JP6184142B2 - 赤外分光測定装置および測定方法 - Google Patents

Description

本発明は工業的に生産される石英に含まれる成分を、フーリエ変換型赤外分光測定装置（以下、ＦＴ／ＩＲと略す）を使用して分析する装置に関し、特に、その成分分析を迅速かつ高効率に行い得る測定装置および測定方法に関するものである。

測定機器が内蔵する光学用水晶デバイスや、水晶フィルタ等には、人工的に生産された水晶が使用されている。通常、人工水晶は、工業的に生産された石英柱から石英ブロックを切出した後、その石英ブロックを各用途に整合する形状に加工されたものである。
そこで人工水晶の成分分析を一括で行うことを目的に、生産直後の石英柱の高精度な成分分析方法の確立が望まれていたが、未だ精度の高い成分分析を行うことは出来ないでいた。そのため、従来の石英の成分分析は、精密研磨等の加工を施した石英ブロックに対して行うものであった。
ここで、上記の石英柱に対して高精度な成分分析を行うことが出来ない理由を、図７を用いて説明する。

図７は生産直後の石英柱１に対し、従来の分光測定装置１０を使用する成分分析を行う様子を示す図であり、図７（Ａ）は生産直後の石英柱１の全体形状を示す斜視図、図７（Ｂ）は石英の成分分析を行なうための分光測定装置１０の各構成要素の位置関係を示す図、図７（Ｃ）は分光測定装置１０内に石英柱１の側面２を平行光化ミラー１３に、石英柱１の側面３を集光ミラー１４に、それぞれ対向させた状態で挿入し、石英柱１の成分分析を行なった様子を示す図である。

図７（Ａ）に示す生産直後の石英柱１は、丸みを帯びた側面２や側面３等を有している。これは、現在の石英柱１の生産技術では、種結晶の設置から結晶成長の終了までの間、常に理想的な結晶成長の環境をオートクレーブ内に作り出せないことが要因となっている。 それによって、工業的に生産される石英柱のほとんどの側面は、図７（Ａ）に示したような丸みを帯びた状態で生産されている。

図７（Ｂ）に示す分光測定装置１０は、石英の成分分析用の装置であって、光源１１、検出器１２、球面状の平行光化ミラー１３、および球面状の集光用ミラー１４を備えている。
平行光化ミラー１３は光源１１からの測定光を平行光化させるための部材であり、また集光用ミラー１４は石英を透過し、かつ平行光化されている測定光を効率的に検出器１２へ集光させるための部材である。測定対象の石英はそれら平行光化ミラー１３と集光用ミラー１４との間に設置される。

そして、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）に示した石英柱１の側面２を上記の平行光化ミラー１３に対向させた状態、かつ側面３を上記の集光用ミラー１４に対向させた状態で、石英柱１を挿入し、成分分析を行っている様子を示している。
ここで、その石英柱１の側面２および側面３は、上述したように湾曲している。すなわち、図７（Ｃ）に示した平行光化ミラー１３から石英柱１に照射される測定光は、石英柱１の側面２に入射する時と、側面３から出射する時とで屈折する。
その石英柱１の側面２および側面３によって屈折した測定光は、そのまま集光用ミラー１４の反射曲面に入射する。

しかし、集光用ミラー１４は、平行光を効率的に検出器１２へ集光させることを目的としている部材であって、その集光用ミラー１４では石英柱１の側面によって屈折した測定光を、検出器１２上へ効率的に集光させることは出来ない。
そのため、従来の分光測定装置１０では、その湾曲した側面を持つ石英柱１の高精度な成分分析を行うことは出来なかった。

そこで、この人工水晶に利用する石英の成分分析には、図８に示す精密研磨等の加工が施された後の石英ブロック４ｂに対して行う方法が、専ら利用されている。
ここで、図８は加工後の石英ブロック４ｂに対して、従来の分光測定装置１０を使用して成分分析を行う様子を示す図であり、図８（Ａ）は石英ブロック４ａを切出す際の様子を示す斜視図、図８（Ｂ）は切出された石英ブロック４ａを示す斜視図、図８（Ｃ）は加工後の石英ブロック４ｂ示す斜視図、および図８（Ｄ）は従来の分光測定装置１０を使用して、加工後の石英ブロック４ｂの成分分析を行なっている様子を示す図である。
以下に、それらの図の説明および分析の手順を説明する。

まず、図８（Ａ）に示す石英ブロック４ａは、その切断面５と、切断面６とが平行になるようにカットされる。石英柱１から取り出された石英ブロック４ａは、図８（Ｂ）に示すように切断面５と、切断面６と、側周面７とを有している。
しかしながら、カットされたばかりの切断面５および切断面６の表面は、それらの面に光を照射した際に、その光が乱反射してしまうほどに荒れた状態となっている。
そこで、切断面５および切断面６の表面を数日かけて研削および精密研磨することによって、それらの面は、図８（Ｃ）に示すような、高精度に平坦化された石英ブロック４ｂの端面８、および端面９へ、それぞれ加工される。

そして、その加工後の石英ブロック４ｂは、図８（Ｄ）に示す石英ブロック４ｂの端面８および端面９が、平行光化ミラー１３から照射される測定光に対して、それぞれ垂直な向きになるよう調整された状態で、分光測定装置１０内へと挿入される。
また、平行光化ミラー１３から石英ブロック４ｂへ向けて照射された測定光は、端面８および端面９に対して垂直に入射するため、屈折することなく石英ブロック４ｂを透過する。

この石英ブロック４ｂの透過した測定光は、平行状態を保ったまま、集光用ミラー１４の反射曲面に入射することとなる。その後、集光用ミラー１４によって、その平行状態で入射する測定光は、検出器１２に向けて効率的に集光される。
以上説明したように、従来の石英の成分分析は、生産直後の石英柱から石英ブロックを切出し、さらにその石英ブロックの切断面に対して研削・精密研磨を施すことによって、ようやく測定が可能となるものであった。

そこで、上記の石英ブロックの加工工程のうち、精密研磨の工程を省いた成分分析方法が、特許文献１に開示されている。その特許文献１に記載の図１を参照し、その成分分析方法を簡単に説明する。
まず、石英柱から石英ガラスの切り出し、その石英ガラスの丸目・研削加工を行うことによって、測定用サンプル１１２が作成される。
次いで、その測定用サンプル１１２のレーザー光の入射光側１１２ａ、およびラマン散乱光検出側１１２ｂに、石英ガラスの屈折率に近い溶液を介して平板状のガラス板１２２，１３０を、それぞれ付着させる。

続けて、ラマン分光測定装置内のレーザー１１４から出射されるレーザー光を、レーザー光の入射光側１１２ａから石英ガラスに向けて照射することで、測定用サンプル内でラマン散乱が生起される。
これによって、上記のラマン散乱光検出側１１２ｂから出射されたラマン散乱光が検出器１４４によって検出され、その検出されたラマン散乱光に基づいた、石英に含まれる水素濃度の分析が行われる。

特開平１１−６４２２３

しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術であっても、次の三つの工程、（１）測定用サンプルを石英柱から切り出す工程、（２）切り出した測定用サンプルの表面を丸目・研削する工程、（３）研削後のサンプル表面に石英ガラスの屈折率に近い溶液を介して、ガラスを付着させる工程、を経なければ成分分析を行うことはできない。
そのため、人工水晶を各種のデバイスへ利用する分野においては、一層迅速な石英の成分分析を行ない得る測定装置または測定方法の開発が望まれている。
また、石英などの柱状固体の分光測定には専ら分散型分光測定装置が使用されてきたが、石英の成分分析に掛かる時間の更なる短縮という観点から、ＦＴ／ＩＲを使用する分光測定装置の開発も同時に望まれている。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、生産直後の石英柱から切り出される石英ブロックの表面を、研削および研磨することなしに、成分分析を行ない得るＦＴ／ＩＲを使用した分光測定装置を提供することである。

それら従来の課題について本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、ＦＴ／ＩＲの光源から検出器に至る光路上に、二枚のシリンドリカルレンズを設け、その二枚のシリンドリカルレンズの間に石英ブロックを挿入し、その石英ブロックの側面の形状に基づき、生起される測定光の屈折を、その二枚のシリンドリカルレンズで補正することによって、石英ブロックの切断面の研削・研磨工程を経ずに、石英の成分分析を行ない得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の分光測定装置は、
一の光源と、一の検出器と、
光源からの測定光を入射し、その測定光を平行光化して、光の入射方向とは異なる方向へ反射する平行光化ミラーと、
測定対象を透過した測定光を検出器に向けて集光する集光用ミラーと、
それら平行光化ミラーおよび集光用ミラーによって形成される光路上に、対向させた状態で設置する、二枚のシリンドリカルレンズとを備えている。
また、測定対象である石英ブロックは、人工的に生産された石英柱から切り出された状態のまま、切断面ではない表面を二枚のシリンドリカルレンズに対向させるように、上記の二枚のシリンドリカルレンズの間に挿入される。

上記の光源には、フーリエ変換型分光測定装置が有するフーリエ変換型分光器を使用する。
また、上記の二枚のレンズには凸型のシリンドリカルレンズを用い、それら凸型の二枚のレンズは平凸型のシリンドリカルレンズ、または両凸型のシリンドリカルレンズから選ばれる。特に、平凸型のシリンドリカルレンズを使用することが好適である。

また、上記の二枚のシリンドリカルレンズには、上記の凸型のシリンドリカルレンズに代えて凹型のシリンドリカルレンズを用いることが出来る。それら二枚の凹型のシリンドリカルレンズは平凹型または両凹型のシリンドリカルレンズを使用する。
そして、上述したシリンドリカルレンズは、それぞれ石英を成形させたものである。
また、本発明の分光測定装置は、
一の光源と、一の検出器と、
光源からの測定光を入射し、その測定光を平行光として、光の入射方向とは異なる方向へ反射する平行光化ミラーと、
測定対象を透過した測定光を検出器に向けて集光する集光用ミラーと、
これら平行光化ミラーおよび集光用ミラーによって形成される光路上に、対向させた状態で設置する二枚の凸型または両凹型のシリンドリカルレンズと、を備え、
これら二枚のシリンドリカルレンズの間に石英柱を挿入することを特徴とする。

また、本発明の石英ブロックに含まれる成分を分析するための分光測定方法は、平行光である測定光の光路上に、二枚のシリンドリカルレンズを対向させた状態で設置するとともに、人工的に生産された石英柱から切り出される石英ブロックを二枚のシリンドリカルレンズの間に、切断面ではない石英ブロックの表面が二枚のシリンドリカルレンズとそれぞれ対向するように、挿入する石英ブロック挿入工程と、
挿入される石英ブロックの形状に応じて、二枚のシリンドリカルレンズの位置を調整するレンズ位置調整工程と、
光源からの測定光を平行光の状態で、石英ブロック前のシリンドリカルレンズを介して石英ブロックに照射した後、石英ブロックを透過した測定光を、石英ブロック後のシリンドリカルレンズを介して平行光の状態で取り出して、検出器へ集光する石英ブロック照射工程と、を備えている。

上述のように本発明の分光測定装置は、石英ブロックの側面を測定対象とし、その石英ブロックの側面に測定光を照射した際に、その側面の形状によって屈折する測定光を、二枚のシリンドリカルレンズで補正する。
それによって、本発明は石英ブロックを加工することなしに成分分析を行うことが可能である。
また、本発明の分光測定装置にはＦＴ／ＩＲを適用することが可能である。

第一実施形態の石英ブロックの成分分析用の分光測定装置の各構成要素の位置関係を示す図である。 第一実施形態の使用態様を一層具体的に示す図である。 第一実施形態の分光測定装置を使用して、様々な側面の形状を有する石英ブロックの成分分析の様子を示す図である。 第一実施形態の分光測定装置の変形例１および２示す図である。 第二実施形態の石英ブロックの成分分析用の分光測定装置の各構成要素の位置関係を示す図である。 第二実施形態の変形例を示す図である。 従来の成分分析方法を利用して、生産直後の石英柱の成分分析の様子を示す図である。 従来の成分分析方法を利用して、加工後の石英ブロックの成分分析の様子を示す図である。

以下、第一実施形態を用いて本発明を具体的に説明する。
第一実施形態
図１は本発明の第一実施形態の石英の成分分析用の分光測定装置２０の構成を示す図であり、図１（Ａ）は平凸型のシリンドリカルレンズからなる第一レンズ２５、および平凸型のシリンドリカルレンズからなる第二レンズ２６を用いた分光測定装置２０の各構成要素の位置関係を示す図、図１（Ｂ）は平凸型のシリンドリカルレンズの全体形状を示す斜視図である。

図１（Ａ）に示す分光測定装置２０は、光源２１と、検出器２２と、平行光化ミラー２３と、集光用ミラー２４と、平凸型のシリンドリカルレンズからなる第一レンズ２５と、平凸型のシリンドリカルレンズからなる第二レンズ２６と、不図示の解析手段と、不図示の表示手段とを備えている。
光源２１は、ＦＴ／ＩＲで使用されるフーリエ変換型分光器を使用するものであって、不図示のマイケルソン干渉計を備えている。それらマイケルソン干渉計と、移動鏡とを使用することによって、その光源２１から出射される測定光は、特定波長の光が干渉した状態となる。
検出器２２は、石英ブロックを透過した測定光を検出するものであって、検出した測定光の情報はインターフェログラムとして、不図示の解析手段へ送信される。
平行光化ミラー２３は、光源２１から出射される測定光を入射して、その測定光を平行光化させた状態で入射光とは異なる方向へ反射するための部材である。
集光用ミラー２４は、測定対象を透過した平行光化される測定光を、検出器２２に向けて集光させるための部材である。

平凸型のシリンドリカルレンズからなる第一レンズ２５、および平凸型のシリンドリカルレンズからなる第二レンズ２６は、石英ブロック等の側面の形状によって屈折する測定光を補正するために用いるものであって、平行光化ミラー２３および集光用ミラー２４の間に設置される。
ここで、その平凸型のシリンドリカルレンズの形状は、図１（Ｂ）に示すように一方の面が半円状、それと反対側の面が非球面状に加工された、かまぼこ板のような形状を有している。

また、それら第一レンズ２５および第二レンズ２６は石英から形成され、第一レンズ２５と第二レンズ２６との間に石英ブロックが挿入される。
そして、図１（Ａ）に示すように、第一レンズ２５および第二レンズ２６の焦点位置をｆ０に整合させることによって、第二レンズ２６を透過した測定光は、高精度に平行光化出来る。
本実施形態の分光測定装置２０は、概略以上のように構成されている。続いて、本実施形態の分光測定装置２０を使用する分光測定方法（Ｓ１）について説明する。

本実施形態の分光測定装置２０を使用する石英柱の分光測定方法（Ｓ１）は、石英ブロック挿入工程（Ｓ２）、レンズ位置調整工程（Ｓ３）、および石英ブロック照射工程（Ｓ４）を備えている。
石英ブロック挿入工程（Ｓ２）は、石英柱から切出される石英ブロックを、その状態のまま第一レンズ２５と第二レンズ２６との間に挿入させる。

レンズ位置調整工程（Ｓ３）は、挿入される石英柱の形状に応じて、第一レンズ２５および第二レンズ２６の位置および角度を調整させる。
石英ブロック照射工程（Ｓ４）は、光源２１から測定光を出射し、平行光化ミラー２３へ入射させ、測定光を平行光化した後、その平行光化された測定光を、第一レンズ２５を介して石英ブロックに照射させる。そして石英ブロックを透過した測定光を、第二レンズ２６および集光用ミラー２４を介して、検出器２２へ集光させる。

以上説明したように、本実施形態の分光測定装置２０には、ＦＴ／ＩＲを適用することが出来る。
また、本実施形態の分光測定装置２０では第一レンズ２５と第二レンズ２６の間に、石英柱から切出した状態の石英ブロックを挿入させることによって、成分分析が行われる。 以下に、本実施形態の実施例１および図２を用いて、その作用を一層具体的に説明する。

＜実施例１＞
本実施例では、本実施形態の分光測定装置２０の、第一レンズ２５と第二レンズ２６との間に、上述の加工前の石英ブロック４ａを挿入し、成分分析を行なったものである。
ここで、図２は本実施形態の使用態様を一層具体的に示す図であり、図２（Ａ）は第一レンズ２５と第二レンズ２６との間に、図８（Ｂ）で示した加工前の石英ブロック４ａを挿入し、成分分析を行った様子を示す装置全体の側面図、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）は上記のレンズ調整工程（Ｓ３）において行われる位置調整の様子を示す図、図２（Ｄ）は最適なレンズ位置調整がなされた状態での石英ブロック４ａの成分分析の様子を示す図である。

まず、石英ブロック４ａの挿入前に、図１（Ａ）に示す両方のレンズの焦点位置ｆ_０が整合した状態となるように、第一レンズ２５および第二レンズ２６を配置させておく。
次いで、石英ブロック挿入工程（Ｓ２）において、図８（Ｂ）に示した石英ブロック４ａを、その側面７が第一レンズ２５および第二レンズ２６に対向するように、かつその石英ブロック４ａの中心位置Ｐｃが上記の焦点位置ｆ_０に一致するように挿入した。
この状態で、石英ブロック４ａに対して測定光を照射すると、図２（Ａ）に示す測定光の焦点位置ｆは、石英ブロック４ａ挿入前の測定光の焦点位置ｆ_０からｆ_１へと移動してしまう。

そのため、レンズ位置調整工程（Ｓ３）では、図２（Ｂ）に示すように第一レンズ２５の位置ＰをＰ_１〜Ｐ_３の間で移動させることによって、測定光の焦点位置ｆと、石英ブロック４ａの中心位置Ｐｃとを整合させることが可能な、第一レンズ２５の位置を決定した。
このケースでは、位置Ｐ_２に第一レンズ２５を移動させることによって、測定光の焦点位置ｆを石英ブロック４ａの中心位置Ｐ_ｃ（焦点位置ｆ_２）に一致させることが出来た。
続いて、第一レンズ２５を位置Ｐ２に固定した状態で、図２（Ｃ）に示す第二レンズ２６の位置の調整によって、石英ブロック４ａを透過した後の測定光を、平行光化させた。

レンズ位置調整工程（Ｓ３）において、第一レンズ２５および第二レンズ２６の位置を上記のように調整した後、分光測定方法（Ｓ１）の石英ブロック照射工程（Ｓ４）を実行することによって、図２（Ｄ）に示す第二レンズ２６を透過した測定光は、平行光化した状態で集光用ミラー２４に入射する。そして、その測定光は集光用ミラー２４によって、検出器２２へ集光する。

以上、本発明は、二枚の平凸型のシリンドリカルレンズを備える分光測定装置２０を使用することによって、石英ブロック４ａの側面７を利用した成分分析を行うことが可能である。そのため、本発明は、石英ブロックの切断面の研削・研磨を行う必要がなく、一層迅速な成分分析を行なうことが出来る。
更に、本発明を使用して石英ブロック４ａとは異なる側面形状を有する石英ブロックに対して成分分析を行った例を、以下に説明する。

本実施形態の分光測定装置２０を利用して、上記の石英ブロック４ａとは異なる側面形状を有する石英ブロックI〜IIIについて成分分析を行い、それらを実施例２〜実施例４として説明する。
ここで、実施例２では平坦かつ平行な側面Iａおよび側面Iｂを有する石英ブロックIを、実施例３では円形の側面IIａを有する石英ブロックIIを、および実施例４は曲率の異なる２つの側面IIIａおよび側面IIIｂを有する石英ブロックIIIを、それぞれ分光測定装置２０内に挿入し成分分析を行った。

また、図３は本実施形態の分光測定装置２０を使用して様々な側面を有する石英ブロックの成分分析の様子を示す図であり、図３（Ａ）は実施例２についての成分分析の様子を示す図、図３（Ｂ）は実施例３についての成分分析の様子を示す図、図３（Ｃ）は実施例４の成分分析の様子を示す図である。

＜実施例２＞
本実施例は、上記の分光測定装置２０内に、平坦かつ平行な側面Iａおよび側面Iｂを有する石英ブロックIを挿入し、成分分析を行なったものである。
この石英ブロックIの側面Iａおよび側面Iｂは、上記の加工後の石英ブロック４ｂの端面８および端面９に対応する。
そのような加工後の石英ブロックであっても、第一レンズ２５および第二レンズ２６の焦点位置ｆ０を、図３（Ａ）に示す石英ブロックIの中心位置Iｃに一致させることによって、上記の第１実施例と同様に、石英ブロックIを透過した測定光を、第二レンズ２６および集光用ミラー２４を介して、検出器２２へ集光させることが出来る。
そのため、本発明を使用することによって、石英ブロックIのような石英ブロックについても、高精度な成分分析を行うことが出来る。

＜実施例３＞
本実施例は、上記の分光測定装置２０内に、円形の側面IIａを有する石英ブロックIIを挿入し、成分分析を行なったものである。
レンズ位置調整工程（Ｓ３）において、第一レンズ２５、および第二レンズ２６の焦点位置ｆ_０を、図３（Ｂ）に示す石英ブロックIIの中心位置IIｃに一致させる。
それによって、石英ブロックIIを透過した測定光を、第二レンズ２６および集光用ミラー２４を介して、検出器２２へ集光させることが出来る。
そのため、本発明を使用することによって、石英ブロックIIのような形状をもつ石英ブロックについても、高精度な成分分析を行うことが出来る。

＜実施例４＞
本実施例は、上記の分光測定装置２０内に、曲率の異なる側面IIIａと側面IIIｂを有する石英柱IIIを挿入し、成分分析を行なったものである。
その石英柱IIIの形状としては、例えば図３（Ｃ−１）に示す側面IIIａの曲率は小さく、側面IIIｂの曲率は大きいものがある。この場合、図３（Ｃ−１）に示す第一レンズ２５および第二レンズ２６のように、曲率の大きな平凸型のシリンドリカルレンズを第一レンズ２５へ、曲率の小さな平凸型のシリンドリカルレンズを第二レンズ２６へ適用させることによって、石英ブロックIIIの透過前後において屈折する測定光の焦点位置ｆを、他の実施例と同様に調整することが出来る。

また、曲率の異なるレンズが用意出来ない場合であっても、例えば図３（Ｃ−２）に示す二つの焦点を（焦点ｆ_０、焦点ｆ_０´）作成し、かつ二つ目の焦点ｆ_０´を通過した測定光を、第二レンズ２６を用いて、集光用ミラー２６上に出来うる限り照射させることによって（他の実施例に比べて測定光の集光効率は減少は見られるが）、その石英ブロックを透過した測定光を、成分分析が行ない得る程度の光量を検出器２２上に集めることが出来る。
以上、本実施形態の分光測定装置２０を使用することによって、上記実施例１〜４のような形状の側面を有する石英ブロックであっても、成分分析を行なうことが出来る。
また本発明を使用することによって、成分分析を行い得る石英ブロックの形状はそれら実施例１〜４に示した形状に限られるものではない。

第一実施形態の変形例
本実施形態の分光測定装置２０では、上述の平凸型のシリンドリカルレンズからなる第一レンズ２５の非球面部分と、第二レンズ２６の非球面部分とを対向させた状態で測定装置内に設置しているが、例えば図４に示二枚の平凸型のシリンドリカルレンズの球面部分とを対向させた状態で、第一レンズ２５および第二レンズ２６の位置に設置させることや、それらのレンズに両凸型のシリンドリカルレンズを適用することも可能である。

ここで、図４は第一実施形態の分光測定装置２０の変形例１および変形例２を示す図であり、図４（Ａ）は第一レンズ２５の球面部分と、第二レンズ２６の球面部分とを対向させた状態での成分分析の様子を示す図、図４（Ｂ）は両凸型のシリンドリカルレンズの全体形状を示す斜視図、図４（Ｃ）は両凸型のシリンドリカルレンズを第一レンズおよび第二レンズに適用した状態での成分分析の様子を示す図、図４（Ｄ）は成分分析に最適なレンズの使用形態を示すための図である。

＜変形例１＞
図４（Ａ）に示す分光測定装置２０の変形例１は、まず図１（Ａ）と同様に、平凸型のシリンドリカルレンズを、第一レンズ２５ｂおよび第二レンズ２６ｂに使用する。
そして、それらの二枚のレンズは、図４（Ａ）に示すように第一レンズ２５ｂの球面部分と、第二レンズ２６ｂの球面部分とを対向させた状態で、平行光化ミラー２３と集光ミラー２４の間に設置される。

このように二枚のレンズが設置されることによって、平行光化ミラー２３からの測定光は第一レンズ２５ｂによって焦点位置ｆ_０へ集光し、また焦点位置ｆ_０を通過した測定光は第二レンズ２６ｂによって平行光化させることが出来る。
第一レンズ２５ｂおよび第二レンズ２６ｂの間に上述の石英ブロックを挿入した後、各レンズの位置を適切に調整させることによって、成分分析を行うことが出来る。

＜変形例２＞
図４（Ｂ）および図４（Ｃ）に示す分光測定装置２０の変形例２では、上記の二枚のレンズの形状を、平凸型のシリンドリカルレンズから、両凸型のシリンドリカルレンズへ変更して、成分分析を行うものである。
ここで、両凸型のシリンドリカルレンズの形状は図４（Ｂ）のように、両面が球面形状を有している。
この両凸形状のシリンドリカルレンズを、図４（Ｃ）に示す第一レンズ２５ｃの位置、および第二レンズ２６ｃの位置に設置し、第一レンズ２５ｃおよび第二レンズ２６ｃの間に上述の石英ブロックを挿入した後、かつ各レンズの位置を適切に調整させることによって、成分分析を行うことが出来る。

ここで、本発明は石英ブロックを透過した後の測定光の集光効率を上げることに重きを置いている。
そこで、その集光効率を上げるために最適なレンズの構成を、図４（Ｄ）を用いて説明すると、図４（Ｄ）に示す石英ブロックを透過した後の測定光は、第二レンズ２６ａ〜２６ｃの表面に対してある角度を持って入射する。
この時、図４（Ｄ）中の第二レンズ２６ｂや第二レンズ２６ｃの湾曲した面に入射する測定光は、図４（Ｄ）中の第二レンズ２６ａの非球面部分に入射する測定光に比べて、その入射面に対して鋭角に入射する。

そこで、入射角度が鋭角なものになればなるほど、その光の入射面を透過する光の光量は減少し、その代わりに入射面によって反射する光の光量は増加する。このことは、電磁気学に基づく幾何学的な計算によって確認することが出来る。
そのため、本実施形態においては、図１（Ａ）に示すように、二枚の平凸型のシリンドリカルレンズを、それら二枚のレンズの非球面部分を対向させた状態で、平行光化ミラー２３と集光ミラー２４との間に配置させることが最も好適である。

第二実施形態
図５は本発明の第二実施形態の石英の成分分析用の分光測定装置３０の各構成要素の位置関係を示す図である。上記の第一実施形態と対応する部位には符号１０を加えて示し、それらの説明を省略する。
本実施形態の第一レンズ３５および第二レンズ３６には、上記の第一実施形態で使用する凸型のシリンドリカルレンズに代えて、図５に示す凹型のシリンドリカルレンズが使用される。

その凹型のシリンドリカルレンズを使用する本実施形態は、特に、湾曲した形状を持つ石英ブロックに対して、好適な成分分析を行うことが出来る。
ここで、図５（Ａ）は平凹型のシリンドリカルレンズからなる第一レンズ３５および平凹型のシリンドリカルレンズからなる第二レンズ３６を用いた分光測定装置３０の各構成要素の位置関係を示す図、図５（Ｂ）は平凹型のシリンドリカルレンズの全体形状を示す斜視図、図５（Ｃ）は石英ブロック４ａを第一レンズ３５と第二レンズ３６との間に設置し、その石英ブロック４ａを二枚のレンズで挟み込んだ状態を示す図、図５（Ｄ）は図５（Ｃ）の石英ブロック４ａを二枚のレンズで挟み込んだ状態での成分分析の様子を示す図、および図５（Ｅ）は上記の円形の石英ブロックIIを第一レンズ３５と第二レンズ３６とで挟み込んだ状態での成分分析の様子を示す図である。

図５（Ａ）に示す分光測定装置３０は、光源３１、検出器３２、平行光化ミラー３３、および集光用ミラー３４の他に、平凹型のシリンドリカルレンズからなる第一レンズ３５、および平凹型のシリンドリカルレンズからなる第二レンズ３６を備えており、その平凹型のシリンドリカルレンズは図５（Ｂ）に示すように、一方の面が半円形状の凹みを有し、それと反対側の面は非球面状に加工されている。
それら、二枚のレンズは第一レンズ３５の半円形状に凹んでいる面と、第二レンズ３６の半円形状に凹んでいる面とを対向させた状態で、平行光化ミラー３３と集光用ミラー３４との間に設置される。
その状態で、光源３１から測定光を照射すると、その測定光は第一レンズ３５を透過する時、および第二レンズ３６を透過する時に、拡散方向に屈折することとなる。

ここで、本実施形態の分光測定装置３０を使用した好適な使用形態を説明する。
まず上記の石英ブロック４ａを図５（Ａ）に示した第一レンズ３５および第二レンズ３６の間に挿入する。続いて、図５（Ｃ）に示す石英ブロック４ａを、その石英ブロックの両側から第一レンズ３５の球面と、第二レンズ３６の球面とで挟み込む。

これによって、第一レンズ３５の非球面３５ａと、第二レンズ３６の非球面３６ａは、その石英ブロック４ａを介して、ほぼ平行な状態となると共に、それら二枚のレンズと石英ブロックとは、一体の被測定物となる。
また、それらのレンズの非球面３５ａの表面と、非球面３６ａの表面は、精密研磨がなされているため、この状態で図５（Ｄ）に示す成分分析が行われる。
すなわち、二枚の平凹型のシリンドリカルレンズを用いることによって、平行光化ミラー３３から出射される測定光は、それら二枚レンズと一体化した被測定物の透過前後において、平行光状態を保つことが出来る。
そして、平行光として集光用ミラー３４に入射する測定光は、その集光用ミラー３４によって、検出器３２上に高効率に集光させることが出来る。

また本実施形態の適応例として、上記円形の側面IIａを有する石英ブロックIIを挿入し、成分分析を行なった。
その成分分析の様子を図５（Ｅ）に示しているが、この石英ブロックIIに対しても、その石英ブロックIIの両側を、第一レンズ３５の球面と第二レンズ３６の球面とで挟み込むことによって、図５（Ｅ）に示す第一レンズ３５の非球面３５ａと、第二レンズ３６の非球面３６ａは、その石英ブロックIIを介して、ほぼ平行な状態となる。
そして、それら二枚のレンズと石英ブロックとは、一体の被測定物となる。
このため、上述の石英ブロック４ａと同様の成分分析を、その円形の側面IIａを有する石英ブロックIIに対しても行うことが出来る。

このようにして、本実施形態の分光測定装置３０は、湾曲した側面を有する石英ブロックについて、高精度な成分分析を行うことが出来る。
また、測定対象物の形状が、例えば上述した曲率が異なる側面IIIａおよび側面IIIｂを有する石英ブロックIIIのような形状であっても、様々な曲率を持つ平凹型のシリンドリカルレンズを用意することによって、その側面IIIａおよび側面IIIｂの形状に整合するレンズで、その石英ブロックの挟み込み行うことが可能である。

＜第二実施形態の変形例＞
本実施形態の変形例として、図６に示す両凹型のシリンドリカルレンズを第一レンズ３５ｂおよび第二レンズ３６ｂに適応した分光測定装置３０を使用することも出来る。
ここで、図６は第二実施形態の変形例を示す図であり、図６（Ａ）は両凹型のシリンドリカルレンズの全体形状を示す斜視図、図６（Ｂ）は石英ブロック４ａを第一レンズ３５ｂおよび第二レンズ３６ｂで挟み込みを行った様子を示す図、図６（Ｃ）は石英ブロック４ａに対して第一レンズ３５ｂおよび第二レンズ３６ｂを少し離間させた状態で設置させた図である。

図６（Ａ）に示す両凹型のシリンドリカルレンズからなる第一レンズ３５ｂおよび第二レンズ３６ｂの形状は、両面が球面状に凹んだ側面を有している。また、本変形例においても、石英ブロックは第一レンズ３５ｂおよび第二レンズ３６ｂの間に設置される。
図６（Ｂ）に示すように第一レンズ３５ｂおよび第二レンズ３６ｂの片側の球面で石英ブロック４ａを挟み込んだ場合、それぞれのレンズのもう一方の側面（球面）が、測定光の照射・出射面となる。

すなわち、この図６（Ｂ）に示す二枚のレンズで石英ブロック４ａを挟み込んだ状態は、その石英ブロック４ａの分だけ距離が伸びた両凹レンズと言える。
そのため、その状態の被測定物に測定光を照射した場合、平行光化ミラー３３からの測定光は、第一レンズ３５ｂへの入射時、および第二レンズ３６ｂからの出射時に、拡散方向に屈折してしまう。
これでは第二レンズ３６ｂを透過した測定光を集光用ミラー３４上に、効率良く照射させることが出来ない。

そこで、図６（Ｃ）に示す英ブロック４ａに対して、第一レンズ３５ｂおよび第二レンズ３６ｂを少し離間させた状態で成分分析を行うと、平行光化ミラー３３からの測定光は、（i）第一レンズ３５ｂによる拡散方向への屈折、（ii）石英ブロック４ａの側面７ａへ入射することによる集光方向への屈折、（iii）石英ブロック４ａの側面７ｂから出射することによる集光方向への屈折、および（iv）第一レンズ３５ｂによる拡散方向への屈折が、それぞれの位置で生起される。

そして図６（Ｃ）に示す（i）と（ii）との間で測定光の屈折をキャンセルさせ、それと同様に（iii）と（iv）との間でも測定光の屈折をキャンセルさせる。
これによって、第二レンズ３６ｂを透過した測定光は、平行光の状態で、集光用ミラー３６に照射することが出来る。これによって、その集光用ミラー３６に照射された測定光は、検出器３２上へ集光される。

なお、両方のレンズに両凹型のシリンドリカルレンズを用いた際には、平凹型のシリンドリカルレンズを用いたときに比べて、検出器３２上で検出される測定光の光量が減少した。
その理由として、図６（Ｃ）に示す（i）第一レンズに測定光が入射する時、（ii）石英ブロック４ａの側面７ａに測定光が入射する時、および（iv）第二レンズに測定光が入射する時の各場面において、測定光がその入射面から反射することが考えられた。
両凹型のシリンドリカルレンズを使用して成分分析を行うには、両レンズを石英ブロックから離間して設置する必要があり、上記の測定光の光量の減少を避けることは出来ない。
そこで、凹型のシリンドリカルレンズを用いる本実施形態においては、第一レンズおよび第二レンズのそれぞれに、平凸型のシリンドリカルレンズを用いることが好適である。

以上説明したように、本発明は、石英柱から切出された直後の石英ブロックの側面によって生起される測定光の屈折を、二枚の凹型のシリンドリカルレンズを用いることによって補正することが出来る。
また、本実施形態においては、第一レンズおよび第二レンズのそれぞれに、平凸型のシリンドリカルレンズを用いることが好適である。

以上、本発明は、二枚のシリンドリカルレンズを用いることによって、湾曲した石英ブロックの側面によって生起される測定光の屈折を補正することが可能である。そのため、石英ブロック上に平行かつ平坦な端面を作成する必要がない。
また、本発明の分光測定装置の構成をＦＴ／ＩＲとすることが出来る。

本発明は、切出された直後の石英ブロックに研削・研磨等の加工を行うことなしに、フーリエ変換型分光測定装置を使用した石英の成分分析を行うことができる。

１０、２０、３０ 分光測定装置
１１、２１、３１ 光源
１２、２２、３２ 検出器
１３、２３、３３ 平行光化ミラー
１４、２４、３４ 集光用ミラー
２５、３５ 第一レンズ
２６、３６ 第二レンズ
Ｓ１ 分光測定方法
Ｓ２ 石英ブロック挿入工程
Ｓ３ レンズ位置調整工程
Ｓ４ 石英ブロック照射工程

Claims (7)

1. 一の光源と、一の検出器とを備える分光測定装置において、
   前記光源からの測定光を入射し、当該入射光を平行光として光の入射方向とは異なる方向へ反射する平行光化ミラーと、
   測定対象を透過した測定光を検出器に向けて集光する集光用ミラーと、
   前記平行光化ミラーおよび前記集光用ミラーによって形成される光路上に、対向させた状態で設置する二枚のシリンドリカルレンズと、を備え、
   前記二枚のシリンドリカルレンズの間に人工的に生産された石英柱が挿入されており、
   前記石英柱は、切断面ではない表面を前記二枚のシリンドリカルレンズに対向させるように、配置されていることを特徴とする石英柱に含まれる成分分析用の分光測定装置。
2. 請求項１に記載の分光測定装置において、
   前記光源には、フーリエ変換型分光測定装置が有するフーリエ変換型分光器を使用することを特徴とする石英柱に含まれる成分分析用の分光測定装置。
3. 請求項１または２に記載の分光測定装置において、
   前記二枚のシリンドリカルレンズには凸型のシリンドリカルレンズを用い、
   前記凸型の二枚のシリンドリカルレンズは、両凸型のシリンドリカルレンズ、または平凸型のシリンドリカルレンズから選ばれるものである
   ことを特徴とする石英柱に含まれる成分分析用の分光測定装置。
4. 請求項１または２に記載の分光測定装置において、
   前記二枚のシリンドリカルレンズは凹型のシリンドリカルレンズを用い、
   前記凹型の二枚のシリンドリカルレンズは、平凹型または両凹型のシリンドリカルレンズを用いることを特徴とする石英柱に含まれる成分分析用の分光測定装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の分光測定装置において、
   前記二枚のシリンドリカルレンズは石英から成形される
   ことを特徴とする石英柱に含まれる成分分析用の分光測定装置。
6. 一の光源と、一の検出器とを備える分光測定装置において、
   前記光源からの測定光を入射し、当該入射光を平行光として光の入射方向とは異なる方向へ反射する平行光化ミラーと、
   測定対象を透過した測定光を検出器に向けて集光する集光用ミラーと、
   前記平行光化ミラーおよび前記集光用ミラーによって形成される光路上に、対向させた状態で設置する二枚の凸型または両凹型のシリンドリカルレンズと、を備え、
   前記二枚のシリンドリカルレンズの間に石英柱を挿入する
   ことを特徴とする石英柱に含まれる成分分析用の分光測定装置。
7. 石英柱の分光測定方法であって、
   平行光である測定光の光路上に、二枚のシリンドリカルレンズを対向させた状態で設置するとともに、人工的に生産された石英柱から切り出される石英ブロックを前記二枚のシリンドリカルレンズの間に、切断面ではない前記石英ブロックの表面が前記二枚のシリンドリカルレンズとそれぞれ対向するように、挿入する石英ブロック挿入工程と、
   前記挿入される石英ブロックの形状に応じて、前記二枚のシリンドリカルレンズの位置を調整するレンズ位置調整工程と、
   光源からの測定光を平行光の状態で、前記石英ブロック前の前記シリンドリカルレンズを介して前記石英ブロックに照射した後、前記石英ブロックを透過した測定光を、前記石英ブロック後の前記シリンドリカルレンズを介して平行光の状態で取り出して、検出器へ集光する石英ブロック照射工程と、
   を備えていることを特徴とする石英柱の分光測定方法。

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