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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-08
(45)【発行日】2023-03-16
(54)【発明の名称】分光分析装置および干渉光形成機構
(51)【国際特許分類】
G01J 3/45 20060101AFI20230309BHJP
G01N 21/27 20060101ALI20230309BHJP
【ＦＩ】
G01J3/45
G01N21/27 Z
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2022078453
(22)【出願日】2022-05-11
【審査請求日】2022-05-12
(31)【優先権主張番号】P 2022029016
(32)【優先日】2022-02-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】522077580
【氏名又は名称】西藤 翼
(74)【代理人】
【識別番号】100134979
【弁理士】
【氏名又は名称】中井 博
(74)【代理人】
【識別番号】100167427
【弁理士】
【氏名又は名称】岡本 茂樹
(72)【発明者】
【氏名】西藤 翼
【審査官】横尾 雅一
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１９２３６５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－１１１１６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０４８０９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－２１５２６２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｊ ３／００ － Ｇ０１Ｊ ３／５２
Ｇ０１Ｊ ９／００ － Ｇ０１Ｊ ９／０４
Ｇ０１Ｂ ９／０２
Ｇ０１Ｂ １１／００ － Ｇ０１Ｂ １１／３０
Ｇ０１Ｎ ２１／００ － Ｇ０１Ｎ ２１／６１
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光供給部と、該光供給部から供給される供給光を全て利用して干渉光を形成する干渉光形成部と、
該干渉光形成部によって形成された干渉光の光量を検出する検出部と、
を備え、
前記干渉光形成部は、
互い対向する反射面を有する第一反射部と第二反射部と、を備えており、
前記第二反射部は、
前記第一反射部に対して移動が固定された固定反射部と、
前記供給光の光軸と直交する基準面に沿って前記第一反射部に対して移動可能に設けられた移動反射部と、
該移動反射部の基準面に沿った移動と固定とを行う移動部と、を備えており、
前記第一反射部は、
前記光供給部から供給される供給光を反射する一つの入射反射面を有し、該一つの入射反射面によって全ての供給光を平行光である入射光として前記第二反射部に入射する入射部と、
前記基準面と平行な対称面に対して前記入射部の入射反射面と面対称に設けられた出射反射面を有し、前記第二反射部から供給される反射光を干渉反射光として前記検出部に向けて出射する出射部と、を備えており、
前記第二反射部の固定反射部および移動反射部は、
前記第一反射部の一つの入射反射面と対向するように設けられており、
前記第二反射部の固定反射部は、
前記対称面に対して面対称に設けられた第一反射面と第二反射面とを備えており、
該第一反射面は、
前記第一反射部の入射部の入射反射面と対向し、かつ、前記入射光の一部が入射され該入射光を光軸が前記供給光の光軸と平行な第一反射光となるように反射するように設けられており、
該第二反射面は、
前記第一反射部の出射部の出射反射面と対向し、かつ、前記第一反射光が入射され該第一反射光を光軸と前記基準面とのなす角度が前記入射光の光軸と前記対称面とのなす角度と同じである第二反射光となるように反射するように設けられており、
前記第二反射部の移動反射部は、
前記固定反射部の第一反射面および第二反射面とそれぞれ平行な第三反射面と第四反射面とを備えており、
前記第三反射面は、
前記第一反射部の入射部の入射面と対向し、かつ、前記入射光の一部が入射され該入射光を光軸が前記供給光の光軸と平行な第三反射光となるように反射するように設けられており、
該第四反射面は、
前記第一反射部の出射部の出射反射面と対向し、かつ、前記第三反射光が入射され該第三反射光を光軸と前記基準面とのなす角度が前記入射光の光軸と前記対称面とのなす角度と同じである第四反射光となるように反射するように設けられている
ことを特徴とする分光分析装置。
【請求項2】
前記第一反射部は、前記入射部の入射反射面が放物面であり、
前記出射部の出射反射面が放物面である
ことを特徴とする請求項１記載の分光分析装置。
【請求項3】
前記第一反射部は、前記入射部が前記供給光を平行光とする平行光形成部を有しており、
前記入射部の入射反射面は、
前記平行光形成部が平行光とした供給光を平行光として前記第二反射部に向けて反射する平坦面であり、
前記入射部の出射反射面は、
前記第二反射部から供給される反射光を干渉反射光として前記検出部に反射する平坦面であり、
前記出射部が、
前記出射反射面で反射された前記干渉反射光を集光して前記検出部に入射する集光部を備えている
ことを特徴とする請求項１記載の分光分析装置。
【請求項4】
前記光供給部と前記第一反射部の入射反射面との間にスリットが設けられていることを特徴とする請求項１記載の分光分析装置。
【請求項5】
前記光供給部が、供給される光を前記第一反射部の入射反射面に向けて反射する放物面を有する
ことを特徴とする請求項１記載の分光分析装置。
【請求項6】
入射される供給光を全て利用して干渉光を形成する干渉光形成機構であって、該干渉光形成機構は、
互い対向する反射面を有する第一反射部と第二反射部と、を備えており、
前記第二反射部は、
前記第一反射部に対して移動が固定された固定反射部と、
前記供給光の光軸と直交する基準面に沿って前記第一反射部に対して移動可能に設けられた移動反射部と、
該移動反射部の基準面に沿った移動と固定を行う移動部と、を備えており、
前記第一反射部は、
入射される供給光を反射する一つの入射反射面を有し、該一つの入射反射面によって全ての供給光を平行光である入射光として前記第二反射部に入射する入射部と、
前記基準面と平行な対称面に対して前記入射部の入射反射面と面対称に設けられた出射反射面を有し、前記第二反射部から供給される反射光を干渉反射光として出射する出射部と、を備えており、
前記第二反射部の固定反射部および移動反射部は、
前記第一反射部の一つの入射反射面と対向するように設けられており、
前記第二反射部の固定反射部は、
前記対称面に対して面対称に設けられた第一反射面と第二反射面とを備えており、
該第一反射面は、
前記第一反射部の入射部の入射反射面と対向し、かつ、前記入射光の一部が入射され該入射光を光軸が前記供給光の光軸と平行な第一反射光となるように反射するように設けられており、
該第二反射面は、
前記第一反射部の出射部の出射反射面と対向し、かつ、前記第一反射光が入射され該第一反射光を光軸と前記対称面とのなす角度が前記入射光の光軸と前記対称面とのなす角度と同じである第二反射光となるように反射するように設けられており、
前記第二反射部の移動反射部は、
前記固定反射部の第一反射面および第二反射面とそれぞれ平行な第三反射面と第四反射面とを備えており、
前記第三反射面は、
前記第一反射部の入射面と対向し、かつ、前記入射光の一部が入射され該入射光を光軸が前記供給光の光軸と平行な第三反射光となるように反射するように設けられており、
該第四反射面は、
前記第一反射部の出射反射面と対向し、かつ、前記第三反射光が入射され該第三反射光を光軸と前記対称面とのなす角度が前記入射光の光軸と前記対称面とのなす角度と同じである第四反射光となるように反射するように設けられている
ことを特徴とする干渉光形成機構。
【請求項7】
前記第一反射部は、前記入射部の入射反射面が放物面であり、
前記出射部の出射反射面が放物面である
ことを特徴とする請求項６記載の干渉光形成機構。
【請求項8】
前記第一反射部は、前記入射部が入射される供給光を平行光とする平行光形成部を有しており、
前記入射部の入射反射面は、
該平行光形成部が平行光とした供給光を平行光として前記第二反射部に向けて反射する平坦面であり、
前記入射部の出射反射面は、
前記第二反射部から供給される反射光を干渉反射光とし反射する平坦面であり、
前記出射部が、
前記出射反射面で反射された前記干渉反射光を集光して出射する集光部を備えている
ことを特徴とする請求項６記載の干渉光形成機構。
【請求項9】
前記供給光の入射方向において、前記第一反射部の入射反射面より上流側に設けられたスリットを備えていることを特徴とする請求項６記載の干渉光形成機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、分光分析装置および干渉光形成機構に関する。
【背景技術】
【0002】
気体、液体や固体等（以下単に気体等という）に光が照射された際に、気体等を透過した光や気体等で反射した光（以下、物体光という）の波長は、気体等に存在する物質によって異なる。そこで、物体光の波長を利用して、気体等に存在する物質を判別・特定する方法として分光技術を用いた手法がある。分光技術を用いた手法では、物体光の周波数スペクトルやその強度を利用することによって、気体等に存在する物質を判別・特定したり、その物質の濃度など（以下、物質を判別・特定等という場合がある）を把握したりすることができる。
【0003】
分光技術を用いた手法としては、波長分散型分光法やフーリエ分光法が知られている。
【0004】
波長分散型分光法は、物体光を回折格子に照射したときに、物体光の波長に応じて回折角が異なることを利用して、物質を判別・特定等を行うことができる。
【0005】
フーリエ分光法は、マイケルソン型の２光束干渉光学系を用いた位相シフト干渉を利用した分光法であり、インターフェログラムを形成し、このインターフェログラムを数学的にフーリエ変換することにより分光特性を取得して、物質を判別・特定等を行う技術である。
【0006】
このフーリエ分光法を利用して物質を判別・特定等行う分光分析装置として、特許文献１に記載の技術が開発されている。この特許文献１の分光分析装置は、被測定物の各測定点から多様な方向に向かって発せられた多波長の光が入射する分割光学系と、分割光学系を透過した多波長の光をほぼ同一点に導き干渉像を形成する結像光学系と、干渉像の光強度を検出する検出部と、分割光学系から結像光学系に向かう多波長の光の一部と残りの多波長の光の相対的な光学光路長差を伸縮する光路長差伸縮手段と、光路長差伸縮手段によって光学光路長差を伸縮させることにより検出部で検出される光強度変化に基づき、被測定物の各測定点のインターフェログラムを求め、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スペクトルを取得する処理部と、を備えている。
【0007】
この特許文献１の分光分析装置では、分割光学系が、被測定物の各測定点から多様な方向に向かって発せられた多波長の光を第１反射部と第２反射部とに分割して導く構成となっている。また、光路長差伸縮手段は、第１及び第２反射部を相対的に移動させることにより分割光学系から第１反射部を経て結像光学系に向かう多波長の光と分割光学系から第２反射部を経て結像光学系に向かう多波長の光の光学光路長差を伸縮する構成としている。
【0008】
そして、特許文献１には、第１及び第２反射部の反射面を、それぞれ分割光学系を透過した平行光束の光軸に対して４５°傾いた状態で配置すると、第１及び第２反射部で反射した光をそのまま結像光学系に導くことができる、との記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】特許第５１２０８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
ところで、上述したマイケルソン型の２光束干渉光学系と特許文献１の分光分析装置は、いずれも分割された光束を同じ位置に結像させることによってインターフェログラムを形成しているが、それぞれ以下のような特徴がある。
【0011】
まず、マイケルソン型の２光束干渉光学系は、分割された光束の結像位置を精度よく一致させることができる一方、装置の構成上、微小な振動でも干渉に影響を与えるという問題がある。しかも、ビームスプレッタを使用して光束を２つに分離しているため光利用率が低くなるため、物体光の強度が強くなければ測定が困難であるという問題も生じる。
【0012】
一方、特許文献１の分光分析装置では、分割光学系を透過してきた光線の全てを分析に用いることができるため、光の利用効率が高く、物体光の強度が弱くても測定が可能である。しかし、光路長差伸縮手段によって分割光学系によって分割された光束の光学光路長差を伸縮した際に、各光束の結像位置のズレが生じる。このため、被測定対象を二次元で計測した場合には、干渉像を形成する位置のズレが生じるため、空間分解能が低くなるという問題が生じる。
【0013】
本発明は上記事情に鑑み、装置の外乱に対する頑強性を高めることができ、光利用率と空間分解能も高くできる分光分析装置および干渉光形成機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明の分光分析装置は、光供給部と、該光供給部から供給される供給光から干渉光を形成する干渉光形成部と、該干渉光形成部によって形成された干渉光の光量を検出する検出部と、を備え、前記干渉光形成部は、互い対向する反射面を有する第一反射部と第二反射部と、を備えており、前記第二反射部は、前記第一反射部に対して移動が固定された固定反射部と、前記第一反射部に対して前記供給光の光軸と直交する基準面に沿って移動可能に設けられた移動反射部と、該移動反射部の基準面に沿った移動と固定を行う移動部と、を備えており、前記第一反射部は、前記光供給部から供給光を反射する入射反射面を有し、平行光である入射光として前記第二反射部に入射する入射部と、前記基準面と平行な対称面に対して前記入射部の入射反射面と面対称に設けられた出射反射面を有し、前記第二反射部から供給される反射光を干渉反射光として前記検出部に向けて出射する出射部と、を備えており、前記第二反射部の固定反射部は、前記対称面に対して面対称に設けられた第一反射面と第二反射面とを備えており、該第一反射面は、前記第一反射部の入射部の入射反射面と対向し、かつ、前記入射光の一部が入射され該入射光を光軸が前記供給光の光軸と平行な第一反射光となるように反射するように設けられており、該第二反射面は、前記第一反射部の出射部の出射反射面と対向し、かつ、前記第一反射光が入射され該第一反射光を光軸と前記基準面とのなす角度が前記入射光の光軸と前記対称面とのなす角度と同じである第二反射光となるように反射するように設けられており、前記第二反射部の移動反射部は、前記固定反射部の第一反射面および第二反射面とそれぞれ平行な第三反射面と第四反射面とを備えており、前記第三反射面は、前記第一反射部の入射部の入射面と対向し、かつ、前記入射光の一部が入射され該入射光を光軸が前記供給光の光軸と平行な第三反射光となるように反射するように設けられており、該第四反射面は、前記第一反射部の出射部の出射反射面と対向し、かつ、前記第三反射光が入射され該第三反射光を光軸と前記基準面とのなす角度が前記入射光の光軸と前記対称面とのなす角度と同じである第四反射光となるように反射するように設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、第一反射部に対して第二反射部の移動反射部を直線的に移動させて光路長を変更しているので、装置の外乱に対する頑強性を高めることができるし、結像位置のズレを防止でき測定の空間分解能も高くできる。しかも、光の反射だけを利用して光路長差を生じさせているので、光の利用効率を高くできる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本実施形態の干渉光形成機構Ｍの概略説明図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＡ－Ａ線概略断面であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ線概略断面であり、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ－Ｃ線概略断面である。
【図2】本実施形態の干渉光形成機構Ｍの第二反射部Ｒ２を移動させた状態の概略説明図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ線概略断面であり、（Ｃ）は（Ａ）の底面面である。
【図3】本実施形態の分光分析装置１の概略斜視図である。
【図4】（Ａ）本実施形態の分光分析装置１の概略平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ矢視図ある。
【図6】本実施形態の分光分析装置１の光路長変更の説明図であり、（Ａ）は第一ミラー１７の反射面１７ａおよび第二ミラー１８の反射面１８ａと第三ミラー２１の反射面２１ａおよび第四ミラー２２の反射面２２ａとを面一にした状態であり、（Ｂ）は第三ミラー２１の反射面２１ａおよび第四ミラー２２の反射面２２ａを入射部材１２の入射反射面１２ａおよび出射部材１３の出射反射面１３ａから離間した状態である。
【図7】本実施形態の分光分析装置１から壁２ｂ以外のフレーム２を除いた概略斜視図である。
【図8】実験結果を示した図である。
【図9】他の実施形態の干渉光形成機構ＭＢの概略説明図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＡ－Ａ線概略断面であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ線概略断面であり、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ－Ｃ線概略断面である。
【図10】他の実施形態の干渉光形成機構ＭＢの第二反射部Ｒ２を移動させた状態の概略説明図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ線概略断面であり、（Ｃ）は（Ａ）の底面面である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本実施形態の分光分析装置は、フーリエ分光法を利用して被測定対象や被測定対象に含まれる物質を判別・特定する分光分析装置であり、干渉光を形成する機構に特徴を有するものである。
【0018】
本実施形態の分光分析装置によって物質を判別・特定する被測定対象はとくに限定されない。気体や液体、固体を被測定対象とすることができる。また、判別・特定する物質もとくに限定されず、被測定対象に含まれる気体や液体、固体を判別・特定する物質とすることができる。例えば、気体であれば、メタンや二酸化炭素などの炭素系ガス、アンモニア等の天然ガスや産業ガスを判別・特定することが可能である。
【0019】
＜本実施形態の干渉光形成機構＞
まず、本実施形態の分光分析装置１を説明する前に、本実施形態の分光分析装置１に採用される干渉光形成機構Ｍ（本実施形態の干渉光形成機構Ｍ、以下単に干渉光形成機構Ｍという場合がある）を説明する。
まず、本実施形態の分光分析装置１を説明する前に、本実施形態の分光分析装置１に採用される干渉光形成機構Ｍ（本実施形態の干渉光形成機構Ｍ、以下単に干渉光形成機構Ｍという場合がある）を説明する。
【0020】
【0021】
＜第一反射部Ｒ１＞
図１および図２に示すように、第一反射部Ｒ１は、対称面ＳＰに対して互いに面対称となるように設けられた入射反射面ＳＩと出射反射面ＳＯとを備えている。入射反射面ＳＩおよび出射反射面ＳＯはいずれも放物面に形成されており、入射反射面ＳＩおよび出射反射面ＳＯに入射された光を集光したり平行光としたりすることができる形状に形成されている。例えば、入射反射面ＳＩ（または出射反射面ＳＯ）に非平行光が入射されるとその光を平行光として反射したり、入射反射面ＳＩ（または出射反射面ＳＯ）に平行光が入射されるとその反射光を所定の焦点に集光させたりすることができるように、入射反射面ＳＩ（または出射反射面ＳＯ）は形成されている。
図１および図２に示すように、第一反射部Ｒ１は、対称面ＳＰに対して互いに面対称となるように設けられた入射反射面ＳＩと出射反射面ＳＯとを備えている。入射反射面ＳＩおよび出射反射面ＳＯはいずれも放物面に形成されており、入射反射面ＳＩおよび出射反射面ＳＯに入射された光を集光したり平行光としたりすることができる形状に形成されている。例えば、入射反射面ＳＩ（または出射反射面ＳＯ）に非平行光が入射されるとその光を平行光として反射したり、入射反射面ＳＩ（または出射反射面ＳＯ）に平行光が入射されるとその反射光を所定の焦点に集光させたりすることができるように、入射反射面ＳＩ（または出射反射面ＳＯ）は形成されている。
【0022】
なお、上記構成の場合には、第一反射部Ｒ１において、上述した入射反射面ＳＩが設けられる部分が特許請求の範囲の請求項６にいう入射部に相当し、上述した出射反射面ＳＯが設けられる部分が特許請求の範囲の請求項６にいう出射部に相当するものになる。
【0023】
＜第二反射部Ｒ２＞
図１および図２に示すように、第二反射部Ｒ２は、第一反射部Ｒ１の入射反射面ＳＩおよび出射反射面ＳＯと対向するように設けられている。この第二反射部Ｒ２は、第一反射部Ｒ１に対して移動が固定された固定反射部ＦＲと、第一反射部Ｒ１に対して移動可能に設けられた移動反射部ＭＲと、とを有している（図１（Ｂ）、図２（Ｂ）参照）。
図１および図２に示すように、第二反射部Ｒ２は、第一反射部Ｒ１の入射反射面ＳＩおよび出射反射面ＳＯと対向するように設けられている。この第二反射部Ｒ２は、第一反射部Ｒ１に対して移動が固定された固定反射部ＦＲと、第一反射部Ｒ１に対して移動可能に設けられた移動反射部ＭＲと、とを有している（図１（Ｂ）、図２（Ｂ）参照）。
【0024】
【0025】
第一反射面ＳＲ１は、第一反射部Ｒ１の入射反射面ＳＩと対向するように設けられている。具体的には、第一反射部Ｒ１の入射反射面ＳＩに対して対称面ＳＰの法線と平行な光（以下、供給光Ｌという）が入射されると、その光を反射した光（以下、入射光ＲＬという）の一部（図１（Ｂ）および図２（Ｂ）では入射反射面ＳＩの上部（入射反射面ＳＩを上下に二分割する面Ｖより上方の部分）で反射した光）が入射されるように設けられている。しかも、第一反射面ＳＲ１は、入射光ＲＬを反射した反射光（以下、第一反射光Ｌ１という）の光軸が、対称面ＳＰの法線（言い換えれば、供給光Ｌの光軸）と平行となるように設けられている。つまり、第一反射面ＳＲ１は、その反射角θ１（図２（Ａ）における入射光ＲＬと第一反射光Ｌ１とのなす角θ１）が、入射反射面ＳＩの反射角θｉ（図２（Ａ）における供給光Ｌと入射光ＲＬとのなす角θｉ）と同じ角度になるように設けられている。なお、上記のように配設することによって、第一反射光Ｌ１の全てが第二反射面ＳＲ２に向けて反射されることになる。
【0026】
第二反射面ＳＲ２は、第一反射部Ｒ１の出射反射面ＳＯと対向するように設けられている。具体的には、第一反射面ＳＲ１から入射される第一反射光Ｌ１を第二反射面ＳＲ２が反射すると、その反射光（以下、第二反射光Ｌ２という）が出射反射面ＳＯ（具体的には出射反射面ＳＯの上部）に入射するように第二反射面ＳＲ２は設けられている。しかも、第二反射面ＳＲ２は、第二反射光Ｌ２の光軸と対称面ＳＰとのなす角度が、入射光ＬＩの光軸と対称面ＳＰとのなす角度と同じ角度となるように設けられている。上記のように配設することによって、第二反射光Ｌ２の全てが出射反射面ＳＯに向けて反射されることになる。
【0027】
ここで、第二反射面ＳＲ２は、対称面ＳＰに対して第一反射面ＳＲ１と面対称に設けられているので、上記の構成であれば、出射反射面ＳＯの反射角θｏ（図２（Ａ）における第二反射光Ｌ２と出射反射面ＳＯで反射した光（以下、干渉反射光ＬＦという）とのなす角θｏ）は、入射反射面ＳＩの反射角θｉと同じになる。したがって、上記のように第二反射面ＳＲ２を設ければ、第二反射面ＳＲ２の反射角θ２（図２（Ａ）における第一反射光Ｌ１と第二反射光Ｌ２とのなす角θ２）は、出射反射面ＳＯの反射角θｏと同じ角度になる。
【0028】
【0029】
第三反射面ＳＲ３は、第一反射面ＳＲ１と平行に設けられた面であり、入射反射面ＳＩに対する位置関係が実質的に第一反射面ＳＲ１と同様となるように設けられている。つまり、第三反射面ＳＲ３は、第一反射部Ｒ１の入射反射面ＳＩに供給光Ｌが入射されると、入射光ＲＬの一部（図１（Ｂ）および図２（Ｂ）では入射反射面ＳＩの下部（面Ｖより下方の部分）で反射した光）が入射されるように設けられている。しかも、第三反射面ＳＲ３は、入射光ＲＬを反射した反射光（以下、第三反射光Ｌ３という）の光軸が、対称面ＳＰの法線（言い換えれば、供給光Ｌの光軸）と平行となるように設けられている。つまり、第三反射面ＳＲ３は、その反射角θ３（図２（Ｃ）における入射光ＲＬと第三反射光Ｌ３とのなす角θ３）が、入射反射面ＳＩの反射角θｉと同じ角度になるように設けられている。なお、上記のように配設することによって、第三反射光Ｌ３の全てが第四反射面ＳＲ４に向けて反射されることになる。
【0030】
第四反射面ＳＲ４は、第二反射面ＳＲ２と平行に設けられた面であり、出射反射面ＳＯに対する位置関係が実質的に第二反射面ＳＲ２と同様となるように設けられている。つまり、第四反射面ＳＲ４は、第三反射面ＳＲ３から入射される第三反射光Ｌ３を第四反射面ＳＲ４が反射すると、その反射光（以下、第四反射光Ｌ４という）が出射反射面ＳＯ（具体的には出射反射面ＳＯの下部）に入射するように設けられている。しかも、第四反射面ＳＲ４は、第四反射光Ｌ４の光軸と対称面ＳＰとのなす角度が、入射光ＬＩの光軸と対称面ＳＰとのなす角度と同じ角度となるように設けられている。つまり、第四反射面ＳＲ４は、その反射角θ４（図２（Ｃ）における第三反射光Ｌ３と第四反射光Ｌ４とのなす角θ４）が出射反射面ＳＯの反射角θｏと同じ角度になるように設けられている。上記のように配設することによって、第四反射光Ｌ４の全てが出射反射面ＳＯに向けて反射されることになる。
【0031】
そして、移動反射部ＭＲは、第三反射面ＳＲ３および第四反射面ＳＲ４を上記の状態を維持したまま、第一反射部Ｒ１に対して接近離間できるように設けられている。具体的には、移動反射部ＭＲは、第三反射面ＳＲ３および第四反射面ＳＲ４を上記の状態を維持したまま、対称面ＳＰと平行な方向(図１、図２では左右方向)に移動できるように設けられている。つまり、移動反射部ＭＲを移動させても、対称面ＳＰの法線方向から見たときに、第三反射面ＳＲ３に入射する入射光ＬＩの光軸が第一反射面ＳＲ１に入射する入射光ＬＩの光軸と常に一致し、出射反射面ＳＯに入射する第四反射光Ｌ４の光軸も出射反射面ＳＯに入射するに第二反射光Ｌ２の光軸と常に一致した状態に維持されるように、移動反射部ＭＲは設けられている(図２（Ｃ）参照）。
【0032】
本実施形態の干渉光形成機構Ｍは上記の構成を有するので、供給光Ｌを全て利用して干渉反射光ＬＦによる干渉像を形成することができる。すると、供給光Ｌの強度が弱くても、ある程度の信号強度を有するインターフェログラムを形成できる干渉像を形成することができる。
【0033】
また、本実施形態の干渉光形成機構Ｍは上記の構成であるので、入射反射面ＳＩの反射角θｉ、第一～第四反射面ＳＲ１～ＳＲ４の反射角θ１～θ４および出射反射面ＳＯの反射角θｏが全て同じ角度になり、この関係は移動反射部ＭＲを移動させても変化しない（図２（Ｃ）参照）。このため、供給光Ｌの光軸と干渉反射光ＬＦの光軸とを同軸に維持した状態で光路長を変更できる。また、移動反射部ＭＲを移動させて光路長を変化させても、対称面ＳＰと平行な方向から見ると、第一、第三反射面ＳＲ１，ＳＲ３に入射する入射光ＬＩ，Ｌ３の光軸は常に一致しており、出射反射面ＳＯに入射する第二、第四反射光Ｌ２，Ｌ４の光軸も常に一致した状態に維持される（図２（Ｃ）参照）。つまり、供給光Ｌを分割した各光束の光路長を実質的に共通の光路で変化させる、言い換えれば、供給光Ｌを分割した各光束に実質的に共通の光路で位相差を生じさせることができる。したがって、移動反射部ＭＲを移動させて光路長を変化させた際に、両光束が結像する位置のズレも防止することができるから、空間分解能の高い干渉像を得ることができる。また、干渉光形成機構Ｍの振動などの外乱に対する頑強性を高くできる。
【0034】
なお、干渉反射光ＬＦの光軸とは、第二反射光Ｌ２を出射反射面ＳＯで反射した干渉反射光ＬＦ１と、第四反射光Ｌ４を出射反射面ＳＯで反射した干渉反射光ＬＦ２と、の両方を含む光束の光軸を意味している。
【0035】
＜本実施形態の分光分析装置１＞
つぎに、本実施形態の分光分析装置１を説明する。
図３～図７に示すように、本実施形態の分光分析装置１は、被測定対象である気体や液体、固体等（以下、気体等という場合がある）を透過した光や気体等で反射した光（以下、物体光という場合がある）に基づいて、被測定対象に含まれる物質を判別・特定する装置である。具体的には、物体光から形成される干渉像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、物体光の分光特性を取得して被測定対象に含まれる物質を判別・特定する装置である。
つぎに、本実施形態の分光分析装置１を説明する。
図３～図７に示すように、本実施形態の分光分析装置１は、被測定対象である気体や液体、固体等（以下、気体等という場合がある）を透過した光や気体等で反射した光（以下、物体光という場合がある）に基づいて、被測定対象に含まれる物質を判別・特定する装置である。具体的には、物体光から形成される干渉像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、物体光の分光特性を取得して被測定対象に含まれる物質を判別・特定する装置である。
【0036】
この本実施形態の分光分析装置１（以下、単に分光分析装置１という場合がある）は、光供給部３（図４参照）と、スリット４と、干渉光形成部１０と、検出部５と、制御部と、を有しており、干渉光形成部１０が上述した本実施形態の干渉光形成機構Ｍの構成を有している。
以下、各構成について説明するが、以下の構成は一例であり、同様な機能を発揮することができるのであれば、下記構成に限定されない。
以下、各構成について説明するが、以下の構成は一例であり、同様な機能を発揮することができるのであれば、下記構成に限定されない。
【0037】
＜フレーム部２＞
分光分析装置１は、フレーム部２を備えている。このフレーム部２は、ベース部材２ａと、このベース部材２ａに立設された壁部材２ｂと、フレーム体２ｃ、と、を備えている。ベース部材２ａは、その上面が平坦面になったベース面ｂｓ（図５（Ａ）参照）を有している。なお、ベース面ｂｓは、ベース部材２ａの上面全面に設けられていてもよいし、ベース部材２ａの上面の一部にのみ設けてもよい。ベース面ｂｓを一部にのみ設ける場合には、そのベース面ｂｓ上に後述する移動部３０を設けることが望ましい。壁部材２ｂは、光供給部３やスリット４、干渉光形成部１０の第一反射部１１が設置される部材であり、その表面ｓがベース面ｂｓと直交するように設けられている。またフレーム体２ｃは、干渉光形成部１０の第二反射部１５が設置される部材である。
分光分析装置１は、フレーム部２を備えている。このフレーム部２は、ベース部材２ａと、このベース部材２ａに立設された壁部材２ｂと、フレーム体２ｃ、と、を備えている。ベース部材２ａは、その上面が平坦面になったベース面ｂｓ（図５（Ａ）参照）を有している。なお、ベース面ｂｓは、ベース部材２ａの上面全面に設けられていてもよいし、ベース部材２ａの上面の一部にのみ設けてもよい。ベース面ｂｓを一部にのみ設ける場合には、そのベース面ｂｓ上に後述する移動部３０を設けることが望ましい。壁部材２ｂは、光供給部３やスリット４、干渉光形成部１０の第一反射部１１が設置される部材であり、その表面ｓがベース面ｂｓと直交するように設けられている。またフレーム体２ｃは、干渉光形成部１０の第二反射部１５が設置される部材である。
【0038】
なお、フレーム部２の構造は上述した構造や図３に示す構造に限定されない。
【0039】
＜光供給部３＞
光供給部３は、物体光を干渉光形成部１０に対して供給光Ｌとして供給するものである。具体的には、光供給部３は、物体光を集光した後、干渉光形成部１０の入射部材１２の入射反射面１２ａに対して供給光Ｌとして供給するものである。より詳しく言えば、光供給部３は、光軸がベース部材２ａのベース面ｂｓと平行な光軸面（図１、２であれば面Ｖが相当する）上に位置しかつ壁部材２ｂの表面ｓと平行となるように供給光Ｌを形成する機能を有している。しかも、光供給部３は、光供給部３と干渉光形成部１０の入射部材１２の入射反射面１２ａとの間において焦点ＦＰを形成した後、干渉光形成部１０の入射部材１２の入射反射面１２ａに供給光Ｌを入射する機能も有している。
光供給部３は、物体光を干渉光形成部１０に対して供給光Ｌとして供給するものである。具体的には、光供給部３は、物体光を集光した後、干渉光形成部１０の入射部材１２の入射反射面１２ａに対して供給光Ｌとして供給するものである。より詳しく言えば、光供給部３は、光軸がベース部材２ａのベース面ｂｓと平行な光軸面（図１、２であれば面Ｖが相当する）上に位置しかつ壁部材２ｂの表面ｓと平行となるように供給光Ｌを形成する機能を有している。しかも、光供給部３は、光供給部３と干渉光形成部１０の入射部材１２の入射反射面１２ａとの間において焦点ＦＰを形成した後、干渉光形成部１０の入射部材１２の入射反射面１２ａに供給光Ｌを入射する機能も有している。
【0040】
なお、光供給部３は、供給光Ｌを形成する部材として、一般的な対物レンズや放物面ミラー等を使用することができるが、上述した機能を満たすものであればよく、とくに限定されない。
【0041】
＜スリット４＞
光供給部３と干渉光形成部１０の入射部材１２の入射反射面１２ａとの間には、スリット４が設けられている。このスリット４は、例えば、偏向フィルタとして機能するものであり、上述した焦点ＦＰの位置に設けられている。
光供給部３と干渉光形成部１０の入射部材１２の入射反射面１２ａとの間には、スリット４が設けられている。このスリット４は、例えば、偏向フィルタとして機能するものであり、上述した焦点ＦＰの位置に設けられている。
【0042】
なお、スリット４は必ずしも設けなくてもよい。しかし、スリット４を設けることによって特定の方向の波の光のみで干渉像を形成できるので、物質を判別・特定する精度を高くできる。また、スリット４に代えてピンホールを設けてもよい。
【0043】
＜干渉光形成部１０＞
干渉光形成部１０は、上述した干渉光形成機構Ｍと実質的に同様の構成と有している。
干渉光形成部１０は、第一反射部１１と、第二反射部１５と、移動部３０と、を備えている。第一反射部１１および第二反射部１５は、上述した本実施形態の干渉光形成機構Ｍの第一反射部Ｒ１および第二反射部Ｒ２と実質的同等の機能を有するものである。以下の説明では、本実施形態の干渉光形成機構Ｍと同等の構成や配置となる部分については適宜説明を割愛する。
干渉光形成部１０は、上述した干渉光形成機構Ｍと実質的に同様の構成と有している。
干渉光形成部１０は、第一反射部１１と、第二反射部１５と、移動部３０と、を備えている。第一反射部１１および第二反射部１５は、上述した本実施形態の干渉光形成機構Ｍの第一反射部Ｒ１および第二反射部Ｒ２と実質的同等の機能を有するものである。以下の説明では、本実施形態の干渉光形成機構Ｍと同等の構成や配置となる部分については適宜説明を割愛する。
【0044】
＜第一反射部１１＞
図３および図４に示すように、壁部材２ｂの表面ｓには、第一反射部１１の入射部材１２が設けられている。この入射部材１２は、光供給部３から供給される、スリット４を通過した供給光Ｌが入射される入射反射面１２ａが設けられている。この入射反射面１２ａは放物面であり、供給光Ｌを平行光である入射光ＬＩに変換して第二反射部１５に向かって反射するように設けられている。しかも、入射部材１２は、入射光ＲＬの光軸が上述した光軸面上に位置するように供給光Ｌを反射するように設けられている(図４（Ａ）参照）。
図３および図４に示すように、壁部材２ｂの表面ｓには、第一反射部１１の入射部材１２が設けられている。この入射部材１２は、光供給部３から供給される、スリット４を通過した供給光Ｌが入射される入射反射面１２ａが設けられている。この入射反射面１２ａは放物面であり、供給光Ｌを平行光である入射光ＬＩに変換して第二反射部１５に向かって反射するように設けられている。しかも、入射部材１２は、入射光ＲＬの光軸が上述した光軸面上に位置するように供給光Ｌを反射するように設けられている(図４（Ａ）参照）。
【0045】
また、壁部材２ｂの表面ｓには、第一反射部１１の出射部材１３が設けられている。この出射部材１３は、第二反射部１５から供給される反射光（上述した第二、第四反射光Ｌ２，Ｌ４）が入射される出射反射面１３ａを有しており、その出射反射面１３ａが供給光Ｌの光軸と直交する対称面ＳＰに対して入射部材１２の入射反射面１２ａと面対称となるように配設されている。この出射反射面１３ａは放物面であり、反射光を干渉反射光ＬＦとして後述する検出部５に向かって反射するように設けられている。
【0046】
なお、上記構成の場合には、第一反射部１１において、上述した入射部材１２が特許請求の範囲の請求項１にいう入射部に相当し、上述した出射部材１３が特許請求の範囲の請求項１にいう出射部に相当するものになる。
【0047】
＜第二反射部１５＞
図４および図６に示すように、第一反射部１１の側方には、第一反射部１１の入射部材１２の入射反射面１２ａおよび出射部材１３の出射反射面１３ａと対向するように、第二反射部１５が設けられている。この第二反射部１５は、固定反射部１６と移動反射部２０とを有している。
図４および図６に示すように、第一反射部１１の側方には、第一反射部１１の入射部材１２の入射反射面１２ａおよび出射部材１３の出射反射面１３ａと対向するように、第二反射部１５が設けられている。この第二反射部１５は、固定反射部１６と移動反射部２０とを有している。
【0048】
＜固定反射部１６＞
図５（Ａ）に示すように、固定反射部１６は、フレーム部２のフレーム体２ｃに固定された第一ミラー１７と第二ミラー１８とを備えている。第一ミラー１７と第二ミラー１８は平坦面である反射面１７ａおよび反射面１８ａを有しており、反射面１７ａ，１８ａがそれぞれ入射部材１２の入射反射面１２ａおよび出射部材１３の出射反射面１３ａと対向するように設けられている（図４（Ａ）参照）。しかも、第一ミラー１７と第二ミラー１８とは、第一ミラー１７の反射面１７ａと第二ミラー１８の反射面１８ａとが対称面ＳＰに対して互いに面対称となるように配設されている。
図５（Ａ）に示すように、固定反射部１６は、フレーム部２のフレーム体２ｃに固定された第一ミラー１７と第二ミラー１８とを備えている。第一ミラー１７と第二ミラー１８は平坦面である反射面１７ａおよび反射面１８ａを有しており、反射面１７ａ，１８ａがそれぞれ入射部材１２の入射反射面１２ａおよび出射部材１３の出射反射面１３ａと対向するように設けられている（図４（Ａ）参照）。しかも、第一ミラー１７と第二ミラー１８とは、第一ミラー１７の反射面１７ａと第二ミラー１８の反射面１８ａとが対称面ＳＰに対して互いに面対称となるように配設されている。
【0049】
また、第一ミラー１７は、反射面１７ａの反射角θ１と第一反射部１１の入射部材１２の入射反射面１２ａの反射角θｉとが同じ角度となり、しかも、第一反射光Ｌ１の光軸が光軸面と平行となるように設けられている（図２、図４（Ａ）参照）。
【0050】
一方、第二ミラー１８は、反射面１８ａの反射角θ２と第一反射部１１の出射部材１３の出射反射面１３ａの反射角θｏとが同じ角度となり、しかも、第二反射光Ｌ２の光軸が光軸面と平行となるように設けられている（図２、図４（Ａ）参照）。
【0051】
＜移動反射部２０＞
図５～図６に示すように、移動反射部２０は、フレーム部２のベース部材２ａのベース面ｂｓに設置された移動部３０の移動テーブル３２に固定されている。第三ミラー２１と第四ミラー２２は、第一ミラー１７および第二ミラー１８と同様に、その反射面２１ａ，２２ａがそれぞれ入射部材１２の入射反射面１２ａおよび出射部材１３の出射反射面１３ａと対向するように設けられている。しかも、第三ミラー２１と第四ミラー２２とは、第三ミラー２１の反射面２１ａと第四ミラー２２の反射面２２ａとが対称面ＳＰに対して互いに面対称となるように配設されている。
図５～図６に示すように、移動反射部２０は、フレーム部２のベース部材２ａのベース面ｂｓに設置された移動部３０の移動テーブル３２に固定されている。第三ミラー２１と第四ミラー２２は、第一ミラー１７および第二ミラー１８と同様に、その反射面２１ａ，２２ａがそれぞれ入射部材１２の入射反射面１２ａおよび出射部材１３の出射反射面１３ａと対向するように設けられている。しかも、第三ミラー２１と第四ミラー２２とは、第三ミラー２１の反射面２１ａと第四ミラー２２の反射面２２ａとが対称面ＳＰに対して互いに面対称となるように配設されている。
【0052】
また、第三ミラー２１は、反射面２１ａの反射角θ３と第一反射部１１の入射部材１２の入射反射面１２ａの反射角θｉとが同じ角度となり、しかも、第三反射光Ｌ３の光軸が光軸面と平行となるように設けられている（図２、図４（Ａ）参照）。
【0053】
一方、第四ミラー２２は、反射面２２ａの反射角θ４と第一反射部１１の出射部材１３の出射反射面１３ａの反射角θｏとが同じ角度となり、しかも、第四反射光Ｌ４の光軸が光軸面と平行となるように設けられている（図２、図４（Ａ）参照）。
【0054】
＜移動部３０＞
移動部３０は、上述したように、フレーム部２のベース部材２ａのベース面ｂｓに設けられている。この移動部３０は、ベース部３１と、このベース部３１に対して一方向に移動可能に設けられた移動テーブル３２と、移動テーブル３２を移動させる移動機構と、を備えている。そして、移動部３０は、移動テーブル３２の移動方向が対称面ＳＰおよびベース部材２ａのベース面ｂｓと平行となるように設けられている。したがって、移動機構によって移動テーブル３２を移動させると、上述した関係を維持したまま、移動反射部２０（つまり、移動反射部２０の第三ミラー２１と第四ミラー２２）を第一反射部１１に対して接近離間させることができる。
移動部３０は、上述したように、フレーム部２のベース部材２ａのベース面ｂｓに設けられている。この移動部３０は、ベース部３１と、このベース部３１に対して一方向に移動可能に設けられた移動テーブル３２と、移動テーブル３２を移動させる移動機構と、を備えている。そして、移動部３０は、移動テーブル３２の移動方向が対称面ＳＰおよびベース部材２ａのベース面ｂｓと平行となるように設けられている。したがって、移動機構によって移動テーブル３２を移動させると、上述した関係を維持したまま、移動反射部２０（つまり、移動反射部２０の第三ミラー２１と第四ミラー２２）を第一反射部１１に対して接近離間させることができる。
【0055】
したがって、干渉光形成部１０に供給光Ｌが入射されると、供給光Ｌは、入射部材１２の入射反射面１２ａで反射され入射光ＲＬとなって第二反射部１５の固定反射部１６の第一ミラー１７および移動反射部２０の第三ミラー２１に入射される。入射光ＬＩは、第一ミラー１７の反射面１７ａおよび第二ミラー１８の反射面１８ａで反射され、第一反射光Ｌ１、第三反射光Ｌ３となって固定反射部１６の第二ミラー１８および移動反射部２０の第四ミラー２２にそれぞれ入射される。第一反射光Ｌ１および第三反射光Ｌ３は、第二ミラー１８の反射面１８ａおよび第三ミラー２２の反射面２２ａでそれぞれ反射され、二反射光Ｌ２、第四反射光Ｌ４となって出射部材１３の出射反射面１３ａに入射される。そして、第二反射光Ｌ２、第四反射光Ｌ４は、出射部材１３の出射反射面１３ａで反射されて干渉反射光ＬＦ１，ＬＦ２を合せた光干渉反射光ＬＦとして干渉光形成部１０から出射される。ここで、供給光Ｌの光軸と干渉反射光ＬＦの光軸は同軸となり、第一反射光Ｌ１～第四反射光Ｌ４の光軸は全て光軸面と平行になるので、出射部材１３の出射反射面１３ａから所定の距離の同じ位置で干渉反射光ＬＦ１，ＬＦ２が焦点を形成する。つまり、干渉反射光ＬＦ１，ＬＦ２の焦点は一致し、この焦点において干渉像を形成することができる。
【0056】
また、移動部３０の移動テーブル３２を移動させると、第一干渉反射光束（入射光ＲＬ、第一反射光Ｌ１、第二反射光Ｌ２、干渉反射光ＬＦ１からなる光束）の光路と、第二干渉反射光束（入射光ＲＬ、第三反射光Ｌ２、第四反射光Ｌ４、干渉反射光ＬＦ２からなる光束）の光路と、の間で光路差を生じさせることができる。しかも、実質的に共通の光路（具体的には、光軸面の法線方向から見たときに実質的に共通の光路）で位相差を生じさせることができるから、移動反射部２０を移動させて光路長を変化させた際に、両光束が結像する位置のズレも防止することができる。
【0057】
なお、移動部３０は、移動テーブル３２を一方向に精度よく等速（例えば３０μｍ／ｓ以下）で移動させることができる機能を有するものであればよく、とくに限定されない。例えば、市販されている一軸ステージ等を移動部３０として使用することができる。
また、移動テーブル３２は手動で移動できるようにしてもよいし、自動で移動できるようにしてもよい。なお、移動テーブル３２を自動で移動できるようにした場合には、光路差を精度よく調整し易くなる。また、移動反射部２０を等速で移動させることができるという利点が得られる。
また、移動テーブル３２は手動で移動できるようにしてもよいし、自動で移動できるようにしてもよい。なお、移動テーブル３２を自動で移動できるようにした場合には、光路差を精度よく調整し易くなる。また、移動反射部２０を等速で移動させることができるという利点が得られる。
【0058】
＜検出部５＞
検出部５は、干渉光形成部１０の出射反射面１３から供給される干渉反射光ＬＦの光量を測定する機能を有するものである。具体的には、検出部５は、受光素子を備えた検出面５ａを有しており、この検出面５ａ上に干渉像が形成されるように配設されている。つまり、検出部５は、検出面５ａ上に形成された干渉縞の光量を測定する機能を有することができる。そして、検出部５は検出面５ａの受光素子が検出した光量（干渉縞の光量）に関する信号を制御部７に供給する機能を有している。
検出部５は、干渉光形成部１０の出射反射面１３から供給される干渉反射光ＬＦの光量を測定する機能を有するものである。具体的には、検出部５は、受光素子を備えた検出面５ａを有しており、この検出面５ａ上に干渉像が形成されるように配設されている。つまり、検出部５は、検出面５ａ上に形成された干渉縞の光量を測定する機能を有することができる。そして、検出部５は検出面５ａの受光素子が検出した光量（干渉縞の光量）に関する信号を制御部７に供給する機能を有している。
【0059】
検出部５は、上記の機能を有するものであればよくとくに限定されないが、例えば、二次元ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等を採用することができる。二次元ＣＣＤカメラのように、複数の受光素子が二次元的に配列された検出面５ａを有するものを使用すれば、被測定対象における物質の二次元的な分布を得ることができる。例えば、被測定対象において、物質の存在位置を二次元的に取得したり濃度などの二次元的な分布を取得したりすることも可能である。
【0060】
＜制御部＞
制御部は、検出部５によって検出される干渉像の光量に関する信号を解析する解析機能を有している。具体的には、干渉反射光ＬＦ１，ＬＦ２の光路長差と検出部５から供給される光量に関する信号を解析して、インターフェログラムを形成し、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って分光特性を取得する機能を有している。
制御部は、検出部５によって検出される干渉像の光量に関する信号を解析する解析機能を有している。具体的には、干渉反射光ＬＦ１，ＬＦ２の光路長差と検出部５から供給される光量に関する信号を解析して、インターフェログラムを形成し、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って分光特性を取得する機能を有している。
【0061】
なお、移動部３０の移動機構が移動テーブル３２を自動で移動できるようにした場合には、制御部は移動機構の作動を制御する機能を有していてもよい。かかる機能を設ければ、移動テーブル３２の移動、つまり、移動反射部２０の第三ミラー２１および第四ミラー２２の移動とカメラの撮影レートとを合せることができる。つまり、光量を等間隔で取得できるので、取得された光量に基づいて形成されるインターフェログラムをフーリエ変換し易くなる。すると、分光特性を取得するための信号処理を容易にできるし、データ処理時間を短くすることができる。
【0062】
本実施形態の分光分析装置１は以上のような構成を有しているので、光供給部３を通して物体光を干渉光形成部１０に入射すれば、検出部５の検出面５ａに干渉像を形成できる。すると、制御部によって干渉像を解析すれば、被測定対象に含まれる物質を判別・特定することができる。
【0063】
なお、本実施形態の分光分析装置１は、必ずしも制御部を設けなくてもよい。この場合、制御部に供給された光量と干渉反射光ＬＦ１，ＬＦ２の光路長差に関する信号を測定データとして記憶する機能を設けておき、測定データを別の解析装置によって解析してもよい。
【0064】
＜他の実施形態の干渉光形成機構ＭＢ＞
本実施形態の分光分析装置１は、上述したように、第一反射部１１の入射部の入射部材１２の入射反射面１２ａや出射部材１３の出射反射面１３ａが放物面である場合を説明したが、第一反射部１１の入射部材１２の入射反射面１２ａや出射部材１３の出射反射面１３ａは平坦面としてもよい。つまり、本実施形態の分光分析装置１に採用される干渉光形成機構の構成として、第一反射部Ｒ１の入射反射面ＳＩおよび出射反射面ＳＯが平坦面である干渉光形成機構ＭＢを採用してもよい。
本実施形態の分光分析装置１は、上述したように、第一反射部１１の入射部の入射部材１２の入射反射面１２ａや出射部材１３の出射反射面１３ａが放物面である場合を説明したが、第一反射部１１の入射部材１２の入射反射面１２ａや出射部材１３の出射反射面１３ａは平坦面としてもよい。つまり、本実施形態の分光分析装置１に採用される干渉光形成機構の構成として、第一反射部Ｒ１の入射反射面ＳＩおよび出射反射面ＳＯが平坦面である干渉光形成機構ＭＢを採用してもよい。
【0065】
以下、第一反射部Ｒ１の入射反射面ＳＩおよび出射反射面ＳＯが平坦面である干渉光形成機構ＭＢ（他の実施形態の干渉光形成機構ＭＢ）について説明する。
【0066】
【0067】
＜第一反射部Ｒ１＞
図９および図１０に示すように、第一反射部Ｒ１は、対称面ＳＰに対して互いに面対称となるように設けられた入射反射面ＳＩと出射反射面ＳＯとを備えている。入射反射面ＳＩおよび出射反射面ＳＯはいずれも平坦面に形成されている。
図９および図１０に示すように、第一反射部Ｒ１は、対称面ＳＰに対して互いに面対称となるように設けられた入射反射面ＳＩと出射反射面ＳＯとを備えている。入射反射面ＳＩおよび出射反射面ＳＯはいずれも平坦面に形成されている。
【0068】
第一反射部Ｒ１は、入射反射面ＳＩと対向する位置に平行光形成部ＰＰを備えている。この平行光形成部ＰＰは、例えば、集光レンズなどであり、入射反射面ＳＩに入射される供給光Ｌを平行光として入射反射面ＳＩに供給するものである。
【0069】
また、第一反射部Ｒ１は、出射反射面ＳＯと対向する位置に集光部ＣＰを備えている。この集光部ＣＰは、例えば、集光レンズなどであり、出射反射面ＳＯで反射された平行光である干渉反射光ＬＦを集光するものである。
【0070】
なお、上記構成の場合には、第一反射部Ｒ１において、上述した入射反射面ＳＩが設けられる部分および平行光形成部ＰＰが特許請求の範囲の請求項６にいう入射部に相当し、上述した出射反射面ＳＯが設けられる部分および集光部ＣＰが特許請求の範囲の請求項６にいう出射部に相当するものになる。
【0071】
＜第二反射部Ｒ２＞
図１および図２に示すように、第二反射部Ｒ２は、第一反射部Ｒ１の入射反射面ＳＩおよび出射反射面ＳＯと対向するように設けられている。この第二反射部Ｒ２は、第一反射部Ｒ１に対して移動が固定された固定反射部ＦＲと、第一反射部Ｒ１に対して移動可能に設けられた移動反射部ＭＲと、とを有している（図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）参照）。
図１および図２に示すように、第二反射部Ｒ２は、第一反射部Ｒ１の入射反射面ＳＩおよび出射反射面ＳＯと対向するように設けられている。この第二反射部Ｒ２は、第一反射部Ｒ１に対して移動が固定された固定反射部ＦＲと、第一反射部Ｒ１に対して移動可能に設けられた移動反射部ＭＲと、とを有している（図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）参照）。
【0072】
【0073】
第一反射面ＳＲ１は、第一反射部Ｒ１の入射反射面ＳＩと対向するように設けられている。具体的には、第一反射部Ｒ１の入射反射面ＳＩに対して対称面ＳＰの法線と平行な光（以下、供給光Ｌという）が入射されると、その光を反射した光（以下、入射光ＲＬという）の一部（図９（Ｂ）および図１０（Ｂ）では入射反射面ＳＩの上部（入射反射面ＳＩを上下に二分割する面Ｖより上方の部分）で反射した光）が入射されるように設けられている。しかも、第一反射面ＳＲ１は、入射光ＲＬを反射した反射光（以下、第一反射光Ｌ１という）の光軸が、対称面ＳＰの法線（言い換えれば、供給光Ｌの光軸）と平行となるように設けられている。つまり、第一反射面ＳＲ１は、その反射角θ１（図１０（Ａ）における入射光ＲＬと第一反射光Ｌ１とのなす角θ１）が、入射反射面ＳＩの反射角θｉ（図１０（Ａ）における供給光Ｌと入射光ＲＬとのなす角θｉ）と同じ角度になるように設けられている。なお、上記のように配設することによって、第一反射光Ｌ１の全てが第二反射面ＳＲ２に向けて反射されることになる。
【0074】
第二反射面ＳＲ２は、第一反射部Ｒ１の出射反射面ＳＯと対向するように設けられている。具体的には、第一反射面ＳＲ１から入射される第一反射光Ｌ１を第二反射面ＳＲ２が反射すると、その反射光（以下、第二反射光Ｌ２という）が出射反射面ＳＯ（具体的には出射反射面ＳＯの上部）に入射するように第二反射面ＳＲ２は設けられている。しかも、第二反射面ＳＲ２は、第二反射光Ｌ２の光軸と対称面ＳＰとのなす角度が、入射光ＬＩの光軸と対称面ＳＰとのなす角度と同じ角度となるように設けられている。上記のように配設することによって、第二反射光Ｌ２の全てが出射反射面ＳＯに向けて反射されることになる。
【0075】
ここで、第二反射面ＳＲ２は、対称面ＳＰに対して第一反射面ＳＲ１と面対称に設けられているので、上記の構成であれば、出射反射面ＳＯの反射角θｏ（図１０（Ａ）における第二反射光Ｌ２と出射反射面ＳＯで反射した光（以下、干渉反射光ＬＦという）とのなす角θｏ）は、入射反射面ＳＩの反射角θｉと同じになる。したがって、上記のように第二反射面ＳＲ２を設ければ、第二反射面ＳＲ２の反射角θ２（図１０（Ａ）における第一反射光Ｌ１と第二反射光Ｌ２とのなす角θ２）は、出射反射面ＳＯの反射角θｏと同じ角度になる。
【0076】
【0077】
第三反射面ＳＲ３は、第一反射面ＳＲ１と平行に設けられた面であり、入射反射面ＳＩに対する位置関係が実質的に第一反射面ＳＲ１と同様となるように設けられている。つまり、第三反射面ＳＲ３は、第一反射部Ｒ１の入射反射面ＳＩに供給光Ｌが入射されると、入射光ＲＬの一部（図９（Ｂ）および図１０（Ｂ）では入射反射面ＳＩの下部（面Ｖより下方の部分）で反射した光）が入射されるように設けられている。しかも、第三反射面ＳＲ３は、入射光ＲＬを反射した反射光（以下、第三反射光Ｌ３という）の光軸が、対称面ＳＰの法線（言い換えれば、供給光Ｌの光軸）と平行となるように設けられている。つまり、第三反射面ＳＲ３は、その反射角θ３（図１０（Ｃ）における入射光ＲＬと第三反射光Ｌ３とのなす角θ３）が、入射反射面ＳＩの反射角θｉと同じ角度になるように設けられている。なお、上記のように配設することによって、第三反射光Ｌ３の全てが第四反射面ＳＲ４に向けて反射されることになる。
【0078】
第四反射面ＳＲ４は、第二反射面ＳＲ２と平行に設けられた面であり、出射反射面ＳＯに対する位置関係が実質的に第二反射面ＳＲ２と同様となるように設けられている。つまり、第四反射面ＳＲ４は、第三反射面ＳＲ３から入射される第三反射光Ｌ３を第四反射面ＳＲ４が反射すると、その反射光（以下、第四反射光Ｌ４という）が出射反射面ＳＯ（具体的には出射反射面ＳＯの下部）に入射するように設けられている。しかも、第四反射面ＳＲ４は、第四反射光Ｌ４の光軸と対称面ＳＰとのなす角度が、入射光ＬＩの光軸と対称面ＳＰとのなす角度と同じ角度となるように設けられている。つまり、第四反射面ＳＲ４は、その反射角θ４（図１０（Ｃ）における第三反射光Ｌ３と第四反射光Ｌ４とのなす角θ４）が出射反射面ＳＯの反射角θｏと同じ角度になるように設けられている。上記のように配設することによって、第四反射光Ｌ４の全てが出射反射面ＳＯに向けて反射されることになる。
【0079】
そして、移動反射部ＭＲは、第三反射面ＳＲ３および第四反射面ＳＲ４を上記の状態を維持したまま、第一反射部Ｒ１に対して接近離間できるように設けられている。具体的には、移動反射部ＭＲは、第三反射面ＳＲ３および第四反射面ＳＲ４を上記の状態を維持したまま、対称面ＳＰと平行な方向(図１、図２では左右方向)に移動できるように設けられている。つまり、対称面ＳＰの法線方向から見たときに、第三反射面ＳＲ３に入射する入射光ＬＩの光軸が第一反射面ＳＲ１に入射する入射光ＬＩの光軸と常に一致し、出射反射面ＳＯに入射する第四反射光Ｌ４の光軸も出射反射面ＳＯに入射するに第二反射光Ｌ２の光軸と常に一致した状態に維持されるように、移動反射部ＭＲは設けられている(図１０（Ｃ）参照）。
【0080】
本実施形態の干渉光形成機構ＭＢは上記の構成を有するので、供給光Ｌを全て利用して干渉反射光ＬＦによる干渉像を形成することができる。すると、供給光Ｌの強度が弱くても、ある程度の信号強度を有するインターフェログラムを形成できる干渉像を形成することができる。
【0081】
また、本実施形態の干渉光形成機構ＭＢは上記の構成であるので、入射反射面ＳＩの反射角θｉ、第一～第四反射面ＳＲ１～ＳＲ４の反射角θ１～θ４および出射反射面ＳＯの反射角θｏが全て同じ角度になり、この関係は移動反射部ＭＲを移動させても変化しない（図１０（Ｃ）参照）。このため、供給光Ｌの光軸と干渉反射光ＬＦの光軸とを同軸に維持した状態で光路長を変更できる。また、移動反射部ＭＲを移動させて光路長を変化させても、対称面ＳＰの法線方向から見ると、第一、第三反射面ＳＲ１，ＳＲ３に入射する入射光ＬＩ，Ｌ３の光軸は常に一致しており、出射反射面ＳＯに入射する第二、第四反射光Ｌ２，Ｌ４の光軸も常に一致した状態に維持される（図１０（Ｃ）参照）。つまり、供給光Ｌを分割した各光束の光路長を実質的に共通の光路で変化させる、言い換えれば、供給光Ｌを分割した各光束に実質的に共通の光路で位相差を生じさせることができる。したがって、移動反射部ＭＲを移動させて光路長を変化させた際に、両光束が結像する位置のズレも防止することができるから、空間分解能の高い干渉像を得ることができる。また、干渉光形成機構ＭＢの振動などの外乱に対する頑強性を高くできる。
【0082】
なお、干渉反射光ＬＦの光軸とは、第二反射光Ｌ２を出射反射面ＳＯで反射した干渉反射光ＬＦ１と、第四反射光Ｌ４を出射反射面ＳＯで反射した干渉反射光ＬＦ２と、の両方を含む光束の光軸を意味している。
【0083】
＜出射反射面ＳＯについて＞
上述したように、干渉光形成機構ＭＢでは、第一反射部Ｒ１の入射反射面ＳＩおよび出射反射面ＳＯがいずれも平坦面である場合を説明した。しかし、第一反射部Ｒ１の入射反射面Ｓを平坦面とした場合でも、出射反射面ＳＯは放物面としてもよい。この場合には、集光部ＣＰを設けなくてもよくなる。
上述したように、干渉光形成機構ＭＢでは、第一反射部Ｒ１の入射反射面ＳＩおよび出射反射面ＳＯがいずれも平坦面である場合を説明した。しかし、第一反射部Ｒ１の入射反射面Ｓを平坦面とした場合でも、出射反射面ＳＯは放物面としてもよい。この場合には、集光部ＣＰを設けなくてもよくなる。
【0084】
なお、出射反射面ＳＯは放物面とした場合には、第一反射部Ｒ１の入射反射面ＳＩと出射反射面ＳＯとは面対称にはならない。しかし、出射反射面ＳＯの反射角θｏが入射反射面ＳＩの反射角θｉとが同じになるように設ければ、第一反射部Ｒ１の入射反射面ＳＩおよび出射反射面ＳＯをいずれも平坦面とした場合と同じ光軸の干渉反射光ＬＦを得ることができる。
【実施例】
【0085】
本発明の上記機能を有する分光分析装置を使用すれば、光路長を変化させても、第一干渉反射光束と第二干渉反射光束の結像位置のズレを防止できることを確認した。
【0086】
実験では、分光分析装置に小型のレーザー光源（ＣＭＰ－６３５－１－Ｄ）から６３５ｎｍの波長のレーザー光線を入射して光路長を変化させて、検出部（ＣＭＯＳカメラ）上に形成される干渉像を確認した。
なお、実験では、図３～図７に示す構造の分光分析装置を使用した。この分光分析装置に使用した各部材は以下のとおりである。
入射部材および出射部材：放物面ミラー（エドモントオプティクス社製 型式：８７-４０６）
移動部：手動ステージ（中央精機製 ハイグレードステージ ＬＳ-５０４２-Ｃ８）
なお、入射部材および出射部材の放物面の反射角θi（つまり第一～第四ミラーの反射角θ１～θ４（図２参照））は９０度である。
移動反射部の第三ミラーおよび第四ミラーは、移動部に設けられているマイクロゲージによって手動で移動させた。
なお、実験では、図３～図７に示す構造の分光分析装置を使用した。この分光分析装置に使用した各部材は以下のとおりである。
入射部材および出射部材：放物面ミラー（エドモントオプティクス社製 型式：８７-４０６）
移動部：手動ステージ（中央精機製 ハイグレードステージ ＬＳ-５０４２-Ｃ８）
なお、入射部材および出射部材の放物面の反射角θi（つまり第一～第四ミラーの反射角θ１～θ４（図２参照））は９０度である。
移動反射部の第三ミラーおよび第四ミラーは、移動部に設けられているマイクロゲージによって手動で移動させた。
【0087】
結果を図８に示す。
図８における（Ｂ）は第一ミラー（第二ミラー）と第三ミラー（第四ミラー）とが面一となっている状態における干渉像であり、（Ｂ）は（Ａ）の状態から第一ミラー（第二ミラー）および第三ミラー（第四ミラー）を入射部材および出射部材に接近させた状態における干渉像であり、（Ｃ）は（Ａ）の状態から第一ミラー（第二ミラー）および第三ミラー（第四ミラー）を入射部材および出射部材から離間させた状態における干渉像である。図８に示すように、第三ミラー（第四ミラー）を移動させても、干渉像の干渉像の位置にズレが生じていなことが確認された。
図８における（Ｂ）は第一ミラー（第二ミラー）と第三ミラー（第四ミラー）とが面一となっている状態における干渉像であり、（Ｂ）は（Ａ）の状態から第一ミラー（第二ミラー）および第三ミラー（第四ミラー）を入射部材および出射部材に接近させた状態における干渉像であり、（Ｃ）は（Ａ）の状態から第一ミラー（第二ミラー）および第三ミラー（第四ミラー）を入射部材および出射部材から離間させた状態における干渉像である。図８に示すように、第三ミラー（第四ミラー）を移動させても、干渉像の干渉像の位置にズレが生じていなことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【0088】
本発明の赤外線量測定システムは、遠隔で温度を測定するシステムに適している。
【符号の説明】
【0089】
１ 分光分析装置
２ フレーム
３ 光供給部
４ スリット
５ 検出部
１０ 干渉光形成部
１１ 第一反射部
１２ 入射部材
１２ａ 入射反射面
１３ 出射部材
１３ａ 出射反射面
１５ 第二反射部
１６ 固定反射部
１７ 第一ミラー
１７ａ 反射面
１８ 第二ミラー
１８ａ 反射面
２０ 移動反射部
２１ 第三ミラー
２１ａ 反射面
２２ 第四ミラー
２２ａ 反射面
３０ 移動部
Ｍ 干渉光形成機構
Ｒ１ 第一反射部
ＳＩ 入射反射面
ＳＯ 出射反射面
ＰＰ 平行光形成部
ＣＰ 集光部
Ｒ２ 第二反射部
ＦＲ 固定反射部
ＳＲ１ 第一反射面
ＳＲ２ 第二反射面
ＭＲ 移動反射部
ＳＲ３ 第三反射面
ＳＲ４ 第四反射面
ＳＩ 入射反射面
ＳＯ 出射反射面
θｉ 反射角
θｏ 反射角
θ１ 反射角
θ２ 反射角
θ３ 反射角
θ４ 反射角
Ｌ 供給光
ＲＬ 入射光
Ｌ２ 第二反射光
Ｌ３ 第三反射光
Ｌ４ 第四反射光
Ｌ４ 第四反射光
ＬＦ 干渉反射光
ＳＰ 対称面
２ フレーム
３ 光供給部
４ スリット
５ 検出部
１０ 干渉光形成部
１１ 第一反射部
１２ 入射部材
１２ａ 入射反射面
１３ 出射部材
１３ａ 出射反射面
１５ 第二反射部
１６ 固定反射部
１７ 第一ミラー
１７ａ 反射面
１８ 第二ミラー
１８ａ 反射面
２０ 移動反射部
２１ 第三ミラー
２１ａ 反射面
２２ 第四ミラー
２２ａ 反射面
３０ 移動部
Ｍ 干渉光形成機構
Ｒ１ 第一反射部
ＳＩ 入射反射面
ＳＯ 出射反射面
ＰＰ 平行光形成部
ＣＰ 集光部
Ｒ２ 第二反射部
ＦＲ 固定反射部
ＳＲ１ 第一反射面
ＳＲ２ 第二反射面
ＭＲ 移動反射部
ＳＲ３ 第三反射面
ＳＲ４ 第四反射面
ＳＩ 入射反射面
ＳＯ 出射反射面
θｉ 反射角
θｏ 反射角
θ１ 反射角
θ２ 反射角
θ３ 反射角
θ４ 反射角
Ｌ 供給光
ＲＬ 入射光
Ｌ２ 第二反射光
Ｌ３ 第三反射光
Ｌ４ 第四反射光
Ｌ４ 第四反射光
ＬＦ 干渉反射光
ＳＰ 対称面
【要約】
【課題】装置の外乱に対する頑強性を高めることができ、光利用率と空間分解能も高くできる分光分析装置および干渉光形成機構を提供する。
【解決手段】光供給部３と、干渉光形成部１０と、検出部５と、を備え、干渉光形成部１０は、互い対向する反射面を有する第一反射部１１と第二反射部１５と、を備えており、第二反射部１５は、第一反射部１１に対して移動が固定された固定反射部１６と、第一反射部に対して前記供給光の光軸と直交する基準面に沿って移動可能に設けられた移動反射部２５と、移動反射部２５の基準面に沿った移動と固定を行う移動部３０と、を備えており、第一反射部１１は、入射反射面１２ａと、出射反射面１３ａと、を備えている。
【選択図】図１
【解決手段】光供給部３と、干渉光形成部１０と、検出部５と、を備え、干渉光形成部１０は、互い対向する反射面を有する第一反射部１１と第二反射部１５と、を備えており、第二反射部１５は、第一反射部１１に対して移動が固定された固定反射部１６と、第一反射部に対して前記供給光の光軸と直交する基準面に沿って移動可能に設けられた移動反射部２５と、移動反射部２５の基準面に沿った移動と固定を行う移動部３０と、を備えており、第一反射部１１は、入射反射面１２ａと、出射反射面１３ａと、を備えている。
【選択図】図１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】