干渉計およびそれを備えた分光器
【課題】コリメータレンズ１５の焦点距離との関係で、光源１１が点光源と見なせない場合でも、軸外光束を考慮して大きな光学部品を用いることなく、平行光の光束径を小さくして、干渉計２を小型化する。
【解決手段】干渉計２は、光源１１と、コリメータレンズ１５と、干渉部１３とを備えている。コリメータレンズ１５は、光源１１の光出射面１１ａの１点から出射される光束を平行光に変換する。干渉部１３は、コリメータレンズ１５を介して入射する光を、ＢＳ１６の分離合成面で２光束に分離し、各光束を移動鏡１７および固定鏡１８で反射させた後、上記分離合成面で合成して干渉させる。光源１１の光出射面１１ａには、半球レンズ１４が密着して配置されている。
【解決手段】干渉計２は、光源１１と、コリメータレンズ１５と、干渉部１３とを備えている。コリメータレンズ１５は、光源１１の光出射面１１ａの１点から出射される光束を平行光に変換する。干渉部１３は、コリメータレンズ１５を介して入射する光を、ＢＳ１６の分離合成面で２光束に分離し、各光束を移動鏡１７および固定鏡１８で反射させた後、上記分離合成面で合成して干渉させる。光源１１の光出射面１１ａには、半球レンズ１４が密着して配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイケルソン型の干渉計と、その干渉計を備えた分光器とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイケルソン型の干渉計を用いたフーリエ変換分光分析装置（以下、分光器と称する）では、光源からの光をコリメータレンズにて平行光に変換した後、ビームスプリッタ（以下、ＢＳとも称する）で２光束に分離し、各光束をそれぞれ移動鏡および反射鏡で反射させて光路を折り返し、再度ＢＳに入射させて合成し、干渉させる。移動鏡の位置が変化すると、移動鏡で反射される光束と固定鏡で反射される光束とで光路差が生じ、入射光のうちで特定波長の光が干渉する。したがって、移動鏡の位置を変化させながら、干渉光の強度変化を光検出器で検出し、光検出器からの出力信号をフーリエ変換することにより、各波長ごとの強度を検知することができ、これによって入射光の分光分析を行うことができる。
【０００３】
ところで、従来、干渉計に用いられる光源は、コリメータレンズの焦点距離との関係で十分小さく、実質的に点光源と見なせるものが多かった。この場合、光路長の変動は、ＢＳにて分離される２光束の光路に置かれた反射鏡（固定鏡、移動鏡）による光路長の変動だけを考えればよく、分光の後処理が簡単になる。
【０００４】
このような点光源を用いた構成で、装置全体の小型化を図る技術がこれまで提案されている。例えば、特許文献１では、コリメータ光学系を、負の焦点距離を持つ第１のレンズ群と、正の焦点距離を持つ第２のレンズ群とで構成している。このように、コリメータ光学系をいわゆるテレフォトタイプで構成することにより、点光源からレンズ最終面までの距離が焦点距離よりも短くなり、これによって装置全体のコンパクト化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３０４１０３号公報（請求項１、段落〔００１０〕、〔００３０〕、図６等参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年では、分光器の小型化が益々要求されており、用いられる干渉計の小型化がさらに必要となってきている。干渉計を小型化するためには、コリメータレンズを介して得られる平行光の光束径を小さくすることで、光学部品を小さくして光学系の大きさ（体積）を減らすのが効果的である。
【０００７】
このとき、平行光の光束径を小さくするために、例えば焦点距離の短いコリメータレンズを用いると、コリメータレンズに対して相対的に光源の大きさが大きくなり、光源を点光源と見なすことができなくなるため、軸外光束を考慮することが必要となる。つまり、点光源とは見なせない光源を用いた干渉計では、どのようなコリメータレンズを用いても、軸上光束に対して軸外光束が傾くため、その傾きによっては大きなＢＳが必要となり、干渉計が大型化する。なお、軸上光束とは、光源の光出射面におけるコリメータレンズの光軸と交わる点（軸上の１点）から出射されてコリメータレンズで平行光に変換された光束を指す。また、軸外光束とは、光源の光出射面における光軸外の１点から出射されてコリメータレンズで平行光に変換された光束を指す。
【０００８】
一方、コリメータレンズの焦点距離が長いと、上記光源をほぼ点光源と見なすことができるので、軸外光束を考慮する必要がなくなるが、コリメータレンズから出射される平行光の光束径が大きくなるとともに、光源とコリメータレンズとの距離が大きくなるため、この場合も干渉計が大型化する。
【０００９】
なお、特許文献１の構成では、コリメータ光学系の焦点距離が長く、コリメータ光学系から出射される平行光の光束径が大きくなるとともに、光源とコリメータ光学系との距離がかなり大きく（実施例では５６．８ｍｍ、表４参照）、装置の小型化が十分に図られているとは言えない。
【００１０】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、コリメータレンズの焦点距離との関係で、光源が点光源と見なせない場合でも、軸外光束を考慮して大きな光学部品（例えばビームスプリッタ）を用いることなく、コリメータレンズから出射される平行光の光束径を小さくして、全体を小型化することができる干渉計と、その干渉計を備えた分光器とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の干渉計は、光出射面を有する光源と、前記光源の前記光出射面の１点から出射される光束を平行光に変換するコリメータレンズと、前記コリメータレンズを介して入射する光を、ビームスプリッタの分離合成面で２光束に分離し、各光束を移動鏡および固定鏡で反射させた後、前記分離合成面で合成して干渉させる干渉部とを備えた干渉計であって、前記光源の前記光出射面に密着して配置される半球レンズをさらに備えていることを特徴としている。
【００１２】
光源から出射される光束は、コリメータレンズにて平行光に変換された後、干渉部のビームスプリッタに入射し、ビームスプリッタの分離合成面で２光束に分離される。分離された２光束は、移動鏡および固定鏡でそれぞれ反射された後、上記の分離合成面に再度入射して合成され、干渉光となる。
【００１３】
このようなマイケルソン型の干渉計において、光源の光出射面には、半球レンズが密着して配置されている。この構成では、光源が光出射面を持ち、コリメータレンズの焦点距離との関係で点光源と見なせない場合でも、光源の光出射面の１点から出射された光束の広がり角は、半球レンズの屈折率の分だけ小さくなり、コリメータレンズにて平行光に変換された後の光束径が、半球レンズを配置しない場合に比べて小さくなる。
【００１４】
しかも、半球レンズを配置することにより、軸外光束の傾きによって有効光束径が広がる度合いよりも、平行光の光束径を小さくすることによって有効光束径が狭まる度合いのほうが大きくなるような光学設計を実現することができる。なお、有効光束径とは、ビームスプリッタの分離合成面に固定鏡（または移動鏡）を介して入射する直前の全光束の光束径（最大値）を指す。これにより、点光源とは見なせない光源を用いた場合でも、軸外光束を考慮して大きな光学部品（例えばビームスプリッタ）を用いることなく、平行光の光束径を小さくして、干渉計を小型化することが可能となる。
【００１５】
本発明の干渉計は、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。すなわち、
ＮＡ・ｆ＋（ｒ／ｆ）・Ｌ＞（ＮＡ／ｎ）・ｆ＋（ｒ／Ｆ）・Ｌ ・・・（１）
ただし、
ＮＡ：光源側の開口数
ｆ ：コリメータレンズの焦点距離（ｍｍ）
Ｆ ：コリメータレンズと半球レンズとを含むコリメータ光学系の焦点距離
（ｍｍ）
ｒ ：光源の光出射面の半径（ｍｍ）
Ｌ ：コリメータレンズの光軸上およびその延長線上における、コリメータ
レンズの光出射面からビームスプリッタの分離合成面までの距離と、
分離合成面から固定鏡までの距離の２倍との和（ｍｍ）
ｎ ：半球レンズの構成材料の設計波長での屈折率
である。
【００１６】
条件式（１）は、軸外光束の傾きによって有効光束径が広がる度合いよりも、平行光の光束径を小さくすることによって有効光束径が狭まる度合いを大きくするための条件を規定している。条件式（１）を満足することにより、半球レンズを用いない場合よりも有効光束径が小さくなるので、小型のビームスプリッタを用いて、干渉計を確実に小型化することができる。
【００１７】
本発明の干渉計は、以下の条件式（２）をさらに満足することが望ましい。すなわち、
３５０＜Ｆ・νｄ＜６００ ・・・（２）
ただし、
νｄ：半球レンズの構成材料のアッベ数
である。
【００１８】
Ｆとνｄとの積が３５０ｍｍ以下の場合、半球レンズによる軸外光束の色収差が大きくなるため、本発明の干渉計を例えば分光器に適用したときに、分光器の測定精度が低下する。一方、Ｆとνｄとの積が６００ｍｍ以上の場合、半球レンズの材料として高価な材料を選択しなければならず、分光器を小型化できてもコスト上昇となる。
【００１９】
したがって、条件式（２）を満足することにより、軸外光束の色収差を抑えて、分光器の測定精度を確保しながら、半球レンズの材料の選択の自由度を確保して、装置のコスト上昇を抑えることができる。
【００２０】
本発明の干渉計において、前記光源の前記光出射面は、発光面で発光された光束を取り込んで導光する導光部材の光束射出側の端面で構成されていてもよい。
【００２１】
発光面で発光された光束を導光部材で導光する構成とすることで、導光部材よりも後段の光学系に対する、光源（特に発光面）で発生する熱の影響を低減することができるともに、光源（特に発光面）の配置の自由度を増大させることができる。
【００２２】
本発明の分光器は、上述した本発明の干渉計と、前記干渉計から出力される干渉光の検知信号に基づいて、波長ごとの光の強度を示すスペクトルを生成するスペクトル生成部とを備えていることが望ましい。
【００２３】
分光器が上記した小型の干渉計を備え、干渉計からの出力信号に基づいてスペクトルを生成し、分光分析を行う構成とすることにより、小型の分光器を実現することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、マイケルソン型の干渉計において、光源の光出射面に半球レンズを密着して配置することにより、コリメータレンズの焦点距離との関係で、光源が点光源と見なせない場合でも、軸外光束を考慮して大きな光学部品を用いることなく、平行光の光束径を小さくする光学設計を実現することができ、これによって干渉計を小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の一形態に係る分光器の概略の構成を模式的に示す説明図である。
【図２】（ａ）は、上記分光器に用いたれる干渉計において、半球レンズを配置しない場合の、光源からＢＳの分離合成面までの光路を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、半球レンズを配置した場合の、光源からＢＳの分離合成面までの光路を模式的に示す説明図である。
【図３】上記光源の他の構成例を示す説明図である。
【図４】（ａ）は、上記干渉計における固定鏡側の光路を示す説明図であり、（ｂ）は、上記干渉計における移動鏡側の光路を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００２７】
（干渉計および分光器について）
図１は、本実施形態の分光器の概略の構成を模式的に示す説明図である。分光器１は、フーリエ変換分光分析装置（ＦＴＩＲ；Fourier Transform Infrared Spectroscopy ）であり、干渉計２と、演算部３と、出力部４とを有している。
【００２８】
演算部３は、干渉計２から出力される信号（干渉光の検知信号）をＡ／Ｄ変換およびフーリエ変換することにより、各波長（波数（＝１／波長））の光の強度を示すスペクトルを生成するスペクトル生成部である。出力部４は、演算部３にて生成されたスペクトルを出力（例えば表示）する。
【００２９】
干渉計２は、マイケルソン型の干渉計で構成されており、光源１１と、コリメータ光学系１２と、干渉部１３とを備えている。
【００３０】
光源１１は、一定の面積を有する光出射面１１ａから光を出射するものである。本実施形態では、光源１１は、例えば近赤外光（波長９００〜２３００ｎｍ）を出射する。コリメータ光学系１２は、半球レンズ１４と、コリメータレンズ１５とを有して構成されている。半球レンズ１４は、例えば透明なガラスで構成されており、光源１１の光出射面１１ａに平面側を密着して配置されている。
【００３１】
コリメータレンズ１５は、正の光学パワーを持ち、光源１１の光出射面１１ａの１点から出射される光束を平行光に変換する。コリメータレンズ１５は、例えば非球面単レンズで構成されているが、色収差を少なくした複数レンズからなるコリメータで構成されてもよいし、回転楕円鏡を用いたコリメータで構成されてもよい。本実施形態では、コリメータ光学系１２の焦点距離は例えば１０ｍｍ以下と短く、これによって干渉計２の小型化を図っている。
【００３２】
干渉部１３は、ＢＳ１６と、移動鏡１７と、固定鏡１８と、補償板１９と、光検出器２０とを有している。なお、ＢＳ１６と光検出器２０との間の光路中に集光光学系が配置されていてもよい。また、移動鏡１７と固定鏡１８の位置関係は、逆であってもよい。
【００３３】
ＢＳ１６は、コリメータレンズ１５から出射される光束を透過および反射により２光束に分離して、それぞれを移動鏡１７および固定鏡１８に導く一方、移動鏡１７および固定鏡１８にて反射された各光束を合成して干渉させる、平板型のビームスプリッタで構成されている。ＢＳ１６の透過反射面は、入射光を２光束に分離するとともに、入射する２光束を合成するための分離合成面となっている。補償板１９は、ＢＳ１６の厚み分の光路長、および光がＢＳ１６を透過する際の屈折による光路シフトを補正するための基板（例えばガラス基板）である。
【００３４】
移動鏡１７および固定鏡１８は、ＢＳ１６で分離された各光束を反射させる反射鏡であり、移動鏡１７は図示しない駆動機構によって並進駆動され、固定鏡１８は固定されている。光検出器２０は、ＢＳ１６から出射される干渉光を受光して検出し、演算部３に出力する。
【００３５】
なお、上記の駆動機構による移動鏡１７の並進駆動は、平行板ばねの共振によって行ってもよいし、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）や静電アクチュエータを用いて行ってもよい。また、定常状態（静止状態）が移動ストロークの中点付近にある別の駆動方法（レールによる平行移動など）を用いてもよい。さらに、４本のばねを用いて移動鏡１７を共振させてもよい。
【００３６】
上記の構成において、光源１１から出射される光束は、半球レンズ１４を介してコリメータレンズ１５に入射し、コリメータレンズ１５にて平行光に変換された後、干渉部１３に入射する。干渉部１３では、コリメータレンズ１５からの入射光が、ＢＳ１６の分離合成面で透過および反射によって２光束に分離される。分離された一方の光束は補償板１９を介して移動鏡１７に入射してそこで反射され、他方の光束は固定鏡１８で反射され、それぞれ元の光路を逆戻りしてＢＳ１６の分離合成面に再度入射し、そこで重ね合わせられる。
【００３７】
ＢＳ１６で合成された光は、干渉光として試料（図示せず）に照射される。このとき、駆動機構によって移動鏡１７を連続的に移動させながら試料に光が照射されるが、ＢＳ１６から各反射鏡（移動鏡１７、固定鏡１８）までの光路長の差が波長の整数倍のときは、ＢＳ１６で重ね合わされた光の強度は最大となる。一方、移動鏡１７の移動によって２つの光路長に差が生じている場合には、ＢＳ１６で重ね合わされた光の強度に変化が生じる。試料を透過した光は、光検出器２０に入射し、そこで時間的インターフェログラムとして検出される。
【００３８】
干渉計２の光検出器２０から出力される信号は、演算部３にてＡ／Ｄ変換およびフーリエ変換され、スペクトルとして出力部４で出力される。したがって、このスペクトルに基づき、試料の特性（材料、構造、成分量など）を知ることができる。
【００３９】
（半球レンズの配置による作用効果について）
本実施形態では、光源１１の光出射面１１ａに半球レンズ１４を密着して配置していることにより、干渉計２ひいては分光器１の小型化を図っている。以下、この点について説明する。
【００４０】
図２（ａ）は、半球レンズを配置しない場合の、光源１１からＢＳ１６の分離合成面（２回目入射）までの光路を模式的に示しており、図２（ｂ）は、半球レンズ１４を配置した場合の、光源１１からＢＳ１６の分離合成面（２回目入射）までの光路を模式的に示している。
【００４１】
なお、ここでは、干渉計２の小型化を図るべく、焦点距離の短いコリメータレンズ１５を用いているために、光出射面１１ａを持つ光源１１が実質的に点光源と見なせないものとして説明する。また、以下での説明の便宜上、半球レンズを配置しない場合において、光源１１の光出射面１１ａ上の１点から出射される光束の広がり角をθ１（°）とし、この光束がコリメータレンズ１５で平行光に変換された後の光束径をφ１（ｍｍ）とする。同様に、半球レンズ１４を配置した場合において、光源１１の光出射面１１ａ上の１点から出射される光束の広がり角をθ２（°）とし、この光束がコリメータレンズ１５で平行光に変換された後の光束径をφ２（ｍｍ）とする。
【００４２】
光源１１の光出射面１１ａに半球レンズ１４を密着して配置することにより、光束の広がり角θ２は、半球レンズ１４の屈折率の分だけ、半球レンズを配置しない場合の光束の広がり角θ１よりも小さくなったように見える。また、半球レンズ１４から空気中に出る光束は、半球面によってほとんど屈折することがないため（屈折してもわずかであるため）、ほぼ小さな広がり角のままコリメータレンズ１５に入射する。したがって、コリメータレンズ１５から出射される平行光の光束径φ２は、半球レンズを配置しない場合の平行光の光束径φ１に比べて小さくなる。
【００４３】
また、光源１１の光出射面１１ａの光軸外の１点から出射される光束が半球レンズ１４によってわずかに屈折されるときの屈折方向は、コリメータレンズ１５の光軸に対する軸外光束の傾きが大きくなる方向であるが、半球レンズ１４を配置することにより、軸外光束の傾きによって有効光束径が広がる度合いよりも、光束径φ２を小さくすることによって有効光束径が狭まる度合いが大きくなるような光学設計を実現することができる。なお、有効光束径とは、ＢＳ１６の分離合成面に固定鏡１８（または移動鏡１７）を介して入射する直前の全光束の光束径（最大値）を指し、図２（ａ）ではφＡに相当し、図２（ｂ）ではφＢに相当する。
【００４４】
例えば、光源１１の大きさ（後述するｒの２倍に相当）が、コリメータ光学系１２の焦点距離（後述するＦに相当）に対して３％程度であり、コリメータレンズ１５の光出射面からＢＳ１６の分離合成面（２回目入射）までの光路長（後述するＬに相当）が、コリメータ光学系１２の焦点距離に対して４００％程度であるとき、軸外光束の角度（傾き）によって有効光束径が広がる度合いよりも、半球レンズ１４によって光束径が小さくなって有効光束径が小さくなる度合いのほうが大きくなる。これにより、点光源とは見なせない光源１１を用いた場合でも、軸外光束を考慮して大きな光学部品（例えばＢＳ１６）を用いることなく、平行光の光束径φ２を小さくして、干渉計２を小型化することが可能となる。そして、このような小型の干渉計２を分光器１が備えることで、小型の分光器１を実現することができる。
【００４５】
また、干渉計２を小型化する代わりに、広がり角の大きい光束を出射する光源１１を使用することも可能となる。明るい光源は、光束の広がり角が大きいものが多いので、光源１１として、光束の広がり角が大きい、明るい光源を使用することにより、分光器１の分光性能をさらに向上させることができる。
【００４６】
（条件式について）
次に、上記光学設計を実現するための条件式について説明する。
【００４７】
本実施形態の干渉計２は、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。すなわち、
ＮＡ・ｆ＋（ｒ／ｆ）・Ｌ＞（ＮＡ／ｎ）・ｆ＋（ｒ／Ｆ）・Ｌ ・・・（１）
ただし、
ＮＡ：光源側（物体側）の開口数
ｆ ：コリメータレンズの焦点距離（ｍｍ）
Ｆ ：コリメータ光学系の焦点距離（ｍｍ）
ｒ ：光源の光出射面の半径（ｍｍ）
Ｌ ：コリメータレンズの光軸上およびその延長線上における、コリメータ
レンズの光出射面からＢＳの分離合成面までの距離と、分離合成面から
固定鏡までの距離の２倍との和（ｍｍ）
ｎ ：半球レンズの構成材料の設計波長での屈折率
である。
【００４８】
半球レンズ１４を光源１１の光出射面１１ａに密着させたときに、コリメータレンズ１５から出射される平行光の光束径が小さくなる度合いは、光源１１（光出射面１１ａ）の大きさ、距離Ｌ、半球レンズ１４を配置したときの焦点距離Ｆなどに関係する。また、干渉部１３では、ＢＳ１６で光束を２つに分けて再び合成するが、軸外光束が角度を持っていると、この再合成される面（分離合成面）での有効光束径が光学系の部品の大きさに最も影響する。したがって、コリメータレンズ１５の光出射面からＢＳ１６で２光束が再合成される面までの距離Ｌが長いと、軸外光束が角度を持っているときに、有効光束径が大きくなり、ＢＳ１６を大型化せざるを得なくなる。また、光源１１の大きさとコリメータ光学系１２の焦点距離Ｆとの関係で、焦点距離Ｆに対して光源１１が大きくなると、軸外光束の角度がより大きくなるため、やはり有効光束径が大きくなってしまう。
【００４９】
条件式（１）は、軸外光束の傾きによって有効光束径が広がる度合いよりも、平行光の光束径を小さくすることによって有効光束径が狭まる度合いを大きくするための条件を規定している。
【００５０】
すなわち、光源１１から出射される光の広がり角≒ＮＡであるので、コリメータレンズ１５にて平行光に変換された軸上光束の光束径は、ｆとＮＡとの積でほぼ近似できる。また、軸外光束の角度正接は、ｒ／Ｆである。ＢＳ１６における有効光束径は、コリメータレンズ１５の光出射面から出射された光が、ＢＳ１６の分離合成面を介して固定鏡１８（または移動鏡１７）に入射し、そこで反射されて再度ＢＳ１６の分離合成面に到達するまでの距離Ｌを使って、（ｒ／Ｆ）・Ｌと書ける。ただし、これは軸上光束の光束径がゼロのときである。
【００５１】
軸上光束の光束径の大きさを考えた場合の分離合成面における有効光束径は、ＮＡ・ｆ＋（ｒ／Ｆ）・Ｌと書ける。半球レンズを用いない場合、Ｆ＝ｆであるので、上記有効光束径は、
ＮＡ・ｆ＋（ｒ／ｆ）・Ｌ ・・・（１ａ）
となる。
【００５２】
一方、半球レンズ１４を用いた場合、光源１１から出射される光の広がり角≒ＮＡ／ｎであるので、上記有効光束径は、
（ＮＡ／ｎ）・ｆ＋（ｒ／Ｆ）・Ｌ ・・・（１ｂ）
と書ける。
【００５３】
これらの２つの式を比較して、式（１ｂ）の値が式（１ａ）の値よりも小さければ、有効光束径が小さいと言える。すなわち、条件式（１）を満足することにより、小型のＢＳ１６を用いて干渉計２を確実に小型化することができる。
【００５４】
また、本実施形態の干渉計２は、以下の条件式（２）をさらに満足することが望ましい。すなわち、
３５０＜Ｆ・νｄ＜６００ ・・・（２）
ただし、
νｄ：半球レンズの構成材料のアッベ数
である。
【００５５】
なお、アッベ数νｄは、一般的に、ガラス材料の特性（分散）を評価する指標として知られており、
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
で表される。ただし、ｎｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率、ｎＦはＦ線（４８６．１ｎｍ）に対する屈折率、ｎＣはＣ線（６５６．３ｎｍ）に対する屈折率を示す。
【００５６】
コリメータ光学系１２の焦点距離Ｆが短いほど、軸外光束の角度が大きくなる。このとき、光源１１に密着させる半球レンズ１４の材料に大きな分散があると、色収差により、軸外光束の角度が波長によって異なってしまい、分光器１の測定精度が悪くなってしまう。なお、コリメータ光学系１２の焦点距離Ｆによって色収差の大きさは変動する。
【００５７】
つまり、Ｆとνｄとの積が３５０ｍｍ以下の場合、半球レンズ１４による軸外光束の色収差が大きくなり、波長によって軸外光束の角度が異なってしまうため、分光器１として計測に用いるのに十分な精度を確保することができなくなり（測定誤差が２ｎｍ程度を大きく超えてしまい）、好ましくない。一方、Ｆとνｄとの積が６００ｍｍ以上の場合、半球レンズ１４の材料を選ぶ自由度が減り、高価な材料を選択しなければならず、分光器１を小型化できてもコスト上昇となるため、望ましくない。
【００５８】
したがって、条件式（２）を満足することにより、軸外光束の色収差を抑えて、分光器１の測定精度を確保しながら、半球レンズ１４の材料の選択の自由度を確保して、装置のコスト上昇を抑えることができる。
【００５９】
（光源の他の構成例について）
図３は、上記した光源１１の他の構成例を示している。光源１１は、例えばレーザ光源からなる光源２１と、光ファイバ２２（導光部材）とを有して構成されていてもよい。この構成では、光源２１の発光面２１ａで発光された光束は、光ファイバ２２に取り込まれて導光され、光ファイバ２２の光束射出側の端面２２ａから射出される。したがって、この構成では、光源１１の光出射面１１ａは、光ファイバ２２の光束射出側の端面２２ａで構成されていることになり、光源２１（発光面２１ａ）を１次光源とすると、光出射面１１ａ（端面２２ａ）は２次光源を構成することになる。
【００６０】
このように、発光面２１ａで発光された光束を光ファイバ２２で導光する構成とすることにより、光源２１（発光面２１ａ）をコリメータレンズ１５以降の光学系から離して配置することができる。これにより、光源２１（発光面２１ａ）で発生する熱が光学系の各構成部品に与える影響を低減できるとともに、光源２１（発光面２１ａ）の配置の自由度を増大させることができる。
【００６１】
（実施例について）
次に、上述した半球レンズ１４を含む干渉計２の実施例について説明する。実施例１は、図１の光学系に対応した数値実施例であり、そのコンストラクションデータは以下の通りである。なお、説明の理解をしやすくするために、固定鏡１８側の光路と移動鏡１７側の光路とで、コンストラクションデータを分けて記載する。図４（ａ）は、干渉計２における固定鏡１８側の光路およびその光路上に位置する光学部材を示しており、図４（ｂ）は、移動鏡１７側の光路およびその光路上に位置する光学部材を示している。
【００６２】
以下のコンストラクションデータにおいて、Ｓｉ（ｉ＝０、１、２、・・・）は物体側から数えてｉ番目の面を指す。具体的には、固定鏡１８側の光路では、Ｓ０は光源１１の光出射面１１ａ（半球レンズ１４の平面）、Ｓ１は半球レンズ１４の半球面、Ｓ２およびＳ３はコリメータレンズ１５の光入射面および光出射面、Ｓ４は仮想絞り面（ＳＴＯ）、Ｓ５はＢＳ１６の透過面、Ｓ６はＢＳ１６の反射透過面、Ｓ７はＳ６と同じ面、Ｓ８はＳ５と同じ面、Ｓ９は補償板１９のＢＳ１６側の面、Ｓ１０は補償板１９のＢＳ１６とは反対側の面、Ｓ１１は固定鏡１８の反射面、Ｓ１２はＳ１０と同じ面、Ｓ１３はＳ９と同じ面、Ｓ１４はＳ８と同じ面、Ｓ１５はＳ６と同じ面、Ｓ１６はＳ９と同じ面、Ｓ１７はＳ１０と同じ面、Ｓ１８は仮想干渉面、Ｓ１９は光検出器２０の受光面で、Ｓ１８と同じ面をそれぞれ指す。なお、Ｓ９およびＳ１０は、偏芯データを得るためのダミー面である。
【００６３】
一方、移動鏡１７側の光路では、Ｓ０は光源１１の光出射面１１ａ（半球レンズ１４の平面）、Ｓ１は半球レンズ１４の半球面、Ｓ２およびＳ３はコリメータレンズ１５の光入射面および光出射面、Ｓ４は仮想絞り面（ＳＴＯ）、Ｓ５はＢＳ１６の透過面、Ｓ６はＢＳ１６の反射透過面、Ｓ７はＳ６と同じ面、Ｓ８はＳ５と同じ面、Ｓ９は補償板１９のＢＳ１６側の面、Ｓ１０は補償板１９のＢＳ１６とは反対側の面、Ｓ１１は移動鏡１７の反射面、Ｓ１２はＳ１０と同じ面、Ｓ１３はＳ９と同じ面、Ｓ１４はＳ８と同じ面、Ｓ１５はＳ６と同じ面、Ｓ１６はＳ９と同じ面、Ｓ１７はＳ１０と同じ面、Ｓ１８は仮想干渉面、Ｓ１９は光検出器２０の受光面で、Ｓ１８と同じ面をそれぞれ指す。なお、Ｓ７およびＳ８は、偏芯データを得るためのダミー面である。
【００６４】
また、ＲＭＤは面の特性を指し、反射面（ＲＥＦＬ）または屈折面を指す。なお、ＲＭＤの欄においては、反射面のみを表記し、表記がない場合は屈折面を指す。また、屈折率の記載がないところは空気であることを指す。曲率半径および軸上面間隔の単位はｍｍである。
【００６５】
ＡＳＰは、以下の光軸対称な式で表される非球面のデータを指す。光軸対称な式は、光源１１から光検出器２０に向かう光束の中心光線が進行する軸を光軸としたとき、その光軸方向をＺ軸、メリディオナル断面内でＺ軸に垂直な方向をＹ軸、サジタル断面内でＺ軸に垂直な方向をＸ軸として、面頂点からの距離を以下のように表したものである。
ｚ＝（ｃ・ｈ２）／［１＋｛１−（１＋ｋ）・ｃ２・ｈ２｝１／２］
＋Ａ・ｈ４＋Ｂ・ｈ６＋Ｃ・ｈ８＋Ｄ・ｈ１０
ここで、ｚは面のローカルなＺ軸方向の面頂点からの位置、ｃは近軸の曲率で曲率半径の逆数（１／ｍｍ）、ｋは円錐定数、ｈはＺ軸からの高さ（ｈ２＝ｘ２＋ｙ２）、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数である。なお、非球面データにおいて、Ｅ−ｎ＝×１０−ｎを指す。
【００６６】
また、ＸＤＥはＸ方向の平行偏芯、ＹＤＥはＹ方向の平行偏芯、ＺＤＥはＺ方向の平行偏芯の各量（ｍｍ）をそれぞれ指し、ＡＤＥはＸ軸周りの回転、ＢＤＥはＹ軸周りの回転、ＣＤＥはＺ軸周りの回転の角度（°）をそれぞれ指す。ＧＬＢ ＧｉはＳｉ面を基準とするグローバル偏芯（表記がなければローカルな偏芯）であることを指す。回転中心の座標は、入射光束の中央位置を原点としたときの位置である。なお、ＢＳ１６は、Ｘ軸周りに回転するものとする。
【００６７】
また、図４（ａ）（ｂ）において、最初の光線は、左から右に向かって進行し（＋Ｚ軸方向）、反射面があれば光線は右から左に向かって進むものとする（計算の便宜上、角度が付いていても同じように考える）。そして、軸上面間隔および屈折率は、光線が左から右に進むときにはプラスとし、右から左に進むときにはマイナスとする。光線が右から左に進むとき、再び反射面があれば光線は左から右に進み、軸上面間隔および屈折率はプラスとなる。
【００６８】
波長９００ｎｍにおけるＢＫ７＿ＳＣＨＯＴＴの屈折率は１．５０８９９７である。また、実施例１では、光源１１からの光は、ＢＳ１６に対して入射角３０°で入射しているものとする。
【００６９】
＜実施例１＞
[固定鏡側光路]
曲率半径 軸上面間隔 RMD 屈折率(900nm)
S0 INFINITY 1.00000 1.508997
（光源）
S1 -1.000000 6.38957
（半球レンズ半球面）
S2 93.21306 3.32461 1.508997
（コリメータレンズ光入射面）
ASP: 非球面データ
K: 0.00000
A:-2.65511E-03 B: 2.06250E-04 C:-2.32303E-05 D: 0.000000E+00
S3 -4.99769 17.85702
（コリメータレンズ光出射面）
ASP: 非球面データ
K: 0.00000
A:-4.43198E-04 B: 4.36195E-05 C:-1.95884E-06 D:-0.170634E-06
S4 INFINITY 0.00000
（ＳＴＯ）
S5 INFINITY 0.00000 1.508997
（ＢＳ透過面）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE:-1.154701 GLB G4
ADE:30.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S6 INFINITY 0.00000 反射面 -1.508997
（ＢＳ反射透過面）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G4
ADE:30.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S7 INFINITY -1.00000 -1.508997
（S6と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G6
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S8 INFINITY 1.10000
（S5と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G5
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S9: INFINITY -1.00000 ダミー
（補償板）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.10000 GLB G6
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S10: INFINITY -8.00000 ダミー
（補償板）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 1.00000 GLB G9
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S11: INFINITY 8.00000 反射面
（固定鏡）
XDE: 0.00000 YDE:-8.66025 ZDE:-5.00000 GLB G4
ADE:60.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S12: INFINITY 1.00000 AIR
（S10と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G10
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S13: INFINITY 0.10000
（S9と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G9
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S14: INFINITY 1.00000 1.508997
（S8と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G8
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S15: INFINITY 0.10000 AIR
（S6と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G6
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S16: INFINITY 1.00000 1.508997
（S9と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G9
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S17: INFINITY 8.00000
（S10と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G10
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S18: INFINITY 0.00000
（仮想干渉面）
XDE: 0.00000 YDE: 8.66025 ZDE: 5.00000 GLB G4
ADE:60.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S19 INFINITY 0.00000
（仮想干渉面）
【００７０】
[移動鏡側光路]
曲率半径 軸上面間隔 RMD 屈折率(900nm)
S0 INFINITY 1.00000 1.508997
（光源）
S1 -1.000000 6.38957
（半球レンズ半球面）
S2 93.21306 3.32461 1.508997
（コリメータレンズ光入射面）
ASP: 非球面データ
K: 0.00000
A:-2.65511E-03 B: 2.06250E-04 C:-2.32303E-05 D: 0.000000E+00
S3 -4.99769 17.85702
（コリメータレンズ光出射面）
ASP: 非球面データ
K: 0.00000
A:-4.43198E-04 B: 4.36195E-05 C:-1.95884E-06 D:-0.170634E-06
S4 INFINITY 0.00000
（ＳＴＯ）
S5 INFINITY 0.00000 1.508997
（ＢＳ透過面）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE:-1.15470 GLB G4
ADE:30.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S6 INFINITY 0.00000 1.508997
（ＢＳ反射透過面）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G4
ADE:30.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S7: INFINITY 1.00000 ダミー
（S6と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G6
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S8: INFINITY 1.10000 ダミー
（S5と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G5
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S9: INFINITY 1.00000 1.508997
（補償板）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.10000 GLB G6
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S10: INFINITY 8.00000
（補償板）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 1.00000 GLB G9
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S11: INFINITY -8.00000 反射面
（移動鏡）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE:10.00000 GLB G4
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S12: INFINITY -1.00000 -1.508997
（S10と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G10
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S13: INFINITY -0.10000
（S9と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G9
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S14: INFINITY -1.00000
（S8と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G8
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S15: INFINITY 0.10000 反射面
（S6と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G6
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S16: INFINITY 1.00000 1.508997
（S9と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G9
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S17: INFINITY 8.00000
（S10と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G10
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S18: INFINITY 0.00000
（仮想干渉面）
XDE: 0.00000 YDE: 8.66025 ZDE: 5.00000 GLB G4
ADE:60.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S19 INFINITY 0.00000
（仮想干渉面）
【００７１】
[スペック]
コリメータ光学系の焦点距離Ｆ 6.4160mm
物体側開口数ＮＡ 0.22000
設計波長 900.00000nm
光源の半径ｒ 0.15mm
コリメータレンズの焦点距離ｆ 9.4267mm
コリメータレンズの光出射面からＢＳの
分離合成面（２回目入射）までの距離Ｌ 37.85702mm
半球レンズ材料の屈折率ｎ 1.508997
半球レンズ材料のアッベ数νｄ 64.12
ＮＡ・ｆ＋（ｒ／ｆ）・Ｌ 2.67626
（ＮＡ／ｎ）・ｆ＋（ｒ／Ｆ）・Ｌ 2.25940
Ｆ・νｄ 411.4mm
【００７２】
実施例１では、光源１１の光出射面１１ａに半球レンズ１４を密着して配置することにより、上述した条件式（１）を満足する光学設計を実現できていると言える。したがって、実施例１によれば、光源１１が点光源と見なせない場合でも、軸外光束を考慮して大きな光学部品を用いることなく、平行光の光束径を小さくして干渉計２を小型化することができる。また、実施例１は、条件式（２）も満足しており、軸外光束の色収差を抑えて、分光器１の測定精度を確保できると言える。
【００７３】
また、実施例１では、焦点距離の短いコリメータレンズ１５を用いているため、光源１１とコリメータレンズ１５との距離（軸上面間隔）を１０ｍｍ程度にすることができる。つまり、光源とコリメータレンズとの距離を、特許文献１の構成よりも格段に短くすることができる。したがって、実施例１の構成によれば、特許文献１の構成に比べて、干渉計２の小型化を十分に図ることができると言える。
【００７４】
（その他）
本実施形態（特に実施例１）では、光源１１からの光がＢＳ１６に対して入射角３０°で入射するように、ＢＳ１６を傾けて配置しているが、例えば入射角が４５°となるように、ＢＳ１６を傾けて配置した場合であっても、上述した本実施形態の構成を適用することができ、これによって本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
本実施形態では、ＢＳ１６の裏面（光源１１とは反対側の面）に透過反射膜（分離合成面）を形成しているが、ＢＳ１６の表面（光源１１側の面）に透過反射膜を形成しても光学的には同じである。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の干渉計は、例えばフーリエ変換分光分析装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１ 分光器
２ 干渉計
３ 演算部（スペクトル生成部）
１１ 光源
１１ａ 光出射面
１２ コリメータ光学系
１３ 干渉部
１４ 半球レンズ
１５ コリメータレンズ
１６ ＢＳ（ビームスプリッタ）
１７ 移動鏡
１８ 固定鏡
２１ 光源
２１ａ 発光面
２２ 光ファイバ（導光部材）
２２ａ 端面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイケルソン型の干渉計と、その干渉計を備えた分光器とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイケルソン型の干渉計を用いたフーリエ変換分光分析装置（以下、分光器と称する）では、光源からの光をコリメータレンズにて平行光に変換した後、ビームスプリッタ（以下、ＢＳとも称する）で２光束に分離し、各光束をそれぞれ移動鏡および反射鏡で反射させて光路を折り返し、再度ＢＳに入射させて合成し、干渉させる。移動鏡の位置が変化すると、移動鏡で反射される光束と固定鏡で反射される光束とで光路差が生じ、入射光のうちで特定波長の光が干渉する。したがって、移動鏡の位置を変化させながら、干渉光の強度変化を光検出器で検出し、光検出器からの出力信号をフーリエ変換することにより、各波長ごとの強度を検知することができ、これによって入射光の分光分析を行うことができる。
【０００３】
ところで、従来、干渉計に用いられる光源は、コリメータレンズの焦点距離との関係で十分小さく、実質的に点光源と見なせるものが多かった。この場合、光路長の変動は、ＢＳにて分離される２光束の光路に置かれた反射鏡（固定鏡、移動鏡）による光路長の変動だけを考えればよく、分光の後処理が簡単になる。
【０００４】
このような点光源を用いた構成で、装置全体の小型化を図る技術がこれまで提案されている。例えば、特許文献１では、コリメータ光学系を、負の焦点距離を持つ第１のレンズ群と、正の焦点距離を持つ第２のレンズ群とで構成している。このように、コリメータ光学系をいわゆるテレフォトタイプで構成することにより、点光源からレンズ最終面までの距離が焦点距離よりも短くなり、これによって装置全体のコンパクト化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３０４１０３号公報（請求項１、段落〔００１０〕、〔００３０〕、図６等参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年では、分光器の小型化が益々要求されており、用いられる干渉計の小型化がさらに必要となってきている。干渉計を小型化するためには、コリメータレンズを介して得られる平行光の光束径を小さくすることで、光学部品を小さくして光学系の大きさ（体積）を減らすのが効果的である。
【０００７】
このとき、平行光の光束径を小さくするために、例えば焦点距離の短いコリメータレンズを用いると、コリメータレンズに対して相対的に光源の大きさが大きくなり、光源を点光源と見なすことができなくなるため、軸外光束を考慮することが必要となる。つまり、点光源とは見なせない光源を用いた干渉計では、どのようなコリメータレンズを用いても、軸上光束に対して軸外光束が傾くため、その傾きによっては大きなＢＳが必要となり、干渉計が大型化する。なお、軸上光束とは、光源の光出射面におけるコリメータレンズの光軸と交わる点（軸上の１点）から出射されてコリメータレンズで平行光に変換された光束を指す。また、軸外光束とは、光源の光出射面における光軸外の１点から出射されてコリメータレンズで平行光に変換された光束を指す。
【０００８】
一方、コリメータレンズの焦点距離が長いと、上記光源をほぼ点光源と見なすことができるので、軸外光束を考慮する必要がなくなるが、コリメータレンズから出射される平行光の光束径が大きくなるとともに、光源とコリメータレンズとの距離が大きくなるため、この場合も干渉計が大型化する。
【０００９】
なお、特許文献１の構成では、コリメータ光学系の焦点距離が長く、コリメータ光学系から出射される平行光の光束径が大きくなるとともに、光源とコリメータ光学系との距離がかなり大きく（実施例では５６．８ｍｍ、表４参照）、装置の小型化が十分に図られているとは言えない。
【００１０】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、コリメータレンズの焦点距離との関係で、光源が点光源と見なせない場合でも、軸外光束を考慮して大きな光学部品（例えばビームスプリッタ）を用いることなく、コリメータレンズから出射される平行光の光束径を小さくして、全体を小型化することができる干渉計と、その干渉計を備えた分光器とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の干渉計は、光出射面を有する光源と、前記光源の前記光出射面の１点から出射される光束を平行光に変換するコリメータレンズと、前記コリメータレンズを介して入射する光を、ビームスプリッタの分離合成面で２光束に分離し、各光束を移動鏡および固定鏡で反射させた後、前記分離合成面で合成して干渉させる干渉部とを備えた干渉計であって、前記光源の前記光出射面に密着して配置される半球レンズをさらに備えていることを特徴としている。
【００１２】
光源から出射される光束は、コリメータレンズにて平行光に変換された後、干渉部のビームスプリッタに入射し、ビームスプリッタの分離合成面で２光束に分離される。分離された２光束は、移動鏡および固定鏡でそれぞれ反射された後、上記の分離合成面に再度入射して合成され、干渉光となる。
【００１３】
このようなマイケルソン型の干渉計において、光源の光出射面には、半球レンズが密着して配置されている。この構成では、光源が光出射面を持ち、コリメータレンズの焦点距離との関係で点光源と見なせない場合でも、光源の光出射面の１点から出射された光束の広がり角は、半球レンズの屈折率の分だけ小さくなり、コリメータレンズにて平行光に変換された後の光束径が、半球レンズを配置しない場合に比べて小さくなる。
【００１４】
しかも、半球レンズを配置することにより、軸外光束の傾きによって有効光束径が広がる度合いよりも、平行光の光束径を小さくすることによって有効光束径が狭まる度合いのほうが大きくなるような光学設計を実現することができる。なお、有効光束径とは、ビームスプリッタの分離合成面に固定鏡（または移動鏡）を介して入射する直前の全光束の光束径（最大値）を指す。これにより、点光源とは見なせない光源を用いた場合でも、軸外光束を考慮して大きな光学部品（例えばビームスプリッタ）を用いることなく、平行光の光束径を小さくして、干渉計を小型化することが可能となる。
【００１５】
本発明の干渉計は、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。すなわち、
ＮＡ・ｆ＋（ｒ／ｆ）・Ｌ＞（ＮＡ／ｎ）・ｆ＋（ｒ／Ｆ）・Ｌ ・・・（１）
ただし、
ＮＡ：光源側の開口数
ｆ ：コリメータレンズの焦点距離（ｍｍ）
Ｆ ：コリメータレンズと半球レンズとを含むコリメータ光学系の焦点距離
（ｍｍ）
ｒ ：光源の光出射面の半径（ｍｍ）
Ｌ ：コリメータレンズの光軸上およびその延長線上における、コリメータ
レンズの光出射面からビームスプリッタの分離合成面までの距離と、
分離合成面から固定鏡までの距離の２倍との和（ｍｍ）
ｎ ：半球レンズの構成材料の設計波長での屈折率
である。
【００１６】
条件式（１）は、軸外光束の傾きによって有効光束径が広がる度合いよりも、平行光の光束径を小さくすることによって有効光束径が狭まる度合いを大きくするための条件を規定している。条件式（１）を満足することにより、半球レンズを用いない場合よりも有効光束径が小さくなるので、小型のビームスプリッタを用いて、干渉計を確実に小型化することができる。
【００１７】
本発明の干渉計は、以下の条件式（２）をさらに満足することが望ましい。すなわち、
３５０＜Ｆ・νｄ＜６００ ・・・（２）
ただし、
νｄ：半球レンズの構成材料のアッベ数
である。
【００１８】
Ｆとνｄとの積が３５０ｍｍ以下の場合、半球レンズによる軸外光束の色収差が大きくなるため、本発明の干渉計を例えば分光器に適用したときに、分光器の測定精度が低下する。一方、Ｆとνｄとの積が６００ｍｍ以上の場合、半球レンズの材料として高価な材料を選択しなければならず、分光器を小型化できてもコスト上昇となる。
【００１９】
したがって、条件式（２）を満足することにより、軸外光束の色収差を抑えて、分光器の測定精度を確保しながら、半球レンズの材料の選択の自由度を確保して、装置のコスト上昇を抑えることができる。
【００２０】
本発明の干渉計において、前記光源の前記光出射面は、発光面で発光された光束を取り込んで導光する導光部材の光束射出側の端面で構成されていてもよい。
【００２１】
発光面で発光された光束を導光部材で導光する構成とすることで、導光部材よりも後段の光学系に対する、光源（特に発光面）で発生する熱の影響を低減することができるともに、光源（特に発光面）の配置の自由度を増大させることができる。
【００２２】
本発明の分光器は、上述した本発明の干渉計と、前記干渉計から出力される干渉光の検知信号に基づいて、波長ごとの光の強度を示すスペクトルを生成するスペクトル生成部とを備えていることが望ましい。
【００２３】
分光器が上記した小型の干渉計を備え、干渉計からの出力信号に基づいてスペクトルを生成し、分光分析を行う構成とすることにより、小型の分光器を実現することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、マイケルソン型の干渉計において、光源の光出射面に半球レンズを密着して配置することにより、コリメータレンズの焦点距離との関係で、光源が点光源と見なせない場合でも、軸外光束を考慮して大きな光学部品を用いることなく、平行光の光束径を小さくする光学設計を実現することができ、これによって干渉計を小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の一形態に係る分光器の概略の構成を模式的に示す説明図である。
【図２】（ａ）は、上記分光器に用いたれる干渉計において、半球レンズを配置しない場合の、光源からＢＳの分離合成面までの光路を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、半球レンズを配置した場合の、光源からＢＳの分離合成面までの光路を模式的に示す説明図である。
【図３】上記光源の他の構成例を示す説明図である。
【図４】（ａ）は、上記干渉計における固定鏡側の光路を示す説明図であり、（ｂ）は、上記干渉計における移動鏡側の光路を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００２７】
（干渉計および分光器について）
図１は、本実施形態の分光器の概略の構成を模式的に示す説明図である。分光器１は、フーリエ変換分光分析装置（ＦＴＩＲ；Fourier Transform Infrared Spectroscopy ）であり、干渉計２と、演算部３と、出力部４とを有している。
【００２８】
演算部３は、干渉計２から出力される信号（干渉光の検知信号）をＡ／Ｄ変換およびフーリエ変換することにより、各波長（波数（＝１／波長））の光の強度を示すスペクトルを生成するスペクトル生成部である。出力部４は、演算部３にて生成されたスペクトルを出力（例えば表示）する。
【００２９】
干渉計２は、マイケルソン型の干渉計で構成されており、光源１１と、コリメータ光学系１２と、干渉部１３とを備えている。
【００３０】
光源１１は、一定の面積を有する光出射面１１ａから光を出射するものである。本実施形態では、光源１１は、例えば近赤外光（波長９００〜２３００ｎｍ）を出射する。コリメータ光学系１２は、半球レンズ１４と、コリメータレンズ１５とを有して構成されている。半球レンズ１４は、例えば透明なガラスで構成されており、光源１１の光出射面１１ａに平面側を密着して配置されている。
【００３１】
コリメータレンズ１５は、正の光学パワーを持ち、光源１１の光出射面１１ａの１点から出射される光束を平行光に変換する。コリメータレンズ１５は、例えば非球面単レンズで構成されているが、色収差を少なくした複数レンズからなるコリメータで構成されてもよいし、回転楕円鏡を用いたコリメータで構成されてもよい。本実施形態では、コリメータ光学系１２の焦点距離は例えば１０ｍｍ以下と短く、これによって干渉計２の小型化を図っている。
【００３２】
干渉部１３は、ＢＳ１６と、移動鏡１７と、固定鏡１８と、補償板１９と、光検出器２０とを有している。なお、ＢＳ１６と光検出器２０との間の光路中に集光光学系が配置されていてもよい。また、移動鏡１７と固定鏡１８の位置関係は、逆であってもよい。
【００３３】
ＢＳ１６は、コリメータレンズ１５から出射される光束を透過および反射により２光束に分離して、それぞれを移動鏡１７および固定鏡１８に導く一方、移動鏡１７および固定鏡１８にて反射された各光束を合成して干渉させる、平板型のビームスプリッタで構成されている。ＢＳ１６の透過反射面は、入射光を２光束に分離するとともに、入射する２光束を合成するための分離合成面となっている。補償板１９は、ＢＳ１６の厚み分の光路長、および光がＢＳ１６を透過する際の屈折による光路シフトを補正するための基板（例えばガラス基板）である。
【００３４】
移動鏡１７および固定鏡１８は、ＢＳ１６で分離された各光束を反射させる反射鏡であり、移動鏡１７は図示しない駆動機構によって並進駆動され、固定鏡１８は固定されている。光検出器２０は、ＢＳ１６から出射される干渉光を受光して検出し、演算部３に出力する。
【００３５】
なお、上記の駆動機構による移動鏡１７の並進駆動は、平行板ばねの共振によって行ってもよいし、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）や静電アクチュエータを用いて行ってもよい。また、定常状態（静止状態）が移動ストロークの中点付近にある別の駆動方法（レールによる平行移動など）を用いてもよい。さらに、４本のばねを用いて移動鏡１７を共振させてもよい。
【００３６】
上記の構成において、光源１１から出射される光束は、半球レンズ１４を介してコリメータレンズ１５に入射し、コリメータレンズ１５にて平行光に変換された後、干渉部１３に入射する。干渉部１３では、コリメータレンズ１５からの入射光が、ＢＳ１６の分離合成面で透過および反射によって２光束に分離される。分離された一方の光束は補償板１９を介して移動鏡１７に入射してそこで反射され、他方の光束は固定鏡１８で反射され、それぞれ元の光路を逆戻りしてＢＳ１６の分離合成面に再度入射し、そこで重ね合わせられる。
【００３７】
ＢＳ１６で合成された光は、干渉光として試料（図示せず）に照射される。このとき、駆動機構によって移動鏡１７を連続的に移動させながら試料に光が照射されるが、ＢＳ１６から各反射鏡（移動鏡１７、固定鏡１８）までの光路長の差が波長の整数倍のときは、ＢＳ１６で重ね合わされた光の強度は最大となる。一方、移動鏡１７の移動によって２つの光路長に差が生じている場合には、ＢＳ１６で重ね合わされた光の強度に変化が生じる。試料を透過した光は、光検出器２０に入射し、そこで時間的インターフェログラムとして検出される。
【００３８】
干渉計２の光検出器２０から出力される信号は、演算部３にてＡ／Ｄ変換およびフーリエ変換され、スペクトルとして出力部４で出力される。したがって、このスペクトルに基づき、試料の特性（材料、構造、成分量など）を知ることができる。
【００３９】
（半球レンズの配置による作用効果について）
本実施形態では、光源１１の光出射面１１ａに半球レンズ１４を密着して配置していることにより、干渉計２ひいては分光器１の小型化を図っている。以下、この点について説明する。
【００４０】
図２（ａ）は、半球レンズを配置しない場合の、光源１１からＢＳ１６の分離合成面（２回目入射）までの光路を模式的に示しており、図２（ｂ）は、半球レンズ１４を配置した場合の、光源１１からＢＳ１６の分離合成面（２回目入射）までの光路を模式的に示している。
【００４１】
なお、ここでは、干渉計２の小型化を図るべく、焦点距離の短いコリメータレンズ１５を用いているために、光出射面１１ａを持つ光源１１が実質的に点光源と見なせないものとして説明する。また、以下での説明の便宜上、半球レンズを配置しない場合において、光源１１の光出射面１１ａ上の１点から出射される光束の広がり角をθ１（°）とし、この光束がコリメータレンズ１５で平行光に変換された後の光束径をφ１（ｍｍ）とする。同様に、半球レンズ１４を配置した場合において、光源１１の光出射面１１ａ上の１点から出射される光束の広がり角をθ２（°）とし、この光束がコリメータレンズ１５で平行光に変換された後の光束径をφ２（ｍｍ）とする。
【００４２】
光源１１の光出射面１１ａに半球レンズ１４を密着して配置することにより、光束の広がり角θ２は、半球レンズ１４の屈折率の分だけ、半球レンズを配置しない場合の光束の広がり角θ１よりも小さくなったように見える。また、半球レンズ１４から空気中に出る光束は、半球面によってほとんど屈折することがないため（屈折してもわずかであるため）、ほぼ小さな広がり角のままコリメータレンズ１５に入射する。したがって、コリメータレンズ１５から出射される平行光の光束径φ２は、半球レンズを配置しない場合の平行光の光束径φ１に比べて小さくなる。
【００４３】
また、光源１１の光出射面１１ａの光軸外の１点から出射される光束が半球レンズ１４によってわずかに屈折されるときの屈折方向は、コリメータレンズ１５の光軸に対する軸外光束の傾きが大きくなる方向であるが、半球レンズ１４を配置することにより、軸外光束の傾きによって有効光束径が広がる度合いよりも、光束径φ２を小さくすることによって有効光束径が狭まる度合いが大きくなるような光学設計を実現することができる。なお、有効光束径とは、ＢＳ１６の分離合成面に固定鏡１８（または移動鏡１７）を介して入射する直前の全光束の光束径（最大値）を指し、図２（ａ）ではφＡに相当し、図２（ｂ）ではφＢに相当する。
【００４４】
例えば、光源１１の大きさ（後述するｒの２倍に相当）が、コリメータ光学系１２の焦点距離（後述するＦに相当）に対して３％程度であり、コリメータレンズ１５の光出射面からＢＳ１６の分離合成面（２回目入射）までの光路長（後述するＬに相当）が、コリメータ光学系１２の焦点距離に対して４００％程度であるとき、軸外光束の角度（傾き）によって有効光束径が広がる度合いよりも、半球レンズ１４によって光束径が小さくなって有効光束径が小さくなる度合いのほうが大きくなる。これにより、点光源とは見なせない光源１１を用いた場合でも、軸外光束を考慮して大きな光学部品（例えばＢＳ１６）を用いることなく、平行光の光束径φ２を小さくして、干渉計２を小型化することが可能となる。そして、このような小型の干渉計２を分光器１が備えることで、小型の分光器１を実現することができる。
【００４５】
また、干渉計２を小型化する代わりに、広がり角の大きい光束を出射する光源１１を使用することも可能となる。明るい光源は、光束の広がり角が大きいものが多いので、光源１１として、光束の広がり角が大きい、明るい光源を使用することにより、分光器１の分光性能をさらに向上させることができる。
【００４６】
（条件式について）
次に、上記光学設計を実現するための条件式について説明する。
【００４７】
本実施形態の干渉計２は、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。すなわち、
ＮＡ・ｆ＋（ｒ／ｆ）・Ｌ＞（ＮＡ／ｎ）・ｆ＋（ｒ／Ｆ）・Ｌ ・・・（１）
ただし、
ＮＡ：光源側（物体側）の開口数
ｆ ：コリメータレンズの焦点距離（ｍｍ）
Ｆ ：コリメータ光学系の焦点距離（ｍｍ）
ｒ ：光源の光出射面の半径（ｍｍ）
Ｌ ：コリメータレンズの光軸上およびその延長線上における、コリメータ
レンズの光出射面からＢＳの分離合成面までの距離と、分離合成面から
固定鏡までの距離の２倍との和（ｍｍ）
ｎ ：半球レンズの構成材料の設計波長での屈折率
である。
【００４８】
半球レンズ１４を光源１１の光出射面１１ａに密着させたときに、コリメータレンズ１５から出射される平行光の光束径が小さくなる度合いは、光源１１（光出射面１１ａ）の大きさ、距離Ｌ、半球レンズ１４を配置したときの焦点距離Ｆなどに関係する。また、干渉部１３では、ＢＳ１６で光束を２つに分けて再び合成するが、軸外光束が角度を持っていると、この再合成される面（分離合成面）での有効光束径が光学系の部品の大きさに最も影響する。したがって、コリメータレンズ１５の光出射面からＢＳ１６で２光束が再合成される面までの距離Ｌが長いと、軸外光束が角度を持っているときに、有効光束径が大きくなり、ＢＳ１６を大型化せざるを得なくなる。また、光源１１の大きさとコリメータ光学系１２の焦点距離Ｆとの関係で、焦点距離Ｆに対して光源１１が大きくなると、軸外光束の角度がより大きくなるため、やはり有効光束径が大きくなってしまう。
【００４９】
条件式（１）は、軸外光束の傾きによって有効光束径が広がる度合いよりも、平行光の光束径を小さくすることによって有効光束径が狭まる度合いを大きくするための条件を規定している。
【００５０】
すなわち、光源１１から出射される光の広がり角≒ＮＡであるので、コリメータレンズ１５にて平行光に変換された軸上光束の光束径は、ｆとＮＡとの積でほぼ近似できる。また、軸外光束の角度正接は、ｒ／Ｆである。ＢＳ１６における有効光束径は、コリメータレンズ１５の光出射面から出射された光が、ＢＳ１６の分離合成面を介して固定鏡１８（または移動鏡１７）に入射し、そこで反射されて再度ＢＳ１６の分離合成面に到達するまでの距離Ｌを使って、（ｒ／Ｆ）・Ｌと書ける。ただし、これは軸上光束の光束径がゼロのときである。
【００５１】
軸上光束の光束径の大きさを考えた場合の分離合成面における有効光束径は、ＮＡ・ｆ＋（ｒ／Ｆ）・Ｌと書ける。半球レンズを用いない場合、Ｆ＝ｆであるので、上記有効光束径は、
ＮＡ・ｆ＋（ｒ／ｆ）・Ｌ ・・・（１ａ）
となる。
【００５２】
一方、半球レンズ１４を用いた場合、光源１１から出射される光の広がり角≒ＮＡ／ｎであるので、上記有効光束径は、
（ＮＡ／ｎ）・ｆ＋（ｒ／Ｆ）・Ｌ ・・・（１ｂ）
と書ける。
【００５３】
これらの２つの式を比較して、式（１ｂ）の値が式（１ａ）の値よりも小さければ、有効光束径が小さいと言える。すなわち、条件式（１）を満足することにより、小型のＢＳ１６を用いて干渉計２を確実に小型化することができる。
【００５４】
また、本実施形態の干渉計２は、以下の条件式（２）をさらに満足することが望ましい。すなわち、
３５０＜Ｆ・νｄ＜６００ ・・・（２）
ただし、
νｄ：半球レンズの構成材料のアッベ数
である。
【００５５】
なお、アッベ数νｄは、一般的に、ガラス材料の特性（分散）を評価する指標として知られており、
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
で表される。ただし、ｎｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率、ｎＦはＦ線（４８６．１ｎｍ）に対する屈折率、ｎＣはＣ線（６５６．３ｎｍ）に対する屈折率を示す。
【００５６】
コリメータ光学系１２の焦点距離Ｆが短いほど、軸外光束の角度が大きくなる。このとき、光源１１に密着させる半球レンズ１４の材料に大きな分散があると、色収差により、軸外光束の角度が波長によって異なってしまい、分光器１の測定精度が悪くなってしまう。なお、コリメータ光学系１２の焦点距離Ｆによって色収差の大きさは変動する。
【００５７】
つまり、Ｆとνｄとの積が３５０ｍｍ以下の場合、半球レンズ１４による軸外光束の色収差が大きくなり、波長によって軸外光束の角度が異なってしまうため、分光器１として計測に用いるのに十分な精度を確保することができなくなり（測定誤差が２ｎｍ程度を大きく超えてしまい）、好ましくない。一方、Ｆとνｄとの積が６００ｍｍ以上の場合、半球レンズ１４の材料を選ぶ自由度が減り、高価な材料を選択しなければならず、分光器１を小型化できてもコスト上昇となるため、望ましくない。
【００５８】
したがって、条件式（２）を満足することにより、軸外光束の色収差を抑えて、分光器１の測定精度を確保しながら、半球レンズ１４の材料の選択の自由度を確保して、装置のコスト上昇を抑えることができる。
【００５９】
（光源の他の構成例について）
図３は、上記した光源１１の他の構成例を示している。光源１１は、例えばレーザ光源からなる光源２１と、光ファイバ２２（導光部材）とを有して構成されていてもよい。この構成では、光源２１の発光面２１ａで発光された光束は、光ファイバ２２に取り込まれて導光され、光ファイバ２２の光束射出側の端面２２ａから射出される。したがって、この構成では、光源１１の光出射面１１ａは、光ファイバ２２の光束射出側の端面２２ａで構成されていることになり、光源２１（発光面２１ａ）を１次光源とすると、光出射面１１ａ（端面２２ａ）は２次光源を構成することになる。
【００６０】
このように、発光面２１ａで発光された光束を光ファイバ２２で導光する構成とすることにより、光源２１（発光面２１ａ）をコリメータレンズ１５以降の光学系から離して配置することができる。これにより、光源２１（発光面２１ａ）で発生する熱が光学系の各構成部品に与える影響を低減できるとともに、光源２１（発光面２１ａ）の配置の自由度を増大させることができる。
【００６１】
（実施例について）
次に、上述した半球レンズ１４を含む干渉計２の実施例について説明する。実施例１は、図１の光学系に対応した数値実施例であり、そのコンストラクションデータは以下の通りである。なお、説明の理解をしやすくするために、固定鏡１８側の光路と移動鏡１７側の光路とで、コンストラクションデータを分けて記載する。図４（ａ）は、干渉計２における固定鏡１８側の光路およびその光路上に位置する光学部材を示しており、図４（ｂ）は、移動鏡１７側の光路およびその光路上に位置する光学部材を示している。
【００６２】
以下のコンストラクションデータにおいて、Ｓｉ（ｉ＝０、１、２、・・・）は物体側から数えてｉ番目の面を指す。具体的には、固定鏡１８側の光路では、Ｓ０は光源１１の光出射面１１ａ（半球レンズ１４の平面）、Ｓ１は半球レンズ１４の半球面、Ｓ２およびＳ３はコリメータレンズ１５の光入射面および光出射面、Ｓ４は仮想絞り面（ＳＴＯ）、Ｓ５はＢＳ１６の透過面、Ｓ６はＢＳ１６の反射透過面、Ｓ７はＳ６と同じ面、Ｓ８はＳ５と同じ面、Ｓ９は補償板１９のＢＳ１６側の面、Ｓ１０は補償板１９のＢＳ１６とは反対側の面、Ｓ１１は固定鏡１８の反射面、Ｓ１２はＳ１０と同じ面、Ｓ１３はＳ９と同じ面、Ｓ１４はＳ８と同じ面、Ｓ１５はＳ６と同じ面、Ｓ１６はＳ９と同じ面、Ｓ１７はＳ１０と同じ面、Ｓ１８は仮想干渉面、Ｓ１９は光検出器２０の受光面で、Ｓ１８と同じ面をそれぞれ指す。なお、Ｓ９およびＳ１０は、偏芯データを得るためのダミー面である。
【００６３】
一方、移動鏡１７側の光路では、Ｓ０は光源１１の光出射面１１ａ（半球レンズ１４の平面）、Ｓ１は半球レンズ１４の半球面、Ｓ２およびＳ３はコリメータレンズ１５の光入射面および光出射面、Ｓ４は仮想絞り面（ＳＴＯ）、Ｓ５はＢＳ１６の透過面、Ｓ６はＢＳ１６の反射透過面、Ｓ７はＳ６と同じ面、Ｓ８はＳ５と同じ面、Ｓ９は補償板１９のＢＳ１６側の面、Ｓ１０は補償板１９のＢＳ１６とは反対側の面、Ｓ１１は移動鏡１７の反射面、Ｓ１２はＳ１０と同じ面、Ｓ１３はＳ９と同じ面、Ｓ１４はＳ８と同じ面、Ｓ１５はＳ６と同じ面、Ｓ１６はＳ９と同じ面、Ｓ１７はＳ１０と同じ面、Ｓ１８は仮想干渉面、Ｓ１９は光検出器２０の受光面で、Ｓ１８と同じ面をそれぞれ指す。なお、Ｓ７およびＳ８は、偏芯データを得るためのダミー面である。
【００６４】
また、ＲＭＤは面の特性を指し、反射面（ＲＥＦＬ）または屈折面を指す。なお、ＲＭＤの欄においては、反射面のみを表記し、表記がない場合は屈折面を指す。また、屈折率の記載がないところは空気であることを指す。曲率半径および軸上面間隔の単位はｍｍである。
【００６５】
ＡＳＰは、以下の光軸対称な式で表される非球面のデータを指す。光軸対称な式は、光源１１から光検出器２０に向かう光束の中心光線が進行する軸を光軸としたとき、その光軸方向をＺ軸、メリディオナル断面内でＺ軸に垂直な方向をＹ軸、サジタル断面内でＺ軸に垂直な方向をＸ軸として、面頂点からの距離を以下のように表したものである。
ｚ＝（ｃ・ｈ２）／［１＋｛１−（１＋ｋ）・ｃ２・ｈ２｝１／２］
＋Ａ・ｈ４＋Ｂ・ｈ６＋Ｃ・ｈ８＋Ｄ・ｈ１０
ここで、ｚは面のローカルなＺ軸方向の面頂点からの位置、ｃは近軸の曲率で曲率半径の逆数（１／ｍｍ）、ｋは円錐定数、ｈはＺ軸からの高さ（ｈ２＝ｘ２＋ｙ２）、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数である。なお、非球面データにおいて、Ｅ−ｎ＝×１０−ｎを指す。
【００６６】
また、ＸＤＥはＸ方向の平行偏芯、ＹＤＥはＹ方向の平行偏芯、ＺＤＥはＺ方向の平行偏芯の各量（ｍｍ）をそれぞれ指し、ＡＤＥはＸ軸周りの回転、ＢＤＥはＹ軸周りの回転、ＣＤＥはＺ軸周りの回転の角度（°）をそれぞれ指す。ＧＬＢ ＧｉはＳｉ面を基準とするグローバル偏芯（表記がなければローカルな偏芯）であることを指す。回転中心の座標は、入射光束の中央位置を原点としたときの位置である。なお、ＢＳ１６は、Ｘ軸周りに回転するものとする。
【００６７】
また、図４（ａ）（ｂ）において、最初の光線は、左から右に向かって進行し（＋Ｚ軸方向）、反射面があれば光線は右から左に向かって進むものとする（計算の便宜上、角度が付いていても同じように考える）。そして、軸上面間隔および屈折率は、光線が左から右に進むときにはプラスとし、右から左に進むときにはマイナスとする。光線が右から左に進むとき、再び反射面があれば光線は左から右に進み、軸上面間隔および屈折率はプラスとなる。
【００６８】
波長９００ｎｍにおけるＢＫ７＿ＳＣＨＯＴＴの屈折率は１．５０８９９７である。また、実施例１では、光源１１からの光は、ＢＳ１６に対して入射角３０°で入射しているものとする。
【００６９】
＜実施例１＞
[固定鏡側光路]
曲率半径 軸上面間隔 RMD 屈折率(900nm)
S0 INFINITY 1.00000 1.508997
（光源）
S1 -1.000000 6.38957
（半球レンズ半球面）
S2 93.21306 3.32461 1.508997
（コリメータレンズ光入射面）
ASP: 非球面データ
K: 0.00000
A:-2.65511E-03 B: 2.06250E-04 C:-2.32303E-05 D: 0.000000E+00
S3 -4.99769 17.85702
（コリメータレンズ光出射面）
ASP: 非球面データ
K: 0.00000
A:-4.43198E-04 B: 4.36195E-05 C:-1.95884E-06 D:-0.170634E-06
S4 INFINITY 0.00000
（ＳＴＯ）
S5 INFINITY 0.00000 1.508997
（ＢＳ透過面）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE:-1.154701 GLB G4
ADE:30.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S6 INFINITY 0.00000 反射面 -1.508997
（ＢＳ反射透過面）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G4
ADE:30.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S7 INFINITY -1.00000 -1.508997
（S6と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G6
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S8 INFINITY 1.10000
（S5と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G5
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S9: INFINITY -1.00000 ダミー
（補償板）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.10000 GLB G6
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S10: INFINITY -8.00000 ダミー
（補償板）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 1.00000 GLB G9
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S11: INFINITY 8.00000 反射面
（固定鏡）
XDE: 0.00000 YDE:-8.66025 ZDE:-5.00000 GLB G4
ADE:60.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S12: INFINITY 1.00000 AIR
（S10と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G10
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S13: INFINITY 0.10000
（S9と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G9
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S14: INFINITY 1.00000 1.508997
（S8と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G8
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S15: INFINITY 0.10000 AIR
（S6と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G6
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S16: INFINITY 1.00000 1.508997
（S9と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G9
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S17: INFINITY 8.00000
（S10と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G10
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S18: INFINITY 0.00000
（仮想干渉面）
XDE: 0.00000 YDE: 8.66025 ZDE: 5.00000 GLB G4
ADE:60.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S19 INFINITY 0.00000
（仮想干渉面）
【００７０】
[移動鏡側光路]
曲率半径 軸上面間隔 RMD 屈折率(900nm)
S0 INFINITY 1.00000 1.508997
（光源）
S1 -1.000000 6.38957
（半球レンズ半球面）
S2 93.21306 3.32461 1.508997
（コリメータレンズ光入射面）
ASP: 非球面データ
K: 0.00000
A:-2.65511E-03 B: 2.06250E-04 C:-2.32303E-05 D: 0.000000E+00
S3 -4.99769 17.85702
（コリメータレンズ光出射面）
ASP: 非球面データ
K: 0.00000
A:-4.43198E-04 B: 4.36195E-05 C:-1.95884E-06 D:-0.170634E-06
S4 INFINITY 0.00000
（ＳＴＯ）
S5 INFINITY 0.00000 1.508997
（ＢＳ透過面）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE:-1.15470 GLB G4
ADE:30.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S6 INFINITY 0.00000 1.508997
（ＢＳ反射透過面）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G4
ADE:30.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S7: INFINITY 1.00000 ダミー
（S6と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G6
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S8: INFINITY 1.10000 ダミー
（S5と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G5
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S9: INFINITY 1.00000 1.508997
（補償板）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.10000 GLB G6
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S10: INFINITY 8.00000
（補償板）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 1.00000 GLB G9
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S11: INFINITY -8.00000 反射面
（移動鏡）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE:10.00000 GLB G4
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S12: INFINITY -1.00000 -1.508997
（S10と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G10
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S13: INFINITY -0.10000
（S9と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G9
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S14: INFINITY -1.00000
（S8と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G8
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S15: INFINITY 0.10000 反射面
（S6と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G6
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S16: INFINITY 1.00000 1.508997
（S9と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G9
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S17: INFINITY 8.00000
（S10と一致）
XDE: 0.00000 YDE: 0.00000 ZDE: 0.00000 GLB G10
ADE: 0.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S18: INFINITY 0.00000
（仮想干渉面）
XDE: 0.00000 YDE: 8.66025 ZDE: 5.00000 GLB G4
ADE:60.00000 BDE: 0.00000 CDE: 0.00000
S19 INFINITY 0.00000
（仮想干渉面）
【００７１】
[スペック]
コリメータ光学系の焦点距離Ｆ 6.4160mm
物体側開口数ＮＡ 0.22000
設計波長 900.00000nm
光源の半径ｒ 0.15mm
コリメータレンズの焦点距離ｆ 9.4267mm
コリメータレンズの光出射面からＢＳの
分離合成面（２回目入射）までの距離Ｌ 37.85702mm
半球レンズ材料の屈折率ｎ 1.508997
半球レンズ材料のアッベ数νｄ 64.12
ＮＡ・ｆ＋（ｒ／ｆ）・Ｌ 2.67626
（ＮＡ／ｎ）・ｆ＋（ｒ／Ｆ）・Ｌ 2.25940
Ｆ・νｄ 411.4mm
【００７２】
実施例１では、光源１１の光出射面１１ａに半球レンズ１４を密着して配置することにより、上述した条件式（１）を満足する光学設計を実現できていると言える。したがって、実施例１によれば、光源１１が点光源と見なせない場合でも、軸外光束を考慮して大きな光学部品を用いることなく、平行光の光束径を小さくして干渉計２を小型化することができる。また、実施例１は、条件式（２）も満足しており、軸外光束の色収差を抑えて、分光器１の測定精度を確保できると言える。
【００７３】
また、実施例１では、焦点距離の短いコリメータレンズ１５を用いているため、光源１１とコリメータレンズ１５との距離（軸上面間隔）を１０ｍｍ程度にすることができる。つまり、光源とコリメータレンズとの距離を、特許文献１の構成よりも格段に短くすることができる。したがって、実施例１の構成によれば、特許文献１の構成に比べて、干渉計２の小型化を十分に図ることができると言える。
【００７４】
（その他）
本実施形態（特に実施例１）では、光源１１からの光がＢＳ１６に対して入射角３０°で入射するように、ＢＳ１６を傾けて配置しているが、例えば入射角が４５°となるように、ＢＳ１６を傾けて配置した場合であっても、上述した本実施形態の構成を適用することができ、これによって本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
本実施形態では、ＢＳ１６の裏面（光源１１とは反対側の面）に透過反射膜（分離合成面）を形成しているが、ＢＳ１６の表面（光源１１側の面）に透過反射膜を形成しても光学的には同じである。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の干渉計は、例えばフーリエ変換分光分析装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１ 分光器
２ 干渉計
３ 演算部（スペクトル生成部）
１１ 光源
１１ａ 光出射面
１２ コリメータ光学系
１３ 干渉部
１４ 半球レンズ
１５ コリメータレンズ
１６ ＢＳ（ビームスプリッタ）
１７ 移動鏡
１８ 固定鏡
２１ 光源
２１ａ 発光面
２２ 光ファイバ（導光部材）
２２ａ 端面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光出射面を有する光源と、
前記光源の前記光出射面の１点から出射される光束を平行光に変換するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズを介して入射する光を、ビームスプリッタの分離合成面で２光束に分離し、各光束を移動鏡および固定鏡で反射させた後、前記分離合成面で合成して干渉させる干渉部とを備えた干渉計であって、
前記光源の前記光出射面に密着して配置される半球レンズをさらに備えていることを特徴とする干渉計。
【請求項２】
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の干渉計；
ＮＡ・ｆ＋（ｒ／ｆ）・Ｌ＞（ＮＡ／ｎ）・ｆ＋（ｒ／Ｆ）・Ｌ ・・・（１）
ただし、
ＮＡ：光源側の開口数
ｆ ：コリメータレンズの焦点距離（ｍｍ）
Ｆ ：コリメータレンズと半球レンズとを含むコリメータ光学系の焦点距離
（ｍｍ）
ｒ ：光源の光出射面の半径（ｍｍ）
Ｌ ：コリメータレンズの光軸上およびその延長線上における、コリメータ
レンズの光出射面からビームスプリッタの分離合成面までの距離と、
分離合成面から固定鏡までの距離の２倍との和（ｍｍ）
ｎ ：半球レンズの構成材料の設計波長での屈折率
である。
【請求項３】
以下の条件式（２）をさらに満足することを特徴とする請求項２に記載の干渉計；
３５０＜Ｆ・νｄ＜６００ ・・・（２）
ただし、
νｄ：半球レンズの構成材料のアッベ数
である。
【請求項４】
前記光源の前記光出射面は、発光面で発光された光束を取り込んで導光する導光部材の光束射出側の端面で構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の干渉計。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の干渉計と、
前記干渉計から出力される干渉光の検知信号に基づいて、波長ごとの光の強度を示すスペクトルを生成するスペクトル生成部とを備えていることを特徴とする分光器。
【請求項１】
光出射面を有する光源と、
前記光源の前記光出射面の１点から出射される光束を平行光に変換するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズを介して入射する光を、ビームスプリッタの分離合成面で２光束に分離し、各光束を移動鏡および固定鏡で反射させた後、前記分離合成面で合成して干渉させる干渉部とを備えた干渉計であって、
前記光源の前記光出射面に密着して配置される半球レンズをさらに備えていることを特徴とする干渉計。
【請求項２】
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の干渉計；
ＮＡ・ｆ＋（ｒ／ｆ）・Ｌ＞（ＮＡ／ｎ）・ｆ＋（ｒ／Ｆ）・Ｌ ・・・（１）
ただし、
ＮＡ：光源側の開口数
ｆ ：コリメータレンズの焦点距離（ｍｍ）
Ｆ ：コリメータレンズと半球レンズとを含むコリメータ光学系の焦点距離
（ｍｍ）
ｒ ：光源の光出射面の半径（ｍｍ）
Ｌ ：コリメータレンズの光軸上およびその延長線上における、コリメータ
レンズの光出射面からビームスプリッタの分離合成面までの距離と、
分離合成面から固定鏡までの距離の２倍との和（ｍｍ）
ｎ ：半球レンズの構成材料の設計波長での屈折率
である。
【請求項３】
以下の条件式（２）をさらに満足することを特徴とする請求項２に記載の干渉計；
３５０＜Ｆ・νｄ＜６００ ・・・（２）
ただし、
νｄ：半球レンズの構成材料のアッベ数
である。
【請求項４】
前記光源の前記光出射面は、発光面で発光された光束を取り込んで導光する導光部材の光束射出側の端面で構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の干渉計。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の干渉計と、
前記干渉計から出力される干渉光の検知信号に基づいて、波長ごとの光の強度を示すスペクトルを生成するスペクトル生成部とを備えていることを特徴とする分光器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１１４７２（Ｐ２０１３−１１４７２Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４３１９４（Ｐ２０１１−１４３１９４）
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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