(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発した光を固定鏡と移動鏡とに向けて二分割し、該固定鏡及び移動鏡でそれぞれ反射した光を再び合成して干渉光を得る干渉分光光度計において、
前記固定鏡の姿勢を調整する姿勢調整機構は、
a)固定鏡を揺動自在に支持する支持手段と、
b)該支持手段の支持位置から離れた位置で前記固定鏡の一部に接し、外部からの印加電圧に応じて伸縮変形し、伸張変形時に該固定鏡が傾動するように押圧する微調整用の第１の圧電素子と、
c)第１の駆動源を含み、該駆動源の駆動力に応じて前記押圧方向と略同一の直線上で第１の圧電素子を前記固定鏡に向けて進出又は後退移動させることで該固定鏡を傾動させる粗調整用の第１の圧電素子移動手段と、
d)第１の圧電素子による押圧と反対方向に前記固定鏡を付勢する第１の付勢手段と、
e)第１の圧電素子の接触位置と異なる所定位置で前記固定鏡の一部に接し、外部からの印加電圧に応じて伸縮変形し、伸張変形時に該固定鏡が傾動するように押圧する微調整用の第２の圧電素子と、
f)第２の駆動源を含み、該駆動源の駆動力に応じて第２の圧電素子の前記押圧方向と略同一の直線上で該第２の圧電素子を前記固定鏡に向けて進出又は後退移動させることで該固定鏡を傾動させる粗調整用の第２の圧電素子移動手段と、
g)第２の圧電素子による押圧と反対方向に前記固定鏡を付勢する第２の付勢手段と、
を備えることを特徴とする干渉分光光度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フーリエ変換赤外分光光度計（以下「ＦＴＩＲ」と略す）等の干渉分光光度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＴＩＲに利用されるマイケルソン二光束干渉計では、光源から発した赤外光をビームスプリッタで固定鏡及び移動鏡の二方向に分割し、その固定鏡及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合成して一つの光路へと送る、という構成を有している。移動鏡を入射光軸方向に前後に移動させると、分割された二光束の光路長の差が変化するから、合成された光はその移動鏡の移動速度に応じて光の強度が変化する干渉光（インターフェログラム）となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＦＴＩＲにおいて高い性能を発揮するには、干渉計の干渉効率を最良に保つことが望ましい。そのためには、固定鏡及び移動鏡と、ビームスプリッタとの角度関係を一定に保つ必要がある。これを実現するため、測定中に干渉光の状態をモニタし、それに応じて固定鏡（又は移動鏡）の角度（姿勢）を微調整する姿勢調整機構が従来より利用されている。
【０００４】
例えば特許第２７９４６９６号公報には、固定鏡を弾性棒を介して首振り運動自在に固定台に取り付け、その固定台と固定鏡との間に２組の圧縮ばねと圧電素子とを設ける構成とした固定鏡姿勢調整機構が記載されている。この構成では、圧電素子に電圧を印加すると圧電素子は伸縮し、それに応じて固定鏡は弾性棒の固着個所を支点として揺動する。これによって、適宜に固定鏡の角度を調整することができるようになっている。このような姿勢調整機構は、圧電素子の変形特性によって調整範囲が決まり、その調整範囲は狭いものの、測定中の熱膨張等に起因する光学素子の微妙な位置ずれを補正するには十分である。
【０００５】
ところで、ＦＴＩＲの中には、測定対象波長が赤外領域のみならず、近赤外領域まで拡張できるように考慮されたものがある。この場合、赤外領域と近赤外領域とで同一のビームスプリッタを用いることは困難であるため、それぞれに適合した特性を有するビームスプリッタに交換する必要がある。ビームスプリッタを交換した場合、干渉計における各光学素子の位置関係が変化するため、ビームスプリッタ自体又は固定鏡の角度を調整する必要が生じる。この際の角度調整は上記測定中の姿勢調整の調整量と比較すると格段に大きく、上述したような圧電素子を利用した姿勢調整機構では対応できない。そのため、手動の調整機構を設け、測定者がマニュアルで調整する必要がある。このようなマニュアル調整は手間が掛かるのみならず、或る程度調整に熟練していないと、十分な精度を得ることが難しい。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、干渉計における固定鏡の姿勢の微調整と粗調整とを共に自動で行うことができ、しかもその構成が複雑にならず低廉なコストで実現できるような干渉分光光度計を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明は、光源から発した光を固定鏡と移動鏡とに向けて二分割し、該固定鏡及び移動鏡でそれぞれ反射した光を再び合成して干渉光を得る干渉分光光度計において、
前記固定鏡の姿勢を調整する姿勢調整機構は、
a)固定鏡を揺動自在に支持する支持手段と、
b)該支持手段の支持位置から離れた位置で前記固定鏡の一部に接し、外部からの印加電圧に応じて伸縮変形し、伸張変形時に該固定鏡が傾動するように押圧する微調整用の第１の圧電素子と、
c)第１の駆動源を含み、該駆動源の駆動力に応じて前記押圧方向と略同一の直線上で第１の圧電素子を前記固定鏡に向けて進出又は後退移動させることで該固定鏡を傾動させる粗調整用の第１の圧電素子移動手段と、
d)第１の圧電素子による押圧と反対方向に前記固定鏡を付勢する第１の付勢手段と、
e)第１の圧電素子の接触位置と異なる所定位置で前記固定鏡の一部に接し、外部からの印加電圧に応じて伸縮変形し、伸張変形時に該固定鏡が傾動するように押圧する微調整用の第２の圧電素子と、
f)第２の駆動源を含み、該駆動源の駆動力に応じて第２の圧電素子の前記押圧方向と略同一の直線上で該第２の圧電素子を前記固定鏡に向けて進出又は後退移動させることで該固定鏡を傾動させる粗調整用の第２の圧電素子移動手段と、
g)第２の圧電素子による押圧と反対方向に前記固定鏡を付勢する第２の付勢手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る干渉分光光度計では、第１又は第２の圧電素子に所定の電圧を印加すると、圧電素子自体が伸張変形して支持手段の支持位置から離れた位置で固定鏡の所定個所を押圧し、それにより固定鏡は所定支点を中心に傾斜する。第１又は第２の圧電素子が収縮変形して押圧が解除されると、第１又は第２の付勢手段によって固定鏡は押され、固定鏡は所定支点を中心に上記傾斜と逆方向に傾斜する。このように第１及び第２の圧電素子の伸縮変形により、固定鏡の姿勢の微調整が達成される。この微調整を越える範囲での調整を必要とする場合には、第１又は第２の圧電素子移動手段の一方又は両方において駆動源の駆動力により第１及び第２の圧電素子の位置をそれぞれ機械的に移動させる。これにより、上記第１、第２の圧電素子の伸縮変形と同様に固定鏡は傾斜するが、それら圧電素子の伸縮変形よりも格段に大きな移動範囲を設定することができるので、固定鏡の姿勢の粗調整が達成される。
【０００９】
上記第１及び第２の圧電素子移動手段は、例えば、駆動源としてのモータと、このモータの回転動力を直線運動に変換する運動変換機構とを含み、上記第１及び第２の圧電素子を直線往復運動させる構成とすることができる。
【００１０】
【発明の効果】
本発明に係る干渉分光光度計によれば、圧電素子への印加電圧の制御によって固定鏡の姿勢の微調整を、また移動手段の制御により固定鏡の姿勢の粗調整を達成することができる。したがって、微調整、粗調整ともに自動的に、例えば光検出器からの信号のフィードバックによって行うことができるので、光学素子を交換した場合など、比較的大きな調整を必要とするときでも、測定者はマニュアルで調整する必要がなくなる。また、本発明に係る干渉分光光度計では、簡単な構成でもって上記のような調整が可能であるので、低廉なコストで実現が可能である。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明に係る干渉分光光度計の一実施例であるＦＴＩＲについて、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本実施例のＦＴＩＲの要部の光路構成図である。このＦＴＩＲでは、インターフェログラムを得るための主干渉計と、移動鏡の移動速度を制御したり、主干渉計の光検出器で得られる信号をサンプリングするタイミング信号を生成したりするためにレーザ光干渉縞信号を得るコントロール干渉計とを備えている。
【００１３】
主干渉計は、赤外光源１、集光鏡２、コリメータ鏡３、ビームスプリッタ４、固定鏡５、移動鏡６等から構成され、スペクトル測定を行うための干渉赤外光を発生させる。赤外光源１から出射された赤外光は、集光鏡２、コリメータ鏡３を介してビームスプリッタ４に照射され、ここで固定鏡５及び移動鏡６の二方向に分割される。固定鏡５及び移動鏡６でそれぞれ反射した光はいずれもビームスプリッタ４へ戻り、ビームスプリッタ４で合成されて放物面鏡１０へ向かう光路に送られる。このとき、移動鏡６は図１中の矢印Ｍの方向に往復動しているため、分割された二光束の光路長の差は周期的に変化し、ビームスプリッタ４から放物面鏡１０へ向かう光は時間的に振幅が変動する赤外干渉光となる。放物面鏡１０にて集光された光は試料１１に照射され、試料１１を透過（又は反射）した光は楕円面鏡１２により光検出器１３へ集光される。
【００１４】
一方、コントロール干渉計は、レーザ光源７、第１反射鏡８、第２反射鏡９、ビームスプリッタ４、固定鏡５、移動鏡６等から構成され、レーザ干渉縞信号を得るためのレーザ干渉光を発生させる。レーザ光源７から出射された光は第１反射鏡８を介してビームスプリッタ４に照射され、赤外光源１からの光と同様に干渉光となって放物面鏡１０の方向へ送られる。微小径の光束となって進行するレーザ干渉光は、赤外干渉光の光路中に挿入された第２反射鏡９により反射されて光検出器１４に導入される。実際には、このレーザ干渉光を更に分割して検出するための手段が設けられているが、図１ではその構成は省略している。
【００１５】
光検出器１４は干渉光束を受光する位置で円周方向に受光面が多分割された多分割光検出器であり、干渉条件抽出部１５は、光検出器１４の複数の出力信号に基づいて干渉光が投影される位置のずれに対応した信号を生成する。ＣＰＵ１６は所定のプログラムを内蔵し、干渉条件抽出信号に対して所定の演算を行い、固定鏡５の角度を調整するために必要な信号を増幅器１７や駆動回路１８へ出力する。また、ＣＰＵ１６には操作部１９が接続されており、測定者による粗調整の指示を受け付ける。
【００１６】
この干渉計では、固定鏡姿勢調整機構２０によって固定鏡５の姿勢、つまりビームスプリッタ４に対する角度が制御されるようになっている。図２は固定鏡姿勢調整機構の構造を示す図であり、（ａ）は正面外観図、（ｂ）は（ａ）中の軸線Ｃ２での切断略断面図である。また、図３はこの固定姿勢調整機構の動作を説明するための、図２（ｂ）と同一個所を記載した図である。
【００１７】
円盤状の固定鏡５はホルダ２１に固定され、ホルダ２１はゴム等の弾性体である首部２２１を有する支持棒２２の一端に固定されている。この支持棒２２の固着位置は固定鏡５の中心の軸線Ｃ３と一致しており、その軸線Ｃ３に沿って支持棒２２は固定台２３に埋設され、その他端はねじ２４で固定台２３に螺着されている。したがって、固定鏡５及びホルダ２１は支持棒２２の首部２２１を支点としてその周囲に首振り運動自在となっている。
【００１８】
固定台２３の垂直方向の軸線Ｃ２上の所定個所には、内周の一部に雌ねじ部を螺刻した螺入孔２５が、軸線Ｃ３に略並行な軸線Ｃ４に沿って貫通して形成されている。その螺入孔２５には、外周に雄ねじ部を螺刻した円柱体２６が進退自在に螺挿されている。この円柱体２６の先端面には積層型の圧電素子２７が固着されており、この圧電素子２７の先端はホルダ２１の裏面（固定鏡５の取付面と逆の面）に接触している。圧電素子２７及び円柱体２６の略中心を通る軸線Ｃ４上のホルダ２１の表面は、固定台２３にねじ３０で固定された板ばね２９により押圧されている。すなわち、ホルダ２１は圧電素子２７と板ばね２９とで挟み込まれた状態になっている。円柱体２６の他端面はギア２８の中心に固定されており、ギア２８はモータ３１により回転駆動される。
【００１９】
モータ３１を所定方向に回転駆動すると、図３（ａ）に示すようにギア２８はＭ２方向に回転し、これと一体に円柱体２６及び圧電素子２７が回転する。このとき、円柱体２６と螺入孔２５とのねじ部の螺合により、円柱体２６は徐々に螺入孔２５の内部へ押し入ってゆき（Ｍ３方向）、圧電素子２７の先端はホルダ２１の裏面を押す。ホルダ２１は板ばね２９の付勢力に抗して、支持棒２２の首部２２１を支点として上向きに角度θ１だけ傾く。
【００２０】
モータ３１を逆方向に回転駆動すると、図３（ｂ）に示すようにギア２８はＭ４方向に回転し、円柱体２６は螺入孔２５から徐々に出てゆき（Ｍ５方向）、圧電素子２７の先端はホルダ２１から離間する方向へと移動する。すると、ホルダ２１は板ばね２９により押され、支持棒２２の首部２２１を支点として下向きに角度θ２だけ傾く。このように、円柱体２６及び圧電素子２７の進退に応じて、つまりはモータ３１の回転に応じて、固定鏡５は垂直な軸線Ｃ２の方向に揺動する。
【００２１】
一方、図２（ａ）ではその大部分が隠れていて見えないが（板ばね３２、板ばね３２を固定台２３に固定するねじ３３、圧電素子３４、モータ３５のみを示す）、固定台２３の水平方向の軸線Ｃ１上の所定個所には、上記構成と同様の構成を有し、固定鏡５及びホルダ２１を軸線Ｃ１の方向に揺動させるための機構が設けられている。したがって、圧電素子３４の進退に応じて、つまりはモータ３５の回転に応じて、固定鏡５は水平な軸線Ｃ１の方向に揺動する。すなわち、固定鏡５は、二個のモータ３１、３５の回転に応じて互いに直交する二軸方向に揺動自在であって、ビームスプリッタ４に対して如何なる方向の角度調整も可能となっている。
【００２２】
他方、圧電素子２７、３４自体は、外部からの印加電圧によって例えば最大１５μｍ程度の変位を生じる。この変位量は、上述した圧電素子２７、３４の進退動作による移動量と比べると遙かに小さい（本例では１０分の１以下）が、より微妙な変位量を得ることができる。また、変位の追従性も良好である。そこで、本実施例の干渉分光光度計では、圧電素子２７、３４への印加電圧の制御により微妙な姿勢調整を行うとともに、この印加電圧の制御のみでは調整できないような大きな移動量を要する姿勢調整は、モータ３１、３５の回転の制御により達成する。
【００２３】
通常、粗調整を必要とするのは、例えばビームスプリッタ４の交換のあと、といった特定の一時的なときのみである。そこで、この干渉分光光度計では、操作部１９に粗調整の指示ボタンを備えている。例えばビームスプリッタ４の交換等を行ったあとには、測定者はこの粗調整指示ボタンを操作する。ＣＰＵ１６はこの操作を受けて、レーザ光源７を点灯させる。そして、上記コントロール干渉計を通過したレーザ光を光検出器１４で検出し、現在の干渉状態に対応した干渉条件抽出信号を干渉条件抽出部１５から得る。ＣＰＵ１６は、現在の干渉状態と最適な（目標とする）干渉状態とのずれを計算し、そのずれを補正するようにモータ３１、３５を駆動するべく駆動回路１８に信号を出力する。このようなフィードバック制御により、干渉状態が最適に近づくように固定鏡５の姿勢が粗調整される。
【００２４】
一方、測定中にはモータ３１、３５は駆動されず、ＣＰＵ１６は、現在の干渉状態と最適な干渉状態とのずれを計算し、そのずれを補正するように圧電素子２７、３４への印加電圧を制御するべく増幅器１７に信号を出力する。この制御は測定中連続的に行われるから、常時、最適な干渉状態が維持されるように、固定鏡５の姿勢は微調整される。
【００２５】
このように、本実施例の干渉分光光度計では、必要に応じて、固定鏡５の姿勢の微調整又は粗調整を自動的に行わせることができる。
【００２６】
なお、上記実施例は本発明の一実施例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜に修正や変更を行えることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるＦＴＩＲの要部の構成図。
【図２】本実施例における固定鏡姿勢調整機構の構造図であり、（ａ）は正面外観図、（ｂ）は（ａ）中の軸線Ｃ２での切断略断面図。
【図３】本実施例における固定姿勢調整機構の動作説明図。
【符号の説明】
１…赤外光源
４…ビームスプリッタ
５…固定鏡
６…移動鏡
７…レーザ光源
１４…光検出器
１５…干渉条件抽出部
１６…ＣＰＵ
１７…駆動回路
１８…増幅器
２０…固定鏡姿勢調整機構
２１…ホルダ
２２…支持棒
２２１…首部
２３…固定台
２５…螺入孔
２６…円柱体
２７、３４…圧電素子
２８…ギア
２９…板ばね
３１、３５…モータ
【図１】
0003613171.tif 000002
【図２】
0003613171.tif 000003
【図３】
0003613171.tif 000004