(57)【要約】  分子振動スペクトルの取得速度を向上できるフーリエ変換型分光装置を提供する。本発明のフーリエ変換型分光装置（１）は、回転軸（２６ａ）の回転によりスキャニングミラー（２６ｂ）を回転させて走査光の光路長を変化させ、スキャニングミラー（２６ｂ）の初期位置からの回転角度に応じて走査光を参照光に対して遅延又は先行させるので、従来のフーリエ変換型分光装置のように、可動鏡を機械的に移動させる場合と比較してより高速にスキャニングミラー（２６ｂ）を移動させることができ、分子振動スペクトルの取得速度を向上できる。
2017119389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から放出された光を参照光と走査光とに分波するビームスプリッタと、前記参照光を第１ミラーで反射させて前記ビームスプリッタに再入射させる第１アームと、前記走査光を第２ミラーで反射させて前記ビームスプリッタに再入射させる第２アームとを有し、前記ビームスプリッタに再入射した前記参照光及び前記走査光を合波して干渉波を生成する干渉計と、
前記干渉波が照射された被検物から出射した被検出光の強度を検出する光検出器と、
前記干渉波が前記被検物に繰り返し照射されて得られた複数の前記被検出光の強度に基づいてインターフェログラムを生成し、該インターフェログラムをフーリエ変換する分光スペクトル生成部とを備え、
前記第２アームは、前記ビームスプリッタと前記第２ミラー間の前記走査光の光路上にスキャニングミラーが配置され、前記スキャニングミラーの初期位置からの回転角度に応じて前記走査光を前記参照光に対して遅延又は先行させる
ことを特徴とするフーリエ変換型分光装置。
【請求項２】
前記干渉波の群速度分散を補償する補償器を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のフーリエ変換型分光装置。
【請求項３】
前記第２アームが前記走査光を前記スキャニングミラーに集光する集光レンズを備え、
前記第１アームが前記集光レンズによって前記走査光に生じた群速度分散を前記参照光に生じさせる分散レンズを前記ビームスプリッタと前記第１ミラー間の参照光の光路上に備える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフーリエ変換型分光装置。
【請求項４】
前記第２アームが、
前記ビームスプリッタと前記スキャニングミラー間の前記走査光の光路上に設けられ、前記走査光を回折させる回折光学素子を備え、
前記スキャニングミラーの初期位置からの回転角度に応じて、前記走査光の各波長成分の光に光路長差をつけ、前記走査光における前記波長成分の光の位相状態をかえて前記参照光に対して前記走査光を遅延又は先行させる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフーリエ変換型分光装置。
【請求項５】
前記スキャニングミラーは、回転軸を中心に回転する多角柱形状の回転体の各側面に設けられている
ことを特徴とする請求項４に記載のフーリエ変換型分光装置。
【請求項６】
前記スキャニングミラーが共振振動により周期運動する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のフーリエ変換型分光装置。
【請求項７】
前記被検物から出射した前記被検出光が、前記干渉波が照射されることで前記被検物において生じたコヒーレントラマン散乱により放出された散乱光である
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のフーリエ変換型分光装置。
【請求項８】
前記被検物から出射した前記被検出光が、透過光又は反射光である
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のフーリエ変換型分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フーリエ変換型分光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検物の分子振動スペクトルを測定する手法として、フーリエ変換型赤外分光法（FT-IRともいう。）(特許文献１参照)やフーリエ変換型コヒーレントアンチストークスラマン散乱(FT-CARSともいう。)分光法(非特許文献１参照)などのフーリエ変換型の分光法が知られている。【０００３】
フーリエ変換型の分光法は、光源から放出された光をビームスプリッタにより固定鏡を有する第１アームを伝搬する参照光と可動鏡を有する第２アームを伝搬する走査光とに分波し、第１アームの固定鏡で反射された参照光と第２アームの可動鏡で反射された走査光とをビームスプリッタで合波するマイケルソン干渉計を用いて干渉波を生成し、干渉波を被検物に照射する。【０００４】
フーリエ変換型の分光法では、マイケルソン干渉計において、可動鏡を１方向に移動させて第２アームの光路長を変えて参照光に対して走査光を遅延させていくことで、干渉波のインターフェログラムを生成し、当該インターフェログラムをフーリエ変換することで分子振動スペクトルを得る。【０００５】
FT-IRは、干渉波が被検物を透過することで生じた透過光のインターフェログラムを生成し、当該インターフェログラムをフーリエ変換して被検物の分子振動スペクトルを得る。【０００６】
FT-CARS分光法は、干渉波が照射されることで被検物において生じたコヒーレントアンチストークスラマン散乱により放出されたアンチストークス光のインターフェログラムを生成し、当該インターフェログラムをフーリエ変換して被検物の分子振動スペクトルを得る。【０００７】
このようにフーリエ変換型の分光法では、マイケルソン干渉計を用いて参照光に対して走査光を遅延させていくことでインターフェログラムを生成し、インターフェログラムをフーリエ変換することで分子振動スペクトルが得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１２６４８号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Jennifer P. Ogilvie et al., OPTICS LETTERS / Vol. 31, No. 4, 480 (2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、フーリエ変換型の分光法には、マイケルソン干渉計において、測定時に可動鏡の位置を動かすことで第１アームと第２アームとの光路長差を変化させてインターフェログラムを生成するので、可動鏡の移動速度にインターフェログラムの生成速度が律速され、分子振動スペクトルの取得速度を向上し難いという問題があった。【００１１】
そこで、本発明は、分子振動スペクトルの取得速度を向上できるフーリエ変換型分光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】
【００１２】
本発明のフーリエ変換型分光装置は、光源から放出された光を参照光と走査光とに分波するビームスプリッタと、前記参照光を第１ミラーで反射させて前記ビームスプリッタに再入射させる第１アームと、前記走査光を第２ミラーで反射させて前記ビームスプリッタに再入射させる第２アームとを有し、前記ビームスプリッタに再入射した前記参照光及び前記走査光を合波して干渉波を生成する干渉計と、前記干渉波が照射された被検物から出射した被検出光の強度を検出する光検出器と、前記干渉波が前記被検物に繰り返し照射されて得られた複数の前記被検出光の強度に基づいてインターフェログラムを生成し、該インターフェログラムをフーリエ変換する分光スペクトル生成部とを備え、前記第２アームは、前記ビームスプリッタと前記第２ミラー間の前記走査光の光路上にスキャニングミラーが配置され、前記スキャニングミラーの初期位置からの回転角度に応じて前記走査光を前記参照光に対して遅延又は先行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のフーリエ変換型分光装置は、スキャニングミラーを回転させて走査光の光路長を変化させ、スキャニングミラーの初期位置からの回転角度に応じて走査光を参照光に対して遅延又は先行させるので、従来のフーリエ変換型分光装置のように可動鏡の位置を動かして参照光に対して走査光を遅延させる場合と比較してより高速にスキャニングミラーを動かすことができ、分子振動スペクトルの取得速度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るフーリエ変換型分光装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明の変形例に係るフーリエ変換型分光装置の全体構成を示す概略図である。
【図３】本発明の変形例に係るフーリエ変換型分光装置の全体構成を示す概略図である。
【図４】本発明の変形例に係るフーリエ変換型分光装置の第２アームを示す概略図である。
【図５】本発明の変形例に係るフーリエ変換型分光装置の全体構成を示す概略図である。
【図６】本発明の実施形態に係るフーリエ変換型分光装置を用いて液体トルエンの分子振動スペクトルを取得した際に生成されたインターフェログラムを示すグラフである。
【図７】図６のインターフェログラムから得られた液体トルエンの分子振動スペクトルである。
【図８】本発明の実施形態に係るフーリエ変換型分光装置を用いて液体トルエンと液体ベンゼンの混合状態の変化を測定した際の測定状態を示す説明図である。
【図９】図９Ａは混合状態の変化を測定して得られた分子振動スペクトルの時間的変化を示すグラフであり、図９Ｂは分子振動スペクトルの時間的変化から得られた各液体の濃度の時間的変化を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施形態に係るフーリエ変換型分光装置を用いて微小流路中を流れるビーズを測定対象とした際の測定状態を示す説明図であり、図１０Ａは微小流路の側方から見た図、図１０Ｂは微小流路の上方から見た図である。
【図１１】図１１Ａは微小流路中を流れるビーズを測定した際に生成されるインターフェログラムであり、図１１Ｂはインターフェログラムから得られた分子振動スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（１）本発明の実施形態のフーリエ変換型分光装置の全体構成
図１に示すように、本発明の実施形態のフーリエ変換型分光装置１は、光源２と、干渉計３と、補償器４と、ロングパスフィルタ５と、第１対物レンズ６と、第２対物レンズ８と、ショートパスフィルタ９と、光検出器１０と、ローパスフィルタ１１と、分光スペクトル生成部としてのパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという。）１２とを備えている。
【００１６】
フーリエ変換型分光装置１は、干渉計３で生成された干渉波１４が照射されることで被検物７において生じたコヒーレントアンチストークスラマン散乱により放出された被検出光としてのアンチストークス光１５のインターフェログラムを、干渉計３を用いて生成し、当該インターフェログラムをＰＣ１２を用いてフーリエ変換して分子振動スペクトルを得るフーリエ変換型コヒーレントアンチストークスラマン散乱(FT-CARS)分光装置である。
【００１７】
本実施形態では、光源２は、コヒーレント性の高い超短パルスレーザー光を放出するレーザー光源であり、広帯域のスペクトルを有する光パルス１３が所定の繰り返し周波数で出射するパルスレーザーである。具体的には、光源２は、中心周波数が７９２ｎｍ、帯域幅が４７ｎｍ、パルス幅が１７ｆｓの光パルス１３を７５ＭＨｚの繰り返し周波数で放出するTi:Sapphireフェムト秒レーザー（Femtolasers社製、商品名：Synergy（登録商標））である。光源２としては、繰り返し周波数の高い種々のパルスレーザー（固体レーザー、ファイバーレーザー、色素レーザーなど）を用いることができる。
【００１８】
干渉計３は、ビームスプリッタ２３と、分散レンズ２４及び第１ミラー２５を有する第１アーム２１と、レゾナントスキャナ２６、集光レンズ２７、及び第２ミラー２８を有する第２アーム２２とを備えている。干渉計３は、ビームスプリッタ２３において、光源２から放出された光パルス１３を、第１アーム２１を伝播する参照光と第２アーム２２を伝播する走査光とに分波し、第１アーム２１の第１ミラー２５で反射された参照光と第２アーム２２の第２ミラー２８で反射された走査光とをビームスプリッタ２３に再入射させ、ビームスプリッタ２３に再入射した参照光及び走査光を合波して干渉波１４を生成するマイケルソン型の干渉計である。ビームスプリッタ２３で分波された参照光と走査光は、共に光パルス１３と同様の光パルスである。本実施形態では、ビームスプリッタ２３としてThorlabs社製、偏光無依存型ビームスプリッタBSW26R（25 mm x 36 mm 50:50 UVFSプレート型ビームスプリッタ、コーティング：350 〜1100nm、t= 1 mm）を用いている。ビームスプリッタ２３には、このような偏光無依存型ビームスプリッタに加えて、偏光ビームスプリッタを用いることもできる。
【００１９】
第１アーム２１は、ビームスプリッタ２３と第１ミラー２５間の参照光の光路上に分散レンズ２４を備え、参照光が分散レンズ２４を透過して第１ミラー２５に入射するようになされている。分散レンズ２４は、第１ミラー２５から分散レンズ２４の焦点距離ｆと同じ距離を空けて配置されている。
【００２０】
分散レンズ２４は、後述する第２アーム２２の集光レンズ２７と同様のレンズである。分散レンズ２４は、走査光が集光レンズ２７を透過することで走査光に生じた群速度分散と同様の群速度分散を参照光に生じさせる。このように、分散レンズ２４を配置して参照光に、走査光に生じる群速度分散と同様の群速度分散を生じさせるようにすることで、参照光と走査光のパルス形状を揃えることができ、下記で説明するアンチストークス光の強度を高めることができ、より高感度に分子振動スペクトルを得ることができる。なお、第１アーム２１は分散レンズ２４が備えられている方が好ましいが、分散レンズが備えられていなくてもよい。
【００２１】
第１ミラー２５は、平面鏡であり、参照光の光線に対して垂直に配置されている。そのため、参照光が第１ミラー２５の鏡面に垂直に入射して反射され、反射された参照光は鏡面から垂直に出射し、入射時と同じ経路を入射時とは逆方向に通る。よって、第１アーム２１では、ビームスプリッタ２３で分波された参照光が、第１ミラー２５で反射されると、同じ経路を逆方向に通ってビームスプリッタ２３に再入射する。
【００２２】
第２アーム２２は、ビームスプリッタ２３で分波された走査光が、レゾナントスキャナ２６のスキャニングミラー２６ｂで反射され、集光レンズ２７を透過して第２ミラー２８に入射するようになされている。
【００２３】
レゾナントスキャナ２６は、回転軸２６ａの一端にスキャニングミラー２６ｂが取り付けられており、回転軸２６ａの他端に接続された回転制御部（図１には図示せず。）によって回転軸２６ａが回転され、回転軸２６ａの回転によってスキャニングミラー２６ｂが共振振動する。その結果、スキャニングミラー２６ｂは所定の振れ角で周期運動する。本実施形態では、レゾナントスキャナ２６として、スキャニングミラー２６ｂが８ｋＨｚで振動するCambridge Technology社製CRSを用いている。なお、レゾナントスキャナ２６としては、他の形式のレゾナントスキャナを用いてもよい。
【００２４】
スキャニングミラー２６ｂの振動周波数は、使用する光パルス１３のパラメータ（繰り返し周波数、パルス幅など）に応じて適宜選択できるが、１０ｋＨｚ程度が好適である。なお、上記実施形態の様にパルス幅が１７ｆｓの光パルス１３を、７５ＭＨｚの繰り返し周波数で出射する光源２を用いた場合、振動周波数７６ｋＨｚ程度で振動するスキャニングミラー２６ｂを有するレゾナントスキャナ２６を用いても分子振動スペクトルを測定可能である。
【００２５】
第２アーム２２では、ビームスプリッタ２３で分波された走査光がスキャニングミラー２６ｂの共振振動による変位が大きい部分、ここでは、スキャニングミラー２６ｂの外縁部近傍に共振振動中常に当たるように、レゾナントスキャナ２６が配置されている。レゾナントスキャナ２６のスキャニングミラー２６ｂは、走査光の光路上に配置され、ビームスプリッタ２３に最も近い位置（図１中に示す破線で示すスキャニングミラー２６ｂの位置Ａ）を初期位置として、回転軸２６ａの回転による共振振動によりビームスプリッタ２３に最も遠い位置（図１中に示す実線で示すスキャニングミラー２６ｂの位置Ｂ）に変位し、その後初期位置に戻るように配置されている。このように、スキャニングミラー２６ｂは位置Ａと位置Ｂの間を周期運動する。
【００２６】
そのため、第２アーム２２では、周期運動による初期位置からのスキャニングミラー２６ｂの回転角度に応じて、ビームスプリッタ２３とスキャニングミラー２６ｂの間の距離が変わり、その結果、走査光の光路長が変化する。ここで、回転角度とは、スキャニングミラー２６ｂが回転したときの回転軸２６ａの回転角度である。スキャニングミラー２６ｂが位置Ｂまで到達すると、スキャニングミラー２６ｂの回転角度が最大となり、走査光の光路長が最長となる。その後、回転軸２６ａが逆回転し、スキャニングミラー２６ｂの回転角度が小さくなると共に走査光の光路長も短くなって、スキャニングミラー２６ｂは、初期位置である位置Ａに戻る。このように第２アーム２２では、周期的に走査光の光路長が変化する。なお、本実施形態の場合、スキャニングミラー２６ｂが位置Ａと位置Ｂ間で変化したときの走査光の光路長の変化幅は１ｍｍ程度である。スキャニングミラー２６ｂに対する走査光の照射位置を変えることで、光路長の変化幅を調整できる。第２アーム２２では、スキャニングミラー２６ｂが、８ｋＨｚの周波数で共振振動しているので、位置Ａと位置Ｂの間を１２５μｓの周期で往復する周期運動をする。
【００２７】
レゾナントスキャナ２６のスキャニングミラー２６ｂ及び集光レンズ２７と、集光レンズ２７及び第２ミラー２８とは、それぞれ集光レンズ２７の焦点距離ｆと同じ距離だけ離れており、スキャニングミラー２６ｂ、集光レンズ２７、及び第２ミラー２８はいわゆる４ｆ光学系となっている。集光レンズ２７は、入射した走査光を屈折させ、走査光を平面鏡である第２ミラー２８の鏡面に集光して垂直に入射させると共に、第２ミラー２８で反射されて再入射した走査光を屈折させ、スキャニングミラー２６ｂに集光する。
【００２８】
スキャニングミラー２６ｂの回転角度に応じて、スキャニングミラー２６ｂと走査光の光線のなす角が変化し、スキャニングミラー２６ｂにおいて走査光が反射する方向も変わる。そのため、集光レンズ２７と第２ミラー２８とは、走査光が、スキャニングミラー２６ｂの回転角度によらず、第２ミラー２８に垂直に入射するように、サイズが選定され、位置が調整されている。
【００２９】
走査光は、第２ミラー２８に垂直に入射して反射するので、第２ミラー２８から垂直に出射し、入射時と同じ経路を逆方向に通る。よって、第２アーム２２では、走査光が、第２ミラー２８で反射されると、同じ経路を逆方向に通ってビームスプリッタ２３に再入射する。本実施形態の場合、集光レンズ２７（分散レンズ２４）は、焦点距離が１００ｍｍで、直径が２インチの円形状の球面レンズである。第１ミラー２５及び第２ミラー２８は直径が２インチの円形ミラーである。
【００３０】
第１ミラー２５で反射された参照光と第２ミラー２８で反射された走査光とは、再度ビームスプリッタ２３に入射し、互いに干渉し、干渉波１４となる。干渉計３では、第１アーム２１の参照光の光路長（ビームスプリッタ２３から第１ミラー２５までの往復の参照光の光路長）と、レゾナントスキャナ２６のスキャニングミラー２６ｂが初期位置にあるときの第２アーム２２の走査光の光路長（ビームスプリッタ２３から第２ミラー２８までの往復の走査光の光路長）とが等しくなるように、第１アーム２１及び第２アーム２２の構成要素の配置が調整されている。
【００３１】
そのため、スキャニングミラー２６ｂが初期位置にあるとき、第２アーム２２を伝播する走査光が第１アーム２１を伝播する参照光に遅延することなくビームスプリッタ２３に到達し、参照光と走査光とは共に同一の光パルス１３から分波されたものであるので、重ねあわされて強めあい、干渉波１４が生成される。
【００３２】
一方で、レゾナントスキャナ２６のスキャニングミラー２６ｂの回転角度が増加すると、第２アーム２２の走査光の光路長が長くなり、走査光が、参照光に対して遅延してビームスプリッタ２３に到達するようになる。このとき、干渉波１４は、参照光と同一光軸上に遅延した走査光が並び、走査光が参照光に遅延した状態で重ねあわされたコリニアな光パルスとなる。
【００３３】
参照光に対する走査光の遅延は、スキャニングミラー２６ｂの回転角度に応じて走査光の光路長が長くなり、参照光と走査光の光路長差が大きくなるので、スキャニングミラー２６ｂの回転角度に応じて大きくなる。スキャニングミラー２６ｂが位置Ｂに到達してスキャニングミラー２６ｂの回転角度が最大になったとき、参照光と走査光の光路長差が最大となり、参照光に対する走査光の遅延も最大となる。
【００３４】
その後、回転軸２６ａが逆方向に回転し、スキャニングミラー２６ｂの回転角度が小さくなり、スキャニングミラー２６ｂが位置Ｂから位置Ａに向かい走査光の光路長が小さくなり、参照光と走査光の光路長差が小さくなるので、参照光に対する走査光の遅延も小さくなる。スキャニングミラー２６ｂは回転軸２６ａの回転により共振振動して位置Ａと位置Ｂの間を周期運動しているので、このような過程が繰り返される。
【００３５】
このようにして、干渉計３はスキャニングミラー２６ｂの初期位置からの回転角度に応じて走査光が参照光に対して遅延している干渉波１４を生成する。
【００３６】
干渉波１４は、補償器４へ入射する。補償器４は、干渉波１４の群速度分散を補償し、干渉波１４のパルス幅が、被検物７の位置で、すなわち、被検物７に照射されたとき最小になるように設計されている。本実施形態の場合、補償器４は、いわゆるチャープミラー対であり、第１チャープミラー４ａと、第１チャープミラー４ａと平行する第２チャープミラー４ｂとでなる。第１チャープミラー４ａと第２チャープミラー４ｂとは鏡面が対向するように配置されており、補償器４の一端から入射した干渉波１４は、第１チャープミラー４ａと第２チャープミラー４ｂとの間で繰り返し反射されながら伝播し、補償器４の他端から出射する。第１チャープミラー４ａ及び第２チャープミラー４ｂは、数センチ程度の間隔を空けて配置されていればよく、本実施形態の場合、２ｃｍ程度の間隔を空けて配置されている。
【００３７】
干渉波１４は、第１チャープミラー４ａ及び第２チャープミラー４ｂで反射されるたびに干渉波１４の群速度分散が補償され、被検物７の位置においてパルス幅が狭くなる。このように、補償器４は、干渉波１４の群速度分散を補償し、パルス幅をせまくする。このように、補償器４によって干渉波１４の群速度分散を補償することで、被検物７においてラマン散乱を生じさせ易くなり、より確実に分子振動スペクトルを得ることができる。補償器４は、干渉波１４の群速度分散を補償してパルス幅を小さくすることができれば特に限定されず、他の形式の群速度分散を補償できる素子等を用いることができる。例えば、回折格子対、フォトニック結晶ファイバー(Photonic Crystal Fiber: PCF)、チャープFBG（Chirped Fiber Bragg Grating）等を補償器４として用いてもよい。チャープミラー対を含め、これらは群速度分散すなわち二次の分散までを補償するが、例えばプリズム対やグリズム対等のように高次（三次以上）の分散までを補償する補償器４を用いることも好ましい。
【００３８】
補償器４で群速度分散を補償された干渉波１４は、ロングパスフィルタ５を通過し、第１対物レンズ６で集光されて被検物７に照射される。ロングパスフィルタ５は、干渉波１４のスペクトルにおける短波長側の裾の光を透過しないように、カットオフ波長が設定されている。これにより、後述する被検物７で生じたアンチストークス光１５と同程度の波長の光をロングパスフィルタ５でカットすることができるので、アンチストークス光１５を検出し易くでき、より確実に分子振動スペクトルを得られるようにできる。なお本実施形態の場合、ロングパスフィルタ５は、カットオフ波長が７５０ｎｍに設定されている。
【００３９】
被検物７は、第１対物レンズ６の焦点位置に配置される。干渉波１４が被検物７に当たると、まず参照光が被検物７に当たる。そうすると、参照光に含まれるある周波数の光がポンプ光となり、当該ポンプ光と異なるある周波数の光がストークス光となって、被検物７において、ポンプ光とストークス光の周波数差と同じ振動周波数を有する分子振動が誘起される。その後、参照光のパルスに対して遅延している走査光が被検物７に当たると、走査光と誘起された分子振動とが作用し、走査光に含まれる光の周波数がシフトして散乱光が放出される。この散乱光には、走査光の周波数に対して、参照光によって誘起された分子振動の周波数だけ周波数が増加したアンチストークス光１５と、走査光の周波数に対して、参照光によって誘起された分子振動の周波数だけ周波数が減少したストークス光とが含まれている。
【００４０】
被検物７から出射したアンチストークス光１５及びストークス光の強度は、参照光に対する走査光の遅延時間に応じて変化するので、干渉計３によって遅延時間を変化させてアンチストークス光１５又はストークス光のインターフェログラムを生成し、当該インターフェログラムをフーリエ変換することで、分子振動スペクトルを得ることができる。
【００４１】
また、参照光は広帯域な光パルスであり広い範囲の波長成分を有しているので、様々な周波数のポンプ光とストークス光との組み合わせにより、種々の分子振動が誘起され、種々の分子振動に対応したアンチストークス光１５及びストークス光が放出され得る。そのため、一度のインターフェログラムの生成で、広い波数領域の分子振動スペクトルを得ることができる。
【００４２】
また、走査光が参照光に対して先行している場合は、まず走査光が被検物７に当たり、分子振動が誘起される。その後、参照光が被検物７に当たり、アンチストークス光１５及びストークス光が放出される。この場合は、干渉計３によって走査光が先行する時間を変化させ、走査光と参照光の間の時間差を変化させてアンチストークス光１５又はストークス光のインターフェログラムを生成する。
【００４３】
アンチストークス光１５及びストークス光は、焦点位置が第１対物レンズ６の焦点位置と重なり、当該焦点位置を挟んで第１対物レンズ６と対向するように配置された第２対物レンズ８で被検物７を透過した干渉波１４と共にコリメートされ、ショートパスフィルタ９へ入射する。
【００４４】
ショートパスフィルタ９は、ロングパスフィルタ５のカットオフ波長以下の短い波長にカットオフ波長が設定されている。干渉波１４は、ロングパスフィルタ５でロングパスフィルタ５のカットオフ波長以下の波長成分の大部分がカットされているので、ショートパスフィルタ９を通過できる波長成分が少ない。また、ストークス光は、走査光に含まれる光が低周波側に周波数シフトしたものであるので、走査光と参照光とが合波された干渉波１４よりも波長が長い波長成分が多いので、干渉波１４と同様にショートパスフィルタ９を通過できる波長成分が少ない。よって、ショートパスフィルタ９は干渉波１４及びストークス光の大部分を除去できる。本実施形態の場合、ショートパスフィルタ９は、カットオフ波長が７５０ｎｍに設定されている。
【００４５】
ショートパスフィルタ９を通過したアンチストークス光１５は、光検出器１０で検出され、アンチストークス光１５の強度が電気信号に変換される。アンチストークス光１５の強度の電気信号は、導線１６を介して光検出器１０と接続されたローパスフィルタ１１を通過する。ローパスフィルタ１１では、高周波ノイズを除去する。ノイズを除去された電気信号は導線１７を介して、ローパスフィルタ１１と接続されたＰＣ１２に送出される。本実施形態の場合、光検出器１０としてThorlabs社製アバランシェフォトディテクタAPD120A/Mを用いたが、特に限定されず、光電子増倍管PINフォトダイオードなどのような他の形式のフォトディテクタを用いてもよい。
【００４６】
分光スペクトル生成部としてのＰＣ１２は、デジタイザボードを搭載しており、導線１７が当該デジタイザボードに接続されている。ローパスフィルタ１１から送出されたアンチストークス光１５の強度の電気信号は、当該デジタイザボードでアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換され、検出時間と共に電子データとしてＰＣ１２の記憶装置（図１には図示せず）に保存される。本実施形態では、デジタイザボードとしてAlzarTech社製ATS9440を用いている。
【００４７】
上記の様に光源２で光パルス１３が生成されるたびに、すなわち、光パルス１３の繰り返し周期で、検出時間と干渉波１４が照射された被検物７から出射したアンチストークス光１５の強度とを順次電子データとして保存していく。その結果、光パルス１３の繰り返し周期と同じ時間間隔でアンチストークス光１５の強度の値が並んだインターフェログラムの電子データが生成される。このようにアンチストークス光１５のインターフェログラムは、アンチストークス光１５の強度に基づいて生成される。なお、インターフェログラムの電子データは、光パルス１３が生成されるたびに検出時間とアンチストークス光１５の強度が保存されている必要はなく、アンチストークス光１５の検出間隔を長くしてデータ数が適宜間引かれていてもよく、検出間隔を短くしてオーバーサンプリングされていてもよい。
【００４８】
スキャニングミラー２６ｂは、走査光の光路上で、初期位置と、上記の位置Ｂとの間で往復運動をしており、初期位置及び位置Ｂの近傍以外の領域では、スキャニングミラー２６ｂの速度がほぼ一定である。その結果、初期位置及び位置Ｂの近傍以外の領域では、単位時間当たりの走査光の光路長の変化量がほぼ一定であり、走査光の光路長が時間に対して線形的に変化し、参照光に対する走査光の遅延も時間に対して線形的に変化するとみなすことができる。
【００４９】
一方で、初期位置及び位置Ｂの近傍では、スキャニングミラー２６ｂの速度が変化する。その結果、単位時間当たりの走査光の光路長の変化量が速度に応じて変わり、走査光の光路長が時間に対して線形的に変化しなくなる。そして、参照光に対する走査光の遅延も時間に対して線形的に変化しなくなる。
【００５０】
上記の方法で生成したインターフェログラムは、参照光に対する走査光の遅延が時間に対して線形的に変化していない時間領域で検出されたアンチストークス光１５の強度も含んでいる。そのため、当該インターフェログラムをフーリエ変換して分子振動スペクトルを取得すると、取得した分子振動スペクトルに歪みが生じる。本実施形態では、初期位置及び位置Ｂの近傍でも走査光の光路長が時間に対して線形的に変化し、参照光に対する走査光の遅延時間が時間に対して線形的に変化しているように、時間軸を補正している。
【００５１】
上記の補正をするために、フーリエ変換型分光装置１が、ＣＷ（continuous wave）レーザー光５４を放出する光源５０と、ＣＷレーザー光５４を光パルス１３と同じ光軸上に重ねて干渉計３に入射させるビームスプリッタ５１と、干渉計３から出射したＣＷレーザー光５４の干渉波５５を分離するビームスプリッタ５２と、干渉波５５を検出して電気信号に変換する光検出器５３とをさらに備えている。
【００５２】
本実施形態の場合、光源５０は、波長が１０６４ｎｍのＣＷレーザー光を放出するQDLaser社製QLD1061を用いている。
【００５３】
光検出器５３は、導線５６を介してＰＣ１２のデジタイザボードに接続されており、デジタイザボードに干渉波５５の強度の電気信号を送出する。デジタイザボードでは、電気信号がＡ／Ｄ変換されてデジタルデータに変換される。ＰＣ１２では、例えば、アンチストークス光１５の強度と同様に、光パルス１３の繰り返し周期で、検出時間と干渉波５５の強度とを順次保存していく。このようにして干渉波５５のインターフェログラムが生成される。本実施形態では、光検出器５３としては、Thorlabs社製PDA10CF-ECを用いたが、他の一般的なフォトディテクタを用いることができる。
【００５４】
第１アーム２１を伝搬するＣＷレーザー光５４と第２アーム２２を伝搬するＣＷレーザー光５４とは、ビームスプリッタ２３で干渉し、第１アーム２１と第２アーム２２の光路長差に応じて強め合い、弱め合って干渉波５５となるので、干渉波５５のインターフェログラムは、強度が時間に対して周期的に変化する正弦波のような形状となる。初期位置及び位置Ｂの近傍以外の領域では、上記の通りスキャニングミラー２６ｂの速度が一定であり、光路長差が時間に対して線形に変化するので、強度の周波数が一定である。一方で、初期位置及び位置Ｂの近傍では、上記の通りスキャニングミラー２６ｂの速度が変化し、光路長差が時間に対して非線形に変化し、強度の周波数が変化する。
【００５５】
したがって、干渉波５５のインターフェログラムの強度の周波数が一定となるように時間軸を補正することで、光路長差が線形に変化しているように補正できる。干渉波５５のインターフェログラムの時間軸にした補正をアンチストークス光１５のインターフェログラムの時間軸にも適用することで、初期位置及び位置Ｂの近傍でも参照光に対する走査光の遅延時間が時間に対して線形的に変化しているように、時間軸を補正している。
【００５６】
なお、デジタイザボードにおいて、干渉波５５をサンプリングクロックとして用い、アンチストークス光１５の電気信号をデジタイズすることでもアンチストークス光１５のインターフェログラムを補正することができる。
【００５７】
干渉計３で生成される干渉波１４における参照光に対する走査光の遅延は、レゾナントスキャナ２６のスキャニングミラー２６ｂの初期位置からの回転角度に応じて周期的に変化し、半周期で最大となる。よって、スキャニングミラー２６ｂの回転角度の変化の半周期分のインターフェログラムの電子データを取り出し、当該インターフェログラムの電子データをフーリエ変換することで、被検物７の分子振動スペクトルを取得できる。本実施形態では、インターフェログラムの電子データをＰＣ１２の記憶装置に保存されたファーストフーリエ変換プログラムをＰＣ１２のプロセッサ（図１には図示せず）により実行し、ファーストフーリエ変換して分子振動スペクトルの電子データをＰＣ１２の記憶装置に保存して取得する。ＰＣ１２は、取得した分子振動スペクトルを表示する表示手段を備えていてもよい。
【００５８】
また、本実施形態では、ＰＣ１２に搭載されたデジタイザボードを用いてアンチストークス光１５の強度の電気信号をデジタイズしたが、ＰＣ１２とは別に、デジタイザを用意し、当該デジタイザによってアンチストークス光１５の強度の電気信号をデジタイズするようにしてよい。
【００５９】
さらに、本実施形態では、インターフェログラムの電子データをＰＣ１２の記憶装置に保存された高速フーリエ変換プログラムによりファーストフーリエ変換したが、フーリエ変換演算に特化した回路などのハードウェアを用意し、当該ハードウェアによってインターフェログラムの電子データをフーリエ変換するようにしてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、ビームスプリッタ２３に最も近い位置をスキャニングミラー２６ｂの初期位置とした場合について説明したが、本発明はこれに限られず、ビームスプリッタ２３に最も遠い位置（図１中に示す実線で示すスキャニングミラー２６ｂの位置Ｂ）をスキャニングミラー２６ｂの初期位置とし、第１アーム２１の参照光の光路長と、スキャニングミラー２６ｂが初期位置にあるときの第２アーム２２の走査光の光路長とが等しくなるように、第１アーム２１及び第２アーム２２の構成要素を配置するようにしてもよい。
【００６１】
この場合、スキャニングミラー２６ｂが初期位置から変位すると走査光の光路長が短くなり、走査光が参照光よりも先にビームスプリッタ２３に到達するようになる。よって、干渉計３は、スキャニングミラー２６ｂの初期位置からの回転角度に応じて走査光が参照光に対して先行している干渉波１４を生成する。
【００６２】
上記の実施形態では、被検物７から放出された散乱光としてのアンチストークス光１５を用いてインターフェログラムを作成し、分子振動スペクトルを取得する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、被検物７から放出された散乱光としてのストークス光を用いてインターフェログラムを作成し、当該インターフェログラムをフーリエ変換して分子振動スペクトルを取得するようにしてもよい。
【００６３】
この場合、図１に示したロングパスフィルタ５が配置されていた位置にカットオフ波長が８５０ｎｍに設定されたショートパスフィルタ９を配置し、ショートパスフィルタ９が配置されていた位置にカットオフ波長が８５０ｎｍに設定されたロングパスフィルタ５を配置するようにする。
【００６４】
このようにすることで、ショートパスフィルタ９によって、干渉波１４のスペクトルにおける長波長側の裾の光を透過しないようにし、被検物７で生じたストークス光と同程度の波長の光をカットすることができ、ロングパスフィルタによって、被検物７を透過した干渉波１４と、被検物７から放出され、干渉波１４よりも短い波長であるアンチストークス光１５の大部分を除去できる。その結果、被検物７から放出されたストークス光を光検出器１０で検出することができ、ストークス光のインターフェログラムを生成でき、ストークス光から分子振動スペクトルを取得することができる。
【００６５】
さらに、上記の実施形態では、第１アーム２１の参照光の光路長を固定し、第２アーム２２の走査光の光路長のみを変化させて、参照光に対して走査光を遅延させた場合について説明したが、本発明はこれに限られず、第１アーム２１の参照光の光路長も変化させて、参照光に対して走査光を遅延させるようにしてもよい。
【００６６】
この場合、例えば、第１アーム２１の構成を第２アーム２２の構成と同様にする。すなわち、第１アーム２１が、分散レンズ２４と第１ミラー２５に変えて、第２アーム２２と同様のレゾナントスキャナと集光レンズとミラーとを、第２アーム２２と同じ配置で備えるようにする。このような第１アーム２１では、このミラーが第１ミラーとなる。
【００６７】
そして、第１アーム２１のレゾナントスキャナのスキャニングミラー（第１スキャニングミラー）がビームスプリッタから最も遠い位置（図１中に示す、スキャニングミラー２６ｂの位置Ｂに相当する位置）にあるときを第１アーム２１のスキャニングミラーの初期位置とする。さらに、第１アーム２１のスキャニングミラーが初期位置にあるときの参照光の光路長と、第２アーム２２のスキャニングミラー２６ｂ（第２スキャニングミラー）が初期位置にあるときの走査光の光路長とが等しくなるように、第１アーム２１及び第２アーム２２を調整する。
【００６８】
このようにすることで、初期位置から各スキャニングミラーの回転軸が回転すると、第１アーム２１を伝播する参照光が初期位置のときよりも早くビームスプリッタ２３に到達し、第２アーム２２を伝播する走査光が初期位置のときよりも遅くビームスプリッタ２３に到達するようになり、参照光に対する走査光の遅延が、上記の実施形態のときより大きくなる。この遅延は、上記実施形態と比較して最大で２倍となる。そのため、より高いスペクトル分解能で分子振動スペクトルを測定できる。
【００６９】
なお、第１アーム２１の構成は、必ずしも第２アーム２２と同様にする必要はなく、後述する第２アーム２２Ａ、第２アーム２２Ｂ、第２アーム２２Ｃと同様の構成とすることもできる。この場合も、第１アーム２１では、スキャニングミラーが回転したとき、参照光が初期位置のときよりも早くビームスプリッタ２３に到達するように各構成要素を調整することが好ましい。
【００７０】
（２）作用及び効果
以上の構成において、本実施形態のフーリエ変換型分光装置１は、光源２から放出されたパルスレーザー光の光パルス１３を参照光と走査光とに分波するビームスプリッタ２３と、参照光を第１ミラー２５で反射させてビームスプリッタ２３に再入射させる第１アーム２１と、走査光を第２ミラー２８で反射させてビームスプリッタ２３に再入射させる第２アーム２２とを有し、ビームスプリッタ２３に再入射した参照光及び走査光を合波して干渉波１４を生成する干渉計３を備えるように構成した。
【００７１】
また本実施形態のフーリエ変換型分光装置１は、干渉波１４が照射された被検物７から出射したアンチストークス光１５（被検出光）の強度を検出する光検出器１０と、干渉波１４が参照光に対する走査光の遅延時間を変えて被検物７に繰り返し照射されて得られた複数のアンチストークス光１５の強度に基づいてインターフェログラムを生成し、該インターフェログラムをフーリエ変換する分光スペクトル生成部（ＰＣ１２）とを備えるように構成した。
【００７２】
さらに本実施形態のフーリエ変換型分光装置１は、第２アーム２２が、ビームスプリッタ２３と第２ミラー２８間の走査光の光路上にレゾナントスキャナ２６のスキャニングミラー２６ｂが配置され、スキャニングミラー２６ｂの初期位置からの回転角度に応じて走査光を参照光に対して遅延させるように構成した。
【００７３】
よって、本実施形態のフーリエ変換型分光装置１は、回転軸２６ａの回転によりスキャニングミラー２６ｂを回転させて走査光の光路長を変化させ、スキャニングミラー２６ｂの初期位置からの回転角度に応じて走査光を参照光に対して遅延させるので、従来のフーリエ変換型分光装置のように可動鏡の位置を動かして参照光に対して走査光を遅延させる場合と比較して、回転軸２６ａを回転させればよいためより高速にスキャニングミラー２６ｂを移動させることができ、分子振動スペクトルの取得速度を向上できる。
【００７４】
また、本実施形態のフーリエ変換型分光装置１は、共振振動によるスキャニングミラー２６ｂの変位によって、参照光に対して走査光を遅延させるので、従来のフーリエ変換型分光装置と比較して、より高速に走査光の光路長を変化させることができ、分子振動スペクトルの取得速度を向上できる。加えてフーリエ変換型分光装置１は、スキャニングミラー２６ｂの共振振動による周期運動を利用して繰り返しインターフェログラムを生成するので、可動鏡の加速と停止を繰り返す必要がある従来のフーリエ変換型分光装置と比較して加速と停止にかかる時間を短縮でき、特に連続して被検物７の分子振動スペクトルを取得するような場合に、より分子振動スペクトルの取得速度を向上できる。
【００７５】
さらに本実施形態のフーリエ変換型分光装置１は、スキャニングミラー２６ｂの外縁部近傍にビームスプリッタ２３で分波された走査光が入射するようにすることで、参照光と走査光の光路長差をより大きくでき、スペクトル解像度を向上できる。
【００７６】
（３）変形例
（３−１）変形例１のフーリエ変換型分光装置
以下では、変形例１のフーリエ変換型分光装置について説明する。変形例１のフーリエ変換型分光装置は、上記実施形態のフーリエ変換型分光装置１とは、干渉計の構成が異なるが、他の構成は同様なので、干渉計の構成を中心に説明する。
【００７７】
図１に示す実施形態のフーリエ変換型分光装置１と同様の構成には同様の番号を付した図２に示すように、フーリエ変換型分光装置１Ａの干渉計３Ａは、ビームスプリッタ２３と、第１ミラー２５を有する第１アーム２１Ａと、フーリエ変換型分光装置１と同様のレゾナントスキャナ２６、曲面ミラー３０、及び第２ミラー２８を有する第２アーム２２Ａとからなる。
【００７８】
第１ミラー２５は、平面鏡であり、鏡面がビームスプリッタ２３で光パルス１３から分波された参照光の光路と垂直になるように配置されている。よって第１アーム２１Ａでは、参照光が垂直に第１ミラー２５に入射し、第１ミラーで反射された参照光が、同じ経路を逆方向に通ってビームスプリッタ２３に再入射する。
【００７９】
第２アーム２２Ａは、ビームスプリッタ２３で分波された走査光が、レゾナントスキャナ２６のスキャニングミラー２６ｂで反射され、曲面ミラー３０で反射されて第２ミラー２８に入射するようになされている。
【００８０】
第２アーム２２Ａでは、レゾナントスキャナ２６が上記実施形態と同様に配置され、スキャニングミラー２６ｂが、走査光の光路上で、ビームスプリッタ２３に最も近い位置（図２中に示す破線で示すスキャニングミラー２６ｂの位置Ａ）を初期位置として、ビームスプリッタ２３に最も遠い位置（図２中に示す実線で示すスキャニングミラー２６ｂの位置Ｂ）との間を周期運動している。そして、第２アーム２２Ａでは、初期位置からのスキャニングミラー２６ｂの回転角度に応じて、ビームスプリッタ２３とスキャニングミラー２６ｂの間の距離が変わり、その結果、走査光の光路長が変化する。
【００８１】
スキャニングミラー２６ｂと曲面ミラー３０と第２ミラー２８とは、第２ミラー２８がスキャニングミラー２６ｂと隣接して配置され、曲面ミラー３０がスキャニングミラー２６ｂ及び第２ミラー２８と対向するように配置され、スキャニングミラー２６ｂ及び曲面ミラー３０の間と、曲面ミラー３０及び第２ミラー２８の間とが曲面ミラー３０の焦点距離ｆと同じ間隔を空けて配置されている。曲面ミラー３０は、入射した走査光を反射し、走査光を平面鏡である第２ミラー２８の鏡面に垂直に入射させる。
【００８２】
曲面ミラー３０と第２ミラー２８とは、スキャニングミラー２６ｂの回転角度によらず、スキャニングミラー２６ｂで反射された走査光が曲面ミラー３０で反射されて第２ミラー２８に垂直に入射するように、サイズが選定され、位置が調整されている。
【００８３】
このように走査光が第２ミラー２８に垂直に入射するので、第２アーム２２Ａでは、走査光が、第２ミラー２８で反射されると、同じ経路を逆方向に通ってビームスプリッタ２３に再入射する。
【００８４】
第１ミラー２５で反射された参照光と第２ミラー２８で反射された走査光とは、再度ビームスプリッタ２３に入射し、上記実施形態と同様に干渉波１４となる。干渉計３Ａでは、上記実施形態度同様に、第１アーム２１Ａの参照光の光路長と、スキャニングミラー２６ｂが初期位置にあるときの第２アーム２２Ａの走査光の光路長とが等しくなるように、第１アーム２１Ａ及び第２アーム２２Ａの構成要素の配置が調整されている。
【００８５】
そのため、上記実施形態と同様に、干渉計３Ａでは、レゾナントスキャナ２６のスキャニングミラー２６ｂが初期位置（位置Ａ）にあるとき、第１アーム２１を伝播する参照光と第２アーム２２を伝播する走査光とがビームスプリッタ２３に同時に到達して重ねあわされて干渉波１４が生成され、その後、スキャニングミラー２６ｂの回転角度（参照光と走査光の光路長差）に応じて参照光に対して走査光が遅延し、走査光が参照光に遅延した状態で重ねあわされ、コリニアな光パルスである干渉波１４が生成される。
【００８６】
このようにして、干渉計３Ａは、上記実施形態の干渉計３と同様に、スキャニングミラー２６ｂの初期位置からの回転角度に応じて走査光が参照光に対して遅延している干渉波１４を生成する。
【００８７】
本変形例の場合、集光レンズ２７を用いずに、曲面ミラー３０を用いることで走査光を第２ミラー２８に入射するようにしているので、第２アーム２２Ａには、走査光の経路上に群速度分散を生じさせる素子がない。そのため、第１アーム２１Ａでは、参照光の群速度分散を補償する必要がなく、分散レンズ２４を配置しなくても高感度に分子振動スペクトルを得ることができる。よって、干渉計３Ａを簡易な構成にできる。
【００８８】
なお、図２には図示していないが、変形例１は、上記実施形態と同様のアンチストークス光１５のインターフェログラムの時間軸を補正するための構成を有しており、同様の方法でアンチストークス光１５のインターフェログラムの時間軸を補正している。
【００８９】
（３−２）変形例２のフーリエ変換型分光装置
以下では、変形例２のフーリエ変換型分光装置について説明する。変形例２のフーリエ変換型分光装置は、上記実施形態のフーリエ変換型分光装置１とは、干渉計の構成が異なるが、他の構成は同様なので、干渉計の構成を中心に説明する。
【００９０】
図１に示す実施形態のフーリエ変換型分光装置１と同様の構成には同様の番号を付した図３に示すように、フーリエ変換型分光装置１Ｂの干渉計３Ｂは、ビームスプリッタ２３と、分散レンズ３３ａ、３３ｂ及び第１ミラー３４を有する第１アーム２１Ｂと、回折光学素子３６、集光レンズ３７、ポリゴンスキャナ３８、及び第２ミラー３５を有する第２アーム２２Ｂとからなる。
【００９１】
第１アーム２１Ｂは、参照光が分散レンズ３３ａ、３３ｂを透過して第１ミラー３４に入射するようになされている。分散レンズ３３ａ、３３ｂは、後述する第２アーム２２Ｂの集光レンズ３７と同様のレンズであり、参照光の光路上に配置されている。第２アーム２２Ｂにおいて、走査光が、ビームスプリッタ２３から第２ミラー３５に到達するまでに集光レンズ３７を２回透過するので、第１アーム２１Ｂは、２枚の分散レンズ３３ａ、３３ｂを備えている。分散レンズ３３ａ、３３ｂは、走査光が集光レンズ３７を２回透過することで走査光に生じた群速度分散と同様の群速度分散を参照光に生じさせ、参照光と走査光とのパルス形状を揃えることができる。
【００９２】
このような分散レンズ３３ａ、３３ｂは、分散レンズ３３ａの焦点距離ｆの２倍の間隔、すなわち距離２ｆを空けて配置されている。さらに、本変形例では、第１ミラー３４が分散レンズ３３ｂから分散レンズ３３ｂの焦点距離ｆと同じ距離を空けて配置されており、分散レンズ３３ａ、分散レンズ３３ｂ、及び第１ミラー３４が、いわゆる４ｆ光学系を構成している。なお、分散レンズ３３ａと分散レンズ３３ｂとが、２ｆの間隔を空けて配置されていればよく、分散レンズ３３ａ、分散レンズ３３ｂ、及び第１ミラー３４が４ｆ光学系を構成している必要はない。なお、第１アーム２１Ｂは、２つの分散レンズ３３ａ、３３ｂを備えていることが好ましいが、分散レンズを備えていなくてもよく、１枚の分散レンズのみ有するようにしてもよい。
【００９３】
第１ミラー３４は、平面鏡であり、ビームスプリッタ２３から出射した参照光の光線に対して垂直に配置されており、参照光が鏡面に垂直に入射する。そのため、第１アーム２１Ｂでは、参照光が、第１ミラー３４で反射されると、同じ経路を逆方向に通ってビームスプリッタ２３に再入射する。
【００９４】
第２アーム２２Ｂは、回折光学素子３６で回折された走査光が集光レンズ３７によってポリゴンスキャナ３８のスキャニングミラー３８ｂに集光され、スキャニングミラー３８ｂで反射されて走査光が集光レンズ３７に再入射し、集光レンズ３７で回折光学素子３６に集光されるようになされている。さらに第２アーム２２Ｂでは、回折光学素子３６に集光された走査光が合波されて第２ミラー３５に入射するようになされている。
【００９５】
回折光学素子３６は、例えば金属板の表面に１ｍｍあたり６００本程度の溝が形成された板状の回折格子であり、走査光が回折されて各波長成分の光に分光される。走査光は、光パルスである走査光に含まれる波長が異なる複数の波長成分が波長毎に分離されて各波長成分の光となり、各波長成分の光が１次元に分布した光となる。図３では、説明の便宜上、回折した走査光を、走査光内の最も波長が短い波長成分の光に対応する走査光１３ａと、走査光内の最も波長が長い波長成分の光に対応する走査光１３ｂとの２つの光線で表しているが、実際には、分離された各波長成分の光が走査光１３ａと走査光１３ｂの間に連続して並んでいる。以下では、走査光１３ａ、１３ｂを回折光学素子３６で回折された走査光の代表として説明する。走査光１３ａと走査光１３ｂについて説明したことは、他の周波数成分の光においても同様である。回折光学素子３６としては、溝の数が１ｍｍあたり３００〜６００本程度の回折格子や、他の形式の回折格子も用いることができる。
【００９６】
回折光学素子３６と集光レンズ３７とスキャニングミラー３８ｂとは、回折光学素子３６及び集光レンズ３７の間と、集光レンズ３７及びスキャニングミラー３８ｂの間とが、集光レンズ３７の焦点距離ｆと同じ間隔を空けて配置されており、いわゆる４ｆ光学系を構成している。集光レンズ３７は、入射した走査光１３ａ、１３ｂを屈折させ、回折光学素子３６で分離された走査光１３ａ、１３ｂをスキャニングミラー３８ｂに集光し、スキャニングミラー３８ｂで反射された走査光１３ａ、１３ｂを回折光学素子３６に集光する。
【００９７】
ポリゴンスキャナ３８は、回転軸３８ａを中心に備える多角柱形状の回転体３８ｃと、回転体３８ｃの各側面にそれぞれ配置された複数のスキャニングミラー３８ｂと、回転軸３８ａに接続され、回転軸３８ａを回転させることで回転体３８ｃを回転させるモーター（図３には図示せず）と、モーターを制御して回転体３８ｃの回転を制御する回転制御部（図３には図示せず）とを備え、回転軸３８ａの回転によって、回転体３８ｃが回転軸３８ａを中心に一定の方向に回転する周期運動をしている。ポリゴンスキャナ３８の回転によりスキャニングミラー３８ｂも周期運動している。
【００９８】
本変形例の場合、ポリゴンスキャナ３８は、日本電産コパル社製７面ポリゴンレーザスキャナを用いており、内接円径４０ｍｍで七角柱形状の回転体３８ｃの７つの側面にそれぞれスキャニングミラー３８ｂを備えている。ポリゴンスキャナ３８は、時計回りに１６７Ｈｚの周波数で周期運動している。すなわち、ポリゴンスキャナ３８は、６ｍｓの周期で時計回りに回転している。ポリゴンスキャナ３８としては、例えば、Lincoln Laser社製RTAシリーズなど他の市販の一般的なポリゴンスキャナを用いることができる。
【００９９】
干渉計３Ｂでは、ポリゴンスキャナ３８の回転体３８ｃが図３中の矢印の方向に時計回りに回転していき、スキャニングミラー３８ｂと回折光学素子３６で回折された走査光の焦点面（フーリエ面）とが平行になると、走査光１３ａがスキャニングミラー３８ｂに当たった位置と回折光学素子３６との間の距離が、走査光１３ｂがスキャニングミラー３８ｂに当たった位置と回折光学素子３６との間の距離と等しくなる。その結果、走査光１３ａの光路長と走査光１３ｂの光路長とが等しくなる。このとき、回折光学素子３６で分光された他の波長成分の光の光路長も等しい。
【０１００】
その後、スキャニングミラー３８ｂは、回転軸３８ａの回転によってさらに回転し、傾きが変化し、スキャニングミラー３８ｂの回転方向側の一端が回折光学素子３６から遠ざかり、他端が回折光学素子３６側に近づく。その結果、走査光１３ｂがスキャニングミラー３８ｂに当たる位置が回折光学素子３６に対して奥側に移動し、走査光１３ａが当たる位置が回折光学素子３６に対して手前側に移動する。そのため、走査光１３ａがスキャニングミラー３８ｂに当たった位置と回折光学素子３６との間の距離が、走査光１３ｂがスキャニングミラー３８ｂに当たった位置と回折光学素子３６との間の距離と異なるようになる。よって、走査光１３ａの回折光学素子３６及びスキャニングミラー３８ｂ間の光路長と、走査光１３ｂの回折光学素子３６及びスキャニングミラー３８ｂ間の光路長とが異なるようになる。そして走査光１３ａと走査光１３ｂとの間の各波長成分の光も、スキャニングミラー３８ｂの傾きに応じて光路長が異なるようになる。このように、走査光は波長成分の光毎に光路長が異なる。
【０１０１】
さらに回転軸３８ａが回転すると、スキャニングミラー３８ｂがさらに傾き、回転方向側の一端がさらに遠ざかり、他端がさらに近づくので、走査光１３ａと走査光１３ｂの光路長の差がより大きくなり、各波長成分の光間の光路長差が大きくなる。
【０１０２】
スキャニングミラー３８ｂが回折光学素子３６で回折された走査光の焦点面と平行になったときのスキャニングミラー３８ｂの位置を初期位置とすると、回転軸３８ａの回転による回転体３８ｃの周期運動により初期位置からスキャニングミラー３８ｂが回転し、周期運動によるスキャニングミラー３８ｂの初期位置からの回転角度が増えるほど、走査光１３ａと走査光１３ｂの光路長差が大きくなる。ここで、スキャニングミラー３８ｂの回転角度とは、スキャニングミラー３８ｂが回転したときの回転軸３８ａの回転角度である。
【０１０３】
本変形例の場合、走査光１３ａが、隣接するスキャニングミラー３８ｂとの境界に当たるまで、スキャニングミラー３８ｂの初期位置からの回転角度の増加することにより、走査光１３ａと走査光１３ｂの光路長の差が増加する。
【０１０４】
その後、さらに回転軸３８ａが回転すると、走査光１３ａが、現在走査光１３ｂが当たっているスキャニングミラー３８ｂの隣のスキャニングミラー３８ｂに当たり、隣接する２つのスキャニングミラー３８ｂにまたがって走査光が当たるようになる。さらに回転軸３８ａが回転すると、走査光１３ｂも現在走査光１３ａが当たっているスキャニングミラー３８ｂに当たるようになって、再度１つのスキャニングミラー３８ｂに参照光が当たるようになる。さらに回転軸３８ａが回転すると、走査光の焦点面とスキャニングミラー３８ｂとが平行になり、このスキャニングミラー３８ｂは初期位置に移動する。
【０１０５】
ポリゴンスキャナ３８は、複数のスキャニングミラー３８ｂを備えているので、スキャニングミラー３８ｂ毎に上記の過程が繰り返され、回転軸３８ａの回転により、走査光１３ａと走査光１３ｂ間の光路長差の増減が繰り返される。なお、走査光が隣接する２つのスキャニングミラー３８ｂにまたがって当たるようになってから、再度１つのスキャニングミラー３８ｂに参照光が当たるようになり、当該スキャニングミラー３８ｂが初期位置に移動するまでの間は、分子振動スペクトルが取得できないデッドタイムとなる。
【０１０６】
スキャニングミラー３８ｂで反射された走査光１３ａ、１３ｂは集光レンズ３７で集光され、回折光学素子３６に入射する。走査光１３ａ、１３ｂは回折光学素子３６で合波され、光パルスとなって回折光学素子３６から出射する。回折光学素子３６を出射した走査光は、平面鏡である第２ミラー３５に入射する。第２ミラー３５は、回折光学素子３６を出射した走査光が鏡面に垂直に入射するように配置されている。このように、第２ミラー３５に走査光が垂直に入射するので、第２ミラー３５で反射された走査光は、同じ経路を逆方向に通ってビームスプリッタ２３に再入射する。
【０１０７】
第１ミラー３４で反射された参照光と第２ミラー３５で反射された走査光とは、再度ビームスプリッタ２３に入射し、互いに干渉し、干渉波１４となる。干渉計３Ｂでは、第１アーム２１Ｂの参照光の光路長（ビームスプリッタ２３から第１ミラー２５までの往復の参照光の光路長）と、ポリゴンスキャナ３８のスキャニングミラー３８ｂが初期位置にあるときの第２アーム２２Ｂの走査光の光路長（ビームスプリッタ２３から第２ミラー３５までの往復の走査光の光路長）とが等しくなるように、第１アーム２１Ｂ及び第２アーム２２Ｂの構成要素の配置が調整されている。
【０１０８】
そのため、スキャニングミラー３８ｂが初期位置にあるとき、第２アーム２２Ｂを伝播する走査光が第１アーム２１Ｂを伝播する参照光に遅延することなくビームスプリッタ２３に到達し、参照光と走査光とは共に同一の光パルス１３から分波されたものであるので、重ねあわされて強めあい、干渉波１４が生成される。
【０１０９】
一方で、ポリゴンスキャナ３８のスキャニングミラー３８ｂの初期位置からの回転角度が増加すると、走査光１３ａと走査光１３ｂの光路長に差が生じ、回転角度の増加に応じて当該光路長差が大きくなる。このとき、走査光がスキャニングミラー３８ｂに当たった位置と回折光学素子３６との間の距離は、走査光１３ｂ（参照光内で最も波長が長い光）がスキャニングミラー３８ｂに当たった位置が最も長く、走査光１３ａ（参照光内で最も波長の短い光）がスキャニングミラー３８ｂに当たった位置が最も短い。
【０１１０】
走査光の各波長成分の光は、走査光１３ａから走査光１３ｂの間に波長の短い順に並んでおり、スキャニングミラー３８ｂ表面に直線状に照射されているので、走査光１３ａが当たった位置から走査光１３ｂが当たった位置に向かうほど、スキャニングミラー３８ｂに当たった走査光の波長が長くなる。そのため、走査光の各波長成分の光がスキャニングミラー３８ｂに当たった位置と回折光学素子３６の間の距離は、走査光の各波長成分の光の波長が長くなるほど長くなり、波長に比例して線形的に変化する。よって、各波長成分の光路長も波長に比例して線形的に変化する。
【０１１１】
そして、走査光の各波長成分の光が回折光学素子３６で合波されるとき、各波長成分の光は、光路長が最も短い走査光１３ａとの光路長差に応じた位相の遅延が生じる。各波長成分の光の光路長が波長に比例して線形的に変化しているため、位相の遅延も波長に比例して線形的に変化する。
【０１１２】
その結果、回折光学素子３６で合波されたとき、走査光は、各波長成分の光の位相状態が変化し、各波長成分の光の位相が揃うタイミングが変わり、群遅延が生じる。光の位相状態とは、各波長成分の光の重なり合い具合、すなわち、各波長成分の位相の遅延度合を意味する。このとき、各波長成分の位相の遅延が線形的に変化するので、走査光は、パルス幅が広がらずに、群遅延が生じる。スキャニングミラー３８ｂの回転角度に比例して走査光１３ａと走査光１３ｂの光路長差が大きくなるので、走査光の群遅延もスキャニングミラー３８ｂの回転角度に比例して大きくなる。
【０１１３】
このように、第２アーム２２Ｂはスキャニングミラー３８ｂの回転角度に応じて、走査光を遅延させる。走査光に遅延が生じることで、走査光が、参照光に対して遅延してビームスプリッタ２３に到達するようになる。このとき、干渉波１４は、参照光と同一光軸上に遅延した走査光が並び、走査光が参照光に遅延した状態で重ねあわされたコリニアな光パルスとなる。
【０１１４】
参照光に対する走査光の遅延は、スキャニングミラー３８ｂの回転角度に応じて走査光の各波長成分の光間の光路長差が変化し、各波長成分の光の遅延時間が変化するので、スキャニングミラー３８ｂの回転角度に応じて変化する。本変形例の場合、走査光１３ａが隣接するスキャニングミラー３８ｂとの境界に当たったとき、参照光に対する走査光の遅延が最大となり、このときのスキャニングミラー３８ｂの初期位置からの回転角度を回転角度の最大値とする。
【０１１５】
回転体３８ｃが一定の速度で回転しており、スキャニングミラー３８ｂの回転角度も一定の速度で変化するので、初期位置から回転角度が最大値となるまでの期間では、参照光に対する走査光の遅延は時間に対して線形的に変化する。よって、初期位置から回転角度が最大値となるまでの期間に検出したアンチストークス光１５の強度をインターフェログラムの生成に用いることで、上記の実施形態のように時間軸を補正する必要がない。
【０１１６】
このようにして、干渉計３Ｂは、スキャニングミラー３８ｂの初期位置からの回転角度に応じて、走査光の各波長成分に光路長差をつけ、走査光における各波長成分の位相状態をかえて走査光が参照光に対して遅延している干渉波１４を生成する。
【０１１７】
フーリエ変換型分光装置１Ｂでは、スキャニングミラー３８ｂが初期位置から回転角度が最大値となるまで移動する間の期間のインターフェログラムを生成し、当該インターフェログラムをフーリエ変換することで、被検物７の分子振動スペクトルを取得できる。
【０１１８】
以上のように、変形例２のフーリエ変換型分光装置１Ｂは、回転軸３８ａの回転によりスキャニングミラー３８ｂを回転させて走査光の各波長成分の光の光路長を変化させ、スキャニングミラー３８ｂの初期位置からの回転角度に応じて走査光を参照光に対して遅延させるので、従来のフーリエ変換型分光装置のように可動鏡の位置を動かして参照光に対して走査光を遅延させる場合と比較して、回転軸３８ａを回転させればよいためより高速にスキャニングミラー２６ｂを移動させることができ、分子振動スペクトルの取得速度を向上できる。
【０１１９】
また変形例２のフーリエ変換型分光装置１Ｂは、回転体３８ｃを一定の方向に回転させ続け、回転体３８ｃのスキャニングミラー３８ｂ毎に連続して分子振動スペクトルを取得することができるので、可動鏡の加速と停止を繰り返す必要がある従来のフーリエ変換型分光装置と比較して加速と停止にかかる時間をなくすことができ、特に連続して被検物７の分子振動スペクトルを取得するような場合に、より分子振動スペクトルの取得速度を向上できる。さらに、変形例２のフーリエ変換型分光装置１Ｂは、回転体３８ｃが１回転する間に、回転体３８ｃに備えられたスキャニングミラー３８ｂの数だけ分子分光スペクトルを取得することができるので、連続して分子振動スペクトルを取得するような場合に、より分子振動スペクトルの取得速度を向上できる。
【０１２０】
加えて、上記の実施形態と同様に、参照光に対して走査光を先行させるようにしてもよい。例えば、回転体３８ｃの回転方向を反時計回りにし、走査光１３ａが隣接するスキャニングミラー３８ｂとの境界に当たったときをスキャニングミラー３８ｂの初期位置とする。そして、スキャニングミラー３８ｂが初期位置にあるときに、参照光に対する走査光の遅延が０となるように、第１アーム２１Ｂの構成要素の位置を調整して参照光の光路長を変える。このようにして、参照光に対して走査光を先行させることができる。
【０１２１】
なお、回転体３８ｃの回転周波数、スキャニングミラー３８ｂの面数、及び回転体３８ｃ内接円径は、使用する光パルス１３のパラメータ（繰り返し周波数、パルス幅など）、目的とする測定レートに応じて適宜選定できる。
【０１２２】
例えば、上記実施形態の様にパルス幅が１７ｆｓの光パルス１３を、７５ＭＨｚの繰り返し周波数で出射する光源２を用いた場合、内接円径６０ｍｍの５４角柱形状の回転体３８ｃを備えるポリゴンスキャナ３８を用い、回転体３８ｃを９１６．７Ｈｚの周波数で回転させることで、走査光を参照光に対して光路長差に換算すると１ｍｍ程度に相当する遅延を生じさせ、５０ｋＨｚ程度の測定レートで測定できる。
【０１２３】
ちなみに、面数が多くなると測定速度が向上する一方でスペクトル解像度が低下する。そのため、回転体３８ｃは、頂点の数が５４以下の角柱形状であることが望ましい。さらに頂点の数が増え、スキャニングミラー３８ｂの面数が多くなると、スペクトル解像度の低下が大きくなる。
【０１２４】
（３−３）変形例３のフーリエ変換型分光装置
変形例３のフーリエ変換型分光装置は、変形例２のフーリエ変換型分光装置１Ｂの第２アーム２２Ｂのポリゴンスキャナをレゾナントスキャナに変えた点がフーリエ変換型分光装置１Ｂと異なる。他の構成は同様であるので、説明は省略する。
【０１２５】
図４に示すように、第２アーム２２Ｃは、回折光学素子４０で回折されて分光された走査光が集光レンズ４１によってレゾナントスキャナ４２のスキャニングミラー４２ｂに集光され、スキャニングミラー４２ｂで反射されて走査光が集光レンズ４１に再入射し、集光レンズ４１で回折光学素子４０に集光されるようになされている。さらに第２アーム２２Ｃでは、回折光学素子４０に集光された走査光が合波されて第２ミラー４３に入射するようになされている。
【０１２６】
回折光学素子４０の構成は変形例２と同様である。図４では、説明の便宜上、分光された走査光を、走査光内の最も波長が長い波長成分の光に対応する走査光１３ｃと、走査光内の中間の波長成分の光に対応する走査光１３ｄと、走査光内の最も波長が短い波長成分の光に対応する走査光１３ｅとの３つの光線で表しているが、分離された各波長成分の光が走査光１３ｃ及び走査光１３ｄ間と走査光１３ｄ及び走査光１３ｅ間に連続して並んでいる。以下では、走査光１３ｃ、１３ｄ、１３ｅを回折光学素子４０で分光された走査光の代表として説明する。走査光１３ｃ、１３ｄ、１３ｅについて説明したことは、他の走査光においても同様である。
【０１２７】
集光レンズ４１は、回折光学素子４０から集光レンズ４１の焦点距離と同じ距離を空けて、回折光学素子４０と平行になるように配置されている。集光レンズ４１は、入射した走査光１３ｃ、１３ｄ、１３ｅを屈折させ、走査光１３ｃ、１３ｄ、１３ｅをスキャニングミラー４２ｂに集光すると共に、スキャニングミラー４２ｂで反射された走査光１３ｃ、１３ｄ、１３ｅを回折光学素子４０に集光する。
【０１２８】
レゾナントスキャナ４２は、上記実施形態のレゾナントスキャナ２６と同様の構成であり、スキャニングミラー４２ｂが集光レンズ４１と平行な状態で集光レンズ４１から集光レンズ４１の焦点距離と同じ距離を空けて配置されている。このように、回折光学素子４０と集光レンズ４１とスキャニングミラー４２ｂとは、いわゆる４ｆ光学系を構成している。
【０１２９】
レゾナントスキャナ４２のスキャニングミラー４２ｂは、回転軸４２ａの回転により共振振動し、集光レンズから最も遠い位置である初期位置（図４中に破線で示す位置Ａ）と集光レンズ４１に最も近い位置（図４中に実線で示す位置Ｂ）との間を周期運動している。スキャニングミラー４２ｂは、鏡面が、初期位置で、集光レンズ４１で集光された走査光の焦点面(フーリエ面)と平行となるようになされている。
【０１３０】
スキャニングミラー４２ｂが初期位置にあるとき、走査光１３ｃ、１３ｄ、１３ｅの光路長が等しく、走査光の各波長成分の光の光路長が等しい。よって走査光の各波長成分の光は回折光学素子４０に到達したときに位相が揃っており、回折光学素子４０で各波長成分の光が合波されたときに走査光に遅延が生じない。
【０１３１】
一方で、スキャニングミラー４２ｂが回転軸４２ａの回転による共振振動により回転し、スキャニングミラー４２ｂの初期位置からの回転角度が変化すると、スキャニングミラー４２ｂと回折光学素子４０の間の距離が変化する。このとき、スキャニングミラー４２ｂの変位量がスキャニングミラー４２ｂの外縁部に行くほど大きいので、スキャニングミラー４２ｂと回折光学素子４０の間の距離は、走査光の各波長成分の光が当たった位置がスキャニングミラー４２ｂの外縁部に近いほど短くなる。そのため、各波長成分の光の光路長は、スキャニングミラー４２ｂの外縁部に最も近い位置に当たった走査光１３ｃが最も短く、外縁部から最も遠い位置でスキャニングミラー４２ｂに当たった走査光１３ｅが最も長い。上記の変形例２と同様に、光路長が各波長成分の光の波長に比例して線形的に変化する。各波長成分の光の遅延時間が、各波長成分の光の波長に比例して線形的に変化する。
【０１３２】
その結果、回折光学素子３６で合波されるとき、走査光の各波長成分の位相状態が変化し、各波長成分の光の位相が揃うタイミングが変わり、走査光に群遅延が生じる。このように、第２アーム２２Ｃは変形例２の第２アーム２２Ｂと同様にスキャニングミラー４２ｂの回転角度に応じて、走査光を群遅延させる。
【０１３３】
変形例３の第２アーム２２Ｃでは、変形例２の第２アーム２２Ｂのポリゴンスキャナ３８に変えて、レゾナントスキャナ４２を備えるようにしているので、第２アーム２２Ｃの構成を簡素にでき、フーリエ変換型分光装置を小型化できる。
【０１３４】
また、本変形例では、レゾナントスキャナ４２のスキャニングミラー４２ｂを用いているので、光パルス１３の繰り返し周波数と同じ間隔で干渉波１４を生成することができ、光パルス１３が生成されているにもかかわらず干渉波１４が生成されないという状態をなくすことができ、分子振動スペクトルを取得できないデッドタイムをなくすことができる。
【０１３５】
また、本変形例では、参照光に対する走査光の遅延が時間に対して線形に変化している時間領域のアンチストークス光１５のインターフェログラムのみを用いて分子振動スペクトルを取得するようにしているが、上記実施形態のように、アンチストークス光１５のインターフェログラムの時間軸を補正するようにしてもよい。
【０１３６】
（３−４）変形例４のフーリエ変換型分光装置
上記の実施形態、変形例１〜３では、コヒーレントアンチストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ）で生じたアンチストークス光１５から分子振動スペクトルを得るフーリエ変換型分光装置について説明してきたが、本発明はこれに限られず、本発明のフーリエ変換型分光装置は、被検物の吸光特性に基づく分子振動スペクトルを取得できるように変形することができる。
【０１３７】
変形例４のフーリエ変換型分光装置は、上記の実施形態のフーリエ変換型分光装置１を被検物７の吸光特性に基づく分子振動スペクトルを取得できるように変形したものである。この場合、図１に示す実施形態のフーリエ変換型分光装置１と同様の構成には同様の番号を付した図５に示すように、フーリエ変換型分光装置１Ｄは、光源２と、干渉計３Ｄと、光検出器１０と、ローパスフィルタ１１と、ＰＣ１２とを備えている。フーリエ変換型分光装置１Ｄは、干渉波１４が被検物７を透過することで生じた被検出光としての透過光４５のインターフェログラムを、干渉計３を用いて生成し、当該インターフェログラムをＰＣ１２によってフーリエ変換して分子振動スペクトルを得るフーリエ変換型分光装置である。
【０１３８】
フーリエ変換型分光装置１Ｄでは、フーリエ変換型分光装置１と異なり、被検物７から出射した透過光４５を検出するため、ロングパスフィルタ５、ショートパスフィルタ９が除去されている。また、被検物７での光吸収は、コヒーレントアンチストークスラマン散乱のような非線形光学現象ではなく、線形光学現象であるので、補償器４、第１対物レンズ６、第２対物レンズ８、及び、分散レンズ２４はフーリエ変換型分光装置１Ｄに備えられていなくてもよい。そのため、フーリエ変換型分光装置１Ｄでは、第１アーム２１Ｄが分散レンズを有しておらず、補償器、第１対物レンズ、第２対物レンズも備えていない。第２アーム２２Ｄなどのフーリエ変換型分光装置１Ｄの他の構成は、フーリエ変換型分光装置１と同様であり、同様の機能を有しているので、説明を省略する。
【０１３９】
また干渉計３Ｄは、干渉計３と同様の機能を有し、スキャニングミラー２６ｂの初期位置からの回転角度に応じて走査光が参照光に対して遅延している干渉波１４を生成する。
【０１４０】
干渉波１４は、被検物７に当たると、被検物７を透過する過程で参照光及び走査光に含まれる波長成分の内、被検物７に含まれる分子振動に対応する波長成分の光の強度が減少し、透過光４５として被検物７から出射する。
【０１４１】
フーリエ変換型分光装置１Ｄでは、光源２で光パルス１３が生成されるたびに、干渉波１４が被検物を透過することで生じた透過光４５を順次電子データとして保存していくことで、光パルス１３の繰り返し周期と同じ時間間隔毎に透過光４５の強度の値を有するインターフェログラムが生成される。干渉計３Ｄで生成される干渉波１４における参照光に対する走査光の遅延は、レゾナントスキャナ２６のスキャニングミラー２６ｂの初期位置からの回転角度に応じて周期的に変化し、半周期で最大となる。よって、スキャニングミラー２６ｂの回転角度の変化の半周期分のインターフェログラムを取り出し、当該インターフェログラムをフーリエ変換することで、被検物７の分子振動スペクトルを取得できる。
【０１４２】
上記では、実施形態のフーリエ変換型分光装置１を被検物の吸光特性に基づく分子振動スペクトルを取得できるように変形した場合について説明したが、本発明はこれに限られず、変形例１、２のフーリエ変換型分光装置１Ａ、１Ｂと、変形例２のフーリエ変換型分光装置１Ｂに変形例３の第２アーム２２Ｃを適用したフーリエ変換型分光装置を分子振動スペクトルを取得できるように変形することもできる。この場合も、変形例４のフーリエ変換型分光装置１Ｄと同様に、干渉波１４が被検物７を透過することで生じた被検出光としての透過光４５のインターフェログラムを生成するようにする。
【０１４３】
また、本変形例では、光源２として広帯域のパルスレーザーを用いているが、これに限られず、光源２として例えば高輝度セラミック光源、タングステン・ヨウ素ランプのようなインコヒーレントな光源も用いることができる。この場合、参照光及び走査光は光パルスではなく連続波である。
【０１４４】
さらに、本変形例では、参照光に対する走査光の遅延が時間に対して線形に変化している時間領域の透過光４５のインターフェログラムのみを用いて分子振動スペクトルを取得するようにしているが、インターフェログラムの時間軸を補正する上記実施形態と同様に、透過光４５のインターフェログラムの時間軸を補正するようにしてもよい。
【０１４５】
また、本変形例では、被検出光としての被検物７から出射した透過光４５を用いてインターフェログラムを生成して、吸光特性に基づく分子振動スペクトルを取得する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、被検出光としての被検物７で干渉波１４が反射されることで生じる反射光を用いてインターフェログラムを生成し、当該インターフェログラムをフーリエ変換して吸光特性に基づく分子振動スペクトルを取得するようにしてもよい。
【０１４６】
この場合、正反射法、全反射測定法（ＡＴＲともいう）、拡散反射法などの試料からの反射光を利用して吸光特性を取得するＦＴ−ＩＲに用いられている手法を用いて、被検物７からの反射光を取得するようにする。
【０１４７】
（４）検証試験
検証試験として上記の実施形態のフーリエ変換型分光装置１を用いて、液体トルエンの分子振動スペクトルを取得した。分子振動スペクトルを取得した際に生成されたアンチストークス光１５のインターフェログラムを図６に、またインターフェログラムをフーリエ変換して得られた分子振動スペクトルを図７にそれぞれ示す。図６のインターフェログラムでは、横軸が時間軸（μｓ）であり、縦軸が光検出器１０で検出されたアンチストークス光１５の相対的な強度である。また、インターフェログラムに示した番号「１、２、３・・・ｎ」は、図７の分子振動スペクトルの測定回の番号に対応しており、スキャニングミラー２６ｂの振動周期の半周期分のインターフェログラムごとに付してある。図７の横軸は波数（ｃｍ−１）であり、図７の右側には、分子振動スペクトルの測定回の番号と、測定時間が示されている。図７には、繰り返し測定した複数の分子振動スペクトルが手前から測定時間の順に示されている。分子振動スペクトルは、波数ごとのアンチストークス光の相対的な強度を表している。
【０１４８】
フーリエ変換型分光装置１のレゾナントスキャナ２６のスキャニングミラー２６ｂは、８ｋＨｚの周波数で振動しており、１２５μｓの周期で周期運動をしている。そして、フーリエ変換型分光装置１では、半周期分のインターフェログラムからそれぞれ分子振動スペクトルを得ることができるので、６２．５μｓ毎に分子振動スペクトルを得ることができる。そのため、図７に示された時間は、６２．５μｓ間隔となっている。
【０１４９】
図７に示されるように、取得した分子振動スペクトルでは、いずれの分子振動スペクトルにおいてもトルエンに固有な分子振動の波数786ｃｍ−１、1003ｃｍ−１、1031ｃｍ−１近傍に大きなピークが観察された。また、図７中に示した分子振動スペクトルの拡大図に見られるように、トルエンに固有な分子振動の波数522ｃｍ−１、1212ｃｍ−１近傍にも小さなピークが観察された。
【０１５０】
このように、本発明の実施形態に係るフーリエ変換型分光装置１を用いて分子振動スペクトルを取得できることを確認できた。また、フーリエ変換型分光装置１は、６２．５μｓごとに１つの分子振動スペクトルを取得することができ、１秒間に１６，０００もの分子振動スペクトル取得することができ、従来より分子振動スペクトル取得速度が向上できることが確認できた。
【０１５１】
次に、フーリエ変換型分光装置１Ａを用いて、図８に示すように、トルエン６１とベンゼン６２の混合状態の時間的変化を分子振動スペクトルの変化として測定した。この測定では、トルエン６１の入ったキュベット６４を第１対物レンズ６と第２対物レンズ８との間に配置し、干渉波１４の焦点（第１対物レンズ６の焦点位置）がキュベット６４内となり、キュベット６４内の液体に干渉波１４を照射するように調整した。ピペット６５から複数滴のベンゼン６２をキュベット６４内のトルエン６１に複数滴垂らして、フーリエ変換型分光装置１Ａによる測定を開始した。上記測定の結果を図９Ａ、９Ｂに示す。
【０１５２】
図９Ａは、分子振動スペクトルの時間的変化を示しており、縦軸が時間軸（ｍｓ）であり、横軸が波数（ｃｍ−１）である。この図９Ａに示されるように、測定開始時からトルエン６１に固有な分子振動の波数786ｃｍ−１、1003ｃｍ−１、1031ｃｍ−１の近傍に大きなピークが現れ、測定開始時より約40ｍｓが経過した時点からベンゼン６２に固有な分子振動の波数990ｃｍ−１のピークが現れた。そして、ベンゼン６２に固有な分子振動の波数のピークが強まると、それに相反するようにトルエン６１に固有な分子振動の波数のピークが弱まることが観測された。
【０１５３】
また、図９Ｂに示すグラフは、測定位置におけるトルエン６１とベンゼン６２の濃度の時間的な変化を示しており、横軸が時間軸（ｍｓ）であり、縦軸がトルエン６１とベンゼン６２の濃度である。トルエン６１とベンゼン６２の濃度の時間的な変化は、測定された分子振動スペクトルの時間的変化から求めたものである。すなわち、トルエン６１の濃度は、トルエン６１のピーク（波数786ｃｍ−１）の強度から換算し、ベンゼン６２の濃度は、ベンゼン６２のピーク（波数990ｃｍ−１）の強度から換算した。このように、フーリエ変換型分光装置１は、分子振動スペクトル取得速度が向上されているため、短時間で変化する状態の観測にも適していることが確認できた。
【０１５４】
さらに、フーリエ変換型分光装置のフローサイトメトリーへの適用性について検証した。この検証では、フーリエ変換型分光装置１Ａを用いた。図１０Ａ、１０Ｂにおいて、マイクロ流体デバイス（図示省略）に形成された微小流路７１に対して、図１０Ａに示すように、上方から干渉波１４を照射し、微小流路７１の上下方向のほぼ中央に干渉波１４の焦点ｆｓが位置し、かつ図１０Ｂに示すように、微小流路７１の幅方向（水平方向）のほぼ中央に干渉波１４の焦点ｆｓが位置するように微小流路７１の位置を調整した。この微小流路７１内に複数のビーズ７２を水７３とともに流し、分子振動スペクトルの測定を行った。なお、干渉波１４の焦点ｆｓにおける直径は2.1μｍであった。また、ビーズ７２は、平均直径16μｍのポリスチレン製を用い、流速0.04ｍ／ｓで微小流路７１内に流した。
【０１５５】
図１１Ａに、生成されたインターフェログラムを示すように、干渉波１４の焦点ｆｓをビーズが通過するごとにアンチストークス光１５が検出され、アンチストークス光１５が検出されたインターフェログラムの部分をフーリエ変換することにより、図１１Ｂに示す分子振動スペクトルが得られた。この得られた分子振動スペクトルには、ポリスチレンに固有な分子振動の波数のピークを確認できた。なお、図１１Ａのインターフェログラムは、横軸が時間軸（ｍｓ）であり、縦軸が光検出器１０で検出されたアンチストークス光１５の相対的な強度である。また、図１１Ｂは、横軸が波数（ｃｍ−１）であり、縦軸がアンチストークス光１５の相対的な強度を表している。
【０１５６】
上記結果から、フーリエ変換型分光装置１Ａは、スキャニングミラー２６ｂの共振振動による周期運動を利用して高速に繰り返しインターフェログラムを生成するので、ビーズ７２のように被検物が干渉波１４の焦点ｆｓを通過する時間が短く、また通過するタイミングが不規則な場合であっても、被検物の分子振動スペクトルを確実に取得することができることがわかり、フローサイトメトリーに適していることが確認できた。
【符号の説明】
【０１５７】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｄ    フーリエ変換型分光装置
２    光源
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｄ    干渉計
４    補償器
７    被検物
１０  光検出器
１２  ＰＣ
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｄ    第１アーム
２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ    第２アーム
２３  ビームスプリッタ
２５、３４  第１ミラー
２６、４２  レゾナントスキャナ
２６ｂ、３８ｂ、４２ｂ  スキャニングミラー
２８、３５、４３  第２ミラー
３６、４０  回折光学素子
３８  ポリゴンスキャナ
【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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【国際調査報告】
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