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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024134721
(43)【公開日】2024-10-04
(54)【発明の名称】分光装置および形状測定装置
(51)【国際特許分類】
G01J 3/45 20060101AFI20240927BHJP
G01B 11/24 20060101ALI20240927BHJP
G01J 3/02 20060101ALI20240927BHJP
【ＦＩ】
G01J3/45
G01B11/24 A
G01J3/02 Z
G01B11/24 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023045064
(22)【出願日】2023-03-22
(71)【出願人】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100179475
【弁理士】
【氏名又は名称】仲井 智至
(74)【代理人】
【識別番号】100216253
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 宏紀
(74)【代理人】
【識別番号】100225901
【弁理士】
【氏名又は名称】今村 真之
(72)【発明者】
【氏名】林 暢仁
(72)【発明者】
【氏名】山田 耕平
【テーマコード（参考）】
2F065
2G020
【Ｆターム（参考）】
2F065AA51
2F065DD03
2F065DD04
2F065FF51
2F065GG06
2F065GG07
2F065GG24
2F065JJ03
2F065JJ26
2F065QQ31
2G020AA03
2G020AA04
2G020BA12
2G020CA12
2G020CB26
2G020CB42
2G020CB43
2G020CC21
2G020CC47
2G020CD04
2G020CD12
2G020CD13
2G020CD22
(57)【要約】
【課題】レーザー光の波長の安定化が図られ、移動ミラーの位置を精度よく計測することができ、波数軸（波長軸）の正確度が高いスペクトルパターンを生成可能な分光装置、および、形状の測定精度が高い形状測定装置を提供すること。
【解決手段】分析光学系、測長光学系および演算装置を備え、分析光学系は、移動ミラーと第１受光素子とを備え、測長光学系は、レーザー光を射出する第２光源と、所定の波長の光を吸収するガスが封入され、レーザー光が入射されるガスセルと、ガスセルから射出された光の光量を検出し、射出光量検出信号を出力する射出光量検出部と、射出光量検出信号に基づいてレーザー光の波長を制御する光源制御部と、レーザー光を用いて移動ミラーの位置に対応する変位信号を取得する測長部と、を備え、演算装置は、移動ミラー位置演算部と、光強度演算部と、スペクトルパターンを生成するフーリエ変換部と、を備える分光装置。
【選択図】図１
【解決手段】分析光学系、測長光学系および演算装置を備え、分析光学系は、移動ミラーと第１受光素子とを備え、測長光学系は、レーザー光を射出する第２光源と、所定の波長の光を吸収するガスが封入され、レーザー光が入射されるガスセルと、ガスセルから射出された光の光量を検出し、射出光量検出信号を出力する射出光量検出部と、射出光量検出信号に基づいてレーザー光の波長を制御する光源制御部と、レーザー光を用いて移動ミラーの位置に対応する変位信号を取得する測長部と、を備え、演算装置は、移動ミラー位置演算部と、光強度演算部と、スペクトルパターンを生成するフーリエ変換部と、を備える分光装置。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
分析光学系、測長光学系、および、演算装置、を備える分光装置であって、
前記分析光学系は、
第１光源から射出される分析光を反射させることにより、第１変調信号を付加する移動ミラーと、
前記第１光源から射出される分析光と試料との作用により生成された試料由来信号、および、前記第１変調信号、を含む分析光を受光し、第１受光信号を出力する第１受光素子と、
を備え、
前記測長光学系は、
レーザー光を射出する第２光源と、
所定の波長の光を吸収するガスが封入され、前記レーザー光が入射されるガスセルと、
前記ガスセルから射出された光の光量を検出し、射出光量検出信号を出力する射出光量検出部と、
前記射出光量検出信号に基づいて前記レーザー光の波長を制御する光源制御部と、
前記レーザー光を用いて前記移動ミラーの位置に対応する変位信号を取得する測長部と、
を備え、
前記演算装置は、
前記変位信号に基づいて、移動ミラー位置信号を生成する移動ミラー位置演算部と、
前記第１受光信号および前記移動ミラー位置信号に基づいて、前記移動ミラーの各位置における前記第１受光信号の強度を表す波形を生成する光強度演算部と、
前記波形にフーリエ変換を行い、前記試料に由来する情報を含むスペクトルパターンを生成するフーリエ変換部と、
を備えることを特徴とする分光装置。
前記分析光学系は、
第１光源から射出される分析光を反射させることにより、第１変調信号を付加する移動ミラーと、
前記第１光源から射出される分析光と試料との作用により生成された試料由来信号、および、前記第１変調信号、を含む分析光を受光し、第１受光信号を出力する第１受光素子と、
を備え、
前記測長光学系は、
レーザー光を射出する第２光源と、
所定の波長の光を吸収するガスが封入され、前記レーザー光が入射されるガスセルと、
前記ガスセルから射出された光の光量を検出し、射出光量検出信号を出力する射出光量検出部と、
前記射出光量検出信号に基づいて前記レーザー光の波長を制御する光源制御部と、
前記レーザー光を用いて前記移動ミラーの位置に対応する変位信号を取得する測長部と、
を備え、
前記演算装置は、
前記変位信号に基づいて、移動ミラー位置信号を生成する移動ミラー位置演算部と、
前記第１受光信号および前記移動ミラー位置信号に基づいて、前記移動ミラーの各位置における前記第１受光信号の強度を表す波形を生成する光強度演算部と、
前記波形にフーリエ変換を行い、前記試料に由来する情報を含むスペクトルパターンを生成するフーリエ変換部と、
を備えることを特徴とする分光装置。
【請求項2】
前記光源制御部は、前記射出光量検出信号に基づいて前記第２光源に入力する電流を調整することにより、前記レーザー光の波長を制御する請求項１に記載の分光装置。
【請求項3】
前記第２光源は、発光素子、および、前記発光素子の温度を調整する温調素子を備え、
前記光源制御部は、前記射出光量検出信号に基づいて前記温調素子の出力を調整することにより、前記レーザー光の波長を制御する請求項１に記載の分光装置。
前記光源制御部は、前記射出光量検出信号に基づいて前記温調素子の出力を調整することにより、前記レーザー光の波長を制御する請求項１に記載の分光装置。
【請求項4】
前記第２光源は、前記発光素子を収容するパッケージを有し、
前記温調素子は、前記パッケージ内に設けられている請求項３に記載の分光装置。
前記温調素子は、前記パッケージ内に設けられている請求項３に記載の分光装置。
【請求項5】
前記第２光源の光出力を検出し、光出力検出信号を出力する光出力検出部を備え、
前記光源制御部は、前記光出力検出信号に基づいて前記第２光源に入力する電流を調整することにより、前記レーザー光の光出力を制御する請求項３記載の分光装置。
前記光源制御部は、前記光出力検出信号に基づいて前記第２光源に入力する電流を調整することにより、前記レーザー光の光出力を制御する請求項３記載の分光装置。
【請求項6】
前記測長部は、振動素子を有し、前記レーザー光に第２変調信号を付加する光変調器を備え、
前記振動素子を信号源として基準信号を出力する発振回路を備える請求項１ないし５のいずれか１項に記載の分光装置。
前記振動素子を信号源として基準信号を出力する発振回路を備える請求項１ないし５のいずれか１項に記載の分光装置。
【請求項7】
前記光源制御部は、前記基準信号を用いて動作する請求項６に記載の分光装置。
【請求項8】
前記第２光源は、半導体レーザー素子である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の分光装置。
【請求項9】
前記第１光源をさらに備える請求項１ないし５のいずれか１項に記載の分光装置。
【請求項10】
分析光学系、測長光学系、および、演算装置、を備える形状測定装置であって、
前記分析光学系は、
第１光源から射出される分析光を反射させることにより、第１変調信号を付加する移動ミラーと、
前記第１光源から射出される分析光と試料との作用により生成された試料由来信号、および、前記第１変調信号、を含む分析光を受光し、第１受光信号を出力する第１受光素子と、
を備え、
前記測長光学系は、
レーザー光を射出する第２光源と、
所定の波長の光を吸収するガスが封入され、前記レーザー光が入射されるガスセルと、
前記ガスセルから射出された光の光量を検出し、射出光量検出信号を出力する射出光量検出部と、
前記射出光量検出信号に基づいて前記レーザー光の波長を制御する光源制御部と、
前記レーザー光を用いて前記移動ミラーの位置に対応する変位信号を取得する測長部と、
を備え、
前記演算装置は、
前記変位信号に基づいて、移動ミラー位置信号を生成する移動ミラー位置演算部と、
前記第１受光信号および前記移動ミラー位置信号に基づいて、前記移動ミラーの各位置における前記第１受光信号の強度を表す波形を生成する光強度演算部と、
前記波形に基づいて、前記試料の形状を算出する形状算出部と、
を備えることを特徴とする形状測定装置。
前記分析光学系は、
第１光源から射出される分析光を反射させることにより、第１変調信号を付加する移動ミラーと、
前記第１光源から射出される分析光と試料との作用により生成された試料由来信号、および、前記第１変調信号、を含む分析光を受光し、第１受光信号を出力する第１受光素子と、
を備え、
前記測長光学系は、
レーザー光を射出する第２光源と、
所定の波長の光を吸収するガスが封入され、前記レーザー光が入射されるガスセルと、
前記ガスセルから射出された光の光量を検出し、射出光量検出信号を出力する射出光量検出部と、
前記射出光量検出信号に基づいて前記レーザー光の波長を制御する光源制御部と、
前記レーザー光を用いて前記移動ミラーの位置に対応する変位信号を取得する測長部と、
を備え、
前記演算装置は、
前記変位信号に基づいて、移動ミラー位置信号を生成する移動ミラー位置演算部と、
前記第１受光信号および前記移動ミラー位置信号に基づいて、前記移動ミラーの各位置における前記第１受光信号の強度を表す波形を生成する光強度演算部と、
前記波形に基づいて、前記試料の形状を算出する形状算出部と、
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、分光装置および形状測定装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、試料が放射または吸収する光のスペクトル情報を取得し、それに基づいて試料中の成分等を分析する分光分析に用いられる光学モジュールが開示されている。この光学モジュールは、ミラーユニットと、ビームスプリッターユニットと、光入射部と、第１光検出器と、第２光源と、第２光検出器と、を備えている。ミラーユニットは、所定方向に移動する可動ミラーと、位置が固定された固定ミラーと、を含んでいる。このような光学モジュールでは、ビームスプリッターユニット、可動ミラーおよび固定ミラーによって、測定光およびレーザー光がそれぞれ入射される干渉光学系が構成される。
【0003】
第１光源から測定対象を介して入射した測定光は、光入射部を経て、ビームスプリッターユニットにおいて分割される。分割された測定光の一部は、可動ミラーで反射されてビームスプリッターユニットに戻る。分割された測定光の残部は、固定ミラーで反射されてビームスプリッターユニットに戻る。ビームスプリッターユニットに戻った測定光の一部および残部は、干渉光として第１光検出器によって検出される。
【0004】
一方、第２光源から射出されたレーザー光は、ビームスプリッターにおいて分割される。分割されたレーザー光の一部は、可動ミラーで反射されてビームスプリッターユニットに戻る。分割されたレーザー光の残部は、固定ミラーで反射されてビームスプリッターユニットに戻る。ビームスプリッターユニットに戻ったレーザー光の一部および残部は、干渉光として第２光検出器によって検出される。
【0005】
このような光学モジュールでは、レーザー光の干渉光の検出結果に基づいて、可動ミラーの位置を計測する。そして、可動ミラーの位置の計測結果および測定光の干渉光の検出結果に基づいて、測定対象についての分光分析が可能になる。具体的には、可動ミラーの各位置における測定光の強度を求めることにより、インターフェログラムと呼ばれる波形が得られる。このインターフェログラムをフーリエ変換することにより、測定対象についてのスペクトル情報を求めることができる。したがって、特許文献１に記載の光学モジュールは、ＦＴＩＲ（フーリエ変換型赤外分光分析器）に用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】国際公開第２０１９／００９４０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
フーリエ変換型分光分析器では、可動ミラー（移動ミラー）の位置の計測精度がスペクトルパターンの波数軸（波長軸）の正確度に直結する。特許文献１に記載の光学モジュールの場合、レーザー光を射出する第２光源の波長安定性が十分に高いことが求められる。
【0008】
ところが、レーザー光源では、経時変化等、様々な原因により、出力するレーザー光の波長が初期値から変化する場合がある。特許文献１に記載の光学モジュールでは、レーザー光の波長が初期値から変化した場合、移動ミラーの位置の計測精度が初期に比べて低下する。
【0009】
また、上記の光学モジュールは、光干渉を利用して物体の表面形状や内部形状（内部構造）を測定する、形状測定装置にも用いられる。このような形状測定装置にも、移動ミラーが用いられ、レーザー光による移動ミラーの位置の計測精度が、形状の測定結果を左右する。
【0010】
そこで、レーザー光の波長の安定化が図られ、移動ミラーの位置を精度よく計測することができ、波数軸または波長軸の正確度が高いスペクトルパターンを生成可能な分光装置、および、形状の測定精度が高い形状測定装置の実現が課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の適用例に係る分光装置は、
分析光学系、測長光学系、および、演算装置、を備える分光装置であって、
前記分析光学系は、
第１光源から射出される分析光を反射させることにより、第１変調信号を付加する移動ミラーと、
前記第１光源から射出される分析光と試料との作用により生成された試料由来信号、および、前記第１変調信号、を含む分析光を受光し、第１受光信号を出力する第１受光素子と、
を備え、
前記測長光学系は、
レーザー光を射出する第２光源と、
所定の波長の光を吸収するガスが封入され、前記レーザー光が入射されるガスセルと、
前記ガスセルから射出された光の光量を検出し、射出光量検出信号を出力する射出光量検出部と、
前記射出光量検出信号に基づいて前記レーザー光の波長を制御する光源制御部と、
前記レーザー光を用いて前記移動ミラーの位置に対応する変位信号を取得する測長部と、
を備え、
前記演算装置は、
前記変位信号に基づいて、移動ミラー位置信号を生成する移動ミラー位置演算部と、
前記第１受光信号および前記移動ミラー位置信号に基づいて、前記移動ミラーの各位置における前記第１受光信号の強度を表す波形を生成する光強度演算部と、
前記波形にフーリエ変換を行い、前記試料に由来する情報を含むスペクトルパターンを生成するフーリエ変換部と、
を備える。
分析光学系、測長光学系、および、演算装置、を備える分光装置であって、
前記分析光学系は、
第１光源から射出される分析光を反射させることにより、第１変調信号を付加する移動ミラーと、
前記第１光源から射出される分析光と試料との作用により生成された試料由来信号、および、前記第１変調信号、を含む分析光を受光し、第１受光信号を出力する第１受光素子と、
を備え、
前記測長光学系は、
レーザー光を射出する第２光源と、
所定の波長の光を吸収するガスが封入され、前記レーザー光が入射されるガスセルと、
前記ガスセルから射出された光の光量を検出し、射出光量検出信号を出力する射出光量検出部と、
前記射出光量検出信号に基づいて前記レーザー光の波長を制御する光源制御部と、
前記レーザー光を用いて前記移動ミラーの位置に対応する変位信号を取得する測長部と、
を備え、
前記演算装置は、
前記変位信号に基づいて、移動ミラー位置信号を生成する移動ミラー位置演算部と、
前記第１受光信号および前記移動ミラー位置信号に基づいて、前記移動ミラーの各位置における前記第１受光信号の強度を表す波形を生成する光強度演算部と、
前記波形にフーリエ変換を行い、前記試料に由来する情報を含むスペクトルパターンを生成するフーリエ変換部と、
を備える。
【0012】
本発明の適用例に係る形状測定装置は、
分析光学系、測長光学系、および、演算装置、を備える形状測定装置であって、
前記分析光学系は、
第１光源から射出される分析光を反射させることにより、第１変調信号を付加する移動ミラーと、
前記第１光源から射出される分析光と試料との作用により生成された試料由来信号、および、前記第１変調信号、を含む分析光を受光し、第１受光信号を出力する第１受光素子と、
を備え、
前記測長光学系は、
レーザー光を射出する第２光源と、
所定の波長の光を吸収するガスが封入され、前記レーザー光が入射されるガスセルと、
前記ガスセルから射出された光の光量を検出し、射出光量検出信号を出力する射出光量検出部と、
前記射出光量検出信号に基づいて前記レーザー光の波長を制御する光源制御部と、
前記レーザー光を用いて前記移動ミラーの位置に対応する変位信号を取得する測長部と、
を備え、
前記演算装置は、
前記変位信号に基づいて、移動ミラー位置信号を生成する移動ミラー位置演算部と、
前記第１受光信号および前記移動ミラー位置信号に基づいて、前記移動ミラーの各位置における前記第１受光信号の強度を表す波形を生成する光強度演算部と、
前記波形に基づいて、前記試料の形状を算出する形状算出部と、
を備える。
分析光学系、測長光学系、および、演算装置、を備える形状測定装置であって、
前記分析光学系は、
第１光源から射出される分析光を反射させることにより、第１変調信号を付加する移動ミラーと、
前記第１光源から射出される分析光と試料との作用により生成された試料由来信号、および、前記第１変調信号、を含む分析光を受光し、第１受光信号を出力する第１受光素子と、
を備え、
前記測長光学系は、
レーザー光を射出する第２光源と、
所定の波長の光を吸収するガスが封入され、前記レーザー光が入射されるガスセルと、
前記ガスセルから射出された光の光量を検出し、射出光量検出信号を出力する射出光量検出部と、
前記射出光量検出信号に基づいて前記レーザー光の波長を制御する光源制御部と、
前記レーザー光を用いて前記移動ミラーの位置に対応する変位信号を取得する測長部と、
を備え、
前記演算装置は、
前記変位信号に基づいて、移動ミラー位置信号を生成する移動ミラー位置演算部と、
前記第１受光信号および前記移動ミラー位置信号に基づいて、前記移動ミラーの各位置における前記第１受光信号の強度を表す波形を生成する光強度演算部と、
前記波形に基づいて、前記試料の形状を算出する形状算出部と、
を備える。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第１実施形態に係る分光装置を示す概略構成図である。
【図3】セシウム原子の基底状態の超微細構造を示すエネルギー準位図である。
【図5】第２光源に入力されるバイアス電流と、ガスセルから射出された光の光量と、の関係を示す吸収スペクトルＡＳ２である。
【図6】第２光源に入力されるバイアス電流と、射出光量検出信号の電圧と、の関係を示す吸収スペクトルＡＳ３、および、吸収スペクトルＡＳ３の一次微分である誤差信号ＥＳの波形を示す図である。
【図7】バイアス電流のフィードバック制御を説明するためのフローチャートである。
【図9】インターフェログラムＦ（ｘ）の一例を示す図である。
【図11】試料に分光分析を行って得られるスペクトルパターンＳＰ０の一例である。
【図12】第１実施形態の第１変形例に係る分光装置を示す概略構成図である。
【図13】第１実施形態の第２変形例に係る分光装置を示す概略構成図である。
【図14】第１実施形態の第３変形例に係る分光装置を示す概略構成図である。
【図15】第２光源の温度と、ガスセルから射出された光の光量と、の関係を示す吸収スペクトルＡＳ４である。
【図16】第２光源の温度のフィードバック制御を説明するためのフローチャートである。
【図17】第１実施形態の第４変形例に係る分光装置を示す概略構成図である。
【図18】２つのフィードバック制御（温度とバイアス電流のフィードバック制御）を説明するためのフローチャートである。
【図19】第１実施形態の第５変形例に係る分光装置を示す概略構成図である。
【図20】第１実施形態の第６変形例に係る分光装置を示す概略構成図である。
【図23】第２実施形態に係る形状測定装置を示す概略構成図である。
【図25】第２実施形態の第１変形例に係る形状測定装置を示す概略構成図である。
【図26】第２実施形態の第２変形例に係る形状測定装置を示す概略構成図である。
【図27】第２実施形態の第３変形例に係る形状測定装置を示す概略構成図である。
【図28】第２実施形態の第４変形例に係る形状測定装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の分光装置および形状測定装置を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【0015】
１．第１実施形態
まず、第１実施形態に係る分光装置について説明する。
まず、第１実施形態に係る分光装置について説明する。
【0016】
【0017】
１．１．分光装置
図１に示す分光装置１００では、入射された分析光Ｌ１を被検体である試料９に照射させ、試料９から放射された分析光Ｌ１をマイケルソン型干渉光学系に通し、得られた干渉光の強度変化を検出し、後述する演算を行うことにより、インターフェログラムを取得する。取得したインターフェログラムをフーリエ変換することにより、試料９に由来する情報を含むスペクトルパターンが得られる。分析光Ｌ１の波長を選択することにより、図１に示す分光装置１００は、例えば試料９に対するＦＴ－ＩＲ（フーリエ型赤外分光分析）、ＦＴ－ＮＩＲ（フーリエ型近赤外分光分析）、ＦＴ－ＶＩＳ（フーリエ型可視分光分析）、ＦＴ－ＵＶ（フーリエ型紫外分光分析）、ＦＴ－ＴＨｚ（フーリエ型テラヘルツ分光分析）等に適用可能である。
図１に示す分光装置１００では、入射された分析光Ｌ１を被検体である試料９に照射させ、試料９から放射された分析光Ｌ１をマイケルソン型干渉光学系に通し、得られた干渉光の強度変化を検出し、後述する演算を行うことにより、インターフェログラムを取得する。取得したインターフェログラムをフーリエ変換することにより、試料９に由来する情報を含むスペクトルパターンが得られる。分析光Ｌ１の波長を選択することにより、図１に示す分光装置１００は、例えば試料９に対するＦＴ－ＩＲ（フーリエ型赤外分光分析）、ＦＴ－ＮＩＲ（フーリエ型近赤外分光分析）、ＦＴ－ＶＩＳ（フーリエ型可視分光分析）、ＦＴ－ＵＶ（フーリエ型紫外分光分析）、ＦＴ－ＴＨｚ（フーリエ型テラヘルツ分光分析）等に適用可能である。
【0018】
分光装置１００は、光学デバイス１と、信号生成部８と、演算装置７と、を備える。
このうち、光学デバイス１は、図１に示すように、分析光学系３および測長光学系４を備える。
このうち、光学デバイス１は、図１に示すように、分析光学系３および測長光学系４を備える。
【0019】
分析光学系３は、分析光Ｌ１を試料９に照射するとともに、分析光Ｌ１から試料９に由来する試料由来信号を取り出せるように、分析光Ｌ１の光路長を変化させながら、分析光Ｌ１の分割および混合を行い、干渉を生じさせる。測長光学系４では、レーザー光である測長光Ｌ２を用いて、分析光Ｌ１の光路長の変化を測定する。
【0020】
信号生成部８は、演算装置７に向けて基準信号Ｓｓを出力する。演算装置７は、分析光学系３から出力された干渉光の強度を表す信号および測長光学系４から出力された光路長の変化を表す信号に基づいて、光路長に対する干渉光の強度を表す波形、すなわち前述したインターフェログラムを求める。また、演算装置７は、インターフェログラムにフーリエ変換を行い、スペクトルパターンを取得する。
【0021】
１．２．光学デバイス
次に、光学デバイス１について説明する。光学デバイス１は、前述したように、分析光学系３、および、測長光学系４を備える。
次に、光学デバイス１について説明する。光学デバイス１は、前述したように、分析光学系３、および、測長光学系４を備える。
【0022】
１．２．１．分析光学系
分析光学系３は、第１光源５１、ビームスプリッター５４、集光レンズ５５および減光フィルター５６を備える。なお、分析光学系３では、これらの光学要素の一部が省略されていてもよいし、これら以外の光学要素を備えていてもよいし、これらの光学要素が他の光学要素で置換されていてもよい。
分析光学系３は、第１光源５１、ビームスプリッター５４、集光レンズ５５および減光フィルター５６を備える。なお、分析光学系３では、これらの光学要素の一部が省略されていてもよいし、これら以外の光学要素を備えていてもよいし、これらの光学要素が他の光学要素で置換されていてもよい。
【0023】
第１光源５１は、例えば白色光、すなわち幅広い波長の光が集まった光を分析光Ｌ１として射出する光源である。分析光Ｌ１の波長域、つまり第１光源５１の種類は、試料９に対して行う分光分析の目的に応じて適宜選択される。赤外分光分析を行う場合には、第１光源５１としては、例えば、ハロゲンランプ、赤外ランプ、タングステンランプ等が挙げられる。可視光分光分析を行う場合には、第１光源５１としては、例えば、ハロゲンランプ等が挙げられる。紫外分光分析を行う場合には、第１光源５１としては、例えば、重水素ランプ、ＵＶ－ＬＥＤ（紫外線発光ダイオード）等が挙げられる。
【0024】
なお、分析光Ｌ１の波長として１００ｎｍ以上７６０ｎｍ未満を選択することにより、紫外分光分析または可視光分光分析を行い得る分光装置１００を実現することができる。また、分析光Ｌ１の波長として７６０ｎｍ以上２０μｍ以下を選択することにより、赤外分光分析または近赤外分光分析を行い得る分光装置１００を実現することができる。さらに、分析光Ｌ１の波長として３０μｍ以上３ｍｍ以下を選択することにより、テラヘルツ波分光分析を行い得る分光装置１００を実現することができる。
【0025】
なお、第１光源５１は、光学デバイス１に含まれず、外部に設けられていてもよい。この場合、外部に設けられた第１光源５１から射出された分析光Ｌ１が、光学デバイス１に導入されるようになっていればよい。一方、本実施形態のように、光学デバイス１が第１光源５１を備えることにより、第１光源５１とビームスプリッター５４とのアライメント精度を特に高めることができ、アライメント不良に伴う分析光Ｌ１の損失を最小限に抑えることができる。
【0026】
分析光Ｌ１は、ビームスプリッター５４を透過し、集光レンズ５５で集光されて、試料９に照射される。
【0027】
ビームスプリッター５４には、例えば、無偏光ビームスプリッターが用いられるが、偏光ビームスプリッターが用いられてもよい。この場合、必要な波長板を適宜追加すればよい。なお、第１光源５１から射出された分析光Ｌ１のうち、一部は、ビームスプリッター５４で反射するが、本実施形態では、この反射した分析光Ｌ１は、用いられることなく放置される。
【0028】
集光レンズ５５は、分析光Ｌ１を集光させ、試料９に照射される分析光Ｌ１のスポットサイズを小さくする。これにより、局所分析が可能になる。
【0029】
試料９から射出された分析光Ｌ１は、試料９との作用により生成された試料由来信号を含んでいる。試料由来信号とは、例えば、分析光Ｌ１が試料９に作用したときの、試料９による特定波長の光吸収等が挙げられる。この分析光Ｌ１は、集光レンズ５５を経て、ビームスプリッター５４で反射され、減光フィルター５６を通過する。減光フィルター５６は、所定波長の光を選択的に減衰させる。これにより、試料由来信号のＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を高めることができ、分光分析をより精度よく行うことができる。減光フィルター５６としては、例えば、光学濃度（ＯＤ値）が６．０以上のノッチフィルター等が挙げられる。
【0030】
また、分析光学系３は、マイケルソン型干渉光学系を構成する、ビームスプリッター３２、移動ミラー３３、固定ミラー３４、集光レンズ３５および第１受光素子３６を備える。なお、分析光学系３では、これらの光学要素の一部が省略されていてもよいし、これら以外の光学要素を備えていてもよいし、これらの光学要素が他の光学要素で置換されていてもよい。
【0031】
ビームスプリッター３２は、分析光Ｌ１を２つの分析光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂに分割する無偏光ビームスプリッターである。具体的には、ビームスプリッター３２は、分析光Ｌ１の一部を分析光Ｌ１ａとして移動ミラー３３に向けて反射させ、分析光Ｌ１の他部を分析光Ｌ１ｂとして固定ミラー３４に向けて透過させることにより、分析光Ｌ１を２つに分割する。
【0032】
ビームスプリッター３２の種類としては、例えば、図１に示すプリズム型素子（キューブ型素子）の他、プレート型素子、積層型素子等が挙げられる。プレート型のビームスプリッター３２を用いた場合には、分析光Ｌ１ａと分析光Ｌ１ｂとで波長分散が生じるので、必要に応じて、ビームスプリッター３２と固定ミラー３４との間に、波長分散補償板を配置するようにしてもよい。波長分散補償板は、硝材の光路長差による波長分散を補償する光学要素である。本実施形態では、ビームスプリッター３２としてプリズム型素子が用いられているので、この波長分散補償板は不要である。プリズム型素子は、プリズム同士の間に光学薄膜が挟まれた形態の素子である。また、積層型素子は、２枚の透明平板の間に光学薄膜が挟まれた形態の素子である。積層型素子でも、プリズム型素子と同様、波長分散補償板を不要にできる。また、プリズム型素子や積層型素子では、光学薄膜が露出しないので、ビームスプリッター３２の長期信頼性を高めることができる。
【0033】
また、ビームスプリッター３２は、移動ミラー３３で反射された分析光Ｌ１ａを第１受光素子３６に向けて透過させ、固定ミラー３４で反射された分析光Ｌ１ｂを第１受光素子３６に向けて反射させる。したがって、ビームスプリッター３２は、分割された分析光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを混合する。
【0034】
移動ミラー３３は、ビームスプリッター３２に対して分析光Ｌ１ａの入射方向に移動し、かつ、分析光Ｌ１ａを反射させる鏡である。移動ミラー３３で反射した分析光Ｌ１ａは、移動ミラー３３の位置に応じて位相が変化する。これにより、移動ミラー３３は、分析光Ｌ１ａに第１変調信号を付加する。第１変調信号は、移動ミラー３３の位置に応じて分析光Ｌ１ａに付加される位相の変化である。
【0035】
移動ミラー３３を移動させる図示しない移動機構としては、特に限定されないが、例えば、１軸リニアステージ、ピエゾ駆動装置、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いたマイクロアクチュエーター等が挙げられる。このうち、１軸リニアステージは、例えば、ボイスコイルモーター（ＶＣＭ）またはボールねじ駆動部とリニアガイド機構とを備えることで、移動ミラー３３の移動において良好な並進性を実現することができる。
【0036】
固定ミラー３４は、ビームスプリッター３２に対して位置が固定され、分析光Ｌ１ｂを反射させる鏡である。固定ミラー３４で反射した分析光Ｌ１ｂは、ビームスプリッター３２で分析光Ｌ１ａと混合され、干渉光として第１受光素子３６で受光される。分析光学系３では、移動ミラー３３の位置に応じて、分析光Ｌ１ａの光路と、分析光Ｌ１ｂの光路と、の間に光路差が生じる。このため、干渉光の強度は、移動ミラー３３の位置に応じて変化する。
【0037】
移動ミラー３３および固定ミラー３４は、それぞれ平板ミラーであってもよいし、コーナーキューブミラーであってもよい。各ミラーの反射面には、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇのような金属を用いたメタルコート、誘電体多層膜等が成膜されていてもよい。また、移動ミラー３３について、「分析光の入射方向に移動」は、分析光の入射方向の成分を含む方向に移動することを含む。したがって、移動ミラー３３は、入射方向に対して斜めに傾いた方向（非平行な方向）に移動してもよい。その場合、演算装置７は、移動ミラー３３が分析光の入射方向に対して斜めに傾いた影響を除去する機能を有していればよい。さらに、固定ミラー３４も移動するように構成されていてもよい。その場合、演算装置７は、固定ミラー３４が移動した影響を除去する機能を有していればよい。
【0038】
集光レンズ３５は、干渉光、すなわち混合された分析光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを第１受光素子３６に集光させる。
【0039】
第１受光素子３６は、干渉光を受光し、その強度を取得する。そして、強度の時間変化を示す信号を第１受光信号Ｆ（ｔ）として出力する。この第１受光信号Ｆ（ｔ）は、分析光Ｌ１と試料９との相互作用により生成された試料由来信号と、前述した第１変調信号と、を含む。
【0040】
第１受光素子３６としては、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ等が挙げられる。このうち、フォトダイオードとしては、例えば、ＩｎＧａＡｓ系フォトダイオード、Ｓｉ系フォトダイオード、アバランシェ型フォトダイオード等が挙げられる。
【0041】
１．２．２．測長光学系
測長光学系４は、マイケルソン型干渉光学系であり、第２光源４１と、測長部４０と、ガスセル６１と、射出光量検出部６２と、光源制御部６５と、を備える。なお、測長光学系４では、これらの光学要素の一部が省略されていてもよいし、これら以外の光学要素を備えていてもよいし、これらの光学要素が他の光学要素で置換されていてもよい。
測長光学系４は、マイケルソン型干渉光学系であり、第２光源４１と、測長部４０と、ガスセル６１と、射出光量検出部６２と、光源制御部６５と、を備える。なお、測長光学系４では、これらの光学要素の一部が省略されていてもよいし、これら以外の光学要素を備えていてもよいし、これらの光学要素が他の光学要素で置換されていてもよい。
【0042】
第２光源４１は、スペクトル線幅の狭い光を射出する光源が好ましく用いられる。第２光源４１としては、例えば、Ｈｅ－Ｎｅレーザー、Ａｒレーザーのようなガスレーザー、ＤＦＢ－ＬＤ（Distributed FeedBack - Laser Diode：分布帰還型レーザーダイオード）、ＦＢＧ－ＬＤ（Fiber Bragg Grating - Laser Diode：ファイバーブラッググレーティング付きレーザーダイオード）、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：垂直共振器面発光レーザーダイオード）、ＦＰ－ＬＤ（Fabry-Perot Laser Diode：ファブリーペロー型半導体レーザーダイオード）のような半導体レーザー素子、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）のような結晶レーザー等が挙げられる。
【0043】
第２光源４１は、特に半導体レーザー素子であるのが好ましい。これにより、光学デバイス１および分光装置１００の小型化および軽量化を図ることができる。
【0044】
また、図１に示す第２光源４１は、発光素子４１０および温調素子４１２を備える。
本実施形態では、発光素子４１０が半導体レーザー素子である。
本実施形態では、発光素子４１０が半導体レーザー素子である。
【0045】
温調素子４１２は、例えば、ペルチェ素子、ヒーター等で構成される。温調素子４１２が発熱または吸熱することにより、第２光源４１が有する発光素子４１０の温度を調整することができる。なお、以下の説明では、発光素子４１０の温度を「第２光源４１の温度」ということもある。
【0046】
測長光学系４は、さらに、ビームスプリッター６３およびコリメートレンズ６４を備える。
【0047】
コリメートレンズ６４は、第２光源４１とビームスプリッター６３との間に設けられ、第２光源４１から射出された測長光Ｌ２を平行化する。なお、測長光Ｌ２が射出時点で十分に平行化されている場合には、コリメートレンズ６４が省略されていてもよい。
【0048】
ビームスプリッター６３は、例えば無偏光ビームスプリッターである。ビームスプリッター６３は、測長光Ｌ２に分岐させ、測長光Ｌ２ｃを生成する。また、ビームスプリッター６３は、測長光Ｌ２の残部を透過させて、測長部４０に入射させる。分岐比は、特に限定されないが、反射光よりも透過光の光量が多くなるように、具体的には反射光の比率が１０％以下程度になるように設定されているのが好ましい。
【0049】
１．２．２．１．測長部
測長部４０は、第２光分割素子４２、光帰還部４３、および、第２受光素子４５を備える。
測長部４０は、第２光分割素子４２、光帰還部４３、および、第２受光素子４５を備える。
【0050】
第２光分割素子４２は、ビームスプリッター４２２、１／２波長板４６、１／４波長板４７、１／４波長板４８、および、検光子４９を備える。
【0051】
ビームスプリッター４２２は、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射させる偏光ビームスプリッターである。１／２波長板４６は、その光学軸が、測長光Ｌ２の偏光軸に対して回転した状態で配置されている。これにより、測長光Ｌ２は、１／２波長板４６を通過することにより、Ｐ偏光とＳ偏光とを含む直線偏光になり、ビームスプリッター４２２でＰ偏光とＳ偏光の２つに分割される。
【0052】
Ｓ偏光である測長光Ｌ２ａは、１／４波長板４８で円偏光に変換され、光帰還部４３に入射する。光帰還部４３は、測長光Ｌ２ａを反射させることにより、ビームスプリッター４２２に帰還させる。このとき、測長光Ｌ２ａは、１／４波長板４８でＰ偏光に変換される。
【0053】
一方、Ｐ偏光である測長光Ｌ２ｂは、１／４波長板４７で円偏光に変換され、移動ミラー３３に入射する。移動ミラー３３は、測長光Ｌ２ｂを反射させる。これにより、測長光Ｌ２ｂは、移動ミラー３３の位置に応じて位相が変化する。その結果、移動ミラー３３は、測長光Ｌ２ｂに変位信号を付加する。移動ミラー３３で反射した測長光Ｌ２ｂは、ビームスプリッター４２２に戻る。このとき、測長光Ｌ２ｂは、１／４波長板４７でＳ偏光に変換される。
【0054】
なお、図１に示す測長光学系４は、前述した分析光学系３において分析光Ｌ１ａが入射する移動ミラー３３の面とは異なる面に、測長光Ｌ２ｂが入射するように構成されているが、測長光Ｌ２ｂは、分析光Ｌ１ａが入射する面と同じ面に入射するようになっていてもよい。
【0055】
また、ビームスプリッター４２２は、光帰還部４３から帰還した測長光Ｌ２ａを第２受光素子４５に向けて透過させ、移動ミラー３３で反射された測長光Ｌ２ｂを第２受光素子４５に向けて反射させる。したがって、ビームスプリッター４２２は、分割された測長光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを混合する。混合された測長光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、検光子４９を透過し、第２受光素子４５に入射する。
【0056】
なお、ビームスプリッター４２２には、偏光ビームスプリッターに代えて無偏光ビームスプリッターを用いるようにしてもよい。この場合、波長板等が不要となるため、部品点数の削減による光学デバイス１の小型化を図ることができる。
【0057】
光帰還部４３は、光反射器４４２を備え、ビームスプリッター４２２で反射されて入射された光を反射させ、ビームスプリッター４２２に帰還させる。光反射器４４２は、例えばミラーで構成される。これにより、光帰還部４３の構成を簡素化でき、光学デバイス１の小型化に寄与できる。
【0058】
第２受光素子４５は、混合された測長光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを干渉光として受光し、その強度を取得する。そして、強度の時間変化を示す信号を第２受光信号Ｓ２として出力する。この第２受光信号Ｓ２は、移動ミラー３３の変位信号を含む信号である。変位信号は、移動ミラー３３の位置に応じて測長光Ｌ２ｂに付加される位相の変化である。以上のようにして、測長部４０は、移動ミラー３３の位置を示す変位信号を取得する。
【0059】
第２受光素子４５としては、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ等が挙げられる。
【0060】
１．２．２．２．ガスセル
ガスセル６１には、所定の波長の光を吸収するガスが封入されている。ガスセル６１に測長光Ｌ２ｃが入射されると、測長光Ｌ２ｃに光吸収信号が付加される。光吸収信号は、ガスによる特定波長の光吸収である。
ガスセル６１には、所定の波長の光を吸収するガスが封入されている。ガスセル６１に測長光Ｌ２ｃが入射されると、測長光Ｌ２ｃに光吸収信号が付加される。光吸収信号は、ガスによる特定波長の光吸収である。
【0061】
ガスセル６１に封入されるガスとしては、ガス状のセシウム、ルビジウムのようなアルカリ金属、ガス状のヨウ素のようなハロゲン、クリプトンのような希ガスの他、シアン化水素、アセチレン等が挙げられる。これらの原子または分子は、所定の波長の光を吸収したり、放出したりする。ガスセル６１には、図示しない温度調整機構が設けられていてもよい。これにより、ガスセル６１をより小型化してもガスの蒸気圧を十分に高められる。その結果、ガスセル６１の小型化を図ることができる。
【0062】
ガスセル６１に封入されるガス（原子または分子）と、そのガスに照射される光の波長の組み合わせ例を下記表１に示す。
【0063】
【表1】
【0064】
ビームスプリッター６３で分岐した測長光Ｌ２ｃは、ガスセル６１に入射される。そして、ガスセル６１に封入されているガスに測長光Ｌ２ｃが照射される。これにより、ガスを構成する原子や分子は、測長光Ｌ２ｃのエネルギーに応じて、基底状態からエネルギーがより高い状態（励起状態）に遷移する。
【0065】
図３は、セシウム原子の基底状態の超微細構造を示すエネルギー準位図である。
セシウム原子は、図３に示すように、基底準位として６Ｓ１／２で表されるエネルギー準位と、励起準位として６Ｐ１／２で表されるエネルギー準位と、を有することが知られている。また、６Ｓ１／２および６Ｐ１／２の各エネルギー準位は、複数のエネルギー準位に分裂した超微細構造を有している。具体的には、６Ｓ１／２は、Ｆ＝３およびＦ＝４で表される２つの基底準位を持っている。また、６Ｐ１／２は、Ｆ’＝３およびＦ’＝４で表される２つの励起準位を持っている。
セシウム原子は、図３に示すように、基底準位として６Ｓ１／２で表されるエネルギー準位と、励起準位として６Ｐ１／２で表されるエネルギー準位と、を有することが知られている。また、６Ｓ１／２および６Ｐ１／２の各エネルギー準位は、複数のエネルギー準位に分裂した超微細構造を有している。具体的には、６Ｓ１／２は、Ｆ＝３およびＦ＝４で表される２つの基底準位を持っている。また、６Ｐ１／２は、Ｆ’＝３およびＦ’＝４で表される２つの励起準位を持っている。
【0066】
基底準位にあるセシウム原子は、図３に示すＣｓ（Ｄ１）線を吸収することで、励起準位に遷移する。
【0067】
例えば、Ｆ＝４の基底準位にあるセシウム原子は、図３に矢印（１）で示す準位間のエネルギーを吸収することにより、Ｆ’＝３の励起準位に遷移する。また、図３に矢印（２）で示す準位間のエネルギーを吸収することにより、Ｆ’＝４の励起準位に遷移する。
【0068】
また、Ｆ＝３の基底準位あるセシウム原子は、図３に矢印（３）で示す準位間のエネルギーを吸収することにより、Ｆ’＝３の励起準位に遷移する。また、図３に矢印（４）で示す準位間のエネルギーを吸収することにより、Ｆ’＝４の励起準位に遷移する。
図３の各矢印（１）～（４）の遷移に対応する共鳴波長を、下記表２に示す。
図３の各矢印（１）～（４）の遷移に対応する共鳴波長を、下記表２に示す。
【0069】
【表2】
【0070】
図４は、図３に示すＣｓ（Ｄ１）線の吸収スペクトルＡＳ１である。図４に示す吸収スペクトルＡＳ１には、４本の吸収ピークＰ１～Ｐ４が認められる。この吸収ピークＰ１～Ｐ４の周波数は、図３に矢印（１）～（４）で表された４つの遷移周波数に対応している。
【0071】
後述するように、光源制御部６５では、第２光源４１に入力するバイアス電流を調整する。バイアス電流が変更されると、それに応じて、第２光源４１から射出される測長光Ｌ２の光量が変化するとともに、中心波長（中心周波数）が変化する。したがって、測長光Ｌ２ｃをガスセル６１に入射し、ガスセル６１から射出された光の光量変化を観測すると、図５に示すような吸収スペクトルＡＳ２が得られる。
【0072】
図５は、第２光源４１に入力されるバイアス電流と、ガスセル６１から射出された光の光量と、の関係を示す吸収スペクトルＡＳ２である。図５の横軸は、第２光源４１に入力されるバイアス電流であり、縦軸は、ガスセル６１から射出された光の光量である。バイアス電流が大きくなると、第２光源４１から射出される測長光Ｌ２の中心波長は長く、中心周波数は小さくなるため、図５では、横軸に付した矢印の向きでそれを表している。
【0073】
図５に示すように、バイアス電流を大きくすると、ガスセル６１から射出される光の光量も大きくなる。このため、図５に示す吸収スペクトルＡＳ２は、基本的に単調増加のスペクトルとなる。一方、第２光源４１では、バイアス電流に応じて測長光Ｌ２の中心波長も変化する。このため、バイアス電流が変化する過程で、測長光Ｌ２ｃの中心波長（中心周波数）と前述した４つの遷移周波数とが一致するとき、ガスセル６１から射出される光の光量がそれぞれ極小値をとる。そこで、後述する光源制御部６５は、ガスセル６１から射出される光の光量が、この４つの吸収ピークＰ１～Ｐ４のいずれかに対応する極小値をとるように、バイアス電流を調整する。その結果、第２光源４１から射出される測長光Ｌ２の中心波長を安定させることができる。なお、吸収ピークＰ１～Ｐ４の周波数は、ガスセル６１に封入されている原子や分子の準位間のエネルギーに対応しており、精度および安定性が極めて高い。このため、測長光Ｌ２の中心波長を高い精度で安定させることができる。
【0074】
なお、図５において、いずれの吸収ピークが選択されてもよいが、バイアス電流が最も大きい吸収ピークが好ましく選択される。これにより、第２光源４１の光出力が最も大きくなるため、第２受光素子４５に入射する干渉光の光量を最大化することができる。その結果、第２受光信号Ｓ２のＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を高めることができる。また、図５では、吸収ピークＰ１～Ｐ４が互いに分解されているが、これらは互いに分解されずに１つのピークとして観測されてもよい。この場合、図３に示すＣｓ（Ｄ１）線の波長８９４．５９３ｎｍにピークをとることになるため、この波長を利用してもよい。
【0075】
以上、各光学系が備える光学要素について説明したが、光を入射させる必要がある光学要素については、反射防止処理が施されているのが好ましい。これにより、第１受光信号Ｆ（ｔ）および第２受光信号Ｓ２のＳ／Ｎ比を高めることができる。
【0076】
１．２．２．３．射出光量検出部
射出光量検出部６２は、ガスセル６１から射出された光の光量を検出する。そして、光量に応じた射出光量検出信号ＳＬ１を出力する。射出光量検出部６２としては、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ等が挙げられる。
射出光量検出部６２は、ガスセル６１から射出された光の光量を検出する。そして、光量に応じた射出光量検出信号ＳＬ１を出力する。射出光量検出部６２としては、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ等が挙げられる。
【0077】
１．２．２．４．光源制御部
光源制御部６５は、射出光量検出信号ＳＬ１に基づいて、第２光源４１から射出される測長光Ｌ２の波長を制御する。
光源制御部６５は、射出光量検出信号ＳＬ１に基づいて、第２光源４１から射出される測長光Ｌ２の波長を制御する。
【0078】
図１に示す光源制御部６５は、低周波発振器６５１、検波回路６５２、変調回路６５３、光源駆動回路６５４および温調素子駆動回路６５５を有する。
【0079】
低周波発振器６５１は、例えば、数Ｈｚ～数百Ｈｚ程度の低い周波数で発振し、低周波信号を出力する。
【0080】
検波回路６５２には、射出光量検出信号ＳＬ１が入力される。射出光量検出信号ＳＬ１は、後述する変調回路６５３でバイアス電流に変調が印加されているため、低周波信号の振幅によって決まる範囲でバイアス電流が掃引された結果を含んでいる。つまり、測長光Ｌ２の波長（周波数）が所定の範囲で振動し、それに応じた射出光量の変化の振動を含んでいる。このため、検波回路６５２では、バイアス電流と射出光量との関係が得られることになり、図６に示す吸収スペクトルＡＳ３が得られる。
【0081】
図６は、第２光源４１に入力されるバイアス電流と、射出光量検出信号ＳＬ１の電圧と、の関係を示す吸収スペクトルＡＳ３、および、吸収スペクトルＡＳ３の一次微分である誤差信号ＥＳの波形を示す図である。
【0082】
図６の吸収スペクトルＡＳ３の横軸は、第２光源４１に入力されるバイアス電流であり、縦軸は、電圧信号である射出光量検出信号ＳＬ１である。また、図６の誤差信号ＥＳは、吸収スペクトルＡＳ３を微分することによって生成される。誤差信号ＥＳの波形の横軸は、第２光源４１に入力されるバイアス電流であり、縦軸は、誤差信号ＥＳの電圧である。
【0083】
誤差信号ＥＳは、図６に示すように、吸収スペクトルＡＳ３の吸収ピークに対応したゼロクロス点を持ち、その前後では、誤差信号が単調に変化している。このため、図１に示す光源駆動回路６５４では、この吸収ピークに対応する誤差信号ＥＳに基づいて、ガスセル６１から射出される光の光量が極小値をとるようにバイアス電流を調整できる。これにより、第２光源４１から射出される測長光Ｌ２の中心波長（中心周波数）は、吸収ピークＰ１～Ｐ４のいずれかの周波数にロックされ、安定する。
【0084】
以上のように、検波回路６５２は、低周波信号を用いてその周波数で、射出光量検出信号ＳＬ１を同期検波する。これにより、図６に示す誤差信号ＥＳを生成し、出力する。
【0085】
変調回路６５３は、低周波信号を用いて誤差信号ＥＳに変調を印加する。そして、変調が印加された誤差信号ＥＳを出力する。
【0086】
光源駆動回路６５４は、変調が印加された誤差信号ＥＳを用いて、第２光源４１に入力されるバイアス電流を調整する。例えば、誤差信号ＥＳの電圧が正であれば、バイアス電流を減少させ、誤差信号ＥＳの電圧が負であれば、バイアス電流を増加させる。また、光源駆動回路６５４は、バイアス電流を所定の幅で掃引する。以上の動作により、ガスセル６１から射出される光の光量が極小値からずれても、そのずれがバイアス電流にフィードバックされ、極小値に近づくように調整される。その結果、測長光Ｌ２の中心波長（中心周波数）が吸収ピークＰ１～Ｐ４のいずれかのピークトップにロックされ、安定する。
【0087】
なお、吸収ピークＰ１～Ｐ４は、ガスセル６１に封入されている原子や分子の動きに伴うドップラー拡がりを持つ。ドップラー拡がりは、例えばセシウム原子の場合、６０℃で３８０ＭＨｚ程度になる。測長光Ｌ２の中心波長をピークトップにロックするためには、変調の周波数幅をドップラー拡がりより小さくしておくのが好ましい。つまり、バイアス電流の変調幅は、変調の周波数幅がドップラー拡がり未満になるように設定されるのが好ましい。また、より安定して動作させることを考慮すれば、ドップラー拡がりの１／２以下に設定するのが好ましく、１／３以下に設定するのがより好ましい。一方、下限値は、フィードバック制御が安定するように適宜設定されるが、一例としてドップラー拡がりの１／２０以上とされる。
【0088】
図７は、以上で説明したバイアス電流のフィードバック制御を説明するためのフローチャートである。
【0089】
図７に示すステップＳ１０２では、バイアス電流を掃引し、吸収スペクトルＡＳ３を観測する。
【0090】
ステップＳ１０４では、所望の吸収ピークを検出し、バイアス電流の値を設定する。
ステップＳ１０６では、レーザー光源である第２光源４１の電流変調の同期検波により、誤差信号ＥＳを観測する。
ステップＳ１０６では、レーザー光源である第２光源４１の電流変調の同期検波により、誤差信号ＥＳを観測する。
【0091】
ステップＳ１０８では、誤差信号ＥＳの電圧が正であるか否かを判定する。正である場合、ステップＳ１１０に移行する。ステップＳ１１０では、バイアス電流を減少させる方向に調整する。一方、負である場合、ステップＳ１１２に移行する。ステップＳ１１２では、バイアス電流を増加させる方向に調整する。
【0092】
ステップＳ１１４では、誤差信号ＥＳの電圧がゼロ近傍に収束したか否かを判定する。収束していない場合、ステップＳ１０６に戻る。収束していた場合、フローを終了する。
【0093】
そして、必要に応じて、以上のフローを繰り返す。これにより、測長光Ｌ２の中心波長（中心周波数）を安定させることができる。このようなバイアス電流のフィードバック制御は、中心波長の安定化におけるレスポンスが比較的高く、測長光Ｌ２の中心波長の高安定化に寄与するという点で有用である。
【0094】
なお、上記のフィードバック制御は、常時実行されるようになっていてもよいし、必要に応じて随時実行されるようになっていてもよい。例えば、移動ミラー３３に対する計測を行う場合には、フィードバック制御を停止するようになっていてもよい。これにより、フィードバック制御が計測精度に影響するのを避けることができる。
【0095】
温調素子駆動回路６５５は、温調素子４１２に対し、温度調整信号を出力する。これにより、温調素子４１２の発熱または吸熱を調整し、第２光源４１の温度を目的とする温度に制御する。図１に示す温調素子駆動回路６５５は、第２光源４１の温度を好ましくは一定値に固定するようになっている。これにより、光源駆動回路６５４の動作が阻害されるのを防止できる。なお、本実施形態において、温調素子４１２および温調素子駆動回路６５５は、省略されていてもよい。
【0096】
１．３．信号生成部
図２に示す信号生成部８は、周期信号を生成し、基準信号Ｓｓとして出力する。信号生成部８としては、例えば、ファンクションジェネレーター、シグナルジェネレーター、数値制御型信号発生器等が挙げられる。後述する演算装置７では、基準信号Ｓｓおよび前述した変位信号に基づいて、移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）を生成する。
図２に示す信号生成部８は、周期信号を生成し、基準信号Ｓｓとして出力する。信号生成部８としては、例えば、ファンクションジェネレーター、シグナルジェネレーター、数値制御型信号発生器等が挙げられる。後述する演算装置７では、基準信号Ｓｓおよび前述した変位信号に基づいて、移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）を生成する。
【0097】
１．４．演算装置
図２に示す演算装置７は、移動ミラー位置演算部７２、光強度演算部７４およびフーリエ変換部７６を有する。これらの機能部が発揮する機能は、例えば、プロセッサー、メモリー、外部インターフェース、入力部、表示部等を備えるハードウェアによって実現される。具体的には、メモリーに格納されているプログラムをプロセッサーが読み出し、実行することによって実現される。なお、これらの構成要素は、外部バスによって互いに通信可能になっている。
図２に示す演算装置７は、移動ミラー位置演算部７２、光強度演算部７４およびフーリエ変換部７６を有する。これらの機能部が発揮する機能は、例えば、プロセッサー、メモリー、外部インターフェース、入力部、表示部等を備えるハードウェアによって実現される。具体的には、メモリーに格納されているプログラムをプロセッサーが読み出し、実行することによって実現される。なお、これらの構成要素は、外部バスによって互いに通信可能になっている。
【0098】
プロセッサーとしては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等が挙げられる。なお、これらのプロセッサーがソフトウェアを実行する方式に代えて、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等が上述した機能を実現する方式を採用するようにしてもよい。
【0099】
メモリーとしては、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等が挙げられる。
【0100】
外部インターフェースとしては、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等のデジタル入出力ポート、イーサネット（登録商標）ポート等が挙げられる。
【0101】
入力部としては、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、タッチパッド等の各種入力装置が挙げられる。表示部としては、例えば、液晶ディスプレイパネル、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイパネル等が挙げられる。なお、入力部および表示部は、必要に応じて設けられればよく、省略されていてもよい。
【0102】
１．４．１．移動ミラー位置演算部
移動ミラー位置演算部７２は、信号生成部８から出力された基準信号Ｓｓに基づいて、移動ミラー３３の変位信号を含む第２受光信号Ｓ２に対して演算を行う。これにより、移動ミラー３３の位置を示す移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）を生成する。移動ミラー３３が移動すると、それに伴って測長光学系４における干渉光の強度が変化する。この場合、第２受光信号Ｓ２は、例えば、干渉条件に応じて振幅が周期的に変化する信号となる。第２受光信号Ｓ２の振幅の変化から、移動ミラー３３の変位を算出することができ、移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）が求められる。
移動ミラー位置演算部７２は、信号生成部８から出力された基準信号Ｓｓに基づいて、移動ミラー３３の変位信号を含む第２受光信号Ｓ２に対して演算を行う。これにより、移動ミラー３３の位置を示す移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）を生成する。移動ミラー３３が移動すると、それに伴って測長光学系４における干渉光の強度が変化する。この場合、第２受光信号Ｓ２は、例えば、干渉条件に応じて振幅が周期的に変化する信号となる。第２受光信号Ｓ２の振幅の変化から、移動ミラー３３の変位を算出することができ、移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）が求められる。
【0103】
なお、移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）によって表される移動ミラー３３の計測変位ｄは、下記式（Ａ）で表される。
【0104】
【数1】
【0105】
上記式（Ａ）のλは、測長光Ｌ２の波長であり、ｎは、雰囲気の屈折率であり、φは、移動ミラー３３で反射した測長光Ｌ２ｂの位相である。
【0106】
上記式（Ａ）からわかるように、計測変位ｄは、測長光Ｌ２の波長λの影響を受ける。例えば、経時変化等により、初期の波長λがλ’になった場合を考える。この場合の計測変位をｄ’とすると、計測変位ｄ’は、下記式（Ａ’）で表される。
【0107】
【数2】
【0108】
ここで、初期の計測変位ｄが計測変位ｄ’に変化した場合の変化率をΔｄ／ｄとする。計測変位の変化率Δｄ／ｄは、下記式（Ｂ）で表される。
【0109】
【数3】
【0110】
したがって、波長の変化率Δλ／λは、計測変位の変化率Δｄ／ｄに影響を及ぼすことがわかる。よって、測長光Ｌ２の波長を安定させることができれば、計測変位ｄの精度を高めることができる。
【0111】
１．４．２．光強度演算部
光強度演算部７４は、第１受光信号Ｆ（ｔ）および移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）に基づいて、移動ミラー３３の位置に対する干渉光の強度を表す波形（インターフェログラムＦ（ｘ））を生成する。
光強度演算部７４は、第１受光信号Ｆ（ｔ）および移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）に基づいて、移動ミラー３３の位置に対する干渉光の強度を表す波形（インターフェログラムＦ（ｘ））を生成する。
【0112】
第１受光信号Ｆ（ｔ）は、前述したように、試料由来信号および第１変調信号を含んでいる。光強度演算部７４では、移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）に基づいて、第１受光信号Ｆ（ｔ）の強度を抽出する。そして、光強度演算部７４は、移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）から求められる移動ミラー３３の位置と第１受光信号Ｆ（ｔ）の強度とにより、インターフェログラムＦ（ｘ）を生成する。なお、インターフェログラムＦ（ｘ）は、分析光学系３における移動ミラー３３での反射光と固定ミラー３４での反射光との光路差と、第１受光素子３６で受光される干渉光の強度（第１受光信号Ｆ（ｔ）の強度）と、の関数で表される。
【0113】
図８は、図１に示す光学デバイス１で取得される第１受光信号Ｆ（ｔ）および第２受光信号Ｓ２の一例を示す図である。図８の横軸は、時刻であり、縦軸は、第１受光素子３６に入射する干渉光の強度または第２受光素子４５に入射する干渉光の強度である。
【0114】
図９は、インターフェログラムＦ（ｘ）の一例を示す図である。図９の横軸は、分析光学系３の光路差であり、縦軸は、干渉光の強度である。なお、分析光学系３の光路差とは、ビームスプリッター３２と移動ミラー３３との光路長およびビームスプリッター３２と固定ミラー３４との光路長の差であり、図９では、光路差ゼロを横軸の原点としている。
【0115】
図１０は、図８に示す第２受光信号Ｓ２の部分拡大図である。図８に示す第２受光信号Ｓ２は、所定の周期で振動する信号であり、振幅が最大になる点が特徴点ＦＰとなる。光強度演算部７４は、この特徴点ＦＰの時刻で、図８に示す第１受光信号Ｆ（ｔ）の強度を抽出することにより、移動ミラー３３の位置と第１受光信号Ｆ（ｔ）の強度とを関係づけることができる。これにより、インターフェログラムＦ（ｘ）のデジタルデータを取得することができる。
【0116】
なお、測長光Ｌ２の波長安定性は、移動ミラー３３の位置の精度に直結する。したがって、前述したガスセル６１を用いて測長光Ｌ２の波長を安定させることにより、インターフェログラムＦ（ｘ）の横軸である分析光学系３の光路差の精度を高めることができる。
【0117】
１．４．３．フーリエ変換部
フーリエ変換部７６は、インターフェログラムＦ（ｘ）にフーリエ変換を行う。これにより、試料９に固有の情報を含むスペクトルパターンを取得する。
フーリエ変換部７６は、インターフェログラムＦ（ｘ）にフーリエ変換を行う。これにより、試料９に固有の情報を含むスペクトルパターンを取得する。
【0118】
図１１は、試料９に分光分析を行って得られるスペクトルパターンＳＰ０の一例である。スペクトルパターンＳＰ０は、試料９の反射スペクトルの例である。
【0119】
図１１に示すスペクトルパターンＳＰ０には、分析光Ｌ１が試料９に作用して生成された試料由来信号が吸収ピークＸ９として反映されている。分光装置１００によれば、スペクトルパターンＳＰ０に基づいて、試料９の特性、例えば材料、構造、成分量等を分析することができる。
【0120】
このスペクトルパターンＳＰ０は、インターフェログラムＦ（ｘ）をフーリエ変換して生成されている。インターフェログラムＦ（ｘ）は、移動ミラー３３の位置情報をパラメーターとして得られた電界振幅波形であるから、これをフーリエ変換して得られるスペクトルパターンＳＰ０は、波長情報を持つ。そして、移動ミラー３３の位置精度は、スペクトルパターンＳＰ０の波数精度に直結する。よって、本実施形態に係る分光装置１００によれば、波長軸（波数軸）の正確度が高いスペクトルパターンＳＰ０を生成可能である。
【0121】
また、上記の効果を得るにあたって、第２光源４１に半導体レーザー素子のような小型で安価な素子を採用しても、測長光Ｌ２の波長安定性を高めることができる。これにより、分光装置１００の小型化、軽量化、低消費電力化および低コスト化を図ることができる。
【0122】
２．第１実施形態の第１変形例
次に、第１実施形態の第１変形例に係る分光装置について説明する。
次に、第１実施形態の第１変形例に係る分光装置について説明する。
【0123】
図１２は、第１実施形態の第１変形例に係る分光装置１００を示す概略構成図である。
以下、第１変形例について説明するが、以下の説明では、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１２において、前記第１実施形態と同様の事項については、同一の符号を付している。
以下、第１変形例について説明するが、以下の説明では、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１２において、前記第１実施形態と同様の事項については、同一の符号を付している。
【0124】
【0125】
図１２に示す分析光学系３は、ビームスプリッター５４に代えて、ミラー５７１を備える。ミラー５７１は、第１光源５１から射出された分析光Ｌ１の光路を変更する。また、試料９は、第１光源５１とミラー５７１との間に配置されている。これにより、第１光源５１から射出された分析光Ｌ１は、試料９を透過して、ミラー５７１に入射することになる。このため、第１変形例で得られるスペクトルパターンは透過スペクトルとなる。
【0126】
以上のような第１変形例においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。なお、ミラー５７１は、必要に応じて設けられればよく、第１光源５１や試料９の配置等によっては、省略されていてもよい。
【0127】
【0128】
以下、第２変形例について説明するが、以下の説明では、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１３において、前記第１実施形態と同様の事項については、同一の符号を付している。
【0129】
【0130】
図１３に示す分析光学系３は、試料９を介して集光レンズ５５の反対側に設けられたミラー５７２を備える。ミラー５７２は、試料９を透過した分析光Ｌ１を反射させ、再び試料９に入射させる。このため、第２変形例で得られるスペクトルパターンは、透過スペクトルとなる。
【0131】
以上のような第２変形例においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
また、図１３に示す分析光学系３では、ビームスプリッター５４から射出された分析光Ｌ１が、試料９を往復して、ビームスプリッター５４に戻ることになる。このため、図１３に示す分光装置１００で得られるスペクトルパターンでは、試料に由来する情報（ピーク）の強度を、図１２に示す分光装置１００で得られるスペクトルパターンよりも大きくできるため、Ｓ／Ｎ比を高められる。
また、図１３に示す分析光学系３では、ビームスプリッター５４から射出された分析光Ｌ１が、試料９を往復して、ビームスプリッター５４に戻ることになる。このため、図１３に示す分光装置１００で得られるスペクトルパターンでは、試料に由来する情報（ピーク）の強度を、図１２に示す分光装置１００で得られるスペクトルパターンよりも大きくできるため、Ｓ／Ｎ比を高められる。
【0132】
【0133】
以下、第３変形例について説明するが、以下の説明では、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１４において、前記第１実施形態と同様の事項については、同一の符号を付している。
【0134】
第３変形例は、光源制御部６５が、バイアス電流の調整に代えて第２光源４１の温度の調整を行うように構成されている以外、前記実施形態と同様である。
【0135】
図１４に示す光源制御部６５は、変調回路６５３から出力される信号、つまり変調が印加された誤差信号が、温調素子駆動回路６５５に入力されるようになっている。一方、図１４に示す光源駆動回路６５４は、バイアス電流を好ましくは一定値に固定するようになっている。これにより、温調素子駆動回路６５５の動作が阻害されるのを防止できる。
【0136】
図１４に示す温調素子駆動回路６５５は、変調が印加された誤差信号を用いて、温調素子４１２に入力される温度調整信号を調整する。例えば、誤差信号の電圧が正であれば、温調素子４１２に吸熱させて第２光源４１の温度を低下させ、誤差信号の電圧が負であれば、温調素子４１２を発熱させて第２光源４１の温度を上昇させる。
【0137】
図１５は、第２光源４１の温度と、ガスセル６１から射出される光の光量と、の関係を示す吸収スペクトルＡＳ４である。図１５の横軸は、第２光源４１の温度であり、縦軸は、ガスセル６１から射出される光の光量である。第２光源４１の温度が高くなると、第２光源４１から射出される測長光Ｌ２の中心波長は長く、中心周波数は小さくなるため、図１５では、横軸に付した矢印の向きでそれを表している。
【0138】
図１５に示すように、第２光源４１の温度を高くすると、ガスセル６１から射出される光の光量は小さくなる。このため、図１５に示す吸収スペクトルＡＳ４は、基本的に単調減少のスペクトルとなる。一方、第２光源４１では、温度に応じて測長光Ｌ２の中心波長も変化する。このため、温度が変化する過程で、測長光Ｌ２ｃの中心波長（中心周波数）と前述した４つの遷移周波数とが一致するとき、ガスセル６１から射出される光の光量がそれぞれ極小値をとる。そこで、図１４に示す光源制御部６５は、ガスセル６１から射出される光の光量が、この４つの吸収ピークのいずれかに対応する極小値をとるように、第２光源４１の温度を調整する。その結果、第２光源４１から射出される測長光Ｌ２の中心波長を安定させることができる。
【0139】
以上の動作により、ガスセル６１から射出される光の光量が極小値からずれても、そのずれが第２光源４１の温度にフィードバックされ、極小値に近づくように調整される。その結果、測長光Ｌ２の中心波長（中心周波数）が吸収ピークＰ１～Ｐ４のいずれかのピークトップにロックされ、安定する。
【0140】
図１６は、以上で説明した第２光源４１の温度のフィードバック制御を説明するためのフローチャートである。
【0141】
図１６に示すステップＳ２０２では、レーザー光源である第２光源４１の温度を掃引し、吸収スペクトルを観測する。
【0142】
ステップＳ２０４では、所望の吸収ピークを検出し、第２光源４１の温度の値を設定する。
【0143】
ステップＳ２０６では、第２光源４１の温度変調の同期検波により、誤差信号を観測する。
【0144】
ステップＳ２０８では、誤差信号の電圧が正であるか否かを判定する。正である場合、ステップＳ２１０に移行する。ステップＳ２１０では、第２光源４１の温度を低下させる方向に調整する。一方、負である場合、ステップＳ２１２に移行する。ステップＳ２１２では、第２光源４１の温度を上昇させる方向に調整する。
【0145】
ステップＳ２１４では、誤差信号の電圧がゼロ近傍に収束したか否かを判定する。収束していない場合、ステップＳ２０６に戻る。収束していた場合、フローを終了する。
【0146】
そして、必要に応じて、以上のフローを繰り返す。これにより、測長光Ｌ２の中心波長（中心周波数）を安定させることができる。
【0147】
以上のような第３変形例においても、前記第１実施形態と同様の効果が得られる。
また、第３変形例では、測長光Ｌ２の波長を所定量調整するときの光量の変化量を、前記第１実施形態に比べて抑えることができる。これにより、前記第１実施形態に比べて、第２受光素子４５に入射する干渉光の光量の変化を抑えることができる。その結果、第２受光信号Ｓ２のＳ／Ｎ比（信号対雑音比）の経時的な変動を抑制することができる。
また、第３変形例では、測長光Ｌ２の波長を所定量調整するときの光量の変化量を、前記第１実施形態に比べて抑えることができる。これにより、前記第１実施形態に比べて、第２受光素子４５に入射する干渉光の光量の変化を抑えることができる。その結果、第２受光信号Ｓ２のＳ／Ｎ比（信号対雑音比）の経時的な変動を抑制することができる。
【0148】
例えば、一般的な面発光レーザー素子を第２光源４１として用い、測長光Ｌ２の中心波長を０．１ｎｍ長くする調整を行う場合を例に考える。下記表３は、この例における電流波長制御（前記実施形態）と、温度波長制御（第３変形例）とで、射出光Ｌ１の中心波長を０．１ｎｍ長くする調整を行う場合の電流または温度の変化幅と、調整に伴う光量の変化幅と、を示している。
【0149】
【表3】
【0150】
前記第１実施形態では、バイアス電流を０．３８ｍＡ大きくする必要があり、それに伴って、測長光Ｌ２の光量が１１．５％増加する。これに対し、第３変形例では、第２光源４１の温度を１．７℃高くする必要があり、それに伴って、測長光Ｌ２の光量が０．７％減少する。このように、第３変形例における光量の変化量は、前記第１実施形態の１／１０以下に抑えられている。
【0151】
なお、上記計算例は、下記表４に示す面発光レーザー素子の各種パラメーターを用いて計算したものである。
【0152】
【表4】
【0153】
【0154】
以下、第４変形例について説明するが、以下の説明では、前記第３変形例との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１７において、前記第３変形例と同様の事項については、同一の符号を付している。
【0155】
第４変形例は、光源制御部６５が、第２光源４１の温度の調整に加え、第２光源４１の光出力に基づくバイアス電流の調整を行うように構成されている以外、前記第３変形例と同様である。
【0156】
図１７に示す測長光学系４は、さらに、ビームスプリッター６６、光出力検出部６７およびＡＰＣ部６５６を備える。
【0157】
ビームスプリッター６６は、ビームスプリッター６３で分岐された光路に配置される無偏光ビームスプリッターである。ビームスプリッター６６は、測長光Ｌ２ｃの一部を反射させて分岐させ、測長光Ｌ２ｄを生成する。また、ビームスプリッター６６は、測長光Ｌ２ｃの残部を透過させて、ガスセル６１に入射させる。分岐比は、特に限定されない。また、ビームスプリッター６６の配置は、上記に限定されない。
【0158】
光出力検出部６７は、ビームスプリッター６６により分岐された測長光Ｌ２ｄの光量を検出する。本明細書では、この光量を「発光素子４１０の光出力」という。光出力は、第２光源４１から射出された測長光Ｌ２の光量に略比例しているので、測長光Ｌ２の光量をモニターするために用いられる。光出力検出部６７は、測長光Ｌ２ｄの光量に応じた光出力検出信号ＳＬ２を出力する。光出力検出部６７としては、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ等が挙げられる。
【0159】
ＡＰＣ部６５６は、光出力検出信号ＳＬ２に基づいて、第２光源４１の光出力が一定になるようにバイアス電流を制御するための光出力制御信号を出力する。図１７に示す光源駆動回路６５４は、光出力制御信号に基づいてバイアス電流を調整する。ＡＰＣは、Auto Power Control（自動光量制御）である。
【0160】
以上のように、第４変形例では、第３変形例が有する構成（温度のフィードバック制御）に、ＡＰＣ部６５６を用いたバイアス電流のフィードバック制御の構成が追加されている。これにより、第２光源４１から射出される測長光Ｌ２の中心波長（中心周波数）を安定させ、かつ、光出力（光量）を一定に制御することができる。
【0161】
図１８は、以上で説明した２つのフィードバック制御（温度とバイアス電流のフィードバック制御）を説明するためのフローチャートである。
【0162】
図１８に示すステップＳ３０２では、レーザー光源である第２光源４１の温度を掃引し、吸収スペクトルを観測する。
【0163】
ステップＳ３０４では、所望の吸収ピークを検出し、第２光源４１の温度の値を設定する。
【0164】
ステップＳ３０６では、第２光源４１の温度変調の同期検波により、誤差信号を観測する。
【0165】
ステップＳ３０８では、誤差信号の電圧が正であるか否かを判定する。正である場合、ステップＳ３１０に移行する。ステップＳ３１０では、第２光源４１の温度を低下させる方向に調整する。一方、負である場合、ステップＳ３１２に移行する。ステップＳ３１２では、第２光源４１の温度を上昇させる方向に調整する。
【0166】
ステップＳ３１４では、誤差信号の電圧がゼロ近傍に収束したか否かを判定する。収束していない場合、ステップＳ３０６に戻る。収束していた場合、ステップＳ３２２に移行する。
【0167】
ステップＳ３２２では、光出力検出部６７から出力される電圧信号である光出力検出信号ＳＬ２の電圧値を測定する。なお、電圧値の初期値は、あらかじめ図示しないメモリーに記憶させておく。
【0168】
ステップＳ３２４では、測定した光出力検出信号ＳＬ２の電圧値が初期値より大きいか否かを判定する。大きい場合、ステップＳ３２６に移行する。ステップＳ３２６では、バイアス電流を減少させる方向に調整する。一方、小さい場合、ステップＳ３２８に移行する。ステップＳ３２８では、バイアス電流を増加させる方向に調整する。
【0169】
ステップＳ３３０では、光出力検出信号ＳＬ２の電圧値が初期値近傍に収束したか否かを判定する。収束していない場合、ステップＳ３２２に戻る。収束していた場合、フローを終了する。
【0170】
そして、必要に応じて、以上のフローを繰り返す。これにより、測長光Ｌ２の中心波長（中心周波数）および光出力の双方を安定させることができる。
【0171】
【0172】
以下、第５変形例について説明するが、以下の説明では、前記第４変形例との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１９において、前記第４変形例と同様の事項については、同一の符号を付している。
【0173】
第５変形例は、光出力検出部４１４が、第２光源４１が有するパッケージＰＫＧ内に設けられていること以外、前記第４変形例と同様である。
【0174】
図１９に示す第２光源４１は、さらにパッケージＰＫＧを有する。パッケージＰＫＧは、発光素子４１０、温調素子４１２および光出力検出部４１４を収容する容器である。光出力検出部４１４は、前述した光出力検出部６７と同様、測長光Ｌ２ｄの光量に応じた光出力検出信号ＳＬ２を出力する。一方、図１９に示す第２光源４１では、光出力検出部４１４がパッケージＰＫＧ内に設けられている。これにより、分光装置１００のさらなる小型化を図ることができる。
以上のような第５変形例においても、第４変形例と同様の効果が得られる。
以上のような第５変形例においても、第４変形例と同様の効果が得られる。
【0175】
７．第１実施形態の第６変形例
次に、第１実施形態の第６変形例に係る分光装置について説明する。
次に、第１実施形態の第６変形例に係る分光装置について説明する。
【0176】
【0177】
以下、第６変形例について説明するが、以下の説明では、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図２０において、前記第１実施形態と同様の事項については、同一の符号を付している。
【0178】
第６変形例は、光帰還部４３の構成が異なるとともに、低周波発振器６５１が省略されていること以外、前記第１実施形態と同様である。
【0179】
図２０に示す光帰還部４３は、光変調器４４４を備える。光変調器４４４は、振動素子４４６を有する。振動素子４４６は、駆動信号Ｓｄにより振動するとともに、測長光Ｌ２ａを反射させる。これにより、光変調器４４４は、測長光Ｌ２ａに対して第２変調信号を重畳させる。第２変調信号は、測長光Ｌ２ａが振動素子４４６で反射されることに伴って生じる周波数の変化である。
【0180】
図２０に示す信号生成部８は、発振回路８１を有する。発振回路８１は、振動素子４４６が信号源として動作し、精度の高い周期信号を生成する。これにより、発振回路８１は、精度の高い駆動信号Ｓｄを出力するとともに、基準信号Ｓｓを出力する。そうすると、駆動信号Ｓｄおよび基準信号Ｓｓは、外乱を受けた場合、互いに同じ影響を受けることになる。その結果、駆動信号Ｓｄにより駆動された振動素子４４６を介して付加される第２変調信号、および、基準信号Ｓｓも、互いに同じ影響を受ける。このため、第２受光信号Ｓ２および基準信号Ｓｓが、演算装置７における演算に供されたとき、演算の過程で、双方が含む外乱の影響を互いに相殺または低減させることができる。その結果、演算装置７では、外乱を受けても、移動ミラー３３の位置を精度よく求めることができる。
【0181】
振動素子４４６としては、例えば、水晶振動子、シリコン振動子、セラミック振動子等が挙げられる。これらの振動子は、共振現象を利用した振動子であるため、Ｑ値が高く、固有振動数の安定化を容易に図ることができる。これにより、光変調器４４４が測長光Ｌ２ａに印加する第２変調信号のＳ／Ｎ比を高めることができ、かつ、基準信号Ｓｓの精度を高めることができる。これにより、移動ミラー３３の位置を精度よく求めることができ、最終的に、波長軸（波数軸）の正確度が高いスペクトルパターンを生成可能な分光装置１００を実現できる。
【0182】
水晶振動子としては、例えば、水晶ＡＴ振動子、ＳＣカット水晶振動子、音叉型水晶振動子、水晶表面弾性波素子等が挙げられる。水晶振動子の発振周波数は、例えば１ｋＨｚから数１００ＭＨｚ程度である。
【0183】
シリコン振動子は、単結晶シリコン基板からＭＥＭＳ技術を用いて製造される単結晶シリコン片と、圧電膜と、を備える振動子である。ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）は、微小電気機械システムのことである。単結晶シリコン片の形状としては、例えば、２脚音叉型、３脚音叉型等の片持ち梁形状、両持ち梁形状等が挙げられる。シリコン振動子の発振周波数は、例えば１ｋＨｚから数１００ＭＨｚ程度である。
【0184】
セラミック振動子は、圧電セラミックスを焼き固めて製造される圧電セラミック片と、電極と、を備える振動子である。圧電セラミックスとしては、例えば、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢＴＯ）等が挙げられる。セラミック振動子の発振周波数は、例えば数１００ｋＨｚから数１０ＭＨｚ程度である。
【0185】
振動素子４４６および発振回路８１としては、例えば、特開２０２２－３８１５６号公報に開示されている振動素子および発振回路が挙げられる。
【0186】
図２１に示す移動ミラー位置演算部７２は、光ヘテロダイン干渉法により、移動ミラー３３の位置を特定し、その結果に基づいて、移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）を生成する。具体的には、測長光学系４が光変調器４４４を備えることにより、測長光Ｌ２ａに第２変調信号を付加することができる。そうすると、測長光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを干渉させたとき、得られた干渉光から移動ミラー３３の位置に対応する位相情報をより高い精度で取得することができる。そして、演算装置７において位相情報から移動ミラー３３の位置が高精度に求められる。光ヘテロダイン干渉法によれば、位相情報を取り出すとき、外乱の影響、特にノイズとなる周波数の迷光の影響を受けにくく、高いロバスト性が与えられる。
【0187】
図２１に示す移動ミラー位置演算部７２は、前処理部７２２、復調処理部７２４、および、移動ミラー位置信号出力部７２６を有する。前処理部７２２および復調処理部７２４には、例えば、特開２０２２－３８１５６号公報に開示されている前処理部および復調部が適用できる。
【0188】
前処理部７２２は、基準信号Ｓｓに基づいて第２受光信号Ｓ２に前処理を行う。復調処理部７２４は、前処理部７２２から出力された前処理済み信号から、基準信号Ｓｓに基づいて移動ミラー３３の位置に応じた変位信号を復調する。
【0189】
移動ミラー位置信号出力部７２６は、復調処理部７２４が復調した移動ミラー３３の変位信号に基づいて、移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）を生成し、出力する。この方法で求めた移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）は、時刻ごとに変化する移動ミラー３３の位置を表す信号となる。第２受光信号Ｓ２が含む移動ミラー３３の変位信号は、測長光Ｌ２の波長よりも十分に狭い間隔で移動ミラー３３の変位を捉えている。例えば、測長光Ｌ２の波長が数１００ｎｍである場合、変位信号が示す移動ミラー３３の位置分解能としては１０ｎｍ未満が達成可能になる。これに対し、第１実施形態では、測長光Ｌ２の波長の１／４が位置分解能の限界である。このため、光強度演算部７４では、第１実施形態に比べてより細かな間隔で、インターフェログラムＦ（ｘ）のデジタルデータを生成することができる。
【0190】
図２２は、図２０に示す分光装置１００で取得される第１受光信号Ｆ（ｔ）および移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）の一例を示す図である。図２２の横軸は、時刻であり、縦軸は、第１受光素子３６に入射する干渉光の強度または移動ミラー３３の位置である。
【0191】
図２２に示す移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）は、移動ミラー３３の位置の変化を、連続的に検出可能な信号になっており、高い位置分解能を実現できている。このため、それに基づいてインターフェログラムＦ（ｘ）を生成することで、よりデータ点数の多いインターフェログラムＦ（ｘ）が得られる。データ点数の多さは、インターフェログラムＦ（ｘ）のサンプリング間隔が短く、精度が高いことを意味する。したがって、このようにして得られたインターフェログラムＦ（ｘ）を用いることで、最終的に、高い分解能のスペクトルパターンを取得することができる。
【0192】
また、サンプリング間隔を短くできることで、より波長の短い（より波数の大きい）分析光Ｌ１を用いても、十分なデータ点数を持つインターフェログラムＦ（ｘ）を得ることができる。これにより、より広い波長範囲（広い波数範囲）のスペクトルパターン、すなわち、より広帯域のスペクトルパターンを取得することができる。
【0193】
また、図２０に示す光源制御部６５では、前述の低周波発振器６５１が省略されている。そして、検波回路６５２および変調回路６５３にそれぞれ入力される低周波信号として、発振回路８１で生成される基準信号Ｓｓを用いるように構成されている。これにより、前記実施形態よりも光源制御部６５の構成を簡素化することができ、分光装置１００の小型化および低コスト化を図ることができる。
【0194】
以上のような第６変形例においても、前記第１実施形態と同様の効果が得られる。
なお、光変調器４４４は、音響光学変調器（Acousto-Optics Modulator：ＡＯＭ）や電気光学変調器（Electro-Optic Modulator：ＥＯＭ）等で代替されてもよい。一方、光変調器４４４は、振動素子４４６が非常に小型、軽量、低消費電力等の特徴を有するため、その恩恵を受けられる。このため、第６変形例によれば、分光装置１００の小型化、軽量化、低消費電力化を図ることができる。
なお、光変調器４４４は、音響光学変調器（Acousto-Optics Modulator：ＡＯＭ）や電気光学変調器（Electro-Optic Modulator：ＥＯＭ）等で代替されてもよい。一方、光変調器４４４は、振動素子４４６が非常に小型、軽量、低消費電力等の特徴を有するため、その恩恵を受けられる。このため、第６変形例によれば、分光装置１００の小型化、軽量化、低消費電力化を図ることができる。
【0195】
なお、本変形例は、低周波発振器８１を省略した例であるが、基準信号Ｓｓを用いるのではなく、他の変形例と同様、低周波発振器８１から出力される信号を用いるようになっていてもよい。つまり、本変形例に低周波発振器８１が追加された構成例も、変形例の１つとして挙げられる。
【0196】
８．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る形状測定装置について説明する。
次に、第２実施形態に係る形状測定装置について説明する。
【0197】
【0198】
以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図２３および図２４において、前記第１実施形態と同様の事項については、同一の符号を付している。
【0199】
前記第１実施形態に係る分光装置１００は、第１光源５１から射出された分析光Ｌ１を試料９に照射し、試料９の分光分析を行う装置である。これに対し、第２実施形態に係る形状測定装置２００は、分析光Ｌ１を試料９に照射し、試料９の表面や内部の形状測定を行う装置である。図２３に示す形状測定装置２００は、分析光学系３の構成が異なること以外、図１に示す分光装置１００と同様である。
【0200】
図２３に示す分析光学系３は、第１光源５１、ビームスプリッター３２、移動ミラー３３、集光レンズ３５、集光レンズ３７および第１受光素子３６を備える。
【0201】
図２３に示す第１光源５１には、例えば、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）のような白色光源の他、波長掃引光源、第１実施形態で挙げている各種ランプ等が挙げられる。好ましくは、低コヒーレンス光源と呼ばれる広帯域光源が用いられる。
【0202】
第１光源５１から射出された分析光Ｌ１は、ビームスプリッター３２で２つに分割される。図２３に示すビームスプリッター３２は、分析光Ｌ１の一部を分析光Ｌ１ａとして移動ミラー３３に向けて反射させ、分析光Ｌ１の他部を分析光Ｌ１ｂとして試料９に向けて透過させる。分析光Ｌ１ｂは、集光レンズ３７を介して試料９に集光される。
【0203】
また、ビームスプリッター３２は、移動ミラー３３で反射された分析光Ｌ１ａを第１受光素子３６に向けて透過させ、試料９で反射された分析光Ｌ１ｂを第１受光素子３６に向けて反射させる。したがって、ビームスプリッター３２は、分割された分析光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを混合する。
【0204】
第１受光素子３６は、干渉光を受光し、その強度を取得する。そして、強度の時間変化を示す信号を第１受光信号Ｆ（ｔ）として出力する。この第１受光信号Ｆ（ｔ）は、分析光Ｌ１ｂと試料９との相互作用により生成された試料由来信号と、前述した第１変調信号と、を含む。試料由来信号は、例えば、試料９の表面形状に応じて分析光Ｌ１ｂに付加される位相の変化である。
【0205】
第１受光素子３６としては、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ等の他、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）のようなイメージセンサー等が挙げられる。イメージセンサーを用いることにより、第１受光信号Ｆ（ｔ）の２次元分布を取得することができる。これにより、試料９の表面形状を２次元で測定することができる。
図２３に示す測長光学系４および信号生成部８は、図１と同様である。
図２３に示す測長光学系４および信号生成部８は、図１と同様である。
【0206】
図２４に示す演算装置７は、移動ミラー位置演算部７２、光強度演算部７４および形状算出部７８を有する。
【0207】
図２４に示す光強度演算部７４は、前記第１実施形態と同様、第１受光信号Ｆ（ｔ）および移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）に基づいて、移動ミラー３３の各位置における第１受光信号Ｆ（ｔ）の強度を表す波形を生成する。図２４に示す形状算出部７８は、この波形に基づいて、試料９の表面形状を算出する。例えば、第１受光信号Ｆ（ｔ）の強度（干渉光の強度）が極大になるとき、分析光Ｌ１ａの光路長および分析光Ｌ１ｂの光路長は、互いに等しい。分析光Ｌ１ａの光路長は、ガスセル６１を備える測長光学系４を用いて高精度に測定できることから、分析光Ｌ１ｂの光路長も高精度に測定できることになる。これにより、試料９の表面形状を高精度に測定できる。具体的な解析方法は、例えば白色干渉計測法、時間領域ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）等の名称で知られている。
【0208】
なお、図２３では、試料９が分析光Ｌ１ｂを反射させる場合について図示しているが、試料９が分析光Ｌ１ｂを透過させる場合、図２３に示す形状測定装置２００は、試料９の内部形状（内部構造）を測定可能となる。具体的な解析方法は、例えば光干渉断層撮影等の名称で知られている。
以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【0209】
９．第２実施形態の第１変形例
次に、第２実施形態の第１変形例に係る形状測定装置について説明する。
次に、第２実施形態の第１変形例に係る形状測定装置について説明する。
【0210】
図２５は、第２実施形態の第１変形例に係る形状測定装置２００を示す概略構成図である。
【0211】
以下、第１変形例について説明するが、以下の説明では、前記第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図２５において、前記第２実施形態と同様の事項については、同一の符号を付している。
【0212】
第１変形例は、光源制御部６５が、バイアス電流の調整に代えて第２光源４１の温度の調整を行うように構成されている以外、前記第２実施形態と同様である。つまり、第１変形例は、前記第２実施形態に、前述した第１実施形態の第３変形例の構成を付加したものである。
【0213】
このような第１変形例においても、第２実施形態と同様、測長光学系４を用いて移動ミラー３３の位置を高精度に測定できるため、試料９の表面形状や内部形状を高精度に測定可能な形状測定装置２００を実現できる。
【0214】
また、第１変形例では、第２実施形態に比べて、第２受光素子４５に入射する干渉光の光量の変化を抑えることができる。その結果、第２受光信号Ｓ２のＳ／Ｎ比（信号対雑音比）の経時的な変動を抑制することができ、形状測定装置２００のさらなる高精度化を図ることができる。
【0215】
１０．第２実施形態の第２変形例
次に、第２実施形態の第２変形例に係る形状測定装置について説明する。
次に、第２実施形態の第２変形例に係る形状測定装置について説明する。
【0216】
図２６は、第２実施形態の第２変形例に係る形状測定装置２００を示す概略構成図である。
【0217】
以下、第２変形例について説明するが、以下の説明では、前記第１変形例との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図２６において、前記第１変形例と同様の事項については、同一の符号を付している。
【0218】
第２変形例は、光源制御部６５が、第２光源４１の温度の調整に加え、第２光源４１の光出力に基づくバイアス電流の調整を行うように構成されている以外、前記第１変形例と同様である。つまり、第２変形例は、前記第２実施形態に、前述した第１実施形態の第４変形例の構成を付加したものである。
【0219】
このような第２変形例においても、第２実施形態と同様、測長光学系４を用いて移動ミラー３３の位置を高精度に測定できるため、試料９の表面形状や内部形状を高精度に測定可能な形状測定装置２００を実現できる。
【0220】
また、第２変形例では、第２光源４１から射出される測長光Ｌ２の中心波長（中心周波数）を安定させ、かつ、光出力を一定に制御することができる。これにより、測長光Ｌ２の中心波長（中心周波数）および光出力の双方を安定させることができる。
【0221】
１１．第２実施形態の第３変形例
次に、第２実施形態の第３変形例に係る形状測定装置について説明する。
次に、第２実施形態の第３変形例に係る形状測定装置について説明する。
【0222】
図２７は、第２実施形態の第３変形例に係る形状測定装置２００を示す概略構成図である。
【0223】
以下、第３変形例について説明するが、以下の説明では、前記第２変形例との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図２７において、前記第２変形例と同様の事項については、同一の符号を付している。
【0224】
第３変形例は、光出力検出部４１４が、第２光源４１が有するパッケージＰＫＧ内に設けられていること以外、前記第２変形例と同様である。つまり、第３変形例は、前記第２実施形態に、前述した第１実施形態の第５変形例の構成を付加したものである。
【0225】
以上のような第３変形例においても、第２変形例と同様の効果が得られる。
また、第３変形例では、光出力検出部４１４がパッケージＰＫＧ内に設けられている。これにより、形状測定装置２００のさらなる小型化を図ることができる。
また、第３変形例では、光出力検出部４１４がパッケージＰＫＧ内に設けられている。これにより、形状測定装置２００のさらなる小型化を図ることができる。
【0226】
１２．第２実施形態の第４変形例
次に、第２実施形態の第４変形例に係る形状測定装置について説明する。
次に、第２実施形態の第４変形例に係る形状測定装置について説明する。
【0227】
図２８は、第２実施形態の第４変形例に係る形状測定装置２００を示す概略構成図である。
【0228】
以下、第４変形例について説明するが、以下の説明では、前記第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図２８において、前記第２実施形態と同様の事項については、同一の符号を付している。
【0229】
第４変形例は、光帰還部４３の構成が異なるとともに、低周波発振器６５１が省略されていること以外、前記第２実施形態と同様である。つまり、第４変形例は、前記第２実施形態に、前述した第１実施形態の第６変形例の構成を付加したものである。
【0230】
以上のような第４変形例においても、前記第２実施形態と同様の効果が得られる。
また、第４変形例では、測長光学系４が光変調器４４４を備えているので、移動ミラー３３の位置をより高精度に測定できる。これにより、試料９の表面形状や内部形状を特に高精度に測定可能な形状測定装置２００を実現できる。
また、第４変形例では、測長光学系４が光変調器４４４を備えているので、移動ミラー３３の位置をより高精度に測定できる。これにより、試料９の表面形状や内部形状を特に高精度に測定可能な形状測定装置２００を実現できる。
【0231】
１３．前記実施形態が奏する効果
前記実施形態に係る分光装置１００は、分析光学系３、測長光学系４、および、演算装置７、を備える。
前記実施形態に係る分光装置１００は、分析光学系３、測長光学系４、および、演算装置７、を備える。
【0232】
分析光学系３は、移動ミラー３３と、第１受光素子３６と、を備える。移動ミラー３３は、第１光源５１から射出される分析光を反射させることにより、第１変調信号を付加する。第１受光素子３６は、第１光源５１から射出される分析光と試料９との作用により生成された試料由来信号、および、第１変調信号、を含む分析光を受光し、第１受光信号Ｆ（ｔ）を出力する。
【0233】
測長光学系４は、第２光源４１と、ガスセル６１と、射出光量検出部６２と、光源制御部６５と、測長部４０と、を備える。第２光源４１は、レーザー光である測長光を射出する。ガスセル６１は、所定の波長の光を吸収するガスが封入され、測長光が入射される。射出光量検出部６２は、ガスセル６１から射出された光の光量を検出し、射出光量検出信号ＳＬ１を出力する。光源制御部６５は、射出光量検出信号ＳＬ１に基づいて測長光の波長を制御する。測長部４０は、測長光を用いて移動ミラー３３の位置に対応する変位信号を取得する。
【0234】
演算装置７は、移動ミラー位置演算部７２と、光強度演算部７４と、フーリエ変換部７６と、を備える。移動ミラー位置演算部７２は、変位信号に基づいて、移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）を生成する。光強度演算部７４は、第１受光信号Ｆ（ｔ）および移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）に基づいて、インターフェログラムＦ（ｘ）（移動ミラー３３の各位置における第１受光信号Ｆ（ｔ）の強度を表す波形）を生成する。フーリエ変換部７６は、インターフェログラムＦ（ｘ）にフーリエ変換を行い、試料９に由来する情報を含むスペクトルパターンを生成する。
【0235】
このような構成によれば、ガスセル６１に封入されている原子や分子の準位間のエネルギーの精度および安定性が極めて高いことを利用し、測長光Ｌ２の中心波長（中心周波数）が一定になるように、第２光源４１の駆動を調整することができる。これにより、測長光Ｌ２の波長安定化が図られている分光装置１００を実現することができる。このような分光装置１００では、移動ミラー３３の位置を精度よく測定できるため、波数軸（波長軸）の正確度が高いスペクトルパターンを生成することができる。
【0236】
また、上記の効果を得るにあたって、第２光源４１に半導体レーザー素子のような小型で安価な素子を採用しても、測長光Ｌ２の波長安定性を高めることができる。これにより、分光装置１００の小型化、軽量化、低消費電力化および低コスト化を図ることができる。
【0237】
また、光源制御部６５は、射出光量検出信号ＳＬ１に基づいて第２光源４１に入力する電流（バイアス電流）を調整することにより、測長光Ｌ２（レーザー光）の波長を制御することが好ましい。
【0238】
このような構成によれば、中心波長の安定化におけるレスポンスが比較的高く、測長光Ｌ２の中心波長の高安定化に寄与する分光装置１００を実現することができる。
【0239】
また、第２光源４１は、発光素子４１０、および、発光素子４１０の温度を調整する温調素子４１２を備えていてもよい。この場合、光源制御部６５は、射出光量検出信号ＳＬ１に基づいて温調素子４１２の出力を調整することにより、測長光Ｌ２（レーザー光）の波長を制御する機能を有している。
【0240】
このような構成によれば、測長光Ｌ２の波長を調整するときの光量の変化量を抑えることができる。これにより、測長部４０の第２受光素子４５に入射する干渉光の光量の変化を抑えることができる。その結果、第２受光信号Ｓ２のＳ／Ｎ比の経時的な変動を抑制することができる。
【0241】
また、第２光源４１は、発光素子４１０を収容するパッケージＰＫＧを有していてもよい。この場合、温調素子４１２は、パッケージＰＫＧ内に設けられている。
このような構成によれば、分光装置１００のさらなる小型化を図ることができる。
このような構成によれば、分光装置１００のさらなる小型化を図ることができる。
【0242】
また、分光装置１００は、光出力検出部６７、４１４を備えていてもよい。光出力検出部６７、４１４は、第２光源４１の光出力を検出し、光出力検出信号ＳＬ２を出力する。この場合、光源制御部６５は、光出力検出信号ＳＬ２に基づいて第２光源４１に入力する電流（バイアス電流）を調整することにより、測長光Ｌ２（レーザー光）の光出力を制御する。
【0243】
このような構成によれば、２つのフィードバック制御（温度とバイアス電流のフィードバック制御）を行うことができる。これにより、第２光源４１から射出される測長光Ｌ２の中心波長（中心周波数）を安定させ、かつ、光出力（光量）を一定に制御することができる。
【0244】
また、測長部４０は、光変調器４４４を備えていてもよい。光変調器４４４は、振動素子４４６を有し、測長光Ｌ２（レーザー光）に第２変調信号を付加する。そして、分光装置１００は、振動素子４４６を信号源として基準信号Ｓｓを出力する発振回路８１を備えていてもよい。
【0245】
このような構成によれば、第２受光信号Ｓ２および基準信号Ｓｓが、演算装置７における演算に供されたとき、演算の過程で、双方が含む外乱の影響を互いに相殺または低減させることができる。その結果、演算装置７では、外乱を受けても、移動ミラー３３の位置を精度よく求めることができる。また、分光装置１００の小型化、軽量化、低消費電力化を図ることができる。
【0246】
また、光源制御部６５は、基準信号Ｓｓを用いて動作してもよい。
このような構成によれば、光源制御部６５の構成を簡素化することができ、分光装置１００のさらなる小型化および低コスト化を図ることができる。
このような構成によれば、光源制御部６５の構成を簡素化することができ、分光装置１００のさらなる小型化および低コスト化を図ることができる。
【0247】
また、第２光源４１は、半導体レーザー素子であるのが好ましい。
これにより、第２光源４１を特に小型化することが可能になる。このため、分光装置１００の小型化および軽量化を図ることができる。
これにより、第２光源４１を特に小型化することが可能になる。このため、分光装置１００の小型化および軽量化を図ることができる。
【0248】
また、分光装置１００は、第１光源５１をさらに備えていてもよい。
これにより、第１光源５１のアライメント精度を特に高めることができ、アライメント不良に伴う分析光の損失を最小限に抑えることができる。
これにより、第１光源５１のアライメント精度を特に高めることができ、アライメント不良に伴う分析光の損失を最小限に抑えることができる。
【0249】
前記実施形態に係る形状測定装置２００は、分析光学系３、測長光学系４、および、演算装置７、を備える。
【0250】
分析光学系３は、移動ミラー３３と、第１受光素子３６と、を備える。移動ミラー３３は、第１光源５１から射出される分析光を反射させることにより、第１変調信号を付加する。第１受光素子３６は、第１光源５１から射出される分析光と試料９との作用により生成された試料由来信号、および、第１変調信号、を含む分析光を受光し、第１受光信号Ｆ（ｔ）を出力する。
【0251】
測長光学系４は、第２光源４１と、ガスセル６１と、射出光量検出部６２と、光源制御部６５と、測長部４０と、を備える。第２光源４１は、レーザー光である測長光を射出する。ガスセル６１は、所定の波長の光を吸収するガスが封入され、測長光が入射される。射出光量検出部６２は、ガスセル６１から射出された光の光量を検出し、射出光量検出信号ＳＬ１を出力する。光源制御部６５は、射出光量検出信号ＳＬ１に基づいて測長光の波長を制御する。測長部４０は、測長光を用いて移動ミラー３３の位置に対応する変位信号を取得する。
【0252】
演算装置７は、移動ミラー位置演算部７２と、光強度演算部７４と、形状算出部７８と、を備える。移動ミラー位置演算部７２は、変位信号に基づいて、移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）を生成する。光強度演算部７４は、第１受光信号Ｆ（ｔ）および移動ミラー位置信号Ｘ（ｔ）に基づいて、移動ミラー３３の各位置における第１受光信号Ｆ（ｔ）の強度を表す波形を生成する。形状算出部７８は、前述した波形に基づいて、試料９の形状を算出する。
【0253】
このような構成によれば、ガスセル６１に封入されている原子や分子の準位間のエネルギーの精度および安定性が極めて高いことを利用し、測長光Ｌ２の中心波長（中心周波数）が一定になるように、第２光源４１の駆動を調整することができる。これにより、測長光Ｌ２の波長安定化が図られている形状測定装置２００を実現することができる。このような形状測定装置２００では、移動ミラー３３の位置を精度よく測定できるため、試料９の形状を高精度に測定することができる。
【0254】
また、上記の効果を得るにあたって、第２光源４１に半導体レーザー素子のような小型で安価な素子を採用しても、測長光Ｌ２の波長安定性を高めることができる。これにより、形状測定装置２００の小型化、軽量化、低消費電力化および低コスト化を図ることができる。
【0255】
以上、本発明の分光装置および形状測定装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明の分光装置および形状測定装置は、前記実施形態に限定されるものではなく、各部の構成は、任意の構成物で置換されていてもよいし、他の任意の構成物が付加されていてもよい。なお、本明細書における「実施形態」には、その変形例も含む。
【0256】
また、本発明の分光装置および形状測定装置は、前記実施形態のうち、２つ以上を含み合わせたものであってもよい。さらに、本発明の分光装置および形状測定装置が備える各機能部は、複数の要素に分割されていてもよく、複数の機能部が１つに統合されていてもよい。
【0257】
また、前記実施形態では、マイケルソン型干渉光学系が用いられているが、他の方式の干渉光学系が用いられていてもよい。
【0258】
さらに、試料の配置は、図示した配置に限定されない。試料由来信号は、試料に分析光を作用させることによって生成されるので、試料から射出する分析光が第１受光素子に入射する位置であれば、任意の位置に試料を配置すればよい。
また、ガスセルの配置も、図示した配置に限定されない。
また、ガスセルの配置も、図示した配置に限定されない。
【符号の説明】
【0259】
１…光学デバイス、３…分析光学系、４…測長光学系、７…演算装置、８…信号生成部、９…試料、３２…ビームスプリッター、３３…移動ミラー、３４…固定ミラー、３５…集光レンズ、３６…第１受光素子、３７…集光レンズ、４０…測長部、４１…第２光源、４２…第２光分割素子、４３…光帰還部、４５…第２受光素子、４６…１／２波長板、４７…１／４波長板、４８…１／４波長板、４９…検光子、５１…第１光源、５４…ビームスプリッター、５５…集光レンズ、５６…減光フィルター、６１…ガスセル、６２…射出光量検出部、６３…ビームスプリッター、６４…コリメートレンズ、６５…光源制御部、６６…ビームスプリッター、６７…光出力検出部、７２…移動ミラー位置演算部、７４…光強度演算部、７６…フーリエ変換部、７８…形状算出部、８１…発振回路、１００…分光装置、２００…形状測定装置、４１０…発光素子、４１２…温調素子、４１４…光出力検出部、４２２…ビームスプリッター、４４２…光反射器、４４４…光変調器、４４６…振動素子、５７１…ミラー、５７２…ミラー、６５１…低周波発振器、６５２…検波回路、６５３…変調回路、６５４…光源駆動回路、６５５…温調素子駆動回路、６５６…ＡＰＣ部、７２２…前処理部、７２４…復調処理部、７２６…移動ミラー位置信号出力部、ＡＳ１…吸収スペクトル、ＡＳ２…吸収スペクトル、ＡＳ３…吸収スペクトル、ＡＳ４…吸収スペクトル、ＥＳ…誤差信号、Ｆ（ｘ）…インターフェログラム、Ｆ（ｔ）…第１受光信号、ＦＰ…特徴点、Ｌ１…分析光、Ｌ１ａ…分析光、Ｌ１ｂ…分析光、Ｌ２…測長光、Ｌ２ａ…測長光、Ｌ２ｂ…測長光、Ｌ２ｃ…測長光、Ｌ２ｄ…測長光、Ｐ１…吸収ピーク、Ｐ２…吸収ピーク、Ｐ３…吸収ピーク、Ｐ４…吸収ピーク、ＰＫＧ…パッケージ、Ｓ１０２…ステップ、Ｓ１０４…ステップ、Ｓ１０６…ステップ、Ｓ１０８…ステップ、Ｓ１１０…ステップ、Ｓ１１２…ステップ、Ｓ１１４…ステップ、Ｓ２…第２受光信号、Ｓ２０２…ステップ、Ｓ２０４…ステップ、Ｓ２０６…ステップ、Ｓ２０８…ステップ、Ｓ２１０…ステップ、Ｓ２１２…ステップ、Ｓ２１４…ステップ、Ｓ３０２…ステップ、Ｓ３０４…ステップ、Ｓ３０６…ステップ、Ｓ３０８…ステップ、Ｓ３１０…ステップ、Ｓ３１２…ステップ、Ｓ３１４…ステップ、Ｓ３２２…ステップ、Ｓ３２４…ステップ、Ｓ３２６…ステップ、Ｓ３２８…ステップ、Ｓ３３０…ステップ、ＳＬ１…射出光量検出信号、ＳＬ２…光出力検出信号、ＳＰ０…スペクトルパターン、Ｓｄ…駆動信号、Ｓｓ…基準信号、Ｘ（ｔ）…移動ミラー位置信号、Ｘ９…吸収ピーク
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】