(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分光計のための赤外変調器において、前記赤外変調器は、
取り付け用プラットフォームと、
光源（１）と、
この光源からの光を２つのビームに分割するためのビームスプリッタ（３）と、
第１のビームの光を導くための第１の平面ミラー（４）と、
第２のビームの光を導くための第２の平面ミラー（５）と、
互いに垂直な３つのミラーから形成され前記第１の平面ミラー（４）により導かれた光をこの第１の平面ミラーに戻すための第１のキューブコーナーミラー（７）と、
互いに垂直な３つのミラーから形成され前記第２のミラー（５）により導かれた光をこの第２の平面ミラー（５）に戻すための第２のキューブコーナーミラー（６）と、
を具備し、
前記第１及び第２のキューブコーナーミラー（６、７）は、前記第１のキューブコーナーミラー（７）によって光を前記第１の平面ミラーに戻す方向と前記第２のキューブコーナーミラー（６）によって光を前記第２の平面ミラーに戻す方向とが互いに反対の方向になるように、前記第１及び第２の平面ミラー（４、５）に共通の光軸上に配置され、この光軸の方向に前後に可動であり、
前記ビームスプリッタ（３）と、第１及び第２の平面ミラー（４、５）とは、１つの一様な材料構成要素により形成された共通の支持構造体（９）により共に支持され、
前記支持構造体（９）は、前記ビームスプリッタ（３）がその対称軸上に配され、前記第１及び第２の平面ミラー（４、５）が前記ビームスプリッタから等距離にあるように、対称形状を有しており、
前記支持構造体（９）は、前記ビームスプリッタ（３）のところである前記支持構造体の対称軸上の１つの制限された領域（１０）のみにおいて、前記取り付け用プラットフォームに取着される、
ことを特徴とする赤外変調器。
【請求項２】
前記支持構造体（９）は、真鍮を含む一様で重い材料で作られていることを特徴とする請求項１に記載の赤外変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光計のための赤外変調器に関する。この赤外変調器は、光源と、この光源からの光を２つのビームに分割するためのビームスプリッタと、第1のビームの光を導くための第1の平面ミラーと、第２のビームの光を導くための第２の平面ミラーと、互いに垂直な３つのミラーから形成され前記第1の平面ミラーによって導かれた光をこの第1の平面ミラーに返すための第1のキューブコーナーミラーと、互いに垂直な３つのミラーから形成され前記第２の平面ミラーによって導かれた光をこの第２の平面ミラーに返すための第２のキューブコーナーミラーとを有し、これら第1及び第２のキューブコーナーミラーは、反対の方向に反射するために共通の光軸上に配置され、この光軸にそって前後に可動である。複数の前記キューブコーナーミラーにより形成されたミラーシステムは、ダブルキューブコーナーであり、このダブルキューブコーナーの役割は、このダブルキューブコーナーに向けられた光を、上述の第１及び第２のミラーへの入射方向に正確に戻し、これら第１及び第２のミラーを通して前記ビームスプリッタに戻すことである。このビームスプリッタでは、光のビームは、互いに干渉している。
【０００２】
本発明は、放射を、フーリエ変換を用いることにより測定される、放射のスペクトル分布の計算を可能にするフォーマットに変調する、赤外または近赤外の領域のフーリエ変換分光器で特に使用されることを意図されている。
【０００３】
２つの光のビームの光路長が、正確に同じ時、全ての波長の干渉の最大が、装置の出力で検出される。前記ダブルキューブコーナーを、前記第１及び第２のミラーからくる光のビームの方向に動かす時、前記装置を通過する光の波長分布は、様々な波長の干渉を用いて測定されることができる。
【背景技術】
【０００４】
フーリエ変換赤外（ＦＴＲ）分光において、多くの種類の装置が、赤外放射を変調するのに用いられている。最も単純な装置は、平面ミラーの使用に基づいたマイケルソンの干渉計である。分光的な応用において、変調を生成するミラーの移動は、ビームのアライメントに変化を引き起こさないことはとても重要である。この問題は、例えば、動的整列システム（dynamic alignment system）として知られるものを用いることにより解決された。このシステムでは、干渉計のビームの１つのミラーのアライメントは、変調が変化しないで維持されるように連続的に変化されている。これらミラーの運動が、変調に変化を引き起こさないように、これらのミラーの運動を変化する試みもなされた。この試みは、例えば、直線的な運動の代わりに回転運動を用いることによりなされた。
【０００５】
平面ミラーにより引き起こされるアライメントの問題は、また、マイケルソンの干渉計で、これら平面ミラーをキューブコーナーミラーで置き換えることにより解決された。しかし、これらキューブコーナーミラーは、場の状態のために十分に安定な構造を達成できなかった。米国特許４，１６５，１８３と４，３１９，８４３とに記述されている二光束ビーム干渉計は、また複数のキューブコーナーミラーの使用に基づいているが、これらのいずれも、フーリエ変換分光的な応用のために設計されておらず、このため、運動の機構は、例えば、現在の場合の目的の役に立たない。
【０００６】
例えば、米国特許５，４５９，５７２から知られているような、焦点干渉計は、ほとんど所望の領域の有用性を達成しているが、この解決法は、実際には、振動に敏感であることが証明されている。端部ミラーとして用いられている球面ミラーが、巨大であることが避けられなく、このため、機械的な擾乱の影響を受けやすいからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、温度が変化し振動する、問題のある条件での使用のために適している低分解能のフーリエ変換分光計の放射を変調する器械として作用することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これは、ビームスプリッタと、第１及び第２の平面ミラーとが１つの一様な材料構成要素により形成された共通の支持構造体により支持されていることを特徴とする本発明の構造体により達成されている。
【０００９】
前記ビームスプリッタと、第１及び第２の平面ミラーとを支持している前記支持構造体は、最も好ましくは、この支持構造体の一つの限られた領域で取り付け用プラットフォームに取着されているだけである。
【００１０】
最良の作動は、前記ビームスプリッタが、対称軸にあり前記第１及び第２の平面ミラーが対称的にこのビームスプリッタの異なる側にこのビームスプリッタから同じ距離にあり、前記支持構造体が前記取り付け用プラットフォームに取着されている領域が、前記ビームスプリッタの位置である対称的な支持構造体によって達成されている。前記支持構造体を真鍮のような一様で重い材料で作ることは、また有利である。
【００１１】
本発明の基本的な概念に係われば、所望の終わりの結果、すなわち、変化する温度と振動に耐える構造、は対称性とコンパクトな構造体との２つの重要な要素を考慮にいれることによりなされている。
【００１２】
対称な構造体は、前記ビームスプリッタの後にこのビームスプリッタから対称に等距離に前記第１及び第２のミラーの位置を置くことにより達成されている。これらミラーの位置がまた、装置の残りと離れている前記ビームスプリッタと共通の構成要素にある時、温度の変化が、異なる仕方で、例えば、前記取り付け用プラットフォームを通して、ビームの異なるブランチに影響することができないことを確実にすることができる。光路差は、動くキューブコーナーシステムの物理的な運動と比較して４倍なので、小さな運動さえも十分な分解能を達成している。変調器の構造は、きわめてコンパクトに形成されることができる。さらに、前記ビームスプリッタと、ビームを反射する前記ミラー、この場合は、ダブルキューブコーナーシステム、が、互いに直接近接するように光学機器を与えることができる。また、前記ビームスプリッタと、ビームを反射する前記ミラーとが互いに近接していることによりこの装置は、とても安定になっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、ここで、好ましい実施の形態により、また、添付された図面を参照して、より詳細に記述されることになる。
【００１４】
添付された図面の図１は、本発明の赤外変調器の一般的な作動の概略図である。図１において、参照符号１は、平面ミラー２を通してビームスプリッタ３に光を向ける光源のために用いられている。このビームスプリッタは、前記ミラー２からの光を２つのビームに分割している。この２つのビームのうち、一方は、直接前記ビームスプリッタを通過し、他方は、このビームスプリッタから反射している。前記ビームスプリッタを直接通過した光のビームは、平面ミラー５により受けられ、このビームスプリッタから反射されている光のビームは、平面ミラー４により受けられている。前記平面ミラー４は、光を互いに垂直な３つのミラーにより形成されているキューブコーナーミラー７に向けている。このキューブコーナーミラー７は、光を正確にその入射方向に反射するように配置されている。同様に、前記平面ミラー５により反射された光は、互いに垂直な３つのミラーにより形成された第２のキューブコーナーミラー６により、正確に光の伝播方向に反射されている。
【００１５】
前記キューブコーナーミラー６、７は、対向の方向に反射するように共通の光軸上で可能な限り互いに近くに配置されている。このキューブコーナーミラー６、７は、このように、２重のキューブコーナーを形成しており、これら２重のキューブコーナーの役割は、入射光を正確にその入射方向に返し、前記ミラー４、５に返してこれらミラーを通して前記ビームスプリッタ３に返すことである。このビームスプリッタ３では、光のビームは、互いに干渉する。前記ビームスプリッタ３から等距離にある前記平面ミラー４、５と、これら平面ミラー４、５から等距離にある前記キューブコーナーミラーとで、光のビームの光路は正確に同じであり、全ての波長での干渉の最大が、装置の出力で検出される。この出力は、平面ミラー８から得られ、この平面ミラー８は、前記ビームスプリッタから光を受け、この光のビームを前記赤外変調器の外部に向けている。前記２重のキューブコーナーが、光軸に沿って、すなわち、前記平面ミラー４、５から入射する光のビームの方向に前後に、動かされる時、前記装置を通過している光の波長の分布は、様々な波長の干渉を用いて測定されることができる。図１のシステムは、このように、分光計の中で用いられることができる変調器を形成している。このような変調器は、測定される放射を、あるフォーマットに変調している。このフォーマットから、放射のスペクトル分布がフーリエ変換によって計算されることができる。
【００１６】
本発明に係われば、以前より温度変化と振動とに敏感でない赤外変調器が提供されている。このことの最も重要な理由は、構造である。この構造により、前記赤外変調器の構成成分は、互いに接続されている。正確には、前記ビームスプリッタ３と、平面ミラー４、５とをともに拘束しているのは、前記支持構造体であり、本発明によれば、この支持構造体は、一様な材料構成要素として達成され、真鍮のような、一様な重い材料で形成されている。
【００１７】
本発明の前記支持構造体の好ましい実施の形態は、斜視図で図２に示されている。図２では、前記ビームスプリッタ３と、平面ミラー４、５とを共に堅く結合している、前記支持構造体９は、この支持構造体９が前記取り付け用プラットフォームに取着される領域が見えるように、下から斜めに示されている。この支持構造体９が、前記取り付け用プラットフォームに取着される領域は、参照符号１０で印が付けられている。前記支持構造体の部分であって、前記取り付け用プラットフォームの上に位置され一般的に平行六面体の形状で参照符号１１で印が付けられている部分は、前記ビームスプリッタ３を取着するために意図されている。このビームスプリッタ３は、前記部分１１に、このビームスプリッタ３が正確に位置されることができるように既知の従来の方法で取着されている。
【００１８】
前記支持構造体９は、上から見られると、Ｔ字型の構成要素を形成しており、この構成要素中で前記Ｔ字型の足部は、しかしながら、比較的短く、前記ビームスプリッタ３を取着するための上述の部分１１で形成されている。この支持構造体の形状は、図３において最もよく見られる。前記Ｔ字型の、図２で参照符号１２で印がつけられている、梁の部分には、実質的に前記部分１１と平行で、前記梁１２の端部から延びている、ブランチ１３、１４がある。これらのブランチ１３、１４は、前記平面ミラー４、５を取着するためを意図されている。これらのブランチ１３、１４は、開口部を持ち、この開口部には、前記平面ミラー４、５が、これら平面ミラー４、５の正確な位置決めを可能にする従来の方法により、取着されている。光のビームが、前記ビームスプリッタ３から前記ブランチ１３、１４の開口部に取着されている平面ミラー４、５へ妨害されずに伝播するために、前記支持構造体９の部分１２は、一般的にスラブ形状の前記部分１２により形成された部分が中央で開口しているように、図２に示されているような形状をしている。
【００１９】
図１で示されているように、前記キューブコーナーミラー６、７により形成されている前記２重キューブコーナーシステムは、前記平面ミラー４、５の間の位置取りを意図されている。図２及び図３は、また、実際にこのことが可能であることを示している。前記構成要素１２の開口部と、前記ブランチ１３、１４に平面ミラー４、５を位置させることとは、平面ミラー４、５の間の前記２重キューブコーナーを、この２重キューブコーナーを前記支持構造体９からの妨害がなく前後に動かされることができるように、位置させることを可能にしている。
【００２０】
図２及び図３に示されているように、前記ビームスプリッタ３と、平面ミラー４、５とを結合している前記支持構造体は、１つの一様な材料構成要素で形成されている。最良の振動に対する抵抗を得るために、前記支持構造体９の材料は、真鍮のように、一様で重い。前記支持構造体９は、前記ビームスプリッタ３と、ミラー４、５とを、これらがいかなる状況下でも互いに動くことができないように、結合している。前記支持構造体９は、また、前記ビームスプリッタ３が、ビームスプリッタ３の対称軸上にあり、前記ミラー４、５は、対称的にこのビームスプリッタ３の異なる側でビームスプリッタ３から等距離であるように、対称的である。
【００２１】
本発明の前記赤外変調器のとても本質的な要素は、また、前記支持構造体が、変調器のフレームまたはケーシングのような、この支持構造体の取り付け用プラットフォームに、唯一の制限された領域で取着されていることである。この領域は、図２で参照符号１０で印が付けられている。この領域は、前記ビームスプリッタ３の下の前記支持構造体の軸の上にある。図２に示されているように、この領域１０は、内部のねじ山を備えた中央のきりもみ孔１６を有する３つの支持用ピン１５を備えている。このように、前記支持構造体９は、支持用ピン１５の前記きりもみ孔１６を貫通し前記支持構造体９を前記プラットフォームに取着する３つのねじを前記支持構造体９に挿入することによって、前記取り付け用プラットフォームに取着されることができる。このように、前記支持構造体は、この支持構造体に対して対称に位置されている１つの点で支持されているだけである。このタイプの支持方法は、温度膨張と振動抵抗との両方の観点から有利である。このタイプの支持方法を用いる時は、前記支持構造体９の、温度の変化に関連した可能な温度膨張は、全体の構造に均等に影響を与え、この支持構造体９の対称的なディメンジョンは、不変のままである。
【００２２】
この発明は、前記ダブルキューブコーナーシステム６、７の移動の機構に関しないので、この移動の機構は、より詳細には記述されない。しかしながら、以下のことは、この移動システムのための必要条件の組と、従来技術に基づいた移動システムの可能な実行方法とを調べる。
【００２３】
ビームを返す前記ダブルキューブコーナーシステム６，７を動かすことは、運動がこのミラーの光軸上に正確に留まっていることと、特に、このミラーの両方の半分のコーナーの位置が正確に光軸に関して同じであることとを要する。振動と温度変化との影響を受けやすい場の状態では、このことは、難しい必要条件である。前記装置は、またコンパクトであるべきだからである。このように、米国特許４，１６５，１８３に係るバスにコントロールされた（busbar-cotrolled）ベルト駆動の移動機構は、この移動機構が主に実験室の条件のために意図されているため、適していない。しかし、実質的に比較的良い解決方法は、米国特許５，４５７，５３１に開示されている。この米国特許では、ビームを返すミラーシステムを動かす機構は、少なくとも２つの柔軟なアームを供えた振り子タイプの機構である。このアームによって、ビームを返すミラーシステムの運動は、所望の運動範囲で直線的にされることができる。前記刊行物から既知の運動機構は、参照によりここに組み込まれている。
【００２４】
本発明の赤外変調器は、唯一の例示的な実施の形態によって上述されている。本発明の基本的なアイデアは、多くの異なる方法で実行されることができることは、当業者にとって明らかである。本発明と、この発明の実施の形態とは、このように、上述の例に制限されておらず、特許請求の範囲の中で変化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の赤外変調器の作動の概略図である。
【図２】本発明の赤外変調器において用いられているミラーの支持構造体の好ましい実施の形態の斜視図である。
【図３】図２の支持構造体の断面図を示す。
【図１】
0004680886.tif 000002
【図２】
0004680886.tif 000003
【図３】
0004680886.tif 000004