(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動ミラーと、ビームスプリッターと、前記移動ミラーを回転走査するための回転走査機構を含むウィッシュボーン型干渉計において、
前記の回転走査機構中の回転中心のラジアル方向（径方向）の軸ズレを補正するための軸ズレ補正機構であって、
前記の軸ズレ補正機構は、ラジアル補正ユニットとラジアル変位検出部とラジアル変位補正制御部との三者から成る組み合わせの２式で構成されており、
前記のラジアル補正ユニットは、ラジアル変位センサと、これに隣接する静電アクチュエータとで構成されており、
前記ラジアル変位センサは、ラジアル方向の軸ズレを検知するための静電容量型の変位センサであり、固定センサ電極と、これに対向して適宜間隙を隔てて配設した移動センサ電極とから成り、さらに、前記の移動センサ電極は、前記の回転走査機構中の回転体部材に連結用部材を用いて連結されており、
また、ラジアル方向の軸ズレを正規位置に補正するための前記静電アクチュエータは、
前記回転中心から外側に向かってラジアル方向駆動力が発生する「ラジアル外向き静電アクチュエータ」と呼称する静電アクチュエータと、前記回転中心に向かってラジアル方向駆動力が発生する「ラジアル内向き静電アクチュエータ」と呼称する静電アクチュエータとの２種類の静電アクチュエータで構成され、
さらに、前記ラジアル変位センサに隣接して前記のラジアル外向き及び内向き静電アクチュエータを配設し、また、前記のラジアル外向き及び内向き静電アクチュエータの補正用移動電極を、前記の回転走査機構中の回転体部材に連結用部材を用いて連結し、
さらに、前記の各ラジアル変位センサの固定センサ電極を配置するにあたっては、
上記のラジアル変位センサの固定センサ電極を前記移動ミラーの回転軌道面上、又はこれと隣接・平行する回転軌道面上の２ケ所に任意の回転半径をもって配置し、
また、上記２個のラジアル変位センサの固定センサ電極の取り付け角（固定センサ電極と回転中心とを結ぶ２本の線分（レイアウト線）の成す角度）が大略９０度となるように配置し、
さらには、前記のラジアル変位検出部は、上記ラジアル変位センサからのセンサ信号により回転中心の軸ズレを検出し、その検出信号を上記のラジアル変位補正制御部に伝達し、
上記のラジアル変位補正制御部は、上記の検出信号に基づいて前記ラジアル補正ユニット内の静電アクチュエータを介して、前記の回転中心のラジアル方向の軸ズレ変位を解消するように回転軸の位置を補正・制御することを特徴とする前記軸ズレ補正機構を備えたウィッシュボーン型干渉計。
【請求項２】
前記の各ラジアル補正ユニットに含まれる前記の各ラジアル変位センサの固定センサ電極を回転軌道面上に配置するにあたり、
まず、上記の回転軌道面に、前記回転中心を原点とする直交Ｘ−Ｙ座標軸を仮想設定し、このとき、Ｘ軸及びＹ軸の方向については、前記ウィッシュボーン型干渉計における光路−−−すなわち、ビームスプリッターから各移動ミラーに向かう光路に平行及び直交するようにＸ−Ｙ直交座標軸の方向を設定し、
また、Ｘ−Ｙ直交座標の四つの象限に対応する座標軸を、Ｘ軸、−Ｘ軸、Ｙ軸、−Ｙ軸と定め、上記原点を中心にして時計回り又は反時計回りの方向をたどったときに相隣りあう２本の上記座標軸上に上記の各ラジアル変位センサの固定センサ電極を配置したことを特徴とする請求項１に記載のウィッシュボーン型干渉計。
【請求項３】
請求項２において、前記のビームスプリッターが存在する座標の象限と対角の関係にある象限（隣りあっていない象限）に属する２本の座標軸上に、前記の各ラジアル変位センサの固定センサ電極を配置したことを特徴とする請求項２に記載のウィッシュボーン型干渉計。
【請求項４】
ラジアル方向の軸ズレを正規位置に補正するための前記静電アクチュエータにおいて、
前記回転中心と前記ラジアル変位センサの固定センサ電極とを結ぶ「レイアウト線」を想定し、
また、前記ラジアル外向き及び内向き静電アクチュエータを櫛歯型構造によって構成し、これらを「櫛歯型ラジアル外向き静電アクチュエータ」及び「櫛歯型ラジアル内向き静電アクチュエータ」と呼称し、
前記ラジアル変位センサに近接して、前記レイアウト線が線対称軸となるように前記レイアウト線の両側に、前記の各櫛歯型ラジアル外向き静電アクチュエータを対称配置し、
同様に、前記の櫛歯型外向き静電アクチュエータに近接して、前記レイアウト線が線対称軸となるように前記レイアウト線の両側に、前記の各櫛歯型内向き静電アクチュエータを対称配置し、
さらに、前記の各櫛歯型外向き及び内向き静電アクチュエータの補正用移動電極を、前記の回転走査機構中の回転体部材に連結用部材を用いて連結して、
ラジアル方向の軸ズレを正規位置に補正するための前記の静電アクチュエータを構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のウィッシュボーン型干渉計。
【請求項５】
フーリエ変換型分光器に含まれる干渉計として、請求項１〜４のいずれか一項に記載のウィッシュボーン型干渉計を用いたことを特徴とするフーリエ変換型分光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学干渉計、及びこれを用いたフーリエ変換型分光器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビームスプリッターと移動ミラーとで構成された光学干渉計（例えば、マイケルソン型干渉計、ウィッシュボーン型干渉計）で得られる干渉光は、フーリエ変換型分光器などに応用されている。上記の干渉光の強度信号を求めるに当たっては、干渉強度測定時点に対応する移動ミラーの位置を正確に計測することが重要である。また、フーリエ変換型分光器の場合、移動ミラーの変位量（移動量）に対応する光路差によって分光精度（分解能）が決まり、光路差の大きいほど高分解能が得られる。
【０００３】
一方、上記の干渉計や、これを応用したフーリエ変換型分光器を小型化し、コンパクトなシステムとするための開発が進められている。とりわけ、ウィッシュボーン型干渉計では、マイケルソン型干渉計に比べて移動ミラーの移動量が半分であっても、光路差は同じになるので、小型化には有利である。さらにまた、ウィッシュボーン型干渉計を構成する機構要素部材を、ＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical System：微小電子機械システム）技術を応用して製作することによって、フーリエ変換型分光器を超小型化する開発も進められている（非特許文献１参照）。
【０００４】
図８に、従来のウィッシュボーン型干渉計８００の一例を示す。この図面は、干渉光学系部分、回転走査機構部分を模式的な平面図とした説明図である。本例では、主要な機構要素部材は、MEMS技術を応用して製作されている。ビームスプリッター８０１があり、２個の移動ミラー８０２、８０３にはコーナーキューブミラーが用いられている。移動ミラーはアーム８０４により回転軸８０５に連結されている。
【０００５】
また、回転軸は、一端をアンカー８０８で固定された４個のスプリング８０７で固定されている。スプリング８０７は板バネであり、図面の描線が板バネの厚みのイメージであり、図面の紙面表裏方向には板バネの幅が現れていると想定すれば、スプリング８０７は幅広い板バネであり、紙面表裏方向に大きな断面２次モーメントをもっている。このため、回転軸８０５、及び回転軸に連結されている部材（移動ミラー８０２、８０３など）は、この４個のスプリングにより“宙吊り”の状態で堅固に固定されている。
【０００６】
一方、移動ミラー８０２に連結するアーム８０４には、移動ミラーを回転走査するために、櫛歯型電極をもつ静電アクチュエータ８２１を設けている。静電駆動電源８２０からの所定出力により静電アクチュエータ８２１が作動し、回転中心８０６をもつ回転軸８０５が回転することにより、移動ミラー８０２、８０３が回転走査される。
【０００７】
また、移動ミラー８０３に連結するアーム８０４には、移動ミラーの変位を検出するために、櫛歯型電極をもつ静電容量型変位センサ８２６を設けている。変位センサ８２６からのセンサ信号により、静電容量型変位計８２５が移動ミラーの位置（変位）を計測する。
【０００８】
光源８０９からの平行光をビームスプリッター８０１に導き、ビームスプリッターにより入射光は直交２方向の光に分離される。各分離光は、移動ミラー８０２、８０３に導かれて反射した後、再びビームスプリッターで各光が合成され、干渉光として出射される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Young-Min Lee et  al.， “Micro Wishbone interferometer for  Fourier transform infrared spectrometry”, Journal of  Micromechanics  and  Microengineering 21, 065039, 2011.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した従来のウィッシュボーン型干渉計においては、回転走査による移動ミラーの位置を静電容量型変位計により正確に計測しているにも拘らず、しばしば、光路差と干渉強度との関係データにバラツキが生じ、干渉強度データの精度が低下する問題があった。この問題を解決すべく検討した結果、干渉強度データの精度低下の主原因は、回転走査時に発生する回転軸の径方向の軸ズレにあることを見出した。本発明の目的は、上記回転軸の径方向の軸ズレを解消し、干渉強度データの精度向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明によるウィッシュボーン型干渉計では、回転走査機構に対し、回転軸のラジアル方向（径方向）の軸ズレを解消するための「軸ズレ補正機構」を設けている。上記の軸ズレ補正機構は、ラジアル補正ユニットと、ラジアル変位検出部と、ラジアル変位補正制御部との三者から成る同一形態の２式で構成されている。
【００１２】
上記のラジアル補正ユニットは、静電容量型のラジアル変位センサと、これに隣接するラジアル変位補正用の静電アクチュエータとを組み合わせた構造であり、これを連結部材により回転軸に取り付けている。
【００１３】
回転軸のラジアル方向（径方向）の軸ズレは、特定方位のみならず全方位で発生する可能性がある。このため、本発明では軸ズレを検知してそのズレ変位を補正するために、２ケ所にラジアル補正ユニットを設けている。
【００１４】
これに伴い、上記２個のラジアル変位センサをレイアウトするにあたっては、上記センサの固定電極（固定センサ電極）の取り付け角（固定電極と回転中心とを結ぶ２本の線分の成す角度）が大略９０度となるように配置した。また、これらのラジアル補正ユニットの回転中心からの回転半径は任意であり、ウィッシュボーン型干渉計の全体構造との兼ね合いで、その回転半径を決定すればよい。
【００１５】
また、ラジアル変位センサに隣接して配置されるラジアル変位補正用の静電アクチュエータには、「ラジアル外向き静電アクチュエータ」および「ラジアル内向き静電アクチュエータ」と呼称する２種類の静電アクチュエータを組み合わせた形式のアクチュエータを用いている。「ラジアル外向き静電アクチュエータ」では、回転中心から外側に向うラジアル方向の駆動力が発生し、また、「ラジアル内向き静電アクチュエータ」では、回転中心に向うラジアル方向の駆動力が発生する。
【００１６】
さらに、上記ラジアル変位センサを含む２個のラジアル補正ユニットの回転軌道面に関しては、本願のウィッシュボーン型干渉計における２個の移動ミラーの回転軌道面と同じか、又はこれと隣接・平行する軌道面となるようにする。なお、本願で言う「回転軌道」とは、回転軌道円の全周に亘る場合と、実際には、その一部分の「円弧状の軌道」を指す場合があるが、いずれを指すかは自明であるので、「円弧状軌道」の場合であっても、便宜上、「回転軌道」なる用語を用いている。
【００１７】
前記のラジアル変位検出部は、上記のラジアル変位センサからのセンサ信号により回転中心の軸ズレを検出し、その検出信号を前記のラジアル変位補正制御部に伝達する。ラジアル変位補正制御部は、上記の検出信号に基づいて上記ラジアル補正ユニット内の補正用静電アクチュエータを介して、回転中心のラジアル方向の軸ズレ変位を解消するように回転軸を正規位置に補正・制御する。
【００１８】
さらには、本発明は、回転軸ズレを最も感度良く検出するためのラジアル補正ユニットの配置方式を提供する。まず、ラジアル補正ユニットの回転軌道面に、回転中心を原点とする直交Ｘ−Ｙ座標軸を仮想設定する。このときのＸ軸及びＹ軸の方向については、ウィッシュボーン型干渉計における光路−−−すなわち、ビームスプリッターから各移動ミラーに向かう光路に平行及び直交するようにＸ−Ｙ直交座標軸の方向を設定する。
また、Ｘ−Ｙ直交座標の四つの象限に対応する座標軸を、Ｘ軸、−Ｘ軸、Ｙ軸、−Ｙ軸と定め、原点を中心にして時計回り又は反時計回りの方向をたどったときに相隣りあう２本の上記座標軸上に、各ラジアル変位センサの固定センサ電極を配置すればよい。
【００１９】
また、本発明によるウィッシュボーン型干渉計は、「フーリエ変換型分光器」における「光学干渉計」の部分に応用することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ウィッシュボーン型干渉計における回転走査時の軸ズレを解消できるので、干渉強度データの精度が向上する。また、本発明による「軸ズレ補正機構」を備えたウィッシュボーン型干渉計を「フーリエ変換型分光器」に応用すれば、分光器の分解能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の基本実施形態を示す模式説明図である。
【図２】本発明のラジアル補正ユニットの一例を示す図面であり、図２（Ａ）は模式斜視図、図２（Ｂ）は模式平面断面図、図２（Ｃ）は比較例を示す模式平面図である。
【図３】図３（Ａ）は軸ズレ変位の説明図、図３（Ｂ）は軸ズレ変位量の解析説明図、図３（Ｃ）はラジアル変位センサの相対感度を示すグラフである。
【図４】本発明によるラジアル変位センサの好適配置を示す模式平面図である。
【図５】本発明の実施形態を示す模式説明図である。
【図６】本発明の実施例を示す模式説明図である。
【図７】本発明をフーリエ変換型分光器に応用した実施例を示す模式説明図である。
【図８】従来のウィッシュボーン型干渉計の一例を示す模式説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
まず、本発明の基本実施形態について説明する。図１は本発明のウィッシュボーン型干渉計１００の基本実施形態を示す模式説明図である。従来構成と同様の干渉光学系１１０は、光源１０９、ビームスプリッター１０１、移動ミラー１０２、１０３、アーム１０４、回転軸１０５などで構成されているが、本図では回転走査用の静電アクチュエータなどを含む回転走査機構の図示を省略している。また、干渉光学系１１０の動作については、前出の図８を用いた背景技術の説明と同じであるので、ここでの説明を省略する。
【００２３】
本発明による軸ズレ補正機構１５０は、ラジアル補正ユニット−１、−２（１６０、１７０）と、ラジアル変位検出部１８１、１８６と、ラジアル変位補正制御部１８２，１８７との三者から成る同一形式の２式で構成されており、各ラジアル補正ユニット（１６０、１７０）は連結アーム１３０により回転軸１０５に連結されている。
【００２４】
次に、上記のラジアル補正ユニット−１（１６０）の詳細構造を図２（Ａ）、（Ｂ）により説明する。同図（Ａ）はラジアル補正ユニットの模式構造を示す斜視図、同図（Ｂ）は模式平面断面図である。ラジアル変位センサ１６１は静電容量型の変位センサであり、ラジアル変位補正用の静電アクチュエータ１６５に隣接して配置されている。ラジアル方向の軸ズレを検知するための静電容量型のラジアル変位センサ１６１は、固定センサ電極１６２と、これに対向して間隙ｄを隔てた移動センサ電極１６３とで構成されている。また、ラジアル方向の軸ズレ変位を補正するための静電アクチュエータ１６５は、ラジアル外向き静電アクチュエータ１６６及びラジアル内向き静電アクチュエータ１６８とで構成されている。
【００２５】
ラジアル外向き静電アクチュエータ及びラジアル内向き静電アクチュエータは、両者に共通の補正用移動電極１６４に対向して、適宜距離を隔てて補正用移動電極１６４の両側に外向き駆動固定電極１６７と内向き駆動固定電極１６９とが配置されている。また、図示のように、補正用移動電極１６４と移動センサ電極１６３とは一体化しており、連結部材（連結アーム１３０）を介して回転軸（図示せず）に取り付けられている。
【００２６】
図１に示すラジアル変位検出部１８１、１８６は、ラジアル変位センサ１６１、１７１からのセンサ信号により回転中心の軸ズレを検出し、その検出信号をラジアル変位補正制御部１８２、１８７に伝達する。上記の検出信号により、ラジアル変位補正制御部は、軸ズレ補正用静電アクチュエータ１６５、１７５を介して、回転中心のラジアル方向の軸ズレ変位を解消するように当該アクチュエータを駆動制御する。すなわち、ラジアル変位補正制御部は、入力される検出信号に基づいて、当該アクチュエータの内のラジアル外向き静電アクチュエータ、又はラジアル内向き静電アクチュエータのいずれを作動させるかを判定したのち、当該アクチュエータを駆動することにより回転軸を正規位置に補正・制御している。
【００２７】
図２（Ａ）、（Ｂ）に示した例では、ラジアル変位センサ１６１と補正用の静電アクチュエータ１６５の隣接配置は、回転中心を基準にして時計回りに見たとき「アクチュエータ→センサ」の順になっているが、これに限定されず、前記の逆でもよい。また、図１に示したラジアル補正ユニット−１、−２の間においても、ラジアル変位センサと補正用の静電アクチュエータとの隣接配置関係は、必ずしも同一である必要はない。
【００２８】
図１に示すように、上記の２式のラジアル補正ユニット−１、−２（１６０、１７０）をレイアウトするにあたっては、２個のラジアル変位センサの固定センサ電極（１６２、１７２）が回転中心を見込む取り付け角、すなわち、各固定センサ電極１６２、１７２と回転中心１０６とを結ぶ直線（レイアウト線Ｌ１、Ｌ２）のなす角度（取り付け角）が、大略９０度となるように配置する。
【００２９】
また、ラジアル補正ユニットの回転中心からの回転軌道半径は任意であり、既存のウィッシュボーン型干渉計の構造との兼ね合いで決定すればよい。本例では、ラジアル補正ユニットの回転軌道１２０の半径は、移動ミラーの回転軌道１１５の半径よりも小さくなっているが、これに限定されるものではない。
【００３０】
さらには、上記の２個のラジアル変位センサを含むラジアル補正ユニットの回転軌道面に関しては、前記の２個の移動ミラーの回転軌道面に隣接してこれと平行な軌道面であればよく、必ずしも、移動ミラーの回転軌道面に一致させる必要はなく、干渉光学系を主体とする全体構造との兼ね合いで決定すればよい。
【００３１】
（比較例）
上述のように、本発明では軸ズレ補正用の静電アクチュエータとして、「ラジアル外向き静電アクチュエータ」および「ラジアル内向き静電アクチュエータ」の２種類の静電アクチュエータを組み合わせた形式のアクチュエータを用いている。以下では、ラジアル外向き静電アクチュエータ、又はラジアル内向き静電アクチュエータのどちらか一種類のアクチュエータで補正用の静電アクチュエータを構成した場合を比較例として検討する。
【００３２】
図２（Ｃ）には、回転軌道１２０上に配置されたラジアル補正ユニット−３及び４（１６０−Ｃ、１７０−Ｃ）における補正用静電アクチュエータを、ラジアル外向き静電アクチュエータ（１６５−Ｃ、１７５−Ｃ）の一種類のみを用いて構成した比較例を示す。ここでは、２本のレイアウト線（Ｌ１、Ｌ２）の間の範囲（ハッチングで図示した角度範囲）の方向に軸ズレΔＲが発生した場合を検討する。
【００３３】
ラジアル変位センサ１６１，１７１は、回転中心からラジアル方向外側に向かう軸ズレΔＲを検知し、図１に示したと同様にラジアル変位検出部はラジアル変位センサからの検出信号をラジアル変位補正制御部に伝達する。このとき、ラジアル変位補正制御部は、上記の検出信号に基づいて「ラジアル方向内向きの補正動作」を実行しようとする。しかし、本比較例では、装備されている補正用の静電アクチュエータの機能は「外向き動作」のみであるので、ラジアル方向の軸ズレ補正動作は不可能である。
【００３４】
すなわち、図示のハッチングエリア内に向かう軸ズレに対しては、「ラジアル外向き静電アクチュエータ」一種類のみではラジアル方向のズレ補正動作が不可能であり、「ラジアル内向き静電アクチュエータ」も同時に装備する必要があることが判る。
【００３５】
同様に、図示のハッチングエリアが回転中心１０６を対称点とする１８０度の“回転対称”の位置関係にあるときには、このエリアに向かう軸ズレに対して、「ラジアル内向き静電アクチュエータ」一種類のみでは回転軸ズレ補正動作が不可能なことが判る。ラジアル方向への駆動力が２方向に発生するように２種類の静電アクチュエータを組み合わせて軸ズレ補正用の静電アクチュエータを構成することにより、「軸ズレ補正が不可能である“軸ズレ方位の特定範囲”」の存在を解消することができる。
【００３６】
次に、本発明によるラジアル変位センサの好適な配置方式を、図３、図４を用いて説明する。図３は、回転軸の軸ズレを解析した模式図である。図３（Ａ）は軸ズレ変位の説明図、図３（Ｂ）は軸ズレ変位量の解析説明図、図３（Ｃ）はラジアル変位センサの相対感度を示すグラフである。
【００３７】
図３（Ａ）におけるＸ−Ｙ座標系を、前出の図１における干渉光学系の光路−１（１１１）と平行になるようにＸ軸を、また、光路−２（１１２）と平行になるようにＹ軸を、さらに、回転中心１０６が座標原点になるように仮想設定している。今ここでは、回転軸１０５における回転中心１０６の軸ズレ量ΔＲの大きさと方向とを矢印のように仮定し、また、Ｘ軸から反時計方向に角度βだけ回った位置にラジアル変位センサの固定センサ電極１６２が配置されていると仮定する。
【００３８】
このときにラジアル変位センサが検知できる変位量を、図３（Ｂ）により検討する。以下では、固定センサ電極１６２をもつラジアル変位センサ（図１、図２に示す１６１）がＸ方向成分として検知できる軸ズレ量ΔＸを求める。
【００３９】
軸ズレ量ΔＲのＸ軸方向成分を図示のようにΔＸとすれば、このΔＸは図１に示した光路−１（１１１）方向の光路差の誤差要因となる。しかしながら、ラジアル変位センサはＸ軸から角度βだけ傾いたレイアウト線Ｌ１上にあるので、ラジアル変位センサが実際に検知できるズレ変位量ΔＸｂは、図示のようにΔＸをレイアウト線Ｌ１上に投影した値、すなわちΔＸにcosβを乗じた値になる。なお、レイアウト線Ｌ１から反時計方向に９０度回ったレイアウト線Ｌ２上に配置されたラジアル変位センサ（図示せず）が実際に検知できるＹ軸方向成分ΔＹｂについても、Ｘ軸方向と全く同様の考え方により、ΔＹ・cosβとして求めることができる。
【００４０】
なお、図１に示す干渉光学系の光路差が影響を受ける誤差分をδとすると、上記の軸ズレ（ΔＸ、ΔＹ）が発生した場合には、誤差分δは、δ＝２（ΔＸ−ΔＹ）となる。ここで、ΔＸとΔＹに付した正負符号は、反射ミラー（移動ミラー）に向かう光の進行方向を正符号とし、逆方向のときには負符号を付している。
【００４１】
さらに、上記の軸ズレは光路差に上記のような誤差を発生させるだけでなく、移動ミラーの位置計測にも悪影響を及ぼす。すなわち、上記の静電容量型変位センサと静電容量型変位計とで、正規の回転走査時における移動ミラーの位置を計測しているが、上記のような軸ズレが発生すると、静電容量型変位センサからのセンサ信号にも誤差が混入するので、移動ミラーの位置が正確に計測できなくなり、計測精度が低下する。
【００４２】
図３（Ｃ）は、ラジアル変位センサの固定センサ電極１６２のレイアウト線Ｌ１とＸ軸との成す角度βが、ラジアル変位センサの検知感度にどの程度の影響があるかをシミュレーションした結果のグラフである。グラフの縦軸は、ラジアル変位センサの最大感度（すなわち、センサがＸ軸上にあるときの感度）で正規化した相対感度（ΔＸｂ／ΔＸ）を示している。図示のように、ラジアル変位センサの設置位置がＸ軸上から離れてレイアウトされるほど感度は低下することが判る。また、感度の低下率はcosβになるので、βが大きくなるほど低下率も大きくなる。このとき、βが±１０°程度であれば感度の低下率は数％に過ぎないことが判る。
【００４３】
以上では、Ｘ軸方向の軸ズレの検知感度について述べたが、Ｙ軸方向についても全く同様の解析結果になる。すなわち、レイアウト線Ｌ２上に配置されたラジアル変位センサ（図示せず）のＹ軸方向のズレ変位の検知感度は、ラジアル変位センサをＹ軸上に配置したときに最大となる。
【００４４】
次に、以上の結果から見出された、回転軸ズレを最も感度良く検出するためのラジアル変位センサの配置方式を図４に示す。図面の左上の干渉光学系や回転走査機構については、図１と同様であるので、説明を省略する。また、図１と同じ定義で図中のＸ−Ｙ座標軸を設定している。図中のＰ１〜Ｐ４の４ケ所がラジアル変位センサの好適な配置ポイントであり、いずれもＸ軸又はＹ軸上にある。
【００４５】
実際には、２個のラジアル変位センサを用いてＸ及びＹ方向のズレ変位を検知しているので、上記各センサ（厳密には、ラジアル変位センサの固定センサ電極）を回転走査軌道１２０上のＰ１〜Ｐ４のポイントのいずれかの隣り合う２点に配置すればよい。Ｐ１／Ｐ２、Ｐ２／Ｐ３、Ｐ３／Ｐ４、Ｐ４／Ｐ１の４通りの組み合わせがある。いずれの組み合わせでレイアウトするかは、干渉光学系を主体とする全体構造との兼ね合いで決定すればよい。
【００４６】
なお、上記のＰ１〜Ｐ４のポイントがＸ軸又はＹ軸から角度にして数度外れていても、前出の図３（Ｃ）に示すようにセンサの検出感度低下は数％に過ぎず、これを許容できる場合が多い。同様にまた、２個のラジアル変位センサが回転中心を見込む角度（ラジアル変位センサの２個間の取り付け角度）についても、これを“大略”９０度としているのは上記の理由による。
【００４７】
本発明による軸ズレ補正機構の他の実施形態を図５に示す。図示の一式分の軸ズレ補正機構５５０は、ラジアル補正ユニット５６０とラジアル変位検出部５８１とラジアル変位補正制御部５８２との三者で構成されている。本実施形態の特徴は、ラジアル補正ユニット５６０における補正用静電アクチュエータ５６５を、レイアウト線Ｌ１の両側に櫛歯型静電アクチュエータを対称配置する構成としたことにある。
【００４８】
図示のように、ラジアル変位センサ５６１は固定センサ電極５６２と移動センサ電極５６３とで構成された静電容量型の変位センサである。この変位センサに隣接して櫛歯型外向き静電アクチュエータ５６６が配置されており、上記アクチュエータはラジアル方向外向きに駆動力が発生する２個の櫛歯型静電アクチュエータであって、上記の各アクチュエータをレイアウト線Ｌ１が線対称軸となるようにＬ１の両側に対称的に配置されている。このときの２個のアクチュエータは外向き駆動固定電極５６７、及び連結アーム５３０に接続されている補正用櫛歯型移動電極５６４とで構成されている。
【００４９】
さらに、上記の櫛歯型外向き静電アクチュエータ５６６に隣接して櫛歯型内向き静電アクチュエータ５６８が配置されている。この内向き静電アクチュエータの対称配置方式は、上記の外向き静電アクチュエータの場合と同様であり、内向き駆動固定電極５６９と補正用櫛歯型移動電極５６４とで構成されている。
【００５０】
ラジアル方向の軸ズレが発生した場合には、ラジアル変位検出部５８１は、ラジアル変位センサ５６１からのセンサ信号により回転中心の軸ズレを検出し、その検出信号をラジアル変位補正制御部５８２に伝達する。ラジアル変位補正制御部は、上記の検出信号に基づいて櫛歯型ラジアル外向き静電アクチュエータ５６６、又は櫛歯型ラジアル内向き静電アクチュエータ５６８のいずれを作動させるかを判定したのち、回転中心のラジアル方向の軸ズレ変位を解消するように当該アクチュエータを駆動して、回転軸を正規位置に補正・制御する。
【００５１】
本例のように、補正用の静電アクチュエータとして櫛歯型構造のアクチュエータを用いることにより、図１、２に示した単一電極型のアクチュエータに比べて大きな駆動力を得ることができる。また、本例ではラジアル外向き／内向き静電アクチュエータの各々がレイアウト線を基準として線対称になるように対向配置することにより、各アクチュエータが動作するときに発生する回転軌道方向の駆動力をキャンセルしている。
【００５２】
もしも、ラジアル外向きアクチュエータ及びラジアル内向きアクチュエータが対称配置をとらず、各々片側に１個ずつしか配置されていない場合には、各アクチュエータの動作時には補正用櫛歯型移動電極５６４には、外向き、又は内向き駆動固定電極（５６７又は５６９）との間の吸引力により回転軌道方向にも駆動力が発生してしまう問題が生じる。
【００５３】
本発明では上述のように、ラジアル外向き／内向き静電アクチュエータの各々を、レイアウト線を基準にして対向する線対称配置とすることにより、各アクチュエータが動作するときに発生する回転軌道方向の発生駆動力をキャンセルし、上記の問題を解決している。
【実施例１】
【００５４】
図６に本発明の一実施例を示す。この図面は、干渉光学系部分、回転走査機構、及び２式の軸ズレ補正機構とで構成した本発明のウィッシュボーン型干渉計の模式説明図である。ビームスプリッター６０１、２個の移動ミラー６０２、６０３でウィッシュボーン型干渉光学系を構成している。ここでは２個の移動ミラーにコーナーキューブミラーを用いている。２個の移動ミラーはアーム６０４により回転軸６０５に連結されている。
【００５５】
また、回転軸は、一端をアンカー６０８で固定された４本のスプリング６０７に接続・固定されている。スプリング６０７は板バネであり、図面の描線が板バネの厚みのイメージ、図面の紙面表裏方向には板バネの幅が現れているとすれば、スプリング６０７は幅広い板バネであり、紙面表裏方向に大きな断面２次モーメントをもっている。このため、回転軸６０５、及び回転軸に連結されている部材（アーム６０４、６３０、移動ミラー６０２、６０３、ラジアル補正ユニット６６０、６７０など）は、この４本のスプリングにより“宙吊り”の状態で堅固に固定されている。
【００５６】
また、移動ミラーを回転走査するために、櫛歯型電極をもつ静電アクチュエータ６２１を移動ミラーの回転軸に連結しているアーム６０４に設けている。また、移動ミラー６０３の連結アーム６０４には、移動ミラーの変位を検出するために、櫛歯型電極をもつ静電容量型変位センサ６２６を設けている。
【００５７】
静電駆動電源６２０からの所定出力により、静電アクチュエータ６２１が作動して、回転中心６０６を中心として移動ミラー６０２、６０３が回転走査される。本例においては、例えば約２０度の範囲を回転走査され、これにより、光路差を可変させている。
【００５８】
光源６０９からの平行光をビームスプリッター６０１に導き、ビームスプリッターにより入射光は光路−１（６１１）と光路−２（６１２）の直交２方向の光に分離される。光路−１、光路−２の分離光は、移動ミラー６０２、６０３に導かれて反射し、その後再びビームスプリッター６０１で各光が合成され、干渉光として出射される。
【００５９】
ラジアル補正ユニット−１、−２（６６０、６７０）は、ラジアル変位センサ６６１、６７１と補正用静電アクチュエータ６６５、６７５とから構成されており、レイアウト線Ｌ１、Ｌ２を基準にして配置されている。上記の補正用静電アクチュエータ６６５、６７５は、前出の図５に示したものと同様であるので、ここでの詳細な説明を省略する。また、上記のラジアル補正ユニット（６６０、６７０）、ラジアル変位検出部（６８１、６８６）、ラジアル変位補正制御部（６８２、６８７）の連携動作は、既に図１及び図５を用いて説明したとおりであるので、ここでの説明を省略する。
【００６０】
本実施例ではラジアル変位センサ６６１、６７１の検知感度が最も高くなるように、これらをレイアウトとしている。また、回転軸を中心として回転移動する移動ミラー、各種センサ類、ラジアル補正ユニット、アームなどで構成される回転体の合成重心位置と回転中心との乖離が、極力小さくなるように工夫している。
【００６１】
すなわち、図６に示す模式図において、図４の場合と同じ定義によりＸ−Ｙ座標を仮想設定したときに、本実施例ではビームスプリッター６０１が配置されている第二象限の対角に位置する第四象限に属するＸ軸と−Ｙ軸上に、ラジアル変位センサの固定センサ電極（６６２、６７２）を各々配置している。
【００６２】
移動ミラー６０２と６０３との中間位置と回転中心６０６を通る直線を図示のＳとすれば、回転軸６０５に連結して回転移動に関わる部材の配置が直線Ｓに対して概ね線対称になり、回転移動に関わる部材の合成重心は直線Ｓに近い位置に存在することが判る。さらには、ラジアル補正ユニットのサイズや回転半径を調整することにより、回転移動に関わる上記部材の合成重心位置と回転中心との乖離をさらに低減することが可能となる。
【００６３】
以上のように、本実施例の軸ズレ補正機構は回転移動に関わる機構部材のレイアウト上の対称性の改善にも効果があり、回転体部材の質量不均衡が要因で生じる回転走査時の軸ズレの低減にも寄与できる。
【００６４】
また、本実施例では、本発明の軸ズレ補正機構の適用対象である干渉光学系はMEMS技術を主体とした製法で製作されており、超小型サイズになっている。同様に、本発明によるラジアル補正ユニット（６６０、６７０）もMEMS技術を用いて製作できるので、両者の製法上の整合性がよく、かつ、干渉計を小型化する上で好都合である。
【実施例２】
【００６５】
図７に、本発明の他の実施例を示す。この図面は、本発明によるウィッシュボーン型干渉計をフーリエ変換型分光器に応用した例を示す模式説明図である。図示のフーリエ変換型分光器７００では、前出の図６に示した軸ズレ補正機構を備えたウィッシュボーン型干渉計６００から得られる干渉光を試料セル７８０に導いている。ここでのウィッシュボーン型干渉計は、既に図６を用いて説明した実施例の通りであるので、説明を省略する。
【００６６】
分析対象物を収容した試料セル７８０を透過した干渉光は光検出器７８５で検出され、検出された光強度信号が演算・制御部７９０に伝送される。また、静電容量型変位計６２５からの移動ミラーの位置情報(図中記号：△囲み“ａ”)も演算・制御部に伝送される。
【００６７】
演算・制御部では、伝送されたデータ信号に基づき、所定のデータ処理とフーリエ変換がなされ、得られた結果（スペクトル波形データ、など）を出力部７９５に伝送し、出力部から分析結果が表示される。
【００６８】
本実施例のフーリエ変換型分光器では、回転走査機構の軸ズレに起因する干渉強度データの精度低下を解消したウィッシュボーン型干渉計を用いている。これにより、超小型のフーリエ変換型分光器という利点を損なうことなく、分解能を向上させることができる。
【００６９】
以上、本願の説明では、干渉光学系や軸ズレ補正機構を構成する光学部品・機構部品・部材が主としてMEMS技術を応用して製作されている例を引いたが、これらの製法に限定されるものではない。当然ながら、通常の機械工作により製作された光学部品・機構部品・部材を用いても本発明の実施は可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１００、６００・・・・・・・・・・・・ウィッシュボーン型干渉計
１０１、６０１、８０１・・・・・・・・ビームスプリッター
１０２、１０３、６０２、６０３、８０２、８０３・・・・・移動ミラー
１０５、６０５、８０５・・・・・・・・回転軸
１０６、６０６、８０６・・・・・・・・回転中心
１０９、６０９、８０９・・・・・・・・光源
１５０・・・・・・・・・・・・・・・・軸ズレ補正機構
１６０、６６０・・・・・・・・・・・・ラジアル補正ユニット−１
１６１、１７１、５６１、６６１、６７１・・・・・ラジアル変位センサ
１６５、１７５、５６５，６６５、６７５・・・・・補正用静電アクチュエータ
１６６・・・・・・・・・・・・・・・・ラジアル外向き静電アクチュエータ
１７０、６７０・・・・・・・・・・・・ラジアル補正ユニット−２
１８１、１８６、５８１、６８１、６８６・・・・・ラジアル変位検出部
１８２、１８７、５８２、６８２、６８７・・・・・ラジアル変位補正制御部
５６６・・・・・・・・・・・・・・・・櫛歯型ラジアル外向き静電アクチュエータ
５６８・・・・・・・・・・・・・・・・櫛歯型ラジアル内向き静電アクチュエータ
６０７、８０７・・・・・・・・・・・・スプリング
６２０、８２０・・・・・・・・・・・・静電駆動電源
６２１、８２１・・・・・・・・・・・・静電アクチュエータ
６２５、８２５・・・・・・・・・・・・静電容量型変位計
６２６、８２６・・・・・・・・・・・・静電容量型変位センサ
７００・・・・・・・・・・・・・・・・フーリエ変換型分光器
７８０・・・・・・・・・・・・・・・・試料セル
７８５・・・・・・・・・・・・・・・・光検出器
７９０・・・・・・・・・・・・・・・・演算・制御部
７９５・・・・・・・・・・・・・・・・出力部
【要約】
【課題】
ウィッシュボーン型干渉計において、移動ミラーの回転走査時に発生する回転軸の軸ズレに起因して、干渉強度信号のデータ精度が低下するという問題があった。
【解決手段】
本発明では、回転走査時の軸ズレを補正する「軸ズレ補正機構」を備えたウィッシュボーン型干渉計を提供する。
上記の軸ズレ補正機構は、ラジアル補正ユニットとラジアル変位検出部とラジアル変位補正制御部とで構成されている。
ラジアル補正ユニットは、ラジアル変位センサと軸ズレ補正用の静電アクチュエータとから成り、
ラジアル変位検出部は、上記ラジアル変位センサからのセンサ信号により回転中心の軸ズレを検出し、その検出信号を上記のラジアル変位補正制御部に伝達し、上記のラジアル変位補正制御部は、上記の検出信号に基づいて前記の静電アクチュエータを介して、回転中心のラジアル方向の軸ズレを解消するように回転軸の位置を補正・制御する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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