤外光および赤外光に吸収帯を持つことが多く、そのため、分光分析は、近赤外光および赤外光を用いて行うことが多い。このような分光分析では、測定光学系１０および参照光学系２０における光透過面（例えばＢＳ１３の光透過面）に反射防止コート（ＡＲコート）を施して光の利用効率を高めることが多い。
【００７７】
このとき、反射防止コートの設計上、広い帯域で反射防止特性を持たせることは困難である。また、反射を防止する波長帯域を広くとると、その波長帯域で反射率が上がってしまう。したがって、測定光が近赤外光や赤外光である場合、参照光を赤色光（赤色半導体レーザ光）として、参照光と測定光の波長帯域を近づけることにより、反射防止コートの設計を容易にすることができる。
【００７８】
また、広い波長範囲で所定の分岐比（例えば５０：５０）のＢＳ１３を構成することは光学設計上困難であるが、上記のように測定光と参照光との波長帯域を近づけることにより、所定の分岐比のビームスプリッタを設計することが容易となる。
【００７９】
〔補足〕
ファイバへのカップリングは、ファイバ端のＮＡやコア径に依存して決まるが、最も効率よくカップリングするのは、１：１の結合倍率となるバットカップリングの場合である。したがって、薄肉レンズで近似したモデルの場合、レーザ光源の射出開口に光が戻らないための条件は、ファイバコア半径サイズｄ（ｍｍ）とコリメートレンズ主点位置から反射面までの距離Ｌ（ｍｍ）とによって決まる。すなわち、ｄ／Ｌの角度Φ（ｒａｄ）以上の入射角でコリメート光を固定鏡に斜め入射させることで、レーザ光源への戻り光の影響をなくすことができる。例えば、レンズ主点位置から反射面までの距離をＬ＝３０（ｍｍ）とし、レーザ光源の射出開口の半径サイズをｄ＝０．０１２（ｍｍ）としたとき、戻り光の影響をなくすことができるコリメート光の必要傾き角度（固定鏡への入射角）Φは、Φ＝０．００４（ｒａｄ）＝１．３７（ａｒｃｍｉｎ）となる。
【００８０】
本実施形態で参照光源２１は、狭帯域化素子を含み、可干渉距離が長く、温度変化に対して波長変動の小さいレーザであることが望ましい。この場合、参照光源２１を温度コントロールすることにより、波長変動をかなり小さく抑えて安定させることができ、小型で安定したコヒーレント光源を実現することができる。その結果、本実施形態の干渉計１を用いた計則において、安定した測定結果を得ることができる。
【００８１】
ここで、上記の狭帯域化素子としては、参照光源２１が出射した光を一部透過し、スペクトル線幅を狭帯域化して一部を反射する機能を有するもの、具体的には、ＶＨＧ（ボリュームホログラフィー）やＦＢＧ（ファイバーグレーティング）などの回折格子が望ましい。このような回折格子においては、コヒーレント光の発光波長の一部が反射回折光となり、半導体レーザの活性層に導かれることで、誘導放出を引き起こし、発光波長を反射回折光の波長にロックすることができる。反射回折光の波長は、回折格子で決まる幅に制限を受けるため、半導体レーザの発光波長のスペクトル線は、特定のモードに固定され、狭帯域化される。
【００８２】
なお、本実施形態では、干渉計１が測定用光源１１を内蔵し、測定用光源１１から出射される測定光を用いて測定干渉光を得る構成について説明したが、本実施形態の干渉計１は、必ずしも測定用光源１１を内蔵していなくてもよい。つまり、測定干渉光を得るための測定光は、干渉計が内蔵している光源から出射される光であってもよいし、干渉計の外部から入射してくる光であってもよい。
【００８３】
したがって、例えば、（１）干渉計の外部で試料に光を当てて、試料を介して得られる光を干渉計に入射させて分光分析を行う場合、（２）干渉計の外部から導入した光を用いて干渉計にて干渉光を生成し、その干渉光を試料に当てて分光分析を行う場合、（３）干渉計の外部から入射する光そのものを分析の対象とする場合、のいずれについても、本実施形態の干渉計を適用することが可能である。
【００８４】
以上、本実施形態の干渉計は、測定光をビームスプリッタで分離して移動鏡および固定鏡に導き、前記移動鏡および前記固定鏡にて反射された各光を前記ビームスプリッタで合波し、合波して得られた測定干渉光を測定光検出器に導く測定光学系と、参照光源からの参照光を前記ビームスプリッタで分離して前記移動鏡および前記固定鏡に導き、前記移動鏡および前記固定鏡にて反射された各光を前記ビームスプリッタで合波し、合波して得られた参照干渉光を参照光検出器に導く参照光学系とを備え、前記参照光検出器での検出結果に基づいて前記移動鏡の位置を検知しながら、前記測定干渉光を計測する干渉計であって、前記参照光源は、半導体レーザ、または前記半導体レーサから出射されるレーザ光を導波路またはファイバを介して射出するレーザ光源で構成されており、前記参照光学系は、前記参照光源から出射されるレーザ光をコリメート光に変換する参照光用コリメート光学系を有しており、前記コリメート光は、前記固定鏡に対して斜めに入射する構成である。
【００８５】
上記の構成によれば、半導体レーザやレーザ光源からなる参照光源は、参照光源として一般的に用いられているＨｅ−Ｎｅレーザに比べて小型であり、コリメート光学系を用いる場合でも、小型のコリメート光学系を用いることができるので、小型の干渉計を実現することができる。
【００８６】
また、コリメート光は、固定鏡に対して斜めに入射するので、固定鏡での反射光の光路は、固定鏡への入射光の光路と若干ずれる。これにより、固定鏡で反射された参照光がビームスプリッタを介して参照光源側に戻ってきたとしても、その戻り光が、参照光源（特に光射出部分）に入射するのを回避することができる。したがって、参照光源の光出射側に拡大レンズを配置しなくても（コリメート光を利用しながら）、ハーモニック共振によってレーザの発振が不安定になるのを回避することができ、参照光検出器での検出結果に基づく移動鏡の位置検知を安定して行うことができる。
【００８７】
本実施形態の干渉計は、前記参照光検出器での検出結果に基づいて、前記移動鏡での反射光と前記固定鏡での反射光との相対的な傾きの誤差を検知するとともに、前記移動鏡または前記固定鏡を傾けることによって前記誤差を補正する補正部をさらに備え、前記固定鏡に対する前記コリメート光の入射角は、前記補正部によって傾けることができる前記移動鏡または前記固定鏡の傾き角の最大値よりも大きいことが望ましい。
【００８８】
この構成では、２光路間での傾き誤差の補正（チルト補正）のために、補正部によって移動鏡または固定鏡を傾けても、コリメート光の固定鏡に対する入射角がゼロ（垂直入射）となることがない。したがって、補正部によってチルト補正を行う構成であっても、コリメート光を固定鏡に対して常に斜めに入射させて、参照光源への戻り光の入射を回避することができる。
【００８９】
本実施形態の干渉計において、前記補正部は、前記移動鏡を傾けることによって、前記移動鏡での反射光と前記固定鏡での反射光との相対的な傾きの誤差を補正し、前記参照光の光軸と前記測定光の光軸とのなす角度は、前記補正部によって傾けることができる前記移動鏡の傾き角の最大値よりも大きいことが望ましい。
【００９０】
補正部によって移動鏡を傾けることによってチルト補正を行う構成において、上記の条件を満足していれば、移動鏡を特定の方向に傾けても、戻り光が参照光源に入射するのを回避することができる。
【００９１】
本実施形態の干渉計において、前記補正部は、前記固定鏡を傾けることによって、前記移動鏡での反射光と前記固定鏡での反射光との相対的な傾きの誤差を補正し、前記参照光の光軸と前記測定光の光軸とのなす角度は、前記補正部によって傾けることができる前記固定鏡の傾き角の最大値よりも大きいことが望ましい。
【００９２】
補正部によって固定鏡を傾けることによってチルト補正を行う構成において、上記の条件を満足していれば、固定鏡を特定の方向に傾けても、戻り光が参照光源に入射するのを回避することができる。
【００９３】
本実施形態の干渉計において、前記固定鏡に対する前記コリメート光の入射角は、前記ビームスプリッタから最も離れた位置にある前記移動鏡に入射する前記測定光の光束内で、前記コリメート光が傾いて前記移動鏡に入射するときの傾き角の最大値以下の角度であることが望ましい。
【００９４】
この場合、コリメート光が固定鏡に対して斜めに入射する構成であっても、測定光の光路と同等の光路でコリメート光を伝搬させることができ、測定干渉光の計測時の移動鏡の位置の変動を、参照光検出器で確実に検知することができる。
【００９５】
本実施形態の干渉計において、前記測定光学系は、前記測定光をコリメート光に変換する測定光用コリメート光学系を有しており、前記ビームスプリッタから前記移動鏡が最も離れた位置にあるときの、前記測定光用コリメート光学系から前記移動鏡の前記位置までの距離をｆとし、前記測定光用コリメート光学系にてコリメートされた光の光束径をｅとすると、前記固定鏡に対する前記参照光学系のコリメート光の入射角は、比ｅ／ｆに対応する角度よりも小さいことが望ましい。
【００９６】
上記の条件を満足する場合、反射面（例えば固定鏡の反射面）において、測定光の光束径の領域内に参照光の光束が入り、測定光と参照光とが反射面の同じ領域内で反射されるので、測定光の情報を参照光によって測定することができる。
【００９７】
本実施形態の干渉計において、前記補正部は、前記参照光検出器での検出結果に基づいて、前記移動鏡での反射光と前記固定鏡での反射光との相対的な傾きの誤差を検知する信号処理部と、前記移動鏡または前記固定鏡を傾けることにより、前記移動鏡または前記固定鏡で反射される光の光路を補正する光路補正機構と、前記信号処理部にて検出された前記傾きの誤差に基づいて、前記光路補正機構を制御する制御部とを含んでいてもよい。
【００９８】
信号処理部にて検出されたチルト誤差に基づいて、制御部が光路補正機構を制御し、光路補正機構が移動鏡または固定鏡での反射光の光路を補正することにより、チルト補正を確実に行うことができる。
【００９９】
本実施形態の干渉計において、前記参照光検出器は、分割センサで構成されており、前記補正部は、前記分割センサの各素子からの出力に基づいて、前記測定光の前記移動鏡での反射光と前記固定鏡での反射光との相対的な傾きの誤差を検知することが望ましい。
【０１００】
補正部は分割センサの各素子からの出力（例えば位相差）に基づいて、一方の光に対する他方の光の傾き方向および傾き量を検知することができ、その検知結果に基づいて、チルト補正を確実に行うことができる。
【０１０１】
本実施形態の干渉計において、前記測定光学系は、前記測定光をコリメート光に変換する測定光用コリメート光学系を有しており、前記参照光用コリメート光学系によってコリメート光に変換された参照光の光束径は、前記測定光用コリメート光学系によってコリメート光に変換された測定光の光束径よりも小さいことが望ましい。
【０１０２】
この構成では、参照光学系における、固定鏡での反射光と移動鏡での反射光との相対的な傾きの誤差（チルト誤差）に対する感度を、測定光学系におけるチルト誤差に対する感度よりも鈍くすることができ、参照光検出器での、チルト誤差による干渉縞の本数の増大を抑えることができる。これにより、外部振動や衝撃によってチルト誤差が大きい場合でも、補正部は、参照光学系の参照光検出器での検出結果に基づいて、チルト誤差を確実に検知することができる。
【０１０３】
本実施形態のフーリエ変換分光分析装置は、上述した本実施形態の干渉計と、前記干渉計の前記測定光検出器で前記測定干渉光を受光することによって得られるインターフェログラムをサンプリングしてフーリエ変換し、前記測定光に含まれる波長のスペクトルを生成する演算部とを備えていることが望ましい。
【０１０４】
上述したように、本実施形態の干渉計によれば、戻り光によってレーザの発振が不安定になるのを回避して、移動鏡の位置検知を安定して行うことができる。したがって、このような干渉計の測定光検出器で得られるインターフェログラムを演算部でサンプリングしてフーリエ変換するフーリエ変換分光分析装置（ＦＴＩＲ）では、移動鏡の位置検知に基づく分光分析を安定して行うことができる。
【０１０５】
本実施形態のフーリエ変換分光分析装置において、前記干渉計は、前記参照光学系の前記参照光検出器での検出結果に基づいて、前記インターフェログラムをサンプリングする際のタイミングを示す信号を生成する信号生成部をさらに備えており、前記演算部は、前記測定光として特定波長の光を用いたときの測定干渉光のインターフェログラムを、前記信号生成部からの信号に基づくタイミングでサンプリングしてフーリエ変換したときに得られる波長の、前記特定波長からのずれに基づいて、前記サンプリングのタイミングを補正することが望ましい。
【０１０６】
本実施形態の干渉計では、参照光が固定鏡（および移動鏡）に対して斜めに入射するため、光路差が参照光の波長の整数倍となる位置からずれた位置に移動鏡があるときに、参照光の干渉強度が最大となる。これは、参照光の波長が見かけ上変動しているのと同じである。この結果、参照光検出器での検出結果に基づいて生成される信号のサンプリングタイミングも、正規のタイミングからずれる。
【０１０７】
しかし、このサンプリングタイミングのずれは、測定光として特定波長の光（輝線スペクトル）を用い、測定干渉光のインターフェログラムをフーリエ変換したときに得られる波長の特定波長からのずれを見ることで、容易に把握することができる。したがって、このようなフーリエ変換後の波長の特定波長からのずれに基づいてサンプリングタイミングを補正することにより、参照光が固定鏡に対して斜めに入射する構成であっても、レーザ発振波長の見かけ上の変動を抑えて、分光分析を精度よく行うことができる。
【０１０８】
本実施形態のフーリエ変換分光分析装置において、前記測定光は、近赤外光または赤外光であり、前記参照光は、赤色光であることが望ましい。
【０１０９】
測定光と参照光との波長帯域が近いので、ビームスプリッタの光透過面に反射防止コートを施して光利用効率を高める場合でも、反射を防止する波長帯域を狭くすることができ、反射防止コートの設計を容易にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明は、マイケルソン型の干渉計、およびそれを用いて分光分析を行うフーリエ変換分光分析装置に利用可能である。
【符号の説明】
【０１１１】
１      干渉計
２      演算部
１０      測定光学系
１１      測定用光源
１２      測定光用コリメート光学系
１３      ＢＳ（ビームスプリッタ）
１５      固定鏡
１６      移動鏡
１８      測定光検出器
２０      参照光学系
２１      参照光源
２２      参照光用コリメート光学系
２５      参照光検出器
３０      補正部
３１      信号処理部（補正部、信号生成部）
３２      光路補正装置（補正部）
３３      制御部（補正部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2012056813.tif 000010
【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年4月11日(2013.4.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光をビームスプリッタで分離して移動鏡および固定鏡に導き、前記移動鏡および前記固定鏡にて反射された各光を前記ビームスプリッタで合波し、合波して得られた測定干渉光を測定光検出器に導く測定光学系と、
参照光源からの参照光を前記ビームスプリッタで分離して前記移動鏡および前記固定鏡に導き、前記移動鏡および前記固定鏡にて反射された各光を前記ビームスプリッタで合波し、合波して得られた参照干渉光を参照光検出器に導く参照光学系とを備え、前記参照光検出器での検出結果に基づいて前記移動鏡の位置を検知しながら、前記測定干渉光を計測する干渉計であって、
前記参照光源は、半導体レーザ、または前記半導体レーサから出射されるレーザ光を導波路またはファイバを介して射出するレーザ光源で構成されており、
前記参照光学系は、前記参照光源から出射されるレーザ光をコリメート光に変換する参照光用コリメート光学系を有しており、
前記コリメート光は、前記固定鏡に対して斜めに入射することを特徴とする干渉計。
【請求項２】
前記参照光検出器での検出結果に基づいて、前記移動鏡での反射光と前記固定鏡での反射光との相対的な傾きの誤差を検知するとともに、前記移動鏡または前記固定鏡を傾けることによって前記誤差を補正する補正部をさらに備え、
前記固定鏡に対する前記コリメート光の入射角は、前記補正部によって傾けることができる前記移動鏡または前記固定鏡の傾き角の最大値よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
【請求項３】
前記補正部は、前記移動鏡を傾けることによって、前記移動鏡での反射光と前記固定鏡での反射光との相対的な傾きの誤差を補正し、
前記参照光の光軸と前記測定光の光軸とのなす角度は、前記補正部によって傾けることができる前記移動鏡の傾き角の最大値よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の干渉計。
【請求項４】
前記補正部は、前記固定鏡を傾けることによって、前記移動鏡での反射光と前記固定鏡での反射光との相対的な傾きの誤差を補正し、
前記参照光の光軸と前記測定光の光軸とのなす角度は、前記補正部によって傾けることができる前記固定鏡の傾き角の最大値よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の干渉計。
【請求項５】
前記固定鏡に対する前記コリメート光の入射角は、前記ビームスプリッタから最も離れた位置にある前記移動鏡に入射する前記測定光の光束内で、前記コリメート光が傾いて前記移動鏡に入射するときの傾き角の最大値以下の角度であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の干渉計。
【請求項６】
前記測定光学系は、前記測定光をコリメート光に変換する測定光用コリメート光学系を有しており、
前記ビームスプリッタから前記移動鏡が最も離れた位置にあるときの、前記測定光用コリメート光学系から前記移動鏡の前記位置までの距離をｆとし、前記測定光用コリメート光学系にてコリメートされた光の光束径をｅとすると、
前記固定鏡に対する前記参照光学系のコリメート光の入射角は、比ｅ／ｆに対応する角度よりも小さいことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の干渉計。
【請求項７】
前記補正部は、
前記参照光検出器での検出結果に基づいて、前記移動鏡での反射光と前記固定鏡での反射光との相対的な傾きの誤差を検知する信号処理部と、
前記移動鏡または前記固定鏡を傾けることにより、前記移動鏡または前記固定鏡で反射される光の光路を補正する光路補正機構と、
前記信号処理部にて検出された前記傾きの誤差に基づいて、前記光路補正機構を制御する制御部とを含んでいることを特徴とする請求項２に記載の干渉計。
【請求項８】
前記参照光検出器は、分割センサで構成されており、
前記補正部は、前記分割センサの各素子からの出力に基づいて、前記測定光の前記移動鏡での反射光と前記固定鏡での反射光との相対的な傾きの誤差を検知することを特徴とする請求項２に記載の干渉計。
【請求項９】
前記測定光学系は、前記測定光をコリメート光に変換する測定光用コリメート光学系を有しており、
前記参照光用コリメート光学系によってコリメート光に変換された参照光の光束径は、前記測定光用コリメート光学系によってコリメート光に変換された測定光の光束径よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の干渉計。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の干渉計と、
前記干渉計の前記測定光検出器で前記測定干渉光を受光することによって得られるインターフェログラムをサンプリングしてフーリエ変換し、前記測定光に含まれる波長のスペクトルを生成する演算部とを備えていることを特徴とするフーリエ変換分光分析装置。
【請求項１１】
前記干渉計は、前記参照光学系の前記参照光検出器での検出結果に基づいて、前記インターフェログラムをサンプリングする際のタイミングを示す信号を生成する信号生成部をさらに備えており、
前記演算部は、前記測定光として特定波長の光を用いたときの測定干渉光のインターフェログラムを、前記信号生成部からの信号に基づくタイミングでサンプリングしてフーリエ変換したときに得られる波長の、前記特定波長からのずれに基づいて、前記サンプリングのタイミングを補正することを特徴とする請求項１０に記載のフーリエ変換分光分析装置。
【請求項１２】
前記測定光は、近赤外光または赤外光であり、
前記参照光は、赤色光であることを特徴とする請求項１０または１１に記載のフーリエ変換分光分析装置。
【国際調査報告】
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