(57)【要約】【課題】安価な構成で、インターフェログラムを得ることができるようにする。【解決手段】入射された光が、偏光板１２Ａ、透明部材である複屈折部品１４の内部に形成された、光軸方向の長さが異なる複数の複屈折領域１４Ａ、及び偏光板１２Ｂを介して、検出器アレイ１６の複数の受光素子によって受光され、検出器アレイ１６によって、インターフェログラムを表す情報として、複数の受光素子により出力される信号を出力する。演算器１８によって、検出器アレイ１６により出力された信号で表されるインターフェログラムをフーリエ変換する。【選択図】図１
2014106111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射された光を第１方向に偏光する第１偏光板と、
前記第１偏光板によって偏光された光を透過するように配置されると共に、前記光の入射方向に対応する光軸方向の長さが異なる複数の複屈折性を示す領域が、前記光軸方向から見て１次元または２次元に配列されるように内部に形成された透明部材と、
前記透明部材を透過した光が入射されるように配置されると共に、前記入射された光を第２方向に偏光する第２偏光板と、
前記第２偏光板によって偏光された光を受光し、かつ、前記複数の複屈折性を示す領域に対応して配列された複数の受光素子を備え、インターフェログラムを表す情報として、前記複数の受光素子により出力される信号を出力する光検出部と、
を含む分光装置。
【請求項２】
前記複数の複屈折性を示す領域は、前記光軸方向から見て２次元に配列されて前記透明部材の内部に形成された請求項１記載の分光装置。
【請求項３】
前記複屈折性を示す領域は、光学主軸の向きが、前記第１偏光板の透過軸に対して４５度の方向となるように形成された請求項１又は２記載の分光装置。
【請求項４】
前記複数の複屈折性を示す領域と光結合するように、前記光軸方向に延びる複数の導波路を、前記透明部材の内部の前記複屈折領域より入射側及び出射側の少なくとも一方に形成した請求項１〜請求項３の何れか１項記載の分光装置。
【請求項５】
前記透明部材は、内部に、前記光軸方向の長さが異なる複屈折性を示す領域が、前記光軸方向から見て１次元または２次元に複数配列されて形成されると共に、前記光軸方向の長さが異なる、前記複屈折性を示す領域と光学主軸の方向を９０度変えた複屈折性を示す領域が、前記光軸方向から見て１次元または２次元に複数配列されて形成された請求項１〜請求項４の何れか１項記載の分光装置。
【請求項６】
前記透明部材の内部に、前記光軸方向の長さが異なる複屈折性を示す領域が、前記光軸方向から見て１次元または２次元に複数配列されて形成されると共に、前記複数の複屈折性を示す領域と光結合するように、前記光軸方向の長さが異なる、前記複屈折性を示す領域と光学主軸の方向を９０度変えた複屈折性を示す領域が、前記光軸方向から見て１次元または２次元に複数配列されて形成された請求項１〜請求項４の何れか１項記載の分光装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れか１項記載の分光装置と、
前記光検出部により出力された信号で表されるインターフェログラムをフーリエ変換する演算部と、
を含む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、分光装置及びフーリエ変換分光分析装置に係り、特に、入射された光からインターフェログラムを得るための分光装置及びフーリエ変換分光分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、分割複屈折素子とレンズによって固体撮像素子上にインターフェログラムを得るフーリエ変換分光装置が知られている（特許文献１）。このフーリエ変換分光装置では、複屈折結晶板を用いて、インターフェログラムの中心（位相差０の位置）をずらし、インターフェログラムの中心をずらすことで測定分解能の向上を達成している。
【０００３】
また、入射光の直交する二成分間に位相差を与えるために液晶セルを使用し、印加する電圧の大きさで様々な位相差の状態を作り出す分光装置が知られている（特許文献２）。
【０００４】
また、フーリエ変換分光器は、回折格子を用いた分光器と比べて、光の利用効率が高いので信号対雑音比が高いことや、広い波長帯域の測定が可能である等の利点を有しており、分析装置等で実用化されている。一般的なフーリエ変換分光器ではマイケルソン干渉計を使って、２光路に分けた光の光路差を変えて干渉させた際に生じる「インターフェログラム」という光強度の波形をフーリエ変換することによって光の波長スペクトルを得ることができる。しかし、マイケルソン干渉計の組み立てには精密さが必要であり、機械的に可動する機構も必要であるため、大型で高価なものとなる。一方、機械的な可動部を持たない小型のフーリエ変換分光器として、複屈折性を持った複屈折プリズムを使用した方式が提案されている（非特許文献１）。この方式では、複屈折プリズムにより、入射する光の直交する直線偏光二成分間に様々な量の位相差を与え、検光子で干渉させて得られる光強度の波形をインターフェログラムとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２７６１３号公報
【特許文献２】特開２００５−３１００７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｇ．Ｂｏｅｒ,  ｅｔ．ａｌ．,“Ｃｏｍｐａｃｔ  ｓｔａｔｉｃ  ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ  ｗｉｔｈ  ａ  ｌａｒｇｅ  ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｖｉｅｗ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｌｉｑｕｉｄ−ｃｒｙｓｔａｌ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”,Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．,４１,１４００（２００２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載の技術では、レンズを使用しているため、光軸調整の精密さを必要とし、光検出器の所定の位置にインターフェログラムの中心を合わせることが難しい、という問題がある。また、固体撮像素子上の面におけるインターフェログラムのスケールと撮像素子のサイズや数を合わせるためには、各部品の仕様を厳密に合わせる必要があり、部品選択の自由度が低くなる、という問題がある。
【０００８】
また、上記特許文献２に記載の技術では、液晶を駆動するのに電力を必要とし、液晶セルへの配線等で組立が複雑になり高価になる、という問題がある。
【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、安価な構成で、インターフェログラムを得ることができる分光装置及びフーリエ変換分光分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために本発明に係る分光装置は、入射された光を第１方向に偏光する第１偏光板と、前記第１偏光板によって偏光された光を透過するように配置されると共に、前記光の入射方向に対応する光軸方向の長さが異なる複数の複屈折性を示す領域が、前記光軸方向から見て１次元または２次元に配列されるように内部に形成された透明部材と、前記透明部材を透過した光が入射されるように配置されると共に、前記入射された光を第２方向に偏光する第２偏光板と、前記第２偏光板によって偏光された光を受光し、かつ、前記複数の複屈折性を示す領域に対応して配列された複数の受光素子を備え、インターフェログラムを表す情報として、前記複数の受光素子により出力される信号を出力する光検出部と、を含んで構成されている。
【００１１】
本発明に係る分光装置によれば、入射された光が、第１偏光板、透明部材の内部に形成された、光軸方向の長さが異なる複数の複屈折性を示す領域、及び第２偏光板を介して、光検出部の複数の受光素子によって受光され、光検出部によって、インターフェログラムを表す情報として、複数の受光素子により出力される信号を出力する。
【００１２】
このように、光軸方向の長さが異なる複数の複屈折性を示す領域を内部に形成した透明部材を用いて、インターフェログラムを表す情報が得られるため、安価な構成で、インターフェログラムを得ることができる。
【００１３】
本発明に係る前記複数の複屈折性を示す領域は、前記光軸方向から見て２次元に配列されて前記透明部材の内部に形成されるようにすることができる。これによって、測定分解能と測定波長範囲を低下させずに、開口数を小さくすることができ、斜めに入射する光の影響を低減させることができる。
【００１４】
本発明に係る前記複屈折性を示す領域は、光学主軸の向きが、前記第１偏光板の透過軸に対して４５度の方向となるように形成されることができる。
【００１５】
本発明では、前記複数の複屈折性を示す領域と光結合するように、前記光軸方向に延びる複数の導波路を、前記透明部材の内部の前記複屈折領域より入射側及び出射側の少なくとも一方に形成するようにすることができる。これによって、斜めに入射する光の影響を低減して、光の利用効率を高めることができる。
【００１６】
本発明に係る前記透明部材は、内部に、前記光軸方向の長さが異なる複屈折性を示す領域が前記光軸方向から見て１次元または２次元に複数配列されて形成されると共に、前記光軸方向の長さが異なる、前記複屈折性を示す領域と光学主軸の方向が９０度異なる複屈折性を示す領域が、前記光軸方向から見て１次元または２次元に複数配列されて形成されるようにすることができる。
【００１７】
本発明に係る前記透明部材の内部に、前記光軸方向の長さが異なる複屈折性を示す領域が、前記光軸方向から見て１次元または２次元に複数配列されて形成されると共に、前記複数の複屈折性を示す領域と光結合するように、前記光軸方向の長さが異なる、前記複屈折性を示す領域と光学主軸の方向が９０度異なる複屈折性を示す領域が、前記光軸方向から見て１次元または２次元に複数配列されて形成されるようにすることができる。
【００１８】
本発明に係るフーリエ変換分光分析装置は、上記の分光装置と、前記光検出部により出力された信号で表されるインターフェログラムをフーリエ変換する演算部と、を含んで構成されている。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明の分光装置及びフーリエ変換分光分析装置によれば、光軸方向の長さが異なる複数の複屈折性を示す領域を内部に形成した透明部材を用いて、インターフェログラムを表す情報が得られるため、安価な構成で、インターフェログラムを得ることができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置の構成を示す斜視図である。
【図２】複屈折領域を説明するための断面図である。
【図３】規格化された検出光量と位相差との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置の複屈折部品の構成を示す斜視図である。
【図５】リターダンスと検出光量との関係を示すグラフである。
【図６】（Ａ）レーザ光照射時の透明材料を示す図、及び（Ｂ）レーザ光照射後の透明材料を示す図である。
【図７】（Ａ）レーザ光照射時の透明材料を示す図、及び（Ｂ）複屈折領域の光学主軸方向を示す図である。
【図８】（Ａ）レーザ光を光軸方向へ走査する様子を示す図、及び（Ｂ）レーザ光をＸＹ面方向へ走査する様子を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置の複屈折部品の構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置の複屈折部品の構成を示す斜視図である。
【図１１】複屈折領域と光学主軸の方向が９０度異なる複屈折領域とを示す断面図である。
【図１２】リターダンスと検出光量との関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置の複屈折部品の構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第５の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置の複屈折部品の構成を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第５の実施の形態の他の例に係るフーリエ変換分光分析装置の複屈折部品の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１に示すように、第１の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置１０は、２枚の偏光板１２Ａ、１２Ｂと、複屈折領域１４Ａを形成した部品（以下、［複屈折部品」と呼ぶ）１４と、検出器アレイ１６と、演算器１８とを備えている。図では説明のために各部品を光軸方向（ｚ方向）に離して描いているが、実際には近接させる。
【００２３】
偏光板１２Ａは、入射された光を所定の方向（第１の方向）に偏光する。偏光板１２Ｂは、複屈折部品１４を透過した光が入射されるように配置されると共に、入射された光を所定の方向（第２の方向）に偏光する。
【００２４】
偏光板１２Ａ、１２Ｂは市販の偏光フィルタを用いれば良く、測定したい入射光の波長スペクトル範囲に対して必要な偏光特性（消光比）が得られれば良い。上記図１では２枚の偏光板１２Ａ、１２Ｂの透過軸を平行にしているが、偏光板１２Ａ、１２Ｂの透過軸が直交であってもよい。
【００２５】
複屈折部品１４は、透明材料で形成されており、偏光板１２Ａによって偏光された光が透過するように配置される。複屈折部品１４の内部には、後述の作製方法を用いて、光の入射方向に対応する光軸方向の長さ（作用長）を変えてリターダンスの異なった複数の複屈折領域１４Ａが形成されており、当該複数の複屈折領域１４Ａが、光軸方向と交差する方向に配列されている。
【００２６】
複屈折部品１４の透明材料としては、石英ガラスなどの各種ガラスのほかに透明アクリルなども使用できる。
【００２７】
検出器アレイ１６は、偏光板１２Ｂによって偏光された光を受光し、かつ、複数の複屈折領域１４Ａに対応して配列された複数の受光素子を備えている。検出器アレイ１６としては、固体撮像素子を用いるのが良く、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子が使用できる。なお、上記図１では、説明のために、複屈折領域１４Ａの数と受光素子のアレイの数を５個で示しているが、後述するように実際には必要な測定分解能や測定したい波長範囲に合わせて増やす必要がある。複屈折領域の断面の大きさは、各受光素子の大きさに合わせて作製すれば良く、後述する図８（Ｂ）で示すようにスポット位置を走査すれば大きな領域を作ることも可能であるが、後述する図８（Ａ）に示すように光軸方向の走査のみで一つの領域を作製することが簡便であり好ましい。この際、レーザ光のスポット径を調節することで、複屈折領域１４Ａの直径を１μｍから１０μｍ程度の範囲で制御可能である。従って、各受光素子の大きさはこの程度のものを選べば良く、この大きさは市販されている固体撮像素子において一般的なものである。なお、複屈折領域１４Ａは必ずしも図のように分離している必要はなく、レーザ光を走査して領域を形成する際に隣の領域と繋がってしまっても構わない。入射光が複屈折部品１４を通過した際に、通過した位置に対してそれぞれ必要な量のリターダンスを得られれば良い。
【００２８】
図２の断面図に示すように、複屈折領域１４Ａの光学主軸（進相軸Ｆと遅相軸Ｓ）の向きは入射側偏光板の透過軸（ｙ方向）に対して４５度の方向にすると良い。これによって複屈折領域１４Ａの進相軸方向と遅相軸方向の二成分が等しい光量となる。なお、図中で光軸主軸方向を明示していない他の複屈折領域１４Ａも同じとする。ここで、複屈折領域１４Ａを通過した光の上記二成分間に位相差Δθが生じると、受光素子で検出される規格化された光量Ｉとの関係は、次の（１）式で表される。
【００２９】
Ｉ＝ｃｏｓ２（Δθ／２）＝（１＋ｃｏｓΔθ）／２    ・・・（１）
【００３０】
なお、リターダンスＲと位相差Δθの関係はΔθ＝２π・Ｒ／λであり、λは波長である。つまり、ある量のリターダンス（ここでは、複屈折領域を通過した光の進相軸と遅相軸方向の二成分間に生じる光路差とする）が生じる複屈折領域を光が通過すると、波長が短いほど大きな位相差が生じる。仮に、測定したい波長域の中のある単一波長（ここでは基準波長と呼ぶ）の光が図２のそれぞれの複屈折領域１４Ａを通過して、それぞれに生じる位相差Δθが図２中に示すように０〜２πであるとすると、それぞれの受光素子で検出される光量Ｉは、上記（１）式に従い、図３の実線で示した曲線上における丸印で示した値に相当する。一方、仮に基準波長の２／３倍の波長の光が上記複屈折領域１４Ａを通過した場合、分散の影響を一旦無視すると、位相差Δθの値は、３／２倍となるので、上記図３中の点線で示した曲線上における四角印で示した値に相当する。従って、複屈折部品１４の各複屈折領域１４Ａを通過した光の波長に応じて、各受光素子で検出される光量Ｉの分布が、周波数の異なる正弦波（又は余弦波）上の点となり、これらの値を演算器１８で離散フーリエ変換することで、入射された光の元の波長を求めることができる。複数の波長が含まれていた光が通過した場合はそれぞれの光量Ｉの分布が重畳した状態（インターフェログラム）になるので、演算器１８によりフーリエ変換をすると波長スペクトルを求めることができる。フーリエ変換処理を行う演算器１８は検出器アレイ１６と集積化されていることが好ましい。これは、ＣＭＯＳにおいて容易に実現できる。
【００３１】
ところで、上述したように、実際は複屈折領域１４Ａと受光素子のアレイの数を増やす必要がある。測定される波長の分解能Δλは次の（２）式で表される。
【００３２】
Δλ＝λ２／Ｒｍａｘ          …（２）
【００３３】
ここで、λは波長、Ｒｍａｘは複数の複屈折領域１４Ａにおけるリターダンスの最大値である。例えば、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍが測定可能な分光器を作製する場合、最大波長８００ｎｍにおいて市販の小型分光器と同様の分解能１４ｎｍを達成するためには、Ｒｍａｘは４５７１４ｎｍ必要である。後述するように、石英ガラスに作製した複屈折領域では光路長が１００μｍのとき３００ｎｍのリターダンスが得られているため、必要なＲｍａｘを得るためには、１５．２ｎｍの光路長を持った複屈折領域を作製すれば良く、これが最も長い複屈折領域となる。また、最も短い波長４００ｎｍのインターフェログラム（上記（１）式で表される正弦波波形）の周波数に対して、２倍以上の周波数で光量を検出（サンプリング）する必要がある。従って、隣り合う複屈折領域１４Ａ間のリターダンスの差は２００ｎｍとなり、Ｒｍａｘの値を２００ｎｍで割ると、約２３０となる。つまり、リターダンスが０ｎｍから４５７１４ｎｍまで、２００ｎｍ間隔で変化する複屈折領域を約２３０個作製すれば良いことになる。ところで、離散フーリエ変換では、サンプリングされたデータの数が２のＮ乗であれば高速な処理が可能となるため、今回の場合はＮを８として、複屈折領域を２５６個作製することが好ましい。複屈折領域の光路長Ｌで言い換えれば、図４に示すように、光路長の間隔を約６０μｍとして、０ｍｍから１５．２ｎｍまでの光路長を持った複屈折領域を作製すれば良い。これらは十分に作製可能な条件である。なお、石英ガラスであっても品種によっては、レーザを照射した際の屈折率変化が大きなものも存在し、そのような材料であれば複屈折領域の光路長をさらに短くすることができる。
【００３４】
ところで、上述したように、屈折率には分散の影響があり、さらに、検出器の感度には波長依存性の影響があるが、これらの影響はフーリエ変換を行った結果を補正すれば取り除くことができる。
【００３５】
また、ある波長分布を持った光が各部品を通過した際に得られるインターフェログラムの模式図を図５に示す。インターフェログラムはリターダンスが０の位置を中心に正と負の方向で対称になる。上記の検出器アレイ１６で検出される光量を模式的に表すと、上記図５中の丸印のようになり、リターダンスが正又は負のどちらか一方で光量を検出していることになる。
【００３６】
ここで、複屈折部品１４の作製方法について説明する。
【００３７】
自動車分野においては、例えば燃料やオイルの性状把握や、ディスプレイの発色モニタなどで、分光器の利用が可能であれば好ましいが、これまでのものは自動車に搭載できるほどの高安定性、小型化、低コスト化は難しかった。本実施の形態では、複屈折性をもった光学部品をレーザ加工によって作製することで、従来技術の問題点を解決する。
【００３８】
レーザ加工の中でも、特に超短パルスレーザを用いた加工技術は、透明材料の内部に加工ができるといった特徴を持ち、例えばガラスの内部に光導波路のような構造を書き込むことができる。これは、パルスが高いピークパワーを持っているため、このパルスをレンズでガラスの内部に集光すると（図６（Ａ）参照）、集光点付近での光強度が極めて高くなって非線形吸収が生じ、材料内部にパルスのエネルギーが蓄積して加工がなされるためである（図６（Ｂ）参照）。このとき、加工部の状態は、パルスの照射条件によって異なり、例えばフルーエンス（集光面における単位面積当たりのエネルギー）を変えることで、等方的な屈折率変化を示す領域や複屈折性を示す領域を生じさせることができる。
【００３９】
参考文献（Ｍ．Ｂｅｒｅｓｎａ,ｅｔ．ａｌ．,“Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｂｙ  ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ  ｌａｓｅｒ  ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ  ｏｆ  ｇｌａｓｓ”,Ｏｐｔ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ,１,７８３（２０１０））では、波長１０３０ｎｍ、パルス幅２７０ｆｓのパルスを、石英ガラスに適切なフルーエンスで照射することで、複屈折性を示す領域を作製し、３００ｎｍ以上のリターダンスを得ることが知られている。リターダンスＲは複屈折Δｎ（進相軸方向と遅相軸方向成分の屈折率差）と光路長Ｌ（複屈折領域の光軸方向長さ）に対して、Ｒ＝Δｎ・Ｌで表され、石英ガラスではΔｎの絶対値が３×１０−３程度であるので、Ｌは約１００μｍである。この複屈折性はパルスの照射によって生じるナノグレーティングの作用であり、ナノグレーティングの生じる方向は照射するパルスの光軸と電界の振動方向に垂直な方向になる。従って、照射するパルスを直線偏光にして、その偏光方向を１／２波長板などで回転させて、ナノグレーティングの方向を変え、複屈折領域の光学主軸（進相軸と遅相軸）方向を制御する。結果として、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、透明材料中に任意の方向に光学主軸を持った複屈折領域を作製することができる。さらに、図８（Ａ）に示すように、透明材料を光軸方向（ｚ方向）に動かしてパルスの照射位置を変え、光路長が長い複屈折領域１４Ａを作製してリターダンスの量を増やし、また、図８（Ｂ）に示すように、ＸＹ面内方向に透明材料を動かして、光軸方向と交差する方向に配列させるように複屈折領域１４Ａを分布させる。また、パルスのエネルギーを調節することでリターダンスの量を調節することもできる。つまり、必要なリターダンスの複屈折領域を必要な大きさやピッチで作製できることが大きな特徴であり、リターダンスが０の位置を精度良く決定できることも大きな利点である。なお、超短パルスレーザとは、一般的にパルスの時間幅が数ピコ秒以下のものを指すことが多いが、例えば、ナノ秒のものでも集光点の光強度を十分に上げれば同様の加工が可能である。
【００４０】
次に、第１の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置１０の作用について説明する。
【００４１】
まず、測定対象の光が、偏光板１２Ａに入射すると、偏光板１２Ａにより偏光された光が、複屈折部品１４の各複屈折領域１４Ａを通過し、各複屈折領域１４Ａの光路長の長さ（リターダンスの量）に応じた位相差が与えられた光が、偏光板１２Ｂを介して、検出器アレイ１６の対応する各受光素子によって検出される。検出器アレイ１６から、各受光素子の出力信号が出力され、演算器１８によって、各受光素子の出力信号が表すインターフェログラムを求め、インターフェログラムの波形に対して、離散フーリエ変換を行うことにより、入射された光の波長スペクトルを求める。
【００４２】
以上説明したように、第１の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置によれば、光軸方向の長さが異なる複数の複屈折領域を１次元的に配列するように内部に形成した透明部材を用いて、インターフェログラムを表す情報が得られるため、安価な構成で、インターフェログラムを得ることができる。
【００４３】
また、透明部材に複屈折性を示す領域を配列した部品は超短パルスレーザ加工で作製可能で、１次元的に配列することができ、ガラス等の透明部材に複屈折性を示す領域を配列した部品を用いることで、小型で安価なフーリエ変換分光器を実現できる。一方、既存技術は、高価な複屈折プリズムを必要とする。
【００４４】
次に、第２の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置について説明する。なお、第１の実施の形態と同様となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００４５】
第２の実施の形態では、複屈折部品の内部に形成される複数の複屈折領域が、光軸方向から見て、２次元に配列されている点が、第１の実施の形態と主に異なっている。
【００４６】
図９に示すように、第２の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置１０の複屈折部品１４の内部に形成される複屈折領域１４Ａが、光軸方向から見て２次元に配列されている。これによって複屈折部品１４の開口数が減少するので斜めに入射する光の影響を低減することができる。
【００４７】
また、検出器アレイ１６の受光素子も、複屈折領域１４Ａの配列に対応して２次元に配列される。
【００４８】
演算器１８は、検出器アレイ１６の各受光素子の出力信号が表すインターフェログラムを求め、インターフェログラムの波形に対して、離散フーリエ変換を行うことにより、入射された光の波長スペクトルを求める。
【００４９】
なお、第２の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置１０の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００５０】
このように、透明部材に複屈折性を示す領域を配列した部品は超短パルスレーザ加工で作製可能で、２次元的に配列することができ、複屈折性を示す領域を２次元的に配列することで、分光器の開口数を小さくすることができるため、測定分解能と測定波長範囲を低下させずに、斜めに入射する光の影響を低減し、高精度な測定が可能である。
【００５１】
次に、第３の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置について説明する。なお、第１の実施の形態と同様となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００５２】
第３の実施の形態では、複屈折部品の内部に形成される複数の複屈折領域が、複屈折領域と、その複屈折領域と光学主軸の方向が９０度異なる複屈折両領域との双方を含んでいる点が、第１の実施の形態と主に異なっている。
【００５３】
図１０に示すように、第３の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置１０の複屈折部品１４の内部に形成される複数の複屈折領域１４Ａが、光軸方向から見て１次元に配列されると共に、その複屈折領域１４Ａと光学主軸の方向が９０度異なる複数の複屈折領域１４Ｂが、光軸方向から見て１次元に配列されている。
【００５４】
複屈折部品１４の内部の一方側に、それぞれ光軸方向の長さが異なる複数の複屈折領域１４Ａが配置され、複屈折部品１４の内部の他方側に、それぞれ光軸方向の長さが異なるその複屈折領域１４Ａと光学主軸の方向が９０度異なる複数の複屈折領域１４Ｂが配置されている。
【００５５】
複屈折領域１４Ａで生じるリターダンスを正とすると、図１１に示すように、光学主軸の方向を９０度変えた複屈折領域１４Ｂでは、リターダンスが負となる。
【００５６】
また、図１２に示す丸印の位置のリターダンスが得られるように、複屈折領域１４Ａの各々の光軸方向の長さが設定され、三角印の位置のリターダンスが得られるように、その複屈折領域１４Ａと光学主軸の方向を９０度変えた複屈折領域１４Ｂの各々の光軸方向の長さが設定される。
【００５７】
演算器１８は、リターダンスが負側で検出された光量の配列を、リターダンス０を中心に正側へ折り返し、上記図５に示すようなインターフェログラムを求めて、離散フーリエ変換を行い、入射された光の波長スペクトルを求める。
【００５８】
このように、正負それぞれのリターダンスを用いることにより、上記の第１の実施の形態では、複屈折領域の光路長を約６０μｍ間隔で作製する必要があったのに対し、複屈折領域の光路長を約１２０μｍ間隔で作製すれば良くなり、作製時の条件が緩和される。また、負側で検出された光量の配列はリターダンス０を中心に正側へ折り返せば元の結果と同じになり、測定分解能が悪化することもない。
【００５９】
なお、上記の第２の実施の形態と同様に、複数の複屈折領域およびその複屈折領域と光学主軸の方向を９０度変えた複数の複屈折領域を２次元的に配列するようにしてもよい。
【００６０】
また、複屈折領域の各々で、光軸方向の長さが異なっており、その複数屈折領域と光学主軸の方向を９０度変えた複屈折領域の各々で、光軸方向の長さが異なっていればよく、複屈折領域と、光学主軸の方向を９０度変えた複屈折領域とで、光軸方向の長さが同じであってもよい。
【００６１】
次に、第４の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置について説明する。なお、第１の実施の形態と同様となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００６２】
第４の実施の形態では、複屈折部品の内部において、各複屈折領域に対して、光導波路が形成されている点が、第１の実施の形態と主に異なっている。
【００６３】
複屈折領域は周辺の未加工の部位に対して屈折率が上昇しているので、光導波路としての役目を持つ。一方、上記のように、照射するレーザ光のフルーエンスを調節することで、等方的な屈折率変化を示す領域を作製することが可能であり、これは光導波路となる。そこで、本実施の形態では、図１３に示すように、複屈折領域１４Ａの光路長が複屈折部品１４の光軸方向の長さに満たない領域に、光導路として等方的な非複屈折領域１４Ｃを複数作製して、複数の複屈折部品１４と光結合させる。
【００６４】
なお、第４の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置１０の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６５】
このように、複屈折領域の各々に対して、光結合する光導波路構造を形成することにより、斜めに入射する光の影響を低減して、光の利用効率を高めることができる。
【００６６】
なお、第２の実施の形態と同様に、光結合した光導波路と複屈折領域とのペアを、２次元的に配列するようにしてもよい。これによって、斜めに入射する光の影響をより低減することができる。
また、光導波路を、複屈折領域の入射側に形成した場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、複屈折領域の光路帳が複屈折部品の光軸方向の長さに満たない領域に光導波路を形成すれば、入射側でも出射側でもどちらでもよい。
【００６７】
次に、第５の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置について説明する。なお、第１の実施の形態と同様となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００６８】
第５の実施の形態では、複屈折部品の内部において、光結合された複屈折領域及びその複屈折領域と光学主軸の方向を９０度変えた複屈折領域の組み合わせが配列されるように形成されている点が、第１の実施の形態と主に異なっている。
【００６９】
図１４に示すように、第５の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置１０の複屈折部品１４の内部に、光軸方向に並んだ複屈折領域１４Ａ及びその複屈折領域１４Ａと光軸主軸の方向を９０度変えた複屈折領域１４Ｂが光結合するように複数ペア形成されており、光結合した複屈折領域１４Ａ及び複屈折領域１４Ｂの複数ペアが、光軸方向から見て１次元に配列されている。
【００７０】
複屈折領域１４Ａの長さがそれぞれ異なっており、その複屈折領域１４Ａと光学主軸の方向を９０度変えた複屈折領域１４Ｂの長さがそれぞれ異なっている。
【００７１】
光結合されている複屈折領域１４Ａ及びその複屈折領域１４Ａと光学主軸の方向を９０度変えた複屈折領域１４Ｂの光路長が同じペアについては、リターダンスがキャンセルされて０となる。複屈折領域１４Ａが長くなって、その複屈折領域１４Ａと光学主軸の方向を９０度変えた複屈折領域１４Ｂが短くなるペアであるほど、リターダンスが大きくなる。
【００７２】
なお、第５の実施の形態に係るフーリエ変換分光分析装置１０の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００７３】
また、図１５に示すように、第２の実施の形態と同様に、光結合した複屈折領域１４Ａとその複屈折領域１４Ａと光軸主軸の方向を９０度変えた複屈折領域１４Ｂとのペアを、２次元的に配列するようにしてもよい。これによって、斜めに入射する光の影響を低減することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１０   フーリエ変換分光分析装置
１２Ａ、１２Ｂ偏光板
１４   複屈折部品
１４Ａ、１４Ｂ複屈折領域
１４Ｃ 非複屈折領域
１６   検出器アレイ
１８   演算器
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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