(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フーリエ変換分光計であって、
入力光を使用して空間領域の干渉縞を形成するためのファブリーペロー干渉計と、
前記干渉縞の画像を捉えるために前記ファブリーペロー干渉計に対して位置決めされた検出器であって、複数の検出素子を含み、前記検出器に直交する光軸を定めている検出器と、
前記検出器に通信可能につながれ、前記光のスペクトル成分に関する情報を決定するために周波数領域変換を使用して前記干渉縞画像を処理するように構成されたプロセッサと、
を備え、
前記ファブリーペロー干渉計は、前記光に対して一部透過性で且つ一部反射性である第１及び第２の光学表面を含み、前記第１及び第２の光学表面は、それらの間に共振空洞を形成し、前記第１の光学表面と前記第２の光学表面との間の距離は、前記光軸に直交する第１の横方向に空間的に可変であり、前記第１及び第２の光学表面は、約２０〜６０％の範囲の反射率を有する、フーリエ変換分光計。
【請求項２】
請求項１に記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第１及び第２の光学表面は、互いに対して固定されている、フーリエ変換分光計。
【請求項３】
請求項１ないし２のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第１及び第２の光学表面は、前記第１の横方向に滑らかに変化する傾斜を有する、フーリエ変換分光計。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第１の光学表面と前記第２の光学表面との間の前記距離は、前記光軸及び前記第１の横方向に直交する第２の横方向に可変である、フーリエ変換分光計。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第１の光学表面と前記第２の光学表面との間の前記距離は、前記共振空洞の少なくとも一部分において、前記第１の横方向に実質的に線形に変化する、フーリエ変換分光計。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第１及び第２の光学表面の少なくとも１つは、実質的に平面状である、フーリエ変換分光計。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第１及び第２の光学表面の少なくとも１つは、角度をなして合流する２つ又は３つ以上の部分を含む、フーリエ変換分光計。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第１及び第２の光学表面の少なくとも１つは、頂点領域で合流する少なくとも第１及び第２の実質的に平面状の部分を含むプリズムを含む、フーリエ変換分光計。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第１及び第２の光学表面の少なくとも１つは、レンズの表面を含む、フーリエ変換分光計。
【請求項１０】
請求項９に記載のフーリエ変換分光計であって、
前記レンズは、円柱レンズである、フーリエ変換分光計。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第１の光学表面と前記第２の光学表面との間の前記距離は、前記ファブリーペロー干渉計の中心領域において相対的最小値を有する、フーリエ変換分光計。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第１の光学表面と前記第２の光学表面との間の前記距離は、前記ファブリーペロー干渉計の周縁領域において相対的最小値を有する、フーリエ変換分光計。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第１及び第２の光学表面は、１つ又は２つ以上の物理的接触点において互いに物理的に接触している、フーリエ変換分光計。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第１及び第２の光学表面は、前記第１の光学表面と前記第２の光学表面との間の光学距離が実質的にゼロである１つ又は２つ以上の光学的接触点において互いに光学的に接触している、フーリエ変換分光計。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第１の光学表面と前記第２の光学表面との間の前記領域は、真空、気体、又は液体を含む、フーリエ変換分光計。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第１の光学表面と前記第２の光学表面との間の前記領域は、固体材料を含む、フーリエ変換分光計。
【請求項１７】
請求項１ないし１６のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第１及び第２の光学表面は、約４０％の反射率を有する、フーリエ変換分光計。
【請求項１８】
請求項１ないし１７のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、更に、
前記干渉縞を前記ファブリーペロー干渉計から前記検出器へ中継するための光学系を備えるフーリエ変換分光計。
【請求項１９】
請求項１ないし１７のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記検出器は、前記干渉縞を前記検出器へ中継するための光学系を伴うことなく前記干渉縞画像を捉えられるように、前記ファブリーペロー干渉計に隣接して位置決めされる、フーリエ変換分光計。
【請求項２０】
請求項１ないし１９のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、更に、
前記入力光を光源から集めて前記ファブリーペロー干渉計へ伝送するための光収集光学系を備えるフーリエ変換分光計。
【請求項２１】
請求項２０に記載のフーリエ変換分光計であって、
前記光収集光学系は、前記ファブリーペロー干渉計において前記光源の画像を形成するように構成される、フーリエ変換分光計。
【請求項２２】
請求項１ないし２１に記載のフーリエ変換分光計であって、
前記プロセッサは、前記干渉縞画像を前記空間領域から前記周波数領域へ変換するように構成される、フーリエ変換分光計。
【請求項２３】
請求項２２に記載のフーリエ変換分光計であって、
前記プロセッサは、フーリエ変換、又は非正弦波ベースの関数を使用した変換を、前記干渉縞画像に対して実施するように構成される、フーリエ変換分光計。
【請求項２４】
請求項１ないし２３のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記第１及び第２の光学表面は、コーティングされていない、フーリエ変換分光計。
【請求項２５】
請求項１ないし２４のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記複数の検出素子は、一次元の線形配列の形で配置される、フーリエ変換分光計。
【請求項２６】
請求項１ないし２５のいずれかに記載のフーリエ変換分光計であって、
前記複数の検出素子は、二次元の平面配列の形で配置される、フーリエ変換分光計。
【請求項２７】
入力光のスペクトル成分を決定する方法であって、
ファブリーペロー干渉計を使用して、入力光から空間領域の干渉縞を形成することと、
前記干渉縞の画像を捉えるために前記ファブリーペロー干渉計に対して位置決めされた検出器を使用して、干渉縞画像を形成することであって、前記検出器は、複数の検出素子を含み、前記検出器に直交する光軸を定めている、ことと、
前記光のスペクトル成分に関する情報を決定するために、周波数領域変換を実行するプロセッサを使用して、前記干渉縞画像を処理することと、
を備え、前記ファブリーペロー干渉計は、光に対して一部透過性で且つ一部反射性である第１及び第２の光学表面を含み、前記第１及び第２の光学表面は、それらの間に共振空洞を形成し、前記第１の光学表面と前記第２の光学表面との間の距離は、前記光軸に直交する第１の横方向に空間的に可変であり、前記第１及び第２の光学表面は、約２０〜６０％の範囲の反射率を有し、
前記干渉縞画像は、前記ファブリーペロー干渉計の特性が意図的に変更されない期間中に捉えられる、方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願への相互参照】
【０００１】
本出願は、本明細書の一部と見なされるべく参照によってそれぞれその全体を本明細書に組み込まれた以下の米国仮特許出願、すなわち、２００９年１２月２日に出願され「SPATIALLY VARIABLE ETALON FOR SPECTROSCOPY AND SPECTRAL IMAGING（分光及びスペクト
ル画像解析のための空間的に可変のエタロン）」と題された米国仮特許出願第６１／２８３，５１９号、並びに２０１０年５月１７日に出願され「A FABRY-PEROT INTERFEROMETER
WITH A SPATIALLY VARIABLE RESONANCE GAP EMPLOYED AS A FOURIER TRANSFORM SPECTROMETER（フーリエ変換分光計として用いられる、空間的に可変の共振ギャップを伴うファ
ブリーペロー干渉計）」と題された米国仮特許出願第６１／３４５，５４９号の、優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、例えばフーリエ変換分光などの、分光の分野に関する。
【０００３】
フーリエ変換分光は、光源からの光のスペクトル成分に関する情報を得るために使用することができる技術である。多くのフーリエ変換分光計（ＦＴＳ）は、マイケルソン干渉計を利用しており、入力光と干渉計との相互作用の結果得られる時変性の信号に符号化された光のスペクトルを測定する。マイケルソンＦＴＳでは、干渉縞は、時間でサンプリングされる。マイケルソンＦＴＳは、可動鏡を使用し、該鏡は、２本に分割され次いで再結合される入力ビーム間において時変性の光路差（ＯＰＤ）を生じさせる。単色光によって照射されるときは、この時変性ＯＰＤに対する検出器応答は、ＯＰＤの変化率及び入射光の波長の関数を周期とする正弦波信号である。入射光の波長は、通常は基準レーザ信号を使用して、ＯＰＤの変化率に関する正確な知識によって、サンプリングで得られた信号をもとに回復される。複数波長による照射は、加法的な合成模様を生成し、個々の波長の強度は、適切な前処理後にフーリエ変換を使用して回復される。サンプリングで得られた干渉縞（すなわちインターフェログラム）からスペクトルへの変換は、十分に確立されている。
【０００４】
もう１つのタイプのＦＴＳは、空間ＦＴＳであり、入力光のスペクトルは、検出器配列によってサンプリングされた空間パターンに符号化される。空間ＦＴＳは、例えば、光学を使用して、完全な対称性から鏡又はビーム分割器を僅かにずらすなどによって、検出器配列においてＯＰＤの勾配を生じさせる。このＯＰＤの勾配と照射光との相互作用は、配列によってサンプリングされた干渉縞を生成する。インターフェログラムは、既知の単色光源（例えば、干渉フィルタを透過された光）を使用して、波長で較正される（すなわち、ＯＰＤの傾斜が決定される）。検出器配列素子に応じた不均一性がサンプリング及び補正されたら、データ処理は、マイケルソンＦＴＳデータ処理と同様になる。
【０００５】
一部の実施形態では、フーリエ変換分光計は、入力光を使用して、干渉縞を形成するためのファブリーペロー干渉計と、干渉縞の画像を捉えるためにファブリーペロー干渉計に対して位置決めされた検出器であって、複数の検出素子を含み、検出器に直交する光軸を定めている検出器と、検出器に通信可能につながれ、光のスペクトル成分に関する情報を決定するために干渉縞画像を処理するように構成されたプロセッサとを含み、ファブリーペロー干渉計は、光に対して一部透過性で且つ一部反射性である第１及び第２の光学表面を含み、第１及び第２の光学表面は、それらの間に共振空洞を形成し、第１の光学表面と第２の光学表面との間の距離は、光軸に直交する第１の横方向に空間的に可変である。
【０００６】
一部の実施形態では、入力光のスペクトル成分を決定する方法は、ファブリーペロー干
渉計を使用して入力光から干渉縞を形成することと、干渉縞の画像を捉えるためにファブリーペロー干渉計に対して位置決めされた検出器を使用して、干渉縞画像を形成することであって、検出器は、複数の検出素子を含み、検出器に直交する光軸を定めている、ことと、光のスペクトル成分に関する情報を決定するために、プロセッサを使用して、干渉縞画像を処理することとを含み、ファブリーペロー干渉計は、光に対して一部透過性で且つ一部反射性である第１及び第２の光学表面を含み、第１及び第２の光学表面は、それらの間に共振空洞を形成し、第１の光学表面と第２の光学表面との間の距離は、光軸に直交する第１の横方向に空間的に可変であり、干渉縞画像は、ファブリーペロー干渉計の特性が意図的に変更されない期間中に捉えられる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本明細書では、発明の特定の態様、利点、及び特徴が説明される。しかしながら、発明のどの実施形態でも、このような全ての態様、利点、及び特徴が必ずしも含まれる又は達成されるのではないことが理解されるべきである。したがって、発明は、１つ又は１群の態様、利点、又は特徴を、本明細書で教示又は示唆されるだろうその他の態様、利点、又は特徴を含む又は達成することなく含む又は達成する方式で、具現化又は実施することができる。添付の図面には、例示目的のためにのみ、特定の実施形態が示されている。
【０００８】
【図１】２つの光学表面間に空間的に不変のギャップを有するファブリーペロー干渉計の動作を示した概略図である。
【０００９】
【図２】２つの光学表面間に空間的に不変のギャップを有するファブリーペロー干渉計（上側）及び２つの光学表面間に空間的に変化するギャップを有するファブリーペロー干渉計（下側）について、平行入力ビームに応答する出力を示した図である。
【００１０】
【図３】干渉縞を形成するために２つの光学表面間に空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計を使用するフーリエ変換分光計の一実施形態を示したブロック図である。
【００１１】
【図４】図３のフーリエ変換分光計に使用することができる一実施形態のファブリーペロー干渉計を示した図である。
【００１２】
【図５】図３のフーリエ変換分光計に使用することができる別の一実施形態のファブリーペロー干渉計を示した図である。
【００１３】
【図６】空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計を使用し、光収集光学系と干渉縞中継光学系とを含む、フーリエ変換分光計を示した概略図である。
【００１４】
【図７】２つの光学表面間に空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計を通る単色光の透過を、光学表面の様々な反射率値について示したグラフの例である。
【００１５】
【図８】１８％反射光学表面を有するファブリーペロー干渉計に対応する図７の曲線のフーリエ変換を示したプロットの例である。
【００１６】
【図９】空間的に変化するギャップを有するファブリーペロー干渉計について、単色光源のピークフーリエ振幅を表面反射率の関数として示したプロットの例である。
【００１７】
【図１０】空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計を使用するフーリエ変換分光計について、絶対効率の推定量を示したプロットの例である。
【００１８】
【図１１】空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計からの干渉縞画像の例であり、単色入力ビームの場合に縞周期に対して入射角が及ぼす影響を示している。
【００１９】
【図１２】０度から所定の入射角までの範囲にわたって各入射角における信号を積分されたものを示した干渉縞画像の例である。
【００２０】
【図１３】空気で満たされた空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計について、分解能を入力光のＦ値の関数として示したプロットの例である。
【００２１】
【図１４】空間的に変化するギャップを伴うゲルマニウムファブリーペローエタロンについて、分解能を入力光の有効Ｆ値の関数として示したプロットの例である。
【００２２】
【図１５】空間的に変化するギャップを有するファブリーペロー干渉計を伴うフーリエ変換分光計を使用して測定された蛍光のスペクトルを示したプロットの例である。
【００２３】
【図１６】空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計を使用したフーリエ変換分光計の一実施形態の写真である。
【００２４】
【図１７】図１６のフーリエ変換分光計を使用して得られた干渉縞画像の例である。
【００２５】
【図１８】ジエチルエーテルをビームに噴き付けて測定された黒体源のスペクトルのプロットの例であり、図１６のフーリエ変換分光計を使用して得られたものである。
【００２６】
【図１９】図１８をもとに測定スペクトルの時間変動を示したプロットの例である。
【００２７】
【図２０】線形に空間的に変化するギャップを有するファブリーペロー干渉計を伴うフーリエ変換分光計によって生成された干渉縞画像の例である。
【００２８】
【図２１】ジエチルエーテルをビームに噴き付けて黒体源について測定されたスペクトルのプロットの例であり、線形に空間的に変化するギャップを有するファブリーペロー干渉計を伴うフーリエ変換分光計を使用して得られたものである。
【００２９】
以下の開示は、光のスペクトル成分に関する情報を得るために処理することができる干渉縞、すなわち縞模様を生成するために、反射層間に空間的に変化するギャップを有するファブリーペロー干渉計を使用するタイプの、空間ＦＴＳの実施形態を説明している。一部の実施形態では、ギャップは、ＦＴＳの光軸に直交する方向に変化する。この空間的に変化するギャップは、検出器において光路長の勾配を生じさせる。この光路長の勾配は、実施形態によっては従来のＦＴＳデータ処理技術によって解析可能である干渉縞を生成する。本開示は、また、ＦＴＳの一部の実施形態によって生成される非正弦波周期空間干渉縞による影響力はもちろん、感度を高める又は最大にするための層反射率の選択、並びに干渉計に対して様々な入射角度を有する入力光と併せてＲＴＳを使用することによる影響も説明している。
【００３０】
図１は、２つの光学表面１０２と１０４との間に空間的に不変のギャップを有するファブリーペロー干渉計１００の動作を示した概略図である。ファブリーペロー干渉計１００は、入射光線に対して一部透過性で且つ一部反射性である第１の平面状の光学表面１０２を含む。ファブリーペロー干渉計１００は、また、光に対して同様に一部透過性で且つ一部反射性である第２の平面状の光学表面１０４も含む。
【００３１】
ファブリーペロー干渉計１００は、光学表面間における複数の反射によって引き起こされる波長依存性の干渉による光の変調という、自然界で広く観測される現象を引き出す。ロバート・フックは、この現象を、板に物理的に接触したレンズについて報告した。結果得られる干渉環は、その現象についてのニュートンによる詳細な解析ゆえに、ニュートン環として知られている。ファブリーペロー干渉計１００は、２つの一部反射性の表面をごく接近させて配置し、共振空洞１０１を形成することによって、この現象を引き出す。対を成す表面１０２、１０４に入射する光線１０６は、空洞１０１内で多重反射し、空洞１０１を異なる回数にわたって横断した後にファブリーペロー干渉計１００から出て行く光線Ｔ１、Ｔ２（又はＲ１、Ｒ２）の間において干渉を生じる。
【００３２】
空洞１０１を通過するのに伴って光がどのように変化されるかに関する詳細は、一次には、反射表面間の空間の長さ（ｌ）と、それらの反射率と、法線１０８に対する入射角（θ）と、反射器１０２と１０４との間のギャップ内の媒質の屈折率（ｎ）とに依存する。
【００３３】
ファブリーペロー干渉計１００による透過は、（可変ギャップの面内における位相差δの役割を強調する形式で記述された）以下の方程式によって与えられる。
【数１】
0006053523.tif 000002
この式では、Ｒは、層の反射率であり、δは、反射間における位相差である。変数δは、以下の式によって与えられる。
【数２】
0006053523.tif 000003
ここで、ｎは、ギャップ内の媒質の屈折率であり、θは、光線が法線１０８に相対的にギャップを横断する角度であり、Ｌは、ギャップ厚さ（ここでは、この場合は法線１０８に平行である光軸に直交するｘ方向における位置の任意の関数として表される）であり、λは、波長である。波長及びギャップ厚さは、同じ単位で表される。
【００３４】
従来のファブリーペロー干渉計（例えば１００）では、ギャップは、ｘ方向に一定であるので、関数ｌ（ｘ）は、定数に等しい。走査型ファブリーペロー干渉計は、光軸に沿って縦方向に、時間とともにギャップ厚さを変化させるが、ギャップ厚さは、各時点ではやはり、（例えば光軸に直交する横方向に）空間的に一定にとどまる。
【００３５】
歴史的に見て、ギャップが空気又は真空であるファブリーペロー装置は、干渉計と呼ばれることがあり、一方で、固体で満たされたギャップは、エタロンと呼ばれることがある。しかしながら、動作の原理は同じであり、本開示では、それとは反対に明記されていない限り、いずれも区別しないで使用される。
【００３６】
図２は、２つの光学表面間に空間的に不変のギャップを有するファブリーペロー干渉計２００（上側）及び２つの光学表面間に空間的に変化するギャップを有するファブリーペロー干渉計２２０（下側）について、平行入力ビームに応答する出力を示している。図２の下側部分は、空間的な縞を伴う干渉縞を構築するためのファブリーペロー干渉計の使用を概念的に示している。
【００３７】
図２の上側部分は、単色点光源２１０を含む。単色点光源２１０からの光は、レンズ２
１１によって平行化されて平行入力ビーム２１２を形成する。この平行ビームは、図１に関連して上述されたように、２つの光学表面間に空間的に不変のギャップを有するファブリーペロー干渉計２００に入射する。干渉計２００における光学表面が平行であることによって、出力ビーム２１４における干渉縞は、検出画面（この場合は平行入力ビーム２１２）全体にわたって均一になる。これは、検出器における強度２１８をｘ方向における検出器上の位置の関数としてグラフ表示したプロット２１６に示されている。線２１８から明らかなように、関数ｌ（ｘ）は、ファブリーペロー干渉計２００の場合は定数に等しく、角度θは、平行入力ビーム２１２の場合は一定であるので、検出器における強度もまた、方程式（１）及び（２）のそれぞれにおいてｘ方向に一定である。
【００３８】
反対に、図２の下側部分は、２つの光学表面（図２において非平行線として示されている）間に空間的に変化するギャップを有するファブリーペロー干渉計２２０の出力を示している。この場合、単色点光源２３０は、レンズ２３１によって平行入力ビーム２３２に平行化されてファブリーペロー干渉計２２０に入射する光を放射する。ファブリーペロー干渉計２２０は、出力ビーム２３４において干渉縞２３８を形成する。干渉縞２３８は、検出器における強度をｘ方向における検出器上の位置の関数としてプロットしたプロット２３６に示されている。ファブリーペロー干渉計２２０の板は、平行ではなく、互いに対して傾いているので、方程式（２）におけるギャップ厚さｌは、ｘ方向における位置とともに線形に変化する。したがって、方程式（１）及び（２）のそれぞれにおいて、透過された干渉縞は周期関数であり、これは、検出器上に周期信号２３８を生成する。
【００３９】
空間ＦＴＳの特性は、１つには、波長に依存する空間縞模様（例えば周期縞模様）を形成することにあり、該模様は、スペクトルを決定するために、検出器配列によって空間的にサンプリングされて、例えばフーリエ変換を使用して処理される。従来のＦＴＳ機器には、縞模様を生成するために、ビーム分割器をベースにした干渉計、又は適切な偏光器を伴う複屈折結晶のいずれかを使用するものがある。しかしながら、図２の下側部分に示されるように、本明細書で説明される空間ＦＴＳは、縞模様を生成するために、空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計を使用する。
【００４０】
図３は、干渉縞３３４を形成するために２つの光学表面間に空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計３２０を使用するフーリエ変換分光計３５０の一実施形態を示したブロック図である。フーリエ変換分光計３５０は、スペクトル成分の測定を所望される任意の光源から入力光３３２を受信することができる。本明細書で説明されるＦＴＳの実施形態は、例えば、電磁スペクトルの可視領域及び赤外領域で動作することができる。入力光３３２は、空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計３２０に向けられる。
【００４１】
ファブリーペロー干渉計３２０は、検出器３４０に向けられる干渉縞３３４を形成する。検出器３４０は、干渉縞３３４を様々な場所で同時に空間的にサンプリングするために、一次元の直線状の配列の形で配置された複数の検出素子を含むことができる。検出素子は、例えば、フーリエ変換分光計３５０が画像分光計である場合などは、二次元配列の形で配置することもできる。このようにして、検出器３４０は、干渉縞画像３３８を形成する。検出器３４０は、例えば機器の光軸に直交する面内に配置された幾つかの検出素子を含むことができる。検出器３４０は、より高い次元性を有することもできる（例えば、検出素子は、円筒状の表面上又はその他の非平面状の表面上に配置されてよい）。
【００４２】
一部の実施形態では、ファブリーペロー干渉計３２０は、検出器配列におけるＯＰＤ関数が線形であって尚且つ縞模様の中心でゼロに等しいような、対称的なインターフェログラムを生成するように設計することができる。図２の下側部分に示された配置は、ゼロＯＰＤに達しない。ゼロＯＰＤを達成するためには、２つの表面を光学的に接触させる。こ
れは、様々なやり方で達成することができ、そのうちの２つが、図４及び図５に示されている。
【００４３】
検出器は、画像プロセッサ３４２に通信可能につながれている。画像プロセッサ３４２は、検出器から干渉縞画像を受信し、画像処理アルゴリズムを実行して、干渉縞画像３３８を空間領域から周波数領域に変換する。画像プロセッサ３４２は、例えばフーリエ変換などの様々な技術を使用して、この変換を実施することができる。一部の実施形態では、離散フーリエ変換は、サイン、コサイン、又はフーリエ変換の関数を実施するが必ずしもフーリエ変換であるとは定められていない等価の指数形式を除くそれ以外の基底関数を使用するように変更することができる。数学的に一般的に定められているフーリエ変換の使用を伴うことなくデータをスペクトル領域に変換するために、神経回路網又はその他の統計的手法を使用することも可能である。フーリエ変換の追加又は代わりとして、その他の変換技術を使用することも可能であり、この種の機器は、フーリエ変換分光計として広く知られているが、画像プロセッサ３４２は、干渉縞画像３３８に対して必ずしもフーリエ変換を実施する必要はない。
【００４４】
図４は、図３のフーリエ変換分光計３５０に使用することができる一実施形態のファブリーペロー干渉計４２０を示した図である。ファブリーペロー干渉計４２０は、スペクトル成分を測定対象とされる光に対してともに一部透過性で且つ一部反射性である第１の光学表面４５４及び第２の光学表面４５８を含む。一部の実施形態では、第１の光学表面４５４は、光軸４６６に沿って位置付けられた第１の光学素子４５２の後面である。第２の光学表面４５８は、例えば、光軸４６６に沿って位置付けられた第２の光学素子４５６の前面であることができる。一部の実施形態では、光軸４６６は、ファブリーペロー干渉計４２０からの光がファブリーペロー干渉計４２０を通過した後に透過又は反射のいずれかによって向かう先である検出器（図４では不図示）に直交する。
【００４５】
第１及び第２の光学表面４５４、４５８は、連携してそれらの間に共振空洞４６０を形成する。図４に示されるように、第１の光学表面４５４と第２の光学表面４５８との間のギャップ４６２は、光軸４６６に実質的に直交する横方向に変化する。具体的には、ギャップ４６２が、ｘ方向に変化する一方で、光がフーリエ変換分光計内を進むときに沿う光軸４６６は、ｚ方向に縦に延びている。一部の実施形態では、ギャップ４６２は、光軸４６６に対し、検出器の検出素子（例えば画素）が光軸に対して配置される方向に対応する一方向に変化する。
【００４６】
図４に示された特定の実施形態では、第１の光学表面４５４は、実質的に平面状であり、第１の光学素子４５２は、板である。一方、第２の光学表面４５８は、頂点エリア４６４で合流する２つの傾斜平面部位を含み、第２の光学素子４５６は、プリズムである。プリズム４５６の頂点エリア４６４は、光軸４６６が干渉計４２０と交差する場所４６４の近くで第１の光学表面４５４に光学的に接触するが、これは、必須ではない。一部の実施形態では、プリズム４５６は、第１の光学素子４５２と第２の光学素子４５６との間の光学的接触を促すために、頂点エリア４６４において平坦部分を含む。第２の光学表面４５８は、２つの部位で構成されるとして示されているが、いずれの光学表面も、任意の数の部位で構成することが可能である。
【００４７】
ファブリーペロー干渉計４２０の第１及び第２の光学表面４５４、４５８は、平面状又は区分的に平面状であるとして示されているが、これは、必須ではない。実際、第１及び第２の光学表面４５４、４５８は、それらの間のキャップ４６２が共振空洞４６０内における場所の関数として（例えば光軸に直角に）変化する限り、任意の形状を有することができる。例えば、第１及び／又は第２の光学表面４５４、４５８は、直線状、曲線状、又は直線状の部位と曲線状の部位との区分的な組み合わせであってよい。また、第１及び／
又は第２の光学表面４５４、４５８は、滑らかである、不連続である、尖っているなどであってよい。
【００４８】
ギャップ４６２の幅は、共振空洞４６０内においてｘ方向に位置の関数として変化する。ギャップ幅４６２の厳密な変化は、第１及び第２の光学表面４５４、４５８の形状、並びにそれらが互いに対してどのように変化するかに依存する。一部の実施形態では、ギャップ幅は、図２に示されたファブリーペロー干渉計２２０によって例示されるように、線形に変化する、又は図４に示されたファブリーペロー干渉計４２０によって例示されるように、区分的に線形に変化する。このギャップ幅の線形変化は、光学表面４５４、４５８の一方若しくは両方の線形傾斜によって、又は合わせるとやはりギャップ幅の線形変化をもたらす更に複雑な形状の光学表面によって、生じさせることが可能である。
【００４９】
ギャップ幅の線形変化は、しかしながら、必須ではない。実際、ギャップ４６２の幅の変化は、非線形又は任意であってよい。ギャップ幅の変化は、例えば、線形であってよい、又はより高次の式で表されてよい。互いに対する光学表面４５４、４５８の傾斜は、フーリエ変換分光計が動作できる波長範囲を決定するために、例えば、検出素子のピッチとの関連で設定することができる。より急な傾斜の表面は、より高周波数の縞模様を干渉縞において形成し、これは、より高周波数のスペクトル成分につながる。
【００５０】
既に論じられたように、ファブリーペロー干渉計の光学表面間のギャップは、必ずしも（例えば機器の光軸に直交する方向に）線形に又は区分的に線形に変化する必要はない。しかしながら、もし、形状如何にかかわらず、ギャップ幅の空間的変化が既知であるならば、入力光のスペクトルは、後処理において正確に再構築することができる。ギャップ幅の非線形空間変化は、結果得られる干渉縞を歪めることがあるが、このような歪みは、空間位置の関数としてのギャップ幅変化に関する正確な知識に基づいて補正することが可能である。
【００５１】
一部の実施形態では、共振空洞４６０内のギャップは、最小値ゼロを有することができ、これは、例えば、干渉計４２４の中心（例えば４６４）又は１つ若しくは２つ以上のその他の場所（例えば干渉計４２４の周縁部分）で達成することができる。或いは、共振空洞４６０内のギャップは、１つ又は２つ以上の場所で非ゼロの最小値を有することができ、第１及び第２の光学素子４５２、４５６は、適切な構造的支えによって、互いに対して所望の位置に保持することができる。
【００５２】
一部の実施形態では、第１及び第２の光学表面４５４、４５８は、互いに物理的に接触する場所を１つ又は２つ以上有する。このような実施形態では、第１の光学表面４５４と第２の光学表面４５８との間のギャップ４６２は、ゼロに近づくが、厳密にはゼロには到達しないだろう。その他の実施形態では、しかしながら、第１及び第２の光学表面４５４、４５８は、それらの間のギャップ４６２がゼロに到達するように互いに光学的に接触する場所を、１つ又は２つ以上有する。第１の光学表面４５４と第２の光学表面４５８との間の光学的接触は、圧力を印加して第１及び第２の光学素子４５２、４５６を互いに押し合わせること、（１つ又は２つ以上の）接触場所に屈折率を整合させる光学接着剤を塗布することなどの、幾つかのやり方で達成することができる。金属又は金属酸化物の薄膜を使用することもできる。更にその他の実施形態では、しかしながら、第１及び第２の光学表面４５４、４５８は、互いに接触しない。図４では、第１及び第２の光学表面４５４、４５８は、ファブリーペロー干渉計の中心で互いに光学的に接触している。しかしながら、第１及び第２の光学表面４５４、４５８がその他の場所で互いに光学的に接触する又は全く接触しないその他の設計が使用されてもよい。
【００５３】
既に論じられたように、第１の光学表面４５４と第２の光学表面４５８との間のギャッ
プは、少なくとも１つの方向に空間的に変化する。具体的には、図４に示された実施形態では、ギャップは、縦のｚ方向及び光軸４６６に直角なｘ方向に変化する。第１の光学表面４５４と第２の光学表面４５８との間のギャップは、その他の方向にも同様に変化することができる。例えば、ギャップ４６２は、例えば、ｘ方向に加えてｙ方向にも変化してよい。このような実施形態では、ファブリーペロー干渉計４２０によって形成される干渉縞は、光源のスペクトル成分を複数方向に分解可能にするように、複数方向に形成された縞を有することができる。一部の実施形態では、ギャップ幅の変化は、光軸４６６を中心に対称性であるが、これは、必須ではない。
【００５４】
共振空洞４６０は、真空密閉する、又は気体（例えば空気）若しくは液体で満たすことができる。或いは、共振空洞は、固体材料で満たすことができる。このような実施形態では、第１及び第２の光学表面４５４、４５８は、１つの光学素子の前面及び後面であることができる。
【００５５】
ファブリーペロー干渉計４２０によって形成される干渉縞は、明暗の縞模様である。縞は、例えば、空間的に周期的であってよい。検出素子（例えば画素）の配列を伴う検出器は、干渉縞の画像を形成するために、ファブリーペロー干渉計４２０に対して位置決めすることができる。一部の実施形態では、各検出素子は、それぞれ異なる空間場所で実質的に同時に干渉縞をサンプリングする。
【００５６】
一部の実施形態では、本明細書で説明されるフーリエ変換分光計（例えば３５０）及び／又はファブリーペロー干渉計（例えば４２０）は、可動部分を含まない。或いは、ファブリーペロー干渉計（例えば４２０）の第１及び第２の光学表面４５４、４５８は、互いに対して可動であってよい。例えば、第１及び第２の光学表面４５４、４５８は、干渉計を様々な用途に適応させるために、光軸４６６に沿ったｚ方向に縦に移動する、又は互いに対して傾くことができる。このような移動は、例えば、圧電変換器や精密モータなどによって提供することができる。しかしながら、たとえこのような実施形態でも、第１の光学表面４５４と第２の光学表面４５８との間のギャップは、本明細書で論じられるように空間的に変化することが注意されるべきである。更に、このような実施形態は、入力光のスペクトル成分の決定に必要とされる情報を集めるために、第１及び第２の光学表面４５４、４５８の互いに対する移動も、干渉計（例えば４２０）のその他のいかなる時変特性も必要としないことが注意されるべきである。
【００５７】
走査型ファブリーペロー干渉計を使用するだろうその他のタイプのフーリエ変換分光計と異なり、本明細書で説明されるフーリエ変換分光計の実施形態は、入力光のスペクトルを明らかにするために処理することができるインターフェログラムを測定するために、ファブリーペロー干渉計のいかなる特性（例えばギャップ幅、屈折率、方位角など）の時間的変化も必要としない。したがって、本明細書で説明されるファブリーペロー干渉計（例えば４２０）の一部の実施形態は、第１及び第２の光学表面（例えば４５４、４５８）の相対位置などの何らかの特性の時間的変化を制御できるとはいえ、入力光のスペクトル成分を解析する目的で集められる各インターフェログラムは、インターフェログラムが捉えられている間、光学表面の相対位置又はファブリーペロー干渉計のその他のいかなる特性も意図的に時間的に変化させることなく捉えられる。
【００５８】
図５は、図３のフーリエ変換分光計３５０に使用することができる別の一実施形態のファブリーペロー干渉計５２０を示した図である。ファブリーペロー干渉計５２０は、同様に、間に共振空洞５６０を形成する第１及び第２の光学表面５５４、５５８を含む。また、第１の光学表面５５４は、干渉計５２０の光軸５６６に直交して設けられた光学板５５２の、実質的に平面状の後面である。第２の光学表面５５８は、しかしながら、平凸レンズ５５６の凸部分である。一部の実施形態では、レンズ５５６は、円柱レンズであるが、
例えば球面状又は非球面状であってもよい。
【００５９】
ファブリーペロー干渉計５２０は、レンズ５５６を板５５２に光学的に接触させることによって形成される。このようにして、第１の光学表面５５４と第２の光学表面５５８との間に共振空洞５６０が形成される。この場合、第１の光学表面５５４と第２の光学表面５５８との間のギャップ５６２は、光軸５６６に直交するｘ方向に非線形に変化する。ギャップ５６２は、光軸５６６が共振空洞５６０と交差する場所５６４でゼロである。このギャップ幅の非線形変化は、ファブリーペロー干渉計５２０によって生成される干渉縞に幾らかの歪みをもたらすことがある。しかしながら、ギャップ幅の空間変化が既知であるので、干渉縞に対するその影響は、後処理において計算及び補正することが可能である。したがって、非線形に変化するギャップは、必要に応じて更なる処理のために線形化することが可能な干渉縞を形成するだろう。
【００６０】
図６は、空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計６２０を使用し、光収集光学系６７０と干渉縞中継光学系６７５とを含む、フーリエ変換分光計６５０を示した概略図である。ファブリーペロー干渉計６２０は、本明細書で論じられるように、第１及び第２の光学表面６５４、６５８を有する。光収集光学系６７０は、光源からの光を集め、それを用途に応じて適切な方式でファブリーペロー干渉計６２０に向かわせるための、１つ又は２つ以上の光学素子（例えばレンズ素子）を含むことができる。例えば、一部の実施形態では、光収集光学系６７０は、光源の像をファブリーペロー干渉計６２０上に形成するように構成される。このような実施形態では、光収集光学系６７０の焦点距離及びその他の特性は、光源及びファブリーペロー干渉計６２０が共役光学面に位置付けられるように設定される。その他の実施形態では、光収集光学系は、干渉計６２０のための平行入力ビームを形成するように構成することができる。しかしながら、本明細書で説明される実施形態のフーリエ変換分光計には、光収集光学系を含まないことがあることも理解されるべきである。
【００６１】
干渉縞中継光学系６７５は、ファブリーペロー干渉計６２０によって形成された干渉縞を検出器６４０に中継するために使用することができる。光学系６７５は、１つ又は２つ以上の光学素子（例えばレンズ素子）を含むことができ、例えば、検出器６４０とファブリーペロー干渉計６２０とが共役光学面上に位置付けられるように構成することができる。一部の実施形態では、中継光学系６７５及び検出器６４０は、カメラとして統合される。一部の実施形態では、空間的に変化するギャップ６２０を伴うファブリーペロー干渉計も、同様に、このようなカメラに統合することができる。一部の実施形態では、検出器６４０、干渉縞中継光学系６７５、ファブリーペロー干渉計６２０、及び光収集光学系６７０は、共通の光軸６６６を共有する。
【００６２】
ファブリーペロー干渉計６２０は、検出器において複像を形成させるかもしれない。しかしながら、このような複像はもちろん、更なるフレネル干渉もまた、例えば、光線が検出器において再結合しないように光学的接触に十分な空間を割り当てることによって、管理することができる。一部の実施形態において、干渉縞を干渉計６２０から検出器６４０に移すために中継光学系６７５を使用することの利点は、干渉計の入力側において比較的低速のビームを使用できること、及び感度を向上させるために検出器に対する最終的なＦ値を倍率によって上げられることにある。
【００６３】
本明細書で説明される実施形態のフーリエ変換分光計には、干渉縞中継光学系を含まないものがあることが理解されるべきである。このような実施形態では、例えば、検出器６４０は、干渉計によって生成された干渉縞が干渉縞を検出器に移すための光学の使用を伴うことなく検出器６４０によって成功裏に捉えられるように、十分にファブリーペロー干渉計６２０に接近して位置付けることができる。例えば、検出器６４０は、ファブリーペ
ロー干渉計６２０に光学的に接触するように配することができる。一部の実施形態では、ベイヤーフィルタ若しくはその他フィルタマスクなどのフィルタ、又はその他の光学素子を、ファブリーペロー干渉計６２０と検出器６４０との間に追加で提供することができる。
【００６４】
一部の実施形態では、フーリエ変換分光計６５０は、撮像対象とされる表面を分光計の視野にわたって走査するためのスキャナを含む。例えば、スキャナは、機器の光軸及びファブリーペロー干渉計６２０のギャップ幅が変化する横方向の両方に直交する方向に、分光計の視野にわたって走査することができる。
【００６５】
フーリエ変換分光計における、空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計の使用は、図７〜１４に関連して論じられる設計上の考慮材料を幾つかもたらす。
【００６６】
図７は、２つの光学表面間に空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計を通る単色光の透過を、光学表面の様々な反射率値について示したグラフの例７００である。干渉計を通る透過は、位置の関数として（例えば、ファブリーペロー干渉計のギャップ厚さが変化する方向に）プロットされ、トラフと比較したピークの単位変調によって正規化されている。プロット７００上の各透過曲線７０１〜７０５は、ファブリーペロー干渉計の光学表面における異なる反射値を表している。最も正弦波状の関数（すなわち曲線７０１）が、非常に低い層反射率で生じる一方で、高い反射率は、周期的な狭いピーク（すなわち曲線７０５）を生成する。
【００６７】
空間的に可変のギャップを伴うファブリーペロー干渉計又はエタロンからの周期信号は、純粋な正弦波状ではないので、単色入力信号についてデバイスによって生成された干渉縞のフーリエ変換は、干渉計を複数回通過することを反映し、主要周波数の整数倍でサイドローブを示している。
【００６８】
図８は、１８％反射光学表面を有するファブリーペロー干渉計に対応する図７の曲線のフーリエ変換を示したプロットの例８００である。フーリエ変換の振幅は、周波数の関数としてプロットされ、いずれも、任意の単位で表される。主な基本周波数８１０は、±０．３単位にあり、より高次のサイドローブ８２０、８３０が、より高い周波数で現れている。具体的には、干渉縞の周期的性質を前提として、第１のサイドローブ８２０は、０．６単位で現れ、第２のサイドローブ８３０は、０．９単位で現れ、これらはいずれも、基本周波数の整数倍である。ゼロ周波数におけるピーク８４０は、入力関数における小さなＤＣオフセットに起因する。
【００６９】
もし、より高次のサイドローブ８２０、８３０の帯域幅が、主要周波数成分と重複するのに十分な大きさであると、これらのサイドローブ８２０、８３０は、過度のスペクトル汚染を表すことがある。より高次のサイドローブ８２０、８３０は、したがって、本明細書で説明されるフーリエ変換分光計に対して何らかの制約を及ぼすことがある。もし、サイドローブが、用途に応じた何らかの計量と比べて大きいと、スペクトルの非汚染部分（サイドローブ間）は、指定の波長の２の倍数になると考えられる。したがって、一部の実施形態では、フーリエ変換分光計（例えば３５０）は、波長について、２の倍数に制限される。
【００７０】
図９は、空間的に変化するギャップを有するファブリーペロー干渉計について、単色光源のピークフーリエ振幅９１０を表面反射率の関数として示したプロットの例９００である。曲線９１０は、全反射率、非正弦波状の挙動、及び変調効率による、競合する影響を反映している。
【００７１】
干渉縞画像のなかの最大信号を生成するファブリーペロー干渉計（例えば４２０）の表面層（例えば４５４、４５８）の反射性は、干渉計の３つの特性、すなわち、正味反射性（入力光子のカットを制御する）、解釈可能なスペクトル信号を含む縞コントラスト、及びサイドローブへの信号電力の漏出との間の歩み寄りである。単に解析を目的として、層反射性に対するファブリーペロー干渉計の正味効率は、単色入力信号から得られる干渉縞画像のフーリエ変換のピーク振幅によって特徴付けられると想定される。非常に低い層反射率では、ピーク対トラフの変調が低く、ゆえに、信号は低い。非常に高い反射率では、デバイスは、大半の入力光子をカットし、極端なサイドローブを見せるので、効率は、やはり低い。これらの両極端の間に、最大値がある。
【００７２】
図９のプロット９００は、ファブリーペロー干渉計の効率の一測定量が層反射率の関数としてどのように変化するかを示している。前述のように、最大フーリエ振幅によって測られる効率は、高い層反射率及び低い反射率の両方で低くなる。プロットされた効率９１０は、４０％の近くで相対的に最大の反射率を示している。したがって、一部の実施形態では、ファブリーペロー干渉計（例えば４２０）の第１及び第２の光学表面（例えば４５４、４５８）は、最大効率を向上させるために、約４０％の反射率を与えられる。一部の実施形態では、ファブリーペロー干渉計の第１及び第２の光学表面は、約２０〜６０％の範囲の反射率を与えられる。一部の実施形態では、第１及び第２の光学表面は、約１０〜７０％の範囲の反射率を与えられる。第１及び第２の光学表面の一方又は両方が、これらの範囲の反射率を有してよい。更に、光学表面は、ともに、実質的に同じ反射率を有してよい、又は異なる反射率値を有してよい。一部の実施形態では、ファブリーペロー干渉計の第１及び第２の光学表面の反射率は、所望のレベルのフレネル反射率を提供する屈折率を有するコーティングされていない材料を使用することによって設定される。代わりに及び／又は加えて、第１及び第２の光学表面は、所望の値の反射率を達成するために、金属コーティング及び／又は誘電体コーティングを提供されてもよい。
【００７３】
図９に示された計量は、相対的であり、比較的高い効率を得る層反射率を指定するのには適切であるが、絶対効率の測定量を伴う放射性能を定量的に予測するには不適切である。絶対効率は、単に解析を目的として、ファブリーペロー干渉計によって生成される干渉縞における縞の変調効率と、１００％変調及びゼロ反射性（純粋な正弦波）における効率に対して正規化されたピーク信号との積として定めることができる。ピーク信号の項は、本明細書で論じられるように、反射性に起因する損失と、サイドローブの項とを含む。この解析を目的として、変調は、最大信号に対して正規化された、最大信号と最小信号との間の差として定められる。正規化されたピーク強度は、方程式１に対する単色入力のフーリエ変換のピーク振幅であり、入力を１００％変調に対して正規化され、出力を純粋な正弦波への応答に対して正規化されている。
【００７４】
図１０は、空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計を使用するフーリエ変換分光計について、絶対効率１０３０の推定量を示したプロットの例１０００である。ゼロ反射率をピークとする曲線１０１０は、単色入力から得られた干渉縞のフーリエ変換の振幅であり、今回は、入力を１００％変調に対して正規化され、出力を純粋な正弦波に対して正規化されている。１００％反射率をピークとする曲線１０２０は、変調効率である。第３の曲線１０３０は、効率の推定量であり、これは、それ以外の２つの曲線１０１０と１０２０との積である。効率の推定量１０３０は、この特定の推定値によると、ファブリーペロー干渉計の効率が４０％反射率の近くをピークとすること、及び最大効率が７０％の近くであることを示している。
【００７５】
図１１は、空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計からの干渉縞画像の例１１００であり、単色入力ビームの場合に縞周期に対して入射角が及ぼす影響を示している。本明細書で論じられるように、一部の実施形態では、ファブリーペロー干渉計は
、光収集光学系（例えば６７０）の結像面において使用される。画像内の各点は、撮像光学系に依存する角度範囲内の様々な角度から集まった光線で形成される。このような実施形態では、ファブリーペロー干渉計（例えば６２０）における光の結像は、検出器配列（例えば６４０）内の１つの画素に最終的に入射する光を、様々な角度でファブリーペロー干渉計（例えば６２０）を横断したものにする。干渉計によって形成された干渉縞の縞周期は、光が干渉計を横断する角度の関数であるので、これは、干渉縞に影響を及ぼす。
【００７６】
もし、縞周期が、隣り合う最大値間の間隔として定義されるならば、透過の最大値は、位相差δのコサインが１であって（方程式１）尚且つＮを整数としてδ自体がπ（Ｎ＋１／２）の値を有するときに生じる。方程式２から、縞間隔は、Ｎの値の間の単位差に比例する。Ｎ＝０（δ＝π／２）及びＮ＝１（δ＝３π／２）を使用すると、単純化後の結果は、
【数３】
0006053523.tif 000004
である。ここで、Δｌは、ピーク間のギャップ差であり、Ｐは、マイクロメータを単位とした空間周期であり、λは、マイクロメータを単位とした波長であり、Ｓは、可変ギャップの傾斜である。縞周期は、ファブリーペロー干渉計の光学表面間のギャップを光線が行き来する角度の関数であるので、或る点における角度の範囲が、その点において測定される縞周期の範囲をもたらす。もし、干渉縞が、有限Ｆ値を伴う実用カメラによって撮影されるならば、各画素は、或る範囲内の入射角に由来する光を集める。したがって、これらの縞模様は、周期の範囲によって、検出器において合計される。図１１に示されるように、干渉縞の縞周期は、入射角の増大とともに増加する。したがって、図に示されるように、縞は、入射角が高くなるにつれて、各縞の周期が大きくなるゆえに、垂直から逸れて曲がり始める。
【００７７】
ファブリーペロー干渉計を異なる角度で横断した光の、検出器の各画素における混合は、機器の分解能を２つの形で制限すると考えられる。第１に、画像データの空間領域からスペクトルデータの周波数領域への変換は、或る光線が干渉計を通るときに通過する集光レンズのゾーンに応じて信号の周波数を僅かに異ならせるので、最終的な測定スペクトルでは、狭帯域の入力光信号の幅が広くなる。第２に、各検出器画素における光線が、或る範囲の信号について合計されたときに、極限角度の位相が１８０度ずれるヌルが形成されることがある。
【００７８】
図１２は、０度から所定の入射角までの範囲にわたって各入射角における信号を積分されたものを示した干渉縞画像の例１２００である。図に示されるように、極限角度における信号は、位相のずれを生じて打ち消し合うので、入射角の増大に伴って、枠の端に向かってヌルが発生する。ヌルは、実験的に観察することができ、用途によっては、本明細書で説明された空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計の分解能限界として捉えることができる。ヌルは、存在する極限角度の関数として表すことができる。オブスキュレーションを持たない光学系では、一方の極限は、０度（例えば光軸）である。中央オブスキュレーションを持つ光学系では、値は、その他の何らかの角度になるだろう。もう一方の極限は、例えば、光収集光学系のＦ値によって定めることができる。
【００７９】
ヌルは、θ１における縞数が、θ２における縞数とその２分の１との合計に等しいとき
に発生し、
【数４】
0006053523.tif 000005
である。ここで、Ｆは、縞の数であり、添え字は、極限角度を示している。オブスキュレーションを持たない（θ１＝０）を想定すると、ヌルに到達するための縞の数は、
【数５】
0006053523.tif 000006
である。
【００８０】
分解能は、観察される縞の数と密接につながっている。従来、ＦＴＳの分解能は、
【数６】
0006053523.tif 000007
である。ここで、ΔσＣは、波数の分解能であり、σＣは、エイリアシングを回避するためのナイキストサンプリング（２サンプル／周期）における「遮断周波数」（光学系によって測定可能な最高周波数）であり、Ｍは、片側インターフェログラムにおけるサンプルの数である。ナイキストサンプリングでは、定義により、サンプル数Ｍは、縞数Ｆの２倍であり、ゆえに、スペクトル分解能Ｒ（λ／Δλ又はσ／Δσ）は、
【数７】
0006053523.tif 000008
である。
【００８１】
方程式７を使用し、空間的に変化するギャップを有するファブリーペロー干渉計によって達成可能な分解能が、図１３に示されている。図１３は、空気で満たされた空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計について、分解能１３１０を入力光のＦ値の関数として示したプロットの例１３００である。分解能１３１０は、本明細書で説明されるように、ヌルの位置に基づく。一部の用途で有用な分解能（例えばおよそ１％）は、比較的低いＦ値において得られる。多くのリモートセンシングシステムによって用いられるスペクトル分解能（例えばおよそ１００）は、比較的適度に低いＦ値の光収集光学系（例えば６７０）によって達成することができる。一部の実施形態では、光収集光学系（例えば６７０）のＦ値は、約０．５〜２０の範囲内である。
【００８２】
もし、ギャップが、比較的高屈折率の固体、液体、ゲルなどで満たされているならば、空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計の分解性能は、空気で満たされたギャップと比べて向上されると考えられる。図１４は、空間的に変化するギャップを伴
うゲルマニウムファブリーペローエタロンについて、分解能１４１０を入力光の有効Ｆ値の関数として示したプロットの例１４００である。ゲルマニウムの高屈折率は、達成可能な分解能に対して強力な効果をもたらす。もちろん、ゲルマニウム以外のその他の材料も、空気で満たされたギャップと比べて機器の分解能を向上させるために使用できるだろう。
【００８３】
ファブリーペロー干渉計のギャップ内の比較的高屈折率の材料は、方程式１における角度θが干渉計における光の内角であるゆえに、分解能を向上させる。（ギャップを満たされた）ファブリーペローエタロンにおいて、満たしている媒質の屈折率は、スネルの法則にしたがって、この角度を入射角よりも小さくする。したがって、光学表面間のギャップ内の媒質の屈折率は、分解能に影響を及ぼす。ギャップ内の高屈折率材料は、理論上は、比較的高い分解能を達成するために使用することができるが、実際は、検出器の画素数が、入力ビームの有効Ｆ値よりも前に、分解能を制限すると考えられる。しかしながら、高屈折率材料で作成された空間的に変化するギャップを伴うファブリーペローエタロンは、それでも尚、例えば部分的インターフェログラムを測定するために使用できるだろう。このような用途は、１つには、非常に狭い帯域内における、微細なスペクトル構造を伴う特定のガスの検出である。
【００８４】
７０％に近いピーク効率（反射率による影響と、サイドローブによる影響と、可変変調による影響とを組み合わせたもの）は、ヌルに向かう振幅のロールオフによる影響力と組み合わされる。このロールオフは、別の約５０％の損失を引き起こすと推定され、その結果、最終効率は約３５％になる。波長が短いほど、Ｆ値及び傾斜Ｓに応じ、照射できる画素配列がフル配列よりも少なくなるので、ロールオフは、波長依存性であり、全効率を３５％とする推定は、中間波長において、配列の全幅にヌルが配されることを想定している。経験されるロールオフ減衰は、波長に比例し、波長が長いほど少なく且つ波長が短いほど多い。基本的計算は、有用な空間ＦＴＳが、可変のギャップ厚さを伴うファブリーペロー干渉計から作成されるだろうことを示唆している。
【００８５】
図１５〜２１は、本明細書で説明されるフーリエ変換分光計の一実施形態の実験用セットアップと、そのセットアップを使用して得られた実験結果とを示している。一実験では、フーリエ変換分光計は、白く表れているとはいえ狭い輝線で構成されている蛍光照射のスペクトルを測定するために使用された。図１５は、空間的に変化するギャップを有するファブリーペロー干渉計を伴うフーリエ変換分光計を使用して測定された蛍光のスペクトルを示したプロットの例１５００である。図１５のプロット１５００は、図１６に示された装置を使用して作成された。
【００８６】
図１６は、空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計を使用したフーリエ変換分光計の一実施形態の写真１６００である。上から順に、図１６は、赤外線カメラ、ＩＲカメラレンズ、ＩＲ中継レンズ、干渉計、フィルタ、及び黒体源を示している。図１６における干渉計は、ともに光学ガラスで作成された円柱レンズと板とを使用して構築された。円柱レンズ及び板は、図５に例示されたように、空間的に可変なエアギャップを形成するために光学的に接触された。円柱レンズ及び板の、コーティングされていないガラス表面は、４％の反射率を有し、ファブリーペロー干渉計の第１及び第２の光学表面（例えば５５４、５５８）として機能した。円柱レンズと板との間のギャップの隔たりは、線形ではなかったが、レンズの直径が、縞模様の線形化を可能にした。表面が有する比較的低い反射率ゆえに、実験用のファブリーペロー干渉計は、穏やかな変調（約２０％）を生じた。
【００８７】
図１５を参照すると、図１６のファブリーペロー干渉計は、蛍光のスペクトルを解析するために使用された。ファブリーペロー干渉計によって形成された干渉縞は、視覚コント
ラストを高めるために暗い背景を使用して、透過率ではなく反射率の観点から観察された。干渉計によって形成された干渉縞は、狭スペクトル線を放射する蛍光源によって可能にされた鮮やかな色と、十分に分離された縞とによって、はっきり見ることができた。干渉縞の画像が捉えられた。縞の輪郭が抽出され、線形化され、次いで、図１３に示されたスペクトルを生成するためにスペクトル領域に変換された。破線１５２０は、ランバート面から反射されて市販の回折格子分光計によって測定された蛍光源の放射輝度スペクトルを示している。実線１５１０は、空間的に変化するギャップを有するファブリーペロー干渉計を伴う実験版のフーリエ変換分光計を使用して測定されたスペクトルを示している。具体的には、実線１５１０は、干渉計において観察されてレーザ源によって校正された線形縞模様のフーリエ変換を示している。分解能は比較的低いが、蛍光源のスペクトル線は分解された。
【００８８】
第２の実験では、空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計を作成するために、ともにコーティングされていない１−ｍ焦点距離のＺｎＳｅ円柱レンズとＺｎＳｅ平板とが使用された。ＺｎＳｅ表面が有する比較的高い反射率（約１８％）ゆえに、変調は、およそ５０％であり、干渉縞は、透過率の観点から観察された。ファブリーペロー干渉計は、摂氏１００度の平板黒体によって裏側から照らされた１対の相対する５０ｍｍ
ｆ／１．４  ＩＲカメラレンズを使用して市販のマイクロボロメータアレイカメラ上に結像された。黒体源によって得られた縞模様は、図１５に示されている。
【００８９】
図１７は、図１６のフーリエ変換分光計を使用して得られた干渉縞画像の例１７００である。広い中央の縞は、光軸に直角なＺｎＳｅファブリーペロー干渉計のギャップの非線形変化に一致している。波長の校正を提供するために、及び縞模様を線形化するためのデータを提供するために、ビーム中に狭帯域１０．４５マイクロメータ干渉フィルタが配された。これらのデータを使用して、系の波長応答（主にカメラの波長感度と、干渉計及びカメラレンズの弱い波長変動との組み合わせ）が導出された。
【００９０】
更なる実験では、この場合はジエチルエーテルである流動ガスのスペクトルを得るために、実験用のファブリーペロー干渉計が使用された。図１８は、ジエチルエーテルをビームに噴き付けて測定された黒体源のスペクトルのプロットの例１８００であり、図１６のフーリエ変換分光計を使用して得られたものである。空間的に変化するギャップを伴うファブリーペロー干渉計が、特定の化学物質のスペクトルを捉えられることを示すために、比較的強い吸収体であるジエチルエーテルが使用された。曲線１８１０は、ジエチルエーテルガスを導入する前に測定された黒体放射のスペクトルを表している。ＩＲカメラが作動してインターフェログラムを集めている間に、ビームにガスが導入され、曲線１８２０によって示されるように、直ちに縞応答が明らかになった。ガス吸収線は、（カメラ応答で畳み込まれた）黒体スペクトルを生成するために使用されたのと同じ手順を使用して明らかになり、黒体応答曲線１８１０に重ね合わされた。図１９は、図１８をもとに測定スペクトルの時間変動を示したプロットの例１９００である。
【００９１】
別の実験では、線形ギャップを伴うファブリーペロー干渉計が作成された。コーティングされていないＺｎＳｅから、比較的浅い開光角度（３２ｍｒａｄ）を持つプリズムが作成された。このプリズムは、図４に示されるように、ＺｎＳｅ平板に接触された。
【００９２】
図２０は、線形に空間的に変化するギャップを有するファブリーペロー干渉計を伴うフーリエ変換分光計によって生成された干渉縞画像の例２０００である。干渉縞画像２０００は、１０．４５ミクロン、５０ｎｍ幅の入力に対するプリズム−板干渉計の応答を示している。画像の中心近くでは、縞は、恐らくは光学的接触の不良ゆえに、幾らかの歪みを生じている。縞は、枠の端に向かうのに伴って、強度の下落を見せている。中心から離れるのに伴った、縞の見え方の徐々の衰えは、本明細書で論じられるように、干渉計を通る
入射角の範囲に由来するヌルを示している。ヌルは、使用されたｆ／１．４入力ビームと一致した。縞期間は、位置に対して線形である。
【００９３】
図２１は、ジエチルエーテルをビームに噴き付けて黒体源について測定されたスペクトル２１１０のプロットの例２１００であり、線形に空間的に変化するギャップを有するファブリーペロー干渉計を伴うフーリエ変換分光計を使用して得られたものである。この実験は、図１８に示されたものと同様に実施された。しかしながら、このケースでは、系の応答は、相対的吸光度としてプロットされた。データは、１０．５ミクロンのフィルタを使用して波長を校正され、応答の不均一性は、２つの黒体温度２５℃及び１００℃を使用して除去された。
【００９４】
実施形態は、添付の図面との関連のもとで説明されてきた。しかしながら、これらの図面は、縮尺通りに描かれていないことが理解されるべきである。距離や角度は、例示に過ぎず、実際の寸法及び例示されたデバイスのレイアウトに対して必ずしも厳密な関係を有するとは限らない。また、上述の実施形態は、本明細書で説明されたデバイスやシステムを当業者の一人が作成及び使用することを可能にするレベルの詳しさで説明されてきた。様々なヴァリエーションが可能である。構成要素、素子、及び／又は工程は、変更、追加、排除、又は再配置が可能である。特定の実施形態が明確に説明されてきたが、当業者にならば、本開示に基づいてその他の実施形態が明らかになる。
【００９５】
実施形態によっては、本明細書で説明された任意の方法の特定の行為、事象、又は機能を異なる順序で実施する、追加する、合流させる、又は全てまとめて排除することができる（例えば、説明された全ての行為又は事象が方法の実施のために必要とは限らない）。更に、特定の実施形態では、行為又は事象は、同時に又は順番に実施することができる。
【００９６】
本明細書で開示された処理又はプロセッサは、例えば、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、又はそれらの両方の組み合わせを使用して実装することができる。このような機能性がハードウェア又はソフトウェアのいずれとして実装されるかは、具体的な用途及び系全体に課される設計上の制約に依存する。説明された機能性は、具体的な用途ごとに異なるやり方で実現することができる。ソフトウェアの場合は、ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、取り外し可能ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又は当該分野で知られたその他の形態のコンピュータ可読ストレージ媒体に常駐することができる。ストレージ媒体は、該ストレージ媒体に対してプロセッサが情報の読み出し及び書き込みを行うことができるように、プロセッサにつなぐことができる。ハードウェアの場合は、プロセッサは、単独のプロセッサコンピュータチップ、複数のプロセッサチップ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、個別構成要素、又はその他の任意の適切な処理デバイス若しくは処理機器として実装することができる。また、プロセッサは、直接的に、又は（例えばインターネット若しくはＬＡＮなどのネットワークを通じて）遠隔に通信可能に、情報源につながれてよい。プロセッサは、分散コンピューティングクラスタ又はグリッドを含んでもよい。
【００９７】
上記の詳細な説明は、様々な実施形態に適用されるものとして新規の特徴を図示、説明、及び指摘してきたが、例示されたデバイス又はアルゴリズムの形態及び詳細には、本開示の趣旨から逸脱することなく様々な省略、置き換え、及び変更が可能であることが理解される。一部の特徴は、その他の特徴とは別に使用又は実施することができるので、本明細書で説明された発明の特定の実施形態は、本明細書で述べられた特徴及び利点の全てを提供するのではない形態で実施することができる。本明細書で開示された特定の発明の範囲は、上述の説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって示されている。特許請求の範囲の等価物の意味及び範囲に入る全ての変更が、特許請求の範囲に包含されると
される。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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