JP5522260B2

JP5522260B2 - 平行移動機構、マイケルソン干渉計、およびフーリエ変換分光分析装置

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Publication number: JP5522260B2
Application number: JP2012531755A
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Inventors: 明小坂; 悟広瀬; 吉宏原
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Filing date: 2011-07-27
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Description

本発明は、平行移動機構、マイケルソン干渉計、およびフーリエ変換分光分析装置に関し、特に、平行ばね構造を有する平行移動機構、その平行移動機構を備えたマイケルソン干渉計、およびそのマイケルソン干渉計を備えたフーリエ変換分光分析装置に関する。

平行移動とは、所定の部材が同一の方向に同一の距離を持って移動することである。平行移動前の当該部材と平行移動後の当該部材とは互いに平行な位置関係にある。平行移動機構はこのような平行移動を実現する。特開２００８−１２８６５４号公報（特許文献１）に開示されるように、平行移動機構は、たとえばフーリエ変換分光分析装置（ＦＴＩＲ：Fourier Transform Infrared Spectroscopy）に組み込まれるマイケルソン干渉計に用いられることができる。

特開２００８−１２８６５４号公報

本発明は、高い平行度を維持した状態で所定の部材を平行移動させることが可能な平行移動機構、その平行移動機構を備えたマイケルソン干渉計、およびそのマイケルソン干渉計を備えたフーリエ変換分光分析装置を提供することを目的とする。

本発明に基づく平行移動機構は、固定体と、間隔を空けて相互に対向し、上記固定体に
各々の一端が固定された第１板ばね部および第２板ばね部と、上記第１板ばね部および上
記第２板ばね部の各々の他端同士を接続する剛体と、を有する平行ばね構造と、上記第１
板ばね部および上記第２板ばね部の各々の上記他端を上記剛体とともに並進振動させる駆
動部と、上記固定体に一端が固定され、上記第１板ばね部および上記第２板ばね部と同一
方向に延在する片持ち梁と、を備え、上記平行ばね構造における固有振動数と、上記片持
ち梁の固有振動数とは略同一であり、上記駆動部により上記剛体を並進移動させることで、上記剛体の振動に起因して上記片持ち梁を上記剛体とは反対の位相を持って共振振動させる。

好ましくは、上記平行ばね構造のばね定数をｋとし、上記平行ばね構造の上記他端側における集中荷重をｍとし、上記片持ち梁のばね定数をＫとし、且つ上記片持ち梁の上記他端側における集中荷重をＭとした時、√（ｋ／ｍ）＝√（Ｋ／Ｍ）の関係が略成立している。

好ましくは、上記片持ち梁は、上記第１板ばね部の上記一端と上記第２板ばね部の上記一端との間における上記固定体に固定されている。

好ましくは、上記片持ち梁は、上記平行ばね構造と同一の形状および大きさから構成される。

本発明に基づく平行移動機構においては、上記平行ばね構造における固有振動数と上記片持ち梁の固有振動数とが略同一とは、上記平行ばね構造における固有振動数と上記片持ち梁の固有振動数との差異が±５％以内であることを意味する。また、√（ｋ／ｍ）＝√（Ｋ／Ｍ）の関係が略成立しているとは、√（ｋ／ｍ）の値と√（Ｋ／Ｍ）の値との差異が±５％以内であることを意味する。

本発明に基づくマイケルソン干渉計は、本発明に基づく平行移動機構と、上記平行移動機構における上記平行ばね構造の上記他端側の上記表面に設けられた移動鏡と、固定鏡と、光源と、上記光源が出射した光を上記固定鏡に向かう光と上記移動鏡に向かう光とに分割するとともに、上記固定鏡および上記移動鏡の各々に反射した光を合成し干渉光として出射するビームスプリッターと、上記干渉光を検出する検出器と、を備える。

本発明に基づくフーリエ変換分光分析装置は、本発明に基づくマイケルソン干渉計と、上記検出器が検出した上記干渉光のスペクトルを算出する演算部と、上記演算部によって得られた上記スペクトルを出力する出力部と、を備える。

本発明によれば、高い平行度を維持した状態で所定の部材を平行移動させることが可能な平行移動機構、その平行移動機構を備えたマイケルソン干渉計、およびそのマイケルソン干渉計を備えたフーリエ変換分光分析装置を得ることができる。

実施の形態１におけるフーリエ変換分光分析装置の構成を模式的に示す図である。実施の形態１におけるマイケルソン干渉計に用いられる参照検出器の構成を示す正面図である。（Ａ）は、実施の形態１におけるマイケルソン干渉計に用いられる参照検出器が検出した干渉光の一部の強度の経時的な変化を示す図である。（Ｂ）は、実施の形態１におけるマイケルソン干渉計に用いられる参照検出器が検出した干渉光の残部の強度の経時的な変化を示す図である。実施の形態１における平行移動機構を示す斜視図である。実施の形態１における平行移動機構が振動している様子を部分的に示す第１断面図である。実施の形態１における平行移動機構が振動している様子を部分的に示す第２断面図である。実施の形態１における平行移動機構が振動している様子を示す断面図である。実施の形態１における平行移動機構に用いられる平行ばね構造の両端を自由端とした状態を示す断面図である。実施の形態１における平行移動機構に用いられる平行ばね構造の両端を自由端とし、その平行ばね構造が動作をしている様子を示す断面図である。一般的な片持ち梁の振動モデルを示す断面図である。実施の形態１における平行移動機構に用いられる平行ばね構造および片持ち梁の振動モデルを示す断面図である。実施の形態１における平行移動機構に用いられる平行ばね構造および片持ち梁の振動モデルが動作（振動）している様子を示す断面図である。実施の形態２における平行移動機構を示す断面図である。実施の形態２における平行移動機構が振動している様子を示す断面図である。実施の形態３における平行移動機構を示す断面図である。実施の形態３における平行移動機構が振動している様子を示す断面図である。実施の形態４における平行移動機構が振動している様子を示す断面図である。

本発明に基づいた各実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。各実施の形態の説明において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。各実施の形態の説明において、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

［実施の形態１］
（フーリエ変換分光分析装置１００・マイケルソン干渉計１）
図１を参照して、本実施の形態におけるフーリエ変換分光分析装置１００について説明する。フーリエ変換分光分析装置１００は、マイケルソン干渉計１、演算部２、および出力部３を備えている。マイケルソン干渉計１は、分光光学系１１、参照光学系２１、および光路補正装置３１を含んでいる。

（分光光学系１１）
分光光学系１１は、光源１２、コリメート光学系１３、ビームスプリッター１４、固定鏡１５、移動鏡１６、集光光学系１７、検出器１８、および平行移動機構１９を有している。

光源１２は、半導体レーザー等の発光素子から構成され、赤外光等の光を出射する。光源１２が出射した光は、参照光学系２１（詳細は後述する）における光路合成鏡２３に導入され、参照光源２２（詳細は後述する）が出射した光と合成される。合成された光は光路合成鏡２３から出射され、コリメート光学系１３によって平行光に変換された後、ビームスプリッター１４に導入される。ビームスプリッター１４はハーフミラー等から構成される。ビームスプリッター１４に導入された光（入射光）は２光束に分割される。

分割された光の一方は固定鏡１５に照射される。固定鏡１５に反射した光（反射光）は、反射前と略同一の光路を通過してビームスプリッター１４に再び照射される。分割された光の他方は移動鏡１６に照射される。移動鏡１６に反射した光（反射光）は、反射前と略同一の光路を通過してビームスプリッター１４に再び照射される。固定鏡１５からの反射光および移動鏡１６からの反射光は、ビームスプリッター１４によって合成される（重ね合わせられる）。

ここで、分割された光の他方が移動鏡１６に反射する際、移動鏡１６は平行移動機構１９によって平行を維持した状態で矢印ＡＲ方向に往復移動している（詳細は後述する）。移動鏡１６の往復移動によって、固定鏡１５からの反射光と移動鏡１６からの反射光との間には、光路長の差が生じる。固定鏡１５からの反射光と移動鏡１６からの反射光とは、ビームスプリッター１４に合成されることによって干渉光を形成する。

移動鏡１６の位置に応じて光路長の差は連続的に変化する。光路長の差に応じて干渉光としての光の強度も連続的に変化する。光路長の差が、たとえば、コリメート光学系１３からビームスプリッター１４に照射される光の波長の整数倍のとき、干渉光としての光の強度は最大となる。

干渉光を形成した光は試料Ｓに照射される。試料Ｓを透過した光は集光光学系１７に集光される。集光された光は、参照光学系２１（詳細は後述する）における光路分離鏡２４に導入される。検出器１８は、光路分離鏡２４から出射された光を干渉パターン（インターフェログラム）として検出する。この干渉パターンは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を含む演算部２に送られる。演算部２は、収集（サンプリング）した干渉パターンをアナログ形式からデジタル形式に変換し、変換後のデータをさらにフーリエ変換する。

フーリエ変換によって、試料Ｓを透過した光（干渉光）の波数（＝１／波長）毎の光の強度を示すスペクトル分布が算出される。フーリエ変換後のデータは、出力部３を通して他の機器に出力されたりディスプレイ等に表示されたりする。このスペクトル分布に基づいて、試料Ｓの特性（たとえば、材料、構造、または成分量）が分析される。

（参照光学系２１）
参照光学系２１は、コリメート光学系１３、ビームスプリッター１４、固定鏡１５、移動鏡１６、集光光学系１７、参照光源２２、光路合成鏡２３、光路分離鏡２４、参照検出器２５、および信号処理部２６を有している。コリメート光学系１３、ビームスプリッター１４、固定鏡１５、移動鏡１６、および集光光学系１７は、分光光学系１１および参照光学系２１の双方の構成として共通している。

参照光源２２は、半導体レーザー等の発光素子から構成され、赤色光等の光を出射する。上述のとおり、参照光源２２が出射した光は光路合成鏡２３に導入される。光路合成鏡２３はハーフミラー等から構成される。光源１２からの光は光路合成鏡２３を透過する。参照光源２２からの光は光路合成鏡２３に反射される。

光源１２からの光および参照光源２２からの光は、光路合成鏡２３によって合成された状態で、光路合成鏡２３から同一光路上に出射される。光路合成鏡２３から出射された光は、コリメート光学系１３によって平行光に変換された後、ビームスプリッター１４に導入されて２光束に分割される。

上述のとおり、分割された光の一方は固定鏡１５に照射され、反射光としてビームスプリッター１４に再び照射される。分割された光の他方は移動鏡１６に照射され、反射光としてビームスプリッター１４に再び照射される。固定鏡１５からの反射光と移動鏡１６からの反射光とは、ビームスプリッター１４に合成されることによって干渉光を形成する。

上述のとおり、干渉光を形成した光は試料Ｓに照射される。試料Ｓを透過した光は集光光学系１７に集光される。集光された光は、参照光学系２１における光路分離鏡２４に導入される。光路分離鏡２４はハーフミラー等から構成され、光路分離鏡２４に導入された光（入射光）は２光束に分割される。

光源１２から出射され、光路合成鏡２３、コリメート光学系１３、ビームスプリッター１４、固定鏡１５、移動鏡１６、試料Ｓ、および集光光学系１７を通して光路分離鏡２４に導入された光は、光路分離鏡２４を透過する。上述のとおり、光路分離鏡２４を透過したこの光（干渉光）は、検出器１８によって検出される。

一方、参照光源２２から出射され、光路合成鏡２３、コリメート光学系１３、ビームスプリッター１４、固定鏡１５、移動鏡１６、試料Ｓ、および集光光学系１７を通して光路分離鏡２４に導入された光は、光路分離鏡２４に反射される。光路分離鏡２４からの反射光（干渉光）は、４分割センサー等から構成される参照検出器２５によって干渉パターンとして検出される。

干渉光の干渉パターンは、ＣＰＵ等を含む信号処理部２６に送られる。信号処理部２６は、収集した干渉パターンに基づいて光路分離鏡２４からの反射光の強度を算出する。信号処理部２６は、光路分離鏡２４からの反射光の強度に基づいて、演算部２におけるサンプリングのタイミングを示す信号を生成することができる。演算部２におけるサンプリングのタイミングを示す信号は、公知の手段によって生成されることができる。

信号処理部２６は、光路分離鏡２４からの反射光の強度に基づいて、２光路間における光の傾き（固定鏡１５からの反射光と移動鏡１６からの反射光との相対的な傾き）を算出することもできる。２光路間における光の傾きは、たとえば以下のように算出される。

図２を参照して、４分割センサーから構成される参照検出器２５は、４つの受光領域Ｅ１〜Ｅ４を有している。受光領域Ｅ１〜Ｅ４は反時計回りに並んで相互に隣接している。受光領域Ｅ１〜Ｅ４によって構成される領域に、光路分離鏡２４からの反射光が照射される。受光領域Ｅ１〜Ｅ４によって構成される領域の中心と、光路分離鏡２４からの反射光のスポットＤの中心とは略一致している。

受光領域Ｅ１〜Ｅ４は、光路分離鏡２４からそれぞれの領域に照射された反射光の強度を検出する。光路分離鏡２４からの反射光の強度は、経時的に変化する位相信号として、たとえば図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示されるように検出される。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）の各々の横軸は、時間（単位：秒）の経過を示している。図３（Ａ）の縦軸は、受光領域Ｅ１が検出した光強度および受光領域Ｅ２が検出した光強度の和を強度Ａ１（相対値）として示している。図３（Ｂ）の縦軸は、受光領域Ｅ３が検出した光強度および受光領域Ｅ４が検出した光強度の和を強度Ａ２（相対値）として示している。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、強度Ａ１と強度Ａ２との間に、位相差Δが生じているとする。位相差Δに基づいて、２光路間での光の傾き（固定鏡１５からの反射光と移動鏡１６からの反射光との相対的な傾き）が算出される。受光領域Ｅ１〜Ｅ４からなる他の組み合わせ（たとえば受光領域Ｅ１，Ｅ４と受光領域Ｅ２，Ｅ３との組合せ）によって、他の位相差Δを得ることができる。上記の位相差Δとこの他の位相差Δとに基づいて、２光路間での光の傾きの方向（ベクトル）を算出することもできる。

（光路補正装置３１）
光路補正装置３１は、信号処理部２６における検出結果（固定鏡１５からの反射光と移動鏡１６からの反射光との相対的な傾き）に基づいて、固定鏡１５の姿勢（ビームスプリッター１４に対する角度）を調整する。当該調整によって、固定鏡１５における反射光の光路が補正され、２光路間での光の傾きを無くす（若しくは減少させる）ことが可能となる。光路補正装置３１がマイケルソン干渉計１内に設けられていることによって、干渉光をより精度の高く生成することが可能となる。

（平行移動機構１９の構成）
図４を参照して、本実施の形態における平行移動機構１９は、板ばね部４１（第１板ばね部）、板ばね部４２（第２板ばね部）、剛体４３、固定体４４、駆動部４５、および片持ち梁５０を備えている。詳細は後述されるが、板ばね部４１、板ばね部４２、および剛体４３によって平行ばね構造４０が構成されている。平行ばね構造４０および片持ち梁５０は、いわゆる音叉状に配置されている。

板ばね部４１および板ばね部４２は、略同一の長さを有し、平面視長方形の平板状に構成されている。各板ばね部４１，４２の材質はたとえばシリコンである。各板ばね部４１，４２は、同一方向に延在し、間隔を空けて相互に対向している。

片持ち梁５０は、板ばね部５４および錘部５３を含んでいる。板ばね部５４は、平面視長方形の平板状に構成され、その材質はたとえばシリコンである。錘部５３は、板ばね部５４の長手方向の一方の端部に、エポキシ系の接着剤を使用して固着されている。錘部５３の材質はたとえばタングステンである。

片持ち梁５０の板ばね部５４は、板ばね部４２を挟んで板ばね部４１の反対側に、板ばね部４２と間隔を空けて相互に対向するように配置されている。片持ち梁５０は、板ばね部４１，４２と同一方向に延在している。

固定体４４は、固定体４４Ａおよび固定体４４Ｂを含んでいる。各固定体４４Ａ，４４Ｂは、略直方体状に構成され、それらの材質はたとえばガラスである。固定体４４Ａは、板ばね部４１の一端４１ａ側の裏面と板ばね部４２の一端４２ａ側の表面とによって挟まれている。固定体４４Ｂは、板ばね部４２の一端４２ａ側の裏面と片持ち梁５０の一端５０ａ側の表面とによって挟まれている。

板ばね部４１の一端４１ａ側の裏面および固定体４４Ａの間と、板ばね部４２の一端４２ａ側の表面および固定体４４Ａの間と、板ばね部４２の一端４２ａ側の裏面および固定体４４Ｂの間と、片持ち梁５０の一端５０ａの表面および固定体４４Ｂの間とは、陽極接合によってそれぞれ接合されている。各固定体４４Ａ，４４Ｂは、マイケルソン干渉計１内における他の構造機器（図示せず）に固定されている。

剛体４３は、略直方体状に構成され、その材質はたとえばガラスである。剛体４３は、板ばね部４１の他端４１ｂ側の裏面と板ばね部４２の他端４２ｂ側の表面とによって挟まれている。板ばね部４１の他端４１ｂの裏面および剛体４３の間と、板ばね部４２の他端４２ｂの表面および剛体４３の間とは、陽極接合によってそれぞれ接合されている。剛体４３によって、板ばね部４１の他端４１ｂと板ばね部４２の他端４２ｂとが接続される。

上述のとおり、板ばね部４１と、板ばね部４２と、剛体４３とによって、平行ばね構造４０が構成されている。板ばね部４１の一端４１ａと板ばね部４２の一端４２ａとによって、平行ばね構造４０の一端４０ａが構成されている。板ばね部４１の他端４１ｂと板ばね部４２の他端４２ｂとによって、平行ばね構造４０の他端４０ｂが構成されている。

詳細は後述されるが、平行ばね構造４０の一端４０ａ（固定端）に対する平行ばね構造４０の他端４０ｂ（自由端）の固有振動数（共振周波数ともいう）と、片持ち梁５０の一端５０ａ（固定端）に対する片持ち梁５０の他端５０ｂ（自由端）の固有振動数とは、略同一となるように設定されている。

駆動部４５はたとえば圧電素子であり、圧電材料４６と、電極４７，４８とから構成されている。圧電材料４６は、電極４７と電極４８との間に固定されている。圧電材料４６は、たとえばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）である。電極４８と板ばね部４１の一端４１ａ側の表面とが接合されている。

以上のように構成される平行移動機構１９において、移動鏡１６は、板ばね部４１の他端４１ｂ側の表面４０Ｓに固定されることができる。

（平行移動機構１９の動作）
図５〜図７を参照して、平行移動機構１９の動作について説明する。図５に示すように、駆動部４５の電極４７，４８にたとえば正の電圧が印加されると、圧電材料４６は矢印ＡＲ１方向に伸長する。圧電材料４６の伸長に伴って、電極４７，４８も矢印ＡＲ１方向に伸びる。電極４８に接合された板ばね部４１は、上方向に向かって凸形状を呈するように一端４１ａを起点として矢印ＡＲ３方向に曲げ変形する。板ばね部４１とともに平行ばね構造４０を構成する板ばね部４２（図示せず）も、板ばね部４１と同一の形状に曲げ変形する。

図６に示すように、駆動部４５の電極４７，４８にたとえば負の電圧が印加されると、圧電材料４６は矢印ＡＲ２方向に収縮する。圧電材料４６の収縮に伴って、電極４７，４８も矢印ＡＲ２方向に縮む。電極４８に接合された板ばね部４１は、下方向に向かって凸形状を呈するように一端４１ａを起点として矢印ＡＲ４方向に曲げ変形する。板ばね部４１とともに平行ばね構造４０を構成する板ばね部４２（図示せず）も、板ばね部４１と同一の形状に曲げ変形する。

図７に示すように、マイケルソン干渉計１における平行移動機構１９としては、駆動部４５の電極４７，４８に正および負の電圧を含む交流電圧が印加される。駆動部４５からの動力を受けて、平行移動機構１９における平行ばね構造４０は、上記のような曲げ変形を繰り返す。図７において実線で示される像が、図５に対応している。図７において点線で示される像が、図６に対応している。

平行ばね構造４０の他端４０ｂ側は、自由端として並進振動する。平行ばね構造４０の他端４０ｂ側の表面４０Ｓおよび表面４０Ｓ上に固定された移動鏡１６は、平行を維持しつつ矢印ＡＲ方向に振幅Ｗ１を持って往復移動する。移動鏡１６の往復移動によって、マイケルソン干渉計１は干渉光を生成することが可能となる。

平行ばね構造４０の振動に起因して、片持ち梁５０も振幅Ｗ２を持って振動する。平行ばね構造４０と片持ち梁５０とは、振動における位相が反対になる。この詳細について、図８〜図１２を参照して以下説明する。

図８に示すように、平行ばね構造４０および固定体４４Ａが、片持ち梁５０およびマイケルソン干渉計１内における他の機器から独立した状態で構成され、平行ばね構造４０および固定体４４Ａから構成される振動モデルの両端が自由端であると仮定する。この振動モデルにおいて、駆動部４５（図示せず）が上述（図７参照）のように伸縮運動を繰り返したとする。

図９に示すように、駆動部４５（図示せず）が伸長した場合、固定体４４Ａおよび平行ばね構造４０の一端４０ａ側は、振動の節Ｎ２を中心として矢印ＡＲＮ２方向に所定の角度だけ回転する。剛体４３および平行ばね構造４０の他端４０ｂ側は、振動の節Ｎ１を中心として矢印ＡＲＮ１方向に所定の角度だけ回転する。平行ばね構造４０の一端４０ａ側における板ばね部４１および板ばね部４２と、平行ばね構造４０の他端４０ｂ側における板ばね部４１および板ばね部４２とは平行な関係を維持している。

一方、駆動部４５が収縮した場合（図示せず）には、固定体４４Ａおよび平行ばね構造４０の一端４０ａ側は、振動の節Ｎ２を中心として矢印ＡＲＮ２とは反対方向に所定の角度だけ回転する。剛体４３および平行ばね構造４０の他端４０ｂ側は、振動の節Ｎ１を中心として矢印ＡＲＮ１とは反対方向に所定の角度だけ回転する。平行ばね構造４０の一端４０ａ側における板ばね部４１および板ばね部４２と、平行ばね構造４０の他端４０ｂ側における板ばね部４１および板ばね部４２とは平行な関係を維持している。

このような共振モードシェイプを呈する振動モデルにおいて、平行ばね構造４０の一端４０ａ側はマイケルソン干渉計１内の他の機器（図示せず）によって強固に固定される。当該固定によって、図７に示すように、平行ばね構造４０の一端４０ａは固定端となり、平行ばね構造４０の他端４０ｂは自由端となる。平行ばね構造４０の他端４０ｂは自由端として振動し、平行ばね構造４０の他端４０ｂ側の表面４０Ｓは、平行を維持しつつ往復移動することが可能となる。

平行ばね構造４０の他端４０ｂが振動することによって、平行ばね構造４０の一端４０ａを固定する固定体４４Ａには、回転方向の力およびその反対方向の力が連続的に繰り返し作用する。回転方向の力およびその反対方向の力は、固定体４４Ａを固定する他の機器にも伝達する。上述のとおり、平行ばね構造４０の他端４０ｂ（自由端）の固有振動数（ｆ_４０）と、片持ち梁５０の他端５０ｂ（自由端）の固有振動数（ｆ_５０）とは略同一となるように構成されている。

図１０を参照して、固有振動数は、一般的に次のように算出される。壁面６４に、ばね定数ｋ_０［Ｎ／ｍ］を有する板ばね部材６２の一端が固定されているとする。板ばね部材６２の他端に、質量ｍ_０［ｋｇ］を有する質量６０が取り付けられているとする。この振動モデルの固有振動数ｆ［Ｈｚ］は、
ｆ_０＝（１／２π）×√（ｋ_０／ｍ_０）・・・式（１）
の式によって表される。

図１１を参照して、平行ばね構造４０のばね定数ｋと、平行ばね構造４０の他端４０ｂ側における集中荷重ｍとから、本実施の形態における平行ばね構造４０の固有振動数ｆ_４０は、
ｆ_４０＝（１／２π）×√（ｋ／ｍ）・・・式（２）
の式によって表される。平行ばね構造４０のばね定数ｋは、板ばね部４１，４２の縦弾性係数（ヤング率）、断面二次モーメント、全長、幅、および厚みに基づいて算出されることができる。平行ばね構造４０の集中荷重ｍは、板ばね部４１，４２、剛体４３および移動鏡１６の各質量に基づいて算出されることができる。

片持ち梁５０のばね定数Ｋと、片持ち梁５０の他端５０ｂ側における集中荷重Ｍとから、本実施の形態における片持ち梁５０の固有振動数ｆ_５０は、
ｆ_５０＝（１／２π）×√（Ｋ／Ｍ）・・・式（３）
の式によって表される。片持ち梁５０のばね定数Ｋは、板ばね部５４の縦弾性係数（ヤング率）、断面二次モーメント、全長、幅、および厚みに基づいて算出されることができる。片持ち梁５０の集中荷重Ｍは、板ばね部５４および錘部５３の各質量に基づいて算出されることができる。

本実施の形態においては、平行ばね構造４０の固有振動数ｆ_４０と片持ち梁５０の固有振動数ｆ_５０とは略同一の関係（ｆ_４０＝ｆ_５０）にあり、
（１／２π）×√（ｋ／ｍ）＝（１／２π）×√（Ｋ／Ｍ）・・・式（４）
の関係が略成立している。上記の式（４）を変形すると、
√（ｋ／ｍ）＝√（Ｋ／Ｍ）・・・式（５）
の式を得ることができる。上記の式（５）を成立させるためには、最初に移動鏡１６の平行移動量（振幅）および周期が所望の値を満足するように、平行ばね構造４０が予め設計される。次に、上記式（５）を満足するように片持ち梁５０が設計される。

図１２を参照して、平行ばね構造４０が駆動部４５から動力を受ける。平行ばね構造４０の他端４０ｂは所定の振動数および振幅を持って振動する。平行ばね構造４０の他端４０ｂが上方向に移動しているとき、固定体４４Ａは、平行ばね構造４０の一端４０ａから、振動の節４０Ｎを中心として矢印ＡＲ４０Ｎ方向の回転力を受ける。当該回転力は、片持ち梁５０に伝播する。

平行ばね構造４０および片持ち梁５０は、固有振動数が略同一の関係（ｆ_４０＝ｆ_５０）にあるため、平行ばね構造４０と片持ち梁５０とは反対の位相を持って振動する。片持ち梁５０は、平行ばね構造４０と同一の振動数を持って振動する。平行ばね構造４０の他端４０ｂが上方向に移動しているとき、片持ち梁５０の他端５０ｂは下方向に移動する。固定体４４Ｂは、片持ち梁５０の一端５０ａから、振動の節５０Ｎを中心として矢印ＡＲ５０Ｎ方向の回転力を受ける。

平行ばね構造４０の振動によって固定体４４Ａが受ける回転力の向き（矢印ＡＲ４０Ｎ方向）と、片持ち梁５０の振動によって固定体４４Ｂが受ける回転力の向き（矢印ＡＲ５０Ｎ方向）とは逆向きである。固定体４４を全体的に見た場合、固定体４４Ａが受ける回転力と固定体４４Ｂが受ける回転力は相殺される。平行ばね構造４０および片持ち梁５０が振動するとき、固定体４４には回転力がほとんど発生しない。平行ばね構造４０の他端４０ｂが下方向に移動し、片持ち梁５０の他端５０ｂが上方向に移動しているときにも同様である。平行ばね構造４０の固有振動数ｆ_４０の値と片持ち梁５０の固有振動数ｆ_５０の値とは一致していることが望ましいが、実際に設計する上では、固有振動数ｆ_４０に対する固有振動数ｆ_５０の差異は±５％以内に抑えられるとよい。

（作用・効果）
片持ち梁５０がいわゆるカウンターバランスとして機能することによって、平行ばね構造４０および片持ち梁５０を固定している固定体４４に振動が発生することが無い。固定体４４を固定している他の機器に不要な振動を引き起こすこともない。本実施の形態における平行移動機構１９によれば、高い平行度を維持した状態で、板ばね部４１の他端４１ｂ側の表面４０Ｓを平行移動させることが可能となる。平行移動機構１９がマイケルソン干渉計１に用いられる場合、表面４０Ｓ上に設けられた移動鏡１６は、高い平行度を維持した状態で往復移動することが可能となる。また、別途実施されたシミュレーションの結果によれば、固有振動数ｆ_４０に対する固有振動数ｆ_５０の差異が±５％以内である場合、固定体４４Ａに作用する回転力は１／１０以下に抑えられ、良好な平行移動が実現されることがわかっている。

冒頭に説明した特開２００８−１２８６５４号公報（特許文献１）における平行移動機構は、パンタグラフ構造を採用している。パンタグラフ構造は、本実施の形態における平行ばね構造４０に比べて複雑である。本実施の形態における平行移動機構１９は、平行ばね構造４０を採用していることによって、特許文献１に記載の平行移動機構に比べて簡便に構成されることが可能である。

［実施の形態２］
図１３および図１４を参照して、本実施の形態について説明する。ここでは、上述の実施の形態１との相違点について説明する。

図１３に示すように、本実施の形態における平行移動機構１９Ａは、平行ばね構造４０を駆動するために、ボイスコイルモーターから構成される駆動部４５Ａを有している。駆動部４５Ａは、コイル部４５Ｃと磁石部４５Ｍとを含む。コイル部４５Ｃは、剛体４３に取り付けられている。コイル部４５Ｃは、磁石部４５Ｍと対向するように、マイケルソン干渉計１内における他の機器によって固定されている。

図１４に示すように、平行移動機構１９Ａにおいては、コイル部４５Ｃに交流電圧が印加される。磁石部４５Ｍは、コイル部４５Ｃから発生する磁界によって、上方向および下方向の力を交互に受ける。本実施の形態における構成によっても、平行ばね構造４０の他端４０ｂ側は、自由端として振動することができ、上述の実施の形態１と同様の作用および効果を得ることができる。

［実施の形態３］
図１５および図１６を参照して、本実施の形態について説明する。ここでは、上述の実施の形態１との相違点について説明する。

図１５に示すように、本実施の形態の平行移動機構１９Ｂにおいては、片持ち梁５０の一端５０ａが、板ばね部４１の一端４１ａと板ばね部４２の一端４２ａとの間に配置されている。固定体４４Ａは、板ばね部４１の一端４１ａ側の裏面と片持ち梁５０の一端５０ａ側の表面とによって挟まれている。固定体４４Ｂは、板ばね部４２の一端４２ａ側の表面と片持ち梁５０の一端５０ａ側の裏面とによって挟まれている。

図１６に示すように、平行移動機構１９Ｂによれば、上述の実施の形態１と同様に駆動部４５に交流電圧が印加される。平行ばね構造４０および片持ち梁５０は、上述の実施の形態１と同様に固有振動数が略同一の関係（ｆ_４０＝ｆ_５０）にあるため、平行ばね構造４０と片持ち梁５０とは反対の位相を持って振動する。固定体４４Ａが受ける回転力と固定体４４Ｂが受ける回転力は相殺される。平行ばね構造４０および片持ち梁５０が振動するとき、固定体４４には回転力がほとんど発生しない。

本実施の形態における構成によっても、片持ち梁５０がいわゆるカウンターバランスとして機能することによって、上述の実施の形態１と同様の作用および効果を得ることができる。

［実施の形態４］
図１７を参照して、本実施の形態について説明する。ここでは、上述の実施の形態１との相違点について説明する。

本実施の形態における平行移動機構１９Ｃにおいては、上述の実施の形態１における片持ち梁５０が、平行ばね構造５０Ａとして構成されている。平行ばね構造５０Ａは、平行ばね構造４０と同一の形状および大きさから構成されている。平行ばね構造５０Ａは、板ばね部５１、板ばね部５２、および錘部５３を備えている。

板ばね部５１および板ばね部５２は、板ばね部４１，４２と略同一の長さを有し、板ばね部４１，４２と同じ平面視長方形の平板状に構成されている。各板ばね部５１，５２は、板ばね部４１，４２と同一方向に延在し、間隔を空けて相互に対向している。

固定体４４は、固定体４４Ａ、固定体４４Ｂ、および固定体４４Ｃを含んでいる。各固定体４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃは、略直方体状に構成され、それらの材質はたとえばガラスである。固定体４４Ａは、板ばね部４１の一端４１ａ側の裏面と板ばね部４２の一端４２ａ側の表面とによって挟まれている。固定体４４Ｂは、板ばね部４２の一端４２ａ側の裏面と板ばね部５１の一端５１ａ側の表面とによって挟まれている。固定体４４Ｃは、板ばね部５１の一端５１ａ側の裏面と板ばね部５２の一端５２ａ側の表面とによって挟まれている。

板ばね部４１の一端４１ａ側の裏面および固定体４４Ａの間と、板ばね部４２の一端４２ａ側の表面および固定体４４Ａの間と、板ばね部４２の一端４２ａ側の裏面および固定体４４Ｂの間と、板ばね部５１の一端５１ａ側の表面および固定体４４Ｂの間と、板ばね部５１の一端５１ａ側の裏面および固定体４４Ｃの間と、板ばね部５２の一端５２ａ側の表面および固定体４４Ｃの間と、陽極接合によってそれぞれ接合されている。各固定体４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃは、マイケルソン干渉計１内における他の構造機器（図示せず）に固定されている。

錘部５３は、剛体４３と同様に略直方体状に構成され、その材質はたとえばガラスである。錘部５３は、板ばね部５１の他端５１ｂ側の裏面と板ばね部５２の他端５２ｂ側の表面とによって挟まれている。板ばね部５１の他端５１ｂの裏面および錘部５３の間と、板ばね部５２の他端５２ｂの表面および錘部５３の間とは、陽極接合によってそれぞれ接合されている。錘部５３によって、板ばね部５１の他端５１ｂと板ばね部５２の他端５２ｂとが接続される。

板ばね部５１と、板ばね部５２と、錘部５３とによって、平行ばね構造５０Ａが構成されている。板ばね部５１の一端５１ａと板ばね部５２の一端５２ａとによって、平行ばね構造５０Ａの一端５０ａが構成されている。板ばね部５１の他端５１ｂと板ばね部５２の他端５２ｂとによって、平行ばね構造５０Ａの他端５０ｂが構成されている。

平行ばね構造４０の一端４０ａ（固定端）に対する平行ばね構造４０の他端４０ｂ（自由端）の固有振動数（共振周波数ともいう）と、平行ばね構造５０Ａの一端５０ａ（固定端）に対する平行ばね構造５０Ａの他端５０ｂ（自由端）の固有振動数とは、略同一となるように設定されている。

平行移動機構１９Ｃによれば、上述の実施の形態１と同様に駆動部４５に交流電圧が印加される。平行ばね構造４０および平行ばね構造５０Ａは、上述の実施の形態１と同様に固有振動数が略同一の関係（ｆ_４０＝ｆ_５０）にあるため、平行ばね構造４０と平行ばね構造５０Ａとは反対の位相を持って振動する。固定体４４Ａが受ける回転力と固定体４４Ｂが受ける回転力は相殺され、固定体４４Ｂが受ける回転力と固定体４４Ｃが受ける回転力も相殺される。平行ばね構造４０および平行ばね構造５０Ａが振動するとき、固定体４４には回転力がほとんど発生しない。

本実施の形態における構成によっても、平行ばね構造５０Ａがいわゆるカウンターバランスとして機能することによって、上述の実施の形態１と同様の作用および効果を得ることができる。

以上、本発明に基づいた各実施の形態について説明したが、今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明に基づく平行移動機構は、マイケルソン干渉計およびフーリエ変換分光分析装置に限られず、高精度な平行移動が求められる分野として、たとえば屈折率測定器、光ピックアップの対物レンズアクチュエーター、または小型カメラのオートフォーカス機構等にも適用されることが可能である。したがって、本発明の技術的範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１マイケルソン干渉計、２演算部、３出力部、１１分光光学系、１２光源、１３コリメート光学系、１４ビームスプリッター、１５固定鏡、１６移動鏡、１７集光光学系、１８検出器、１９，１９Ａ〜１９Ｃ平行移動機構、２１参照光学系、２２参照光源、２３光路合成鏡、２４光路分離鏡、２５参照検出器、２６信号処理部、３１光路補正装置、４０平行ばね構造、４０Ｎ，５０Ｎ，Ｎ１，Ｎ２節、４０Ｓ表面、４０ａ，４１ａ，４２ａ，５０ａ，５１ａ，５２ａ一端、４０ｂ，４１ｂ，４２ｂ，５０ｂ，５１ｂ，５２ｂ他端、４１，４２，５１，５２，５４板ばね部、４３剛体、４４，４４Ａ〜４４Ｃ固定体、４５，４５Ａ駆動部、４５Ｃコイル部、４５Ｍ磁石部、４６圧電材料、４７，４８電極、５０片持ち梁、５３錘部、６０質量、６２板ばね部材、６４壁面、１００フーリエ変換分光分析装置、Ａ１，Ａ２強度、ＡＲ，ＡＲ１〜ＡＲ４，ＡＲ４０Ｎ，ＡＲ５０Ｎ，ＡＲＮ１，ＡＲＮ２矢印、Ｄスポット、Ｅ１〜Ｅ４受光領域、Ｓ試料、Ｗ１，Ｗ２振幅。

Claims

固定体と、間隔を空けて相互に対向し、前記固定体に各々の一端が固定された第１板ばね部および第２板ばね部と、前記第１板ばね部および前記第２板ばね部の各々の他端同士を接続する剛体と、を有する平行ばね構造と、
前記第１板ばね部および前記第２板ばね部の各々の前記他端を前記剛体とともに並進振動させる駆動部と、
前記固定体に一端が固定され、前記第１板ばね部および前記第２板ばね部と同一方向に延在する片持ち梁と、
を備え、
前記平行ばね構造における固有振動数と、前記片持ち梁の固有振動数とは略同一であり、
前記駆動部により前記剛体を並進移動させることで、前記剛体の振動に起因して前記片持ち梁を前記剛体とは反対の位相を持って共振振動させる、
平行移動機構。
前記平行ばね構造のばね定数をｋとし、
前記平行ばね構造の前記他端側における集中荷重をｍとし、
前記片持ち梁のばね定数をＫとし、且つ
前記片持ち梁の前記他端側における集中荷重をＭとした時、
√（ｋ／ｍ）＝√（Ｋ／Ｍ）の関係が略成立している、
請求項１に記載の平行移動機構。
前記片持ち梁は、前記第１板ばね部の前記一端と前記第２板ばね部の前記一端との間における前記固定体に固定されている、
請求項１または２に記載の平行移動機構。
前記片持ち梁は、前記平行ばね構造と同一の形状および大きさから構成される、
請求項１または２に記載の平行移動機構。
請求項１から４のいずれかに記載の平行移動機構と、
前記平行移動機構における前記平行ばね構造の前記他端側の表面に設けられた移動鏡と、
固定鏡と、
光源と、
前記光源が出射した光を前記固定鏡に向かう光と前記移動鏡に向かう光とに分割するとともに、前記固定鏡および前記移動鏡の各々に反射した光を合成し干渉光として出射するビームスプリッターと、
前記干渉光を検出する検出器と、を備える、
マイケルソン干渉計。
請求項５に記載のマイケルソン干渉計と、
前記検出器が検出した前記干渉光のスペクトルを算出する演算部と、
前記演算部によって得られた前記スペクトルを出力する出力部と、を備える、
フーリエ変換分光分析装置。