JPH0360367B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の要約〕 光学系を有するミツシエ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、所望に応じ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
路とを使用しうることである。

〔発明の属する技術分野〕

本発明は一般にインタフエロメトリーに関し、
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、
或いはその他の遠い光線源を観測する際、可動お
よび静止鏡が装置の口径を構成する。今日までイ
ンタフエ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、そこに衝突する
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）。かく
して、干渉計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つて、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、すなわちビームの
強度はできるだけ大きく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図はミツシエルソン干渉計Ｉの形態の従来
技術を示し、光源Ｓと視準鏡Ｃとを備え、さらに
ビームスプリツタＨと固定鏡M₁と可動性鏡M₂と
焦点鏡Ｆと検知器Ｄ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。この装置は、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
期平行ビームと再増大平行ビームとの比を１：１
の比にする。

第３図も従来の装置であつて、光源Ｓと第１視
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視準鏡C₂と干渉計Ｉとを備え、さ
らにビームスプリツタＨと固定鏡M₁と可動性鏡
M₂と第２焦点鏡F₂と検知器Ｄ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
の装置てある。光源Ｓからの照射線は第１視準鏡
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はビームスプリツタ、M₁は
固定鏡、M₂は可動性鏡、F₁は第１焦点鏡、Ａは
試料セル、S₁は焦点、C₂は第２視準鏡、F₂は焦
点鏡、Ｄは検知器である。

これらの干渉計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。f₁およびf₂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、〔−∞、
＋∞〕におけるその位置は不特定である。f₁から
の主線とＸ軸とが一致するように座標系を選択す
る。f₁に対するＳの有効口径はΣ（ｓ、f₁）＝∫s
1₁→・ds→である。

γ₁およびγ₂が図示したようにf₁およびf₂に対す
る光線である場合、積分としての表面Ｓにわたる
γ₁の先端はＳにまたがる。

1₁→および1₂→はそれぞれ光線γ1およびγ₂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γ₁の
先端において接線面に対し垂直であり、f₁から離
間する方向である。

f₁に対する有効口径を見出すには、光学表面を
面積dsとスカラー量1₁→との微分要素まで分割せね
ばならない。ds→は各要素につき測定せねばなら
ず、かつ全表面につき合計を算出せねばならな
い。f₁が無限大である場合、f₁に対する有効口径
と通常の口径が一致する。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、ミツシエ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、ミツシエ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１０を示し、これは
干渉計２０および光源Ｓと組み合せて、焦点鏡２
２と、焦点鏡２２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はビームスプリツタ２６と固定鏡２８
と可動性鏡３０と所望に応じ斜行鏡３２とを備
え、さらにこの装置は所望に応じ他の試料セル
A₂と第２焦点鏡３４と検知器Ｄ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
に使用しうることである。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系５０と光源Ｓとの組み合
せ、第１視準鏡５２、第１焦点鏡５４、この第１
視準鏡の有効口径B₁（平向ビーム）よりも幅狭い
平向ビームB₂を発生する第２視準鏡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はビームスプリツタ５８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Ｄ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。その他の設計
は、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B₂
の比較的狭いビームの使用は、可動性鏡に対する
動揺の許客性を緩和する。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（すなわち動揺）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よりもずつと大
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
つ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
三角形の各片の測定値の比、すなわちλ₁／λ₂＝
B₁／B₂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M₂、ａおよびM₂、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
（すなわち鏡に沿つた小さい範囲の点）に衝突す
るので、変位λ₂は任意所定の角度「ａ」につき幅
広ビームB₁に対する変位λ₁よりも比較的に小さ
い。

したがつて、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プに
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ること
である。さらに、小型エンベロプは、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
二重鏡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
する隣接二面鏡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よりも狭いビームB₂が
どのようにして小さい空間中で極めて長を光路差
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O.P.D.＝２（ｎ−
１）となる。（ここでｎは鏡数に等しい）。使用す
る鏡数を装置設計者の希望に応じて増加させうる
ことが当業者には明らかであろう。極めて狭いビ
ームは小型鏡を可能にするので、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ることが
明らかである。このことは、cmの逆数で表わし
て、解像力＝１／O.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、上記二面鏡の単位列は
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。

これらの実施例において、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／R²だけ増大して、ビームを衝突さ
せる可動性鏡を第１集光光学系の有効口径の95％
よりもずつ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1.22λ／ａにおいて最初の最小値が生ず
る。円形の口径におけ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
しうることが了解されよう。

〔発明の効果〕

本発明の上記構成によれば、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図は従来の干渉計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
計算するための説明図であり、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図はミツ
シエルソン干渉計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。 １０……装置、２０……干渉計、２２……焦点
鏡、２４……視準鏡、２６……ビームスプリツ
タ、２８……固定鏡、３０……可動線、３２……
斜行鏡、３４……焦点鏡、４０……装置、５０…
…干渉計、５２……視準鏡、５４……焦点鏡、５
６……視準鏡、５８……ビームスプリツタ、６０
……固定鏡、６２……可動性鏡、６４……斜行
鏡、６６……焦点鏡、６００……装置、６３０…
固定鏡、６３０……二重鏡、６３２……可動性
鏡、６３２……二重鏡。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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ツシエル
   ソン干渉計における可動性鏡の角運動により生ず
   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
   定位置で発生してミツシエルソン干渉計の前記可
   動性鏡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平向ビームはそれぞれのビーム
   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徴とする波長歪みの減
   少装置。 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に位置せしめた第１凹面鏡で
   あり、前記焦点合せ手段が前記受け入れた照射線
   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平向ビ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 輻射エネルギのビームを反射するミツシエル
   ソン干渉計における可動性鏡の揺動により生ずる
   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する第１手段と、第１
   幅の前記平向ビームにおける全輻射エネルギを焦
   点合せする手段と、前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
   前期ミツシエ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波
   長誤差の減少装置。 ４ 平行ビームを発生する第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 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受け入れて、これを平行
   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け入れた輻射
   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
   行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。 ６ ミツシエ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平行ビー
   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平行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方法。