JP2679969B2 - 干渉計およびこれを内蔵するｆｔ分光光度計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、マイケルソン型（Michelson type）干渉
計の２つのアームのような２つの光路間の光路差を変え
る装置、および該装置を内蔵する上記型の干渉計、とく
にフーリェ変換分光光度計に関する。 従来の技術 ここで出現する用語“光路差”および関連用語“光路
長”および“幾何的路長”は干渉技術においては周知で
あるが、最初から区別されている場合に、文脈内でその
意味を説明するのが理解を助けるものと信じる。 まず、用語“幾何的路長”および“光路長”を区別す
るが、ここでいう路（path）は光線がその進行方向に距
離を有する２点、またはより詳細には間隔を有する２つ
の光学素子間を通過した通路である。“幾何的路長”と
は、たんに上記点の１つから他方へ、空気または任意の
他の媒体を通る通路の、便利な直線測定単位での長さで
ある。他面で、“光路長”は、空気以外の任意の介在媒
体の光波に対する遅れ効果を考慮する。定義によれば、
これは幾何的路長と媒体の屈折率との積である。屈折率
（普通文字ｎによって表わされる）は、実際に遅れの尺
度である。光波が空気中で間隔を有する２点間を進行す
るのに時間ｔを要するとすれば、１よりも大きい屈折率
ｎの媒体に代える場合、同じ２点間を進行するのに時間
ｔ×ｎを要する。たとえばｎ＝２であれば、進行時間は
２倍である。 従って、同じ幾何的路長（通路中に空気以外の媒体が
含まれてない場合）または光路長（空気以外の媒体が存
在する場合）の２つの別個の通路に沿って位相一致で進
行する２つの光波は、一方が他方に対して、場合により
他方の通路に対して一方の通路の幾何的路長または光路
長が増加することにより遅れる場合に、同期外れが起き
る。 幾何的路長を、光線が空気中を進行する距離を増減す
ることによて簡単に変えるためにミラー系を使用しうる
ことは明らかである。屈折素子が存在するところでも、
系は、空気を通過する全通路部分の幾何的長さが変化
し、従って上述したように光学的路長が幾何学的路長か
ら誘導される限り、光路長が変わることになる。 ２つの光路は同じ幾何的路長を有することができ、１
方の通路は、その光路長が大きい場合に他方よりも大き
い遅れを惹起する。他面において、光路長の相等性は常
に等しい遅れと関連している。これは、用語“光路長”
が大きい普遍性を有し、屈折素子が存在していてもいな
くてもよい文脈内で便利に使用することができる。 用語“光路差”に関して、これは簡単に、空気以外の
媒体を包含しうる２つの通路間の光路長の差に関する。
用語“幾何的通路差”は頻繁には使用されてないが、先
行文中で述べた後はその意味は明らかである。 これと関連して、用語“光路長”および“光路差”
（以下しばしば便利に頭文字O.P.D.によって表わす）
は、空気以外の媒体の存在は除外されてはいないが、包
含されている必要もない事情と関連して理解すべきであ
る。 基本マイケルソン型干渉計において、単色光光源から
発する放射線束（電磁スペクトルの可視領域または不可
視領域）は、コリメーターを通過した後ビームスプリッ
ターにあたる。ビームスプリッターは、入射する視準ビ
ームの方向に対して45゜の角度で配列されているので、
あたったビームの一部（つまり数％）は、方向を変える
ことなく透過し、一部は90゜の角度で反射する。それぞ
れの部分は、ビーム逆転ミラーによってビームスプリッ
ターに向って戻り反射され、戻り光路は進み光路と一致
する。ビームスプリッターにおいて、２つの部分の再結
合が行なわれ、第１のものは反射し、第２のものは透過
して受光装置（スクリンまたは光電検出器であってもよ
い）に通じる共通の通路に向って進行する。 ビームスプリッターと１つの逆転ミラー（これらは一
緒になって干渉計の１つのアームを表わす）の間の光路
長が、ビームスプリッターと他方の逆転ミラー（これら
は一緒になって干渉計の他のアームを表わす）の間の光
路長と同じにされている場合には、反射ビームおよび透
過ビームは相対的位相変化を受けず、このためビームス
プリッターにおいて再結合されるので、透過損失および
光学的不備がゼロであると仮定しかつビームスプリッタ
ーが50％反射を生じる場合には、未分割光ビームと区別
できない。 他面で、干渉計の２つのアームの間で、たとえば１つ
の逆転ミラーをビームスプリッターに向って動かすこと
により、単色光の1/2波長と比べて顕著な光路差が確立
されている場合には、干渉効果を期待することができ
る。再結合ビームを表わす合成正弦波の周波数は、再結
合前のビームを表わす２つの構成成分正弦波の周波数と
同じである。他面において、振幅はそれぞれ連続する横
座標点における成分正弦波振幅の代数和であり、従って
光路差は波長の整数倍に等しく、従って成分波長の振幅
が相加される場合（構成的干渉）の最大から、光路差が
波長＋1/2波長の整数倍に等しく、従って波は逆位相で
あって、振幅が減算される場合（破壊的干渉）の最小に
正弦波的に変化する。合成正弦波の最大および最小を表
わし、従って交互に明と暗を表わす一連の同心円（いわ
ゆる干渉縞）は、単色光光源が可視光を放射するものと
して、再結合したビームの通路中に介在させた収束レン
ズの焦点に通常の白色拡散スクリンを間挿することによ
って認めることができる。 またより有用に、干渉計のレンズ系は干渉計の開口絞
り（いわゆるジャキノ絞り）の像を、同心の干渉縞を与
えるための円形窓（つまり第１リング）を有する光検出
器に投影するように配置することもできる。この縞は、
光路差がそれぞれ構成的干渉および破壊的干渉に相当す
る位置の間に配置された可動ミラーによって1/2波長に
等しい変化を受ける場合、明るいパッチ（light patc
h）から暗いパッチに変わる。検出器の正弦波形電気出
力は、ミラー変位、従ってミラーに適当に機械的に結合
された任意部材の、1/2波長の数分の１内の精密な線形
測定を得るため処理することができる。もちろん、正確
に1/2波長の変位は、適当なデータからの出力信号の平
均平面交差をカウントすることによって測定することも
できる。データからカウントされた各交差は、光源の波
長の正確に1/2の光路差の変化、つまり正確に1/4波長の
数値の変位を表わす。その波長が正確に知られている単
色光光源を使用する場合、提案されたような干渉計によ
る長さの測定が恐らく最も感度が高くかつ正確に利用し
うる。 マイケルソンにより彼の干渉計のために予測された適
用分野、ただし比較的最近のものはフーリェ変換分光
（以下FTはフーリェ変換を表わす）である。上述した可
動ミラーを光路差ゼロに相当する位置と所定のリミット
との間で、ミラーを厳密に直線形通路をたどる正確な走
査装置に取付けることによって実際に変位させると、光
検出器の出力は光源の単色光輝線と比較してはるかに低
い周波数の正弦波であるが、ピーク・ピーク振幅は一定
である。検出器への光入力の波長はたとえば2.5μｍで
あり、光路差の所定リミットは2cmであると想定すれ
ば、検出器出力における反復サイクル数は明らかに2cm/
0.0025cm/8000でなければならない。光路差ゼロとリミ
ットとの間でミラーを動かすのに要した時間が１秒であ
る場合、検出器出力信号の周波数は8000Hzである。換言
すれば、もとの光波は8000Hzの周波数（十分にオーデォ
範囲内）に変調されている。CRTに表示しうる変調正弦
波は、光源のインターフェログラムを示す。インターフ
ェログラムのフーリェ変換を計算すれば、得られるトレ
ース（非常に狭いバンド形）が光源の輝線スペクトルを
表わす。 単色光光源を広バンド光源、たとえば赤外線光源に代
えると、走査ミラーが運動する場合の検出器の出力は、
もはや純粋な正弦波ではなく、光源の発光スペクトルは
異なる周波数の波を含有する。各光正弦波はさきに記載
したように２つの成分ビームと１つの合成ビームを生
じ、異なる周波数のすべての合成ビームは検出器の瞬間
出力中に、それぞれの関連する周波数および振幅の変調
正弦波によって表われる。検出器の出力を前述したよう
にプロットすれば、得られるトレースは光源の発光イン
ターフェログラムを示す。 赤外線を通さないサンプルをジャキノ絞りに置くと、
光源の発光スペクトル中に存在する異なる周波数の波
は、サンプルの化学的種類の特性により異なる程度に減
衰され、生じるインターフェログラムは光源の発光イン
ターフェログラムに重ねられたサンプルの赤外吸収イン
ターフェログラムを表わす。 ２つのインターフェログラムのフーリェ変換をとり、
こうしてサンプル＋光源のスペクトルおよび光源単独の
スペクトルを独立に得、次いで最初のスペクトルと第２
のスペクトルとの比率をとることによって、サンプルの
スペクトルが誘導される。一般に、インターフェログラ
ムは、振幅が多かれ少かれ対称に削減値に減少する混合
波が側方にある主中心バンドからなる。すべての波が構
成的干渉を受ける、光路差ゼロに一致する走査ミラーの
位置以外に、種々の正弦波の間に共通点が存在しないこ
とは価値ある観察であり；もちろん主中心バンドの存在
する理由である。 ２つの干渉アームの間の光路差を変える必要のあるマ
イケルソン型干渉計の適用が極めて種々の機械的問題を
生じることが容易に認めることができる。 案内法における機械的欠点が可動ミラーを走査運動の
間傾斜させる場合には、有効な光路差はビームスプリッ
ターの異なる領域を進行するビームの若干部分のそれぞ
れに同じではなく、その結果与えられた波長に対して若
干部分が構成的干渉を受け、若干部分が破壊的干渉を受
ける。従って、検出器信号の振幅は、傾斜が存在しない
ものに比較して偽似的に変化する。傾斜補償器の形のサ
ーボ制御器が開発されたが、これは装置全体が複雑とな
りコストの大部分を干渉計がしめ、かつ容易に調整でき
ない。これは、並進ミラーマイケルソン干渉計において
傾斜角公差が代表的に１または２秒であるように実施さ
れている場合には驚異的なことではない。 この問題は、数センチメートル程度の通路に沿って往
復運動をする走査装置が設けられていなければならない
FT分光光度計においてとくに厳しい。多くの実験装置お
よび市販装置においては直線形往復運動が選択され、精
巧さの多くはその運動を正確に直線形通路に制限するよ
うに装置を案内するための手段を発明することであっ
た。線形空気軸受およびサーボ制御器は、複雑で、従っ
て高価な系に採用されていた。 直線形走査装置の遭遇する主要困難をさけかつある程
度まで本質的に傾斜補償されている簡単な回転走査装置
に対する実際の提案は、英国マンチェスター大学の物理
研究所のスタンベルグ（R.S.Sternberg）およびジェー
ムス（J.F.James）により、“ジャーナル・オブ・サイ
エンテフイック・インストルメンツ（Journal of Sci
entific Instruments）”第41巻（1964年４月）、第22
5頁〜第226頁に、“新型マイケルソン干渉分光光度計”
なる題目で記載されている。その論文の序篇において、
著者はその解決法を討論する前の時点で公知の走査装置
の欠点を強調している。不幸にして、その提案は機械的
精度の要求を減少する問題に関する重要かつ有用な手が
かりではあるが、FT分光光度計の製造業者によって採用
されなかった。その理由は多分、本発明により完全に除
去される、重大な欠点を有することであると思われる。 最近のFT分光光度計においては、検出器により発せら
れたアナログ信号はデジタル変換され、マイクロプロセ
ッサーによって処理される。検出器に達するビームの通
路が走査装置の角位置により変化しないかもしくは検出
器への光の到達量が、分光測光サンプルの分析に決して
関係せずかつ実際に分析データを損なわないように変化
することを確保することが重要な要件である。本発明の
実際の実施例を記載する前に、かかる要求は従前の提案
によっては満足されず、走査装置からの光出力は並進的
変位を受け、その結果検出器の前の光収束装置の瞳孔が
完全に満たされているものに相当する走査装置位置から
出発し、該位置からいずれかの回転方向に走査が進行す
る場合に次第に多くの光線が瞳孔を全く通過しなくなる
ことを、あとで図面につき示す。もちろん欠点は、検出
器出力がたんに干渉縞をカウントする場合のように、信
号のアナログ変換が正確な測定を必要としないところで
は許容しうるが、サンプルのスペクトルが高次のバンド
振幅忠実度で描写しなければならないFT分光光度計にお
いては確実に受入れられない。 発明を達成するための手段 本発明の目的は、２つの光路間の光路差を変え、２つ
の通路からの寄与を包含する出力ビームをつくるための
回転走査装置を有し、設計範囲内の任意の走査装置角度
に対し実質的に一定の通路に維持される干渉装置を提供
すること、さらに改良マイケルソン型干渉計、とくに該
走査装置を内蔵するFT分光光度計を提供することであ
る。 広義には、上記目的は回転走査装置に出力ミラーを設
け、その配列が装置の回転軸の選択と関連して上記の機
能を満足しうるようにすることによって達成される。 本発明の１実施態様によれば、ビームスプリッターと
折返しミラーによって形成されたミラーの組を有する回
転光路差走査装置を有し、ビームスプリッターは半反射
性ビーム分割層を有し、その１つの面は該折返しミラー
と正確に平行に向合っている光入力面であり、他方は出
力面である干渉装置が提供される。２つの定置の折返し
ミラーは、ａ）２つの干渉アームを形成し、それぞれの
アームがビームスプリッターにより入力ビームの分割か
ら生じる２つのビームの１つを受取るため、ｂ）所定の
最大値に達するまで２つのビームの間の連続する光路差
値を回転走査するため、およびｃ）ビーム出力面で再結
合して、それから出力路に沿って向けられた単一ビーム
として射出するようにするためのミラー組と協動する。
ビーム分割層の出力面に対して直角に取付けられた出力
ミラーが設けられていて、該出力ミラーは走査装置によ
って支持されかつ出力ビームを受取るように位置決めさ
れている。適当に配置された旋回装置は、走査装置が半
反射性ビーム分割層の延長面と出力ミラーの面とのそれ
ぞれの交差線と実質的に一致する軸のまりで回転するの
を確実にする。 上述したような干渉装置においては、半反射性層と出
力ミラーとの間の詳述した幾何的関係は、走査装置の回
転軸の位置定めと関連して、出力ビームを、装置の設計
範囲内で任意の走査角の空間において実質的に不変であ
る出力光路に沿って向けることを可能にする。 出力ビームは、非常に小さいアクチブ面積の感光装置
とともに利用することができるので、とくに高い空間的
不変性を有することが重要である。しばしば設計者によ
り、その高い感度および比較的迅速な応答のために選択
される赤外線のT.G.S.（トリグリシン硫酸塩）検出器は
かかる装置である。直径がわずか1mmまたは2mmのアクチ
ブ円表面積では、該表面にあたるビームの著しい横変位
は、特定の適用形においては、この問題は実際に縮小絞
り像、たとえばFT−IR分光光度計（IRは赤外線を表わ
す）の場合における縮小ジャキノ絞り像により受光部分
のアクチブ面積に対してビームが十分小さくなるという
事実を考慮するとしても、許容できない。 記載した光学素子の総合組み合わせて達成する上述し
た幾何的関係によって作動される部分のすぐれた利点
は、回転光路差スキャナの採用が、先行技術の回転スキ
ャナでは出力ビームの空間的不安定性のため、FT分光測
光において阻止されていたこれらすべての適用において
可能になったことである。 上述した幾何的関係の重要性は、ビームスプリッター
が対称軸のまわりで回転しないことである。これは、入
力ビームの横断面が走査装置の回転する場合にビームス
プリッターの面を横断して並進しなければならないこと
を意味する。しかし、回転軸が半反射性層と共面内で対
称の軸であるとしても、ビームスプリッターへの入力ビ
ーム横断面の投影面積は走査装置の回転角により変化す
る。本発明のすぐれた実施例においては、並進および投
影の組合せ効果は、ビームスプリッターの有効面積に対
し円形輪郭を採用し、入力ビームの横断面に対し楕円形
輪郭を採用し、楕円の長軸と短軸とを、楕円によってほ
とんど完全に掃過されるビームスプリッターの有効面積
が実質的に最小であって、所定の光路差最大値を得るの
に必要な走査装置の角進行リミットおよび所望のスルー
プットまたはエマンデュに適合するように選択すること
によって考慮することができる。これは、ビームスプリ
ッターの面積全体がほとんど最大限に利用されるという
のに等しい。 ビームスプリッターが高価な光学素子である限り、こ
の実施例により可能となる経済的利点とは別に、小さい
ビームスプリッターは機械的により安定である点で機械
的利点も存在する。 走査装置の回転軸が実質的に前述した交差線と一致す
ることが提案されているが、実際に一致からの軽微な離
反は許容しうる。もちろん、一致を第一に目標とする場
合には、理想軸のまわりにより対称の公差範囲が得られ
る。該公差のため、走査装置の取付けは簡単になる。実
際に、走査装置は折返しミラー、ビームスプリッターお
よび出力ミラーを備えた回転可能な一体注型物として、
逆転ミラーを取付けた定置の一体注型物内に２つの簡単
なピボット連結を介して収めることにより、複雑で、従
って高価な軸受装置なしに回転するようにして収納する
ことができる。 発明の効果 本発明による干渉装置は、装置が実際にマイケルソン
型干渉計をベースとするFT分光光度計である場合、殊に
レーザー光源を有する参照干渉計が内蔵されている場合
に特別な利点を提供する。レーザービームが走査装置を
通る分光光度計の入力ビームと同じ通路をたどるように
されていなければならない限り、参照干渉計はそれ自
体、断面が非常に小さい空間的に一定の出力ビームのた
めに有利であり、かつアクチブ面積の小さい協動する感
光装置においては、該装置から分析下のサンプルのイン
ターフェログラムからのデータ点の取得を正確にタイミ
ングすることのできる電気信号を発生するように考案さ
れていなければならない。 次に添付図面につき本発明を詳述する。 実施例 本発明思想ならびにそれを実施することのできる１つ
の特別な方法は、第１図により、マイケルソン型干渉計
の一部として先行技術の回転走査装置をまず記載するこ
とによって最良に評価することができるものと考えられ
る。この試みの付加的利点は、上記型の干渉計に関する
先行一般的記述を基本的図面に関連させるための機会を
与えることである。 第１図において、光源１によって発せられ、開口板２
によって絞られた光は正レンズ３によって入射光線に対
して45゜に配置されかつ異なる光学的特性を有する透明
な支持板4Bと4Cとの間に挟まれた半反射（つまり部分的
に反射性で、部分的に透過性）層4Aからなるビームスプ
リッター４に向けられるほぼ平行な光線に集光される。
層4Aにあたると、入力光束は90゜の曲りを有する反射光
束部分と透過光束部分とに分割される。 反射光束部分は、層4Aからミラー６に延びる進み光路
に沿って進行するうちに平面折返しミラー５および平面
逆転ミラー６に出合い、その後ミラー６から層4Aに延び
かつ進み光路と距離的に一致する戻り光路に折返す。そ
の戻り光路の終りに、該光束部分は部分的に層4Aを通
り、平面出力ミラー７によって正レンズ８の入射瞳孔中
へ偏向され、最後に光検出器９に焦点合せされる。層4A
と逆転ミラー６との間に延びる進み光路と折返し光路と
の和は、第１図に示した干渉計の第１の干渉アームを表
わす。このアームを上側アームと呼ぶ。 透過した光束部分は、それが進み光路に沿って進行す
る始点で層4Aを通過し、該光路の終点で平面逆転ミラー
10にあたり、層4Aで終りかつ間隔的に進み光路と一致す
る戻り光路に沿って戻り、層4Aによって反射され、再び
平面出力ミラー７によって正レンズ８の入射瞳中へ反射
され、最後に光検出器９に焦点合せされる。層4Aと逆転
ミラー10との間に延びる進み光路と戻り光路との和は、
第２の干渉アームを表わす。このアームを下側アームと
呼ぶ。 層4Aと光検出器９との間に延びる光路は、干渉計の２
つのアームから光検出器９に達する２つの光束部分によ
ってそれぞれ共有され、従って２つの干渉アームの光路
長が絶対的に同一である限り、どちらの光束部分も他方
の光束部分に関して遅れを受けることがなく、第１の干
渉アームの戻り光路に沿って層4Aに達する波面は、第２
の干渉アームの戻り光路に沿って層4Aに達する波面と間
隔が一致し、２つの波面が層4Aで再び結合することにな
る（構成的干渉）。ビームスプリッター４が完全であ
り、光線により透過損失が受けない場合、再結合した光
束は、レンズ３から出る入力光束と正確に同じ強さを有
する。かかる理想的条件下で、光検出器９を拡散スクリ
ンに代え、光源１が可視光（つまり最も簡単な場合単色
光）を発光する場合、スクリン上に観察される光路は、
スクリンを開口板２の開口に置いた場合に認められる光
路と強さで区別することができない。 他面において、１つの干渉アームの光路長が他方のア
ームの光路長よりも大きかった場合、こうして確立され
る光路差が、大きい光路長を有するアームからの光の波
面を他方のアームからの波面に対して遅れさせる。位相
から外れる波面で、光検出器の位置におけるスクリン上
に観察される光路は、位相角から外れる量だけ前よりも
強さが小さく、極端な場合（逆位相）では全く認められ
ない（破壊的干渉）。 第１図につき求められる先行技術による装置において
は、下側の干渉アームの光路長は固定されかつ上側アー
ムの光路長は可変であり、これは２つのアームの間の光
路差が可変（または変調）しうるというのと同等であ
る。このため、ビームスプリッター４およびミラー５と
７はピボット12のまわりで、紙面に対して直角に回転し
うるフレーム11中に強固に取付けられ、かつ第１図に示
した成分の残余は強固に取付けられている定置の基板
（図示せず）に付着されている。フレーム11およびその
中の存在する部分が光路差走査装置を構成し、これを以
下より簡単にスキャナ13と呼ぶ。第１図に示したよう
に、スキャナ13は、２つの干渉アームの間で正確にゼロ
の光路差を与える状態にある。 第１図の先行技術の干渉計は、 ａ） ミラー５がビームスプリッターに対して正確に平
行であり； ｂ） 下側アーム逆転ミラー10が、開口板２中の開口を
開口板自体に結像するように配置されており； ｃ） 上側アームの逆転ミラー６はミラー５およびビー
ムスプリッター４を通るその結像光路がミラー10に対し
て平行であるように配置されており；かつ ｄ） ミラー７がビームスプリッター４に対し１゜の範
囲内で平行である場合に、整合されている（つまり光路
差がゼロである場合、２つのアームからの波面が正確に
ビームスプリッター層4Aで再結合する）と言われる。 図示された干渉計は、上記手段により適当に整合され
ているものと仮定される。 ２つの干渉アームの間の光路差を変えるためには、た
んにスキャナ13を、つまりピボット12のまわりで反時計
方向に回転する問題が存在するだけである。これを行な
う場合、下側アームの光路長は未変化のままであるが、
上側アームの光路長は増加する。ピボット12のまわりの
回転（いずれかの方向の）以外のスキャナ13の運動は、
光路差に影響を与えることができない。このことは実質
的に、実際に層4Aおよびミラー５によって表わされるよ
うに、ピボット支承された、正確に平行な平面反射ミラ
ーの組の周知性質による。かかる組により、上側アーム
の光路はスキャナ13の反時計方向の回転により増加する
が、ミラー６に入る光束は作動中に傾斜せず、たんにミ
ラー６上で少し下方へ並進するにすぎないことが確保さ
れる。この結果は、ピボット12が図示のように位置定め
されているかまたは他の何処に位置定めされていても達
成される。もちろん、層4Aとレンズ８との間で延びる共
通光路の光路長に何が起きるかは重要ではない。その理
由は２つの共通の光路の間で任意の光路差は存在しえな
いからである。 不幸にして、スキャナ13の重大な欠点は、上側アーム
中の水平な光束がミラー６の面上へ並進するだけではな
く、レンズ８に向けられた平行光線もミラー７の面上よ
り並進することである。こうして、スキャナ13が反時計
方向に回転する場合、ミラー６に向けられた光束が下方
へ移動すると同時に、ミラー７から光検出器９へ向かう
再結合された光束が上方へ移動し、その結果光束の有効
横断面が次第に減少する。その理由は該横断面は第１図
におけるようにもはやレンズ８の口径を満たさないで、
底から上方へ次第に光束が欠落するからである。検出器
９に達する光エネルギーの立体角が相応に減少するかま
たはより一般的には、検出器にあたる光線の光路がスキ
ャナ13の位置により変化することとなる。 スキャナ13から出る光線が、スキャナを回転する場合
にそれ自体に対して平行に移動することは、レンズ３か
ら出る平行にされた光束の方向は不変であるが、層4Aに
よって反射された相応する光線の方向はスキャナ13の回
転角により変化することを観察することにより容易に認
めることができる。第１図に示した位置からの反時計方
向の回転に対しては、反射した光線はミラー５に、前よ
りも小さい入射角（つまり入射光線とミラー５に対する
法線との間の角）であたり、このためミラー面を下降す
る。従って、ミラー５によって反射された任意の光線は
ミラー６にも下降してその面にあたることとなる。ミラ
ー７に達する任意の光線はミラー５にあたりかつ逆転ミ
ラー６を経てミラー５に戻る光線の光学的延長線である
ので、該光線、たとえば第１図における中心光線は図示
されているよりも高所でミラー７にあたる。つまり上方
へ並進することとなる。 市販のFT分光光度計におけるように、干渉系の開口絞
りを結像する区域内で検出器に達する光の瞬間強さを測
定しなければならないところでは、検出器にあたる光路
は、光路差を走査する際に一定にとどまらねばならな
い。従って、第１図に示した先行技術の光路差スキャナ
はかかる用途には適当ではない。 第１図の装置は、本発明による１実施例をつくるため
に変更され、これにより出力ビームは、走査された光路
差領域を通る空間に固定されている光路に沿って検出器
に達し、こうして回転光路差スキャナの非常に大きい適
用分野が開かれるが、その著しい利点（まず第一に走査
の機械的精度に匹敵する容易さを得ることができるこ
と）は、これまではスキャナから出るビームの並進を惹
起する走査作用のため利用することができなかった。 変更された配置を示す第２図において、ミラー７は、
その反射面が層4Aに対して垂直であるように旋回されて
いる。レンズ８および検出器９は第１図において占める
位置と対称であるそれぞれの位置に移動されることにな
る。 光路差スキャナのピボット支承点はもはや12にはな
く、14に移動されており、実際の回転軸は層4Aの延長線
とミラー７の反射面の延長線との交差線上にあり、延長
線は交差する点線によって示されている。 こうして導入された変化の結果は完全に劇的である。
容易に認められるように、回転軸の位置は、スキャナ13
の任意の回転角に対しミラー６に向けられかつミラー６
から戻る光線束がミラー６の反射面に対し厳密に垂直の
ままであることを確保する上で、層4Aおよびミラー５に
よって表わされるミラー組の動作に決して影響を与えな
い。その結果、この実施例の動作の説明については、ミ
ラー７を再配列し、かつ回転軸14を、上側の干渉アーム
から層4Aを通過し、下側のアームからの光線と結合しか
つミラー７から反射した後に、スキャナ13から出射する
光線に対して回転軸を選択する効果を考慮すれば十分で
ある。もちろん、変更された干渉計は第１図の干渉計に
つきさきに記載した手段によって整合されているものと
仮定する。第３図（若干は第２図引用）において、この
効果を図示の実施例においてスキャナ13の任意に選択さ
れた２つの角位置即ち層4Aにおける光線15の入射角が45
゜である初位置および入射角が28゜に減少している終位
置につき、レンズ３（第２図）から出る点からスキャナ
出口に到る単一入力光線15の光路をたどることによって
説明する。符号4Aおよび７に括弧内に付記されたローマ
数字Ｉは初位置を表わし；上記符号に同様に付記された
ローマ数字IIは終位置を表わす。それぞれ初位置および
終位置と組合された光線は、同様に識別されている。簡
単のため、２つの干渉アームと関連する分割光線は省略
されているので、スキャナの２つの位置のそれぞれにお
いてビーム分割層と協動する部分だけが第３図に示され
ている。 スキャナ13が図示されたように初位置にあると、入力
光線15は層4A（Ｉ）にあたり、光線15A（Ｉ）と15Bとに
分割された後、第１図と関連して上記に一般的に記載し
たようにして、15A（Ｉ）＋15Bとして再結合され、光線
15A（Ｉ）は上側の干渉アームから逆転ミラー６により
ミラー５を経て戻され、光線15Bは下側アームから折返
しミラー10によって戻される。 明らかに、光線15およびその再結合光線15A（Ｉ）＋1
5Bは、互いに垂直でなければならない。その理由は後者
は、層4Aにより光線15が90゜部分的に反射されることに
より、15に対して垂直な15A（Ｉ）の延長線上にあるか
らである。ミラー７（Ｉ）は層4A（Ｉ）に対して垂直で
あり、光線15A（Ｉ）＋15Bは45゜でミラー７にあたる結
果、光線15A（Ｉ）＋15Bは90゜で反射し、入力光線15に
対して平行に出射する。 スキャナ13の終端位置において、15A（II）＋15Bで示
される光線は光線15と平行に出る（これは第１図に示し
た先行技術の干渉計によっても達成される）だけでな
く、実際にスキャナ13が始端位置にあるとき光線15A
（Ｉ）＋15Bが出射光路と一致する光路上に存在する
（これは第１図の干渉計によっては達成されない）こと
が認められる。換言すれば、スキャナ13が１つの位置か
ら他の位置へ移動する間出力光線は同じ通路上にとどま
ることが認められる。 スキャナ13が終位置にあると、入力光線15は、上述し
たように28゜の角度で層4A（II）にあたり、分割光線15
A（II）は２倍の角度で上側干渉アーム中へ偏向され
る。戻り光線15A（II）は15B光線と再結合して15A（I
I）＋15B光線を形成し、該光線はミラー７（II）と、初
位置にあるスキャナ13の出力光線の通路もミラー７（I
I）と交差する個所で交差する。交差点でミラー７（I
I）に対する法線が再結合された光線の偏向される角度
を二等分する場合、スキャナの初位置および終位置の双
方に対する出力光線は共通の通路上に存在しなければな
らない。これは実際に、設計された範囲内のスキャナ13
の任意の回転角に対し容易に立証することができる。こ
れは、本発明が光線15（およびもちろん考慮しょうとす
る他の任意の光線）の出射光路は距離が固定されたまま
であり、こうして非常に簡単に先行技術の提案の極めて
重大な欠点が完全に除かれることが確実になることを意
味する。 本発明による光路差スキャナを実施する、4000cm^-1〜
400cm^-1（それぞれ2.5〜25μの波長に相当）の間の赤外
スペクトル領域で走査に適当なFT−IR分光光度計は、第
４図に図示されている。 第４図において紙面に対して垂直な軸に沿って長手方
向に延びる、コイル巻白金線IR光源１は、光源の中央の
最も熱い帯域に面している窓1Bを有する円筒形シールド
1Aによって取囲まれている。シールド1Aは、横断面が該
軸と交差しかつ窓1Bを二等分する面上にあることを想起
するように表わされている。全体は、窓1Bよりもはるか
に大きい円形窓1Dを有しかつ同様に表わされているもう
１つのシールド1Cによって取囲まれている。光源１によ
り窓1Bを通して放射され、分光光度計中で実際に利用さ
れる赤外線の通路は、窓1Bまたは窓1Dのいずれかによっ
ても定められないが、図示のような後光源レンズ系によ
って定められる。主光線および２組の周縁光線（１組は
利用されるパッチの各側方端から）の通路は全系を通し
て引いてある。 上述したような赤外線は楕円面ミラー16にあたり、そ
の１つの焦点域が光源１の放射パッチと一致し、他方の
焦点域は板２にある円形開口2Aと一致し、該開口はそれ
が上記放射ピッチ（radiation patch）の像によってま
んべんなく満たされるような直径を有する。瞳孔位置に
置かれたバフル板17は、ここに記載する目的のために予
め定められた長軸および短軸を有する楕円の形に形成さ
れた開口17Aによってミラー16の有効口径を定め、平面
ミラー18は開口17Aから出る光線を開口2Aへ偏向する。
これまでに記載した装置は、光源１からの放射線パッチ
を開口2Aに結像するのに役立ち、その結果放射線で満た
される円形開口2Aは十力に明確な結像を有する有効光源
となりかつ有効に十分に満たされて、実際に利用される
放射パッチの面積を定める。要するに、これは系の口径
絞り［またはジャキノ（Jacqninot）絞り］を表わす。 第２の平面ミラー19は開口2Aから出るビームを放物面
ミラー20へ偏向し、後者の２つの素子間の光路の長さは
ミラー20の焦点距離にほぼ等しく、従ってミラーはコリ
メータとして働きかつ第１図および第２図におけるレン
ズ３の光学的対照物とみなすことができる。光源１は点
光源ではなく、有限面積光源であるように意図されてい
るので、平行光線化は近似的ではあるが十分である。 さらに、ミラー20は楕円形開口17Aを逆転ミラー６お
よび10上へ結像する。投射された放射線の楕円形のパッ
チの長軸および短軸は、与えられた光スループットおよ
び光路差走査範囲に対しビームスプリッターの円形アク
チブ面積の十分な利用を確保するように選択されてお
り、本実施例では平行にされたビームは実際に、第３図
に関して示すように、ビームスプリッター面上へ並進す
ることが考慮されている。それ自体新規であると信じら
れるこの特徴の詳細は、第５図の記載の後に述べる。 放物面ミラー20によってつくられた平行なビームは本
来の干渉計光学系への光入力を形成し、該系中ビームス
プリッター４の半反射性層4Aは光路差スキャナ13の部分
を形成し、鎖線で示したフレーム11の境界内で、その上
方の折返しミラー５により固定の折返しミラー６と協働
して上側の干渉アームを形成し、下方の折返しミラー21
によって逆転ミラー10と協働して下側の干渉アームを形
成する。ミラー21は、２つの干渉アームの間で光学的対
称を確立するのを可能にすることに注意。 上述したようにしてビームスプリッター４で再結合さ
れたビームは、スキャナ13から出力ミラー７を経て出、
該ミラーは第２図および第３図に関して既に説明したす
べての重要な機能を果たす。放物面ミラー22はスキャナ
13からの出力ビームをその焦点域に収束し、ジャキノ絞
りの像は投射され、支持板23上に担持された薄層の分析
サンプルが位置定めされる。楕円面ミラー24は、該像が
場所的にその第１焦点域と一致しかつ検出器９の感光面
によって占められるその第２の焦点域へ、約6:1の縮小
率で中継されるように設計され、位置定めされている。 分析サンプルおよびその支持板は、周知の任意の便利
な形のものであると仮定しうることに注意。薄層試料が
示されている、それというのもこれが普通に使用される
形でありかつジャキノ絞り像の公称面に容易に関連させ
ることができるからである。 第４図に示されたすべての成分は、枠11内のスキャナ
13の部分を形成する成分を除き、基板（第４図には示さ
れていないが、第５図の組立図に示されている）上に強
固に取付けられている。スキャナ13は、第５図に関して
記載したように、基板に固定されたハウジング自体内で
軸14のまわりで２つのリミット位置の間で往復しながら
回転可能である。 第４図に示したように、スキャナ13はリミット位置の
間の途中にあり、２つの干渉アームの間光路差を提供す
る。それぞれ時計方向および反時計方向の回転によって
到達される２つのリミット位置は、等しいが反対符号の
光路差値に一致する。実際に、図示の位置からスキャナ
が時計方向に回転すると可変干渉アームの光路長は増加
し、反時計方向に回転すると減少する。従って、時計方
向のリミットをLmax＋とし、反時計方向のリミットをLm
ax−とするのが便利である。スキャナ13が一方のリミッ
ト位置から他方のリミット位置へ振動することによっ
て、フーリェ変換を計算する目的のために必要であるよ
うな、完全な両面干渉図が生成する。この実施例におい
て、Lmaxは2cmであり、Lmaxと光路差との間の走査時間
は１秒である。 若干詳細に記載する目的のために、主干渉計の光学系
中へ記載されたFT−IR分光光度計の部分を形成する参照
単色干渉計を挿入し、その結果これらがスキャナ13を共
有する。参照干渉計は、共有スキャナ13に加えて、632.
814ナノメーターの波長の単色の平面偏光放射線を生じ
る低出力のレーザー25を有する。レーザー25から出る平
面偏光ビームは、放物面ミラー20によってつくられる平
行ビーム中に位置定めされた小さい平面ミラー26を経て
スキャナ13を通り、スキャナ13の出力で平行ビームから
回復され、ミラー29と協働する平面ミラー28を経てセン
サーユニット27に向けられる。スキャナ13を通過する
際、ビームは1/8波長板30を通過し、これにより影響を
受ける。センサーユニット27において、ビームスプリッ
ター27Aはレーザービームの透過部分が、方向の変化な
しに光センサー27Bに到達し、反射部分が90゜偏向して
光センサー27Cに到達するのを許し、２つのセンサーの
軸は90゜離れている。あとで考慮する目的のために、平
面偏光素子27B1および27C1が、それぞれ光センサー27B
および27Cの前に、その透過面が直交するように定置定
めされている。 第５図には、第４図に示したものが実成分の工学的レ
イアウトに転移されており、この場合光源１から検出器
９への光路をたどるため主光源CFだけが示されている。
第４図と第５図とは一緒になって、光路差スキャナ自体
およびFT−IR分光光度計の成分として実施における機能
および構造（双方共本発明による）の妥当な評価を容易
にするものと信じられる。付随的に、機械的精度の要求
は操作を電磁スペクトルの赤外領域に制限することによ
り著しく少なくなっているが、本発明による回転光路差
スキャナは有利に短波長のスペクトル領域において高い
精度を得ることができる。 以下の記載において、第４図に図示した素子を識別す
る符号は、第５図における相応する実成分をも識別す
る。そのうち、ミラー16,18,19,20,22および24は、これ
らがねじ16B,18B,19B,20B,22Bおよび24Bを用いて図示の
ように剛体の基板31に固定するため、ブラケット16A,18
A,.19A,20A,22Aおよび24A上にそれぞれ支持されている
ことを指摘するためを除き、さらに詳述する必要はな
い。さらに検出器９はそれ自体ミラー24を支持するブラ
ケット24Aの延長部に取付けられているＬ字形ブラケッ
ト9A上に取付けられていることおよびサンプル支持板23
は使用時には、ねじ23Dにより基板31に取付けるためブ
ラケット23Cに固定された案内板23Bに形成された溝23A
中へ滑入し、サンプルは分光技術において周知の適当な
手段によって円形開口23Eを覆う支持板23に固定されて
いることが認められる。さらに、バフル板17とジャキノ
絞り２はシートメタルでつくられた結合ユニットＰを形
成し、前者の開口は楕円形であり、後者の開口は円形で
ある。底フランジP1は、ねじP1AによりユニットＰを基
板31にねじ締めするのを可能にする。 光源１（その外側シールド１で完成）は、Ｕ字形のブ
ラケット1Eの脚の間に垂直に取付けられ、該ブラケット
はそれ自体、Ｌの他の脚を通り1Gのようなねじにより基
板31に固定されているＬ字形ブラケット1Fの直立脚に取
付けられている。 第５図の下左手のすみがとくに注視され、そこには２
つの注型品が示されており、１つは光路差スキャナ13の
一部分を形成する３つの構成部分11A,11B,11Cを有し、
他方32は実際に、スキャナ13が記載されたように回転可
能に支承されているハウジングを形成する。 第２図に図示したようにフレーム11の工学的実施例と
みなすことのできる注型品11A−11B−11Cは、右方へフ
ラグ11Bに延び、左方へは駆動アーム11Cに延びる箱状の
中心部分11Aからなる。中心部分11Aは開口11A2を備える
壁11A1を有し、その中へ円形輪郭のビームスプリッター
４が強固に取付けられ、正面壁11A3は同じく円形である
折返しミラー５を有する。 第５図に示したように、ビームスプリッター４は第４
図におけるビームスプリッター４と同じ構造であり、こ
れは光源１から発する放射線に対し透明で同じ光学的特
性を有する２つの支持スラブの間に挟まれた半反射層か
らなる。しかし、半反射性層4A（第４図は）、該放射線
に対し透明な緊張フィルム上に設けられていてもよい。
また、これは網または格子のようなミラー面の有孔体状
構造の形をとることもでき、この場合には構造によって
表わされる層は該構造中の空隙からの反射がないため半
反射性である。この構造は自立性であるかまたは透明な
緊張フィルム上に担持されていてもよい。後者の場合こ
れはフィルム上に真空蒸着された層として設けることが
できる。 別のかかるビームスプリッター構造は、第8A図〜第8D
図に描写されている。各図中、リングフレーム4Dは半反
射性層用支持体を形成する。第8A図では、フレーム4Dは
格子4Eを形成する密に隣接し、緊張された平行な針金を
支持し；第8B図では交差する２組の平行な針金が網4Fを
形成する。フレーム4Dの直径に沿った斜視図の横断面図
である第8C図および第8D図は、それぞれフレーム4D上に
張られた透明フィルム4K上に真空蒸着された層として格
子4Gおよび網4Hを示す。フラグ11Bはビームスプリッタ
ー４に対し垂直に強固に支持された長方形のミラー７の
支持体として働く。フラグ11Bが中央部分11Aから延びる
領域は、ミラー７の表面延長線とビームスプリッター４
の反射層4Aとの間の交差線を含有する。部分11Aの上部
壁11A5中には上部板11A4が、該交差線とほぼ同心に形成
されている。ボス11A4内にはＶ字形の軸受11A4Aが設け
られている。同様に、部分11Aの下部壁11A7には、交差
線とほぼ同心である下部ボス11A6が設けられている。ボ
ス11A6内には球軸受11A8が固定されている。 駆動アーム11Cは、板11C3の一端を板11C4の一端に連
結するピン11C2に対する軸受として働く末端ボス11C1を
有し、２つの板はリンク機構11C5を形成し、このものは
さらに板の残りの２つの端部を結合しかつブロック11C7
中で回転可能な他のピン11C6を有する。ハウジング32は
32Bのような穿孔されたボスを有する床32Aを有し、これ
を32Cのようなねじが、ハウジング32を床板31に32C1の
ような弾性の取付部を通して固定するために貫通してお
り、屋根32Dは一体構造の柱32Eのような垂直な部材を介
在させることによって間隔を置いて支持されている。ボ
ス11A4中にＶ字形軸受11A4Aを係合するために、ボス32G
中に圧力嵌めされた円筒形ピボット32Fが設けられてい
る。床32A中のくぼみ（図示せず）は、球軸受11A8をボ
ス11A6中に係合するための球状の支承部分を収容する。
ピボット32Fおよび該球状支承部材の回転対称軸は上述
した交差線と一致し、球軸受11A3はその直径が該交差線
と一致するように取付けられている。記載の装置はハウ
ジング32内にスキャナ13が、該交差線と一致する軸、つ
まり軸14のまわりで回転するように取付けることにな
る。さらに、該軸の位置は、第５図に見られるように、
スキャナ13の前面に受かって重量の片寄りを形成し、そ
の結果Ｖ字形軸受11A4Aは重力により強制的にピボット3
2Fと接触する。 屋根32Dと床32Aとの間の垂直なスペーサ部材の１つ
は、それぞれミラー６および10を支持する垂直な壁32G1
および32G2を備えるミラー担持構造体32Gであり、該壁
はミラーを第４図に図示した正確な角度位置に位置定め
するために整列されている。長方形横断面の支柱状のも
う１つの部材32Hは、ミラー21を取付けるために使用さ
れている。 ハウジング32に対し２つの所定の角リミット内でスキ
ャナ13を往復しながら回転するための駆動装置を記載す
る。円筒形の駆動ローラ34と一体の駆動軸33の一端はブ
ロック11C7内で回転自由であるが、長手方向ではこれに
係留されている。さらに、軸33はその他端が36Bのよう
なねじによって床32Aに固定されたＵ字形のブラケット3
6の１つの脚に取付けられたスリーブ平軸受35中に旋回
可能に支持され、該スリーブ軸受33は付加的に軸変位の
自由を許す。駆動軸33は、ブラケット36の他のアーム36
C中のかみ合いねじに係合する一体形成の親ねじ部分33A
を有する。駆動軸33は電動モータ37により、モータ軸40
上に取付けられたプーリー39とシリンダ34との間の駆動
リンク機構を形成するベルト38を介していずれかの方向
に回転させることができる。モータ37は、42のようなね
じによってＵ字形ブラケット36に結合されている。親ね
じが右廻りであり、モータ軸40の時計方向の回転が駆動
軸33を前進運動させるものと仮定すれば、スキャナ13は
時計方向に回転せしめられ、床32Aに対して平行で、軸3
3の軸を通過する面内で駆動軸33と駆動アーム11Cとの間
の角度が、リンク機構11C5の作用による抑止なしに徐々
に変化する。同時にベルト38は軸33の長手方向の運動に
対して無視しうる抑止以上の影響を与えないが、これは
上記運動によってシリンダ34との係合する側方スラスト
が生起し、ベルトをシリンダ34の軸方向にスリップさせ
るという事実による。もちろん軸33を反時計方向に回転
させるための操作は、側方スラストの方向が反対ではあ
るが同様である。 屋根32Dの張出し部分32Lは、サドルによってレーザー
25を支持し、そのうちサドル25Aだけが認められ、スト
ラップ25Bと協動する。ミラー26は、ねじ（図示せず）
によって床32Aに取付けられた円形脚26Bに終るステム26
A上に取付けられている。1/8波長板30は円筒形ハウジン
グ30A内に、ねじ30Dにより床32Aにねじ締めされた長方
形の脚30Cに終るステム30Bによって支持されて含有され
ている。ミラー28はミラー26と同様にして取付けられて
いて、ステム18A,脚28Bおよび固定ねじ28Cが明瞭に認め
られる。ミラー29は支柱32H中にあけられた孔に嵌合す
る後ステムを備え、該ステムと孔とはかくれている。 ユニット27中の円筒形ボデイ27Fはくぼみを備え、そ
の中で適当に整列された機械加工された面27A1,27B1,27
C1,27D1および27E1が既に導入された素子27A,27B,27C,2
7Dおよび27Eをそれぞれ接着により支持する。 第５図に示した電気素子は、上述した機械的部品と協
働する電気作動系中に挿入されている。レーザー25は、
電力供給源25Cによって生かされ、後者は公共の供給ア
ウトレットに、該アウトレットに接続するためのプラグ
43Bに終るリード線43Aを有する電力および計器制御パッ
ク43を経て接続されている。検出器９、光センサー27B
と27Cおよび駆動モーター37からのリード線もパック43
に延びており、該パックは電力供給回路に加えて、第７
図のブロック図に示したハードウエアの全部（もちろん
やがて導入されるビデオディスプレーユニットおよびキ
ーボードは除外される）および検出器９、モータ37およ
びユニット27を表わすブロックを含有する。 本明細書においてさきに記載した楕円形パッチの長軸
と短軸を規定する操作を記載する。かかる操作において
はパッチの面積は、計器の所望の光通過量によって決定
される不変のデータである。 満足な手段は、第一に、スキャナ13が光路差ゼロに相
当する角位置にある場合、ビームスプリッター４（第４
図および第５図）上に形成される楕円の短軸に適当な値
を設定し、スキャナがはじめに１つの走査リミット（Lm
ax＋）に“振れ”、次に他方の走査リミット（Lmax−）
に振れた場合設定された短軸のそれぞれの末端を通る主
光線のトレースを実施して、該リミットにおけるビーム
スプリッター４とのそれぞれの交差点を見出すことであ
る。もちろん、トレースは、楕円の長軸からずれている
軸のまわりをスキャナ13が回転することによって惹起さ
れるビームスプリッター４の面上での楕円の短軸方向で
の並進の動きと、入射角が変化していくことにより楕円
の長さが変化するという複合効果があることを明らかに
する。 ところで、ビームスプリッター４の面積は、上記の交
差点および長軸の末端が同じ円上にある場合に最小にな
る。これは、交差点間の距離が長軸の長さを決定すると
いうのと同等である。一次方程式：π・ａ・ｂ＝Ａ（但
しａ＝長軸の1/2であり、ｂ＝短軸の1/2であり、Ａ＝必
要な光通過量に対する楕円の面積である）が満足される
場合、予測した短軸に対する値は正しかったのである。
そうでないときは、光線のトレースを、それよりも高い
値または低い値（どちらもさきの結果によって提示され
る）を使用して、スループットの要件を満足し、かつ走
査範囲を最小面積の円形ビームスプリッターにおいてカ
バーするのを許容する楕円が見出されるまで繰返す。こ
れを達するためには数回の繰返しが必要である。 再び第４図に関して、楕円形開口17Aを、ビームスプ
リッター４自体よりむしろ、逆転ミラー６および10上へ
結像する理由は、さもないときに生じる２つの逆転ミラ
ーからビームスプリッターに戻るビームが過度に拡がる
ことである。形状および寸法が上述したようにして決定
される楕円は、戻りビームによって形成され、これらビ
ームはなお発散しなければならないが、各逆転ミラーと
ビームスプリッターとの間の距離を調節することによっ
て、拡がりをビームスプリッター面積の十分な利用を確
保する範囲内に保つことができる。 一度楕円が規定された場合には、たんにａ）ミラー20
とバフル板17との間の光路長およびｂ）ミラー20、ビー
ムスプリッター４および逆転ミラー６および10の間の光
路長をそれぞれ調整する問題が存在するにすぎない。一
般に、一度それぞれビームスプリッター４と逆転ミラー
６および10の間の整合光路が決定された場合には、開口
17Aの便利に寸法定めされた（たとえば縮小された）像
を与え、その結果該像から戻るビームによってビームス
プリッター上につくられる放射パッチが上述した方法に
より計算された楕円に適合するような光学的レイアウト
を選択するだけでよい。 第４図および第５図のFT−IR分光光度計を制御するた
めのマイクロプロセッサを利用したシステムを示す第７
図のブロック図に言及する前に、スキャナ13、レーザー
25をベースとする参照干渉計の操作およびデジタル処理
の目的のため下降走査および上昇走査の双方におけるイ
ンターフェログラムデータ点の取得に関する特定の通則
を記載することが望ましいと考える。これと関連して、
用語下降走査（またはダウンスキャン）は、可変の干渉
アームのO.P.D.がLmax＋からLmax−に変化することを表
わし、上昇走査（またはアップスキャン）は、Lmax−か
らLmax＋に変化することを表わす。 さきに示したように、スキャナ13は、O.P.D.が各目上
ゼロである第４図および第５図に示した角基準位置に関
して対称である角位置に一致する２つの最大リミットの
間を往復する。リミット間でのスキャンにおいて形成さ
れそして、支持体23中の試料によって変化された光源１
の両側のインターフェログラムは、検出器９の出力にお
いて時間とともに変わる電気信号波形に変換される。も
ちろん、このアナログ信号は、正確に一定のO.P.D.走査
ごとに波形信号としてサンプリングを行いこのにアナロ
グ信号をデジタル信号に変換することなしには、デジタ
ル処理には不適当である。 この実施例においては、サンプリングはレーザー25の
インターフェログラムを表わす電気の基準正弦波のゼロ
交差と同調しており、各サンプリング点は不断にカウン
ターによってトレースされるので、反覆走査することに
より該点においてサンプリングされた連続する数値は常
に同じカウンターの読みと組合され、このため該読みと
組合されたデジタル記憶位置において累算されうる。採
用された走査順序の点で、カウンターが上昇走査の間は
上方カウント、下降走査の間は下降へカウントするのを
許容するように改良が加えられている。この改良は、基
準正弦波を90゜移相させて重複させることからなる。こ
れは、上述した1/8波長板を導入する簡単な手段によっ
て達成され、該波長板はそれに働くレーザー25からの偏
光ビームにより２回通過され、あたかも１回通過される
1/4波長板であるかのように働き、それ故円偏光を形成
する。もとの平面偏光された正弦波には90゜離れた同じ
周波数の正弦波が付随する。ユニット27中の偏光子27D
および27Eは、それぞれ偏光子と関連する光センサー27B
および27Cがそれぞれ呼出しのための正しい角度で透過
面に遭遇する正弦波のみを通すことができるように交差
している。最終的結果は、１つの光正弦波が光センサー
27Bにより、他の正弦波が光センサー27Cによってそれぞ
れ関係する電気正弦波に変換されることである。 どのようにして２つの電気正弦波が本発明の目的のた
めに使用されるかは、第６図に関連して説明するが、第
６図においてＡおよびＢは90゜離れた該正弦波を表わ
し、A1,B1はそれを方形化して得られる波を表わし、A2,
B2は方形波A1,B1を微分して得られる波を表わす。A2に
おいて生じる各パルスは、１つのデータ点にサンプリン
グおよび処理を制御すると、同時に第７図のブロック図
と関連してあとで確認されるカウンターを更新するのに
使用される。 A2およびB2の位相関係が矢印Ｃによって示したような
ダウンスキャンに一致するものと仮定すれば、A2におけ
る正パルスに直接続いてB2における正パルスの出現が検
知され、カウンターを減分するのに使用される。逆に、
B2における正のパルスが直接に続かないA2における正の
パルスは、アップスキャン（矢印C1）と関連し、カウン
ターは増分される。 FT−IR分光計にスイッチを入れるとカウンターは分析
サンプルのインターフェログラムにおける中央バースト
のピークが直接続くA2波における最初のゼロ交差でゼロ
位置に合される。その後、計器のスイッチを切るまで、
カウンターは上昇走査および下降走査におけるサンプリ
ング点のトラックを保持する。 第４図および第５図に示したFT−IR分光光度計を制御
するためのマイクロプロセッサをベースとする系を示す
第７図のブロック図を説明する。 第７図において、増幅器43により増幅された、検出器
９からの信号はサンプルホールドユニット44に送られ、
各サンプル値はアナログ・デジタル変換器45に送られ、
マイクロプロセッサ46に送られる。上述したように、90
゜離れた２つの正弦波からなるユニット27の出力は、増
幅器47を通り、その後各正弦波はユニット48で方形にさ
れる。得られる各方形波は微分器49中で微分される。微
分器49の１つの出力［微分された波A2（第６図）に一
致］は、トリガパルス発生器50中で各ピークにおいて、
極性を考慮せずに、マイクロプロセッサ46の制御下のサ
ンプル・ホールドユニット44を活性にするのに使用さ
れ、同じ出力がアップ・ダウンカウンター51に送られ
る。 FT−IR分光光度計がまずスイッチ−オンされると、ス
キャナ13（第４図および第５図）のあらかじめ定められ
た角位置に相応して、その後計器のスイッチが切られる
まですべてのサンプリング点のトラックを保持する目的
でゼロ位置を定めねばならない。これは、マイクロプロ
セッサ46が、サンプルインターフェログラムの中央バー
ストの振幅において最大信号レベルに達したことを確定
したときに、カウンター51を、既述したようにトリガパ
ルス発生器50への入力を供給するユニット49で微分され
た波A2の次のピークからカウントするようにセットする
カウンタフェイスアップユニット52によって達成され
る。 走査モータ制御器54に応答する駆動回路53により駆動
される走査モータ37は、マイクロプロセッサ46により該
走査モータ制御器54によって運転が連続的に行なわれ、
カウンター51における実際のカウントがとるべき走査作
用を定める。走査方向の変化は、アップスキャン／ダウ
ンスキャンセンサー55によって感知され、それによって
カウンター51はカウント方向を正しく認識して応答す
る。 各遅れリミットは定義された不変のカウンターの読み
に一致しなければならないことは容易に認めることがで
きる。マイクロプロセッサ46が該読みを検出する場合、
これは逆信号を走査モーター制御装置54に送り、同時
に、データー点の処理を中断する。走査モータ37がその
逆転動作を開始し、カウンターをカウント状態に保つ。
カウントが、データ処理が中断したときに得られた値に
回復した場合、データの処理は、逆遅れリミットに担当
するサンプリング点に達して逆転動作が再び実施される
まで続けられる。走査は、遅れリミットを通過して僅か
な疑似サンプリング点だけオーバーランし、モータが実
際に停止し、逆転する際、サンプリング点オーバーラン
の数と同じカウント数だけカウンターは減少する（逆転
の前に上昇走査が操作された場合）かまたは増加する
（下降走査が操作された場合）。 サンプリング点の軌跡をアップ・ダウンカウンター51
によって保持することによってデータ点はアップスキャ
ンおよびダウンスキャンに蓄積し、連続するインターフ
ェログラム中の同じサンプリング点において再現するデ
ータの平均化信号のそれぞれのメモリー位置に正確に送
られる。さらに、走査モータ逆転動作は著しく簡単にな
っている。 ユーザーに試料インターフェログラムおよびスペクト
ルならびに他のデータの表示を調べるのを可能にするた
め、マイクロプロセッサ46に接続されたビデオデスプレ
イユニット56が含有されている。フーリェ変換数学的プ
ロセスは、ユーザーが押すキーボードのキーの命令に応
じてプログラムされているマイクロプロセッサによって
実施される。 本明細書の文脈中で用語“光”は光スペクトルの不可
視領域を包含することは明らかである。 上述したようにFT−IR分光光度計中に本発明による回
転光路差スキャナを組込むことによって、正確、簡単、
比較的低廉かつ信頼性の高い計器を実現することが可能
であった。

【図面の簡単な説明】 添付図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は回転
光路差走査装置を内蔵する、先行技術のマイケルソン型
干渉分光計の略示断面図であり、第２図は本発明による
回転光路差走査装置を組込むために変更された、第１図
の干渉分光計の略示断面図であり、第３図は本発明によ
る回転光路差走査装置の出力光線の通路が設計範囲内の
装置の任意の回転角に対する間隔が実質的に固定された
ままであることの説明図であり、第４図は本発明による
回転光路差走査装置を内蔵するFT−IR分光光度計の象徴
的レイアウトを示す図であり、第５図は第４図の象徴的
レイアウトに一致する実際のレイアウトを示す図であ
り、第６図は第４図および第５図のFT−IR分光光度計に
関し、分光光度計に組込まれた基準レーザービームのイ
ンターフェログラムを表わす１組の電気正弦波から、分
析下の分光測光試料のインターフェログラムからのデー
タ点の取得をタイミングするための波を誘導する方法の
説明図であり、第７図は第４図〜第６図に関して記載し
たFT−IR分光光度計を統御するためのマイクロプロセッ
サをベースとする系のブロック図であり、第8A、第8B、
第8C、第8D図はそれぞれ本発明における使用に適した別
のビームスプリッター構造を示す略図である。 １……光源、２……開口板、３……正レンズ、４……ビ
ームスプリッター、4A……半反射性層、５……折返しミ
ラー、６……逆転ミラー、７……折返しミラー、８……
正レンズ、９……光検出器、10……逆転ミラー、11……
フレーム、12……ピボット、13……スキャナ、14……回
転軸、15……入力光線、16……楕円面ミラー、17……バ
フル板、17A……開口、18……平面ミラー、19……平面
ミラー、20……放物面ミラー、21……折返しミラー、22
……放物面ミラー、23……支持板、23C……ブラケッ
ト、24……楕円面ミラー、24A……ブラケット、25……
低電力レーザー、26……小平面ミラー、27……センサー
ユニット、27A……ビームスプリッター、27B,27C……光
センサー、31……基板、32……ハウジング、32A……
床、32B……ボス、32C……ねじ、32D……屋根、32E……
支柱、32F……ピボット、33……軸、34……駆動ロー
ラ、35……スリーブ軸受、36……Ｕ字形ブラケット、37
……電動モータ、38……ベルト、39……プーリー、40…
…モータ軸、41……ブラケット、42……ねじ、43……制
御パック、44……保持ユニット、45……アナログ・デジ
タル変換器、46……マイクロプロセッサ、47……増幅
器、49……微分器、50……トリガパルス発生器、51……
カウンター、52……カウンタフェイスアップユニット、
53……駆動回路、54……走査モータ制御器、55……アッ
プスキャン／ダウンスキャンセンサー、56……ビデオデ
ィスプレイユニット、57……キーボード

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．ａ） ビームスプリッターと折返しミラーによって
   形成されるミラー組を備え、該ビームスプリッターは半
   反射性のビーム分割層を有し、ビーム分割層の一方の面
   は折返しミラーと正確に平行に向き合っている光入力面
   であり、他方の面は出力面である回転光路差走査装置； ｂ） 上記ミラー組と協動する２つの定置の逆転ミラー
   を備え、ビームスプリッターで分割された２つのビーム
   の一方が折返しミラーで反射されて１つの光路で逆転ミ
   ラーの一方に向かい、分割されたビームの他方が別の光
   路で逆転ミラーの他方に向かい、各ビームは協働するミ
   ラーによりもとの光路をビームスプリッターに戻り、上
   記回転装置は２つのビームの間の光路差値を、所定の最
   大値に達するまで順次に回転走査し、ビームはビーム分
   割層の出力層で再結合されて単一ビームとして出力光路
   に沿って射出し、 ｃ） ビーム分割層の出力面に対し直角に取付けられ、
   走査装置により支持されかつ出力ビームを受取るように
   位置定めされた出力ミラー；および ｄ） 走査装置が、半反射性ビーム分割層の延長面と出
   力ミラーの面との交差線と実質的に一致する軸のまわり
   で回転するのが確実になるように配置された旋回装置を
   有することを特徴とする干渉計。 ２．ビームスプリッターは一般に円輪郭の有効面積を有
   し、さらに該入力面上での断面において回転軸と平行な
   軸が長軸となり、回転軸と垂直な軸が短軸となる楕円形
   の入力ビームを投射するための光学的ビーム制御装置を
   備え、該楕円の短軸は、走査装置の２つの所定の角移動
   限界の両端において、入力面と短軸末端の交差点間の距
   離が長軸の長さに接近するように選択され、同時に上記
   ビーム断面積は装置の所望の光量を得るのに適当な大き
   さに作られた、特許請求の範囲第１項記載の干渉計。 ３．入力ビームを形成するための光源を有し、光学的ビ
   ーム制御装置は結像装置および光源とビームスプリッタ
   ーの間に位置決めされたバフル板を包含し、該バフル板
   は楕円の口径を有し、該楕円の長軸および短軸は、結像
   装置の光学的配置と相俟って、半透明層上の該口径の最
   大投影の長軸および短軸が、楕円の所望の長軸および短
   軸にそれぞれほぼ等しい、特許請求の範囲第２項記載の
   干渉計。 ４．光路差走査装置が、所定の間隔に折返しミラー、ビ
   ームスプリッターおよび出力ミラーを支持するピボット
   支承された一体成形の注型品である、特許請求の範囲第
   １項から第２項までのいずれか１項記載の干渉計。 ５．光路差走査装置が、他の一体成形の注型品の形のハ
   ウジング内に旋回可能に取付けられ、該ハウジングに２
   つの定量の逆転ミラーが固定されている、特許請求の範
   囲第４項記載の干渉計。 ６．装置の作動状態において、光路差走査装置の回転軸
   は一般に垂直に配列されていて、該軸は２つの注型品の
   間で上方および下方のピボット連結を結合し、上方の連
   結は一方の注型品に固定された円筒形部材を有し、該円
   筒形部材は他方の注型品に固定された部材に設けられた
   Ｖ字形支承部と協働し、円筒形部材とＶ字形支承部は、
   円筒形部材が中心方向に向かうようにする力によって互
   いに強制的に係合する、特許請求の範囲第５項記載の干
   渉計。 ７．下方のピボット連結は、ピボット支承された注型品
   の自重によって、機械的摩耗の生じたときに、回転軸が
   中心から外れるのを抑制して中心に向かうようにする力
   が発生するようにしたタイプのものである、特許請求の
   範囲第６項記載の干渉計。 ８．ハウジングが基板に弾性材料を用いた防震装置に取
   付けられている、特許請求の範囲第５項から第７項まで
   のいずれか１項記載の干渉計。 ９．出力ミラーからの出力ビームを受取るため感光装置
   が基板に取付けられている、特許請求の範囲第８項記載
   の干渉計。 １０．半反射性層が、入力ビームに対し透明でかつ同じ
   光学的特性を有する２つの剛体の支持体の間に保持され
   ている、特許請求の範囲第１項から第９項までのいずれ
   か１項記載の干渉計。 １１．半反射性層が、入力ビームに対して透明な薄い緊
   張フィルム上に支持されている、特許請求の範囲第１項
   から第９項までのいずれか１項記載の干渉計。 １２．半反射性層がミラー面の有孔構造であり、該構造
   中の開孔からは反射しないため半反射性である、特許請
   求の範囲第１項から第９項までのいずれか１項記載の干
   渉計。 １３．構造が自立性である、特許請求の範囲第12項記載
   の干渉計。 １４．構造が透明な緊張フィルム上に支持されている、
   特許請求の範囲第12項記載の干渉計。 １５．構造が該フィルム上に真空蒸着された層の形であ
   る、特許請求の範囲第４項記載の干渉計。 １６．ａ） ビームスプリッターと折返しミラーによっ
   て形成されるミラー組を備え、該ビームスプリッターは
   半反射性のビーム分割層を有し、ビーム分割層の一方の
   面は折返しミラーと正確に平行に向き合っている光入力
   面であり、他方の面は出力面である回転光路差走査装
   置； ｂ） 上記ミラー組と協動する２つの定置の逆転ミラー
   を備え、ビームスプリッターで分割された２つのビーム
   の一方が折返しミラーで反射されて１つの光路で逆転ミ
   ラーの方に向かい、分割されたビームの他方が別の光路
   で逆転ミラーの他方に向かい、各ビームは協働するミラ
   ーによりもとの光路をビームスプリッターに戻り、上記
   回転装置は２つのビームの間の光路差値を、所定の最大
   値に達するまで順次に回転走査し、ビームはビーム分割
   層の出力面で再結合されて単一ビームとなって出力光路
   に沿って射出し、 ｃ） ビーム分割層の出力面に対し直角に取付けられ、
   走査装置により支持されかつ出力ビームを受取るように
   位置定めされた出力ミラー；および ｄ） 走査装置が、半反射性ビーム分割層の延長面と出
   力ミラーの面との交差線と実質的に一致する軸のまわり
   で回転するのが確実になるように配置された旋回装置を
   有するマイケルソン型干渉計および出力ビームを受取り
   かつ該ビームによって伝達された光インターフェログラ
   ムを電気的量に変換する検出器を包含することを特徴と
   するFT分光光度計。 １７．マイケルソン型干渉計内に組込まれ、狭幅の平面
   偏光の単色ビームを得るためのレーザー光源を有する参
   照干渉計；レーザービームを光路差走査装置により、入
   力ビーム、分割ビームおよび出力ビームを共有しかつ出
   力光路の一部を出力ミラーから射出する光路に沿って誘
   導するための装置；出力ミラーを通ったレーザービーム
   を検出器に通じる出力光路とは別個の光路中へ転向する
   ための装置；レーザービームを円偏向し、こうして位相
   が90゜離れたレーザービームの２つの光インターフェロ
   グラムを形成するための装置；位相が90゜離れた２つの
   光インターフェログラムを走査装置の角移動に連動し
   た、位相が90゜離れた相応する電気正弦波に変換するた
   めの２チャンネルの光電変換器；正弦波を分析インター
   フェログラムを表わす検出器出力からのデータ点の獲得
   タイミングを制御するために利用する装置；および分析
   インターフェログラムのフーリェ変換を実施し、こうし
   て分析下のサンプルのスペクトルの電気的表示を形成す
   るための装置を有する、特許請求の範囲第16項記載の装
   置。