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公開番号2025170518
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-19
出願番号2024075160
出願日2024-05-07
発明の名称干渉計測装置
出願人浜松ホトニクス株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01N 21/3581 20140101AFI20251112BHJP(測定;試験)
要約【課題】中赤外領域又はテラヘルツ領域の計測光を用いた干渉計測を高速且つ好適に行う。
【解決手段】干渉計測装置1は、光源10からの計測光L1を分岐光L1a,L1bに分岐させるビームスプリッタ21と、分岐光L1aを直動ステージ22で反射させてビームスプリッタ21に再入射させる光路Paと、分岐光L1bが回転ミラー23及び放物面ミラー24を経由してミラー部材25で折り返される光路Pbと、を有し、ビームスプリッタ21に再入射する分岐光L1a,L1bを合波する干渉光学系20と、分岐光L1a,L1bの干渉光ILを検出する光電子増倍管30と、検出された干渉光ILの強度に応じた測定値を光路長差に対応付けた信号波形Wを取得する分析部50と、を備える。分析部50は、回転ミラー23の回転に応じて変位するミラー部材25における光入射位置に対応するビーム位置をモニタし、当該ビーム位置に基づいて信号波形Wを取得する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
中赤外領域又はテラヘルツ領域の波長範囲に含まれる計測光を出力する光源と、
前記光源から出力された前記計測光を第１分岐光と第２分岐光とに分岐させるビームスプリッタと、前記ビームスプリッタからの前記第１分岐光を第１ミラーで反射させて前記ビームスプリッタに再入射させる第１光路と、前記ビームスプリッタからの前記第２分岐光が第２ミラー及び光学部材をこの順に経由して第３ミラーに向かう往路と前記第２分岐光が前記第３ミラーで反射されて前記光学部材及び前記第２ミラーをこの順に経由して前記ビームスプリッタに戻る復路とによって構成される第２光路と、を有し、前記ビームスプリッタに再入射する前記第１分岐光及び前記第２分岐光を合波する、干渉光学系と、
前記計測光の波長に感度を有し、前記ビームスプリッタにおける前記第１分岐光及び前記第２分岐光の合波により生じる前記計測光の干渉光を検出する第１検出器と、
前記第１検出器により検出された前記干渉光の強度に応じた測定値を前記第１光路と前記第２光路との光路長差に対応付けた信号波形を取得し、取得された前記信号波形に基づいて前記計測光の光路上に配置される分析対象物の分析を行う分析部と、を備え、
前記第２ミラーは、前記第２光路の光路長を変化させるように回転駆動可能に構成されており、
前記光学部材は、前記第２ミラーからの前記第２分岐光を集光又はコリメートし、
前記分析部は、前記第２ミラーの回転に応じて変位する前記第３ミラーにおける光入射位置に対応するビーム位置をモニタし、前記ビーム位置に基づいて前記信号波形を取得する、干渉計測装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記光源は、前記計測光とは異なる波長を有し、前記計測光と同軸で前記ビームスプリッタに入射する参照光を更に出力し、
前記分析部は、前記第２ミラーの回転駆動に伴って変位する前記第３ミラーにおける前記参照光の入射位置に対応する前記ビーム位置をモニタする、請求項１に記載の干渉計測装置。
【請求項３】
前記第３ミラーを透過した前記参照光を検出する第２検出器を更に備え、
前記第３ミラーは、前記計測光を反射させる一方で前記参照光を透過させ、
前記分析部は、前記第２検出器の検出面における前記参照光の入射位置を前記ビーム位置としてモニタする、請求項２に記載の干渉計測装置。
【請求項４】
前記第３ミラーと前記第２検出器の検出面とは、両者の間に空気層が形成されないように配置されている、請求項３に記載の干渉計測装置。
【請求項５】
前記第３ミラーは、ＩＴＯ膜を含む、請求項３に記載の干渉計測装置。
【請求項６】
前記光源は、パルス光を出力する出力部と、前記パルス光が照射されたことに応じて前記計測光を発生させる光学結晶と、を有し、前記光学結晶を透過した前記パルス光を前記参照光として出力する、請求項２に記載の干渉計測装置。
【請求項７】
前記参照光は可視光である、請求項２に記載の干渉計測装置。
【請求項８】
前記参照光は近赤外光である、請求項６に記載の干渉計測装置。
【請求項９】
前記分析部は、
前記第２ミラーの複数の回転角度の各々について、前記ビーム位置を測定し、前記第２ミラーの回転角度と前記ビーム位置との関係を示す第１関係式を算出する第１処理と、
前記第２ミラーの複数の回転角度の各々について、前記計測光の干渉光の強度のピークが得られる時点の前記光路長差に対応する時間差を測定し、前記第２ミラーの回転角度と前記時間差との関係を示す第２関係式を算出する第２処理と、
前記第１関係式及び前記第２関係式に基づいて、前記ビーム位置と前記時間差との関係を示す第３関係式を算出する第３処理と、
前記第１検出器により検出された前記干渉光の強度に応じた測定値と、前記ビーム位置と、前記第３関係式と、に基づいて、前記信号波形を取得する第４処理と、を実行する、請求項１に記載の干渉計測装置。
【請求項１０】
前記第１ミラーは、前記第１光路の光路長が変化するように駆動可能に構成されており、
前記分析部は、前記第２処理において、前記第２ミラーの回転角度をある角度に固定した状態で前記第１ミラーを駆動させることで前記角度に対応する前記時間差を取得する処理を複数の角度について実行することにより、前記複数の回転角度の各々に対応する前記時間差を測定する、請求項９に記載の干渉計測装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、干渉計測装置に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ波は、光波と電波との中間領域の帯域（周波数１ＴＨｚ前後の帯域）の光であり、薬剤等の分析対象物について他の波長帯域には見られない特有の吸収スペクトルを有することから、分析対象物の同定等への活用が期待されている。テラヘルツ波を用いた分析技術として様々な技術が知られている。
【０００３】
テラヘルツ波時間領域分光法（ＴＨｚ-ＴＤＳ：Terahertz Time Domain Spectroscopy）は、分析対象物で透過、反射又は全反射したテラヘルツ波の時間波形を測定し、この測定によって得られたテラヘルツ波の電界振幅の時間波形をフーリエ変換することにより、分析対象物の分析を行うことができる（非特許文献１）。以下では、これを「従来技術１」という。従来技術１では、テラヘルツ波の時間波形を測定する際にロックインアンプが用いられる。
【０００４】
出力波長が可変であるテラヘルツ波光源を用い、分析対象物で透過、反射又は全反射したテラヘルツ波を分光して検出することにより、分析対象物の分析を行うことができる（非特許文献２）。以下では、これを「従来技術２」という。従来技術２では、テラヘルツ波の検出の際に熱型検出器が用いられる。
【０００５】
また、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ：Fourier Transform Infrared Spectroscopy）と同様の測定原理により、テラヘルツ波を用いた干渉計測によるフーリエ分光を行うことでも、分析対象物の分析を行うことができる（非特許文献３）。以下では、これを「従来技術３」という。従来技術３では、テラヘルツ波の干渉の検出の際に熱型検出器が用いられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
JensNeu, et al, "Tutorial: An introduction to terahertz time domainspectroscopy (THz-TDS)," J. Appl. Phys. 124, 231101 (2018).
K. Murate,et al, "Perspective: Terahertz wave parametric generator and itsapplications," J. Appl. Phys. 124, 160901 (2018).
MasashiYamaguchi, et al, "Terahertz wave generation in nitrogen gas using shapedoptical pulses," J. Opt. Soc. Am. B, Vol.26, No.9 (2009).
Simon Lehnskov Lange, et al,"Ultrafast THz-driven electron emission from metal metasurfaces," J.Appl. Phys. 128, 070901 (2020).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術１では、テラヘルツ波の時間波形を測定する際に、ロックインアンプによる長い積算時間が必要である。また、従来技術２，３では、応答が遅い熱型検出器が用いられるので測定時間が長い。これら従来技術１～３を含め、テラヘルツ波を用いた従来の分析技術は、測定に長時間を要する。なお、上記の課題は、テラヘルツ領域に近い中赤外領域の計測光を用いる場合にも当てはまる。
【０００８】
そこで、本開示の一側面は、中赤外領域又はテラヘルツ領域の計測光を用いた干渉計測を高速且つ好適に行うことができる干渉計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示は、以下の［１］～［１１］の干渉計測装置を含んでいる。
【００１０】
［１］中赤外領域又はテラヘルツ領域の波長範囲に含まれる計測光を出力する光源と、
前記光源から出力された前記計測光を第１分岐光と第２分岐光とに分岐させるビームスプリッタと、前記ビームスプリッタからの前記第１分岐光を第１ミラーで反射させて前記ビームスプリッタに再入射させる第１光路と、前記ビームスプリッタからの前記第２分岐光が第２ミラー及び光学部材をこの順に経由して第３ミラーに向かう往路と前記第２分岐光が前記第３ミラーで反射されて前記光学部材及び前記第２ミラーをこの順に経由して前記ビームスプリッタに戻る復路とによって構成される第２光路と、を有し、前記ビームスプリッタに再入射する前記第１分岐光及び前記第２分岐光を合波する、干渉光学系と、
前記計測光の波長に感度を有し、前記ビームスプリッタにおける前記第１分岐光及び前記第２分岐光の合波により生じる前記計測光の干渉光を検出する第１検出器と、
前記第１検出器により検出された前記干渉光の強度に応じた測定値を前記第１光路と前記第２光路との光路長差に対応付けた信号波形を取得し、取得された前記信号波形に基づいて前記計測光の光路上に配置される分析対象物の分析を行う分析部と、を備え、
前記第２ミラーは、前記第２光路の光路長を変化させるように回転駆動可能に構成されており、
前記光学部材は、前記第２ミラーからの前記第２分岐光を集光又はコリメートし、
前記分析部は、前記第２ミラーの回転に応じて変位する前記第３ミラーにおける光入射位置に対応するビーム位置をモニタし、前記ビーム位置に基づいて前記信号波形を取得する、干渉計測装置。
（【００１１】以降は省略されています）

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