JP2025150163A - Mirror movement mechanism and interferometer - Google Patents
Mirror movement mechanism and interferometerInfo
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Abstract
Description
本発明は、ミラー移動機構および干渉計に関するものである。 The present invention relates to a mirror movement mechanism and an interferometer.
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モジュールが開示されている。この光モジュールは、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。 Patent Document 1 discloses an optical module used in spectroscopic analysis, which acquires spectral information about light emitted or absorbed by a sample and uses this information to analyze the components of the sample. This optical module includes a mirror unit, a beam splitter unit, a light input section, a first photodetector, a second light source, and a second photodetector. The mirror unit includes a movable mirror that moves in a predetermined direction and a fixed mirror that is fixed in position. In this type of optical module, the beam splitter unit, movable mirror, and fixed mirror form an interference optical system into which measurement light and laser light are respectively incident.
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で分割される。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。 The measurement light incident from the first light source through the measurement object passes through the light entrance section and is split by the beam splitter unit. A portion of the split measurement light is reflected by the movable mirror and returns to the beam splitter unit. The remainder of the split measurement light is reflected by the fixed mirror and returns to the beam splitter unit. The portion of the measurement light that returned to the beam splitter unit and the remainder are detected by the first photodetector as interference light.
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ユニットで分割される。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。 Meanwhile, the laser light emitted from the second light source is split by the beam splitter unit. A portion of the split laser light is reflected by the movable mirror and returns to the beam splitter unit. The remainder of the split laser light is reflected by the fixed mirror and returns to the beam splitter unit. The portion of the laser light that returned to the beam splitter unit and the remainder are detected by the second photodetector as interference light.
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。 In such an optical module, the position of the movable mirror is measured based on the detection results of the interference light of the laser light. Then, based on the measurement results of the movable mirror position and the detection results of the interference light of the measurement light, spectroscopic analysis of the measurement object becomes possible. Specifically, by determining the intensity of the measurement light at each position of the movable mirror, a waveform called an interferogram is obtained. By performing a Fourier transform on this interferogram, spectral information about the measurement object can be obtained. Therefore, the optical module described in Patent Document 1 is used in an FTIR (Fourier transform infrared spectroscopic analyzer).
特許文献2には、FTIR分光計に光学微小電気機械システム(光学MEMSデバイス)を用いることが開示されている。光学MEMSデバイスは、可動コーナー・キューブ反射板と、固定ミラーと、MEMSアクチュエーターと、を含む。光学MEMSデバイスは、大きな光路遅延(光路差)を実現できるので、FTIR分光計の解像度範囲を拡大できる。 Patent document 2 discloses the use of an optical microelectromechanical system (optical MEMS device) in an FTIR spectrometer. The optical MEMS device includes a movable corner cube reflector, a fixed mirror, and a MEMS actuator. The optical MEMS device can achieve a large optical path delay (optical path difference), thereby expanding the resolution range of the FTIR spectrometer.
特許文献1に記載の光学モジュールでは、静電アクチュエーターにより、移動ミラー(可動ミラー)が駆動される。取得されるスペクトル情報の高精度化を図るためには、移動ミラーに入射する光および射出される光が、移動ミラーの駆動に伴って伝搬方向と直交する方向に変位しないこと、換言すれば、ブレが小さいことが重要となる。このため、移動ミラーの移動の並進性を高めることが求められている。しかしながら、特許文献1に記載の光学モジュールでは、移動ミラーの並進性について十分に考慮されておらず、検討の余地がある。 In the optical module described in Patent Document 1, a moving mirror (movable mirror) is driven by an electrostatic actuator. To obtain highly accurate spectral information, it is important that the light incident on and emitted from the moving mirror is not displaced in a direction perpendicular to the propagation direction as the moving mirror is driven; in other words, it is important that there is minimal shaking. For this reason, there is a need to improve the translational movement of the moving mirror. However, the optical module described in Patent Document 1 does not fully consider the translational movement of the moving mirror, and there is room for further consideration.
一方、移動ミラーの移動量を十分に確保することは、取得されるスペクトル情報の波長分解能(波数分解能)を高くできるという点で重要である。しかしながら、移動ミラーの並進性を高めつつ、移動量を十分に確保するためには、移動ミラーを移動させる駆動部の大型化が必要になる。 On the other hand, ensuring a sufficient amount of movement for the movable mirror is important because it allows for higher wavelength resolution (wavenumber resolution) of the spectral information acquired. However, in order to ensure a sufficient amount of movement while increasing the translational ability of the movable mirror, it is necessary to increase the size of the drive unit that moves the movable mirror.
特許文献2に記載の光学MEMSデバイスでは、MEMSアクチュエーターが用いられている。しかしながら、MEMSアクチュエーターは、移動量を十分に確保することができない。また、特許文献2に記載の可動コーナー・キューブ反射板は、2つの移動エッジおよび固定ミラーの組み合わせで構成されている。これらは、大きなスペースを必要とするため、小型化が困難である。 The optical MEMS device described in Patent Document 2 uses a MEMS actuator. However, MEMS actuators are unable to ensure a sufficient amount of movement. Furthermore, the movable corner cube reflector described in Patent Document 2 is composed of a combination of two moving edges and a fixed mirror. These require a large amount of space, making miniaturization difficult.
そこで、ミラー部が移動するときのブレの影響を抑制できるとともに、小型化が容易で、大きな移動量を確保しやすいミラー移動機構の実現が課題となっている。 The challenge, therefore, is to develop a mirror movement mechanism that can suppress the effects of shaking when the mirror moves, is easily miniaturized, and can easily ensure a large amount of movement.
本発明の適用例に係るミラー移動機構は、
光入射面に沿って並べられた、再帰反射性を有する複数の光学要素を備えるミラー部と、
前記ミラー部を駆動する駆動部と、
を備える。
The mirror moving mechanism according to an application example of the present invention includes:
a mirror portion including a plurality of retroreflective optical elements arranged along a light incident surface;
a driving unit that drives the mirror unit;
Equipped with.
本発明の適用例に係る干渉計は、
本発明の適用例に係るミラー移動機構と、
前記ミラー部で反射された光と、試料を経由した光と、を含む光の干渉を行うことにより、前記試料に由来する情報を出力する分析光学系と、
を備える。
An interferometer according to an application example of the present invention includes:
A mirror moving mechanism according to an application example of the present invention;
an analytical optical system that outputs information derived from the sample by causing interference of light including light reflected by the mirror unit and light that has passed through the sample;
Equipped with.
以下、本発明のミラー移動機構および干渉計を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。 The mirror movement mechanism and interferometer of the present invention will be described in detail below based on the embodiments shown in the accompanying drawings.
1.第1実施形態
まず、第1実施形態に係る干渉計について説明する。
1. First Embodiment First, an interferometer according to the first embodiment will be described.
図1は、第1実施形態に係る干渉計としての分光装置100を示す概略構成図である。図2は、図1の分析部300、測長部400、周期信号生成部6および演算部7の各主要部を示す機能ブロック図である。 Figure 1 is a schematic diagram showing the configuration of a spectroscopic device 100 as an interferometer according to the first embodiment. Figure 2 is a functional block diagram showing the main components of the analysis unit 300, length measurement unit 400, periodic signal generation unit 6, and calculation unit 7 shown in Figure 1.
図1に示す分光装置100では、第1光源51から射出された分析光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す。そして、移動ミラーを移動させて干渉光学系の内部の光路長を変化させながら、得られた干渉光の強度変化を検出し、その結果に対して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(スペクトル情報)が得られる。分析光L1の波長を選択することで、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。 In the spectroscopic device 100 shown in FIG. 1, analytical light L1 emitted from a first light source 51 is irradiated onto a sample 9, which is the subject of examination. The analytical light L1 emitted from the sample 9 passes through a Michelson interference optical system. A movable mirror is then moved to change the optical path length within the interference optical system, and changes in the intensity of the resulting interference light are detected. An interferogram is then obtained by performing a calculation on the result. A spectral pattern (spectral information) containing information derived from the sample 9 is obtained by Fourier transforming the obtained interferogram. By selecting the wavelength of the analytical light L1, the spectroscopic device 100 shown in FIG. 1 can be used to perform, for example, Fourier-transform infrared (FT-IR), Fourier-near-infrared (FT-NIR), Fourier-visible (FT-VIS), Fourier-ultraviolet (FT-UV), and Fourier-terahertz (FT-THz) spectroscopy on the sample 9.
分光装置100は、図1に示すように、分析光学系3およびミラー移動機構1(第1実施形態に係るミラー移動機構)を有する分析部300、測長光学系4を有する測長部400、周期信号生成部6、ならびに、演算部7、を備える。 As shown in FIG. 1, the spectrometer 100 includes an analysis unit 300 having an analytical optical system 3 and a mirror movement mechanism 1 (the mirror movement mechanism according to the first embodiment), a length measurement unit 400 having a length measurement optical system 4, a periodic signal generation unit 6, and a calculation unit 7.
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成分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。 The analytical optical system 3 irradiates the sample 9 with analytical light L1 and splits and mixes the analytical light L1 to cause interference while changing the optical path length of the analytical light L1 so that sample-derived components originating from the sample 9 can be extracted from the analytical light L1. The length measurement optical system 4 measures changes in the optical path length of the analytical light L1 using laser light, length measurement light L2.
周期信号生成部6は、演算部7に向けて基準信号Ssを出力する。演算部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、演算部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。 The periodic signal generating unit 6 outputs a reference signal Ss to the calculating unit 7. The calculating unit 7 calculates a waveform representing the intensity of the interference light relative to the optical path length, i.e., the aforementioned interferogram, based on the signal representing the intensity of the interference light output from the analytical optical system 3 and the signal representing the change in optical path length output from the length measuring optical system 4. The calculating unit 7 also performs a Fourier transform on the interferogram to obtain a spectral pattern.
1.1.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、他の光学要素が追加されていてもよいし、他の光学要素で置換されていてもよい。
1.1 Analysis Optical System The analysis optical system 3 includes a first light source 51, a beam splitter 54, a condenser lens 55, and a neutral density filter 56. Note that in the analysis optical system 3, some of these optical elements may be omitted, or other optical elements may be added, or they may be replaced with other optical elements.
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。 The first light source 51 is a light source that emits, for example, white light, i.e., light composed of a wide range of wavelengths, as analytical light L1. The wavelength range of analytical light L1, i.e., the type of first light source 51, is selected appropriately depending on the purpose of the spectroscopic analysis performed on the sample 9. When performing infrared spectroscopic analysis, examples of the first light source 51 include a halogen lamp, infrared lamp, and tungsten lamp. When performing visible spectroscopic analysis, examples of the first light source 51 include a halogen lamp. When performing ultraviolet spectroscopic analysis, examples of the first light source 51 include a deuterium lamp and a UV-LED (ultraviolet light-emitting diode).
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。 Note that by selecting a wavelength of analytical light L1 that is greater than or equal to 100 nm and less than 760 nm, a spectroscopic device 100 capable of performing ultraviolet spectroscopic analysis or visible spectroscopic analysis can be realized. Furthermore, by selecting a wavelength of analytical light L1 that is greater than or equal to 760 nm and less than or equal to 20 μm, a spectroscopic device 100 capable of performing infrared spectroscopic analysis or near-infrared spectroscopic analysis can be realized. Moreover, by selecting a wavelength of analytical light L1 that is greater than or equal to 30 μm and less than or equal to 3 mm, a spectroscopic device 100 capable of performing terahertz spectroscopic analysis can be realized.
なお、第1光源51は、分光装置100の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、分光装置100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、分光装置100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。 The first light source 51 may be provided external to the spectrometer 100. In this case, it is sufficient that the analytical light L1 emitted from the externally provided first light source 51 is introduced into the spectrometer 100. On the other hand, by providing the spectrometer 100 with the first light source 51, as in this embodiment, the alignment accuracy between the first light source 51 and the beam splitter 54 can be particularly improved, and the loss of analytical light L1 due to misalignment can be minimized.
また、第1光源51は、レーザー光を射出するレーザー光源であってもよい。第1光源51としてレーザー光源を用いることにより、試料9に対するフーリエ型ラマン分光分析、フーリエ型蛍光分光分析のようなレーザー励起分光分析を実現可能な分光装置100が得られる。なお、この場合、分析光学系3の構成を上記の構成から変更してもよい。レーザー光源には、ラマン分光や蛍光分光に用いられる公知の光源が用いられる。 The first light source 51 may also be a laser light source that emits laser light. By using a laser light source as the first light source 51, a spectroscopic device 100 can be obtained that can perform laser excitation spectroscopic analysis of the sample 9, such as Fourier Raman spectroscopic analysis and Fourier fluorescence spectroscopic analysis. In this case, the configuration of the analytical optical system 3 may be changed from the configuration described above. The laser light source may be a known light source used for Raman spectroscopy or fluorescence spectroscopy.
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。試料9では、分析光L1が反射され、ビームスプリッター54に戻る。これにより、試料9から射出された反射光に基づく分光分析、すなわち反射分光法による分析が可能になる。なお、分析光学系3の光路を変更することにより、試料9を透過する透過光に基づく分光分析、すなわち透過分光法による分析が可能になる。 The analytical light L1 passes through the beam splitter 54, is focused by the focusing lens 55, and is then irradiated onto the sample 9. The analytical light L1 is reflected by the sample 9 and returns to the beam splitter 54. This enables spectroscopic analysis based on the reflected light emitted from the sample 9, i.e., analysis by reflection spectroscopy. Furthermore, by changing the optical path of the analytical optical system 3, spectroscopic analysis based on the transmitted light that passes through the sample 9, i.e., analysis by transmission spectroscopy, becomes possible.
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。 For example, a non-polarizing beam splitter is used as the beam splitter 54, but a polarizing beam splitter may also be used. In this case, the necessary wave plates can be added as appropriate.
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。また、集光レンズ55は、試料9から射出される拡散光を集光する。これにより、局所分析が可能になる。局所分析が必要なければ、集光レンズ55は省略されていてもよい。 The condenser lens 55 condenses the analytical light L1, reducing the spot size of the analytical light L1 irradiated onto the sample 9. The condenser lens 55 also condenses the diffused light emitted from the sample 9, thereby enabling localized analysis. If localized analysis is not required, the condenser lens 55 may be omitted.
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成分を含んでいる。試料由来成分は、分析光L1が試料9に作用して生成される成分であり、作用の形態として、試料9による特定波長の光吸収、反射、散乱、発光等が挙げられる。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、試料由来成分の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。 The analytical light L1 emitted from the sample 9 contains sample-derived components generated by interaction with the sample 9. The sample-derived components are generated when analytical light L1 interacts with the sample 9, and examples of such interaction include light absorption, reflection, scattering, and emission of specific wavelengths by the sample 9. This analytical light L1 passes through the focusing lens 55, is reflected by the beam splitter 54, and passes through the neutral density filter 56. The neutral density filter 56 selectively attenuates light of a specific wavelength. This increases the S/N ratio (signal-to-noise ratio) of the sample-derived components, enabling more accurate spectroscopic analysis. An example of the neutral density filter 56 is a notch filter with an optical density (OD value) of 6.0 or higher.
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(光分割部)、固定ミラー34(固定反射部)、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。 The analytical optical system 3 also includes a beam splitter 32 (light splitting unit), a fixed mirror 34 (fixed reflecting unit), a condenser lens 35, and a first light receiving element 36, which constitute a Michelson-type interference optical system. Note that the analytical optical system 3 may omit some of these optical elements, may include optical elements other than these, or may have these optical elements replaced with other optical elements.
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。 Beam splitter 32 is a non-polarizing beam splitter that splits analytical light L1 into two analytical lights L1a and L1b. Specifically, beam splitter 32 splits analytical light L1 into two by reflecting a portion of analytical light L1 toward movable mirror 33 as analytical light L1a and transmitting the other portion of analytical light L1 toward fixed mirror 34 as analytical light L1b.
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。 Types of beam splitter 32 include, for example, the prism-type element (cube-type element) shown in Figure 1, as well as plate-type elements and stacked-type elements. When a plate-type beam splitter 32 is used, wavelength dispersion occurs between the analytical light L1a and analytical light L1b, so if necessary, a wavelength dispersion compensation plate may be placed between the beam splitter 32 and the fixed mirror 34.
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。 The beam splitter 32 also transmits the analytical light L1a reflected by the movable mirror 33 toward the first light receiving element 36, and reflects the analytical light L1b reflected by the fixed mirror 34 toward the first light receiving element 36. Therefore, the beam splitter 32 mixes the split analytical light L1a and L1b.
移動ミラー33は、ビームスプリッター32から入射する分析光L1aの入射方向に移動するとともに、分析光L1aを反射させる鏡である。移動ミラー33は、駆動部80により、前述した分析光L1aの入射方向において往復するように移動する。移動ミラー33で反射した分析光L1aでは、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に移動ミラー33の位置に由来する位相情報を付加する。移動ミラー33の位置に由来する位相情報は、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。 The movable mirror 33 moves in the direction of incidence of the analytical light L1a coming from the beam splitter 32 and reflects the analytical light L1a. The movable mirror 33 is moved back and forth in the direction of incidence of the analytical light L1a by the driver 80. The phase of the analytical light L1a reflected by the movable mirror 33 changes depending on the position of the movable mirror 33. As a result, the movable mirror 33 adds phase information derived from the position of the movable mirror 33 to the analytical light L1a. The phase information derived from the position of the movable mirror 33 is a change in phase added to the analytical light L1a depending on the position of the movable mirror 33.
移動ミラー33は、ミラー移動機構1に組み込まれている。ミラー移動機構1は、分析光L1aの入射方向に移動可能な移動ミラー33(ミラー部)と、移動ミラー33を駆動する駆動部80と、を備える。 The movable mirror 33 is incorporated into the mirror movement mechanism 1. The mirror movement mechanism 1 includes a movable mirror 33 (mirror unit) that can move in the incident direction of the analytical light L1a, and a drive unit 80 that drives the movable mirror 33.
移動ミラー33は、光入射面332に沿って並べられた、再帰反射性を有する複数の光学要素を備える。再帰反射性とは、光入射面332に入射した光が反射されるとき、入射方向をたどるように反射される性質のことをいう。このような再帰反射性を有することにより、移動ミラー33の移動時に、移動ミラー33にブレが生じても、反射された分析光L1aの入射方向に対する角度ずれ(偏角)の発生を抑制できる。これにより、角度ずれに伴う分析精度の低下を抑制できる。 The movable mirror 33 comprises multiple optical elements with retroreflectivity arranged along the light incident surface 332. Retroreflectivity refers to the property of light that is reflected by the light incident surface 332 in a manner that follows the direction of incidence. By having such retroreflectivity, even if the movable mirror 33 shakes as it moves, it is possible to suppress angular deviation (angle of deviation) of the reflected analytical light L1a relative to the direction of incidence. This makes it possible to suppress a decrease in analytical accuracy due to angular deviation.
また、駆動部80は、目的とする移動量で移動ミラー33を並進させることができる。これにより、移動ミラー33の大きな移動量を確保できる。その結果、スペクトル情報の波長分解能(波数分解能)が高い分光装置100(干渉計)を実現できる。 In addition, the driver 80 can translate the movable mirror 33 by the desired amount of movement. This ensures a large amount of movement for the movable mirror 33. As a result, a spectrometer 100 (interferometer) with high wavelength resolution (wavenumber resolution) for spectral information can be realized.
さらに、ミラー移動機構1は、分析光L1aの角度ずれの抑制に際し、大型の駆動装置を必要としないため、小型化が容易である。
なお、ミラー移動機構1については、後に詳述する。
Furthermore, the mirror moving mechanism 1 does not require a large driving device to suppress the angular deviation of the analytical light L1a, and therefore can be easily miniaturized.
The mirror moving mechanism 1 will be described in detail later.
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で反射された分析光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。固定ミラー34は、平板ミラーであってもよいし、コーナーキューブプリズムであってもよいし、コーナーキューブミラーであってもよい。このうち、再帰反射性を有するコーナーキューブプリズム、コーナーキューブミラー等を固定ミラー34に用いることで、固定ミラー34の配置の角度ずれ(偏角)に伴う、干渉信号のS/N比の低下を抑制することができ、分析結果への影響を抑えることができる。 The fixed mirror 34 is a mirror whose position is fixed relative to the beam splitter 32 and which reflects the analytical light L1b. The analytical light L1b reflected by the fixed mirror 34 is mixed with the analytical light L1a by the beam splitter 32 and received as interference light by the first light-receiving element 36. In the analytical optical system 3, an optical path difference occurs between the optical paths of the analytical light L1a and the analytical light L1b depending on the position of the movable mirror 33. The fixed mirror 34 may be a flat mirror, a corner cube prism, or a corner cube mirror. Among these, using a retroreflective corner cube prism, corner cube mirror, or the like for the fixed mirror 34 can suppress a decrease in the S/N ratio of the interference signal associated with angular deviation (angle of deviation) in the position of the fixed mirror 34, thereby minimizing the impact on the analysis results.
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。第1受光素子36の受光部の面積によっては、集光レンズ35が省略されていてもよい。 The focusing lens 35 focuses the interference light, i.e., the mixed analytical light L1a and L1b, onto the first light receiving element 36. Depending on the area of the light receiving portion of the first light receiving element 36, the focusing lens 35 may be omitted.
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成分と、前述した移動ミラー33の位置に由来する位相情報と、を含む。 The first light receiving element 36 receives the interference light and acquires its intensity. It then outputs a signal indicating the change in intensity over time as the first light receiving signal F(t). This first light receiving signal F(t) contains sample-derived components generated by the interaction between the analytical light L1 and the sample 9, as well as phase information derived from the position of the movable mirror 33 described above.
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ー、光電子増倍管(PMT:photomultiplier tube)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。 Examples of the first light receiving element 36 include a photodiode, a phototransistor, and a photomultiplier tube (PMT). Examples of photodiodes include InGaAs-based photodiodes, Si-based photodiodes, and avalanche photodiodes.
また、第1受光素子36として2次元の光強度分布を取得可能な素子を用いることにより、分光装置100は、例えば、白色干渉形状計測装置、光断層画像(OCT)撮影装置等にも適用可能である。 Furthermore, by using an element capable of acquiring a two-dimensional light intensity distribution as the first light receiving element 36, the spectroscopic device 100 can also be applied to, for example, white light interferometry measurement devices, optical coherence tomography (OCT) imaging devices, etc.
1.2.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、ビームスプリッター42、光変調器12、第2受光素子45、1/2波長板46、1/4波長板47、1/4波長板48、検光子49、および、光路変更ミラー441、442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、光ヘテロダイン干渉法により、移動ミラー33の位置に由来する位相情報または移動速度に由来する周波数情報を、演算部7に出力する。本明細書では、これらの情報を「測長成分」という。
1.2. Length Measurement Optical System The length measurement optical system 4 is a Michelson-type interference optical system and includes a second light source 41, a beam splitter 42, an optical modulator 12, a second light receiving element 45, a half-wave plate 46, a quarter-wave plate 47, a quarter-wave plate 48, an analyzer 49, and optical path changing mirrors 441 and 442. Note that the length measurement optical system 4 may omit some of these optical elements, may include other optical elements, or may replace these optical elements with other optical elements. The length measurement optical system 4 uses optical heterodyne interferometry to output phase information derived from the position of the movable mirror 33 or frequency information derived from the moving speed to the calculation unit 7. In this specification, this information is referred to as a "length measurement component."
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-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。 The second light source 41 is preferably a light source that emits light with a narrow spectral linewidth. Examples of the second light source 41 include gas lasers such as He-Ne lasers and Ar lasers, semiconductor laser elements such as DFB-LDs (Distributed Feedback Laser Diodes), FBG-LDs (Fiber Bragg Grating Laser Diodes), VCSELs (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers), and FP-LDs (Fabry-Perot Laser Diodes), and crystal lasers such as YAG (Yttrium Aluminum Garnet).
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、分光装置100の小型化、軽量化および低消費電力化を図ることができる。 The second light source 41 is preferably a semiconductor laser element. This allows the spectroscopic device 100 to be made smaller, lighter, and consume less power.
ビームスプリッター42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を通過するとき、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42でP偏光とS偏光の2つに分割される。 Beam splitter 42 is a polarizing beam splitter that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light. Half-wave plate 46 is positioned with its optical axis rotated relative to the polarization axis of measurement light L2. As a result, measurement light L2 becomes linearly polarized light containing P-polarized and S-polarized light when it passes through half-wave plate 46, and is split into two light beams, P-polarized and S-polarized, by beam splitter 42.
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、光変調器12に入射する。光変調器12は、測長光L2aを反射させることにより、測長光L2aに変調成分を付加する。変調成分は、測長光L2aが振動素子30で反射されることに伴って生じる周波数の変化である。反射された測長光L2aは、ビームスプリッター42に戻る。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。 The S-polarized measurement light L2a is converted to circularly polarized light by the quarter-wave plate 48 and enters the optical modulator 12. The optical modulator 12 adds a modulated component to the measurement light L2a by reflecting it. The modulated component is a change in frequency that occurs when the measurement light L2a is reflected by the vibration element 30. The reflected measurement light L2a returns to the beam splitter 42. At this point, the measurement light L2a is converted to P-polarized light by the quarter-wave plate 48.
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、光路変更ミラー441、442を介して移動ミラー33に入射する。測長光L2bは、分析光L1aと同じ光入射面332に入射し、反射される。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。移動ミラー33で反射した測長光L2bは、光路変更ミラー441、442を介してビームスプリッター42に戻る。 Meanwhile, the P-polarized measurement light L2b is converted to circularly polarized light by the quarter-wave plate 47 and enters the movable mirror 33 via the optical path changing mirrors 441 and 442. The measurement light L2b enters the same light incident surface 332 as the analytical light L1a and is reflected. As a result, the phase of the measurement light L2b changes depending on the position of the movable mirror 33. The measurement light L2b reflected by the movable mirror 33 returns to the beam splitter 42 via the optical path changing mirrors 441 and 442.
本実施形態では、上記のように、分析光L1aおよび測長光L2bが、移動ミラー33の同一の光入射面332に入射する。この場合、分析光L1aに付加される位相情報、および、測長光L2bに付加される位相情報は、同一の光入射面332の位置に由来する情報となる。このため、双方の位相情報の関連性をより高めることができ、最終的に得られる分析結果の精度を高めることができる。 In this embodiment, as described above, the analytical light L1a and the measurement light L2b are incident on the same light incident surface 332 of the movable mirror 33. In this case, the phase information added to the analytical light L1a and the phase information added to the measurement light L2b are information derived from the position of the same light incident surface 332. This makes it possible to further enhance the correlation between the two pieces of phase information, thereby improving the accuracy of the final analysis results.
なお、移動ミラー33は、分析光L1aが入射する光入射面332とは異なる面に測長光L2bが入射し、反射されるように構成されていてもよい。例えば、移動ミラー33の表面に光入射面332が設定されている場合、測長光L2bが裏面に入射されるように構成されていてもよい。 The movable mirror 33 may be configured so that the measurement light L2b is incident on and reflected from a surface different from the light incident surface 332 on which the analytical light L1a is incident. For example, if the light incident surface 332 is set on the front surface of the movable mirror 33, the measurement light L2b may be configured to be incident on the back surface.
また、ビームスプリッター42は、光変調器12から戻った測長光L2aと、移動ミラー33で反射された測長光L2bと、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。 The beam splitter 42 also mixes the measurement light L2a returned from the optical modulator 12 with the measurement light L2b reflected by the movable mirror 33. The mixed measurement light L2a and L2b pass through the analyzer 49 and enter the second light receiving element 45.
光変調器12としては、例えば、特開2022-38156号公報に開示されている光変調器が挙げられる。本実施形態では、光変調器12が振動素子30を有する。振動素子30は、素子駆動信号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12は、測長光L2aに対して変調成分を重畳させる。なお、光変調器12は、光周波数シフターであればよく、例えば、AOM(音響光学変調器)であってもよいし、EOM(電気光学変調器)であってもよい。 An example of the optical modulator 12 is the optical modulator disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2022-38156. In this embodiment, the optical modulator 12 has a vibration element 30. The vibration element 30 vibrates in response to an element drive signal Sd and reflects the measurement light L2a. This causes the optical modulator 12 to superimpose a modulated component onto the measurement light L2a. The optical modulator 12 may be any optical frequency shifter, and may be, for example, an AOM (acousto-optic modulator) or an EOM (electro-optic modulator).
また、振動素子30は、周期信号生成部6が基準信号Ssを生成するとき、その源振として機能する。 In addition, the vibration element 30 functions as the vibration source when the periodic signal generating unit 6 generates the reference signal Ss.
振動素子30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、機械的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12が測長光L2aに印加する変調成分の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。その結果、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。 Examples of the oscillator element 30 include a quartz oscillator, a silicon oscillator, and a ceramic oscillator. These oscillators utilize mechanical resonance, resulting in a high Q value and easy stabilization of the natural frequency. This increases the S/N ratio of the modulated component applied by the optical modulator 12 to the measurement light L2a, and also increases the accuracy of the reference signal Ss. As a result, the position of the movable mirror 33 can be determined with high precision, ultimately resulting in a spectrometer 100 capable of generating a spectral pattern with high accuracy on the wavelength axis (wavenumber axis).
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。 Examples of quartz crystal oscillators include quartz crystal AT oscillators, SC-cut quartz crystal oscillators, tuning-fork quartz crystal oscillators, and quartz surface acoustic wave elements. The oscillation frequency of a quartz crystal oscillator is, for example, from 1 kHz to several hundred MHz.
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。 A silicon vibrator is a vibrator that includes a single-crystal silicon piece manufactured from a single-crystal silicon substrate using MEMS technology, and a piezoelectric film. MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) stands for microelectromechanical systems. Examples of the shape of the single-crystal silicon piece include cantilever beam shapes such as two-legged tuning fork and three-legged tuning fork, and doubly supported beam shapes. The oscillation frequency of a silicon vibrator is, for example, around 1 kHz to several hundred MHz.
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。 A ceramic vibrator is a vibrator that includes a piezoelectric ceramic piece manufactured by baking and hardening piezoelectric ceramic, and electrodes. Examples of piezoelectric ceramics include lead zirconate titanate (PZT) and barium titanate (BTO). The oscillation frequency of a ceramic vibrator is, for example, from several hundred kHz to several tens of MHz.
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の位置に由来する測長成分を含む。 The second light receiving element 45 receives the mixed measurement light L2a and L2b as interference light and acquires its intensity. It then outputs a signal indicating the change in intensity over time as a second light receiving signal S2. This second light receiving signal S2 includes a measurement component derived from the position of the movable mirror 33.
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ー等が挙げられる。 Examples of the second light receiving element 45 include a photodiode, a phototransistor, etc.
以上、各光学系が備える光学部品について説明したが、光を入射させる必要がある光学部品については、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。 The optical components included in each optical system have been described above, but it is preferable that optical components that require light to be incident upon be anti-reflection treated. This can improve the S/N ratio of the first received light signal F(t) and the second received light signal S2.
1.3.周期信号生成部
図2に示す周期信号生成部6は、振動素子30を源振として周期信号を生成し、基準信号Ssを出力する。本実施形態では、周期信号生成部6が、振動素子30を発振させる発振回路62を有する。
2 generates a periodic signal using the vibration element 30 as a source of oscillation and outputs a reference signal Ss. In this embodiment, the periodic signal generator 6 has an oscillation circuit 62 that causes the vibration element 30 to oscillate.
発振回路62としては、例えば、特開2022-38156号公報に開示されている発振回路が挙げられる。発振回路62は、振動素子30が信号源となって動作し、精度の高い周期信号を生成する。これにより、発振回路62は、精度の高い素子駆動信号Sdおよび基準信号Ssを出力する。そうすると、素子駆動信号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、素子駆動信号Sdにより駆動された振動素子30を介して付加される変調成分、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、演算部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、演算部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。 An example of the oscillator circuit 62 is the oscillator circuit disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2022-38156. The oscillator circuit 62 operates using the vibration element 30 as a signal source and generates a highly accurate periodic signal. This allows the oscillator circuit 62 to output a highly accurate element drive signal Sd and reference signal Ss. Therefore, when the element drive signal Sd and the reference signal Ss are affected by an external disturbance, they are affected in the same way. As a result, the modulation component added via the vibration element 30 driven by the element drive signal Sd and the reference signal Ss are affected in the same way. Therefore, when the second light receiving signal S2 and the reference signal Ss are subjected to calculations in the calculation unit 7, the effects of the disturbance contained in both can be canceled out or reduced during the calculation process. As a result, the calculation unit 7 can accurately determine the position of the movable mirror 33, even when affected by an external disturbance.
なお、上記の公報に開示されている発振回路は、インバーターICを用いた回路であるが、それに代えてコルピッツ発振回路が用いられていてもよい。 Note that the oscillator circuit disclosed in the above publication uses an inverter IC, but a Colpitts oscillator circuit may be used instead.
また、周期信号生成部6は、周期信号を生成する機能を有するものであれば、特に限定されない。例えば、シグナルジェネレーター、ファンクションジェネレーター等であってもよい。 Furthermore, the periodic signal generating unit 6 is not particularly limited as long as it has the function of generating a periodic signal. For example, it may be a signal generator, a function generator, etc.
1.4.ミラー移動機構
図3は、図1に示すミラー移動機構1(第1実施形態に係るミラー移動機構)を示す断面図である。図4は、図3の部分拡大図である。図5は、図3に示す移動ミラー33をX軸プラス側から見たとき、三角錐型凹面381の配置パターンを示す模式図である。なお、本願の各図では、互いに直交する3つの軸としてX軸、Y軸およびZ軸を設定している。各軸を矢印で表し、矢印の先端側を「プラス」、矢印の基端側を「マイナス」とする。以下の説明で、例えば「X軸方向」とは、X軸のプラス方向およびマイナス方向の双方を含む。Y軸方向およびZ軸方向も同様である。また、以下の説明では、特に、Z軸プラス側を「上」ともいい、Z軸マイナス側を「下」ともいう。
1.4. Mirror Moving Mechanism FIG. 3 is a cross-sectional view showing the mirror moving mechanism 1 (mirror moving mechanism according to the first embodiment) shown in FIG. 1 . FIG. 4 is a partially enlarged view of FIG. 3 . FIG. 5 is a schematic diagram showing the arrangement pattern of the triangular pyramidal concave surface 381 when the moving mirror 33 shown in FIG. 3 is viewed from the positive side of the X axis. Note that in each drawing of the present application, the X axis, Y axis, and Z axis are defined as three mutually orthogonal axes. Each axis is represented by an arrow, with the tip of the arrow designated as "plus" and the base of the arrow designated as "minus." In the following description, for example, the "X axis direction" includes both the positive and negative directions of the X axis. The same applies to the Y axis and Z axis directions. In the following description, the positive side of the Z axis will also be referred to as "upper," and the negative side of the Z axis will also be referred to as "lower."
図3に示すミラー移動機構1は、移動ミラー33と、駆動部80と、を備える。
移動ミラー33は、基材330と、基材330に配置され、Y-Z面に平行な光入射面332に沿って並べられた複数の三角錐型凹面381(再帰反射性を有する光学要素)と、を有する。光入射面332とは、分析光L1aの入射方向と交差する平面のうち、分析光L1aの入射方向に変位するよう構成された範囲を指す。このような範囲に複数の三角錐型凹面381が並べられている構成によれば、三角錐型凹面381の1つ当たりの体積を小さくできる。これにより、従来のコーナーキューブミラー等に比べて、移動ミラー33の小型化および薄型化を図ることができる。
The mirror moving mechanism 1 shown in FIG. 3 includes a moving mirror 33 and a drive unit 80 .
The movable mirror 33 has a base material 330 and a plurality of triangular pyramidal concave surfaces 381 (retroreflective optical elements) disposed on the base material 330 and arranged along a light incident surface 332 parallel to the Y-Z plane. The light incident surface 332 refers to a range of a plane intersecting the incident direction of the analytical light L1a, configured to be displaced in the incident direction of the analytical light L1a. By arranging a plurality of triangular pyramidal concave surfaces 381 in such a range, the volume of each triangular pyramidal concave surface 381 can be reduced. This allows the movable mirror 33 to be made smaller and thinner than conventional corner cube mirrors, etc.
基材330は、例えば、Y-Z面に沿って広がる板状をなしている。また、複数の三角錐型凹面381を支持するのに必要な剛性を有する。駆動部80によって基材330が駆動されることにより、複数の三角錐型凹面381をX軸方向に精度よく並進させることができる。 The base material 330 is, for example, in the form of a plate extending along the Y-Z plane. It also has the rigidity necessary to support the multiple triangular pyramidal concave surfaces 381. By driving the base material 330 with the drive unit 80, the multiple triangular pyramidal concave surfaces 381 can be translated with precision in the X-axis direction.
基材330の構成材料は、特に限定されないが、例えば、金属材料、セラミック材料、樹脂材料等が挙げられる。 The constituent material of the substrate 330 is not particularly limited, but examples include metal materials, ceramic materials, resin materials, etc.
図4に示す三角錐型凹面381は、三角錐を構成する4面によって画定された空洞の内面と考えることができる。4面のうちの1面は、光入射面332と平行になるように設定され、空洞の開口面となる。残る3面は、開口面と、開口面よりX軸マイナス側に位置する頂点Pと、をつなぐように、頂点Pのまわりに配置されている反射面382である。 The triangular pyramidal concave surface 381 shown in Figure 4 can be thought of as the inner surface of a cavity defined by the four faces that make up the triangular pyramid. One of the four faces is set parallel to the light incident surface 332 and serves as the opening face of the cavity. The remaining three faces are reflective surfaces 382 that are arranged around vertex P, which is located on the negative X-axis side of the opening face, and connect the opening face to vertex P.
このような三角錐型凹面381では、入射される分析光L1aが、その入射角によらず、3つの反射面382で1回ずつ反射される。これにより、分析光L1aを、その入射方向と同じ方向に精度よく返す(再帰させる)ことができる。その結果、移動ミラー33に対し、例えばY軸まわりに回転する成分やZ軸まわりに回転する成分のブレが加えられた場合でも、入射方向と同じ方向に分析光L1aを反射させることができる。これにより、反射された分析光L1aが分析光L1bと干渉するときの位置ずれを抑制できるので、第1受光信号F(t)のS/N比の低下を抑制できる。 In this type of triangular pyramidal concave surface 381, the incident analytical light L1a is reflected once by each of the three reflecting surfaces 382, regardless of its angle of incidence. This allows the analytical light L1a to be accurately returned (reflected) in the same direction as its incident direction. As a result, even if the movable mirror 33 is subjected to vibrations, such as a component rotating around the Y axis or a component rotating around the Z axis, the analytical light L1a can be reflected in the same direction as its incident direction. This reduces positional deviation when the reflected analytical light L1a interferes with the analytical light L1b, thereby minimizing a decrease in the S/N ratio of the first received light signal F(t).
なお、三角錐型凹面381は、三角錐以外の形状を持つ凹面で代替されていてもよい。代替可能な凹面としては、例えば、複数の反射面を有し、複数回の反射によって再帰反射性を発現させるように構成されている凹面が挙げられる。具体的には、四角錐やそれ以上の多角錐をなす凹面が挙げられる。この場合、反射の回数は、特に限定されない。 The triangular pyramidal concave surface 381 may be replaced by a concave surface having a shape other than a triangular pyramid. Examples of replaceable concave surfaces include a concave surface having multiple reflective surfaces and configured to exhibit retroreflectivity through multiple reflections. Specific examples include concave surfaces that form a quadrangular pyramid or a polygonal pyramid of greater polygonal shape. In this case, there is no particular limit to the number of reflections.
また、三角錐型凹面381は、基材330に直接形成されていてもよいが、本実施形態では、基材330に配置されたミラーアレイシート331(再帰反射シート)の表面に形成されている。ミラーアレイシート331は、複数の三角錐型凹面381(再帰反射性を有する光学要素)が配置された表面と、平坦な裏面と、を持つシートである。 The triangular pyramidal concave surfaces 381 may be formed directly on the substrate 330, but in this embodiment, they are formed on the surface of a mirror array sheet 331 (retroreflective sheet) placed on the substrate 330. The mirror array sheet 331 is a sheet with a front surface on which multiple triangular pyramidal concave surfaces 381 (retroreflective optical elements) are arranged, and a flat back surface.
ミラーアレイシート331の裏面は、基材330に貼り付けられている。これにより、複数の三角錐型凹面381が精度よく並んだ移動ミラー33を簡単に構築することができ、製造容易性に優れる移動ミラー33を実現できる。また、ミラーアレイシート331は、様々な用途で普及しており、入手も比較的容易であることから、移動ミラー33の低コスト化にも寄与する。 The back surface of the mirror array sheet 331 is attached to the base material 330. This makes it easy to construct a movable mirror 33 with multiple triangular pyramidal concave surfaces 381 precisely aligned, resulting in a movable mirror 33 that is easy to manufacture. Furthermore, since the mirror array sheet 331 is widely used for a variety of purposes and is relatively easy to obtain, it also contributes to reducing the cost of the movable mirror 33.
ミラーアレイシート331の構成材料としては、例えば、樹脂材料、シリコン材料、金属材料、セラミック材料、ガラス材料等が挙げられる。三角錐型凹面381の形成方法としては、例えば、切削、成形、フォトリソグラフィーおよびエッチング等が挙げられる。特に、樹脂材料を用いた場合、インプリント等の成形方法で比較的簡単に三角錐型凹面381を形成することができる。また、エッチング可能な材料を用いた場合、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術とを用いて、三角錐型凹面381を精度よく形成することができる。 Examples of materials that can be used to form the mirror array sheet 331 include resin materials, silicon materials, metal materials, ceramic materials, and glass materials. Methods for forming the triangular pyramidal concave surface 381 include, for example, cutting, molding, photolithography, and etching. In particular, when using a resin material, the triangular pyramidal concave surface 381 can be formed relatively easily using a molding method such as imprinting. Furthermore, when using an etchable material, the triangular pyramidal concave surface 381 can be formed with high precision using photolithography and etching techniques.
反射面382には、金属膜383が成膜されている。これにより、反射面382に対し、良好な光反射性が付与される。金属膜383の構成材料としては、例えば、アルミニウム、ニッケル、銀、金等の単体または合金が挙げられる。また、金属膜383とともに、誘電体多層膜や樹脂膜が併用されていてもよい。これにより、金属膜383の反射率を高めたり、金属膜383の劣化を抑制したりする機能を追加できる。 A metal film 383 is formed on the reflective surface 382. This provides the reflective surface 382 with good light reflectivity. Examples of materials that can be used for the metal film 383 include aluminum, nickel, silver, gold, and other elements, either alone or as alloys. A dielectric multilayer film or a resin film may also be used in conjunction with the metal film 383. This can add functions such as increasing the reflectivity of the metal film 383 and suppressing deterioration of the metal film 383.
また、上記のような反射面382は、ガラスや透明樹脂のような固体を透過することなく、分析光L1aを反射させることができる。このため、分析光L1aが白色光であっても、波長ごとの光路差が生じにくい。したがって、波長ごとに位相が変化することが抑制され、それに伴う第1受光信号F(t)のS/N比の低下を抑制できる。 Furthermore, the reflecting surface 382 described above can reflect the analytical light L1a without passing through solids such as glass or transparent resin. Therefore, even if the analytical light L1a is white light, optical path differences between wavelengths are unlikely to occur. This prevents phase changes between wavelengths, thereby preventing the associated decrease in the S/N ratio of the first received light signal F(t).
図5に示すように、三角錐型凹面381は、Y-Z面に沿ってほぼ隙間なく配置されている。これにより、再帰反射性を有さない領域を最小限に減らせるため、三角錐型凹面381による反射効率を十分に高めることができる。なお、三角錐型凹面381の配置パターンは、図5に示すパターンに限定されず、いかなるパターンであってもよい。 As shown in Figure 5, the triangular pyramidal concave surfaces 381 are arranged with almost no gaps along the Y-Z plane. This minimizes the area without retroreflectivity, thereby sufficiently increasing the reflection efficiency of the triangular pyramidal concave surfaces 381. Note that the arrangement pattern of the triangular pyramidal concave surfaces 381 is not limited to the pattern shown in Figure 5 and may be any pattern.
図1に示す駆動部80は、モーターMおよび動力変換部862を有する。モーターMは、回転力を発生させる。動力変換部862は、モーターMによる回転力を直動に変換し、光入射面332に対する分析光L1aの入射方向(X軸方向)に沿って移動ミラー33を駆動する。このような構成によれば、移動ミラー33の移動量を十分に大きく確保し得る駆動部80を実現できる。 The drive unit 80 shown in FIG. 1 has a motor M and a power conversion unit 862. The motor M generates a rotational force. The power conversion unit 862 converts the rotational force of the motor M into linear motion, driving the movable mirror 33 in the direction of incidence of the analytical light L1a on the light incident surface 332 (the X-axis direction). This configuration makes it possible to realize a drive unit 80 that can ensure a sufficiently large amount of movement of the movable mirror 33.
モーターMは、所定の回転方向および回転速度で回転力を発生させる。モーターMとしては、例えば、ステッピングモーター、DCモーター、超音波(ピエゾ)モーター等が挙げられる。 Motor M generates a rotational force in a predetermined direction and at a predetermined rotational speed. Examples of motor M include a stepping motor, a DC motor, and an ultrasonic (piezo) motor.
動力変換部862としては、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。なお、本実施形態では、移動ミラー33が再帰反射性を有しているため、動力変換部862には、過度な並進性が要求されない。このため、動力変換部862の小型化、軽量化および低コスト化を図ることができる。 Examples of the power conversion unit 862 include a one-axis linear stage, a piezoelectric drive device, and a microactuator using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology. In this embodiment, since the movable mirror 33 is retroreflective, the power conversion unit 862 does not require excessive translational movement. This allows the power conversion unit 862 to be made smaller, lighter, and less expensive.
また、本実施形態では、分析光L1aおよび測長光L2bの双方が、移動ミラー33の光入射面332に入射する。光入射面332における分析光L1aおよび測長光L2bの各入射位置は、互いに異なることが好ましい。これにより、双方の光が混在してしまうのを防止できる。 Furthermore, in this embodiment, both the analytical light L1a and the measurement light L2b are incident on the light incident surface 332 of the movable mirror 33. It is preferable that the incident positions of the analytical light L1a and the measurement light L2b on the light incident surface 332 are different from each other. This prevents the two types of light from being mixed together.
1.5.演算部
図2に示す演算部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。
1.5. Calculation Unit The calculation unit 7 shown in Fig. 2 has a moving mirror position calculation unit 72, a light intensity calculation unit 74, and a Fourier transform unit 76. The functions performed by these functional units are realized by hardware including, for example, a processor, memory, an external interface, an input unit, a display unit, etc. Specifically, the functions are realized by the processor reading and executing a program stored in memory. These components can communicate with each other via an external bus.
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。 Examples of processors include a CPU (Central Processing Unit) and a DSP (Digital Signal Processor). Instead of using these processors to execute software, it is also possible to use a FPGA (Field-Programmable Gate Array) or ASIC (Application Specific Integrated Circuit) to implement the above-mentioned functions.
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。 Examples of memory include HDDs (Hard Disk Drives), SSDs (Solid State Drives), EEPROMs (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), ROMs (Read-Only Memory), and RAMs (Random Access Memory).
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。 Examples of external interfaces include digital input/output ports such as USB (Universal Serial Bus), Ethernet (registered trademark) ports, etc.
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。 Examples of the input unit include various input devices such as a keyboard, mouse, touch panel, and touchpad. Examples of the display unit include a liquid crystal display panel and an organic EL (Electro Luminescence) display panel. Note that the input unit and display unit may be provided as needed and may be omitted.
1.5.1.移動ミラー位置演算部
図2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12を備えることにより、測長光L2aに変調成分を付加することができる。そして、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の位置に由来する測長成分を高い精度で取得することができる。そして、演算部7は、測長成分に基づいて移動ミラー位置信号X(t)を高精度に求めることができる。光ヘテロダイン干渉法によれば、測長成分を取り出すとき、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。
1.5.1. Moving Mirror Position Calculation Unit The moving mirror position calculation unit 72 shown in FIG. 2 uses optical heterodyne interferometry to determine the position of the moving mirror 33 and generates a moving mirror position signal X(t) based on the results. Specifically, the length measurement optical system 4 includes an optical modulator 12, which allows a modulation component to be added to the measurement light L2a. When the measurement light L2a and L2b interfere with each other, the resulting interference light allows the measurement component derived from the position of the moving mirror 33 to be obtained with high precision. The calculation unit 7 can then accurately calculate the moving mirror position signal X(t) based on the measurement component. Optical heterodyne interferometry provides high robustness when extracting the measurement component, being less susceptible to the effects of external disturbances, particularly stray light with frequencies that cause noise.
図2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。 The moving mirror position calculation unit 72 shown in FIG. 2 has a pre-processing unit 722, a demodulation processing unit 724, and a moving mirror position signal output unit 726. The pre-processing unit 722 and the demodulation processing unit 724 can be, for example, the pre-processing unit and demodulation unit disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2022-38156.
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の位置に由来する測長成分を復調する。つまり、復調処理部724は、周期信号生成部6が生成した周期信号である基準信号Ss、および、第2受光信号S2に基づいて、測長成分を復調する。 The pre-processing unit 722 pre-processes the second received light signal S2 based on the reference signal Ss. The demodulation processing unit 724 demodulates the measurement component derived from the position of the movable mirror 33 from the pre-processed signal output from the pre-processing unit 722 based on the reference signal Ss. In other words, the demodulation processing unit 724 demodulates the measurement component based on the reference signal Ss, which is a periodic signal generated by the periodic signal generating unit 6, and the second received light signal S2.
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に由来する測長成分に基づいて、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の位置を表す信号であって、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、移動ミラー位置信号X(t)の位置分解能としては10nm未満が達成可能になる。このため、光強度演算部74では、インターフェログラムF(x)の高精度なデジタルデータを生成することができる。 The moving mirror position signal output unit 726 generates and outputs a moving mirror position signal X(t) based on the measurement component derived from the moving mirror 33 demodulated by the demodulation processing unit 724. The moving mirror position signal X(t) obtained in this manner is a signal representing the position of the moving mirror 33, which changes over time, and captures the displacement of the moving mirror 33 at intervals sufficiently narrower than the wavelength of the measurement light L2. For example, if the wavelength of the measurement light L2 is several hundred nanometers, a position resolution of less than 10 nanometers can be achieved for the moving mirror position signal X(t). This allows the light intensity calculation unit 74 to generate highly accurate digital data of the interferogram F(x).
図6は、図1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6の横軸は、時間t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。 Figure 6 shows an example of the first light receiving signal F(t) and the movable mirror position signal X(t) acquired by the spectrometer 100 shown in Figure 1. The horizontal axis of Figure 6 represents time t, and the vertical axis represents the intensity of the interference light incident on the first light receiving element 36 or the position of the movable mirror 33.
図6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し、高い位置分解能が実現された信号のイメージである。このような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)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、最終的に、高い波長分解能(波数分解能)のスペクトルパターンを取得することができる。 The moving mirror position signal X(t) shown in Figure 6 is an image of a signal that continuously detects changes in the position of the moving mirror 33, achieving high position resolution. By generating an interferogram F(x) based on this moving mirror position signal X(t), an interferogram F(x) with a larger number of data points can be obtained. A larger number of data points means that the sampling interval of the interferogram F(x) is shorter and the accuracy is higher. Therefore, it is ultimately possible to obtain a spectral pattern with high wavelength resolution (wavenumber resolution).
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。 Furthermore, by shortening the sampling interval, it is possible to obtain an interferogram F(x) with a sufficient number of data points even when using analytical light L1 with a shorter wavelength (larger wavenumber). This makes it possible to obtain a spectral pattern over a wider wavelength range (wider wavenumber range), i.e., a spectral pattern over a wider band.
1.5.2.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。
1.5.2. Light Intensity Calculation Unit The light intensity calculation unit 74 generates a waveform (interferogram F(x)) that represents the intensity of the interference light with respect to the position of the movable mirror 33, based on the first light reception signal F(t) and the movable mirror position signal X(t).
第1受光信号F(t)は、前述したように、試料由来成分および移動ミラー33に由来する位相情報を含んでいる。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。 As described above, the first received light signal F(t) contains phase information derived from the sample-derived components and the movable mirror 33. The light intensity calculation unit 74 extracts the intensity of the first received light signal F(t) based on the movable mirror position signal X(t). The light intensity calculation unit 74 then generates an interferogram F(x) based on the position of the movable mirror 33 determined from the movable mirror position signal X(t) and the intensity of the first received light signal F(t). Note that the interferogram F(x) is expressed as a function of the optical path difference between the light reflected by the movable mirror 33 and the light reflected by the fixed mirror 34 in the analytical optical system 3, and the intensity of the interference light received by the first light receiving element 36 (the intensity of the first received light signal F(t)).
図7は、インターフェログラムF(x)の一例を示す図である。図7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7では、光路差ゼロを横軸の原点としている。 Figure 7 shows an example of an interferogram F(x). The horizontal axis of Figure 7 represents the optical path difference of the analytical optical system 3, and the vertical axis represents the intensity of the interference light. Note that the optical path difference of the analytical optical system 3 is the difference between the optical path length between the beam splitter 32 and the movable mirror 33 and the optical path length between the beam splitter 32 and the fixed mirror 34. In Figure 7, the origin of the horizontal axis is zero optical path difference.
1.5.3.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。
The Fourier transform unit 76 performs a Fourier transform on the interferogram F(x), thereby obtaining a spectral pattern containing information specific to the sample 9.
図8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。 Figure 8 shows an example of a spectral pattern SP0 obtained by performing spectroscopic analysis on sample 9. Spectral pattern SP0 is an example of the reflectance spectrum of sample 9.
図8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成分が吸収ピーク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。 In the spectral pattern SP0 shown in Figure 8, sample-derived components generated when analytical light L1 acts on sample 9 are reflected as absorption peak X9. Using the spectroscopic device 100, the characteristics of sample 9, such as material, structure, and component amounts, can be analyzed based on the spectral pattern SP0.
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る。インターフェログラムF(x)は、移動ミラー33の位置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。移動ミラー33の位置は、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、移動ミラー33の位置をより正確に求められるため、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。また、本実施形態によれば、移動ミラー33の移動時のブレに伴う第1受光信号F(t)のS/N比の低下を抑制できる。 This spectral pattern SP0 is generated by Fourier transforming the interferogram F(x). Because the interferogram F(x) is an electric field amplitude waveform obtained using the position of the movable mirror 33 as a parameter, the spectral pattern SP0 obtained by Fourier transforming it contains wavelength information. The position of the movable mirror 33 is directly linked to the wavenumber accuracy of the spectral pattern SP0. Therefore, the spectroscopic device 100 according to this embodiment can more accurately determine the position of the movable mirror 33, thereby generating a spectral pattern SP0 with a highly accurate wavelength axis (wavenumber axis). Furthermore, according to this embodiment, it is possible to suppress a decrease in the S/N ratio of the first received light signal F(t) that is caused by shaking during movement of the movable mirror 33.
なお、本明細書における移動ミラー33の移動は、図3に示すように移動ミラー33全体が並進する形態の他、光反射面332のうち、分析光L1aや測長光L2bを反射させる部位が変位する形態も含む。これと同様に、駆動部80による移動ミラー33の駆動は、移動ミラー33全体を並進させる形態の他、光反射面332のうち、分析光L1aや測長光L2bが反射される部位を変位させる形態も含む。 In this specification, the movement of the movable mirror 33 includes not only the translation of the entire movable mirror 33 as shown in FIG. 3, but also the displacement of the portions of the light reflecting surface 332 that reflect the analytical light L1a and the measurement light L2b. Similarly, the driving of the movable mirror 33 by the driver 80 includes not only the translation of the entire movable mirror 33, but also the displacement of the portions of the light reflecting surface 332 that reflect the analytical light L1a and the measurement light L2b.
2.第1実施形態の変形例
次に、第1実施形態の変形例について説明する。以下の説明では、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。
2. Modifications of the First Embodiment Next, a description will be given of modifications of the first embodiment. In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described, and descriptions of similar points will be omitted.
図9は、第1実施形態の第1変形例に係るミラー移動機構1を示す断面図である。なお、図9において、第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。 Figure 9 is a cross-sectional view showing a mirror moving mechanism 1 according to a first modified example of the first embodiment. Note that in Figure 9, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
第1変形例は、移動ミラー33が、三角錐型凹面381を覆う保護膜337を備えること以外、第1実施形態と同様である。保護膜337は、三角錐型凹面381の内部の空洞を埋めるように成膜されている。このような保護膜337を設けることにより、三角錐型凹面381を異物の付着や酸化等から保護することができる。これにより、反射効率の経時劣化を抑制できる。 The first modified example is similar to the first embodiment, except that the movable mirror 33 is provided with a protective film 337 that covers the triangular pyramidal concave surface 381. The protective film 337 is formed so as to fill the cavity inside the triangular pyramidal concave surface 381. By providing such a protective film 337, the triangular pyramidal concave surface 381 can be protected from the adhesion of foreign matter, oxidation, etc. This makes it possible to suppress deterioration of reflection efficiency over time.
また、保護膜337のX軸プラス側の表面は、好ましくは平坦面とされる。これにより、X軸プラス側から入射する光の入射効率を高められる。さらに、保護膜337の表面は、研磨面であってもよい。研磨により、表面での散乱が抑制されるため、さらに入射効率を高められる。 The surface of the protective film 337 on the positive side of the X axis is preferably flat. This increases the incidence efficiency of light incident from the positive side of the X axis. Furthermore, the surface of the protective film 337 may be polished. Polishing reduces scattering on the surface, further increasing the incidence efficiency.
保護膜337の構成材料は、光透過性を有する材料であれば、特に限定されないが、例えば、樹脂材料、ガラス材料等が挙げられる。 The material of the protective film 337 is not particularly limited as long as it is a light-transmitting material, but examples include resin materials and glass materials.
また、保護膜337は、反射防止膜としての機能を有していてもよい。これにより、光の入射効率をさらに高められる。 The protective film 337 may also function as an anti-reflection film, which can further increase the light incidence efficiency.
図10は、第1実施形態の第2変形例に係るミラー移動機構1を示す断面図である。なお、図10において、第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。 Figure 10 is a cross-sectional view showing a mirror moving mechanism 1 according to a second modified example of the first embodiment. Note that in Figure 10, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
第2変形例は、ミラーアレイシート331が、前述した三角錐型凹面381に代えて、複数の三角錐型プリズム385(再帰反射性を有する光学要素)を備えること以外、第1実施形態と同様である。 The second variant is similar to the first embodiment, except that the mirror array sheet 331 is equipped with multiple triangular pyramidal prisms 385 (retroreflective optical elements) instead of the triangular pyramidal concave surface 381 described above.
図10に示すミラーアレイシート331は、三角錐型プリズム385と、保護膜337と、粘着剤層339と、を備える。三角錐型プリズム385は、4つの面を持ち、三角錐状をなすプリズムである。4面のうちの1面は、光入射面332と平行になるように設定されている。残る3面は、頂点Pのまわりに配置されている反射面382である。反射面382は、三角錐型プリズム385と粘着剤層339との界面で構成される。この界面では、三角錐型プリズム385とそれよりも低屈折率である粘着剤層339との屈折率差に伴って、三角錐型プリズム385の内部に入射された光を内部反射させる。 The mirror array sheet 331 shown in Figure 10 comprises triangular pyramidal prisms 385, a protective film 337, and an adhesive layer 339. The triangular pyramidal prisms 385 are triangular pyramidal prisms with four faces. One of the four faces is set parallel to the light incident surface 332. The remaining three faces are reflective surfaces 382 arranged around the vertex P. The reflective surface 382 is formed at the interface between the triangular pyramidal prisms 385 and the adhesive layer 339. At this interface, light incident on the interior of the triangular pyramidal prism 385 is internally reflected due to the difference in refractive index between the triangular pyramidal prisms 385 and the adhesive layer 339, which has a lower refractive index.
このような三角錐型プリズム385では、入射される分析光L1aが、その入射角によらず、3つの反射面382で1回ずつ内部反射される。これにより、分析光L1aを、その入射方向と同じ方向に返す(再帰させる)ことができる。 In this type of triangular pyramid prism 385, the incident analytical light L1a is internally reflected once by each of the three reflecting surfaces 382, regardless of its angle of incidence. This allows the analytical light L1a to be returned (reflected) in the same direction as its incidence.
なお、三角錐型プリズム385は、三角錐以外の形状を持つプリズムで代替されていてもよい。代替可能なプリズムとしては、例えば、複数の反射面を有し、複数回の反射によって再帰反射性を発現させるように構成されているプリズムが挙げられる。具体的には、四角錐やそれ以上の多角錐型プリズム、真球、楕円球のような各種球状をなすビーズ型プリズム等が挙げられる。この場合、反射の回数は、特に限定されない。ただし、再帰反射性および反射効率の観点で、三角錐型プリズム385を含む多角錐型プリズムが好ましく用いられる。 The triangular pyramid prism 385 may be replaced with a prism having a shape other than a triangular pyramid. Examples of replaceable prisms include prisms with multiple reflective surfaces that are configured to exhibit retroreflectivity through multiple reflections. Specific examples include polygonal pyramid prisms with a square or larger pyramid shape, and bead-shaped prisms with various spherical shapes such as perfect spheres and ellipsoids. In this case, there is no particular limit to the number of reflections. However, from the perspective of retroreflectivity and reflection efficiency, polygonal pyramid prisms, including the triangular pyramid prism 385, are preferably used.
なお、粘着剤層339に代えて空気層が設定されていてもよい。つまり、ミラーアレイシート331を基材330に貼り付けたとき、三角錐型プリズム385と基材330との間に空気層が形成されるように、三角錐型プリズム385が支持されるようになっていてもよい。 In addition, an air layer may be provided instead of the adhesive layer 339. In other words, when the mirror array sheet 331 is attached to the substrate 330, the triangular pyramidal prisms 385 may be supported so that an air layer is formed between the triangular pyramidal prisms 385 and the substrate 330.
三角錐型プリズム385の構成材料は、光透過性を有する材料であれば、特に限定されないが、例えば、樹脂材料、ガラス材料等が挙げられる。
以上のような各変形例においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
The material of the triangular pyramidal prism 385 is not particularly limited as long as it is a light-transmitting material, and examples thereof include resin materials and glass materials.
In each of the above modifications, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
3.第2実施形態
次に、第2実施形態に係るミラー移動機構について説明する。
図11は、第2実施形態に係るミラー移動機構1を示す斜視図である。
3. Second Embodiment Next, a mirror moving mechanism according to a second embodiment will be described.
FIG. 11 is a perspective view showing a mirror moving mechanism 1 according to the second embodiment.
以下、第2実施形態について説明するが、以下の説明では、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説明を省略する。なお、図11において、第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。 The second embodiment will be described below. The following explanation will focus on the differences from the first embodiment, and will omit a description of similarities. Note that in Figure 11, the same reference numerals are used to designate components similar to those in the first embodiment.
第2実施形態は、基材330が螺旋面333(ヘリカル面)を有し、この螺旋面333にミラーアレイシート331(再帰反射シート)が配置されていること、および、駆動部80が、移動ミラー33を回転させるように構成されていること以外、第1実施形態と同様である。 The second embodiment is similar to the first embodiment except that the substrate 330 has a spiral surface 333 (helical surface), a mirror array sheet 331 (retroreflective sheet) is disposed on this spiral surface 333, and the drive unit 80 is configured to rotate the movable mirror 33.
螺旋面333は、X軸方向に延在する中心軸AXまわりに設けられた螺旋状をなす面である。そして、螺旋面333にミラーアレイシート331が貼り付けられている。 The spiral surface 333 is a spiral surface arranged around a central axis AX extending in the X-axis direction. The mirror array sheet 331 is attached to the spiral surface 333.
ミラーアレイシート331には、図示しない再帰反射性を有する複数の光学要素が配置されている。基材330を中心軸AXまわりに回転させた状態で、ミラーアレイシート331に分析光L1aを照射すると、基材330の回転に伴って照射位置がX軸方向に変位する。これにより、分析光L1aの光路長を変化させることができる。つまり、図11に示す駆動部80は、移動ミラー33をX軸方向に駆動することができる。 The mirror array sheet 331 has multiple retroreflective optical elements (not shown) arranged on it. When the analytical light L1a is irradiated onto the mirror array sheet 331 while the substrate 330 is rotated around the central axis AX, the irradiation position displaces in the X-axis direction as the substrate 330 rotates. This allows the optical path length of the analytical light L1a to be changed. In other words, the drive unit 80 shown in FIG. 11 can drive the movable mirror 33 in the X-axis direction.
また、本実施形態では、基材330の形状により、モーターMの回転力が、ミラーアレイシート331をX軸方向に変位させる駆動力に変換されている。このような構成によれば、動力変換部862を省略することができるので、駆動部80の小型化、軽量化および低コスト化を図ることができる。 In addition, in this embodiment, the shape of the base material 330 converts the rotational force of the motor M into a driving force that displaces the mirror array sheet 331 in the X-axis direction. With this configuration, the power conversion unit 862 can be omitted, making it possible to reduce the size, weight, and cost of the driving unit 80.
また、ミラーアレイシート331には、測長光L2bも照射される。これにより、分析光L1aに光路長の変化を測長することができる。なお、図11では、図示の便宜上、分析光L1aと測長光L2bとが同一の光路で照射されているが、これらは互いにずれていることが好ましい。後述する各図でも同様である。 Measuring light L2b is also irradiated onto the mirror array sheet 331. This allows changes in the optical path length of the analytical light L1a to be measured. Note that in Figure 11, for convenience of illustration, the analytical light L1a and measuring light L2b are irradiated along the same optical path, but it is preferable that they are offset from each other. This also applies to the other figures described below.
なお、ミラーアレイシート331には、再帰反射性があるため、螺旋面333が曲面であっても、また、X軸に対して直交していなくても、入射する光を再帰させることができる。このため、駆動部80の小型化等を図りつつ、それに伴う第1受光信号F(t)や第2受光信号S2のS/N比の低下を抑制できる。
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。
Since the mirror array sheet 331 has retroreflectivity, it can reflect incident light even if the helical surface 333 is curved or not perpendicular to the X-axis. This makes it possible to reduce the size of the driver 80 while suppressing the accompanying decrease in the S/N ratio of the first received light signal F(t) and the second received light signal S2.
In the second embodiment as described above, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
4.第3実施形態
次に、第3実施形態に係るミラー移動機構について説明する。
図12は、第3実施形態に係るミラー移動機構1を示す斜視図である。
4. Third Embodiment Next, a mirror moving mechanism according to a third embodiment will be described.
FIG. 12 is a perspective view showing a mirror moving mechanism 1 according to the third embodiment.
以下、第3実施形態について説明するが、以下の説明では、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説明を省略する。なお、図12において、第2実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。 The third embodiment will be described below. The following explanation will focus on the differences from the second embodiment, and will omit a description of similarities. Note that in Figure 12, the same reference numerals are used to designate components similar to those in the second embodiment.
第3実施形態は、基材330が渦巻面334(スパイラル面)を有し、この渦巻面334にミラーアレイシート331(再帰反射シート)が配置されていること以外、第2実施形態と同様である。 The third embodiment is similar to the second embodiment, except that the substrate 330 has a spiral surface 334 and a mirror array sheet 331 (retroreflective sheet) is disposed on this spiral surface 334.
渦巻面334は、X軸方向と交差するY軸方向に延在する中心軸AXまわりに広がっている。渦巻とは、中心軸AX上から見たとき、中心軸AXまわりを周回しながら、外側に向かうように広がる形状を指す。そして、渦巻面334にミラーアレイシート331が貼り付けられている。 The spiral surface 334 spreads around a central axis AX that extends in the Y-axis direction, which intersects with the X-axis direction. A spiral refers to a shape that, when viewed from above the central axis AX, spreads outward while rotating around the central axis AX. A mirror array sheet 331 is attached to the spiral surface 334.
基材330を中心軸AXまわりに回転させた状態で、ミラーアレイシート331に分析光L1aを照射すると、基材330の回転に伴って照射位置がX軸方向に変位する。これにより、分析光L1aの光路長を変化させることができる。つまり、図12に示す駆動部80は、移動ミラー33をX軸方向に駆動することができる。 When analytical light L1a is irradiated onto the mirror array sheet 331 while the substrate 330 is rotated around the central axis AX, the irradiation position displaces in the X-axis direction as the substrate 330 rotates. This allows the optical path length of analytical light L1a to be changed. In other words, the drive unit 80 shown in Figure 12 can drive the movable mirror 33 in the X-axis direction.
なお、ミラーアレイシート331には、再帰反射性があるため、渦巻面334が曲面であっても、また、X軸に対して直交していなくても、入射する光を再帰させることができる。このため、駆動部80の小型化等を図りつつ、それに伴う第1受光信号F(t)や第2受光信号S2のS/N比の低下を抑制できる。
以上のような第3実施形態においても、第2実施形態と同様の効果が得られる。
Since the mirror array sheet 331 has retroreflectivity, it can reflect incident light even if the spiral surface 334 is curved or not perpendicular to the X-axis. This makes it possible to reduce the size of the driver 80 while suppressing the accompanying decrease in the S/N ratio of the first received light signal F(t) and the second received light signal S2.
In the third embodiment as described above, the same effects as in the second embodiment can be obtained.
5.第4実施形態
次に、第4実施形態に係るミラー移動機構について説明する。
図13および図14は、第4実施形態に係るミラー移動機構1を示す斜視図である。
5. Fourth Embodiment Next, a mirror moving mechanism according to a fourth embodiment will be described.
13 and 14 are perspective views showing a mirror moving mechanism 1 according to the fourth embodiment.
以下、第4実施形態について説明するが、以下の説明では、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説明を省略する。なお、図13および図14において、第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。 The fourth embodiment will be described below. The following explanation will focus on the differences from the first embodiment, and will omit a description of similarities. Note that in Figures 13 and 14, the same reference numerals are used to designate components similar to those in the first embodiment.
第4実施形態は、基材330が円錐状をなし、その側面335にミラーアレイシート331(再帰反射シート)が配置されていること、および、駆動部80が、移動ミラー33を回転させながら並進させるように構成されていること以外、第1実施形態と同様である。 The fourth embodiment is similar to the first embodiment, except that the base material 330 is conical, a mirror array sheet 331 (retroreflective sheet) is disposed on its side surface 335, and the drive unit 80 is configured to translate the movable mirror 33 while rotating it.
図13に示す基材330の側面335上には、ミラーアレイシート331(再帰反射性シート)が貼り付けられている。また、図14に示す基材330の側面335上には、中心軸AXまわりに設けられた螺旋状の段差が設けられている。そして、この段差にミラーアレイシート331が貼り付けられている。 A mirror array sheet 331 (retroreflective sheet) is attached to the side surface 335 of the substrate 330 shown in Figure 13. Also, a spiral step is provided around the central axis AX on the side surface 335 of the substrate 330 shown in Figure 14. The mirror array sheet 331 is then attached to this step.
基材330を中心軸AXまわりに回転させるとともに、中心軸AXに沿って並進させた状態で、ミラーアレイシート331に分析光L1aを照射すると、基材330の駆動に伴って照射位置がX軸方向に変位する。これにより、分析光L1aの光路長を変化させることができる。つまり、図13および図14に示す駆動部80は、移動ミラー33をX軸方向に駆動することができる。
以上のような第4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。
When the mirror array sheet 331 is irradiated with analytical light L1a while the substrate 330 is rotated around the central axis AX and translated along the central axis AX, the irradiation position is displaced in the X-axis direction as the substrate 330 is driven. This allows the optical path length of the analytical light L1a to be changed. In other words, the drive unit 80 shown in FIGS. 13 and 14 can drive the movable mirror 33 in the X-axis direction.
In the fourth embodiment as described above, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
6.第5実施形態
次に、第5実施形態に係るミラー移動機構について説明する。
図15は、第5実施形態に係るミラー移動機構1を示す断面図である。
6. Fifth Embodiment Next, a mirror moving mechanism according to a fifth embodiment will be described.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing the mirror moving mechanism 1 according to the fifth embodiment.
以下、第5実施形態について説明するが、以下の説明では、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説明を省略する。なお、図15において、第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。
第5実施形態は、レンズ部39を備えること以外、第1実施形態と同様である。
The fifth embodiment will be described below, focusing on the differences from the first embodiment and omitting the description of the similarities. Note that in Fig. 15, the same reference numerals are used to designate the same components as those in the first embodiment.
The fifth embodiment is similar to the first embodiment except that a lens unit 39 is provided.
図15に示すレンズ部39は、分析光L1aの光径を拡張する光径拡張レンズ391を有する。光径拡張レンズ391は、光入射面332と対向する位置に設けられる。これにより、第1実施形態よりも光径が大きい分析光L1aをミラーアレイシート331に入射させることができる。また、ミラーアレイシート331で反射された分析光L1aは、入射方向をたどるように戻るため、光径拡張レンズ391に入射され、平行光に変換される。 The lens unit 39 shown in FIG. 15 has a beam diameter expansion lens 391 that expands the beam diameter of the analytical light L1a. The beam diameter expansion lens 391 is provided in a position opposite the light incident surface 332. This allows the analytical light L1a, which has a larger beam diameter than in the first embodiment, to be incident on the mirror array sheet 331. Furthermore, the analytical light L1a reflected by the mirror array sheet 331 returns in the same direction as the incident light, so it is incident on the beam diameter expansion lens 391 and converted into parallel light.
このような構成によれば、分析光L1aに対し、より多くの三角錐型凹面381(再帰反射性を有する光学要素)を作用させることができる。これにより、三角錐型凹面381が持つ個体差、製造誤差、基材330のブレ等が分析光L1aに与える影響を希薄化させることができる。 This configuration allows more triangular pyramidal concave surfaces 381 (retroreflective optical elements) to act on the analytical light L1a. This reduces the influence of individual differences in the triangular pyramidal concave surfaces 381, manufacturing errors, and blurring of the base material 330 on the analytical light L1a.
図16は、図15に示すレンズ部39の有無に伴う分析光L1aの断面における強度分布例を模式的に示す図である。 Figure 16 is a diagram showing an example of the intensity distribution in the cross section of the analytical light L1a with and without the lens portion 39 shown in Figure 15.
図16の(a)は、レンズ部39がない場合の分析光L1aの断面の強度分布を、濃淡で表した模式図である。縞模様を描いている線は、三角錐型凹面381同士の境界が投影されてなる暗部を示している。三角錐型凹面381同士の境界では、反射率が低下するため、このような暗部を発生させる。レンズ部39がない場合、分析光L1aに作用する三角錐型凹面381の数が少ないため、分析光L1aに対して暗部の影響が強く反映される。このような分析光L1aが他の分析光L1bと干渉するとき、分析光L1aのブレの影響が干渉強度に強く反映されやすいという課題が生じる。 Figure 16(a) is a schematic diagram, expressed in shades, of the cross-sectional intensity distribution of analytical light L1a when the lens portion 39 is not present. The striped lines indicate dark areas formed by the projection of the boundaries between the triangular pyramidal concave surfaces 381. These dark areas are generated because the reflectivity decreases at the boundaries between the triangular pyramidal concave surfaces 381. When the lens portion 39 is not present, there are fewer triangular pyramidal concave surfaces 381 acting on the analytical light L1a, so the influence of the dark areas is strongly reflected in the analytical light L1a. When such analytical light L1a interferes with other analytical light L1b, the problem arises that the influence of the fluctuation of analytical light L1a is likely to be strongly reflected in the interference intensity.
一方、図16の(b)は、レンズ部39がある場合の分析光L1aの断面の強度分布を、濃淡で表した模式図である。図16(b)では、図16(a)に比べて、暗部を表す線が細くなっている。これは、レンズ部39によって光径を拡張させ、より多くの三角錐型凹面381で反射されるようにした結果、三角錐型凹面381同士の境界の影響が希薄になったことに起因している。このような分析光L1aが他の分析光L1bと干渉するときには、分析光L1aのブレの影響が干渉強度に反映されにくい。したがって、上記の課題を解消することができる。 On the other hand, Figure 16(b) is a schematic diagram showing the cross-sectional intensity distribution of analytical light L1a when the lens portion 39 is present, expressed in shading. In Figure 16(b), the lines representing dark areas are thinner than in Figure 16(a). This is because the lens portion 39 expands the light diameter, causing it to be reflected by more triangular pyramidal concave surfaces 381, thereby reducing the influence of the boundaries between the triangular pyramidal concave surfaces 381. When such analytical light L1a interferes with other analytical light L1b, the influence of the blurring of analytical light L1a is less likely to be reflected in the interference intensity. This solves the above problem.
なお、光径拡張レンズ391の形状等は、光径を拡張する機能を発現できる形状であれば、特に限定されない。また、レンズ部39は、複数のレンズの集合体で構成されていてもよいし、ミラーやプリズム等、他の光学要素が追加されたものであってもよい。 The shape of the light diameter expansion lens 391 is not particularly limited as long as it is capable of expanding the light diameter. Furthermore, the lens unit 39 may be composed of a collection of multiple lenses, or may include other optical elements such as mirrors and prisms.
図15に示す駆動部80は、移動ミラー33とレンズ部39を一体にして並進駆動させる。これにより、移動ミラー33とレンズ部39との離間距離を一定に維持できる。その結果、分析光L1aの拡径率が変化するのを抑制でき、干渉強度への影響を抑制できる。
以上のような第5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。
15 translates the movable mirror 33 and the lens unit 39 together. This allows the distance between the movable mirror 33 and the lens unit 39 to be maintained constant. As a result, it is possible to prevent the diameter expansion rate of the analytical light L1a from changing, thereby suppressing the effect on the interference intensity.
In the fifth embodiment as described above, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
7.第5実施形態の変形例
次に、第5実施形態の変形例について説明する。以下の説明では、第5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17において、第5実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。
7. Modification of the Fifth Embodiment Next, a modification of the fifth embodiment will be described. In the following description, differences from the fifth embodiment will be mainly described, and a description of similar points will be omitted. Note that in FIG. 17, the same reference numerals are used to designate the same components as those in the fifth embodiment.
図17は、第5実施形態の第1変形例に係るミラー移動機構1を示す断面図である。
第1変形例は、レンズ部39が平行化レンズ392をさらに有すること以外、第5実施形態と同様である。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a mirror moving mechanism 1 according to a first modified example of the fifth embodiment.
The first modified example is similar to the fifth embodiment except that the lens unit 39 further includes a parallelizing lens 392 .
平行化レンズ392は、光径拡張レンズ391と移動ミラー33(ミラー部)との間に設けられ、光径拡張レンズ391で光径が拡張されて移動ミラー33に入射する分析光L1aを、平行光に変換する。 The collimating lens 392 is provided between the beam diameter expansion lens 391 and the movable mirror 33 (mirror portion), and converts the analytical light L1a, whose beam diameter has been expanded by the beam diameter expansion lens 391 and which is incident on the movable mirror 33, into parallel light.
このような構成によれば、移動ミラー33が移動しても、分析光L1aの照射範囲を一定に維持することができる。このため、移動ミラー33の移動に伴って、分析光L1aに作用する三角錐型凹面381の数が変化するのを防止することができる。 With this configuration, the irradiation range of the analytical light L1a can be maintained constant even when the movable mirror 33 moves. This prevents the number of triangular pyramidal concave surfaces 381 that act on the analytical light L1a from changing as the movable mirror 33 moves.
また、上記のような構成では、移動ミラー33とレンズ部39との離間距離が変化することが許容される。したがって、図17に示すミラー移動機構1は、固定ステージ863を備え、レンズ部39がこの固定ステージ863に支持されている。 Furthermore, with the above configuration, the distance between the moving mirror 33 and the lens unit 39 is allowed to change. Therefore, the mirror moving mechanism 1 shown in Figure 17 includes a fixed stage 863, and the lens unit 39 is supported by this fixed stage 863.
このような構成によれば、駆動部80がレンズ部39を駆動する必要がなくなるため、駆動部80の構造の簡素化、小型化および低コスト化を図ることができる。 With this configuration, the drive unit 80 does not need to drive the lens unit 39, which simplifies the structure of the drive unit 80, making it smaller and less expensive.
なお、平行化レンズ392の形状等は、分析光L1aを平行化する機能を発現できる形状であれば、特に限定されない。また、レンズ部39は、複数のレンズの集合体で構成されていてもよいし、ミラーやプリズム等、他の光学要素が追加されたものであってもよい。 The shape of the collimating lens 392 is not particularly limited as long as it is capable of collimating the analytical light L1a. The lens unit 39 may be composed of a collection of multiple lenses, or may include other optical elements such as mirrors or prisms.
図18は、第5実施形態の第2変形例に係るミラー移動機構1を示す断面図である。
第2変形例は、光入射面332に分析光L1aと測長光L2bの双方を入射させたこと以外、第1変形例と同様である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a mirror moving mechanism 1 according to a second modified example of the fifth embodiment.
The second modified example is similar to the first modified example, except that both the analytical light L1a and the measurement light L2b are incident on the light incident surface 332.
図18に示すように、分析光L1aおよび測長光L2bは、光入射面332の互いに異なる第1領域および第2領域に入射させる必要がある。これにより、分析光L1aと測長光L2bとが混在することに伴う、第1受光信号F(t)や第2受光信号S2の各S/N比(干渉強度のS/N比)の低下を抑制できる。 As shown in FIG. 18, the analytical light L1a and the measurement light L2b must be incident on different first and second regions of the light incident surface 332. This prevents a decrease in the S/N ratio (S/N ratio of interference intensity) of the first received light signal F(t) and the second received light signal S2 that occurs when the analytical light L1a and the measurement light L2b coexist.
また、この場合、分析光L1aが照射される領域(第1領域)および測長光L2bが照射される領域(第2領域)に設けられる三角錐型凹面381(再帰反射性を有する光学要素)の形状、大きさ、配置パターン等のパラメーターは、互いに同じであってもよいが、互いに異なっていてもよい。後者の場合、分析光L1aおよび測長光L2bの各光径に合わせて、パラメーターを最適化できる。これにより、第2受光信号S2のS/N比をより高めることができる。
以上のような各変形例においても、第5実施形態と同様の効果が得られる。
In this case, the parameters such as the shape, size, and arrangement pattern of the triangular pyramidal concave surface 381 (retroreflective optical element) provided in the area (first area) irradiated with the analytical light L1a and the area (second area) irradiated with the measurement light L2b may be the same or different. In the latter case, the parameters can be optimized according to the respective beam diameters of the analytical light L1a and the measurement light L2b. This can further increase the S/N ratio of the second received light signal S2.
In each of the above modifications, the same effects as those of the fifth embodiment can be obtained.
8.第6実施形態
次に、第6実施形態に係るミラー移動機構について説明する。
図19は、第6実施形態に係るミラー移動機構1を示す断面図である。
8. Sixth Embodiment Next, a mirror moving mechanism according to a sixth embodiment will be described.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing the mirror moving mechanism 1 according to the sixth embodiment.
以下、第6実施形態について説明するが、以下の説明では、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説明を省略する。なお、図19において、第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。 The sixth embodiment will be described below. The following explanation will focus on the differences from the first embodiment, and will omit a description of similarities. Note that in Figure 19, the same reference numerals are used for components similar to those in the first embodiment.
第6実施形態は、移動ミラー33が、屈曲式ピエゾアクチュエーター388と、そこに配置されているミラーアレイシート331(再帰反射シート)と、を備えること以外、第1実施形態と同様である。 The sixth embodiment is similar to the first embodiment, except that the movable mirror 33 includes a bending piezoelectric actuator 388 and a mirror array sheet 331 (retroreflective sheet) disposed thereon.
屈曲式ピエゾアクチュエーター388は、例えば短冊状をなし、長手方向の一端部が固定部81に固定されている。また、屈曲式ピエゾアクチュエーター388には、ミラーアレイシート331が貼り付けられている。 The bending piezo actuator 388 is, for example, rectangular, and one longitudinal end is fixed to the fixed portion 81. A mirror array sheet 331 is also attached to the bending piezo actuator 388.
駆動部80は、屈曲式ピエゾアクチュエーター388に電圧を印加する機能を有する。電圧が印加されると、屈曲式ピエゾアクチュエーター388は、図19に示すように、X軸方向に変位する。また、電圧を調整することにより、変位量を調整できる。 The drive unit 80 has the function of applying a voltage to the bending piezoelectric actuator 388. When a voltage is applied, the bending piezoelectric actuator 388 is displaced in the X-axis direction, as shown in Figure 19. The amount of displacement can also be adjusted by adjusting the voltage.
屈曲式ピエゾアクチュエーター388に印加する電圧を変化させながら、ミラーアレイシート331に分析光L1aを照射すると、照射位置がX軸方向に変位する。これにより、分析光L1aの光路長を変化させることができる。つまり、図19に示す駆動部80は、移動ミラー33をX軸方向に駆動することができる。 When the analytical light L1a is irradiated onto the mirror array sheet 331 while changing the voltage applied to the bending piezo actuator 388, the irradiation position is displaced in the X-axis direction. This allows the optical path length of the analytical light L1a to be changed. In other words, the drive unit 80 shown in Figure 19 can drive the movable mirror 33 in the X-axis direction.
以上のような第6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他、移動ミラー33の構造の簡素化、小型化および低コスト化を図ることができる。 In the sixth embodiment described above, the same effects as in the first embodiment can be obtained, and the structure of the movable mirror 33 can be simplified, made smaller, and made less expensive.
9.前記各実施形態が奏する効果
前記各実施形態および各変形例に係るミラー移動機構1は、移動ミラー33(ミラー部)と、移動ミラー33を駆動する駆動部80と、を備える。移動ミラー33は、光入射面332に沿って並べられた、再帰反射性を有する複数の光学要素を備える。
9. Advantages of the Present Embodiments The mirror moving mechanism 1 according to the present embodiment and the modifications includes a movable mirror 33 (mirror unit) and a drive unit 80 that drives the movable mirror 33. The movable mirror 33 includes a plurality of retroreflective optical elements arranged along the light incident surface 332.
このような構成によれば、移動ミラー33が移動するときのブレの影響を抑制できるとともに、小型化が容易で、大きな移動量を確保しやすいミラー移動機構1を実現できる。 This configuration reduces the effects of shaking when the moving mirror 33 moves, and makes it possible to realize a mirror moving mechanism 1 that is easy to miniaturize and ensures a large amount of movement.
前記各実施形態および各変形例に係るミラー移動機構1では、再帰反射性を有する光学要素(三角錐型凹面381、三角錐型プリズム385等)は、複数の反射面382を有する。そして、この光学要素は、反射面382における複数回の反射によって再帰反射性を発現させるように構成されている。 In the mirror movement mechanism 1 according to each of the above-described embodiments and modifications, the optical element having retroreflectivity (such as the triangular pyramidal concave surface 381 or the triangular pyramidal prism 385) has multiple reflective surfaces 382. This optical element is configured to exhibit retroreflectivity through multiple reflections on the reflective surfaces 382.
このような構成によれば、入射する光を、入射方向と同じ方向に精度よく返す(再帰させる)光学要素を実現できる。 This configuration makes it possible to create an optical element that accurately returns (reflects) incident light in the same direction as the incident direction.
前記各実施形態および各変形例に係るミラー移動機構1では、再帰反射性を有する光学要素(三角錐型凹面381)は、反射面382に成膜されている金属膜383を有する。そして、この光学要素は、金属膜383の表面で光を反射させるように構成されている。 In the mirror movement mechanism 1 according to each of the above-described embodiments and modifications, the retroreflective optical element (triangular pyramidal concave surface 381) has a metal film 383 formed on the reflective surface 382. This optical element is configured to reflect light on the surface of the metal film 383.
このような構成によれば、反射面382に対し、良好な光反射性を付与することができる。 This configuration allows the reflective surface 382 to have good light reflectivity.
前記各実施形態および各変形例に係るミラー移動機構1では、再帰反射性を有する光学要素は、複数の三角錐型プリズム385を有する。そして、この光学要素は、三角錐型プリズム385による複数回の内部反射によって再帰反射性を発現させるように構成されている。 In the mirror movement mechanism 1 according to each of the above-described embodiments and modifications, the optical element having retroreflectivity has multiple triangular pyramidal prisms 385. This optical element is configured to exhibit retroreflectivity through multiple internal reflections by the triangular pyramidal prisms 385.
このような構成によれば、良好な再帰反射性および反射効率を有する光学要素を実現できる。 This configuration makes it possible to achieve an optical element with good retroreflectivity and reflection efficiency.
前記各実施形態および各変形例に係るミラー移動機構1では、移動ミラー33(ミラー部)は、再帰反射性を有する光学要素(三角錐型凹面381)を覆う保護膜337を備える。 In the mirror moving mechanism 1 according to each of the above-described embodiments and modifications, the moving mirror 33 (mirror portion) is provided with a protective film 337 that covers the retroreflective optical element (triangular pyramidal concave surface 381).
このような構成によれば、光学要素を異物の付着や酸化等から保護することができる。これにより、反射効率の経時劣化を抑制できる。 This configuration protects the optical elements from foreign matter adhesion, oxidation, etc., thereby suppressing deterioration of reflection efficiency over time.
前記各実施形態および各変形例に係るミラー移動機構1では、駆動部80は、モーターMと、動力変換部862と、を有する。モーターMは、回転力を発生させる。動力変換部862は、回転力を直動に変換し、光入射面332に対する光の入射方向に沿って移動ミラー33(ミラー部)を駆動する。 In the mirror moving mechanism 1 according to each of the above-described embodiments and modifications, the drive unit 80 includes a motor M and a power conversion unit 862. The motor M generates a rotational force. The power conversion unit 862 converts the rotational force into linear motion and drives the moving mirror 33 (mirror unit) in the direction of light incidence on the light incident surface 332.
このような構成によれば、移動ミラー33の移動量を十分に大きく確保し得る駆動部80を実現できる。 This configuration makes it possible to realize a drive unit 80 that can ensure a sufficiently large amount of movement for the movable mirror 33.
前記各実施形態および各変形例に係るミラー移動機構1では、移動ミラー33(ミラー部)は、基材330と、基材330に配置されたミラーアレイシート331(再帰反射シート)と、を備える。ミラーアレイシート331は、複数の、再帰反射性を有する光学要素(三角錐型凹面381、三角錐型プリズム385等)を有する。 In the mirror moving mechanism 1 according to each of the above-described embodiments and modifications, the moving mirror 33 (mirror section) includes a substrate 330 and a mirror array sheet 331 (retroreflective sheet) disposed on the substrate 330. The mirror array sheet 331 has a plurality of retroreflective optical elements (triangular pyramidal concave surfaces 381, triangular pyramidal prisms 385, etc.).
このような構成によれば、複数の三角錐型凹面381が精度よく並んだ移動ミラー33を簡単に構築することができ、製造容易性に優れる移動ミラー33を実現できる。また、ミラーアレイシート331は、様々な用途で普及しており、入手も比較的容易であることから、移動ミラー33の低コスト化にも寄与する。 This configuration makes it easy to construct a movable mirror 33 in which multiple triangular pyramidal concave surfaces 381 are precisely aligned, resulting in a movable mirror 33 that is easy to manufacture. Furthermore, mirror array sheets 331 are widely used for a variety of purposes and are relatively easy to obtain, which also contributes to reducing the cost of the movable mirror 33.
前記各実施形態および各変形例に係るミラー移動機構1では、基材330は、中心軸AXまわりに設けられている螺旋状をなす螺旋面333(ヘリカル面)を有する。ミラーアレイシート331(再帰反射シート)は、螺旋面333に配置されている。そして、駆動部80は、中心軸AXを回転軸として移動ミラー33(ミラー部)を回転させる。 In the mirror moving mechanism 1 according to each of the above-described embodiments and modifications, the base material 330 has a spiral surface 333 (helical surface) that is spirally shaped around the central axis AX. The mirror array sheet 331 (retroreflective sheet) is disposed on the spiral surface 333. The driver 80 then rotates the moving mirror 33 (mirror section) around the central axis AX as the rotation axis.
このような構成によれば、螺旋面333の形状により、動力変換部862のような回転力を直動に変換する機構が不要になるため、小型化、軽量化および低コスト化を図りつつ、移動ミラー33を移動させ得る駆動部80を実現できる。 With this configuration, the shape of the helical surface 333 eliminates the need for a mechanism that converts rotational force into linear motion, such as the power conversion unit 862, making it possible to realize a drive unit 80 that can move the movable mirror 33 while achieving miniaturization, weight reduction, and cost reduction.
前記各実施形態および各変形例に係るミラー移動機構1では、基材330は、中心軸AX上から見たとき、中心軸AXから外側に向かうように広がる渦巻状をなす渦巻面334(スパイラル面)を有する。ミラーアレイシート331(再帰反射シート)は、渦巻面334に配置されている。そして、駆動部80は、中心軸AXを回転軸として移動ミラー33(ミラー部)を回転させる。 In the mirror moving mechanism 1 according to each of the above-described embodiments and modifications, the base material 330 has a spiral surface 334 that, when viewed from above the central axis AX, forms a spiral shape that expands outward from the central axis AX. The mirror array sheet 331 (retroreflective sheet) is disposed on the spiral surface 334. The driver 80 then rotates the moving mirror 33 (mirror unit) around the central axis AX as the axis of rotation.
このような構成によれば、渦巻面334の形状により、動力変換部862のような回転力を直動に変換する機構が不要になるため、小型化、軽量化および低コスト化を図りつつ、移動ミラー33を移動させ得る駆動部80を実現できる。 With this configuration, the shape of the spiral surface 334 eliminates the need for a mechanism that converts rotational force into linear motion, such as the power conversion unit 862, making it possible to realize a drive unit 80 that can move the movable mirror 33 while achieving smaller size, lighter weight, and lower cost.
前記各実施形態および各変形例に係るミラー移動機構1では、基材330は、中心軸AXを持つ円錐状をなしている。ミラーアレイシート331(再帰反射シート)は、円錐状をなす基材330の側面335に配置されている。そして、駆動部80は、中心軸AXを回転軸として移動ミラー33を回転させながら、中心軸AXに沿って移動ミラー33(ミラー部)を並進させる。 In the mirror moving mechanism 1 according to each of the above-described embodiments and modifications, the substrate 330 is conical with a central axis AX. The mirror array sheet 331 (retroreflective sheet) is disposed on the side surface 335 of the conical substrate 330. The drive unit 80 rotates the moving mirror 33 around the central axis AX as the axis of rotation, while translating the moving mirror 33 (mirror unit) along the central axis AX.
このような構成によれば、円錐状をなす基材330の側面335の形状により、動力変換部862のような回転力を直動に変換する機構が不要になるため、小型化、軽量化および低コスト化を図りつつ、移動ミラー33を移動させ得る駆動部80を実現できる。 With this configuration, the conical shape of the side surface 335 of the base material 330 eliminates the need for a mechanism that converts rotational force into linear motion, such as the power conversion unit 862, making it possible to realize a drive unit 80 that can move the movable mirror 33 while achieving miniaturization, weight reduction, and cost reduction.
前記各実施形態および各変形例に係るミラー移動機構1は、光入射面332と対向する位置に設けられ、光入射面332に入射する光の光径を拡張するレンズ部39を備える。 The mirror movement mechanism 1 according to each of the above embodiments and modifications includes a lens unit 39 that is disposed opposite the light incident surface 332 and expands the diameter of light incident on the light incident surface 332.
このような構成によれば、光入射面332に入射する光に対し、より多くの光学要素を作用させることができる。これにより、光学要素が持つ個体差、製造誤差、基材330のブレ等が、移動ミラー33で反射された光に与える影響を希薄化させることができる。 This configuration allows more optical elements to act on the light incident on the light incident surface 332. This reduces the impact on the light reflected by the movable mirror 33 due to individual differences in the optical elements, manufacturing errors, and blurring of the base material 330.
前記各実施形態および各変形例に係るミラー移動機構1では、駆動部80は、移動ミラー33(ミラー部)およびレンズ部39を駆動する。 In the mirror moving mechanism 1 according to each of the above-described embodiments and modifications, the drive unit 80 drives the moving mirror 33 (mirror unit) and the lens unit 39.
このような構成によれば、移動ミラー33とレンズ部39との離間距離を一定に維持できる。その結果、分析光L1aの拡径率が変化するのを抑制でき、干渉強度への影響を抑制できる。 This configuration allows the distance between the movable mirror 33 and the lens unit 39 to be maintained constant. As a result, changes in the diameter expansion rate of the analytical light L1a can be suppressed, minimizing the impact on interference intensity.
前記各実施形態および各変形例に係るミラー移動機構1では、レンズ部39は、光径拡張レンズ391と、平行化レンズ392と、を有する。光径拡張レンズ391は、光入射面332に入射する光の光径を拡張する。平行化レンズ392は、光径拡張レンズ391と移動ミラー33(ミラー部)との間に設けられ、光径拡張レンズ391で光径が拡張された光を平行化させる。 In the mirror moving mechanism 1 according to each of the above embodiments and modifications, the lens unit 39 has a light diameter expansion lens 391 and a parallelizing lens 392. The light diameter expansion lens 391 expands the light diameter of light incident on the light incident surface 332. The parallelizing lens 392 is provided between the light diameter expansion lens 391 and the movable mirror 33 (mirror unit), and parallelizes the light whose light diameter has been expanded by the light diameter expansion lens 391.
このような構成によれば、移動ミラー33が移動しても、光の照射範囲を一定に維持することができる。このため、移動ミラー33の移動に伴って、光に作用する光学要素の数が変化するのを防止することができる。 With this configuration, the light irradiation range can be maintained constant even when the movable mirror 33 moves. This prevents the number of optical elements acting on the light from changing as the movable mirror 33 moves.
前記各実施形態および各変形例に係るミラー移動機構1では、駆動部80は、移動ミラー33(ミラー部)を駆動し、レンズ部39を駆動しない。 In the mirror moving mechanism 1 according to each of the above-described embodiments and modifications, the drive unit 80 drives the moving mirror 33 (mirror unit) but does not drive the lens unit 39.
このような構成によれば、駆動部80の構造の簡素化、小型化および低コスト化を図ることができる。 This configuration allows for a simpler, more compact, and less expensive structure for the drive unit 80.
前記各実施形態および各変形例に係るミラー移動機構1では、移動ミラー33(ミラー部)は、屈曲式ピエゾアクチュエーター388と、ミラーアレイシート331(再帰反射シート)と、を備える。ミラーアレイシート331は、屈曲式ピエゾアクチュエーター388に配置され、複数の光学要素を有する。駆動部80は、屈曲式ピエゾアクチュエーター388に電圧を印加する。 In the mirror moving mechanism 1 according to each of the above embodiments and modifications, the moving mirror 33 (mirror unit) includes a bending piezo actuator 388 and a mirror array sheet 331 (retroreflective sheet). The mirror array sheet 331 is disposed on the bending piezo actuator 388 and has multiple optical elements. The driver 80 applies a voltage to the bending piezo actuator 388.
このような構成によれば、移動ミラー33の構造の簡素化、小型化および低コスト化を図ることができる。 This configuration allows for a simpler, more compact, and less expensive structure for the movable mirror 33.
前記実施形態に係る干渉計としての分光装置100は、前記各実施形態および各変形例に係るミラー移動機構1と、分析光学系3と、を備える。分析光学系3は、移動ミラー33(ミラー部)で反射された光と、試料9を経由した光と、を含む光の干渉を行うことにより、試料9に由来する情報を出力する。 The spectroscopic device 100 serving as an interferometer according to the above embodiment includes a mirror moving mechanism 1 according to each of the above embodiments and modifications, and an analytical optical system 3. The analytical optical system 3 outputs information derived from the sample 9 by performing interference between light including light reflected by the movable mirror 33 (mirror portion) and light that has passed through the sample 9.
このような構成によれば、小型化、軽量化および低コスト化が図られた分光装置100(干渉計)を実現できる。また、移動ミラー33の角度ずれ(偏角)の影響を抑制できる。これにより、例えば、精度の高い分光分析を行い得る分光装置100を実現できる。 This configuration makes it possible to realize a spectrometer 100 (interferometer) that is compact, lightweight, and low-cost. It also reduces the effects of angular deviation (angle of deviation) of the movable mirror 33. This makes it possible to realize a spectrometer 100 that can perform highly accurate spectroscopic analysis, for example.
前記実施形態に係る干渉計としての分光装置100は、測長光学系4をさらに備える。測長光学系4は、測長光L2b(レーザー光)を移動ミラー33(ミラー部)に照射し、反射された測長光L2bを受光して強度を解析することにより、移動ミラー33の変位を検出する。また、分析光学系3は、光入射面332の第1領域(分析光L1aが照射される領域)に光を照射するように構成され、測長光学系4は、光入射面332の第1領域とは異なる第2領域(測長光L2bが照射される領域)にレーザー光を照射するように構成されている。 The spectroscopic device 100 as an interferometer according to the embodiment further includes a length measurement optical system 4. The length measurement optical system 4 detects the displacement of the movable mirror 33 by irradiating the movable mirror 33 (mirror portion) with length measurement light L2b (laser light) and receiving the reflected length measurement light L2b to analyze its intensity. The analytical optical system 3 is configured to irradiate a first region of the light incident surface 332 (the region irradiated with the analytical light L1a) with light, and the length measurement optical system 4 is configured to irradiate a second region of the light incident surface 332 (the region irradiated with the length measurement light L2b) different from the first region, with laser light.
このような構成によれば、分析光L1aと測長光L2bとが混在することに伴う、干渉強度のS/N比の低下を抑制できる。 This configuration can suppress the decrease in the S/N ratio of the interference intensity that occurs when analytical light L1a and measurement light L2b coexist.
以上、本発明のミラー移動機構および干渉計を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明のミラー移動機構および干渉計は、前記各実施形態および各変形例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。 The mirror movement mechanism and interferometer of the present invention have been described above based on the illustrated embodiments, but the mirror movement mechanism and interferometer of the present invention are not limited to the above-described embodiments and modifications, and the configuration of each part may be replaced with any component, or any other component may be added.
また、本発明のミラー移動機構および干渉計は、前記各実施形態やその変形例のうち、2つ以上を含み合わせたものであってもよい。さらに、本発明の干渉計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。 The mirror movement mechanism and interferometer of the present invention may also be a combination of two or more of the above-described embodiments and their variations. Furthermore, each functional unit of the interferometer of the present invention may be divided into multiple elements, or multiple functional units may be integrated into one.
また、前記各実施形態では、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。 Furthermore, although a Michelson-type interference optical system is used in each of the above embodiments, other types of interference optical systems may also be used.
さらに、試料の配置は、図示した配置に限定されない。試料由来成分は、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、試料から射出される分析光が第1受光素子に入射可能な位置であれば、任意の位置に試料を配置することができる。 Furthermore, the sample placement is not limited to the placement shown in the figure. Sample-derived components are generated by applying analytical light to the sample, so the sample can be placed in any position as long as the analytical light emitted from the sample can be incident on the first light-receiving element.
1…ミラー移動機構、3…分析光学系、4…測長光学系、6…周期信号生成部、7…演算部、9…試料、12…光変調器、30…振動素子、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、39…レンズ部、41…第2光源、42…ビームスプリッター、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、62…発振回路、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、80…駆動部、81…固定部、100…分光装置、300…分析部、330…基材、331…ミラーアレイシート、332…光入射面、333…螺旋面、334…渦巻面、335…側面、337…保護膜、339…粘着剤層、381…三角錐型凹面、382…反射面、383…金属膜、385…三角錐型プリズム、388…屈曲式ピエゾアクチュエーター、391…光径拡張レンズ、392…平行化レンズ、400…測長部、441…光路変更ミラー、442…光路変更ミラー、722…前処理部、724…復調処理部、726…移動ミラー位置信号出力部、862…動力変換部、863…固定ステージ、AX…中心軸、F(t)…第1受光信号、F(x)…インターフェログラム、L1…分析光、L1a…分析光、L1b…分析光、L2…測長光、L2a…測長光、L2b…測長光、M…モーター、P…頂点、S2…第2受光信号、SP0…スペクトルパターン、Sd…素子駆動信号、Ss…基準信号、X(t)…移動ミラー位置信号、X9…吸収ピーク 1...mirror moving mechanism, 3...analysis optical system, 4...length measurement optical system, 6...periodic signal generating unit, 7...calculating unit, 9...sample, 12...optical modulator, 30...vibration element, 32...beam splitter, 33...moving mirror, 34...fixed mirror, 35...condensing lens, 36...first light receiving element, 39...lens unit, 41...second light source, 42...beam splitter, 45...second light receiving element, 46...half wave plate, 47...quarter wave plate, 48...1 /4 wave plate, 49... analyzer, 51... first light source, 54... beam splitter, 55... condenser lens, 56... neutral density filter, 62... oscillator circuit, 72... moving mirror position calculation unit, 74... light intensity calculation unit, 76... Fourier transform unit, 80... drive unit, 81... fixed unit, 100... spectroscopic device, 300... analysis unit, 330... substrate, 331... mirror array sheet, 332... light incident surface, 333... spiral surface, 334... spiral surface, 33 5...side surface, 337...protective film, 339...adhesive layer, 381...triangular pyramidal concave surface, 382...reflecting surface, 383...metal film, 385...triangular pyramidal prism, 388...bending type piezo actuator, 391...light diameter expansion lens, 392...parallelizing lens, 400...length measuring unit, 441...light path changing mirror, 442...light path changing mirror, 722...preprocessing unit, 724...demodulation processing unit, 726...moving mirror position signal output unit, 862... Power conversion unit, 863... fixed stage, AX... center axis, F(t)... first received light signal, F(x)... interferogram, L1... analytical light, L1a... analytical light, L1b... analytical light, L2... length measurement light, L2a... length measurement light, L2b... length measurement light, M... motor, P... vertex, S2... second received light signal, SP0... spectrum pattern, Sd... element drive signal, Ss... reference signal, X(t)... moving mirror position signal, X9... absorption peak
Claims (17)
前記ミラー部を駆動する駆動部と、
を備えることを特徴とするミラー移動機構。 a mirror portion including a plurality of retroreflective optical elements arranged along a light incident surface;
a driving unit that drives the mirror unit;
A mirror moving mechanism comprising:
回転力を発生するモーターと、
前記回転力を直動に変換し、前記光入射面に対する光の入射方向に沿って前記ミラー部を駆動する動力変換部と、
を有する請求項1に記載のミラー移動機構。 The drive unit is
A motor that generates rotational force;
a power conversion unit that converts the rotational force into a linear motion and drives the mirror unit along the incident direction of light with respect to the light incident surface;
2. The mirror moving mechanism according to claim 1, further comprising:
基材と、
前記基材に配置され、複数の前記光学要素を有する再帰反射シートと、
を備える請求項1に記載のミラー移動機構。 The mirror portion is
A substrate;
a retroreflective sheet disposed on the substrate and having a plurality of the optical elements;
The mirror moving mechanism according to claim 1 , comprising:
前記再帰反射シートは、前記螺旋面に配置されており、
前記駆動部は、前記中心軸を回転軸として前記ミラー部を回転させる請求項7に記載のミラー移動機構。 the substrate has a spiral surface that is spirally formed around a central axis,
The retroreflective sheet is disposed on the spiral surface,
The mirror moving mechanism according to claim 7 , wherein the drive unit rotates the mirror unit around the central axis as a rotation axis.
前記再帰反射シートは、前記渦巻面に配置されており、
前記駆動部は、前記中心軸を回転軸として前記ミラー部を回転させる請求項7に記載のミラー移動機構。 The substrate has a spiral surface that forms a spiral shape extending outward from the central axis when viewed from above the central axis,
The retroreflective sheet is disposed on the spiral surface,
The mirror moving mechanism according to claim 7 , wherein the drive unit rotates the mirror unit around the central axis as a rotation axis.
前記再帰反射シートは、円錐状をなす前記基材の側面に配置されており、
前記駆動部は、前記中心軸を回転軸として前記ミラー部を回転させながら、前記中心軸に沿って前記ミラー部を並進させる請求項7に記載のミラー移動機構。 The substrate has a conical shape having a central axis,
The retroreflective sheet is disposed on a side surface of the cone-shaped substrate,
The mirror moving mechanism according to claim 7 , wherein the drive unit translates the mirror unit along the central axis while rotating the mirror unit around the central axis as a rotation axis.
前記光入射面に入射する光の光径を拡張する光径拡張レンズと、
前記光径拡張レンズと前記ミラー部との間に設けられ、前記光径拡張レンズで光径が拡張された光を平行化する平行化レンズと、
を有する請求項11に記載のミラー移動機構。 The lens portion is
a light diameter expansion lens that expands the light diameter of light incident on the light incident surface;
a collimating lens provided between the light diameter expansion lens and the mirror portion, the collimating lens collimating the light whose diameter has been expanded by the light diameter expansion lens;
The mirror moving mechanism according to claim 11 , further comprising:
屈曲式ピエゾアクチュエーターと、
前記屈曲式ピエゾアクチュエーターに配置され、複数の前記光学要素を有する再帰反射シートと、
を備え、
前記駆動部は、前記屈曲式ピエゾアクチュエーターに電圧を印加する請求項1に記載のミラー移動機構。 The mirror portion is
Bending piezo actuator,
a retroreflective sheeting having a plurality of the optical elements and disposed on the bending type piezoelectric actuator;
Equipped with
The mirror moving mechanism according to claim 1 , wherein the driving unit applies a voltage to the bending type piezoelectric actuator.
前記ミラー部で反射された光と、試料を経由した光と、を含む光の干渉を行うことにより、前記試料に由来する情報を出力する分析光学系と、
を備えることを特徴とする干渉計。 A mirror moving mechanism according to any one of claims 1 to 4;
an analytical optical system that outputs information derived from the sample by causing interference of light including light reflected by the mirror unit and light that has passed through the sample;
An interferometer comprising:
前記分析光学系は、前記光入射面の第1領域に光を照射するように構成され、
前記測長光学系は、前記光入射面の前記第1領域とは異なる第2領域に前記レーザー光を照射するように構成されている請求項16に記載の干渉計。 a length measurement optical system that detects a displacement of the mirror portion by irradiating the mirror portion with a laser beam and receiving the reflected laser beam and analyzing the intensity of the reflected laser beam;
the analytical optical system is configured to irradiate a first region of the light incident surface with light;
17. The interferometer according to claim 16, wherein the length measurement optical system is configured to irradiate the laser light onto a second area of the light incident surface that is different from the first area.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2024050901A JP2025150163A (en) | 2024-03-27 | 2024-03-27 | Mirror movement mechanism and interferometer |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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