JP7468406B2 - フーリエ変換赤外分光光度計 - Google Patents

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Description

本開示は、フーリエ変換赤外分光光度計に関する。
例えば、特開平２－２５３１０３号公報（特許文献１）に開示されたフーリエ変換赤外分光光度計は、二光束干渉計を構成する、赤外光源とビームスプリッタと固定鏡と移動鏡とを備える。二光束干渉計には、固定鏡または移動鏡の向きを測定するためのレーザ光が導入される。
特開平２－２５３１０３号公報
本開示の目的は、より経時変化が少なく安定したパワースペクトルを得ることができるフーリエ変換赤外分光光度計を提供することである。
本開示のフーリエ変換赤外分光光度計は、主干渉計と、コントロール干渉計と、赤外検出器と、コントロール光検出器と、位相板と、支持部材とを備える。主干渉計は、赤外光を出射する赤外光源と、ビームスプリッタと、固定鏡と、移動鏡とを含む。コントロール干渉計は、コントロール光を出射するコントロール光源と、ビームスプリッタと、固定鏡と、移動鏡とを含む。赤外検出器は、主干渉計で生成され、かつ、試料を通過または試料で反射される赤外干渉光を検出する。コントロール光検出器は、コントロール干渉計で生成されるコントロール干渉光を検出する。位相板は、コントロール光の光路上であって、固定鏡または移動鏡とビームスプリッタとの間に配置されている。支持部材は、位相板を支持する。位相板の外周は、支持部材によって支持されている被支持領域と、支持部材から解放されている解放領域とを含む。
本開示のフーリエ変換赤外分光光度計によれば、より経時変化が少なく安定したパワースペクトルを取得することができる。
実施の形態のフーリエ変換赤外分光光度計の概略図である。 実施の形態のフーリエ変換赤外分光光度計の概略部分拡大図である。 実施の形態のフーリエ変換赤外分光光度計の、図２に示される断面線ＩＩＩ－ＩＩＩにおける概略部分拡大断面図である。 実施の形態のフーリエ変換赤外分光光度計に含まれる第１コントロール光検出器の概略平面図である。 実施の形態の第１変形例のフーリエ変換赤外分光光度計の概略部分拡大図である。 実施の形態の第２変形例のフーリエ変換赤外分光光度計の概略部分拡大図である。 実施の形態の第３変形例のフーリエ変換赤外分光光度計の概略部分拡大図である。 実施例のフーリエ変換赤外分光光度計を用いて測定されたバックグラウンドパワースペクトルの経時変化を示す図である。 比較例のフーリエ変換赤外分光光度計の概略部分拡大図である。 比較例のフーリエ変換赤外分光光度計の、図９に示される断面線Ｘ－Ｘにおける概略部分拡大断面図である。 比較例のフーリエ変換赤外分光光度計を用いて測定されたバックグラウンドパワースペクトルの経時変化を示す図である。
以下、本開示の実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
図１から図４を参照して、実施の形態のフーリエ変換赤外分光光度計１を説明する。フーリエ変換赤外分光光度計１は、主干渉計６と、コントロール干渉計７と、赤外検出器１９と、コントロール光検出器３４と、ミラー角度調整器４０と、ミラー駆動装置４１と、コントローラ５０と、スペクトル作成器６０と、位相板２７と、支持部材７０とを主に備える。フーリエ変換赤外分光光度計１は、コリメートレンズ２２と、偏光ビームスプリッタ３０とをさらに備えてもよい。フーリエ変換赤外分光光度計１は、固定部材８０をさらに備えてもよい。フーリエ変換赤外分光光度計１は、筐体８をさらに備えてもよい。
主干渉計６は、試料３のパワースペクトルを測定するための赤外干渉光１１ｉを生成する。図１を参照して、主干渉計６は、赤外光源１０と、ビームスプリッタ１３と、固定鏡１４と、移動鏡１５とを含む。主干渉計６は、コリメート鏡１２をさらに含んでもよい。
赤外光源１０は、赤外光１１を出力する。赤外光源１０は、例えば、セラミック光源である。コリメート鏡１２は、赤外光１１をビームスプリッタ１３に向けて反射するとともに、赤外光１１をコリメートする。
ビームスプリッタ１３は、赤外光１１を、固定鏡１４に向かう第１赤外光１１ｊと、移動鏡１５に向かう第２赤外光１１ｋとに分割する。ビームスプリッタ１３は、固定鏡１４で反射された第１赤外光１１ｊと、移動鏡１５で反射された第２赤外光１１ｋとを合波する。主干渉計６（ビームスプリッタ１３）は、第１赤外光１１ｊと第２赤外光１１ｋとの間の干渉光である赤外干渉光１１ｉを生成して、赤外干渉光１１ｉを、試料３及び赤外検出器１９に向けて出力する。
ミラー駆動装置４１は、移動鏡１５に接続されている。ミラー駆動装置４１は、移動鏡１５を、ビームスプリッタ１３に近づく方向と、ビームスプリッタ１３から遠ざかる方向とに移動させて、移動鏡１５を往復運動させる。ミラー駆動装置４１は、例えば、移動鏡１５が固定されているピストン４１ａと、ピストン４１ａを駆動するボイスコイルモータ４１ｂとを含む。
移動鏡１５が動く際に、移動鏡１５の向き（移動鏡１５の法線方向）が変動することがある。移動鏡１５の向きの変動は、赤外干渉光１１ｉの強度及び位相を変化させて、赤外検出器１９で検出されるインターフェログラムを劣化させる。そのため、移動鏡１５の向きの変動を補償するように、移動鏡１５または固定鏡１４の向きを調整する必要がある。ミラー角度調整器４０は、移動鏡１５または固定鏡１４の向きを調整する。本実施の形態では、ミラー角度調整器４０は、固定鏡１４に設けられており、固定鏡１４の向き（固定鏡１４の法線方向）を調整する。ミラー角度調整器４０は、移動鏡１５に設けられてもよく、移動鏡１５の向き（移動鏡１５の法線方向）を調整してもよい。ミラー角度調整器４０は、例えば、ピエゾ素子を含むアクチュエータである。具体的には、鏡の向きは、ピエゾ素子の形状を変化させることによって調整され得る。
主干渉計６（ビームスプリッタ１３）から出力された赤外干渉光１１ｉは、集光鏡１７で反射及び集光されて、試料室４内に配置されている試料３に入射する。赤外干渉光１１ｉは、試料３を通過する。赤外干渉光１１ｉは、試料３で反射されてもよい。試料３を通過するまたは試料３で反射される赤外干渉光１１ｉは、集光鏡１８で反射及び集光されて、赤外検出器１９に入射する。赤外検出器１９は、主干渉計６で生成され、かつ、試料３を通過または試料３で反射される赤外干渉光１１ｉを、インターフェログラムとして検出する。インターフェログラムは、移動鏡１５の移動に伴って生成される。赤外検出器１９は、例えば、焦電検出器またはＭＣＴ検出器である。
コントロール干渉計７は、移動鏡１５の位置及び速度並びに固定鏡１４または移動鏡１５の向きを測定するためのコントロール干渉光２１ｉを生成する。図１を参照して、コントロール干渉計７は、コントロール光源２０と、ビームスプリッタ１３と、固定鏡１４と、移動鏡１５とを含む。
コントロール光源２０は、コントロール光２１を出力する。コントロール光源２０は、例えば、ヘリウムネオン（Ｈｅ－Ｎｅ）レーザまたは半導体レーザのようなレーザ光源である。コントロール光２１は、例えば、レーザビームである。コリメートレンズ２２は、コントロール光２１の光路上であって、コントロール光源２０とビームスプリッタ１３との間に配置される。コリメートレンズ２２は、コントロール光２１をコリメートする。
鏡２６は、コリメートレンズ２２から出力されたコントロール光２１を、ビームスプリッタ１３に向けて反射する。鏡２６は、赤外光１１中に配置されてもよい。鏡２６によって遮断される赤外光１１を減少させるために、鏡２６のサイズは、赤外光１１のビーム径より小さい。コントロール光２１は、赤外光１１と平行に進んで、ビームスプリッタ１３に入射する。コントロール光２１の光軸２１ｐは、赤外光１１の光軸１１ｐに平行である。コントロール光２１のビーム径は、赤外光１１のビーム径より小さい。
ビームスプリッタ１３は、コントロール光２１を、固定鏡１４に向かう第１コントロール光２１ｊと、移動鏡１５に向かう第２コントロール光２１ｋとに分割する。ビームスプリッタ１３は、固定鏡１４で反射された第１コントロール光２１ｊと、移動鏡１５で反射された第２コントロール光２１ｋとを合波する。コントロール干渉計７（ビームスプリッタ１３）は、第１コントロール光２１ｊと第２コントロール光２１ｋとの間の干渉光であるコントロール干渉光２１ｉを生成して、コントロール干渉光２１ｉを赤外検出器１９に向けて出力する。
位相板２７は、コントロール光２１の光路上に配置されている。位相板２７は、固定鏡１４とビームスプリッタ１３との間に配置されている。位相板２７は、移動鏡１５とビームスプリッタ１３との間に配置されてもよい。位相板２７は、例えば、人工水晶のような透明材料で形成されている。位相板２７は、例えば、八分の一波長板（λ／８板）である。位相板２７が八分の一波長板である場合、直線偏光のコントロール光２１が位相板２７を一回通過すると、コントロール光２１のうち位相板２７の遅相軸方向の偏光成分の位相が、コントロール光２１のうち位相板２７の進相軸方向の偏光成分の位相に対して４５°遅れる。コントロール光２１は、固定鏡１４または移動鏡１５によって反射される。コントロール光２１は固定鏡１４または移動鏡１５によって反射されるため、コントロール光２１は位相板２７を二回通過する。コントロール光２１のうち位相板２７の遅相軸方向の偏光成分の位相が、コントロール光２１のうち位相板２７の進相軸方向の偏光成分の位相に対して９０°遅れる。こうして、直線偏光を有するコントロール光２１（第１コントロール光２１ｊ）は、円偏光を有するコントロール光２１（第１コントロール光２１ｊ）に変換される。
図２及び図３を参照して、支持部材７０は、位相板２７を支持する。位相板２７の外周は、支持部材７０によって支持されている被支持領域と、支持部材７０から解放されている解放領域とを含む。位相板２７の外周の解放領域は、例えば、位相板２７の外周長さの三分の一以上である。位相板２７の外周の解放領域は、位相板２７の外周長さの二分の一以上であってもよい。支持部材７０は、例えば、マウント部７２と、柱７１とを含む。支持部材７０（マウント部７２）は、例えば、位相板２７の外周の一辺を支持している。位相板２７の外周の残りの三辺は、支持部材７０（マウント部７２）から解放されている。支持部材７０（マウント部７２）は、例えば、位相板２７の下部を支持している。
支持部材７０は、位相板２７と異なる材料で形成されている。支持部材７０は、例えば、ステンレス鋼またはアルミニウムのような金属材料で形成されている。支持部材７０の熱膨張係数は、位相板２７の熱膨張係数と異なっている。マウント部７２は、基台７３を含む。マウント部７２（基台７３）には、スリット７８が設けられている。マウント部７２（基台７３）には、孔７９が設けられている。位相板２７は、スリット７８に挿入されている。
柱７１は、マウント部７２（基台７３）に接続されている。赤外光１１（第１赤外光１１ｊ）の光軸１１ｐ方向からの平面視において、柱７１は、マウント部７２より狭い幅を有している。柱７１の幅は、例えば、マウント部７２の幅の５０％以下である。柱７１の幅は、マウント部７２の幅の４０％以下であってもよく、マウント部７２の幅の３０％以下であってもよく、マウント部７２の幅の２０％以下であってもよい。赤外光１１（第１赤外光１１ｊ）の光軸１１ｐ方向からの平面視において、柱７１は、位相板２７より狭い幅を有してもよい。柱７１は、筐体８に取り付けられている。本実施の形態では、柱７１は、筐体８の底壁に取り付けられている。柱７１は、筐体８に直接取り付けられてもよいし、別の部材（図示せず）を介して、筐体８に取り付けられてもよい。
固定部材８０は、位相板２７を支持部材７０（例えば、マウント部７２（基台７３））に取り付ける。固定部材８０は、例えば、弾性スペーサ８１と、板８２と、押圧部材８４とを含む。
弾性スペーサ８１は、例えば、シリコーンゴムで形成されている。弾性スペーサ８１は、スリット７８に挿入されており、かつ、マウント部７２（基台７３）と位相板２７との間に配置されている。位相板２７は、弾性スペーサ８１によって挟持されてもよい。弾性スペーサの第１熱伝導率は、例えば、位相板２７の第２熱伝導率の３０％以下である。弾性スペーサの第１熱伝導率は、位相板２７の第２熱伝導率の２０％以下であってもよく、位相板２７の第２熱伝導率の１０％以下であってもよい。そのため、弾性スペーサは、位相板２７と支持部材７０との間の熱伝導を減少させる。
板８２は、弾性スペーサ８１に接触する。板８２は、スリット７８に挿入されてもよい。押圧部材８４は、板８２を、弾性スペーサ８１及び位相板２７に向けて押圧する。押圧部材８４は、孔７９を貫通している。押圧部材８４は、例えば、ねじである。こうして、位相板２７は、固定部材８０を用いて、支持部材７０に固定される。押圧部材８４は、板８２を介して、位相板２７を押圧している。そのため、位相板２７に局所的に大きな機械的応力が印加されることが防止され得る。押圧部材８４は、弾性スペーサ８１を介して、位相板２７を押圧している。そのため、位相板２７に局所的に大きな機械的応力が印加されることが防止され得る。
コントロール干渉計７（ビームスプリッタ１３）から出力されたコントロール干渉光２１ｉは、赤外干渉光１１ｉと平行に進んで、鏡２８に入射する。鏡２８は、赤外干渉光１１ｉ中に配置されてもよい。鏡２８によって遮断される赤外干渉光１１ｉを減少させるために、鏡２８のサイズは、赤外干渉光１１ｉのビーム径より小さい。コントロール干渉光２１ｉのビーム径は、赤外干渉光１１ｉのビーム径より小さい。コントロール干渉光２１ｉは、鏡２８で反射されて、コントロール光検出器３４に入射する。コントロール光検出器３４は、コントロール干渉計７で生成されるコントロール干渉光２１ｉを検出する。コントロール光検出器３４は、例えば、フォトダイオードである。
具体的には、偏光ビームスプリッタ３０は、コントロール干渉光２１ｉの光路上であって、ビームスプリッタ１３とコントロール光検出器３４との間に配置されている。鏡２８で反射されたコントロール干渉光２１ｉは、偏光ビームスプリッタ３０に入射する。偏光ビームスプリッタ３０は、コントロール干渉光２１ｉを、第１コントロール干渉光２１ｓと第２コントロール干渉光２１ｔとに分割する。第１コントロール干渉光２１ｓは、例えば、コントロール干渉光２１ｉのｓ偏波成分であり、第２コントロール干渉光２１ｔは、コントロール干渉光２１ｉのｐ偏波成分である。コントロール干渉光２１ｉは，円偏光を有する第１コントロール光２１ｊと直線偏光を有する第２コントロール光２１ｋとの間の干渉光である。そのため、第１コントロール干渉光２１ｓと第２コントロール干渉光２１ｔとの間の位相差は、９０°である。
コントロール光検出器３４は、第１コントロール光検出器３５と、第２コントロール光検出器３６とを含む。第１コントロール光検出器３５は、第１コントロール干渉光２１ｓを検出する。図４を参照して、第１コントロール光検出器３５は、例えば、複数の光検出素子３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄを含む複数分割フォトダイオード（例えば、四分割フォトダイオード）である。複数の光検出素子３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄは、単一の半導体基板上に形成されてもよい。第２コントロール光検出器３６は、第２コントロール干渉光２１ｔを検出する。第２コントロール光検出器３６は、例えば、単一の光検出素子を含む単素子フォトダイオードである。
コントローラ５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサまたは電気回路の少なくとも一つで構成されている。コントローラ５０は、ミラー角度調整部５１と、信号加算部５２と、ミラー位置検出部５３と、ミラー速度調整部５６とを含む。コントローラ５０は、例えば、プロセッサがコントローラ５０の記憶部（図示せず）に格納されているプログラムを実行することによって、ミラー角度調整部５１と、信号加算部５２と、ミラー位置検出部５３と、ミラー速度調整部５６との機能を実現してもよい。
ミラー角度調整部５１は、コントロール光検出器３４の出力に基づいて、ミラー角度調整器４０の動作を制御して、鏡（例えば、固定鏡１４）の向きを調整する。具体的には、ミラー角度調整部５１は、例えば、第１コントロール光検出器３５に含まれる複数の光検出素子３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄの出力信号の位相が一致するように、鏡（例えば、固定鏡１４）の向きを調整する。こうして、移動鏡１５が動く際に生じる移動鏡１５の向きの変動が補償される。
ミラー位置検出部５３は、コントロール光検出器３４の出力に基づいて、移動鏡１５の移動方向及び位置を検出する。具体的には、ミラー位置検出部５３は、波形整形器５４と、アップ／ダウンカウンタ５５を含む。信号加算部５２は、第１コントロール光検出器３５に含まれる複数の光検出素子３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄの出力信号を加算して、第１コントロール光検出器３５の第１出力信号を得る。ミラー位置検出部５３は、信号加算部５２から第１コントロール光検出器３５の第１出力信号を受信するとともに、第２コントロール光検出器３６から第２コントロール光検出器３６の第２出力信号を受信する。波形整形器５４は、第１コントロール光検出器３５の第１出力信号を、第１パルス列信号に変換する。波形整形器５４は、第２コントロール光検出器３６の第２出力信号を、第２パルス列に変換する。
アップ／ダウンカウンタ５５は、波形整形器５４から、第１パルス列信号と第２パルス列信号とを受信する。アップ／ダウンカウンタ５５は、第１パルス列信号の第１位相と第２パルス列信号の第２位相との間の位相関係から、移動鏡１５の移動方向を特定する。例えば、第１パルス列信号の第１位相が第２パルス列信号の第２位相より９０°進んでいる場合には、アップ／ダウンカウンタ５５は、ビームスプリッタ１３から離れる方向を、移動鏡１５の移動方向として特定する。第１パルス列信号の第１位相が第２パルス列信号の第２位相より９０°遅れている場合には、アップ／ダウンカウンタ５５は、ビームスプリッタ１３から遠ざかる方向を、移動鏡１５の移動方向として特定する。また、アップ／ダウンカウンタ５５で計数されるパルス列信号のパルス数は、移動鏡１５の位置に依存している。ミラー位置検出部５３は、アップ／ダウンカウンタ５５によって得られる移動鏡１５の移動方向とパルス列信号のパルス数とから、移動鏡１５の位置を特定する。
ミラー速度調整部５６は、ミラー駆動装置４１を制御して、移動鏡１５の移動速度を調整する。具体的には、ミラー速度調整部５６は、ミラー位置検出部５３で得られる第１パルス列信号または信号加算部５２で得られる第１コントロール光検出器３５の第１出力信号の周波数が一定になるように、ミラー駆動装置４１を制御する。こうして、ミラー速度調整部５６は、移動鏡１５を、一定速度で移動させる。
スペクトル作成器６０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサまたは電気回路の少なくとも一つで構成されている。コントローラ５０とスペクトル作成器６０とは、一台のコンピュータで構成されてもよい。スペクトル作成器６０は、サンプルホールド部６１と、アナログデジタル変換部６２と、フーリエ変換演算部６３とを含む。スペクトル作成器６０は、例えば、プロセッサがコントローラ５０の記憶部（図示せず）に格納されているプログラムを実行することによって、サンプルホールド部６１と、アナログデジタル変換部６２と、フーリエ変換演算部６３との機能を実現してもよい。
スペクトル作成器６０は、赤外検出器１９で検出されたインターフェログラムから、試料３のパワースペクトルを作成する。具体的には、ミラー位置検出部５３で得られる第１パルス列信号または第２パルス列信号が、サンプルホールド部６１に入力される。サンプルホールド部６１は、第１パルス列信号または第２パルス列信号によって規定されるタイミングで、赤外検出器１９で検出されたインターフェログラムをサンプリングする。アナログデジタル変換部６２は、サンプリングされたインターフェログラムをデジタル変換する。フーリエ変換演算部６３は、デジタル変換されたインターフェログラムをフーリエ変換する。こうして、試料３のパワースペクトルが得られる。
筐体８は、主干渉計６、コントロール干渉計７、赤外検出器１９及びコントロール光検出器３４などを含むフーリエ変換赤外分光光度計１の光学系を収容している。
［フーリエ変換赤外分光光度計１の動作］
移動鏡１５の位置及び速度並びに固定鏡１４または移動鏡１５の向きの測定の際の、フーリエ変換赤外分光光度計１の動作を説明する。移動鏡１５が移動している間、移動鏡１５の位置及び速度並びに固定鏡１４または移動鏡１５の向きは、リアルタイムでモニターされる。
偏光ビームスプリッタ３０は、コントロール干渉計７から出力されるコントロール干渉光２１ｉを、第１コントロール干渉光２１ｓと第２コントロール干渉光２１ｔとに分割する。第１コントロール光検出器３５は、第１コントロール干渉光２１ｓを検出する。第２コントロール光検出器３６は、第２コントロール干渉光２１ｔを検出する。ミラー角度調整部５１は、例えば、第１コントロール光検出器３５に含まれる複数の光検出素子３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄの出力信号の位相が一致するように、鏡（例えば、移動鏡１５）の向きを調整する。
信号加算部５２は、第１コントロール光検出器３５に含まれる複数の光検出素子３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄの出力信号を加算して、第１コントロール光検出器３５の第１出力信号を得る。ミラー位置検出部５３は、信号加算部５２から第１コントロール光検出器３５の第１出力信号を受信するとともに、第２コントロール光検出器３６から第２コントロール光検出器３６の第２出力信号を受信する。波形整形器５４は、第１コントロール光検出器３５の第１出力信号を、第１パルス列信号に変換する。波形整形器５４は、第２コントロール光検出器３６の第２出力信号を、第２パルス列に変換する。
アップ／ダウンカウンタ５５は、波形整形器５４から、第１パルス列信号と第２パルス列信号とを受信する。アップ／ダウンカウンタ５５は、第１パルス列信号の第１位相と第２パルス列信号の第２位相との間の位相関係から、移動鏡１５の移動方向を特定する。また、ミラー位置検出部５３は、アップ／ダウンカウンタ５５によって得られる移動鏡１５の移動方向とパルス列信号のパルス数とから、移動鏡１５の位置を特定する。
ミラー速度調整部５６は、ミラー位置検出部５３で得られる第１パルス列信号または信号加算部５２で得られる第１コントロール光検出器３５の出力信号の周波数が一定となるように、ミラー駆動装置４１を制御する。こうして、ミラー速度調整部５６は、移動鏡１５を、一定速度で移動させる。
試料３のパワースペクトルの測定の際の、フーリエ変換赤外分光光度計１の動作を説明する。
主干渉計６から出力される赤外干渉光１１ｉは、試料３を通過するまたは試料３で反射される。赤外検出器１９は、試料３を通過または試料３で反射される赤外干渉光１１ｉを、インターフェログラムとして検出する。インターフェログラムは、移動鏡１５の移動に伴って生成される。スペクトル作成器６０は、赤外検出器１９で検出されたインターフェログラムから、試料３のパワースペクトルを作成する。
具体的には、ミラー位置検出部５３で得られる第１パルス列信号または第２パルス列信号が、サンプルホールド部６１に入力される。サンプルホールド部６１は、第１パルス列信号または第２パルス列信号によって規定されるタイミングで、赤外検出器１９で検出されたインターフェログラムをサンプリングする。アナログデジタル変換部６２は、サンプリングされたインターフェログラムをデジタル変換する。フーリエ変換演算部６３は、デジタル変換されたインターフェログラムをフーリエ変換する。こうして、試料３のパワースペクトルが得られる。
［変形例］
図５を参照して、本実施の形態の第１変形例のフーリエ変換赤外分光光度計１では、支持部材７０は、柱７１を含むが、マウント部７２（図２を参照）を含んでいない。スリット７８は、柱７１に設けられている。位相板２７は、固定部材８０を用いて、柱７１に取り付けられている。支持部材７０（柱７１）は、例えば、位相板２７の外周の一辺を支持している。位相板２７の外周の残りの三辺は、支持部材７０（柱７１）から解放されている。支持部材７０（柱７１）は、例えば、位相板２７の側縁部を支持している。押圧部材８４は、位相板２７の側縁部を押圧している。
図６を参照して、本実施の形態の第２変形例のフーリエ変換赤外分光光度計１では、支持部材７０は、本実施の形態の第１変形例の支持部材７０（図５を参照）と同様に構成されているが、柱７１がＬ字の形状を有している点で、本実施の形態の第１変形例の支持部材７０と異なっている。固定部材８０は、ねじのような押圧部材８５をさらに含む。位相板２７は、固定部材８０を用いて、柱７１に取り付けられている。支持部材７０（柱７１）は、例えば、位相板２７の外周の二辺を支持している。位相板２７の外周の残りの二辺は、支持部材７０（柱７１）から解放されている。支持部材７０（柱７１）は、例えば、位相板２７の側縁部と位相板２７の上縁部とを支持している。押圧部材８４は、位相板２７の側縁部を押圧している。押圧部材８５は、位相板２７の上縁部を押圧している。
図７を参照して、本実施の形態の第３変形例のフーリエ変換赤外分光光度計１では、位相板２７は、筐体８の頂壁から吊り下げられている。具体的には、柱７１は、筐体８の頂壁に取り付けられている。位相板２７は、固定部材８０を用いて、マウント部７２（基台７３）に取り付けられている。支持部材７０（マウント部７２）は、例えば、位相板２７の外周の一辺を支持している。位相板２７の外周の残りの三辺は、支持部材７０（マウント部７２）から解放されている。支持部材７０（マウント部７２）は、例えば、位相板２７の上縁部を支持している。押圧部材８４は、位相板２７の上縁部を押圧している。
第２コントロール光検出器３６も、複数の光検出素子を含む複数分割フォトダイオードであってもよい。第２コントロール光検出器３６が複数分割フォトダイオードである場合、信号加算部５２は、第２コントロール光検出器３６に含まれる複数の光検出素子の出力信号を加算して、第２コントロール光検出器３６の第２出力信号を得る。ミラー位置検出部５３は、信号加算部５２から第２コントロール光検出器３６の第２出力信号を受信する。位相板２７は、八分の一波長板（λ／８板）に限られず、四分の一波長板（λ／４板）または半波長板（λ／２板）などであってもよい。
［本実施の形態の作用］
本実施の形態の一実施例である図１から図４に示されるフーリエ変換赤外分光光度計１の作用を、比較例のフーリエ変換赤外分光光度計と比較しながら説明する。比較例のフーリエ変換赤外分光光度計は、実施例のフーリエ変換赤外分光光度計１の同様の構成を備えているが、以下の点で異なっている。図９及び図１０を参照して、比較例では、マウント部７２は、基台７３と、基台７３上に設けられているフレーム７６とを含む。フレーム７６には、開口７６ａが設けられている。位相板２７の全ての外周は、紫外線硬化性接着剤のような接着剤８８を用いて、マウント部７２（フレーム７６）に取り付けられている。すなわち、位相板２７の全ての外周は、支持部材７０（マウント部７２）に拘束されている。
図８は、実施例のフーリエ変換赤外分光光度計１を用いて取得されたバックグラウンドパワースペクトルの経時変化を示すグラフである。図１１は、比較例のフーリエ変換赤外分光光度計１を用いて取得されたバックグラウンドパワースペクトルの経時変化を示すグラフである。これらのグラフの横軸は測定を始めてからの時間を示し、これらのグラフの縦軸は、バックグラウンドの透過率を示す。これらのグラフにおいて、実線は、１０００ｃｍ-1の波数の赤外光に対するバックグラウンドの透過率の経時変化を示す。点線は、２０５０ｃｍ-1の波数の赤外光に対するバックグラウンドの透過率の経時変化を示す。一点鎖線は、２８５０ｃｍ-1の波数の赤外光に対するバックグラウンドの透過率の経時変化を示す。二点鎖線は、４０２０ｃｍ-1の波数の赤外光に対するバックグラウンドの透過率の経時変化を示す。
図８と図１１とを比較すると、実施例のフーリエ変換赤外分光光度計１は、比較例のフーリエ変換赤外分光光度計より、バックグラウンドパワースペクトルの経時変化が低減されていることが分かる。バックグラウンドパワースペクトルは、試料室４に試料３を配置しない場合に、フーリエ変換赤外分光光度計を用いて得られるパワースペクトルを意味する。このように、本実施の形態のフーリエ変換赤外分光光度計１によって得られるバックグラウンドパワースペクトルの経時変化が、比較例のフーリエ変換赤外分光光度計によって得られるバックグラウンドパワースペクトルの経時変化より小さい理由は、以下のように考えられる。
本実施の形態及び比較例では、支持部材７０は、赤外光１１によって照射される。位相板２７は、赤外光１１とコントロール光２１とによって照射される。赤外光１１とコントロール光２１とは、支持部材７０及び位相板２７の熱源として作用する。また、赤外光源１０が赤外光１１を放射している間、赤外光源１０において熱が発生する。コントロール光源２０がコントロール光２１を放射している間、コントロール光源２０において熱が発生する。赤外光源１０及びコントロール光源２０で発生した熱は、筐体８を経由して、支持部材７０に伝わる。
比較例では、位相板２７の全ての外周が支持部材７０（フレーム７６）に拘束されている。支持部材７０の熱膨張係数は、位相板２７の熱膨張係数と異なっている。位相板２７は、支持部材７０より柔らかい。そのため、支持部材７０の熱膨張係数と位相板２７の熱膨張係数との間の差に起因する熱応力は、位相板２７に印加されやすい。位相板２７のうち第１コントロール光２１ｊが透過する領域に、熱応力が発生する。
また、支持部材７０の熱伝導率は、位相板２７の熱伝導率より高い。また、支持部材７０は、より大きな体積を有する筐体８に取り付けられている。支持部材７０に伝わった熱は、筐体８に拡散されるため、支持部材７０の温度は、位相板２７より上昇しにくい。そして、比較例では、位相板２７の全ての外周が支持部材７０（フレーム７６）に拘束されている。そのため、支持部材７０（フレーム７６）に近位する位相板２７の周縁部の温度と、支持部材７０（フレーム７６）から遠位する位相板２７の中央部の温度との間の差が増加する。位相板２７内の不均一な温度分布に起因して、位相板２７のうち第１コントロール光２１ｊが透過する領域に、熱応力が発生する。
これら熱応力は、位相板２７のうちコントロール光２１（第１コントロール光２１ｊ）が透過する領域の物理厚さ及び屈折率分布を変動させる。位相板２７における物理厚さ及び屈折率分布の変動は、位相板２７を透過したコントロール光２１（第１コントロール光２１ｊ）の波面を歪ませる。コントロール光２１の波面の歪みは、第１コントロール光検出器３５（光検出素子３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ）の出力信号の位相及び第２コントロール光検出器３６の出力信号の位相を乱す。そのため、コントロール光検出器３４からの出力信号に基づいて計測される移動鏡１５の速度及び固定鏡１４または移動鏡１５の向きに誤差が発生する。その結果、移動鏡１５の速度及び固定鏡１４または移動鏡１５の向きを正確に設定することができなくなるとともに、移動鏡１５の位置を正確に検出することができなくなる。より経時変化が少なく安定したインターフェログラムを取得することができなくなる。より経時変化が少なく安定したパワースペクトルを取得することができなくなる。
これに対し、本実施の形態では、位相板２７の外周の解放領域は、支持部材７０から解放されている。そのため、位相板２７と支持部材７０との間の熱伝導が低減する。支持部材７０の熱膨張係数と位相板２７の熱膨張係数との間の差に起因して位相板２７のうちコントロール光２１（第１コントロール光２１ｊ）が透過する領域に印加される熱応力は、減少する。また、支持部材７０（フレーム７６）に近位する位相板２７の周縁部の温度と、支持部材７０（フレーム７６）から遠位する位相板２７の中央部の温度との間の差が減少する。位相板２７内の不均一な温度分布に起因して位相板２７のうちコントロール光２１（第１コントロール光２１ｊ）が透過する領域に発生する熱応力も、減少する。
こうして、位相板２７のうちコントロール光２１（第１コントロール光２１ｊ）が透過する領域の物理厚さ及び屈折率分布の変動が低減される。位相板２７を透過したコントロール光２１（第１コントロール光２１ｊ）の波面の歪みが低減される。コントロール光検出器３４からの出力信号に基づいて、移動鏡１５の速度及び固定鏡１４または移動鏡１５の向きをより正確に設定することが可能になるとともに、移動鏡１５の位置をより正確に検出することが可能になる。その結果、より経時変化が少なく安定したインターフェログラムを取得することができる。より経時変化が少なく安定したパワースペクトルを取得することができる。
［態様］
上述した例示的な実施の形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
（第１項）一態様に係るフーリエ変換赤外分光光度計は、主干渉計と、コントロール干渉計と、赤外検出器と、コントロール光検出器と、位相板と、支持部材とを備える。主干渉計は、赤外光を出射する赤外光源と、ビームスプリッタと、固定鏡と、移動鏡とを含む。コントロール干渉計は、コントロール光を出射するコントロール光源と、ビームスプリッタと、固定鏡と、移動鏡とを含む。赤外検出器は、主干渉計で生成され、かつ、試料を通過または試料で反射される赤外干渉光を検出する。コントロール光検出器は、コントロール干渉計で生成されるコントロール干渉光を検出する。位相板は、コントロール光の光路上であって、固定鏡または移動鏡とビームスプリッタとの間に配置されている。支持部材は、位相板を支持する。位相板の外周は、支持部材によって支持されている被支持領域と、支持部材から解放されている解放領域とを含む。
そのため、位相板と支持部材との間の熱伝導が低減する。支持部材の熱膨張係数と位相板の熱膨張係数との間の差に起因して位相板のうちコントロール光が透過する領域に印加される熱応力は、減少する。また、支持部材に近位する位相板の周縁部の温度と、支持部材から遠位する位相板の中央部の温度との間の差が減少する。位相板内の不均一な温度分布に起因して位相板のうちコントロール光が透過する領域に発生する熱応力も、減少する。こうして、位相板のうちコントロール光が透過する領域の物理厚さ及び屈折率分布の変動が低減される。コントロール光検出器からの出力信号に基づいて、移動鏡の速度及び固定鏡または移動鏡の向きをより正確に設定することが可能になるとともに、移動鏡の位置をより正確に検出することが可能になる。その結果、より経時変化が少なく安定したインターフェログラムを取得することができる。より経時変化が少なく安定したパワースペクトルを取得することができる。
（第２項）第１項に記載のフーリエ変換赤外分光光度計では、位相板の外周の解放領域は、位相板の外周長さの三分の一以上である。
そのため、位相板のうちコントロール光が透過する領域の物理厚さ及び屈折率分布の変動が低減される。より経時変化が少なく安定したインターフェログラムを取得することができる。より経時変化が少なく安定したパワースペクトルを取得することができる。
（第３項）第２項に記載のフーリエ変換赤外分光光度計では、支持部材は、位相板の外周の一辺のみを支持している。
そのため、位相板のうちコントロール光が透過する領域の物理厚さ及び屈折率分布の変動が低減される。より経時変化が少なく安定したインターフェログラムを取得することができる。より経時変化が少なく安定したパワースペクトルを取得することができる。
（第４項）第１項から第３項のいずれか一項に記載のフーリエ変換赤外分光光度計は、位相板を支持部材に取り付ける固定部材をさらに備える。支持部材には、スリットが設けられている。位相板は、スリットに挿入されている。固定部材は、弾性スペーサを含む。弾性スペーサは、スリットに挿入されており、かつ、支持部材と位相板との間に配置されている。
弾性スペーサは、位相板に局所的に大きな機械的応力を印加することなく、位相板を支持部材に取り付けることを可能にする。そのため、位相板のうちコントロール光が透過する領域の物理厚さ及び屈折率分布の変動が低減される。より経時変化が少なく安定したインターフェログラムを取得することができる。より経時変化が少なく安定したパワースペクトルを取得することができる。
（第５項）第４項に記載のフーリエ変換赤外分光光度計では、弾性スペーサの第１熱伝導率は、位相板の第２熱伝導率の３０％以下である。
そのため、弾性スペーサは、位相板と支持部材との間の熱伝導を減少させる。位相板のうちコントロール光が透過する領域の物理厚さ及び屈折率分布の変動が低減される。より経時変化が少なく安定したインターフェログラムを取得することができる。より経時変化が少なく安定したパワースペクトルを取得することができる。
（第６項）第４項または第５項に記載のフーリエ変換赤外分光光度計では、固定部材は、弾性スペーサに接触する板と、板を弾性スペーサ及び位相板に向けて押圧する押圧部材とをさらに含む。
そのため、位相板は、より均一に押圧され得る。位相板に局所的に大きな機械的応力が印加されることが防止され得る。そのため、位相板のうちコントロール光が透過する領域の物理厚さ及び屈折率分布の変動が低減される。より経時変化が少なく安定したインターフェログラムを取得することができる。より経時変化が少なく安定したパワースペクトルを取得することができる。
（第７項）第１項から第６項のいずれか一項に記載のフーリエ変換赤外分光光度計は、筐体をさらに備える。支持部材は、位相板が取り付けられるマウント部と、柱とを含む。柱はマウント部に接続されており、かつ、筐体に取り付けられている。赤外光の光軸の方向からの平面視において、柱はマウント部より狭い幅を有している。
そのため、支持部材で遮断される赤外光が減少する。赤外干渉光の強度が増加する。柱の温度の上昇が抑制され得る。コントロール光検出器からの出力信号に基づいて、移動鏡の速度及び固定鏡または移動鏡の向きをより正確に設定することが可能になるとともに、移動鏡の位置をより正確に検出することが可能になる。その結果、より経時変化が少なく安定したインターフェログラムを取得することができる。より経時変化が少なく安定したパワースペクトルを取得することができる。
また、支持部材に照射される赤外光の光量が減少する。支持部材の温度上昇が低減される。位相板のうちコントロール光が透過する領域の物理厚さ及び屈折率分布の変動が低減される。より経時変化が少なく安定したインターフェログラムを取得することができる。より経時変化が少なく安定したパワースペクトルを取得することができる。
（第８項）第１項から第６項のいずれか一項に記載のフーリエ変換赤外分光光度計は、筐体をさらに備える。支持部材は、位相板が取り付けられる柱を含む。柱は、位相板より狭い幅を有しており、かつ、筐体に取り付けられている。
そのため、支持部材で遮断される赤外光が減少する。赤外干渉光の強度が増加する。柱の温度の上昇が抑制され得る。コントロール光検出器からの出力信号に基づいて、移動鏡の速度及び固定鏡または移動鏡の向きをより正確に設定することが可能になるとともに、移動鏡の位置をより正確に検出することが可能になる。その結果、より経時変化が少なく安定したインターフェログラムを取得することができる。より経時変化が少なく安定したパワースペクトルを取得することができる。
また、支持部材に照射される赤外光の光量が減少する。支持部材の温度上昇が低減される。位相板のうちコントロール光が透過する領域の物理厚さ及び屈折率分布の変動が低減される。より経時変化が少なく安定したインターフェログラムを取得することができる。より経時変化が少なく安定したパワースペクトルを取得することができる。
今回開示された実施の形態及びその変形例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許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を意図される。
１ フーリエ変換赤外分光光度計、３ 試料、４ 試料室、６ 主干渉計、７ コントロール干渉計、８ 筐体、１０ 赤外光源、１１ 赤外光、１１ｉ 赤外干渉光、１１ｊ 第１赤外光、１１ｋ 第２赤外光、１１ｐ，２１ｐ 光軸、１２ コリメート鏡、１３ ビームスプリッタ、１４ 固定鏡、１５ 移動鏡、１７，１８ 集光鏡、１９ 赤外検出器、２０ コントロール光源、２１ コントロール光、２１ｉ コントロール干渉光、２１ｊ 第１コントロール光、２１ｋ 第２コントロール光、２１ｓ 第１コントロール干渉光、２１ｔ 第２コントロール干渉光、２２ コリメートレンズ、２６，２８ 鏡、２７ 位相板、３０ 偏光ビームスプリッタ、３１，３２ 透明ブロック、３３ 偏光分離膜、３４ コントロール光検出器、３５ 第１コントロール光検出器、３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ 光検出素子、３６ 第２コントロール光検出器、４０ ミラー角度調整器、４１ ミラー駆動装置、４１ａ ピストン、４１ｂ ボイスコイルモータ、５０ コントローラ、５１ ミラー角度調整部、５２ 信号加算部、５３ ミラー位置検出部、５４ 波形整形器、５５ ダウンカウンタ、５６ ミラー速度調整部、６０ スペクトル作成器、６１ サンプルホールド部、６２ アナログデジタル変換部、６３ フーリエ変換演算部、７０ 支持部材、７１ 柱、７２ マウント部、７３ 基台、７４，７６ フレーム、７６ａ 開口、７８ スリット、７９ 孔、８０ 固定部材、８１ 弾性スペーサ、８２ 板、８４，８５ 押圧部材、８８ 接着剤。

Claims (8)

  1. 赤外光を出射する赤外光源と、ビームスプリッタと、固定鏡と、移動鏡とを含む主干渉計と、
    コントロール光を出射するコントロール光源と、前記ビームスプリッタと、前記固定鏡と、前記移動鏡とを含むコントロール干渉計と、
    前記主干渉計で生成され、かつ、試料を通過または前記試料で反射される赤外干渉光を検出する赤外検出器と、
    前記コントロール干渉計で生成されるコントロール干渉光を検出するコントロール光検出器と、
    前記コントロール光の光路であって、前記固定鏡または前記移動鏡と前記ビームスプリッタとの間に配置されている位相板と、
    前記位相板を支持する支持部材とを備え、
    前記位相板の外周は、前記支持部材によって支持されている被支持領域と、前記支持部材から解放されている解放領域とを含む、フーリエ変換赤外分光光度計。
  2. 前記位相板の前記外周の前記解放領域は、前記位相板の外周長さの三分の一以上である、請求項１に記載のフーリエ変換赤外分光光度計。
  3. 前記支持部材は、前記位相板の前記外周の一辺のみを支持している、請求項１または請求項２に記載のフーリエ変換赤外分光光度計。
  4. 前記位相板を前記支持部材に取り付ける固定部材をさらに備え、
    前記支持部材には、スリットが設けられており、
    前記位相板は、前記スリットに挿入されており、
    前記固定部材は、弾性スペーサを含み、
    前記弾性スペーサは、前記スリットに挿入されており、かつ、前記支持部材と前記位相板との間に配置されている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のフーリエ変換赤外分光光度計。
  5. 前記弾性スペーサの第１熱伝導率は、前記位相板の第２熱伝導率の３０％以下である、請求項４に記載のフーリエ変換赤外分光光度計。
  6. 前記固定部材は、前記弾性スペーサに接触する板と、前記板を前記弾性スペーサ及び前記位相板に向けて押圧する押圧部材とをさらに含む、請求項４または請求項５に記載のフーリエ変換赤外分光光度計。
  7. 筐体をさらに備え、
    前記支持部材は、前記位相板が取り付けられるマウント部と、柱とを含み、
    前記柱は前記マウント部に接続されており、かつ、前記筐体に取り付けられており、
    前記赤外光の光軸方向からの平面視において、前記柱は前記マウント部より狭い幅を有している、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のフーリエ変換赤外分光光度計。
  8. 筐体をさらに備え、
    前記支持部材は、前記位相板が取り付けられる柱を含み、
    前記柱は、前記位相板より狭い幅を有しており、かつ、前記筐体に取り付けられている、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のフーリエ変換赤外分光光度計。
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