(57)【要約】  フーリエ変換分光装置１は、走査光１４Ｓの光路上にスキャニングミラー２６ｂ，３８ｂが配置され、そのスキャニングミラー２６ｂ，３８ｂの初期位置からの回転角度に応じて走査光１４Ｓを参照光１４Ｒに対して遅延又は先行させる。分光スペクトル生成部１２は、被検物から得られた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、そのインターフェログラムをフーリエ変換する。この分光スペクトル生成部１２が、参照光１４Ｒのエンベロープ１８と走査光１４Ｓのエンベロープ１８との群遅延の非線形を補正するとともに、各エンベロープ１８内の位相シフトの非線形性を補正する。
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【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、
前記光源から照射された光又は前記合波された干渉波のいずれかが被検物に照射され、前記被検物から得られた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ミラーとの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ものであり、
前記分光スペクトル生成部が、前記走査光のエンベロープの遅延である群遅延の前記回転角度に対する非線形を補正するとともに、前記参照光に含まれる搬送波の位相シフトの前記回転角度に対する非線形を補正する、ことを特徴とするフーリエ変換分光装置。
【請求項２】
キャリブレーション工程において、前記群遅延及び前記位相シフトは、２つの異なる周波数を用いて取得され、前記２つの異なる周波数は、同一の光源から得られる異なる周波数、又は、２つの光源から得られる異なる周波数、のいずれかである、請求項１に記載のフーリエ変換分光装置。
【請求項３】
前記群遅延及び前記位相シフトの各補正は、前記参照光に対する前記走査光の群遅延及び位相シフトを実験的に測定して補正する、理論式により位相シフト曲線と群遅延曲線とを仮定して補正する、又は、位相シフト曲線と群遅延曲線とをスペクトルの形と一致するように機械学習的に最適化して補正する、請求項１又は２に記載のフーリエ変換分光装置。
【請求項４】
キャリブレーション工程において、前記群遅延及び前記位相シフトは、ひとつの異なる周波数を用いて取得され、
前記スキャニングミラーは回転軸がシフト可能に構成されることを特徴とする請求項１に記載のフーリエ変換分光装置。
【請求項５】
キャリブレーション工程において、前記群遅延及び前記位相シフトは、ひとつの周波数のＣＷ光を用いて取得され、
前記第２アームは、前記スキャニングミラーに対する前記ＣＷ光の照射位置をシフト可能に構成されることを特徴とする請求項１に記載のフーリエ変換分光装置。
【請求項６】
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、請求項１から５のいずれか１項に記載のフーリエ変換分光装置。
【請求項７】
前記スキャニングミラーは、ポリゴンスキャナ、レゾナントスキャナ、ガルバノメトリックスキャナ等の可動型スキャナ、ＭＥＭＳスキャナ、電気光学結晶スキャナ、音響光学スキャナの少なくともひとつを含み、入射した光の角度を変える光走査素子を有する、請求項６に記載のフーリエ変換分光装置。
【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、反射光又は散乱光である、請求項１から７のいずれか１項に記載のフーリエ変換分光装置。
【請求項９】
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、
前記光源から照射された光又は前記合波された干渉波のいずれかが被検物に照射され、前記被検物から得られた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、を備えるフーリエ変換分光装置で行う分光方法であって、
前記第２アームは、前記ビームスプリッタと前記第２ミラーとの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ものであり、
前記分光スペクトル生成部において、前記参照光のエンベロープと前記走査光のエンベロープとの遅延である群遅延を補正するとともに、前記各エンベロープ内の搬送波についての位相ずれである位相シフトを補正して、前記群と前記位相をそれぞれ等間隔にする、ことを特徴とする分光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フーリエ変換分光（Fourier-transform spectroscopy）装置及び分光方法に関し、更に詳しくは、より高速なスキャンにより高速吸収分光を実現するフーリエ変換分光装置及び分光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検物のスペクトルを測定する手法として、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲともいう。）（例えば特許文献１）やフーリエ変換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（例えば非特許文献１）等のフーリエ変換分光法が知られている。【０００３】
フーリエ変換分光法は、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。このフーリエ変換分光法では、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。【０００４】
こうしたフーリエ変換分光法において、ＦＴ−ＩＲでは、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、その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ている。一方、ＦＴ−ＣＡＲＳ分光法では、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、その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ている。【０００５】
このように、フーリエ変換分光法では、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を得ている。こうしたフーリエ変換分光法では、広帯域の光のスペクトルが得られ、被検物の吸収を得ることができる。【０００６】
このフーリエ変換分光法では、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しているため、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課題があった。【０００７】
この課題に対し、特許文献２では、第２アームにおいて、ビームスプリッタと第２ミラー間の走査光の光路上に、スキャニングミラーを配置し、この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技術を提案している。この技術は、干渉計で生成された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被検出光としてのアンチストークス光のインターフェログラムを、ＰＣを用いてフーリエ変換して広帯域での分子振動スペクトルを得るフーリエ変換コヒーレントアンチストークスラマン散乱分光装置である。この分光装置によれば、スキャニングミラーを回転させてその回転角度が変わる機構と４ｆ光学系とを組み合わせることにより、その回転角度の変化を光の遅延量に換算することができる。その結果、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ことができるので、従来のフーリエ変換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より向上できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１２６４８号公報
【特許文献２】国際公開第２０１７／１１９３８９号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｊｅｎｎｉｆｅｒ  Ｐ．Ｏｇｉｌｖｉｅ  ｅｔ  ａｌ．，ＯＰＴＩ    ＣＳ  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】
コヒーレントラマン分光では、群遅延（参照光のエンベロープに対する走査光のエンベロープの遅延）が回転角（あるいは時間）に対して線形性を有することが求められる。これに対して、吸収分光では、群遅延と位相シフト（各エンベロープ内の搬送波の位相ずれ）それぞれが、回転角に対して線形性を有することが求められる。しかし、上記先行技術のコヒーレントラマン分光において、非線形に群遅延が変わる場合には、群遅延の非線形性という１自由度のパラメータを１波長をもって補正すればよかった。ところが、吸収分光では、群遅延の非線形性と位相シフトの非線形性の２つがあるので、コヒーレントラマン分光での補正方法（１波長補正）をそのまま吸収分光には適用できない。【００１１】
本発明の例示的な目的のひとつは、より高速なスキャンにより高速吸収分光を実現して、スペクトルの取得速度等をより向上させることができるフーリエ変換分光装置及び分光方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、フーリエ変換分光において、原子、分子の電子遷移、分子の振動、回転、結晶の格子振動等のスペクトルの高速測定手段を研究している過程で、取得データをフーリエ変換したときに、ゆがみの要因となる２つの自由度を補正することに着目した。２つの自由度を補正することよって、より高速に且つ線形又は非線形にスキャニングミラーを動かした場合であっても、スペクトルの取得速度をより向上させることができることを見いだした。具体的には、図１に示すフーリエ変換分光装置１を用いた場合において、図２（ｄ）に示す干渉波（検出器で検出した波形）となるような光パルスを一例として印加した際に、図２（ｂ）に示す走査光１４Ｓと図２（ｃ）に示す参照光１４Ｒとが生じるが、図２（ａ）に示すスキャニングミラー２６ｂを操作して線形又は非線形にスキャニングミラー２６ｂを動かした場合、参照光１４Ｒのエンベロープ１８（包絡線。以下同じ。）に対して走査光１４Ｓのエンベロープ１８に遅延（群遅延という。以下同じ。）が生じるとともに、エンベロープ１８内の搬送波１９の位相もずれる（位相シフトという。以下同じ。）。群遅延及び位相シフトに非線形性がある場合、そのままフーリエ変換すると、スペクトルにゆがみが生じてしまう。本発明は、このような現象を生じさせる２つの自由度、すなわち、参照光１４Ｒに対する走査光１４Ｓのエンベロープ１８の群遅延の非線形性の補正と、参照光１４Ｒに対するエンベロープ１８内の搬送波１９の位相シフトの非線形性の補正とを行う。【００１３】
（１）ある態様に係る高速スキャンフーリエ変換分光装置は、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、前記光源から照射された光又は前記合波された干渉波のいずれかが被検物に照射され、前記被検物から得られた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、を備える。
前記第２アームは、前記ビームスプリッタと前記第２ミラーとの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。
前記分光スペクトル生成部が、前記参照光のエンベロープと前記走査光のエンベロープとの遅延である群遅延の非線形性を補正するとともに、前記各エンベロープ内の搬送波についての位相ずれである位相シフトの非線形性を補正する。【００１４】
この態様によれば、第２アームにおいて、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ことができるので、より高速にスキャニングミラーを動かすことができ、吸収分光におけるスペクトルの取得速度をより向上させることができる。そして、その際に生じる参照光のエンベロープと走査光のエンベロープとの遅延である群遅延の非線形性を補正するとともに、各エンベロープ内の搬送波についての位相ずれである位相シフトの非線形性を補正して、前記群と前記位相をそれぞれ等間隔にすることにより、吸収分光における高速スキャンフーリエ変換分光を実現することができる。【００１５】
本態様に係るフーリエ変換分光装置において、前記群遅延及び前記位相シフトは、２つの異なる周波数を用いて取得するものであって、前記２つの異なる周波数は、同一の光源から得られる異なる周波数、又は、２つの光源から得られる異なる周波数、のいずれかであってもよい。【００１６】
ある態様において、前記群遅延及び前記位相シフトは、（i）前記参照光に対する前記走査光の群遅延及び位相シフトを実験的に測定して補正してもよいし、（ii）理論式により位相シフト曲線と群遅延曲線とを仮定して補正してもよいし、又は、（iii）位相シフト曲線と群遅延曲線とをスペクトルの形と一致するように機械学習的に最適化して補正してもよい。【００１７】
ある態様において、高速スキャンフーリエ変換分光装置は、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てもよい。【００１８】
ある態様においてフーリエ変換分光装置において、前記スキャニングミラーは、入射した光の角度を変える光走査素子が有してもよい。こうした光走査素子の例としては、ポリゴンスキャナ、レゾナントスキャナ、ガルバノメトリックスキャナ等の可動型スキャナ、ＭＥＭＳスキャナ、電気光学結晶スキャナ、音響光学スキャナ等を挙げることができる。【００１９】
ある態様において、前記被検物から出射した前記被検出光が、透過光、反射光又は散乱光であってもよい。【００２０】
（２）本発明の別の態様は、フーリエ変換分光装置で行う分光方法に関する。フーリエ変換分光装置は、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、前記光源から照射された光又は前記合波された干渉波のいずれかが被検物に照射され、前記被検物から得られた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、を備える。前記第２アームは、前記ビームスプリッタと前記第２ミラーとの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ものである。前記分光スペクトル生成部において、前記参照光のエンベロープと前記走査光のエンベロープとの遅延である群遅延を補正するとともに、前記各エンベロープ内の搬送波についての位相ずれである位相シフトを補正して、前記群と前記位相をそれぞれ等間隔にする、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の一態様に係るフーリエ変換分光装置によれば、参照光のエンベロープと走査光のエンベロープとの群遅延を補正するとともに、各エンベロープ内の搬送波についての位相シフトを補正して、群と位相をそれぞれ等間隔にすることにより、高速にスキャニングミラーを動かすことが可能で且つ吸収分光における高速スキャンフーリエ変換分光を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るフーリエ変換分光装置の一例を示す概略図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明で補正する２つの自由度についての説明図であり、図２（ａ）はスキャニングミラーを操作して線形又は非線形にスキャニングミラーを動かした場合を示しており、図２（ｂ）は図２（ａ）に対応した位相形態を示しており、図２（ｃ）は群遅延及び位相シフトを含む走査光と参照光の例を示しており、図２（ｄ）は図２（ｃ）の電場を検出器で検出したときの干渉波形を示しており、図２（ｅ）は図２（ｄ）のスペクトル波形を示している。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、ガルバノメトリックスキャナに基づく位相制御ＦＴＳによるＨ１２Ｃ１４Ｎ分子の広帯域吸収分光測定の例であり、図３（ａ）はモードロックレーザーで測定したＨ１２Ｃ１４Ｎの連続インターフェログラムの例であり、図３（ｂ）は単一のインターフェログラムをフーリエ変換することによって得られる広帯域スペクトルである。
【図４】ポリゴンスキャナに基づく位相制御による１２Ｃ２Ｈ２分子の高速走査速度での広帯域吸収分光測定において、モード同期レーザーを用いて連続的に測定されたインターフェログラムである。
【図５】図４に示すインターフェログラムに対応する平均化されていない透過スペクトルである。
【図６】図４及び図５の例における、２０平均スペクトルとＨＩＴＲＡＮデータベースに基づいて計算されたスペクトルとの比較である。
【図７】図１に示すフーリエ変換分光装置の詳細図である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）は、位相制御による走査機構についての説明図であり、図８（ａ）はガルバノメトリックスキャナによる遅延線の概略図であり、図８（ｂ）はポリゴンスキャナを用いた遅延線の概略図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｄ）は、遅延線によって加えられる位相シフト及び群遅延について、２つの異なる周波数で測定された連続波インターフェログラムの例である。
【図１０】図１０（ａ）、（ｂ）は、ＣＷインターフェログラムの位相シフトの説明図である。
【図１１】図１１（ａ）、（ｂ）は、２つの異なる周波数における位相シフト曲線から計算された群遅延の説明図である。
【図１２】図１２（ａ）、（ｂ）は、ＳＬＤ光源を用いて位相制御されたフーリエ変換分光装置で測定された干渉波及びスペクトルの例であり、図１２（ａ）は２４ｋＨｚの走査速度でＳＬＤ光源で測定したＨ１２Ｃ１４Ｎ分子の連続インターフェログラムであり、図１２（ｂ）は単一インターフェログラムをフーリエ変換して得られたスペクトル（左側グラフ）と３０平均スペクトル（右側グラフ）である。
【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）は、本発明に係るフーリエ変換型分光装置のさらに他の例を示す概略図であり、図１３（ａ）は他の周波数の光源を備えたものであり、図１３（ｂ）はバンドパスフィルタを備えたものである。
【図１４】図１４（ａ）、（ｂ）は、変形例１に係る補正を説明する図である。
【図１５】図１５（ａ）、（ｂ）は、単一波長を用いたキャリブレーションを説明する図である。
【図１６】変形例２に係る補正を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係るフーリエ変換分光装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されず、その要旨を含むものであれば、各種の変形例や応用例を包含する。なお、本願では、フーリエ変換分光をＦＴＳと略すことがある。
【００２４】
［フーリエ変換分光装置の全体構成］
一実施の形態に係るフーリエ変換分光装置１は、図１、図７及び図１３に例示するように、光源２から放出された光１３を参照光１４Ｒと走査光１４Ｓとに分波するビームスプリッタ２３と、参照光１４Ｒ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（参照アームともいう。）２１と、走査光１４Ｓを第２ミラー３５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（走査アームともいう。）２２とを有し、さらに、前記ビームスプリッタ２３に再入射した参照光１４Ｒ及び走査光１４Ｓを合波して干渉波１４を生成する干渉計３を備えている。そして、光源２から放出された光パルス１３又は、ビームスプリッタ２３で合波された干渉波１４のいずれかが被検物７に照射され、被検物７から得られた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、その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１２を備えている。
【００２５】
このフーリエ変換分光装置１では、図７に例示するように、第２アーム２２は、ビームスプリッタ２３と第２ミラー３５との間の走査光１４Ｓの光路上にスキャニングミラー２６ｂ，３８ｂが配置され、そのスキャニングミラー２６ｂ，３８ｂの初期位置からの回転角度に応じて走査光１４Ｓを参照光１４Ｒに対して遅延又は先行させている。そして、実施の形態は、分光スペクトル生成部１２が、参照光１４Ｒのエンベロープ１８（包絡線のこと。以下同じ。）と走査光１４Ｓのエンベロープ１８との遅延である「群遅延」を補正するとともに、各エンベロープ１８内の搬送波１９についての位相ずれである「位相シフト」を補正して、前記群と前記位相をそれぞれ等間隔にする、ことに特徴がある。
【００２６】
このフーリエ変換分光装置１によれば、スキャニングミラー２６ｂ，３８ｂを回転させて走査光１４Ｓの光路長を変化させ、スキャニングミラー２６ｂ，３８ｂの初期位置からの回転角度に応じて走査光１４Ｓを参照光１４Ｒに対して遅延又は先行させることができるので、より高速にスキャニングミラー２６ｂ，３８ｂを動かすことができ、吸収分光でのスペクトルの取得速度をより向上させることができる。そして、分光スペクトル生成部１２において、その際に生じる参照光１４Ｒのエンベロープ１８と走査光１４Ｓのエンベロープ１８との群遅延を補正するとともに、各エンベロープ１８内の搬送波１９についての位相シフトを補正して、前記群と前記位相をそれぞれ等間隔にすることにより、吸収分光における高速スキャンフーリエ変換分光を実現している。なお、フーリエ変換分光装置１には、必要に応じて他の光学素子を構成要素として備えていてもよい。
【００２７】
なお、図７に示すフーリエ変換分光装置１において、偏光ビームスプリッタ２３を透過した光は第２ミラー３５の外側を通過し、ミラー３５ａで反射される。反射された光は回折光学素子３６で回折されたのち、ミラー３５ｂで反射され、曲面ミラー３０によってスキャニングミラー２６ｂ，３８ｂに集光される。なお、曲面ミラー３０反射後の光はミラー３５ｂの外側を通過する。スキャニングミラー２６ｂ，３８ｂで反射された光はミラー３５ｂの外側を通過し、再び曲面ミラー３０、ミラー３５ｂ、回折光学素子３６、ミラー３５ａの順に反射され、第２ミラー３５に到達する。第２ミラー３５で反射された光は元の光路を戻り偏光ビームスプリッタ２３まで戻る。
【００２８】
［補正］
補正についての概略を図２を用いて説明する。図１や図７に示すようなフーリエ変換分光装置１を用いて吸収分光した場合において、図２（ａ）に示すスキャニングミラー２６ｂを操作して線形又は非線形にスキャニングミラー２６ｂを動かした場合、図２（ｄ）に示すような干渉波形が検出器で検出される。この干渉波形には、図２（ｃ）に示す走査光１４Ｓと参照光１４Ｒとが含まれ、それら走査光１４Ｓと参照光１４Ｒとには群遅延及び位相シフトが含まれている。なお、図２（ａ）、（ｂ）は、インターフェログラムがどのように時間領域で得られるかを示している。各時間フレームにおいて、第２アーム２２内では、遅延線におけるスキャニングミラー２６ｂ，３８ｂの角度に比例する線形スペクトル位相ランプ（ｐｈａｓｅ  ｒａｍｐ）が得られる。この線形スペクトル位相ランプは、図２（ｃ）に示すような群遅延及び位相シフトを示す。図２（ｅ）は、図２（ｄ）のスペクトル波形を示している。
【００２９】
上記の走査光１４Ｓと参照光１４Ｒとの関係では、参照光１４Ｒのエンベロープ１８に対して走査光１４Ｓのエンベロープ１８に群遅延が生じ、さらに、各エンベロープ１８内の搬送波１９も位相シフトが生じる。群遅延と位相シフトを有する干渉波１４をそのままフーリエ変換すると、スペクトルにゆがみが生じてしまう。本実施の形態では、このような現象を生じさせる２つの自由度、すなわち参照光１４Ｒに対する走査光１４Ｓのエンベロープ１８の群遅延と、参照光１４Ｒに対するエンベロープ１８内の搬送波１９の位相シフトとを、分光スペクトル生成部１２において補正して、その群と位相をそれぞれ等間隔にする。こうした補正により、吸収分光における高速スキャンフーリエ変換分光を実現している。なお、ラマン分光の場合には群遅延だけを補正すればよいが、吸収分光の場合には、群遅延と位相シフトの両方を補正しなければ、吸収分光におけるフーリエ変換は行うことができない。
【００３０】
搬送波１９は、時間に対して非線形に位相シフトが生じるが、ある波長の位相シフトの時間変化は、光が当たっている位置とピボット位置とで規定される。一方、エンベロープ１８も、時間に対して非線形に群遅延が生じるが、この群遅延は、２つの波長の位相シフトの時間変化を知ることで一意に決まるものである。こうした２点より、位相シフトと群遅延に非線形性が生じた状態では、干渉波１４をフーリエ変換してもゆがんだ状態になってしまうので、補正をしなければならない。そうした補正手段としては、最低２つの波長の位相シフトの時間変化をモニターすることで、上記２点の補正を実現できる。具体的には以下のアプローチが考えられる。
（１）２つの波長の位相シフトを実験的に測定し、測定結果より遅延量を補正して、位相と群を等間隔にする方法。
（２）理論式により位相シフト曲線と群遅延曲線を仮定し、遅延量を補正して、位相と群を等間隔にする方法。
（３）位相シフト曲線と群遅延曲線をスペクトルの形と一致するように機械学習的に最適化する形で作成し、補正して、位相と群を等間隔にする方法。
【００３１】
群遅延及び位相シフトは、２つの異なる周波数を用いて取得される。そして、その２つの異なる周波数は、(i)図１３（ａ）に示すように、２つの光源２，２９から得られる異なる周波数であってもよいし、(ii)図１３（ｂ）に示すように、バンドパスフィルタ４３を配置するなどして、同一の光源から得られる異なる周波数であってもよい。言い換えれば、群遅延及び位相シフトの非線形性は、(i)別に準備した波長の異なる２つの光源によって補正してもよいし、(ii)吸収分光に使う光源からフィルタリングで得られる異なる２波長によって補正してもよい。後者(ii)は、別に準備した１つの光源からフィルタリングや波長可変によって得られる異なる２つの波長による補正の場合も含むといえる。なお、バンドパスフィルタ４３は、ファイバーブラッググレーティング等を一態様として含んでいる。
【００３２】
また、群遅延及び位相シフトの各補正は、(I)参照光１４Ｒに対する走査光１４Ｓの群遅延及び位相シフトを実験的に測定し、その測定結果を利用して補正してもよいし、（II）理論式により位相シフト曲線と群遅延曲線とを仮定し、仮定された結果を利用して補正してもよいし、又は、（III)位相シフト曲線と群遅延曲線とをスペクトルの形と一致するように機械学習的に最適化し、最適化した結果を利用して補正してもよい。
【００３３】
なお、既知の被検物だけを測定する場合において、理論式によるフィッティングにより補正関数を出すことが可能であり、その補正関数を用いて特定の被検物の測定結果を補正することが可能である。一方、未知の被検物を多数する場合には、上記(III)の機械学習的な最適化が有利である。例えば、位相シフト曲線と群遅延曲線を種々の歪んだ多数の計測データを集め、集められた多数のデータから補正関数を算出する場合に機械学習的な最適化手段を適用することが好ましい。この方法によれば、計算した位相シフト曲線と群遅延曲線をソフトウエアとして持たせておけば、フーリエ変換分光装置は補正用の光源を不要とすることができる。そして、その位相シフト曲線と群遅延曲線の修正は、機械学習的にバージョンアップするなどして更新することができる。
【００３４】
具体的な補正手段としては、幾つかの手段を挙げることができる。例えば図１３（ａ）に示すように、光源２からの光パルス１３をマイケルソン干渉計３に入れ、出てきた光を光検出器１０で検出し、データを取得する。さらに、波長の異なる他の光源２９（例えば単一波長のＣＷレーザー等）をさらに加え、これもマイケルソン干渉計３に入れ、出てきた光を光検出器１０で検出し、データを取得する。こうして取得したデータは、遅延の関数として経時的に見ていくと、搬送波１９が得られるが、干渉計３が非線形に動く場合には、搬送波１９は周期が少しずつ変化しながらゆがんだ形で出てくる。そのため、こうした信号を補正に使う。
【００３５】
用いる２波長の光は、２つのレーザーを用いてもよいし、単一のレーザーから２つの異なる波長を分波して用いてもよい。そして、波長の異なるそれぞれの光をマイケルソン干渉計３に入れ、出てきた干渉波を光検出器１０で検出し、データを取得して上記と同様の補正に使う。なお、２波長での干渉波はそれぞれ別々に取得してもよいし、同時に取得してもよく、得られた１組の波長信号の結果を用いて補正を行う。本実施の形態では、補正すべき２つの自由度をもっているので、別の波長の光をマイケルソン干渉計３に入れることによって、出てきた各データの干渉波形を利用して補正を行う。
【００３６】
［各構成要素］
以下、各構成要素を説明する。実施の形態に係るフーリエ変換分光装置１は、光源２、マイケルソン干渉計３、光検出器１０、分光スペクトル生成部（デジタイザ）１２とで少なくとも構成されている。
【００３７】
（４ｆ光学系）
図１、図７及び図８の例では、干渉計３の第２アーム２２は、第２ミラー３５、回折光学素子３６、集光光学素子３７、スキャニングミラー２６ｂ，３８ｂで構成されている。この場合において、スキャニングミラー２６ｂ，３８ｂと集光光学素子３７との距離、及び、集光光学素子３７と回折光学素子３６との距離は、それぞれ集光光学素子３７の焦点距離ｆと同じ距離だけ離れており、いわゆる「４ｆ光学系」となっている。その結果、広帯域光は、各スペクトル成分がフーリエ平面上の異なる位置にマッピングされるように、分散素子によるスペクトル分離の後に４ｆ光学系のフーリエ平面に集束される。スキャニングミラー２６ｂ，３８ｂは、角周波数ωで角度を変化させ、斜め方向の光を反射する。４ｆ光学系を通って進む走査光１４Ｓは、第２ミラー３５で再帰反射され、同じ経路に沿って戻る。この４ｆ光学系は、スキャニングミラー２６ｂ，３８ｂの任意の角度に対して走査光１４Ｓが入射経路に沿って戻るように構成されているので、こうしたスキャニングミラー２６ｂ，３８ｂを使用することにより、実施の形態に係るフーリエ変換分光装置１は、高速スキャンを可能としたフーリエ変換分光装置として機能する。なお、フーリエ面におけるスキャニングミラー２６ｂ，３８ｂのピボット位置の対応する光学周波数は、図２中にν０として示される。
【００３８】
（光源）
光源２は特に限定されず、コヒーレントモード同期レーザーを用いてもよいし、スーパールミネッセントダイオードからのインコヒーレントな増幅された自然放出光を広帯域光源とするものを用いてもよい。コヒーレントモード同期レーザーとしては、例えば、ファイバーレーザー、半導体レーザー、固体レーザーを挙げることができる。また、インコヒーレントな増幅された自然放出光を発する光源としては、一般的なランプ光源、ＬＥＤ、ＳＬＤ、太陽光等のいわゆるインコヒーレント光も放出する光源であればよい。なお、後述の実験例では、コヒーレントモード同期ドープファイバレーザ（Ｆｅｍｔｏｌｉｔｅ  ＣＳ−２０−ＧＳ、ＩＭＲＡ）又はインコヒーレントスーパールミネッセントダイオード（Ｓ５ＦＣ１００５Ｓ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ）を用いている。また、図１３（ａ）に示すように、２つの光源を用いる場合には、波長の異なる他の光源２９として、例えば単一波長のＣＷレーザー等を用いる。
【００３９】
（干渉計３）
干渉計３は、走査型マイケルソン干渉計であり、第１アーム（参照アーム）と第２アーム（走査アーム）に沿って進むビーム間の時間遅延を変化させるので、インターフェログラムと呼ばれる自己相関トレースとして現れる。この自己相関トレースについては、光検出器１０で光の干渉の強度を電気信号（アナログ）に変換し、その電気信号をデジタイザ（分光スペクトル生成部）でサンプリングすることによりデジタル化する。
【００４０】
図７に干渉計３の例を示しているが、この例では、６００本／ｍｍの反射刻線格子を有する回折光学素子３６と１５０ｍｍの焦点距離を持つ曲面ミラー３０を、それぞれ回折要素と集光要素として使用している。これらにおいて、回折光学素子３６を構成する格子の溝の数と曲面ミラー３０の焦点距離は、システムを最適化するために任意に設定することができる。
【００４１】
スキャニングミラーは、入射した光の角度を変える光走査素子が有するものであり、光走査素子の例としては、ポリゴンスキャナ、レゾナントスキャナ、ガルバノメトリックスキャナ等の可動型スキャナ、ＭＥＭＳスキャナ、電気光学結晶スキャナ、音響光学スキャナ等を挙げることができる。図７に示すスキャニングミラー２６ｂ，３８ｂは、ガルバノメトリックスキャナ２８が有するスキャニングミラー２６ｂ、ポリゴンスキャナ３８が有するスキャニングミラー３８ｂである。また、レゾナントスキャナ（図示しない）が有するスキャニングミラーであってもよい。ガルバノメトリックスキャナ２６が有するスキャニングミラー２６ｂは、回転軸２６ａを中心に回転する機構による周期運動によるものであり、ポリゴンスキャナ３８が有するスキャニングミラー３８ｂは、回転軸３８ａを中心に回転する多角柱形状のものであり、レゾナントスキャナが有するスキャニングミラーは、共鳴運動による回転機構によるものである。
【００４２】
なお、スキャニングミラー２６ｂ，３８ｂの表面は金でコーティングされて鏡面となっている。ガルバノメトリックスキャナ２６のファセットサイズは１０ｍｍのものを用いることができ、ポリゴンスキャナ３８のファセットサイズは各ファセットにつき一例として５．６ｍｍのものを用いることができる。ポリゴンスキャナ３８の内径は６３．６ｍｍで、実験では回転速度は２００００又は４００００ｒｐｍに設定されたものを使用することができる。なお、これらの例は一例であって、他の寸法のものを任意に選択してもよい。
【００４３】
第２アーム２２でコリメートされた光は、偏光ビームスプリッタや偏光無依存型ビームスプリッタ等の任意の光学素子によって２つのビームに分割される。必要に応じて、任意の波長板５１を設けてもよく、干渉計３の２つの出力ビーム（参照光１４Ｒと走査光１４Ｓ）の間のパワー比が５０：５０に設定されるように調整することができる。図７の例では、第１アーム２１と第２アーム２２にそれぞれ１／４波長板５１が配置されている。この波長板５１は、反射光の偏光を９０度回転させるので、再結合された干渉波１４が直交偏光を有する干渉計３の出力ポートから出力する。
【００４４】
干渉波１４は、被検物を通過する。被検物としては、各種の測定対象とすることができるが、後述の実験例のようなＨ１２Ｃ１４Ｎ又は１２Ｃ２Ｈ２を含有するガス等を例示できる。
【００４５】
光検出器１０は、被検物７を透過した干渉波１４を検出し、電気信号に変換するものであり、特に限定されない。一例としては、ＩｎＧａＡｓバランス型光検出器（ＰＤＢ４１５Ｃ−ＡＣ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ）を挙げることができる。なお、図７に示すように、光検出器１０の前には、フォトダイオードの信号のバランスをとるために、必要に応じて、１／２波長板５２や偏光ビームスプリッタ５３を配置することが好ましい。
【００４６】
（分光スペクトル生成部）
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、導線を介してデジタイザボードに接続されている。検出器信号は、モード同期レーザーを使用する場合、例えば２１ＭＨｚでローパスフィルタリングされた検出器信号の強度の電気信号は、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（図示せず）に保存される。デジタイザボードは特に限定されず、時間波形を計測できるものを選択して用いることができる。例えば、一般的なオシロスコープを用いることができるし、本願で使用したＡｌｚａｒＴｅｃｈ社製ＡＴＳ９４４０等を用いることができる。こうしてデジタル化された時間領域データは、独立したインターフェログラムに分割され、位相補正後にフーリエ変換される。
【００４７】
［実証例１］
図３は、ガルバノメトリックスキャナに基づく位相制御ＦＴＳによるＨ１２Ｃ１４Ｎ分子の広帯域吸収分光測定の例であり、図３（ａ）はモードロックレーザーで測定したＨ１２Ｃ１４Ｎの連続インターフェログラムの例であり、図３（ｂ）は単一のインターフェログラムをフーリエ変換することによって得られる広帯域スペクトルである。
【００４８】
図３の例では、５０ＭＨｚの繰り返し周波数でフェムト秒パルスを発生するファイバモード同期レーザーを光源として使用している。実施の形態を適用して補正（位相補正）した後に片側インターフェログラムをフーリエ変換することにより、図３（ｂ）に示すように、１０．１ＧＨｚの分解能で、７ＴＨｚ以上の広帯域スペクトルを得ることができ、ＨＣＮの振動帯の鋭い吸収線を明確に観察することができる。なお、１０ＧＨｚの分解能は、図１に示すスキャニングミラー２６ｂを傾けることによってのみ達成される３０ｍｍの最大光路長差に対応している。この例では、走査速度は３００Ｈｚ（対応する時間間隔は３．３ｍｓである。）である。この例の場合、ナイキスト範囲（０〜２５ＭＨｚ）はモード同期レーザーのパルスの繰り返し周波数で決まるが、ガルバノメトリックスキャナの測定においてはナイキスト範囲を完全には使えていない。ナイキスト範囲を完全に使うためには、図１に示すスキャニングミラー２６ｂの代わりに、図７に示すポリゴンスキャナ３８を好ましく使用することができる。これにより、ナイキスト範囲を完全に利用し、ナイキスト限界の最高スキャンレートを達成することが可能である。
【００４９】
［実証例２］
図４〜図６は、ポリゴンスキャナを用いた位相制御による１２Ｃ２Ｈ２分子の高速走査速度での広帯域吸収分光測定の結果である。図４は、モード同期レーザーを用いて連続的に測定されたインターフェログラムであり、図５は、そのインターフェログラムに対応する平均化されていない透過スペクトルであり、図６は、２０平均スペクトルとＨＩＴＲＡＮデータベースに基づいて計算されたスペクトルとの比較である。なお、図６で示す残差の標準偏差は１．７％であった。
【００５０】
図４は、ポリゴンスキャナ３８の速い回転速度で連続的に測定されたインターフェログラムであり、そのインターフェログラムのバーストは８３μｓごとに現れ、１２ｋＨｚのスキャンレートに対応している。そして、分子の自由誘導減衰の明確な変調が観察されている。
【００５１】
図５に示す透過スペクトルは、インターフェログラムに対応する平均化されていないスペクトルであり、各スペクトルは、１．５ＴＨｚ以上、１１．５ＧＨｚの分解能をカバーしており、Ｃ２Ｈ２の吸収線が明確に観察される。ここでは、Ｓａｖｉｔｚｋｙ−Ｇｏｌａｙフィルタリングを使用して、スペクトルを正規化し、透過率に変換した。なお、実効走査速度は３１２ｍ／ｓであり、これは従来の遅延線よりも数桁大きい。また、スペクトル内のノイズは、主に、矩形のフーリエ変換窓処理によって生じるｓｉｎｃ関数のサイド変調に起因するものと考えられる。
【００５２】
図４〜図６での実験は、モード同期レーザーを用いて行ったが、インコヒーレント光源を用いてもよい。この技術は、分子の通常の振動モードが存在する中赤外領域を含む他の波長にも適用することができる。フーリエ変換分光の単一光検出器動作は、高速分散分光計に要求される高品質の中赤外線検出器アレイが存在しないことから、中赤外領域において特に有利である。さらに、位相制御フーリエ変換分光は、気相分子だけでなく、液体又は固相材料にも有用である。そして、この技術は、走査速度、スペクトル帯域幅及び分解能の組み合わせを任意に選択することができるので、走査速度を維持しながらスペクトル分解能を低下させることにより、例えばより広いスペクトル帯域幅を測定することができる。この高効率フーリエ変換分光法を修正して、多次元フーリエ変換分光法に適用することも可能である。
【００５３】
［実証例３］
図７に示すフーリエ変換分光装置１の構成は既に説明したとおりであり、ここでの説明は省略する。図８は、図７のフーリエ変換分光装置１が備えるスキャニングミラー２６ｂ，３８ｂでの位相制御による走査機構についての説明図であり、図７（ａ）はガルバノメトリックスキャナ２６による遅延線の概略図であり、図７（ｂ）はポリゴンスキャナ３８を用いた遅延線の概略図である。
【００５４】
（位相補正）
位相制御された遅延線は、時間的に非線形な位相シフトを生成する。したがって、フーリエ変換の前にインターフェログラムの位相を補正しなければならない。非線形な位相シフトと群遅延を補正して線形化するためには、この２つのパラメータを補正する２つの検量線が必要であり、こうした検量線は、２つの異なる光周波数で連続波（ＣＷ）インターフェログラムを測定することにより得ることができる。得られた検量線を用いた補正としては、上記した［補正］の欄で説明した手順で行うことができる。
【００５５】
較正曲線は、線幅が５００ｋＨｚ未満の外部共振器レーザダイオードを用い、ＨＣＮ測定の場合には１９５．５１ＴＨｚ及び１９４．５０ＴＨｚの２つの異なる周波数でＣＷインターフェログラムを測定し、Ｃ２Ｈ２測定の場合には１９６．４１ＴＨｚ及び１９５．５１ＴＨｚの２つの異なる周波数でＣＷインターフェログラムを測定する。測定は、光周波数コムを用いた方法で精密に測定することができ、簡易的には、レーザーの周波数は±２．６ＧＨｚの確度で、光スペクトラムアナライザ（例えば、ＡＱ６３１７Ｂ、横河計測株式会社製）で測定することも可能である。
【００５６】
図９（ａ）〜（ｄ）は、遅延線によって加えられる位相シフト及び群遅延について、２つの異なる周波数で測定された連続波（ＣＷ）インターフェログラムの例である。図９（ａ）、（ｂ）は、ガルバノメトリックスキャナ２６を用いた測定データであり、図９（ｃ）、（ｄ）はポリゴンスキャナ３８を用いた測定データである。位相の非線形性は、多角形スキャナを用いたシステムによって測定されたデータにおいて明らかに見られている。図１０は、図９の例において、ＣＷインターフェログラムの位相シフトの説明図である。図１１は、図９の例において、２つの異なる周波数における位相シフトから計算された群遅延の説明図である。これらの実証結果では、最大群遅延は１００ｐｓであり、これは１０ＧＨｚのスペクトル分解能に対応している。
【００５７】
図１１（ａ）は、図１０（ａ）の２つの位相シフト曲線から得られる群遅延曲線を表す。同様に図１１（ｂ）は、図１０（ｂ）の２つの位相シフト曲線から得られる群遅延曲線を表す。これらの群遅延曲線は、２つの位相シフト曲線（i）、（ii）の差分Δφを、２つの周波数差Δｆ＝ｆ２−ｆ１で除算することにより計算され、群遅延は以下の式で表される。
τ＝Δφ／（２πΔｆ）
【００５８】
具体的な補正の手順の一例を、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）の曲線をもとに説明する。補正は、図１０（ｂ）の位相シフト曲線と図１１（ｂ）の群遅延曲線を両方用いて２段階で行われる。
【００５９】
第１段階では、図１０（ｂ）で得られている位相シフト曲線のうち１つを用いて、得られたインターフェログラムを補正する。これは、時間の推移に従って非線形に位相シフトするという状態を補正することに相当する。これにより、インターフェログラムの位相の非線形な推移は補正されるが、時間推移自体、つまり、群遅延が非線形に変化している状態が残っている。この群遅延の非線形な変化は、第２段階で補正される。
【００６０】
第二段階では、そこで、図１１（ｂ）で得られた、つまり図１０（ｂ）の２本の位相シフト曲線にもとづいて作り出された群遅延曲線を用いて、インターフェログラムの群遅延の非線形性が補正される。
【００６１】
この２段階処理によって、インターフェログラムにおける位相と群の両方の時間的非線形性が補正されて、フーリエ変換後のスペクトルの歪みを抑制することができる。
【００６２】
なお第１段階において、１つの位相シフト曲線だけを使うとミラーのピボット側の周波数成分、つまり位相シフト曲線で用いた周波数のピボット側のスペクトル成分が計算処理に現れないこととなる。そこで、２本の位相シフト曲線（i），（ii）の両方が反映された位相シフト曲線（iii）を作成し、位相シフト曲線（iii）にもとづいて第１段階の補正を行ってもよい。たとえば、ｎを整数として、ｎ×(位相シフト曲線（i）)−（ｎ−１）×(位相シフト曲線（ii）)のような式にもとづいて、新たな位相シフト曲線（iii）を作成してもよい。
【００６３】
［実証例４］
図１２は、ＳＬＤ光源を用いて位相制御されたフーリエ変換分光装置で測定された干渉波及びスペクトルの例であり、図１２（ａ）は２４ｋＨｚの走査速度でＳＬＤ光源で測定したＨ１２Ｃ１４Ｎ分子の連続インターフェログラムであり、図１２（ｂ）は単一インターフェログラムをフーリエ変換して得られたスペクトル（左側グラフ）と３０平均スペクトル（右側グラフ）である。
【００６４】
（補正に関する変形例）
これまでの説明では、群遅延および位相シフトの非線形性の補正のために、２つの異なる光周波数（波長）について測定を行った。しかしながら２つの周波数の光源を用意することが難しい場合もある。以下に説明するいくつかの変形例では、１波長の測定で、補正を行うための技術を説明する。
【００６５】
［変形例１］
変形例では、２つの自由度を補正するために必要な２つの検量線を、単一の波長（周波数）を用いて測定する。
【００６６】
図１４（ａ）は、変形例１に係る補正を説明する図である。図１のスキャニングミラーを例にとると、変形例１において、スキャニングミラー２６ｂのピボット位置（回転軸の位置）２６ａが、フーリエ平面内において、回転軸２６ａと垂直方向に移動可能となっている。図中、ｐ１は、通常の動作時における回転軸２６ａの位置を示している。キャリブレーション時には、回転軸２６ａを基準位置ｐ１からシフトさせることにより、スキャニングミラー２６ｂが、同一のフーリエ平面内で回転軸２６ａと垂直方向に移動する。
【００６７】
キャリブレーションのための測定は、同じ波長（周波数ｆ１）の単一スペクトルの光を照射した状態で、回転軸２６ａの位置を、図示するように、少なくとも２箇所（ｐ１，ｐ２）で切り替えて、実施される。
【００６８】
図１４（ｂ）は、２波長を用いる場合の補正を説明する図である。図１４（ａ）と（ｂ）の対比から、図１４（ａ）において、回転軸２６ａの位置をｐ２にシフトして、キャリブレーション用の周波数ｆ１のＣＷ光を照射したときに、このＣＷ光が受ける位相シフトは、図１４（ｂ）に示すように、回転軸２６ａの位置をｐ１に固定したまま、周波数ｆ２のＣＷ光を照射したときにＣＷ光が受ける位相シフトと等価である。
【００６９】
したがって、この変形例１によれば、単一周波数ｆ１を用いて、複数の周波数ｆ１，ｆ２の位相シフトの時間（あるいは回転角）に関する非線形性を取得することができる。
【００７０】
図１５（ａ）、（ｂ）は、単一波長を用いたキャリブレーションを説明する図である。図１５（ａ）には２つの位相シフト曲線（i）（ii）が示される。ひとつ（i）は、周波数ｆ１を照射した状態で、回転軸２６ａの位置をｐ１としたときに得られるものであり、もうひとつは、周波数ｆ１を照射した状態で、回転軸２６ａの位置をｐ２にシフト（２ｍｍ）したときに得られるものである。図中では、２つの位相シフト曲線（i）（ii）は、直線のように見えるが、実際には時間に対して非線形に増加する。
【００７１】
位相シフト曲線（ii）は、回転軸２６ａをｐ１としたときの周波数１とは異なる別の周波数ｆ２の位相シフト曲線を表す。
【００７２】
図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の２つの位相シフト曲線から得られる群遅延を表す。この群遅延は、２つの位相シフト曲線（i）、（ii）の差分Δφを、２つの周波数差Δｆ＝ｆ２−ｆ１で除算することにより計算され、群遅延は以下の式で表される。
τ＝Δφ／（２πΔｆ）
この例では、図１５（ｂ）では、ｆ１＝６４．５６ＴＨｚ、ｆ２＝６５．６２ＴＨｚであるとしている。
【００７３】
図７のポリゴンスキャナミラーの場合も同様であり、回転軸３８ａの位置を移動可変とすればよい。すなわち回転軸３８ａを、フーリエ平面と平行な面内において、回転軸２６ａと垂直方向に移動可能とすればよい。この場合、回転軸３８ａをシフトさせると、スキャニングミラー３８ｂが、同一のフーリエ平面内で回転軸３８ａと垂直方向に移動する。
【００７４】
［変形例２］
変形例１では、スキャナミラーの回転軸をシフトさせたが、それに代えて（あるいはそれに加えて）、単一周波数ｆ１のキャリブレーション光の照射位置を、何点かでシフトしてもよい。図１６は、変形例２に係る補正を説明する図である。この例では、周波数ｆ１が、通常測定時の位置ｑ１と、それとは異なる位置ｑ２に照射されている。位置ｑ２において得られる位相シフト曲線は、キャリブレーション光の周波数ｆ１と異なる周波数ｆ２の位相シフト曲線を表す。
【００７５】
照射位置をシフトさせる手法は特に限定されず、図１あるいは図７の光学系の一部分を変化させることによって実現できる。たとえば、グレーティング３６を傾斜させてもよい。
【００７６】
［変形例３］
群遅延および位相シフトの補正は、理論計算にもとづいて行ってもよい。すなわち、位相シフト曲線と群遅延曲線の２つを理論的に作って補正すればよい。理論的計算の場合には２自由度があるので、（つまりミラー上のピボットとある周波数との間のポジション、およびある周波数とある周波数同士の間隔の２自由度。）それらを仮定して理論曲線を作って校正してから未知のスペクトルを測定すればよい。
【００７７】
＜応用例＞
実施の形態に係るフーリエ変換分光装置によれば、スペクトル分解能の向上、スペクトル帯域の拡大、取得速度の上昇、波長領域の拡大において期待できる。
【００７８】
スペクトル分解能の向上については、例えば現在の１０ＧＨｚ程度の分解能を、３ＧＨｚ程度に高めることが可能であると予想される。スペクトル帯域の拡大については、現在は１．５ＴＨｚ程度であるが、他のパラメータと調整することにより１０ＴＨｚ程度は可能となり、複数の分子種を判別に期待できる。取得速度についても、現在は１２ｋＨｚ程度であるが、他のパラメータと調整することにより１００ｋＨｚ程度まで向上させることが期待できる。波長領域の拡大についても、今後は近赤外から中赤外領域まで拡大することが期待できる。
【００７９】
具体例としては、（１）例えば衛生搭載型のフーリエ変換分光装置に応用可能である。衛生搭載型の環境計測ガス分光フーリエ変換分光装置の波長分解能は、１０ＧＨｚ付近であるが、実施の形態に係るフーリエ変換分光装置を適用することにより、測定速度の向上により測定の空間分解能を上昇させることができる。（２）また、リモートセンシングフーリエ変換分光装置に応用可能である。発明に係るフーリエ変換分光装置を適用することにより、測定速度の向上により、広い波長領域を短時間で測定できるので、例えば、フィールド計測用のフーリエ変換分光装置として、環境計測、排気ガス計測、火山ガスモニタ、危険物モニター等、様々な状況で活用できる可搬性のあるシステムへの応用が可能である。（３）また、燃焼計測用に応用可能である。例えば、自動車や航空機のエンジン燃焼の計測は、１０〜２０ＧＨｚのスペクトル分解能で行っているが、実施の形態に係るフーリエ変換分光装置を適用することにより、速度分解能を向上させることで、燃焼のメカニズムの解明に応用できる。（４）また、排ガス計測に応用できる。例えば、自動車や航空機のエンジン燃焼の計測は、１０〜２０ＧＨｚのスペクトル分解能で行っているが、実施の形態に係るフーリエ変換分光装置を適用することにより、分解速度が向上するので、より検査効率を高めることができる。（５）上記以外にも、食品衛生管理、爆発物管理、顕外赤外イメージングに応用できる。例えば、ＦＴ−ＩＲによる総トランス脂肪酸含有量の迅速分析のように、ＬＤＡの増加につながるトランス脂肪酸の含有量の加工食品に関する表示が義務付けられているアメリカ等の国で有効であり、迅速なＦＴ−ＩＲによる加工食品スクリーニングを行うことに応用できる。また、例えば、ＦＴ−ＩＲによる爆発物工業製品の分析においては、リモートでかつ簡単に信頼性の高い爆発物測定の手法として応用できる。また、例えば、顕微赤外イメージングによる微小異物の高速スクリーニングのように、水溶液に浮かぶ異物や材料表面の異物を顕微赤外イメージング（例：サーモフィッシャー、Ｎｉｃｏｌｅｔ  Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ  ＸＬ  顕微赤外イメージングシステム）によってマッピングする場合に、そのスクリーニング速度を向上させる手段として応用できる。なお、これらは応用例の一例であって、実施の形態に係るフーリエ変換分光装置はこれらへの適用に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、フーリエ変換分光（Fourier-transform spectroscopy）に利用できる。
【符号の説明】
【００８１】
１  フーリエ変換分光装置
２  光源
３  干渉計
７  被検物
１０  光検出器
１１  ローパスフィルタ
１２  分光スペクトル生成部としてのＰＣ（パーソナルコンピュータ）
１３  光パルス
１４  干渉波
１４Ｒ  参照光
１４Ｓ  走査光
１８  エンベロープ
１９  搬送波
２１  第１アーム（参照アーム）
２２  第２アーム（走査アーム）
２３  ビームスプリッタ
２５  第１ミラー
２６  ガルバノメトリックスキャナ
２６ａ  回転軸
２６ｂ  スキャニングミラー
２９  他の光源（ＣＷレーザー）
３０  曲面ミラー
３５  第２ミラー
３５ａ，３５ｂ  ミラー
３６  回折光学素子 
３７  集光光学素子
３８  ポリゴンスキャナ
３８ａ  回転軸
３８ｂ  スキャニングミラー
４３  バンドパスフィルタ
５１，５２  波長板
５３  偏光ビームスプリッタ
【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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【国際調査報告】
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