(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトルを測定すべき原光光線を、第１の反射鏡に向かう第１の光束と第２の反射鏡に向かう第２の光束とに分ける一方、第１の反射鏡で反射された第１の光束と第２の反射鏡で反射された第２の光束とを受け入れて該両光束を同一方向に進ませつつ相互に干渉させて干渉光を生じさせるビームスプリッタと、
上記干渉光の強度を測定する干渉光強度測定手段と、
ビームスプリッタと第１の反射鏡との間に配置され、第１の光束を屈折させて透過させる材料で形成され、回転軸のまわりに回転し、その回転角に対応して第１の光束の入射角を変化させて第１の光束の光路長を変化させる位相回転板と、
第１の光束と第２の光束との光路差を測定する光路差測定手段と、
干渉光強度測定手段によって測定された干渉光の強度と、光路差測定手段によって測定された光路差とに基づいてインタフェログラムをつくり、該インタフェログラムをフーリエ逆変換することにより原光光線のスペクトルを算出するスペクトル算出手段とが設けられている回転型干渉計であって、
位相回転板の回転軸の軸線と位相回転板の受光面の法線とがなす角で定義される回転軸取付角φが、０°より大きく９０°より小さい範囲内の値に設定される一方、
位相回転板の回転軸の軸線と第１の光束の進行方向とがなす角で定義される回転軸配置角ψが９０°に設定されていることを特徴とする回転型干渉計。
【請求項２】
上記回転軸取付角φが、０°より大きく９０°より小さい範囲内の値には設定されずに、９０°に設定され、
かつ、上記回転軸配置角ψが、９０°には設定されずに、０°より大きく９０°より小さい範囲内の値に設定されていることを特徴とする、請求項１に記載された回転型干渉計。
【請求項３】
スペクトルを測定すべき原光光線を、第１の反射鏡に向かう第１の光束と第２の反射鏡に向かう第２の光束とに分ける一方、第１の反射鏡で反射された第１の光束と第２の反射鏡で反射された第２の光束とを受け入れて該両光束を同一方向に進ませつつ相互に干渉させて干渉光を生じさせるビームスプリッタと、
上記干渉光の強度を測定する干渉光強度測定手段と、
ビームスプリッタと第１の反射鏡との間に配置され、第１の光束を屈折させて透過させる材料で形成され、回転軸のまわりに回転し、その回転角に対応して第１の光束の入射角を変化させて第１の光束の光路長を変化させる位相回転板と、
第１の光束と第２の光束との光路差を測定する光路差測定手段と、
干渉光強度測定手段によって測定された干渉光の強度と、光路差測定手段によって測定された光路差とに基づいてインタフェログラムをつくり、該インタフェログラムをフーリエ逆変換することにより原光光線のスペクトルを算出するスペクトル算出手段とが設けられている回転型干渉計であって、
位相回転板の回転軸の軸線と位相回転板の受光面の法線とがなす角で定義される回転軸取付角φが、０°より大きく９０°より小さい範囲内の値に設定される一方、
位相回転板の回転軸の軸線と第１の光束の進行方向とがなす角で定義される回転軸配置角ψが０°より大きく（９０°−φ）より小さい範囲内の値に設定されていることを特徴とする回転型干渉計。
【請求項４】
回転軸取付角φと回転軸配置角ψとが互いに異なる値に設定されていることを特徴とする、請求項３に記載された回転型干渉計。
【請求項５】
位相回転板が一定の角速度で回転している場合において、位相回転板の受光面の法線と第１の光束の進行方向とがなす角で定義される受光面傾斜角θが０°から９０°までの範囲内にあるときに、第１の光束の光路長を回転軸回転角ωで２次微分して得られる２次微分値が、インタフェログラムがつくられる回転軸回転角ωの範囲内で実質的に０となるように、回転軸取付角φと回転軸配置角ψとが設定されていることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載された回転型干渉計。
【請求項６】
上記２次微分値が完全に０となる回転軸回転角ωが、インタフェログラムのセンターバーストに対応するように、回転軸取付角φと回転軸配置角ψとが設定されていることを特徴とする、請求項５に記載された回転型干渉計。
【請求項７】
受光面傾斜角θが、ビームスプリッタの受光面の法線と第１の光束の進行方向とがなす角で定義されるビームスプリッタ傾斜角に一致するときに上記２次微分値が完全に０となるように、回転軸取付角φと回転軸配置角ψとが設定されていることを特徴とする、請求項５又は請求項６に記載された回転型干渉計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビームスプリッタと一方の固定反射鏡との間に配置された位相回転板を回転させることにより光路差を変化させてインタフェログラムをつくり、該インタフェログラムをフーリエ逆変換することにより原光光線のスペクトルを算出するようにした回転型干渉計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スペクトルを測定すべき原光光線を直接的には分光せずにその干渉現象を利用してインタフェログラムをつくり、該インタフェログラムをフーリエ逆変換することにより原光光線のスペクトルを算出するようにしたフーリエ変換分光装置は従来より知られている。かかるフーリエ変換分光装置においては、基本的には、原光光線を、ビームスプリッタにより第１の反射鏡に向かう第１の光束と第２の反射鏡に向かう第２の光束とに分け、何らかの方法で両光束の光路差を変化させながら該両光束を再び結合させて干渉光を生じさせ、該干渉光の強度（振幅）を所定の光路差間隔で繰り返し測定してインタフェログラムデータ（このインタフェログラムデータは、測定すべき原光光線の周波数スペクトルを光学的にフーリエ変換したものである。）をつくり、このインタフェログラムデータをコンピュータ等を用いてフーリエ逆変換して原光光線のスペクトルを求めるようにしている。そして、かかるフーリエ変換分光装置は、プリズム分光器あるいは回折格子分光器などといった分散型分光装置に比べて、測定効率が極めて高く、高感度でかつ高精度のスペクトル測定を行うことができるといった利点がある。
【０００３】
そして、従来のフーリエ変換分光装置においては、普通、２つの反射鏡のうちのいずれか一方を、光束の進行方向に所定の速度で直線的に移動させることによって、第１の光束と第２の光束との光路差を変化させるようにしている。具体的には、このようなフーリエ変換分光装置においては、例えば次のような手順で光路差が変化させられるようになっている。
【０００４】
すなわち、図９に示すように、かかるタイプのフーリエ変換分光装置（マイケルソン型干渉計）においては、光源１０１から出た原光光線Ｒが平行光束にコリメートされた後、ビームスプリッタ１０２によって第１光束Ｒ1と第２光束Ｒ2とに分けられる。そして、第１光束Ｒ1は、固定鏡１０３で反射された後、同じ光路を通って再びビームスプリッタ１０２に戻される。他方、第２光束Ｒ2は、可動鏡１０４で反射された後、同じ光路を通って再びビームスプリッタ１０２に戻される。ビームスプリッタ１０２に戻された反射後の両光束Ｒ1、Ｒ2は、相合成されて光強度検出器１０５に入射される。ここで、第１光束Ｒ1と第２光束Ｒ2との光路差は、可動鏡１０４をａ方向又はｂ方向すなわち第２光束Ｒ2の進行方向に直線的に移動させることにより変化させられる。
【０００５】
このフーリエ変換分光装置においては、可動鏡１０４を直線的に移動させることにより光路差が変化させられるようになっているが、この直線的な移動に際して可動鏡１０４が若干でもふれると、このふれが直接測定結果に影響を与えるので、可動鏡１０４の駆動機構の製作には極めて精度の高い加工が必要とされる。しかしながら、全くふれのない状態で可動鏡１０４を直線的に移動させることが可能な駆動機構を製作するのは、現実の機械加工の精度に鑑みれば非常にむずかしいといった問題がある。
【０００６】
そこで、可動鏡を直線的に移動させる代わりに、この可動鏡を固定鏡とした上で該固定鏡とビームスプリッタとの間に、回転軸まわりに自在に回転（又は回動）することができる、ないしは回転角を自在に調整することができる位相回転板を配設し、該位相回転板とこれを通過する光束との間の角度を変化させて光路差を変化させるようにした回転型干渉計（回転型フーリエ変換分光装置）が提案されている（例えば、特開昭５８−７２７号公報、特公昭４８−１０１０２号公報参照）。そして、かかる従来の回転型干渉計では、普通、光束の進行方向に垂直な方向に伸びる回転軸まわりに位相回転板が回転させられ、これにより光束の位相回転板への入射角が変化させられ、これに伴って該光束の光路長が変化させられるようになっている。なお、特開昭５８−７２７号公報に開示された回転型干渉計では、ビームスプリッタと固定鏡との間に２つ（１対）の位相回転板が設けられている。
【０００７】
かかる回転型干渉計においては、位相回転板の両受光面は平行でなければならないが、この平行度の誤差は、前記の可動鏡の直線的な移動により光路差を変化させるタイプのフーリエ変換分光装置における可動鏡のふれに起因する誤差に相当する。ここで、位相回転板は、ガラスあるいは結晶材質で形成されており、その平行度は該位相回転板の回転運動により変化することはない。したがって、回転型干渉計には、可動鏡を直線的に移動させて（走査して）光路差を変化させるタイプのフーリエ変換分光装置に比べて、格段に駆動機構のずれ等による誤差を受けにくいといった利点がある。また、一般に駆動機構においては、平行運動よりも回転運動の方が機構的に扱いやすいことから、該駆動機構にそれほど高い加工精度が要求されないといった利点もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図８に、かかる従来の回転型干渉計（回転型フーリエ変換分光装置）における、回転軸回転角ωの変化に対する光路差の変化特性を示す。なお、かかる従来の回転型干渉計においては、基本的には、位相回転板を透過する光束の進行方向と位相回転板の受光面の法線とがなす角で定義される受光面傾斜角θは、回転軸回転角ωと等しくなる。
図８から明らかなとおり、回転軸回転角ωが０°〜９０°の範囲内（以下、これを「第１位相領域」という）にあるときには光路差は単調増加し、９０°〜１８０°の範囲内（以下、これを「第２位相領域」という）にあるときには光路差は単調減少し、１８０°〜２７０°の範囲内（以下、これを「第３位相領域」という）にあるときには光路差は単調増加し、２７０°〜３６０°（０°）の範囲内（以下、これを「第４位相領域」という）にあるときには光路差は単調減少する。なお、第３位相領域における光路差の変化特性は第１位相領域におけるそれとほぼ同一であり、第４位相領域における光路差の変化特性は第２位相領域におけるそれとほぼ同一である。また、第２位相領域における光路差の変化特性は第１位相領域におけるそれと、θ＝９０°に関してほぼ対称であり、第４位相領域における光路差の変化特性は第３位相領域におけるそれと、θ＝２７０°に関してほぼ対称である。
【０００９】
そして、一般に、光路差が単調増加又は単調減少する際に１回の光路走査が行われるので、かかる従来の回転型干渉計においては、理論的には、位相回転板が３６０°回転する間に、第１〜第４位相領域でそれぞれ光路走査を行うことができ、したがって４回の光路走査を行うことができることになる。しかしながら、実際には、位相回転板の受光面の平行度には微妙なずれが伴われるので、この４回の光路走査は完全に同一条件であるとはいえず、これらの光路走査によって得られる各インタフェログラムデータは共通なもの（共通処理が可能なもの）とはいえない。このため、完全に同一条件の光路走査によって得られるインタフェログラムデータを累積してスペクトルを算出しようとすれば、位相回転板を連続的に回転させつつ、第１〜第４位相領域のうちのいずれか１つの位相領域における光路走査で得られたインタフェログラムデータのみを採用し、その他の３つの位相領域における光路走査で得られたインタフェログラムデータは廃棄するといった対応をとるか、あるいは位相回転板を第１位相領域（０°≦ω≦９０°）又はその一部領域内で往復回転運動（回動）させてインタフェログラムデータを採取するといった対応をとることになる。
【００１０】
ここで、前者の対応をとる場合は、位相回転板の回転動作の１／４のみが有効に利用されるだけであり、その他の３／４の回転動作は無駄となる。したがって、インタフェログラムデータを累積して用いる場合等において、単位時間内に多数のインタフェログラムデータを採取しようとするときには、インタフェログラムデータ採取の効率ひいてはスペクトル算出の効率が悪くなるといった問題が生じる。さらに、回転軸回転角ωが０°又は１８０°になるとき（光束の位相回転板への入射角が０°のとき）には位相回転板の受光面の反射光がビームスプリッタを介して干渉光強度検出器に入力され、回転軸回転角ωが９０°又は２７０°になるとき（光束の位相回転板への入射角が９０°のとき）には位相回転板のエッジ面の反射光がビームスプリッタを介して干渉光強度検出器に入力され、したがって該干渉光強度検出器に、異常な強度を伴った周期的な光線が入力されることになり、これにより誤差が生じてインタフェログラムデータの精度が悪くなるといった問題が生じる。
【００１１】
他方、後者の対応をとる場合は、位相回転板の運動が、往復回転（回動）運動すなわち回転方向が変わるときに角運動量が変化するような運動になるので、位相回転板の運動エネルギーも周期的に変化する。このため、位相回転板の運動エネルギーと、該エネルギを供給するエネルギ供給機構との間に、エネルギの周期的な流れが生じ、かかるエネルギの流れは振動エネルギあるいは熱エネルギとして散逸されることになり、このような振動あるいは熱によって測定誤差が引き起こされるといった問題が生じる。
【００１２】
さらに、従来の回転型干渉計においては、次のようなもうひとつの重要な問題がある。すなわち、図８から明らかなとおり、回転軸回転角ωと光路差とは直線的な関係にはない。他方、位相回転板をモータ等で回転させる場合は、駆動機構が簡素でありコストが低減されるといったことから、位相回転板を一定の角速度で回転させるのが普通である。かくして、位相回転板が一定の角速度で回転させられる場合は、回転軸回転角ωの値に応じて光路差の変化率が変化することになる。つまり、光路差は、回転軸回転角ωの変化に対して、ひいては時間に対して、曲線的に変化することになる。したがって、一定の光路差間隔で干渉光の強度を測定してインタフェログラムをつくる場合、干渉光強度を測定する時間間隔は時々刻々変化する。他方、干渉光の強度を検出する干渉光強度検出器及びその電気回路の周波数特性はフラットではないので、このように干渉光強度を測定する時間間隔が変化すると、干渉光強度の検出値に誤差が生じやすくなる。このため、インタフェログラムデータを逆フーリエ変換して算出されたスペクトルにゴーストが現れるなどといった誤差が惹起されることになる。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、インタフェログラムデータ採取の効率ひいてはスペクトル算出の効率を高めることができ、位相回転板の受光面あるいはエッジ面の反射光がビームスプリッタを介して干渉光強度検出器に入力されるのを防止することができ、さらには光路差が回転軸回転角ωに対して実質的に直線的に変化する状態でインタフェログラムデータを得ることができる回転型干渉計を提供することを解決すべき課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた本発明の第１の態様は、スペクトルを測定すべき原光光線を、第１の反射鏡に向かう第１の光束と第２の反射鏡に向かう第２の光束とに分ける一方、第１の反射鏡で反射された第１の光束と第２の反射鏡で反射された第２の光束とを受け入れて該両光束を同一方向に進ませつつ相互に干渉させて干渉光を生じさせるビームスプリッタと、上記干渉光の強度を測定する干渉光強度測定手段と、ビームスプリッタと第１の反射鏡との間に配置され、第１の光束を屈折させて透過させる材料で形成され、回転軸まわりに回転し、その回転角に応じて第１の光束の入射角を変化させて第１の光束の光路長を変化させる位相回転板と、第１の光束と第２の光束との光路差を測定する光路差測定手段と、干渉光強度測定手段によって測定された干渉光の強度と、光路差測定手段によって測定された光路差とに基づいてインタフェログラムをつくり、該インタフェログラムをフーリエ逆変換することにより原光光線のスペクトルを算出するスペクトル算出手段とが設けられている回転型干渉計であって、位相回転板の回転軸の軸線と位相回転板の受光面の法線とがなす角で定義される回転軸取付角φが、０°より大きく９０°より小さい範囲内の値に設定される一方、位相回転板の回転軸の軸線と第１の光束の進行方向とがなす角で定義される回転軸配置角ψが９０°に設定されていることを特徴とするものである。
【００１５】
この回転型干渉計においては、回転軸回転角ωがどのような値であっても、位相回転板の受光面の法線と第１の光束の進行方向とがなす角で定義される受光面傾斜角θが０°又は１８０°になることがないので、換言すれば第１の光束の位相回転板への入射角（以下、これを「光束入射角」という）が０°にはならないので、位相回転板の受光面の反射光がビームスプリッタを介して干渉光強度測定手段に入力されることがない。したがって、該反射光に起因して干渉光強度測定手段に異常な強度を伴った周期的な光線が入力されるといった従来の回転型干渉計の場合のような不具合が生じない。このため、インタフェログラムの測定精度が高められる。
【００１６】
ここで、いかなる場合においても受光面傾斜角θが０°又は１８０°にはならない（光束入射角が０°にはならない）理由は、およそ次のとおりである。すなわち、受光面傾斜角θは、一般に、次の式１に示すとおり、回転軸回転角ωと回転軸取付角φと回転軸配置角ψとによって一義的に決定される。
【数１】
θ＝cos-1（sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψ）…………………式１
そして、この回転型干渉計においては、ψ＝９０°であるので、θ＝cos-1（sinφ・cosω）となる。また、０°＜φ＜９０°であるので、０＜sinφ＜１である。他方、−１≦cosω≦１であるので、結局−１＜sinφ・cosω＜１となる。よって、sinφ・cosωが１又は−１となることはないので、cos-1（sinφ・cosω）すなわちθが０°又は１８０°となることはない。
【００１７】
本発明の第２の態様は、上記の第１の態様にかかる回転型干渉計において、上記回転軸取付角φが、０°より大きく９０°より小さい範囲内の値には設定されずに、９０°に設定され、かつ、上記回転軸配置角ψが、９０°には設定されずに、０°より大きく９０°より小さい範囲内の値に設定されていることを特徴とするものである。この場合も、基本的には上記第１の態様にかかる回転型干渉計の場合と同様の作用及び効果を奏する。けだし、この場合は、φ＝９０°であるので、式１によりθ＝cos-1（sinψ・cosω）となるが、０°＜ψ＜９０°すなわち０＜sinψ＜１であるので、結局−１＜sinψ・cosω＜１となり、cos-1（sinψ・cosω）すなわちθが０°又は１８０°となることはないからである。
【００１８】
また、本発明の第３の態様は、上記の第１の態様にかかる回転型干渉計において、回転軸配置角ψが、９０°には設定されず、０°より大きく（９０°−φ）より小さい範囲内の値に設定されていることを特徴とするものである。なお、この回転型干渉計においては、回転軸取付角φと回転軸配置角ψとが、互いに異なる値に設定されるのが好ましい。
【００１９】
この回転型干渉計においては、回転軸回転角ωが０°から１８０°までの範囲内（以下、これを「第１回転角領域」という）にあるときにはωの増加に伴って受光面傾斜角θが０°より大きく９０°より小さい範囲内で単調増加し、他方回転軸回転角ωが１８０°から３６０°までの範囲内（以下、これを「第２回転角領域」という）にあるときにはωの増加に伴って受光面傾斜角θが上記範囲内で単調減少する。したがって、第１回転角領域ではωの増加に伴って光路差が単調増加し、第２回転角領域ではωの増加に伴って光路差が単調減少する。
【００２０】
かくして、この回転型干渉計では、理論的には、位相回転板が３６０°回転する間に、第１〜第２回転角領域でそれぞれ光路走査を行うことができ、したがって２回の光路走査を行うことができることになる。しかしながら、実際には完全に同一条件で光路走査を行って共通なインタフェログラムデータを得るために、位相回転板を連続的に回転させつつ、第１〜第２回転角領域のうちのいずれか一方における光路走査で得られたインタフェログラムデータのみを採用し、他方の回転角領域における光路走査で得られたインタフェログラムデータは廃棄することになるので、結局位相回転板の回転動作の１／２が有効に利用されることになる。前記したとおり、従来の回転型干渉計においては、位相回転板の回転動作の１／４のみが有効に利用されるだけであり、その他の３／４の回転動作は無駄となっていたのであるから、本発明にかかるこの回転型干渉計では、単位時間内に採取することができるインタフェログラムデータの量は従来のほぼ２倍となり、インタフェログラムデータ採取の効率ひいてはスペクトル算出の効率が大幅に高められる。
【００２１】
ここで、受光面傾斜角θないしは光路差が、第１回転角領域（０°≦ω≦１８０°）では単調増加し、第２回転角領域（１８０°≦ω≦３６０°）では単調減少する理由はおよそ次のとおりである。
すなわち、前記の式１に示すように、θ＝cos-1（sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψ）であるが、φ及びψは定数であるので、sinφ・sinψ及びcosφ・cosψは定数である。したがって、sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψは、簡潔にあらわせば、Ａ・cosω＋Ｂ（Ａ、Ｂは定数）の形の三角関数であり、基本的には、第１回転角領域ではωの増加に伴って単調減少し、第２回転角領域ではωの増加に伴って単調増加する。
そして、ψ＋φ＜９０°であるので、sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψは、ωのいかんにかかわらず、０よりも大きい値となる。けだし、cosωの最小値は−１（ω＝１８０°の場合）であるが、この場合は、sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψ＝−sinφ・sinψ＋cosφ・cosψ＝cos（φ＋ψ）となり、ここでφ＋ψ＜９０°であるので、結局cos（φ＋ψ）＞０となるからである。
つまり、第１回転角領域では、sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψが正の値の範囲内で単調減少するので、cos-1（sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψ）すなわちθは単調増加することになる。他方、第２回転角領域では、sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψが正の値の範囲内で単調増加するので、cos-1（sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψ）すなわちθは単調減少することになる。
【００２２】
また、この回転型干渉計においては、回転軸回転角ωがどのような値であっても、受光面傾斜角θ（光束入射角）が９０°になることはない。換言すれば、位相回転板のエッジ面が第１の光束の進行方向と垂直にならない。このため、位相回転板のエッジ面の反射光がビームスプリッタを介して干渉光強度測定手段に入力されることがない。したがって、該反射光に起因して干渉光強度測定手段に異常な強度を伴った周期的な光線が入力されるといった従来の回転型干渉計の場合のような不具合が発生せず、インタフェログラムの測定精度が高められる。
【００２３】
なお、受光面傾斜角θが９０°にならない理由は、およそ次のとおりである。すなわち、前記したとおり、sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψの最小値は０より大きく、したがって０になることはないので、cos-1（sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψ）すなわちθが９０°になることはありえない。
【００２４】
この回転型干渉計において、回転軸取付角φと回転軸配置角ψとが、好ましく互いに異なる値に設定されている場合は、回転軸回転角ωがどのような値であっても、受光面傾斜角θ（光束入射角）が０°となることはない。換言すれば、位相回転板の受光面が第１の光束の進行方向と垂直にならない。したがって、位相回転板の受光面の反射光がビームスプリッタを介して干渉光強度測定手段に入力されることがない。このため、干渉光強度測定手段に異常な強度を伴った周期的な光線が入力されるといった現象が完全に防止され、インタフェログラムの測定精度が一層高められる。
【００２５】
なお、受光面傾斜角θが０°にならない理由は、およそ次のとおりである。すなわち、sinφ・sinψ・cosω＋cosφ・cosψは、ωの値のいかんにかかわらず１より小さい値となる。けだし、cosωの最大値は１（ω＝０°又は３６０°のとき）であるが、この場合、θ＝cos-1（sinφ・sinψ＋cosφ・cosψ）＝cos-1［cos（φ−ψ）］となり、したがってcos（φ−ψ）＝１の場合すなわちφ＝ψの場合にのみθ＝０°となりうるが、φ≠ψであるので、θ＝０°となることはありえない。
【００２６】
上記の各回転型干渉計においては、位相回転板が一定の角速度で回転している場合であって、受光面傾斜角θが０°から９０°までの範囲内にあるときに、第１の光束の光路長を回転軸回転角ωで２次微分して得られる２次微分値（すなわち、光路長を時間で２次微分して得られる２次微分値）が、インタフェログラムがつくられる回転軸回転角ωの範囲内では実質的に０となるように、回転軸取付角φと回転軸配置角ψとが設定されているのが好ましい。この場合、上記２次微分値が完全に０となる回転軸回転角ωが、インタフェログラムのセンターバーストに対応するように、回転軸取付角φと回転軸配置角ψとが設定されるのがさらに好ましい。このようにすれば、光路差が回転軸回転角ωすなわち時間に対して実質的に直線的に変化する状態でインタフェログラムデータを得ることができる。つまり、位相回転板が一定速度で回転運動しているときに、時間に関する変化率が一定である光路差変化が得られ、インタフェログラムデータの測定精度が向上する。
【００２７】
上記回転型干渉計においては、受光面傾斜角θが、ビームスプリッタの受光面の法線と第１の光束の進行方向とがなす角で定義されるビームスプリッタ傾斜角と一致するときに、上記２次微分値が完全に０となるように、回転軸取付角φと回転軸配置角ψとが設定されているのが一層好ましい。なお、ビームスプリッタ傾斜角は、一般に４５°とされる。したがって、この場合は、受光面傾斜角θが４５°のときに、上記２次微分値が０になるようにし、かつインタフェログラムのセンターバーストをこの点に一致させることになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面を参照しつつ具体的に説明する。
図１は、本発明にかかる回転型干渉計（回転型フーリエ変換分光器）の構成を示す模式図である。図１に示すように、この回転型干渉計においては、赤外光源１から放射された原光光線Ｅが、アパーチャ２を通過しさらに第１レンズ３を透過した後、第１反射ミラー４により反射されてその進行方向を９０°変えられ、ピンホール５に集光される。さらに、この原光光線Ｅは、第２レンズ６によりコリメートされてビームスプリッタ７に入射され、このビームスプリッタ７によって、第１光束Ｅ1及び第２光束Ｅ2の２つの光束に分割される。ここで、第１光束Ｅ1は、位相回転板装置８の位相回転板２１を透過して第１固定鏡９に向かい、この第１固定鏡９によって反射された後、再び位相回転板２１を透過してビームスプリッタ７に入射される。他方、第２光束Ｅ2は、第２固定鏡１０に向かい、この第２固定鏡１０で反射された後、再びビームスプリッタ７に入射される。
【００２９】
そして、それぞれ第１固定鏡９と第２固定鏡１０とによって反射されてビームスプリッタ７に再入射された第１光束Ｅ1と第２光束Ｅ2とは、該ビームスプリッタ７によって同一方向に向けられ、両光束Ｅ1、Ｅ2は再結合されて互いに干渉しあい干渉光Ｅ3となる。この干渉光Ｅ3は、第３レンズ１１を透過した後、第２反射ミラー１２によって反射されてその進行方向を変えられ、サンプル１３に集光される。このサンプル１３を透過した干渉光Ｅ3は、第４レンズ１４によって焦電型の光センサ１５に集光される。なお、光センサ１５は、これに入射された干渉光Ｅ3の強度に対応する電気信号を出力する。
【００３０】
前記の第１反射ミラー４の中央部には、該第１反射ミラー４を貫通する第１穴部１６が形成されている。そして、レーザ光源１７からＨe−Ｎeレーザ光線Ｂが放射され、このレーザ光線Ｂは、第１穴部１６を通過した後、原光光線Ｅの光束のほぼ中央部を該原光光線Ｅと同一方向に進む。このレーザ光線Ｂは、ピンホール５と第２レンズ６とを通過した後、ビームスプリッタ７に入射され、該ビームスプリッタ７によって第１レーザ光線Ｂ1と第２レーザ光線Ｂ2とに分割される。ここで、第１レーザ光線Ｂ1は、位相回転板２１を透過して第１固定鏡９に向かい、この第１固定鏡９によって反射され、再び位相回転板２１を透過してビームスプリッタ７に入射される。他方、第２レーザ光線Ｂ2は、第２固定鏡１０に向かい、この第２固定鏡１０で反射された後、再びビームスプリッタ７に入射される。
【００３１】
そして、それぞれ第１固定鏡９と第２固定鏡１０とによって反射されてビームスプリッタ７に再入射された第１レーザ光線Ｂ1と第２レーザ光線Ｂ2とは、該ビームスプリッタ７によって同一方向に向けられ、両レーザ光線Ｂ1、Ｂ2は再結合されて互いに干渉しあい干渉レーザ光Ｂ3となる。この干渉レーザ光Ｂ3は、第３レンズ１１を透過して第２反射ミラー１２に向かい、第２反射ミラー１２の中央部に該第２反射ミラー１２を貫通して形成された第２穴部１８を通過してレーザ光センサ１９（シリコンフォトダイオード）に入射される。なお、レーザ光センサ１９は、これに入射された干渉レーザ光Ｂ3の強度に対応する電気信号を出力する。
【００３２】
ビームスプリッタ７と第１固定鏡９との間に配置された位相回転板装置８は、その位相回転板２１を回転軸Ｌ3（図２参照）まわりに一定の角速度で回転させ、回転軸回転角ω（図２参照）に応じて第１光束Ｅ1の光路長を変化させ、これによって第１光束Ｅ1と第２光束Ｅ2の光路差を変化させるようになっている。
そして、この回転型干渉計は、従来の回転型干渉計の場合とほぼ同様に、光センサ１５によって検出された干渉光Ｅ3の強度と、レーザ光センサ１９によって検出された干渉レーザ光Ｂ3の強度から得られる第１光束Ｅ1と第２光束Ｅ2との間の光路差とに基づいてインタフェログラムをつくり、該インタフェログラムをフーリエ逆変換することによりスペクトルを算出するようになっている。
【００３３】
図２に示すように、第１光束Ｅ1の光路長を左右する位相回転板２１の配置状態ないしは姿勢は、基本的には、回転軸Ｌ3の回転位相角である回転軸回転角ωと、回転軸Ｌ3と位相回転板受光面法線Ｌ2とがなす角である回転軸取付角φと、回転軸Ｌ3と第１光束Ｅ1の進行方向とがなす角である回転軸配置角ψと、位相回転板受光面法線Ｌ2と第１光束Ｅ1の進行方向とがなす角である受光面傾斜角θとによって特徴づけられる。
ここで、位相回転板２１は、両受光面が平行となるように形成された、所定の厚みを有する平行平面基板であり、その材質はＣａＦ2である。また、ビームスプリッタ７の材質及び厚みは、位相回転板２１のそれらと同一とされ、さらに図１中での位置関係においてビームスプリッタ７の第１固定鏡９側の受光面にアルミ蒸着が施され、これによりビームスプリッタ７がビームスプリット機能を備えるようになっている。
【００３４】
以下、位相回転板装置８の具体的な構造を説明する。図３は、位相回転板装置８の機械構造を示す図である。
図３に示すように、この位相回転板装置８には、リング状のベアリング２２が設けられ、このベアリング２２の外輪部は取付部材２３を介してベース２４（基部）に固定されている。他方、ベアリング２２の内輪部は、位相回転板２１を保持している略円柱形の位相回転板保持部材２９の外周部に固定されている。つまり、位相回転板保持部材２９は、ベアリング２２を介して、取付部材２３ひいてはベース２４に取り付けられ、回転軸Ｌ3まわりに自在に回転できるようになっている。
【００３５】
さらに、位相回転板保持部材２９の外周部には第１プーリ２５が取り付けられ、他方ベース２４に固定されたモータ２６の駆動軸には第２プーリ２７が取り付けられている。そして、第１プーリ２５と第２プーリ２７とにはベルト２８が巻きかけられている。つまり、モータ２６によって位相回転板保持部材２９が回転軸Ｌ3まわりに一定の角速度で回転させられ、ひいては位相回転板２１が回転軸Ｌ3まわりに一定の角速度で回転させられるようになっている。ここで、位相回転板２１は、その受光面法線Ｌ2が回転軸Ｌ3に対して角度φ（回転軸取付角）だけ傾斜するようにして位相回転板保持部材２９内に配置されている。
なお、位相回転板保持部材２９ひいては位相回転板２１の回転速度は、例えば５Ｈｚに設定される。
【００３６】
以下、第１光束Ｅ1の光路長ないしは光路差を左右する、位相回転板装置８ないしは位相回転板２１の回転軸取付角φ及び回転軸配置角ψ等の設定方法について説明する。
（１）回転軸取付角φ及び回転軸配置角ψは、いずれも０°より大きい値に設定しなければならない。けだし、回転軸取付角φ又は回転軸配置角ψが０°の場合は、回転軸回転角ωの変化に対して第１光束Ｅ1の光路長が変化しないからである。その理由はおよそ次のとおりである。
すなわち、前記の式１において、φ＝０°とすれば、θ＝cos-1（cosψ）となるが、cosψは一定であるので、受光面傾斜角θすなわち第１光束Ｅ1の位相回転板２１に対する入射角が、回転軸回転角ωの値のいかんにかかわらず一定となるからである。また、ψ＝０°の場合も、θ＝cos-1（cosφ）となるので、同様である。
【００３７】
（２）回転角取付角φが、０°より大きく９０°より小さい場合においては、回転軸配置角ψは９０°に設定されてもよい。この場合は、回転軸回転角ωがどのような値であっても、受光面傾斜角θが０°又は１８０°になることがないので、換言すれば第１光束Ｅ1の位相回転板２１への入射角（以下、これを「第１光束入射角」という）が０°にはならないので、位相回転板２１の受光面の反射光がビームスプリッタ７を介して光センサ１５に入力されることがない。したがって、該反射光に起因して光センサ１５に異常な強度を伴った周期的な光線が入力されるといった不具合が生じない。このため、インタフェログラムの測定精度が高められる。なお、いかなる場合においても受光面傾斜角θが０°又は１８０°にはならない（光束入射角が０°にはならない）理由は、前記の段落［００１６］で説明したとおりである。
【００３８】
（３）回転角配置角ψが、０°より大きく９０°より小さい場合においては、回転軸取付角φは９０°に設定されてもよい。この場合も、回転軸回転角ωがどのような値であっても、受光面傾斜角θが０°又は１８０°になることがないので、位相回転板２１の受光面の反射光がビームスプリッタ７を介して光センサ１５に入力されることがなくなり、インタフェログラムの測定精度が高められる。なお、いかなる場合においても受光面傾斜角θが０°又は１８０°にはならない理由は、前記の段落［００１７］で説明したとおりである。
【００３９】
（４）回転角取付角φが、０°より大きく９０°より小さい場合においては、回転軸配置角ψは、０°より大きく（９０°−φ）より小さい範囲内の値に設定されてもよい。なお、回転軸取付角φと回転軸配置角ψとは、互いに異なる値に設定されるのが好ましい。この場合は、回転軸回転角ωが０°から１８０°までの範囲内にある第１回転角領域では、ωの増加に伴って受光面傾斜角θが０°より大きく９０°より小さい範囲内で単調増加し、他方回転軸回転角ωが１８０°から３６０°までの範囲内にある第２回転角領域では、ωの増加に伴って受光面傾斜角θが上記範囲内で単調減少する。したがって、第１回転角領域ではωの増加に伴って光路長が単調増加し、第２回転角領域ではωの増加に伴って光路長が単調減少する。
かくして、この場合は、理論的には、位相回転板２１が３６０°回転する間に、第１〜第２回転角領域でそれぞれ光路走査を行うことができる。しかしながら、実際には完全に同一条件で光路走査を行って共通なインタフェログラムデータを得るために、第１〜第２回転角領域のうちのいずれか一方における光路走査で得られたインタフェログラムデータのみを採用し、他方の回転角領域における光路走査で得られたインタフェログラムデータは廃棄することになる。この場合は、位相回転板２１の回転動作の１／２が有効に利用されることになり、回転動作の１／４のみが有効に利用されるに過ぎない従来の回転型干渉計に比べて、単位時間内に採取することができるインタフェログラムデータの量はほぼ２倍となり、インタフェログラムデータ採取の効率ひいてはスペクトル算出の効率が大幅に高められる。
なお、受光面傾斜角θないしは光路差が、第１回転角領域では単調増加し、第２回転角領域では単調減少する理由は、前記の段落［００２１］で説明したとおりである。
【００４０】
また、この場合は、回転軸回転角ωがどのような値であっても、受光面傾斜角θ（光束入射角）が９０°になることはない。換言すれば、位相回転板２１のエッジ面が第１光束Ｅ1の進行方向と垂直にならない。このため、位相回転板２１のエッジ面の反射光がビームスプリッタ７を介して光センサ１５に入力されることがない。したがって、該反射光に起因して光センサ１５に異常な強度を伴った周期的な光線が入力されるといった不具合が発生せず、インタフェログラムの測定精度が高められる。
なお、受光面傾斜角θが９０°にならない理由は、前記の段落［００２３］で説明したとおりである。
【００４１】
ここで、回転軸取付角φと回転軸配置角ψとが、好ましく互いに異なる値に設定されている場合は、回転軸回転角ωがどのような値であっても、受光面傾斜角θ（光束入射角）が０°となることはない。換言すれば、位相回転板２１の受光面が第１光束Ｅ1の進行方向と垂直にならない。したがって、位相回転板２１の受光面の反射光がビームスプリッタ７を介して光センサ１５に入力されることがない。このため、光センサ１５に異常な強度を伴った周期的な光線が入力されるといった現象が完全に防止され、インタフェログラムの測定精度が一層高められる。
なお、受光面傾斜角θが０°にならない理由は、前記の段落［００２５］で説明したとおりである。
【００４２】
（５）回転軸取付角φと回転軸配置角ψとは、位相回転板２１が一定の角速度で回転している場合において、受光面傾斜角θが０°から９０°までの範囲内にあるときに、第１光束Ｅ1の光路長（光路差）を回転軸回転角ωで２次微分して得られる２次微分値、すなわち光路長（光路差）を時間で２次微分して得られる２次微分値が、インタフェログラムがつくられる回転軸回転角ωの範囲内では実質的に０となるように設定されるのが好ましい。なお、上記２次微分値が完全に０となる回転軸回転角ωが、インタフェログラムのセンターバーストに対応するように、回転軸取付角φと回転軸配置角ψとが設定されるのがさらに好ましい。このようにすれば、光路長（光路差）が回転軸回転角ωすなわち時間に対して実質的に直線的に変化する状態でインタフェログラムデータを得ることができる。つまり、位相回転板２１が一定の角速度で回転運動しているときに、時間に関する変化率が一定である光路長（光路差）変化が得られ、インタフェログラムデータの測定精度が向上する。
【００４３】
（６）回転軸取付角φと回転軸配置角ψとは、受光面傾斜角θが、ビームスプリッタ７の受光面の法線と第１光束Ｅ1の進行方向とがなす角であるビームスプリッタ傾斜角と一致するときに、上記２次微分値が完全に０となるように設定されるのが一層好ましい。なお、ビームスプリッタ傾斜角は、一般に４５°とされる。したがって、この場合は、受光面傾斜角θが４５°のときに、上記２次微分値が０になるようにし、かつインタフェログラムのセンターバーストをこの点に一致させることになる。
【００４４】
以下、回転軸取付角φ及び回転軸配置角ψを所定の好ましい値に設定して受光面傾斜角θ、第１光束Ｅ1の光路長（光路差）及び該光路長（光路差）の２次微分値の変化特性を求めた結果について説明する。なお、ここでは、第１光束Ｅ1の光路長は、所定の基準値（回転軸回転角ωを０°とした場合における第１光束Ｅ1の光路長）に対する差（光路差）であらわされている。
【００４５】
図４は、受光面傾斜角θすなわち位相回転板２１の受光面法線軸と光束方向軸のなす角をＹ軸にとり、回転軸回転角ωをＸ軸にとってつくられたグラフであり、θのωに対する関係ないしは変化特性を示している。この例では、回転角取付角φは３５°に設定され、回転軸配置角ψは２２°に設定されている。なお、受光面傾斜角θと、回転軸回転角ωと、回転軸取付角φと、回転軸配置角ψとの間に成立する一般的な関係は、前記の式１に示すとおりである。
図４から明らかなとおり、受光面傾斜角θは、回転軸回転角ωが０°から１８０°までの範囲内（第１回転角領域）では、ωの増加に伴っておよそ１２°から５７°まで単調増加し、他方回転軸回転角ωが１８０°から３６０°までの範囲内（第２回転角領域）ではωの増加に伴っておよそ５７°から１２°まで単調減少している。
【００４６】
図５は、第１光束Ｅ1の光路長（光路差）をＹ軸にとり、回転軸回転角ωをＸ軸にとってつくられたグラフであり、光路長（光路差）のωに対する関係ないしは変化特性を示している。この例では、回転位相板２１の屈折率ｎは１.３３１（１１３０cm-1）に設定され、その厚みｄは５mmに設定されている。なお、光路差Δと、位相回転板厚みｄと、位相回転板屈折率ｎと、空気の屈折率ｎ0（＝１）との間には、次の式２で示すような関係が成り立つ。
【数２】
Δ＝２ｄ・［SQRT（ｎ2−sin2θ）−cosθ−ｎ＋ｎ0］…………………式２図５から明らかなとおり、光路長（光路差）は、回転軸回転角ωが０°から１８０°までの範囲内では、ωの増加に伴っておよそ０.１mmから１.６mmまで単調増加し、他方回転軸回転角ωが１８０°から３６０°までの範囲内では、ωの増加に伴っておよそ１.６mmから０.１mmまで単調減少している。
【００４７】
図６は、第１光束Ｅ1の光路長（光路差）の回転軸回転角ω（ひいては時間）に関する２次微分値をＹ軸にとり、回転軸回転角ωをＸ軸にとってつくられたグラフであり、上記２次微分値のω（ひいては時間）に対する関係ないしは変化特性を示している。
また、図７は、第１光束Ｅ1の光路長（光路差）の回転軸回転角ω（ひいては時間）に関する２次微分値をＹ軸にとり、受光面傾斜角θをＸ軸にとってつくられたグラフであり、上記２次微分値のθに対する関係ないしは変化特性を示している。
【００４８】
この例では、回転軸取付角φと回転軸配置角ψとが、受光面傾斜角θが４５°のときに、光路長（光路差）のωに対する２次微分値が０になるように設定されている。この場合、回転軸取付角φは３５°となり、回転軸配置角ψは２２°となる。
上記２次微分値が０になる回転軸回転角ωでは、光路長（光路差）のωひいては時間に対する変化率が一定となる。つまり、この近辺の回転軸回転角領域では、光路差変化率がほぼ一定となるので、インタフェログラムのセンターバーストをこの付近に一致するように光学系を調整すれば、精度の高いインタフェログラム測定が可能になる。
【００４９】
このように、受光面傾斜角θが４５°のときに、光路長（光路差）のωに対する２次微分値が０になるように設定して、ここにセンターバーストを一致させる理由はおよそ次のとおりである。すなわち、ビームスプリッタ傾斜角が４５°に設定され、かつビームスプリッタ７の一方の受光面にアルミ蒸着が施されているので、受光面傾斜角θが４５°のときに、回転位相板２１が位相補正板の役目を有効に果たして、インタフェログラムの強度と左右対称性とを向上させるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる回転型干渉計（回転型フーリエ変換分光装置）のシステム構成を示す模式図である。
【図２】  図１に示す回転型干渉計に用いられている位相回転板における各要素の位置関係を示す図である。
【図３】  図１に示す回転型干渉計に用いられている位相回転板装置の機械構造を示す立面図である。
【図４】  受光面傾斜角θの回転軸回転角ωに対する変化特性を示すグラフである。
【図５】  第１光束の光路長（光路差）の回転軸回転角ωに対する変化特性を示すグラフである。
【図６】  第１光束の光路長（光路差）の回転軸回転角ωに関する２次微分値の、回転軸回転角ωに対する変化特性を示すグラフである。
【図７】  第１光束の光路長（光路差）の回転軸回転角ωに関する２次微分値の、受光面傾斜角θに対する変化特性を示すグラフである。
【図８】  従来の回転型干渉計における、光路差の回転軸回転角ωに対する変化特性を示すグラフである。
【図９】  移動鏡を直線的に移動させることにより光路差を変化させるようにした従来のフーリエ変換分光装置の模式図である。
【符号の説明】
１…赤外光源、２…アパーチャ、３…第１レンズ、４…第１反射ミラー、５…ピンホール、６…第２レンズ、７…ビームスプリッタ、８…位相回転板装置、９…第１固定鏡、１０…第２固定鏡、１１…第３レンズ、１２…第２反射ミラー、１３…サンプル、１４…第４レンズ、１５…光センサ、１６…第１穴部、１７…レーザ光源、１８…第２穴部、１９…レーザ光センサ、２１…位相回転板、２２…ベアリング、２３…取付部材、２４…ベース、２５…第１プーリ、２６…モータ、２７…第２プーリ、２８…ベルト、２９…位相回転板保持部材。
【図１】
0003753812.tif 000002
【図２】
0003753812.tif 000003
【図３】
0003753812.tif 000004
【図４】
0003753812.tif 000005
【図５】
0003753812.tif 000006
【図６】
0003753812.tif 000007
【図７】
0003753812.tif 000008
【図８】
0003753812.tif 000009
【図９】
0003753812.tif 000010