JP2000321135A - 分光装置 - Google Patents
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- JP2000321135A JP2000321135A JP11126760A JP12676099A JP2000321135A JP 2000321135 A JP2000321135 A JP 2000321135A JP 11126760 A JP11126760 A JP 11126760A JP 12676099 A JP12676099 A JP 12676099A JP 2000321135 A JP2000321135 A JP 2000321135A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 対湿性及び温度特性の改善が可能な分光装置
を実現する。 【解決手段】 波長分散素子を用いた分光装置におい
て、入射光を平行光にするコリメーティングレンズと、
波長分散素子と、この波長分散素子と一体化されコリメ
ーティングレンズからの平行光を波長分散素子に入射
し、波長分散素子の出射光を屈折させて出射するビーム
形状補正手段と、このビーム形状補正手段の出力を集光
するフォーカシングレンズと、このフォーカシングレン
ズの出力光を検出する光検出器とを設ける。
を実現する。 【解決手段】 波長分散素子を用いた分光装置におい
て、入射光を平行光にするコリメーティングレンズと、
波長分散素子と、この波長分散素子と一体化されコリメ
ーティングレンズからの平行光を波長分散素子に入射
し、波長分散素子の出射光を屈折させて出射するビーム
形状補正手段と、このビーム形状補正手段の出力を集光
するフォーカシングレンズと、このフォーカシングレン
ズの出力光を検出する光検出器とを設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長分散素子を用
いた分光装置に関し、特に対環境性及び温度特性の改善
が可能な分光装置に関する。
いた分光装置に関し、特に対環境性及び温度特性の改善
が可能な分光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の分光装置では入射光を波長分散素
子である回折格子等に照射して波長分散された光を光検
出器で受光することにより波長毎に光を分離して検出す
るものである。
子である回折格子等に照射して波長分散された光を光検
出器で受光することにより波長毎に光を分離して検出す
るものである。
【０００３】図４はこのような従来の分光装置の一例を
示す構成図である。図４において１は外部から光源の出
力光、若しくは、光ファイバからの出射光が入射される
入射端、２はコリメーティングレンズ、３は回折格子等
の波長分散素子、４はフォーカシングレンズ、５はフォ
トダイオードアレイ等を用いた光検出器である。
示す構成図である。図４において１は外部から光源の出
力光、若しくは、光ファイバからの出射光が入射される
入射端、２はコリメーティングレンズ、３は回折格子等
の波長分散素子、４はフォーカシングレンズ、５はフォ
トダイオードアレイ等を用いた光検出器である。
【０００４】入射端１からの出力光はコリメーティング
レンズ２により平行光に変換されて波長分散素子３に入
射される。波長分散素子３からの波長分散された光はフ
ォーカシングレンズ４により集光されて光検出器５に入
射される。
レンズ２により平行光に変換されて波長分散素子３に入
射される。波長分散素子３からの波長分散された光はフ
ォーカシングレンズ４により集光されて光検出器５に入
射される。
【０００５】また、図５は波長分散素子３である回折格
子の一例を示す構造断面図である。図５において６はガ
ラス等で形成される基板、７は回折を生じさせるための
格子が多数設けられた樹脂のレプリカ、８は金属の反射
膜である。
子の一例を示す構造断面図である。図５において６はガ
ラス等で形成される基板、７は回折を生じさせるための
格子が多数設けられた樹脂のレプリカ、８は金属の反射
膜である。
【０００６】基板６上には多数の格子が設けられた樹脂
のレプリカ７が形成され、レプリカ７の表面には反射膜
８により覆われている。
のレプリカ７が形成され、レプリカ７の表面には反射膜
８により覆われている。
【０００７】ここで、図４に示す従来例の動作を説明す
る。回折格子等の波長分散素子３に入射された光はその
波長により回折角が異なるので、それぞれ異なる方向に
回折光として出射され、フォーカシングレンズ４により
光検出器５を構成する各受光素子にそれぞれ集光され
る。
る。回折格子等の波長分散素子３に入射された光はその
波長により回折角が異なるので、それぞれ異なる方向に
回折光として出射され、フォーカシングレンズ４により
光検出器５を構成する各受光素子にそれぞれ集光され
る。
【０００８】例えば、図４中”ＦＰ０１”、”ＦＰ０
２”及び”ＦＰ０３”に位置する受光素子では異なる波
長の光が集光される。図６に示す従来例では回折格子等
の波長分散素子３を回転させる必要がないので高速性及
び信頼性に優れている。
２”及び”ＦＰ０３”に位置する受光素子では異なる波
長の光が集光される。図６に示す従来例では回折格子等
の波長分散素子３を回転させる必要がないので高速性及
び信頼性に優れている。
【０００９】例えば、回折格子等の波長分散素子３の回
折の次数を”ｍ”、回折格子等の波長分散素子３の格子
定数を”ｄ”、回折格子等の波長分散素子３への入射角
及び出射角を”ｉ”及び”θ”、波長を”λ”とすれ
ば、 ｍλ／ｄ＝sinｉ＋sinθ （１） となる。
折の次数を”ｍ”、回折格子等の波長分散素子３の格子
定数を”ｄ”、回折格子等の波長分散素子３への入射角
及び出射角を”ｉ”及び”θ”、波長を”λ”とすれ
ば、 ｍλ／ｄ＝sinｉ＋sinθ （１） となる。
【００１０】図４に示すような分光装置をＷＤＭ（Wave
length Division Multiplxing：波長多重信号）システ
ム監視モニタ等のように狭い波長範囲を扱うように設計
した場合にはフォーカシングレンズ４の焦点距離と比較
して波長分散による光路の広がりが小さくなり、光検出
器５として１次元配列のフォトダオードアレイを用いた
時の各素子の位置と出射角はほぼ比例関係になる。
length Division Multiplxing：波長多重信号）システ
ム監視モニタ等のように狭い波長範囲を扱うように設計
した場合にはフォーカシングレンズ４の焦点距離と比較
して波長分散による光路の広がりが小さくなり、光検出
器５として１次元配列のフォトダオードアレイを用いた
時の各素子の位置と出射角はほぼ比例関係になる。
【００１１】但し、波長と出射角との関係は式（１）を
微分した、 dλ／dθ｜i＝（ｄ／ｍ）・cosθ （２） となる。
微分した、 dλ／dθ｜i＝（ｄ／ｍ）・cosθ （２） となる。
【００１２】式（２）から分かるように波長と分散角は
出射角の余弦に比例することになる。この出射角は分光
装置の波長範囲、用いる回折格子の格子定数及びフォー
カンシングレンズ４の焦点距離等を用いて式（１）から
求めることができる。
出射角の余弦に比例することになる。この出射角は分光
装置の波長範囲、用いる回折格子の格子定数及びフォー
カンシングレンズ４の焦点距離等を用いて式（１）から
求めることができる。
【００１３】図６はこのような分光装置の一設計例を示
す表であり、図７は各波長に対する出射角を示す表であ
る。この場合、例えば、”λ＝１．５５［μｍ］”、”
格子本数９００［ｌ／ｍｍ］”及び”３２［ｎｍ］”の
波長範囲で”１９０個”の受光素子とすれば、平均波長
分散は”３２／１９０＝約０．１７［ｎｍ］”となる。
す表であり、図７は各波長に対する出射角を示す表であ
る。この場合、例えば、”λ＝１．５５［μｍ］”、”
格子本数９００［ｌ／ｍｍ］”及び”３２［ｎｍ］”の
波長範囲で”１９０個”の受光素子とすれば、平均波長
分散は”３２／１９０＝約０．１７［ｎｍ］”となる。
【００１４】また、コリメーティングレンズ２として焦
点距離ｆ２が”５０ｍｍ”のものを用いると回折格子等
の波長分散素子３の使用領域は入射端１の開口数及び波
長分散素子３への入射角で決まり、”１１．１［ｍ
ｍ］”の長軸の楕円となる。
点距離ｆ２が”５０ｍｍ”のものを用いると回折格子等
の波長分散素子３の使用領域は入射端１の開口数及び波
長分散素子３への入射角で決まり、”１１．１［ｍ
ｍ］”の長軸の楕円となる。
【００１５】Ｒｅｉｌｅｉｇｈ基準による理論分解能”
λ／Δλ”は波長分散素子３である回折格子の総溝本数
で求まるので” ９００×１１．１≒１００００ （３） であり、 λ／Δλ＝１．５５／Δλ＝１００００ （４） ∴Δλ＝１．５５／１００００≒０．１５［ｎｍ］ （５） となる。
λ／Δλ”は波長分散素子３である回折格子の総溝本数
で求まるので” ９００×１１．１≒１００００ （３） であり、 λ／Δλ＝１．５５／Δλ＝１００００ （４） ∴Δλ＝１．５５／１００００≒０．１５［ｎｍ］ （５） となる。
【００１６】また、結像の大きさ”ω”は、回折光のビ
ーム幅を”３．４［ｍｍ］”、フォーカシングレンズ４
に入射する光の半径と焦点距離との比を”ＮＡ”とすれ
ば、 ω＝２・λ／（π・ＮＡ） （６） となる。
ーム幅を”３．４［ｍｍ］”、フォーカシングレンズ４
に入射する光の半径と焦点距離との比を”ＮＡ”とすれ
ば、 ω＝２・λ／（π・ＮＡ） （６） となる。
【００１７】式（６）から結像の大きさは”５９［μ
ｍ］”なり、分解能は平均波長分散”０．１７ｎｍ／５
０μｍ”との積で”０．２［ｎｍ］”となり、理論分解
能“Δλ＝０．１５［ｎｍ］”をやや下回り適切な値と
なる。
ｍ］”なり、分解能は平均波長分散”０．１７ｎｍ／５
０μｍ”との積で”０．２［ｎｍ］”となり、理論分解
能“Δλ＝０．１５［ｎｍ］”をやや下回り適切な値と
なる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図４に示す従
来例では式（５）から分かるように分解能は回折格子等
の波長分散素子３で使用される領域の大きさに依存して
いるため、分解能を向上させるためには光学系を構成す
る光学部品を小さくすることが困難であり、装置の小型
化が困難であると言った問題点があった。
来例では式（５）から分かるように分解能は回折格子等
の波長分散素子３で使用される領域の大きさに依存して
いるため、分解能を向上させるためには光学系を構成す
る光学部品を小さくすることが困難であり、装置の小型
化が困難であると言った問題点があった。
【００１９】また、図５に示すように波長分散素子３で
ある回折格子のレプリカ部分はガラス等だけによって形
成されているレンズやプリズムのような光学部品と比較
して対湿性が劣ると言った問題点があった。
ある回折格子のレプリカ部分はガラス等だけによって形
成されているレンズやプリズムのような光学部品と比較
して対湿性が劣ると言った問題点があった。
【００２０】さらに、図５に示す回折格子を空気中で用
いる場合には、空気の屈折率を”ｎ air”、温度を”
Ｔ”、回折格子の格子定数を”Ｄ”、波長を”λ”とす
ると、その出射角”θ”の温度特性は、 dθ／dＴ＝−λ／（Ｄ・cosθ）×｛dＤ／（Ｄ・dＴ） ＋（１／ｎair）（dｎair／dＴ）｝ （７） となる。
いる場合には、空気の屈折率を”ｎ air”、温度を”
Ｔ”、回折格子の格子定数を”Ｄ”、波長を”λ”とす
ると、その出射角”θ”の温度特性は、 dθ／dＴ＝−λ／（Ｄ・cosθ）×｛dＤ／（Ｄ・dＴ） ＋（１／ｎair）（dｎair／dＴ）｝ （７） となる。
【００２１】式（７）において”｛｝”内の第１項は波
長分散素子３である回折格子の線膨張係数であり、第２
項は空気の屈折率の温度係数である。また波長の温度係
数は、 dλ／dＴ＝（dλ／dθ）・（dθ／dＴ） ＝−λ・｛dＤ／（Ｄ・dＴ） ＋（１／ｎair）（dｎair／dＴ）｝ （８） となる。
長分散素子３である回折格子の線膨張係数であり、第２
項は空気の屈折率の温度係数である。また波長の温度係
数は、 dλ／dＴ＝（dλ／dθ）・（dθ／dＴ） ＝−λ・｛dＤ／（Ｄ・dＴ） ＋（１／ｎair）（dｎair／dＴ）｝ （８） となる。
【００２２】例えば、波長を”１．５５μｍ”としてパ
イレックスガラスを基板６とした回折格子を空気中で使
用するとその温度係数は”約３．７ｐｍ／℃”となる。
すなわち、分光装置の波長特性は回折格子の材料の線膨
張係数に起因する温度特性を有すると言った問題点があ
った。従って本発明が解決しようとする課題は、対湿性
及び温度特性の改善が可能な分光装置を実現することに
ある。
イレックスガラスを基板６とした回折格子を空気中で使
用するとその温度係数は”約３．７ｐｍ／℃”となる。
すなわち、分光装置の波長特性は回折格子の材料の線膨
張係数に起因する温度特性を有すると言った問題点があ
った。従って本発明が解決しようとする課題は、対湿性
及び温度特性の改善が可能な分光装置を実現することに
ある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明のうち請求項１記載の発明は、波長分
散素子を用いた分光装置において、入射光を平行光にす
るコリメーティングレンズと、波長分散素子と、この波
長分散素子と一体化され前記コリメーティングレンズか
らの前記平行光を前記波長分散素子に入射し、前記波長
分散素子の出射光を屈折させて出射するビーム形状補正
手段と、このビーム形状補正手段の出力を集光するフォ
ーカシングレンズと、このフォーカシングレンズの出力
光を検出する光検出器とを備えたことにより、回折格子
表面のレプリカにはプリズム等のビーム形状補正手段が
設けられるので耐湿性が改善されることになる。
るために、本発明のうち請求項１記載の発明は、波長分
散素子を用いた分光装置において、入射光を平行光にす
るコリメーティングレンズと、波長分散素子と、この波
長分散素子と一体化され前記コリメーティングレンズか
らの前記平行光を前記波長分散素子に入射し、前記波長
分散素子の出射光を屈折させて出射するビーム形状補正
手段と、このビーム形状補正手段の出力を集光するフォ
ーカシングレンズと、このフォーカシングレンズの出力
光を検出する光検出器とを備えたことにより、回折格子
表面のレプリカにはプリズム等のビーム形状補正手段が
設けられるので耐湿性が改善されることになる。
【００２４】また、波長分散素子の出射光をビーム形状
補正手段で補正することにより、波長分散素子の出射角
の余弦成分に起因する非線形性がビーム形状補正手段の
余弦成分による非線形性で補償されることになり、波長
分散特性の平坦化が可能になる。また、波長分散素子と
ビーム形状補正手段を一体化した場合の温度係数をビー
ム形状補正手段の入射面での屈折による温度係数で補正
することにより、温度特性の改善が可能になる。さら
に、プリズム等のビーム形状補正手段の媒質の屈折率を
大きくすることにより、波長分解能を犠牲にすることな
く分光装置の小型化が可能になる。
補正手段で補正することにより、波長分散素子の出射角
の余弦成分に起因する非線形性がビーム形状補正手段の
余弦成分による非線形性で補償されることになり、波長
分散特性の平坦化が可能になる。また、波長分散素子と
ビーム形状補正手段を一体化した場合の温度係数をビー
ム形状補正手段の入射面での屈折による温度係数で補正
することにより、温度特性の改善が可能になる。さら
に、プリズム等のビーム形状補正手段の媒質の屈折率を
大きくすることにより、波長分解能を犠牲にすることな
く分光装置の小型化が可能になる。
【００２５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明である分光装置において、前記波長分散手段が、回折
格子であることにより、回折格子表面のレプリカにはプ
リズム等のビーム形状補正手段が設けられるので耐湿性
が改善されることになる。また、波長分散素子の出射光
をビーム形状補正手段で補正することにより、波長分散
素子の出射角の余弦成分に起因する非線形性がビーム形
状補正手段の余弦成分による非線形性で補償されること
になり、波長分散特性の平坦化が可能になる。また、波
長分散素子とビーム形状補正手段を一体化した場合の温
度係数をビーム形状補正手段の入射面での屈折による温
度係数で補正することにより、温度特性の改善が可能に
なる。さらに、プリズム等のビーム形状補正手段の媒質
の屈折率を大きくすることにより、波長分解能を犠牲に
することなく分光装置の小型化が可能になる。
明である分光装置において、前記波長分散手段が、回折
格子であることにより、回折格子表面のレプリカにはプ
リズム等のビーム形状補正手段が設けられるので耐湿性
が改善されることになる。また、波長分散素子の出射光
をビーム形状補正手段で補正することにより、波長分散
素子の出射角の余弦成分に起因する非線形性がビーム形
状補正手段の余弦成分による非線形性で補償されること
になり、波長分散特性の平坦化が可能になる。また、波
長分散素子とビーム形状補正手段を一体化した場合の温
度係数をビーム形状補正手段の入射面での屈折による温
度係数で補正することにより、温度特性の改善が可能に
なる。さらに、プリズム等のビーム形状補正手段の媒質
の屈折率を大きくすることにより、波長分解能を犠牲に
することなく分光装置の小型化が可能になる。
【００２６】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明である分光装置において、前記ビーム形状補正手段
が、プリズムであることにより、回折格子表面のレプリ
カにはプリズム等のビーム形状補正手段が設けられるの
で耐湿性が改善されることになる。また、波長分散素子
の出射光をビーム形状補正手段で補正することにより、
波長分散素子の出射角の余弦成分に起因する非線形性が
ビーム形状補正手段の余弦成分による非線形性で補償さ
れることになり、波長分散特性の平坦化が可能になる。
また、波長分散素子とビーム形状補正手段を一体化した
場合の温度係数をビーム形状補正手段の入射面での屈折
による温度係数で補正することにより、温度特性の改善
が可能になる。さらに、プリズム等のビーム形状補正手
段の媒質の屈折率を大きくすることにより、波長分解能
を犠牲にすることなく分光装置の小型化が可能になる。
明である分光装置において、前記ビーム形状補正手段
が、プリズムであることにより、回折格子表面のレプリ
カにはプリズム等のビーム形状補正手段が設けられるの
で耐湿性が改善されることになる。また、波長分散素子
の出射光をビーム形状補正手段で補正することにより、
波長分散素子の出射角の余弦成分に起因する非線形性が
ビーム形状補正手段の余弦成分による非線形性で補償さ
れることになり、波長分散特性の平坦化が可能になる。
また、波長分散素子とビーム形状補正手段を一体化した
場合の温度係数をビーム形状補正手段の入射面での屈折
による温度係数で補正することにより、温度特性の改善
が可能になる。さらに、プリズム等のビーム形状補正手
段の媒質の屈折率を大きくすることにより、波長分解能
を犠牲にすることなく分光装置の小型化が可能になる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る分光装置の
一実施例を示す構成図である。図１において１，２，４
及び５は図４と同一符号を付してあり、９は回折格子等
の波長分散素子、１０はプリズム等のビーム形状補正手
段である。
用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る分光装置の
一実施例を示す構成図である。図１において１，２，４
及び５は図４と同一符号を付してあり、９は回折格子等
の波長分散素子、１０はプリズム等のビーム形状補正手
段である。
【００２８】入射端１からの出力光はコリメーティング
レンズ２により平行光に変換されプリズム等のビーム形
状補正手段１０を介して回折格子等の波長分散素子９に
入射される。回折格子等の波長分散素子１０からの回折
光は再びビーム形状補正手段９を介してフォーカシング
レンズ４により集光されて光検出器５に入射される。
レンズ２により平行光に変換されプリズム等のビーム形
状補正手段１０を介して回折格子等の波長分散素子９に
入射される。回折格子等の波長分散素子１０からの回折
光は再びビーム形状補正手段９を介してフォーカシング
レンズ４により集光されて光検出器５に入射される。
【００２９】ここで、図１に示す実施例を図２を用いて
説明する。図２は波長分散素子９及びビーム形状補正手
段１０での光路を説明する説明図であり、図２中”ＩＬ
０１”は入射光、”ＯＬ０１”は出射光である。また、
基本的な動作は図６に示す従来例と同様であるので説明
は省略する。
説明する。図２は波長分散素子９及びビーム形状補正手
段１０での光路を説明する説明図であり、図２中”ＩＬ
０１”は入射光、”ＯＬ０１”は出射光である。また、
基本的な動作は図６に示す従来例と同様であるので説明
は省略する。
【００３０】図５に示したように回折格子の表面のレプ
リカにはプリズム等のビーム形状補正手段が設けられる
ので耐湿性が改善されることになる。
リカにはプリズム等のビーム形状補正手段が設けられる
ので耐湿性が改善されることになる。
【００３１】また、分光装置の波長分散特性は式（２）
で求められこれを変形すると、 dλ＝（ｄ／ｍ）・cosθ・dθ （９） となり、光検出器５を構成する受光素子が等間隔である
とすると余弦成分（ｃｏｓθ）に起因して波長分散に不
均一が生じることなる。言い換えれば、非線形性が存在
する。
で求められこれを変形すると、 dλ＝（ｄ／ｍ）・cosθ・dθ （９） となり、光検出器５を構成する受光素子が等間隔である
とすると余弦成分（ｃｏｓθ）に起因して波長分散に不
均一が生じることなる。言い換えれば、非線形性が存在
する。
【００３２】一方、屈折の式は媒質の屈折率を”ｎ1 ”
及び”ｎ2 ”、入射角及び出射角を”φ”及び”ψ”と
すると、 ｎ1・sinφ＝ｎ2・sinψ （１０） となり、”φ”で微分すると、 ｎ1・cosφ・ｄφ＝ｎ2・cosψ・ｄψ （１１） となる。
及び”ｎ2 ”、入射角及び出射角を”φ”及び”ψ”と
すると、 ｎ1・sinφ＝ｎ2・sinψ （１０） となり、”φ”で微分すると、 ｎ1・cosφ・ｄφ＝ｎ2・cosψ・ｄψ （１１） となる。
【００３３】式（１１）から分かるように屈折角もまた
余弦成分に依存する。従って、波長分散素子９の出射角
の余弦成分に起因する非線形性を屈折（ビーム形状補正
手段１０）の余弦成分による非線形性で補償することが
可能になる。
余弦成分に依存する。従って、波長分散素子９の出射角
の余弦成分に起因する非線形性を屈折（ビーム形状補正
手段１０）の余弦成分による非線形性で補償することが
可能になる。
【００３４】図２において波長分散素子９の入射角及び
出射角を”θ1 ”及び”θ2 ”、ビーム形状補正手段１
０の入射角及び出射角を”θ3 ”及び”θ4 ”とし、ビ
ーム形状補正手段１０の屈折率を”ｎ”、波長を”λ”
とすれば、 sinθ1+sinθ2＝λ／（ｎ・ｄ） （１２） dθ2／d＝−dθ3／dλ （１３） ｎ・sinθ3＝sinθ4 （１４） となる。
出射角を”θ1 ”及び”θ2 ”、ビーム形状補正手段１
０の入射角及び出射角を”θ3 ”及び”θ4 ”とし、ビ
ーム形状補正手段１０の屈折率を”ｎ”、波長を”λ”
とすれば、 sinθ1+sinθ2＝λ／（ｎ・ｄ） （１２） dθ2／d＝−dθ3／dλ （１３） ｎ・sinθ3＝sinθ4 （１４） となる。
【００３５】そして、式（１２）から式（１４）を微分
して整理することにより平均波長分散が得られ、 dθ4／dλ−cosθ3／（ｄ・cosθ2・cosθ4） （１５） となる。
して整理することにより平均波長分散が得られ、 dθ4／dλ−cosθ3／（ｄ・cosθ2・cosθ4） （１５） となる。
【００３６】さらに、式（１５）を変形して、 d2θ4／dλ2＝（dθ4／dλ）2 ×｛sinθ4／cosθ4 −（sinθ2・cosθ4）／（n・cosθ2・cosθ3） −（sinθ3・cosθ4）／（ｎ・cos2θ3）｝ （１６） となる。
【００３７】ここで、この特性が線形であるために
は、”d2θ4／d2＝０”であるから、式（１６）を変形
して、 tanθ3／（１−ｎ2・sin2θ3） ＝ｎ・tanθ2／（ｎ2−１） （１７） となる。
は、”d2θ4／d2＝０”であるから、式（１６）を変形
して、 tanθ3／（１−ｎ2・sin2θ3） ＝ｎ・tanθ2／（ｎ2−１） （１７） となる。
【００３８】この結果、波長分散素子９の出射光をビー
ム形状補正手段１０で補正することにより、波長分散素
子９の出射角の余弦成分に起因する非線形性がビーム形
状補正手段１０の余弦成分による非線形性で補償される
ことになり、波長分散特性の平坦化が可能になる。
ム形状補正手段１０で補正することにより、波長分散素
子９の出射角の余弦成分に起因する非線形性がビーム形
状補正手段１０の余弦成分による非線形性で補償される
ことになり、波長分散特性の平坦化が可能になる。
【００３９】また、ビーム形状補正手段１０であるプリ
ズム等の媒質の屈折率にも温度係数が存在するので、媒
質の空気に対する温度係数の相対値を”ｎr ”、絶対値
を”ｎa ”とし、空気の屈折率を”ｎair ”とすれば、 ｎr＝ｎa／ｎair （１８） (１／ｎr)(dｎr／dＴ)＝(１／ｎa)(dｎa／dＴ) −(１／ｎair)(dｎair／dＴ) （１８） ｎair≒１，ｎr≒ｎa と表される。
ズム等の媒質の屈折率にも温度係数が存在するので、媒
質の空気に対する温度係数の相対値を”ｎr ”、絶対値
を”ｎa ”とし、空気の屈折率を”ｎair ”とすれば、 ｎr＝ｎa／ｎair （１８） (１／ｎr)(dｎr／dＴ)＝(１／ｎa)(dｎa／dＴ) −(１／ｎair)(dｎair／dＴ) （１８） ｎair≒１，ｎr≒ｎa と表される。
【００４０】波長分散素子９とビーム形状補正手段１０
を一体化した場合の温度係数を図３を用いて説明する。
図３は波長分散素子９及びビーム形状補正手段１０での
光路を説明する説明図である。図３中”ＩＬ１２”及
び”ＩＬ２２”は入射光、図３中”ＯＬ１２”及び”Ｏ
Ｌ２２”は出射光であり、図３（Ａ）は入射光”ＩＬ２
１”がビーム形状補正手段１０の表面で図３表面に対し
て時計回り屈折する場合を、図３（Ｂ）は入射光”ＩＬ
２２”がビーム形状補正手段１０の表面で図３表面に対
して反時計回り屈折する場合ををそれぞれ示している。
を一体化した場合の温度係数を図３を用いて説明する。
図３は波長分散素子９及びビーム形状補正手段１０での
光路を説明する説明図である。図３中”ＩＬ１２”及
び”ＩＬ２２”は入射光、図３中”ＯＬ１２”及び”Ｏ
Ｌ２２”は出射光であり、図３（Ａ）は入射光”ＩＬ２
１”がビーム形状補正手段１０の表面で図３表面に対し
て時計回り屈折する場合を、図３（Ｂ）は入射光”ＩＬ
２２”がビーム形状補正手段１０の表面で図３表面に対
して反時計回り屈折する場合ををそれぞれ示している。
【００４１】図３（Ａ）の場合、入射光”ＩＬ１２（若
しくは、”ＩＬ２２”）”のビーム形状補正手段１０に
対する入射角を”θi ”、ビーム形状補正手段１０の入
射光”ＩＬ１２（若しくは、”ＩＬ２２”）”の屈折角
を”θ0 ”、波長分散素子９への入射角を”θ1 ”、波
長分散素子９における回折角を”θ2 ”、出射光”ＯＬ
１２（若しくは、”ＯＬ２２”）”が出射されるビーム
形状補正手段１０の出射面への回折光の入射角を”θ
3 ”、そして、前記出射面での屈折角を”θ4 ”とすれ
ば、 ｎr・sinθ0=sinθi （１９） dθ0＝dθ1 （２０） sinθ1＋sinθ2＝λ／(ｄ・ｎa) （２１） dθ2＝−dθ3 （２２） ｎr・sinθ3＝sinθ4 （２３） となる。
しくは、”ＩＬ２２”）”のビーム形状補正手段１０に
対する入射角を”θi ”、ビーム形状補正手段１０の入
射光”ＩＬ１２（若しくは、”ＩＬ２２”）”の屈折角
を”θ0 ”、波長分散素子９への入射角を”θ1 ”、波
長分散素子９における回折角を”θ2 ”、出射光”ＯＬ
１２（若しくは、”ＯＬ２２”）”が出射されるビーム
形状補正手段１０の出射面への回折光の入射角を”θ
3 ”、そして、前記出射面での屈折角を”θ4 ”とすれ
ば、 ｎr・sinθ0=sinθi （１９） dθ0＝dθ1 （２０） sinθ1＋sinθ2＝λ／(ｄ・ｎa) （２１） dθ2＝−dθ3 （２２） ｎr・sinθ3＝sinθ4 （２３） となる。
【００４２】式（１９）〜式（２３）を温度”Ｔ”で微
分すれば、 (dｎr／dＴ)・sinθ0＋ｎr・cosθ0・(dθ0／dＴ)＝０ （２４） dθ0／dＴ＝dθ1／dＴ （２５） cosθ1・(dθ1／dＴ)＋cosθ2・(dθ2／dＴ) ＝−λ／(ｄ・ｎa) ×{(１／ｄ)(dｄ／dＴ)＋(１／ｎa)(dｎa／dＴ)} （２６） dθ2／dＴ＝−dθ3／dＴ （２７） (dｎr／dＴ)・sinθ3＋ｎr・cosθ3・(dθ3／dＴ) ＝cosθ4・(dθ4／dＴ) （２８） となる。
分すれば、 (dｎr／dＴ)・sinθ0＋ｎr・cosθ0・(dθ0／dＴ)＝０ （２４） dθ0／dＴ＝dθ1／dＴ （２５） cosθ1・(dθ1／dＴ)＋cosθ2・(dθ2／dＴ) ＝−λ／(ｄ・ｎa) ×{(１／ｄ)(dｄ／dＴ)＋(１／ｎa)(dｎa／dＴ)} （２６） dθ2／dＴ＝−dθ3／dＴ （２７） (dｎr／dＴ)・sinθ3＋ｎr・cosθ3・(dθ3／dＴ) ＝cosθ4・(dθ4／dＴ) （２８） となる。
【００４３】式（２４）〜式（２８）を整理すると、 dθ4／dＴ＝(sinθ3／cosθ4)(dｎr／dＴ) ＋(ｎr・cosθ3／cosθ4)(dθ3／dＴ) ＝(sinθ3／cosθ4)(dｎr／dＴ) −(ｎr・cosθ3／cosθ4) ×[−λ／(ｄ・ｎa)(１／cosθ2) ×{(１／ｄ)(dｄ／dＴ)＋(１／ｎa)(dｎa／dＴ)} −(cosθ1／cosθ2)(dθ1／dＴ)] ＝(sinθ3／cosθ4)(dｎr／dＴ) ＋λ・cosθ3／(ｄ・cosθ2・cosθ4) ×{(１／ｄ)(dｄ／dＴ)＋(１／ｎa)(dｎa／dＴ)} −(sinθ0・cosθ1・cosθ3)／(cosθ0・cosθ2・cosθ4) ×(dｎr／dＴ) ＝tanθ4・(１／ｎr)・(dｎr／dＴ) −λ・(dθ4／dλ) ×{(１／ｄ)(dｄ／dＴ)＋(１／ｎa)(dｎa／dＴ)} −(sinθi・cosθ1・cosθ3)／(cosθ0・cosθ2・cosθ4) ×(１／ｎr)・(dｎr／dＴ) （２９） となる。
【００４４】ここで、媒質の温度係数である”(１／
ｎr)・(dｎr／dＴ)”は通常用いる媒質であれば正の値で
ある。この時、 dθ4／dλ＜０ (１／ｄ)(dｄ／dＴ)＞０ (１／ｎa)(dｎa／dＴ)＞０ ０°＜θj＜９０° （ｊ＝ｉ，１，２，３，４） であるので、式（２９）の第１項及び第２項は正の値で
ある。
ｎr)・(dｎr／dＴ)”は通常用いる媒質であれば正の値で
ある。この時、 dθ4／dλ＜０ (１／ｄ)(dｄ／dＴ)＞０ (１／ｎa)(dｎa／dＴ)＞０ ０°＜θj＜９０° （ｊ＝ｉ，１，２，３，４） であるので、式（２９）の第１項及び第２項は正の値で
ある。
【００４５】一方、式（２９）の第３項は負の値である
ので、波長分散素子９とビーム形状補正手段１０を一体
化した場合の温度係数”dθ4／dＴ”を低減することが
できる。
ので、波長分散素子９とビーム形状補正手段１０を一体
化した場合の温度係数”dθ4／dＴ”を低減することが
できる。
【００４６】また、式（２９）における第１項はビーム
形状補正手段１０の出射面での屈折、第２項は波長分散
素子９での回折、そして、第３項はビーム形状補正手段
１０の入射面での屈折によるものである。
形状補正手段１０の出射面での屈折、第２項は波長分散
素子９での回折、そして、第３項はビーム形状補正手段
１０の入射面での屈折によるものである。
【００４７】この結果、波長分散素子９とビーム形状補
正手段１０を一体化した場合の温度係数をビーム形状補
正手段１０の入射面での屈折による温度係数で補正する
ことにより、温度特性の改善が可能になる。
正手段１０を一体化した場合の温度係数をビーム形状補
正手段１０の入射面での屈折による温度係数で補正する
ことにより、温度特性の改善が可能になる。
【００４８】一方、図３（Ｂ）の場合には式（２９）の
第３項の符号が”−”から”＋”に変わるため温度係
数”dθ4／dＴ”を大きくする項だけになってしまう。
但し、媒質の温度係数である”(１／ｎr)・(dｎr／d
Ｔ)”が負の値である媒質も存在するのでこのような媒
質を用いることにより、温度係数”dθ4／dＴ”の低減
も可能である。
第３項の符号が”−”から”＋”に変わるため温度係
数”dθ4／dＴ”を大きくする項だけになってしまう。
但し、媒質の温度係数である”(１／ｎr)・(dｎr／d
Ｔ)”が負の値である媒質も存在するのでこのような媒
質を用いることにより、温度係数”dθ4／dＴ”の低減
も可能である。
【００４９】さらに、波長分解能を犠牲にすること無く
小型化するためには回折格子の格子定数”ｄ”を小さく
する必要があるが式（１）の右辺の上限は”２”である
ので波長”λ”が決まると格子定数”ｄ”の最小値もま
た自ずと求まってしまう。
小型化するためには回折格子の格子定数”ｄ”を小さく
する必要があるが式（１）の右辺の上限は”２”である
ので波長”λ”が決まると格子定数”ｄ”の最小値もま
た自ずと求まってしまう。
【００５０】これに対して、回折格子等の波長分散素子
９とプリズム等のビーム形状補正手段１０とを一体化し
た場合には式（１２）〜式（１４）に示すように媒質の
屈折率”ｎ”と格子定数”ｄ”との積となるので屈折
率”ｎ”が大きくなるほど格子定数”ｄ”を小さくでき
る。
９とプリズム等のビーム形状補正手段１０とを一体化し
た場合には式（１２）〜式（１４）に示すように媒質の
屈折率”ｎ”と格子定数”ｄ”との積となるので屈折
率”ｎ”が大きくなるほど格子定数”ｄ”を小さくでき
る。
【００５１】言い換えれば、プリズム等のビーム形状補
正手段１０の媒質の屈折率を大きくすることにより、波
長分解能を犠牲にすることなく分光装置の小型化が可能
になる。
正手段１０の媒質の屈折率を大きくすることにより、波
長分解能を犠牲にすることなく分光装置の小型化が可能
になる。
【００５２】なお、波長分散素子９である回折格子表面
のレプリカにプリズム等のビーム形状補正手段１０を設
けが、特にプリズム等のビーム形状補正手段ではなく何
らかのウィンドウを回折格子表面に設ければ耐湿性の改
善を図ることが可能である。
のレプリカにプリズム等のビーム形状補正手段１０を設
けが、特にプリズム等のビーム形状補正手段ではなく何
らかのウィンドウを回折格子表面に設ければ耐湿性の改
善を図ることが可能である。
【００５３】また、波長分散素子９とビーム形状補正手
段１０を一体化する場合には波長分散素子９をビーム形
状補正手段１０に貼りつけても、ビーム形状補正手段１
０に直接形成しても構わない。
段１０を一体化する場合には波長分散素子９をビーム形
状補正手段１０に貼りつけても、ビーム形状補正手段１
０に直接形成しても構わない。
【００５４】また、波長分散素子としては回折格子を例
示したが、回折格子のみならずエシュレ格子であっても
同様に用いることが可能である。
示したが、回折格子のみならずエシュレ格子であっても
同様に用いることが可能である。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。請求項１，２及
び請求項３の発明によれば、回折格子表面のレプリカに
はプリズム等のビーム形状補正手段が設けられるので耐
湿性が改善されることになる。
本発明によれば次のような効果がある。請求項１，２及
び請求項３の発明によれば、回折格子表面のレプリカに
はプリズム等のビーム形状補正手段が設けられるので耐
湿性が改善されることになる。
【００５６】また、波長分散素子の出射光をビーム形状
補正手段で補正することにより、波長分散素子の出射角
の余弦成分に起因する非線形性がビーム形状補正手段の
余弦成分による非線形性で補償されることになり、波長
分散特性の平坦化が可能になる。
補正手段で補正することにより、波長分散素子の出射角
の余弦成分に起因する非線形性がビーム形状補正手段の
余弦成分による非線形性で補償されることになり、波長
分散特性の平坦化が可能になる。
【００５７】また、波長分散素子とビーム形状補正手段
を一体化した場合の温度係数をビーム形状補正手段の入
射面での屈折による温度係数で補正することにより、温
度特性の改善が可能になる。
を一体化した場合の温度係数をビーム形状補正手段の入
射面での屈折による温度係数で補正することにより、温
度特性の改善が可能になる。
【００５８】さらに、プリズム等のビーム形状補正手段
の媒質の屈折率を大きくすることにより、波長分解能を
犠牲にすることなく分光装置の小型化が可能になる。
の媒質の屈折率を大きくすることにより、波長分解能を
犠牲にすることなく分光装置の小型化が可能になる。
【図１】本発明に係る分光装置の一実施例を示す構成図
である。
である。
【図２】波長分散素子及びビーム形状補正手段での光路
を説明する説明図である。
を説明する説明図である。
【図３】波長分散素子及びビーム形状補正手段での光路
を説明する説明図である。
を説明する説明図である。
【図４】従来の分光装置の一例を示す構成図である。
【図５】波長分散素子である回折格子の一例を示す構造
断面図である。
断面図である。
【図６】分光装置の一設計例を示す表である。
【図７】各波長に対する出射角を示す表である。
１ 入射端 ２ コリメーティングレンズ ３，９ 波長分散素子 ４ フォーカシングレンズ ５ 光検出器 ６ 基板 ７ レプリカ ８ 反射膜 １０ ビーム形状補正手段
Claims (3)
- 【請求項１】波長分散素子を用いた分光装置において、 入射光を平行光にするコリメーティングレンズと、 波長分散素子と、 この波長分散素子と一体化され前記コリメーティングレ
ンズからの前記平行光を前記波長分散素子に入射し、前
記波長分散素子の出射光を屈折させて出射するビーム形
状補正手段と、 このビーム形状補正手段の出力を集光するフォーカシン
グレンズと、 このフォーカシングレンズの出力光を検出する光検出器
とを備えたことを特徴とする分光装置。 - 【請求項２】前記波長分散手段が、 回折格子であることを特徴とする請求項１記載の分光装
置。 - 【請求項３】前記ビーム形状補正手段が、 プリズムであることを特徴とする請求項１記載の分光装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11126760A JP2000321135A (ja) | 1999-05-07 | 1999-05-07 | 分光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11126760A JP2000321135A (ja) | 1999-05-07 | 1999-05-07 | 分光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000321135A true JP2000321135A (ja) | 2000-11-24 |
Family
ID=14943254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11126760A Withdrawn JP2000321135A (ja) | 1999-05-07 | 1999-05-07 | 分光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000321135A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6885447B2 (en) * | 2002-10-18 | 2005-04-26 | Yokogawa Electric Corporation | Spectrometer and optical spectrum analyzer |
| CN104215332A (zh) * | 2014-10-09 | 2014-12-17 | 苏州大学 | 一种温室气体遥感探测方法及其装置 |
| JP2015230396A (ja) * | 2014-06-05 | 2015-12-21 | 住友電気工業株式会社 | 波長選択スイッチ |
| JP2015230397A (ja) * | 2014-06-05 | 2015-12-21 | 住友電気工業株式会社 | 波長選択スイッチ |
-
1999
- 1999-05-07 JP JP11126760A patent/JP2000321135A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6885447B2 (en) * | 2002-10-18 | 2005-04-26 | Yokogawa Electric Corporation | Spectrometer and optical spectrum analyzer |
| JP2015230396A (ja) * | 2014-06-05 | 2015-12-21 | 住友電気工業株式会社 | 波長選択スイッチ |
| JP2015230397A (ja) * | 2014-06-05 | 2015-12-21 | 住友電気工業株式会社 | 波長選択スイッチ |
| CN104215332A (zh) * | 2014-10-09 | 2014-12-17 | 苏州大学 | 一种温室气体遥感探测方法及其装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040305 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040311 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20040428 |