JPS60113101A - 波長歪みの減少装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の要約〕 光学系を有するミソシェルソン干渉計のような干渉計に
おける可動性鏡の角運動により生ずる波長誤差を減少さ
せる装置につき開示し、この装置はエネルギを損失する
ことなしにビーム幅を減少させた後、これを可動性鏡に
衝突させる。この装置の他の利点は、所望に応してたと
えば吸光セルを使用する装置のような減少幅のビームと
多重光路とを使用しうろことである。

〔発明の属する技術分野〕

本発明は一般にインタフェロメト刀−に関し、さらに詳
細には干渉計と組み合せた光学装置に関するものである
。

〔従来技術とその問題点〕

従来、干渉計における可動性鏡は装置の口径を構成する
ことが知られている。手の届かない星、或いはそ分抽の
遠い光線源を観ヨ１１する際、可動および静止鏡が装置
の口径を構成する。今日までインタフェロメトリーの全
ゆる面において、口径の幅が大きい程、装置は良好であ
るという概念が存在する。

干渉計装置における検知器は、そこにｆｆｊ突するビー
ムの変調強度のみを検知する（熱作用は別の問題である
ため、ここでは考慮しない）。

か（して、干渉針は強度依存性の干渉像を発生する。

干渉計型の全ての装置は、出力（強度）を検知器に確立
するには可動性鏡に頼る。装置としての干渉計は変調装
置であって、この装置に衝突するビームの強度を測定し
ない。干渉計を通過し、次いで検知器に衝突するのは出
力（強度）である。干渉装置における検知器は、この検
知器に衝突するビームの変調強度のみを検知する。

ビームの光源が手の届かない上記のような場合（たとえ
ば、星の場合）、問題とする出力、ずわなちビームの強
度はできるだけ太き（なければならないことが明らかで
ある。かくして、最大量の情報が集められ、検知器に衝
突する。事実、通常の場合には光源を第２図に示したよ
うに使用する。

第２図はミソシェルソン干渉計■の形態の従来技術を示
し、光源Ｓと視４！！鏡Ｃとを備え、さらにビームスプ
リッタＨと固定＆Ｍ　Ｍ　ｌ　と可動性鏡Ｍλと焦点鏡
Ｆと検知器りとを備える。可動性鏡Ｍ２に集光しうる光
の量は主として口径によることが判る。この配置は、た
とえば試料セルにつき操作する場合、大して便利でない
。この種の装置の製造業者の多くは、全部でないまでも
、これを改変している。

現在実用されているものは、一般にビームを平行化させ
、次いでこれを焦点に集めて試料室を貫通させ、その後
必要に応じてこれを初期の寸法まで増大させる。初期寸
法まで増大した後、これを再び平行化させて干渉計に移
動させる。

これは初期平向ビームと再増大平向ビームとの比を１：
ｌの比にする。

第３図も従来の装置であって、光源Ｓと第１規準鏡Ｃ１
と第１焦点鏡Ｆ１　とこの焦点における試料セルＡと第
２規準鏡Ｃ２，と干渉計Ｉとを備え、さらにビームスプ
リンタＨと固定鏡Ｍ１と可動性鏡ＭＬと第２焦点鏡Ｆ工
と検知器りとを備える。

第３図においても口径は主として可動性鏡の口径である
。

第４図も試料セルに使用するのに便利な従来型の装置で
ある。光ｓ５ｓからの照射線は第１規準鏡Ｃ１に移動し
、次いで干渉計Ｉに到り、この装置において参照符号Ｈ
はビームスブリック、Ｍ４．は固定鏡、Ｍ７は可動性鏡
、Ｆｌは第１焦点鏡、Ａは試料セル、Ｓｌは焦点、Ｃλ
は第２規準鏡、Ｆ２は第２焦点鏡、Ｄは検知器である。

これらの干渉針およびその他の多くの干渉計は、その出
力につき可動性鏡の口径に依存する。

可動性鏡の口径が実際の口径である。本発明は可動性鏡
の口径に関するものであるため、光学要素の口径につき
検討する必要がある。

第５図を参照して、参照符号Ｓは光学表面である。ｆｌ
　およびｆＬが２つの焦点であるとすれば、そのいずれ
か一方を実像とすることができ、〔−閃、＋■〕におけ
るその位置は不特定である。ｆ、からの主線とＸ軸とが
一致するよＴ、およびγユが図示したようにｆｌ　およ
び第２　に対する光線である場合、積分としての表面Ｓ
にわたるＴ、の先端はＳにまたがる。

に対し平向な方向を有する単位ベクトルである。

→ ｄｓは表面Ｓの微分単位であり、その方向はγＪ　の先
端において接線面に対し垂直であり、ｆ、から離間する
方向である。

ｆｌ　に対する有効口径を見出すには、光学表定せねば
ならず、かつ全表面につき合計を算出せねばならない。

ｆｌ　が無限大である場合、ｆ。

に対する有効口径と通常の口径とが一致する。

この口径は有効口径の特殊の場合である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ミソシエルシン干渉計のような干渉計
における可動性鏡の角運動により生ずる波長誤差を減少
させることである。

〔発明の要点〕

本発明によれば、エネルギの損失なしに可動性鏡に衝突
するビームの有効幅を減少させることにより、ミソシェ
ルソン干渉針のような干渉計における可動性鏡の角運動
により生ずる波長誤差を減少させる装置およびその方法
が提供され、その構成については特許請求の範囲第１項
および第５項に記載する。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明による装置１ｏを示し、これは干渉計２
０および光源Ｓと組み合せて、焦点鏡２２と、焦点鏡２
２の有効口径Ｂ１　よりも幅狭い平向ビームＢ２を発生
させる視準鏡２４と所望に応じビームＢ２における試料
セルＡ１とを備え、前記干渉計２０はビームスプリッタ
２６と固定鏡２８と可動性鏡３０と所望に応じ斜行鏡３
２とを備え、さらにこの装置は所望に応じ他の試料セル
ＡＬと第２焦点鏡３４と検知器りとを備える。

本発明の１つの利点は、光学系が出力の増大において極
めて効率的であり、かつ本発明に到るまでは従来無益と
考えられていた分野に極めて有利に使用しうろことであ
る。たとえば、第１図は焦点鏡２２で示されるように楕
円を特徴とする。第１図は決して本発明の唯一の実施例
ではない。

第６図は本発明の他の実施例を示し、装置４０における
光学系は干渉計５０と光源Ｓとの組み合せ、第１規準鏡
５２、第１焦点鏡５４、この第１規準鏡の有効口径Ｂｌ
　（平向ビーム）よりも幅狭い平向ビームＢＬを発生す
る第２規準鏡５６、所望に応じビームＢ２における試料
セルＡ１　からなり、干渉計５０はビームスプリンタ５
８と固定鏡６０と可動性鏡６２と所望に応じ斜行鏡６４
とを備え、さらに所望に応じ他の試料セルＡ２と第２焦
点鏡６６と検知器りとを備える。さらに、第１図および
第６図の装置を組み合せて、さらに狭いビームを発生さ
せることもできる。その他の設削ば、本発明に基づき当
業者には明らかであろう。

本発明の特に重要な利点をここに示す。光Ｂ：Ｌの比較
的狭いビームの使用は、可動性鏡に対する動揺の許容性
を緩和する。所定の光束密度（強度）のビームが可動性
鏡に衝突する場合、鏡運動において角度歪み（すなわぢ
動揺）が、生じないことが重要である。鏡が正確に平向
移動しない場合、干渉波長における歪みが生ずる。

事実、干渉計の有用性は、この歪みがλ／１０よりもず
っと大きい場合に著しく阻害される。

その結果、現在製造業者は鏡の運動における平向性を保
証するよう努力している。　゛しかしながら、同一の鏡
につき同一の光束密度（強度）の狭いビームを使用する
場合、鏡の運動における同じ量の動揺（すなわち角度変
位）はずっと少ない歪みを検知器へ移動させる。何故な
ら、歪みの増加または減少（他の全ての因子は同一であ
るとする）は数学的にビームの幅の比となるからである
。すなわち、これは形成される相似三角形の各月の測定
値の比、ずなわちλ１／λ２．＝Ｂ　Ｉ／ＢＬである。

第７図はその詳細を示している。可動性鏡Ｍの２つの位
置Ｍｚ、ａおよびＭ、、ｂは角度「ａ」の動揺を示して
いる。ビームＢ２はより小さい点（すなわち鏡に沿った
小さい範囲の点）に衝突するので、変位λヱは任意所定
の角度ｒａＪにつき幅広ビームＢ１　に対する変位λｆ
よりも比例的に小さい。

したがって、同一光束密度の２つの光ビームが存在すれ
ば、ビームが幅狭い程、−このビームが可動性鏡に衝突
する際のλの変化が小さくなり、かつ歪量も小さくなる
と言える。

第１図に示した装置１０により幾つかの他の利点も得ら
れる。先ず、出力における損失がない。同一光源を使用
しかつ同一の放物線鏡を使用すれば、検知器に焦点を合
せる入射光線（比較の目的で試料セルは全ての場合、空
とする）は第２図、第３図、第４図および第６図におい
て同じ強度を有し、第１表面鏡からの損失は無視できる
。

かくして、本発明の新規性は小型エンベロブにおける任
意の形状の光学系から放出される光束密度を制御し、か
くして小型鏡にも使用しうろことである。さらに、小型
エンベロブは、多くの試料セルおよび複数光路配置を介
して、焦点合せすることなく直接に送ることができる。

さらに、二重光路系で使用することもできる。

第８図は第６図の装置と同様な装置６００を示し、ただ
し、この場合は固定鏡６３０が隣接する二重鎖６３０の
単位列とすることができ、さらに可動性鏡６３２は固定
鏡に対し補完関係で対向する隣接三面鏡６３２′の同様
な単位列とすることができる。

この図面は、ビームＢ１　よりモ狭いビームＢλがどの
ようにして小さい空間中で極めて長い光路差を達成しう
るかを示している。可動性鏡を１ｃｍの光路差で移動さ
せると、光路差は配置における１つ少ない鏡数の２倍と
なり、すなわち０、Ｐ、Ｄ、−２（ｎ−１）となる（こ
こでｎば鏡数に等しい）。使用する鏡数を装置設計者の
希望に応じて増加させうろことが当業者には明らかであ
ろう。極めて狭いビームは小型鎮を可能にするので、多
数の鏡を容易に使用して極めて長い光路差を形成しうろ
ことが明らかである。このことは、ｃｍの逆数で表わし
て、解像カーＩ　１０．　Ｐ、　Ｄｃｍ−１の関係が、
干渉計における長い光路を有することが極めて望ましい
ことを示すので重要である。

反復再現性については、上記三面鏡の単位列は容易に作
成できる。

この図面における基本的思想を盛り込んだ他の方式も当
業者により使用することができる。

これら実施例において、図示した凹面鏡は慣用の抛物面
とすることができ、ただし第１図に示したように、焦点
部材は楕円形である。

入射ビームの大きさの減少は、鏡の動揺または傾斜を比
例的に改善する。ビームの強度は、幅狭になると１／Ｒ
２−だけ増大して、ビームを衝突させる可動性鎮を第１
集光光学系の有効口径の９５％よりもずっと低い値まで
狭くするので、幅狭となる程ゲインが下限値まで増大す
るという顕著な利点をもたらす。

ビームを狭くする際のゲインに対する下限値は口径の回
折依存性により付与され、円形の口径については１，２
２λ／ａにおいて最初の最小値が生ずる。円形の口径に
おりる波長依存性は当業者に対し明白な事実である。

以上、本発明を好適実施例につき説明したが本発明はこ
れらのみに限定されず、本発明の思想および範囲を逸脱
することなく多くの設計変更をなしうろことが了解され
よう。

〔発明の効果〕

本発明の」二記構成によれば、可動性鏡の角運動により
生ずる波長誤差を減少させ、強度を増大させるのに極め
て有効な光学系が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の好適実施例の略図であり、 第２図は従来の干渉計の略図であり、 第３図は従来の干渉計における他の具体例の略図であり
、 第４図は従来の干渉針におけるさらに他の具体例の略図
であり、 第５図は光学表面の口径を計算するだめの説明図であり
、 第６図は本発明による他の好適実施例の略図であり、 第７図はミソシェルソン干渉針におけるような可動性鏡
の２つの角度位置と狭いビームに対する広いビームによ
り生ずる比例的波長誤差を示す略図であり、 第８図は本発明の装置の実施例を示す略図である。 ｉｏ、、、装置　２０．、、干渉針 ２２、、、焦点鏡　２４．、、視準鏡 ２６１１、ビームスプリッタ　２８．、、固定鏡３０、
、、可動鏡　３２．、、斜行鏡 ３４、、、焦点鏡　４０．、、装置 ５０、、、干渉計　５２．　、　、視準鏡５４、、、焦
点鏡　５６．、、視準鏡 ５８、、、ビームスプリンタ　６０．、、固定鏡６２、
、、可動性鏡　６４．、、斜行鏡６６、、、焦点鏡　６
００．、、装置 ６３０、、、固定鏡　６３０．、、二重鎖６３２、、可
動性鏡　６３２．　、　、二重鎖１．−・“′！ ′、・之；゛ｊ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）可動性鏡に照射線源からの平行照射線ビームを指
   向させる手段を組み合せて備えるミ、７シエルシン干渉
   計における可動性鏡の角運すＪによりタトする波長歪み
   を減少させる装置において、前記指向手段は第１平向ビ
   ームをその全照射線と共に発生する手段と、前記第１平
   向ビームにおける前記全照射線を焦点に合せる手段と、
   焦点合せされた照射線から第２平向ビームをその全照射
   線と共に所定位置で先付−シてミソシェルソン干渉計の
   前記可動性ｔｆｌに衝突させる手段とを組み合せて備え
   、前記第１および第２平向ビームばそれぞれのビーノー
   幅を有し、かつ第２平向ビームのビーム幅は第１平向ビ
   ームのビーム幅よりも実質的に小さく、それにより前記
   可動性鏡の角運動により生ずる波長歪みを減少さ−せる
   ことを特許とする波長歪みの減少装置。
2. （２）第１平向ビームの発生手段が照射線源からの照射
   線を受けるよう位置せしめた第１凹面鏡であり、前記焦
   点合せ手段が前記受は入れた照射線を焦点合せする輪郭
   を有した第２凹面鏡であり、かつ所定位置に第２平向ヒ
   ームを発生して前記可動性鏡に衝突させる手段が第３凹
   面鏡である特許請求の範囲第１項記載の装置。
3. （３）輻射エネルギのビームを反射するミ・７シエルシ
   ン干渉計における可動性鏡の動揺により生ずる輻射エネ
   ルギのビームにおける波長誤差を減少する装置において
   、前記全ての輻射エネルギを含む第１幅の平向ビームを
   発生ずる第１手段と、第１幅の前記平向ビームにおける
   全幅躬エネルギを焦点合せする手段と、全輻射エネルギ
   を含む第１幅よりも狭い第２幅の平向ビームを発生して
   これを前記ミノシェルソン干渉計の可動性鏡に衝突させ
   る手段とを組み合せて備えることを特徴とする特許誤差
   の減少装置。
4. （４）　平向ビームを発生ずる第１手段が第１凹面鏡で
   あり、前記焦点合せ手段が第２凹面鏡であり、かつ平向
   ビームを発生する第２手段が第３凹面鏡である特許請求
   の範囲第３項記載の装置。
5. （５）集光器の照射線源に関連する有効口径を介して輻
   射エネルギのビームを受け入れて、これを平向ビームと
   して可動性鏡に衝突させる、干渉計における可動性鏡の
   運動誤差により生ずる波長歪みを減少させる方法におい
   て、（ａ）有効口径よりも実質的に狭い幅を有する平向
   ビームを有効口径を介して前記受は入れた輻射エネルギ
   のビームから形成し、 （ｂ）前記第１平向ビームではなく、前記幅狭の平向ビ
   ームを前記可動性鏡に衝突させ、それにより可動性鏡の
   運動誤差により生ずる波長歪みを減少させることを特徴
   とする波長歪みの減少方法。　３
6. （６）　ミソシェルソン型干渉計の可動性鏡に衝突させ
   るための輻射エネルギのビームにおけるエネルギ含有量
   を保持すると共に、可動性鏡の運動に対し入射する波長
   歪みを減少させる方法において、 （ａ）立体角を介し輻射エネルギのビームを集めて、そ
   れに特性的である幅とエネルギ含有量とを有する第１平
   向ビームを発生させ、 （ｂ）前記第１平向ビームから、減少した幅と保持され
   たエネルギ含有量とを有する第２平向ビームを発生させ
   、かつ （ｃ）前記可動性鏡の幅と整列する前記減少幅を有する
   第２平向ビームを前記可動性鏡に衝突させ、前記輻射エ
   ネルギのビームのエネルギ含有量を保持すると共に、前
   記可動性鏡の運動に対し入射する波長歪みを減少させる ことを特徴とするエネルギ含有量の保持力、法。