JP2000337962A - 分光器及び光スペクトル測定装置 - Google Patents
分光器及び光スペクトル測定装置Info
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- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract 12
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- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0808—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more diffracting elements
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 周囲温度が変化しても波長分解能が良好に維
持される分光器の提供をする。 【解決手段】 光源の光の幅を制限する光入射手段と、
光入射手段を介した光を平行光に変換する第１の凹面鏡
と、平行光を回折光に変換する回折格子と、回折光を集
光する第２の凹面鏡と、集光された光の帯域を制限する
スリットと、光入射手段，第１の凹面鏡，回折格子，第
２の凹面鏡，スリットを固定する基板とからなる分光器
において、第１の凹面鏡をの焦点距離の線膨張係数と、
第２の凹面鏡の焦点距離の線膨張係数と、基盤を形成す
る材質の線膨張係数とをほぼ等しくすることにより、分
光器の周囲温度が組立時の温度から変化しても、波長分
解能が良好に維持される分光器を得ることができる。
持される分光器の提供をする。 【解決手段】 光源の光の幅を制限する光入射手段と、
光入射手段を介した光を平行光に変換する第１の凹面鏡
と、平行光を回折光に変換する回折格子と、回折光を集
光する第２の凹面鏡と、集光された光の帯域を制限する
スリットと、光入射手段，第１の凹面鏡，回折格子，第
２の凹面鏡，スリットを固定する基板とからなる分光器
において、第１の凹面鏡をの焦点距離の線膨張係数と、
第２の凹面鏡の焦点距離の線膨張係数と、基盤を形成す
る材質の線膨張係数とをほぼ等しくすることにより、分
光器の周囲温度が組立時の温度から変化しても、波長分
解能が良好に維持される分光器を得ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光源の光スペクト
ル特性を測定する、分光器に関するものであり、特に、
分光器を構成する凹面鏡と、基板の材質に係るものであ
る。
ル特性を測定する、分光器に関するものであり、特に、
分光器を構成する凹面鏡と、基板の材質に係るものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の分光器を用いて構成される光スペ
クトル測定装置を図２を用いて説明する。符号１は、種
々の波長成分が含まれ、スペクトル測定の対象である光
を出射する光源である。符号２は、光源１が出射した光
の幅を制限する入射スリットであり、符号３は、入射ス
リット２を介して入射された光を平行光に変換する凹面
鏡である。ここで入射スリット２と凹面鏡３との距離Ｌ
１は、凹面鏡３の焦点距離と等しくなるように設定され
る。
クトル測定装置を図２を用いて説明する。符号１は、種
々の波長成分が含まれ、スペクトル測定の対象である光
を出射する光源である。符号２は、光源１が出射した光
の幅を制限する入射スリットであり、符号３は、入射ス
リット２を介して入射された光を平行光に変換する凹面
鏡である。ここで入射スリット２と凹面鏡３との距離Ｌ
１は、凹面鏡３の焦点距離と等しくなるように設定され
る。
【０００３】符号４は、表面に多数の溝が形成されてお
り、凹面鏡３で変換された平行光を反射により波長毎に
空間的に分離する回折格子である。回折格子４は、図中
にて、符号Ｄ１が付された方向に回転可能なステージ５
の上に配置されており、ステージ５の回動に合わせて符
号Ｄ１が付された方向に回動する。符号６は凹面鏡であ
り、回折格子４によって波長毎に空間的に分離された光
のうち、凹面鏡６に入射した光のみを出射スリット７の
スリット位置に結像させるものである。出射スリット７
は、凹面鏡６によってスリット位置に結像された光の波
長帯域を制限するスリットであり、凹面鏡６との距離Ｌ
２は、凹面鏡６の焦点距離と等しくなるように設定され
る。符号８は、入射スリット２、凹面鏡３、ステージ
５、凹面鏡６、出射スリット７を固定する基板である。
り、凹面鏡３で変換された平行光を反射により波長毎に
空間的に分離する回折格子である。回折格子４は、図中
にて、符号Ｄ１が付された方向に回転可能なステージ５
の上に配置されており、ステージ５の回動に合わせて符
号Ｄ１が付された方向に回動する。符号６は凹面鏡であ
り、回折格子４によって波長毎に空間的に分離された光
のうち、凹面鏡６に入射した光のみを出射スリット７の
スリット位置に結像させるものである。出射スリット７
は、凹面鏡６によってスリット位置に結像された光の波
長帯域を制限するスリットであり、凹面鏡６との距離Ｌ
２は、凹面鏡６の焦点距離と等しくなるように設定され
る。符号８は、入射スリット２、凹面鏡３、ステージ
５、凹面鏡６、出射スリット７を固定する基板である。
【０００４】また、分光器９は、入射スリット２，凹面
鏡３，回折格子４，ステージ５，凹面鏡６，出射スリッ
ト７，基板８で構成され、ツェルニ・ターナ形分散分光
器と呼ばれる構成となっている。符号１１は、出射スリ
ット７を介して入射された光の強度をその強度に比例し
た電気信号に変換する光検出器である。符号１２は、光
検出器１１から出力される電気信号を増幅する増幅回路
である。符号１３は、増幅回路１２で増幅された値をデ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。
鏡３，回折格子４，ステージ５，凹面鏡６，出射スリッ
ト７，基板８で構成され、ツェルニ・ターナ形分散分光
器と呼ばれる構成となっている。符号１１は、出射スリ
ット７を介して入射された光の強度をその強度に比例し
た電気信号に変換する光検出器である。符号１２は、光
検出器１１から出力される電気信号を増幅する増幅回路
である。符号１３は、増幅回路１２で増幅された値をデ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。
【０００５】符号１４は、駆動回路１６を制御し、ま
た、Ａ／Ｄ変換器１３から出力されるデジタル信号を処
理し、表示装置１５に出力するＣＰＵ（中央演算装置）
である。ここで、表示装置１５は、ＣＰＵ１４からデー
タが入力されると、その入力に応じて、光スペクトルの
測定結果を表示する。駆動回路１６は、ＣＰＵ１４から
出力される制御信号に応じて、モータ１７の回転軸１８
の回転動作を制御する。モータ１７は、符号Ｄ２が付さ
れた方向に回転軸１８を回転させることによってステー
ジ５及び回折格子４を符号Ｄ１が付された方向に回動さ
せる。
た、Ａ／Ｄ変換器１３から出力されるデジタル信号を処
理し、表示装置１５に出力するＣＰＵ（中央演算装置）
である。ここで、表示装置１５は、ＣＰＵ１４からデー
タが入力されると、その入力に応じて、光スペクトルの
測定結果を表示する。駆動回路１６は、ＣＰＵ１４から
出力される制御信号に応じて、モータ１７の回転軸１８
の回転動作を制御する。モータ１７は、符号Ｄ２が付さ
れた方向に回転軸１８を回転させることによってステー
ジ５及び回折格子４を符号Ｄ１が付された方向に回動さ
せる。
【０００６】図２に示す光スペクトル測定装置におい
て、凹面鏡３，６には、球面鏡や軸外し放物面鏡が使用
される。また、回折格子４を制御するモータ１７は、ス
テッピングモータやサーボモータを用い、ウォームギヤ
あるいはサインバーを用いて減速し回折格子４を制御す
るか、あるいはモータ１７を回折格子４の回転軸に直接
結合する例もある。
て、凹面鏡３，６には、球面鏡や軸外し放物面鏡が使用
される。また、回折格子４を制御するモータ１７は、ス
テッピングモータやサーボモータを用い、ウォームギヤ
あるいはサインバーを用いて減速し回折格子４を制御す
るか、あるいはモータ１７を回折格子４の回転軸に直接
結合する例もある。
【０００７】次に図２に示す光スペクトル測定装置の動
作を説明する。入射スリット２は、光源１から光が入射
されると、その光の幅を入射スリット２のスリット幅に
制限する。凹面鏡３は、入射スリット２を介して光が入
射されると、平行光に変換し、回折格子４に出射する。
一方、ＣＰＵ１４が、駆動回路１６に制御信号を出力す
ると、駆動回路１６は、その制御信号によりモータ１７
を制御し、回転軸１８をＤ２の方向に回動させる。回転
軸１８がＤ２の方向に回動することにより、ステージ５
は、Ｄ１の方向に回動し、ステージ５上に配置されてい
る回折格子４の角度が可変する。回折格子４の角度を可
変することにより、出射スリット７を通過する波長を設
定することができる。
作を説明する。入射スリット２は、光源１から光が入射
されると、その光の幅を入射スリット２のスリット幅に
制限する。凹面鏡３は、入射スリット２を介して光が入
射されると、平行光に変換し、回折格子４に出射する。
一方、ＣＰＵ１４が、駆動回路１６に制御信号を出力す
ると、駆動回路１６は、その制御信号によりモータ１７
を制御し、回転軸１８をＤ２の方向に回動させる。回転
軸１８がＤ２の方向に回動することにより、ステージ５
は、Ｄ１の方向に回動し、ステージ５上に配置されてい
る回折格子４の角度が可変する。回折格子４の角度を可
変することにより、出射スリット７を通過する波長を設
定することができる。
【０００８】回折格子４は、凹面鏡３により変換された
平行光が入射されると、回折格子４の角度によって決ま
る特定の波長成分をもつ光だけを回折光として、凹面鏡
６に出射する。凹面鏡６は、回折格子４から回折光が入
射されると、出射スリット７上に結像させる。出射スリ
ット７は、凹面鏡６から光が入射されると、その光の帯
域を制限する。
平行光が入射されると、回折格子４の角度によって決ま
る特定の波長成分をもつ光だけを回折光として、凹面鏡
６に出射する。凹面鏡６は、回折格子４から回折光が入
射されると、出射スリット７上に結像させる。出射スリ
ット７は、凹面鏡６から光が入射されると、その光の帯
域を制限する。
【０００９】光検出器１１は、出射スリット７を介した
光が入射されると、入射した光の強度に比例した電気信
号に変換し、増幅回路１２に出力する。増幅回路１２
は、光検出器１１から電気信号が入力されると、Ａ／Ｄ
変換器１３の入力に適した電圧まで増幅し、Ａ／Ｄ変換
器１３に出力する。Ａ／Ｄ変換器１３は、増幅回路１２
にて増幅された電気信号が入力されると、その電気信号
をディジタル信号に変換する。ＣＰＵ１４は、Ａ／Ｄ変
換器１３から、デジタル信号が入力されると、出射スリ
ット７の通過波長を測定開始波長から測定終了波長まで
掃引させ、繰り返し得られた波長−光強度特性を、光ス
ペクトルとして表示装置１５に表示させる。
光が入射されると、入射した光の強度に比例した電気信
号に変換し、増幅回路１２に出力する。増幅回路１２
は、光検出器１１から電気信号が入力されると、Ａ／Ｄ
変換器１３の入力に適した電圧まで増幅し、Ａ／Ｄ変換
器１３に出力する。Ａ／Ｄ変換器１３は、増幅回路１２
にて増幅された電気信号が入力されると、その電気信号
をディジタル信号に変換する。ＣＰＵ１４は、Ａ／Ｄ変
換器１３から、デジタル信号が入力されると、出射スリ
ット７の通過波長を測定開始波長から測定終了波長まで
掃引させ、繰り返し得られた波長−光強度特性を、光ス
ペクトルとして表示装置１５に表示させる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】光スペクトル測定装置
において重要な性能指標となるのは波長分解能である。
波長分解能を高めるためには、凹面鏡３，６の焦点距離
Ｌ１，Ｌ２をできるだけ長く、出射スリット７の幅ｄを
出来るだけ狭くすることが必要である。一例では、凹面
鏡３，６の焦点距離は２８０［ｍｍ］、出射スリット７
の最小幅は例えば１５［μｍ］である。また、出射スリ
ット７上に結像された光の幅は、出射スリット７のスリ
ット幅より小さくなければならない。
において重要な性能指標となるのは波長分解能である。
波長分解能を高めるためには、凹面鏡３，６の焦点距離
Ｌ１，Ｌ２をできるだけ長く、出射スリット７の幅ｄを
出来るだけ狭くすることが必要である。一例では、凹面
鏡３，６の焦点距離は２８０［ｍｍ］、出射スリット７
の最小幅は例えば１５［μｍ］である。また、出射スリ
ット７上に結像された光の幅は、出射スリット７のスリ
ット幅より小さくなければならない。
【００１１】図２において、基板８の材質には多くの場
合、軽量で加工の容易なアルミニウムが使用される。ア
ルミニウムの単位長さ［ｍ］当たりの線膨張係数は２３
×１０-6［／℃］と大きいので、図２の入射スリット２
と凹面鏡３の間の距離Ｌ１および凹面鏡６と出射スリッ
ト７の間の距離Ｌ２は、温度に依存して変化する。たと
えば、入射スリット２と凹面鏡３の間の距離Ｌ１及び凹
面鏡６と出射スリット７の間の距離Ｌ２が２８０ｍｍで
ある場合、距離Ｌ１及びＬ２の温度係数は６．４［μｍ
／℃］（＝２３×１０-6［／℃］×２８０［ｍｍ］）と
なる。
合、軽量で加工の容易なアルミニウムが使用される。ア
ルミニウムの単位長さ［ｍ］当たりの線膨張係数は２３
×１０-6［／℃］と大きいので、図２の入射スリット２
と凹面鏡３の間の距離Ｌ１および凹面鏡６と出射スリッ
ト７の間の距離Ｌ２は、温度に依存して変化する。たと
えば、入射スリット２と凹面鏡３の間の距離Ｌ１及び凹
面鏡６と出射スリット７の間の距離Ｌ２が２８０ｍｍで
ある場合、距離Ｌ１及びＬ２の温度係数は６．４［μｍ
／℃］（＝２３×１０-6［／℃］×２８０［ｍｍ］）と
なる。
【００１２】また、凹面鏡３，６の材質には一般的に安
定度の高いパイレックスガラスが用いられる。凹面鏡の
焦点距離の線膨張係数は、その材質の線膨張係数と等し
いので、パイレックスガラスを用いた凹面鏡の焦点距離
に対する単位長さ［ｍ］当たりの線膨張係数はパイレッ
クスガラスの線膨張係数に等しい２．８×１０-6であ
り、焦点距離が２８０［ｍｍ］とした場合の焦点距離の
温度係数は０．８［μｍ／℃］（＝２．８×１０-6［／
℃］×２８０［ｍｍ］）にすぎない。両者の差は５．６
［μｍ／℃］（＝６．４［μｍ／℃］−０．８［μｍ／
℃］）である。従って、周囲温度が組立調整時の温度に
対し１０［℃］上昇すると、Ｌ１は凹面鏡３の焦点距離
より５６［μｍ］長すぎる状態となる。同様に、Ｌ２も
凹面鏡６の焦点距離より５６［μｍ］長い状態となるた
め、凹面鏡６から反射された光は、出射スリット７の面
上より約１１２［μｍ］手前に焦点を結ぶこととなる。
定度の高いパイレックスガラスが用いられる。凹面鏡の
焦点距離の線膨張係数は、その材質の線膨張係数と等し
いので、パイレックスガラスを用いた凹面鏡の焦点距離
に対する単位長さ［ｍ］当たりの線膨張係数はパイレッ
クスガラスの線膨張係数に等しい２．８×１０-6であ
り、焦点距離が２８０［ｍｍ］とした場合の焦点距離の
温度係数は０．８［μｍ／℃］（＝２．８×１０-6［／
℃］×２８０［ｍｍ］）にすぎない。両者の差は５．６
［μｍ／℃］（＝６．４［μｍ／℃］−０．８［μｍ／
℃］）である。従って、周囲温度が組立調整時の温度に
対し１０［℃］上昇すると、Ｌ１は凹面鏡３の焦点距離
より５６［μｍ］長すぎる状態となる。同様に、Ｌ２も
凹面鏡６の焦点距離より５６［μｍ］長い状態となるた
め、凹面鏡６から反射された光は、出射スリット７の面
上より約１１２［μｍ］手前に焦点を結ぶこととなる。
【００１３】つまり、基板８の線膨張係数をＫ１、凹面
鏡３，６の焦点距離の線膨張係数をＫ２、分光器９の組
立時の凹面鏡３，６の焦点距離をＬ、分光器９の組立時
の温度に対する周囲温度の変化量をΔＴとすると、出射
スリット７の位置に対する凹面鏡６が結ぶ焦点の位置の
ずれΔＬは、 ΔＬ＝｜（Ｋ１−Ｋ２）×２ＬΔＴ｜ ・・・（１） で表せる。また、凹面鏡の開口数をａ、出射スリット７
上に結像される光の幅をｘとすると、 ｘ＝｜ΔＬ｜×２ａ ・・・（２） となるので、凹面鏡３，６の開口数が０．１であるとす
ると、出射スリット７上に結像される光の幅は、式
（１），式（２）より、１１２［μｍ］に開口数の２倍
を乗じた値２２．４［μｍ］に広がる。この場合、出射
スリットのスリット幅が１５［μｍ］であるとすると、
出射スリット７上に結像された光の幅は出射スリットの
スリット幅より大きくなり、出射スリット７による波長
選択性が低下し、波長分解能が悪くなる。また、出力レ
ベルが低下するという問題が生じる。
鏡３，６の焦点距離の線膨張係数をＫ２、分光器９の組
立時の凹面鏡３，６の焦点距離をＬ、分光器９の組立時
の温度に対する周囲温度の変化量をΔＴとすると、出射
スリット７の位置に対する凹面鏡６が結ぶ焦点の位置の
ずれΔＬは、 ΔＬ＝｜（Ｋ１−Ｋ２）×２ＬΔＴ｜ ・・・（１） で表せる。また、凹面鏡の開口数をａ、出射スリット７
上に結像される光の幅をｘとすると、 ｘ＝｜ΔＬ｜×２ａ ・・・（２） となるので、凹面鏡３，６の開口数が０．１であるとす
ると、出射スリット７上に結像される光の幅は、式
（１），式（２）より、１１２［μｍ］に開口数の２倍
を乗じた値２２．４［μｍ］に広がる。この場合、出射
スリットのスリット幅が１５［μｍ］であるとすると、
出射スリット７上に結像された光の幅は出射スリットの
スリット幅より大きくなり、出射スリット７による波長
選択性が低下し、波長分解能が悪くなる。また、出力レ
ベルが低下するという問題が生じる。
【００１４】逆に出射スリット７上に結像された光の幅
が１５［μｍ］となる分光器９の組立時の温度に対する
周囲温度の変化量は、式（１），式（２）より、±６．
７［℃］であるので、この例による光スペクトル測定装
置の使用可能な温度範囲は組立時の温度±６．７［℃］
しか得られない。通常の作業環境として１０〜３５
［℃］の温度変化は十分に考えられるため、この例によ
る光スペクトル測定装置は、この温度範囲に対して十分
な性能を発揮することができない。
が１５［μｍ］となる分光器９の組立時の温度に対する
周囲温度の変化量は、式（１），式（２）より、±６．
７［℃］であるので、この例による光スペクトル測定装
置の使用可能な温度範囲は組立時の温度±６．７［℃］
しか得られない。通常の作業環境として１０〜３５
［℃］の温度変化は十分に考えられるため、この例によ
る光スペクトル測定装置は、この温度範囲に対して十分
な性能を発揮することができない。
【００１５】最近、光通信の分野においては特開平６−
２２１９２２や特願平１１−５１９４４に見られるよう
な２段式分光器を用いた光スペクトル測定装置が用いら
れるようになってきている。２段式分光器の場合、光を
分光器内で往復させるので、焦点ずれの影響は上記の例
に対して２倍となる。従来は、使用する材質の線膨張係
数を、可能な範囲で低く抑えるべく注意が払われていた
が、基板と凹面鏡それぞれ材質の線膨張係数の差に着目
する例はなかった。
２２１９２２や特願平１１−５１９４４に見られるよう
な２段式分光器を用いた光スペクトル測定装置が用いら
れるようになってきている。２段式分光器の場合、光を
分光器内で往復させるので、焦点ずれの影響は上記の例
に対して２倍となる。従来は、使用する材質の線膨張係
数を、可能な範囲で低く抑えるべく注意が払われていた
が、基板と凹面鏡それぞれ材質の線膨張係数の差に着目
する例はなかった。
【００１６】この発明では、入射スリット、凹面鏡、出
射スリットを固定している基板に線膨張係数の小さい材
質を用い、逆に凹面鏡には比較的線膨張係数の大きな材
質を用い、両者の線膨張係数をほぼ同じにさせることに
より、周囲温度が変化しても波長分解能が良好に維持さ
れる分光器及び光スペクトル測定装置の提供を目的とす
る。
射スリットを固定している基板に線膨張係数の小さい材
質を用い、逆に凹面鏡には比較的線膨張係数の大きな材
質を用い、両者の線膨張係数をほぼ同じにさせることに
より、周囲温度が変化しても波長分解能が良好に維持さ
れる分光器及び光スペクトル測定装置の提供を目的とす
る。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、光源から入射された光の
幅を制限する光入射手段と、前記光入射手段を介して入
射された光を平行光に変換する第１の凹面鏡と、前記平
行光を波長毎に空間的に分離した光を回折光として出射
する回折格子と、前記回折光が入射されると、該回折光
を集光する第２の凹面鏡と、前記第２の凹面鏡により集
光された光の帯域を制限するスリットと、前記光入射手
段，前記第１の凹面鏡，前記回折格子，前記第２の凹面
鏡，前記スリットを固定する基板とからなる分光器にお
いて、前記第１の凹面鏡をの焦点距離の線膨張係数と、
前記第２の凹面鏡の焦点距離の線膨張係数と、前記基盤
を形成する材質の線膨張係数とが、ほぼ等しいことを特
徴とする分光器である。
に、請求項１に記載の発明は、光源から入射された光の
幅を制限する光入射手段と、前記光入射手段を介して入
射された光を平行光に変換する第１の凹面鏡と、前記平
行光を波長毎に空間的に分離した光を回折光として出射
する回折格子と、前記回折光が入射されると、該回折光
を集光する第２の凹面鏡と、前記第２の凹面鏡により集
光された光の帯域を制限するスリットと、前記光入射手
段，前記第１の凹面鏡，前記回折格子，前記第２の凹面
鏡，前記スリットを固定する基板とからなる分光器にお
いて、前記第１の凹面鏡をの焦点距離の線膨張係数と、
前記第２の凹面鏡の焦点距離の線膨張係数と、前記基盤
を形成する材質の線膨張係数とが、ほぼ等しいことを特
徴とする分光器である。
【００１８】請求項２に記載の発明は、前記スリットの
幅がｄ、前記分光器を組立時の前記第１及び第２の凹面
鏡の焦点距離がＬ、前記分光器を組み立て時の温度に対
して予想される温度の変化量がΔＴ、前記凹面鏡の開口
数がａである場合において、前記基板を形成する材質の
線膨張係数と、前記第１および第２の凹面鏡を形成する
材質の線膨張係数の差の絶対値がｄ／（４ａＬΔＴ）の
絶対値以下であることを特徴とする請求項１に記載の分
光器である。
幅がｄ、前記分光器を組立時の前記第１及び第２の凹面
鏡の焦点距離がＬ、前記分光器を組み立て時の温度に対
して予想される温度の変化量がΔＴ、前記凹面鏡の開口
数がａである場合において、前記基板を形成する材質の
線膨張係数と、前記第１および第２の凹面鏡を形成する
材質の線膨張係数の差の絶対値がｄ／（４ａＬΔＴ）の
絶対値以下であることを特徴とする請求項１に記載の分
光器である。
【００１９】請求項３に記載の発明は、前記基板を形成
する材質の線膨張係数と、前記第１及び第２の凹面鏡の
焦点距離の線膨張係数との差が１０×１０-6［／℃］以
下であることを特徴とする請求項１に記載の分光器であ
る。
する材質の線膨張係数と、前記第１及び第２の凹面鏡の
焦点距離の線膨張係数との差が１０×１０-6［／℃］以
下であることを特徴とする請求項１に記載の分光器であ
る。
【００２０】請求項４に記載の発明は、光源から入射さ
れた光の幅を制限するスリットと、前記スリットを介し
て入射された光源の光を平行光に変換する凹面鏡と、前
記凹面鏡より入射された光を波長毎に空間的に分離した
光を回折光として出射する回折格子とから構成され、さ
らに、前記凹面鏡は、前記回折光が入射されると、該回
折光を集光し、前記スリットは、前記凹面鏡により集光
された光の帯域を制限する分光器において、前記凹面鏡
の焦点距離の線膨張係数と、前記基板を形成する材質の
線膨張係数とが、ほぼ等しいことを特徴とする分光器で
ある。
れた光の幅を制限するスリットと、前記スリットを介し
て入射された光源の光を平行光に変換する凹面鏡と、前
記凹面鏡より入射された光を波長毎に空間的に分離した
光を回折光として出射する回折格子とから構成され、さ
らに、前記凹面鏡は、前記回折光が入射されると、該回
折光を集光し、前記スリットは、前記凹面鏡により集光
された光の帯域を制限する分光器において、前記凹面鏡
の焦点距離の線膨張係数と、前記基板を形成する材質の
線膨張係数とが、ほぼ等しいことを特徴とする分光器で
ある。
【００２１】請求項５に記載の発明は、前記基板を形成
する材質がアルミニウムとセラミックの複合体であるこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の分光器で
ある。
する材質がアルミニウムとセラミックの複合体であるこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の分光器で
ある。
【００２２】請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請
求項５のいずれかに記載の分光器を備えたことを特徴と
する光スペクトル測定装置である。
求項５のいずれかに記載の分光器を備えたことを特徴と
する光スペクトル測定装置である。
【００２３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による分光器の一
実施形態の構成を示すブロック図である。同図において
図２の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その
説明を省略し、異なる点を以下において説明する。符号
２０，２１は、ソーダガラスにより形成された凹面鏡で
あり、焦点距離が２８０［ｍｍ］、焦点距離に対する単
位長さ［ｍ］当たりの線膨張係数はソーダガラスの線膨
張係数と等しい９×１０-6［／℃］である。符号２２
は、単位長さ［ｍ］当たりの線膨張係数が１５×１０-6
［／℃］の、アルミニウムにセラミックを配合した素材
により形成された基板である。
実施形態の構成を示すブロック図である。同図において
図２の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その
説明を省略し、異なる点を以下において説明する。符号
２０，２１は、ソーダガラスにより形成された凹面鏡で
あり、焦点距離が２８０［ｍｍ］、焦点距離に対する単
位長さ［ｍ］当たりの線膨張係数はソーダガラスの線膨
張係数と等しい９×１０-6［／℃］である。符号２２
は、単位長さ［ｍ］当たりの線膨張係数が１５×１０-6
［／℃］の、アルミニウムにセラミックを配合した素材
により形成された基板である。
【００２４】分光器２３は、入射スリット２，凹面鏡２
０，回折格子４，ステージ５，凹面鏡２１，出射スリッ
ト７，基板２２で構成され、ツェルニ・ターナ形分散分
光器と呼ばれる構成となっている。また、この時、入射
スリット２と凹面鏡２０の間の距離Ｌ１及び凹面鏡２１
と出射スリット７の間の距離Ｌ２が２８０［ｍｍ］であ
るとすると、距離Ｌ１及びＬ２の温度係数は４．２［μ
ｍ／℃］（＝１５×１０-6［／℃］×２８０［ｍ
ｍ］）、凹面鏡の焦点距離の温度係数は、２．５［μｍ
／℃］（＝９×１０-6［／℃］×２８０［ｍｍ］）、両
者の差は、１．７［μｍ／℃］（＝４．２［μｍ／℃］
−２．５［μｍ／℃］）である。
０，回折格子４，ステージ５，凹面鏡２１，出射スリッ
ト７，基板２２で構成され、ツェルニ・ターナ形分散分
光器と呼ばれる構成となっている。また、この時、入射
スリット２と凹面鏡２０の間の距離Ｌ１及び凹面鏡２１
と出射スリット７の間の距離Ｌ２が２８０［ｍｍ］であ
るとすると、距離Ｌ１及びＬ２の温度係数は４．２［μ
ｍ／℃］（＝１５×１０-6［／℃］×２８０［ｍ
ｍ］）、凹面鏡の焦点距離の温度係数は、２．５［μｍ
／℃］（＝９×１０-6［／℃］×２８０［ｍｍ］）、両
者の差は、１．７［μｍ／℃］（＝４．２［μｍ／℃］
−２．５［μｍ／℃］）である。
【００２５】周囲温度が、組立時の温度より、１０℃上
昇したとすると、式（１）を利用すると、凹面鏡２１に
より集光された光は、出射スリット７の面上より約３４
［μｍ］（＝｜（４．２［μｍ／℃］−２．５［μｍ／
℃］）×２×１０［℃］｜）手前に焦点を結ぶことが判
る。この場合出射スリット７上に結像される光の幅は、
凹面鏡の開口数が０．１であるとすると、式（１），式
（２）を利用すると６．８［μｍ］（＝３４［μｍ］×
２×０．１）に広がることが判るが、出射スリット７の
最小幅１５［μｍ］と比べて十分小さいので、分解能劣
化を招くことはない。
昇したとすると、式（１）を利用すると、凹面鏡２１に
より集光された光は、出射スリット７の面上より約３４
［μｍ］（＝｜（４．２［μｍ／℃］−２．５［μｍ／
℃］）×２×１０［℃］｜）手前に焦点を結ぶことが判
る。この場合出射スリット７上に結像される光の幅は、
凹面鏡の開口数が０．１であるとすると、式（１），式
（２）を利用すると６．８［μｍ］（＝３４［μｍ］×
２×０．１）に広がることが判るが、出射スリット７の
最小幅１５［μｍ］と比べて十分小さいので、分解能劣
化を招くことはない。
【００２６】逆に出射スリット７上に結像された光の幅
が１５［μｍ］となる分光器２３の組立時の温度に対す
る周囲温度の変化量は±２２．０［℃］であるので、図
１に示す光スペクトル測定装置の使用可能な温度範囲は
組立時の温度±２２．０［℃］の幅を持つこととなり、
通常の作業環境下で十分な性能を発揮することができ
る。出射スリット７上に結像される光の幅は、出射スリ
ット７のスリット幅以下である必要があるので、式
（１），式（２）を利用すると、基板２２の線膨張係数
Ｋ１、凹面鏡２０，２１の焦点距離の線膨張係数Ｋ２、
凹面鏡２０，２１の開口数ａ、出射スリット７のスリッ
ト幅ｄ、分光器２３の組立時の凹面鏡２０，２１の焦点
距離Ｌ、分光器２３の組立時の温度に対する周囲温度の
変化量ΔＴの関係を表す条件式は、 ｜Ｋ１−Ｋ２｜≦｜ｄ／（４ａＬΔＴ）｜ となる。
が１５［μｍ］となる分光器２３の組立時の温度に対す
る周囲温度の変化量は±２２．０［℃］であるので、図
１に示す光スペクトル測定装置の使用可能な温度範囲は
組立時の温度±２２．０［℃］の幅を持つこととなり、
通常の作業環境下で十分な性能を発揮することができ
る。出射スリット７上に結像される光の幅は、出射スリ
ット７のスリット幅以下である必要があるので、式
（１），式（２）を利用すると、基板２２の線膨張係数
Ｋ１、凹面鏡２０，２１の焦点距離の線膨張係数Ｋ２、
凹面鏡２０，２１の開口数ａ、出射スリット７のスリッ
ト幅ｄ、分光器２３の組立時の凹面鏡２０，２１の焦点
距離Ｌ、分光器２３の組立時の温度に対する周囲温度の
変化量ΔＴの関係を表す条件式は、 ｜Ｋ１−Ｋ２｜≦｜ｄ／（４ａＬΔＴ）｜ となる。
【００２７】本実施例においては、凹面鏡２０，２１の
材質をソーダガラスとし、基板２２の材質をアルミニウ
ムにセラミックを配合した素材としたが、他の素材の組
み合わせによっても本発明を実施することができる。た
とえば凹面鏡２０，２１の材質をＢＫ７（ガラス）と
し、基板２２の材質をステンレスや鉄にすることによっ
ても、両者の線膨張係数の差を少なくすることができ
る。実用的には、両者の線膨張係数の差を１０×１０-6
［／℃］以下とすることにより、周囲温度が変化しても
波長分解能を良好に保つことができる。
材質をソーダガラスとし、基板２２の材質をアルミニウ
ムにセラミックを配合した素材としたが、他の素材の組
み合わせによっても本発明を実施することができる。た
とえば凹面鏡２０，２１の材質をＢＫ７（ガラス）と
し、基板２２の材質をステンレスや鉄にすることによっ
ても、両者の線膨張係数の差を少なくすることができ
る。実用的には、両者の線膨張係数の差を１０×１０-6
［／℃］以下とすることにより、周囲温度が変化しても
波長分解能を良好に保つことができる。
【００２８】また本実施例においては入射スリット２を
光入射手段としていたが、光源１の光を光ファイバを介
して分光器２３に出射する構成とすることもできる。こ
の場合は、光ファイバの出力端が入射スリット２の役目
を果たすため、入射スリット２が省略される。また、凹
面鏡２０と凹面鏡２１を同一の凹面鏡で兼用させる構成
とすることもできる。また、図１は基板２２が平面板と
なっているが、この形状に限定されず、各部品の取り付
けを考慮した凹凸があっても良いし、複数の部品を組み
合わせて基板２２を構成することもできる。
光入射手段としていたが、光源１の光を光ファイバを介
して分光器２３に出射する構成とすることもできる。こ
の場合は、光ファイバの出力端が入射スリット２の役目
を果たすため、入射スリット２が省略される。また、凹
面鏡２０と凹面鏡２１を同一の凹面鏡で兼用させる構成
とすることもできる。また、図１は基板２２が平面板と
なっているが、この形状に限定されず、各部品の取り付
けを考慮した凹凸があっても良いし、複数の部品を組み
合わせて基板２２を構成することもできる。
【００２９】さらに、特開平６−２２１９２２や特願平
１１−５１９４４で開示されているような２段式分光器
にもこの発明を適用することができる。その他、本発明
の範囲を逸脱しない範囲で、以上に述べた実施例に限定
されずに種々の変形が可能である。
１１−５１９４４で開示されているような２段式分光器
にもこの発明を適用することができる。その他、本発明
の範囲を逸脱しない範囲で、以上に述べた実施例に限定
されずに種々の変形が可能である。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、光源の光の幅を制限する光入射手段と、
光入射手段を介した光を平行光に変換する第１の凹面鏡
と、平行光を回折光に変換する回折格子と、回折光を集
光する第２の凹面鏡と、集光された光の帯域を制限する
スリットと、光入射手段，第１の凹面鏡，回折格子，第
２の凹面鏡，スリットを固定する基板とからなる分光器
において、第１の凹面鏡を形成する材質の線膨張係数
と、第２の凹面鏡を形成する材質の線膨張係数と、基盤
を形成する材質の線膨張係数とをほぼ等しくしたので、
分光器の周囲温度が組立時の温度から変化しても、波長
分解能が良好に維持される分光器を得ることができる。
発明によれば、光源の光の幅を制限する光入射手段と、
光入射手段を介した光を平行光に変換する第１の凹面鏡
と、平行光を回折光に変換する回折格子と、回折光を集
光する第２の凹面鏡と、集光された光の帯域を制限する
スリットと、光入射手段，第１の凹面鏡，回折格子，第
２の凹面鏡，スリットを固定する基板とからなる分光器
において、第１の凹面鏡を形成する材質の線膨張係数
と、第２の凹面鏡を形成する材質の線膨張係数と、基盤
を形成する材質の線膨張係数とをほぼ等しくしたので、
分光器の周囲温度が組立時の温度から変化しても、波長
分解能が良好に維持される分光器を得ることができる。
【００３１】請求項２に記載の発明によれば、光源から
入射された光の幅を制限し、凹面鏡より入射された光の
帯域を制限するスリットと、前記スリットを介して入射
された光源の光を平行光に変換し、回折格子より入射さ
れた光を集光する前記凹面鏡と、前記凹面鏡より入射さ
れた光を波長毎に空間的に分離する前記回折格子とから
構成される分光器において、凹面鏡を形成する材質の線
膨張係数と、基板を形成する材質の線膨張係数をほぼ等
しくしたので、分光器の周囲温度が組立時の温度から変
化しても、波長分解能が良好に維持される分光器を得る
ことができる。
入射された光の幅を制限し、凹面鏡より入射された光の
帯域を制限するスリットと、前記スリットを介して入射
された光源の光を平行光に変換し、回折格子より入射さ
れた光を集光する前記凹面鏡と、前記凹面鏡より入射さ
れた光を波長毎に空間的に分離する前記回折格子とから
構成される分光器において、凹面鏡を形成する材質の線
膨張係数と、基板を形成する材質の線膨張係数をほぼ等
しくしたので、分光器の周囲温度が組立時の温度から変
化しても、波長分解能が良好に維持される分光器を得る
ことができる。
【００３２】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
または請求項２に記載の分光器において、スリットの幅
がｄ、分光器を組立時の凹面鏡の焦点距離がＬ、分光器
を組み立て時の温度に対して予想される温度の変化量が
ΔＴ、凹面鏡の開口数がａである場合において、基板を
形成する材質の線膨張係数と凹面鏡を形成する材質の線
膨張係数の差の絶対値をｄ／（４ａＬΔＴ）以下とした
ので、スリットを通過する光の幅がスリットの幅より小
さくなり波長分解能が良好に維持される分光器を得るこ
とができる。
または請求項２に記載の分光器において、スリットの幅
がｄ、分光器を組立時の凹面鏡の焦点距離がＬ、分光器
を組み立て時の温度に対して予想される温度の変化量が
ΔＴ、凹面鏡の開口数がａである場合において、基板を
形成する材質の線膨張係数と凹面鏡を形成する材質の線
膨張係数の差の絶対値をｄ／（４ａＬΔＴ）以下とした
ので、スリットを通過する光の幅がスリットの幅より小
さくなり波長分解能が良好に維持される分光器を得るこ
とができる。
【００３３】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
乃至請求項３に記載の分光器において、基板を形成する
材質の線膨張係数と凹面鏡を形成する材質の線膨張係数
との差を１０×１０-6［／℃］以下としたので、スリッ
トを通過する光の幅を小さくすることができ、波長分解
能が良好に維持される分光器を得ることができる。
乃至請求項３に記載の分光器において、基板を形成する
材質の線膨張係数と凹面鏡を形成する材質の線膨張係数
との差を１０×１０-6［／℃］以下としたので、スリッ
トを通過する光の幅を小さくすることができ、波長分解
能が良好に維持される分光器を得ることができる。
【００３４】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
乃至請求項４に記載の分光器において、基板を形成する
材質をアルミニウムとセラミックの複合体としたので、
基板を形成する材質がアルミニウムである場合に比べ、
線膨張係数が小さくなる効果が得られる。
乃至請求項４に記載の分光器において、基板を形成する
材質をアルミニウムとセラミックの複合体としたので、
基板を形成する材質がアルミニウムである場合に比べ、
線膨張係数が小さくなる効果が得られる。
【００３５】請求項６に記載の発明によれば、光スペク
トル測定装置において、請求項１及び請求項３乃至請求
項５に記載の分光器、または、請求項２乃至請求項５に
記載の分光器のどちらかを用いたので、波長−光強度特
性について良好な結果を得ることができる。
トル測定装置において、請求項１及び請求項３乃至請求
項５に記載の分光器、または、請求項２乃至請求項５に
記載の分光器のどちらかを用いたので、波長−光強度特
性について良好な結果を得ることができる。
【図１】 本発明の一実施形態の構成を示すブロック図
である。
である。
【図２】 従来の分光器を用いた光スペクトル測定装置
の構成を示すブロック図である。
の構成を示すブロック図である。
１ 光源 ２ 入射スリット ３，６，２０，２１ 凹面鏡 ４ 回折格子 ５ ステージ ７ 出射スリット ８，２２ 基板 ９，２３ 分光器 １１ 光検出器 １２ 増幅回路 １３ Ａ／Ｄ変換器 １４ ＣＰＵ １５ 表示装置 １６ 駆動回路 １７ モータ １８ 回転軸
Claims (6)
- 【請求項１】 光源から入射された光の幅を制限する光
入射手段と、前記光入射手段を介して入射された光を平
行光に変換する第１の凹面鏡と、前記平行光を波長毎に
空間的に分離した光を回折光として出射する回折格子
と、前記回折光が入射されると、該回折光を集光する第
２の凹面鏡と、前記第２の凹面鏡により集光された光の
帯域を制限するスリットと、前記光入射手段，前記第１
の凹面鏡，前記回折格子，前記第２の凹面鏡，前記スリ
ットを固定する基板とからなる分光器において、 前記第１の凹面鏡をの焦点距離の線膨張係数と、前記第
２の凹面鏡の焦点距離の線膨張係数と、前記基盤を形成
する材質の線膨張係数とが、ほぼ等しいことを特徴とす
る分光器。 - 【請求項２】 前記スリットの幅がｄ、前記分光器を組
立時の前記第１及び第２の凹面鏡の焦点距離がＬ、前記
分光器を組み立て時の温度に対して予想される温度の変
化量がΔＴ、前記凹面鏡の開口数がａである場合におい
て、 前記基板を形成する材質の線膨張係数と、前記第１およ
び第２の凹面鏡を形成する材質の線膨張係数の差の絶対
値がｄ／（４ａＬΔＴ）の絶対値以下であることを特徴
とする請求項１に記載の分光器。 - 【請求項３】 前記基板を形成する材質の線膨張係数
と、前記第１及び第２の凹面鏡の焦点距離の線膨張係数
との差が１０×１０-6［／℃］以下であることを特徴と
する請求項１に記載の分光器。 - 【請求項４】 光源から入射された光の幅を制限するス
リットと、前記スリットを介して入射された光源の光を
平行光に変換する凹面鏡と、前記凹面鏡より入射された
光を波長毎に空間的に分離した光を回折光として出射す
る回折格子とから構成され、さらに、前記凹面鏡は、前
記回折光が入射されると、該回折光を集光し、前記スリ
ットは、前記凹面鏡により集光された光の帯域を制限す
る分光器において、 前記凹面鏡の焦点距離の線膨張係数と、前記基板を形成
する材質の線膨張係数とが、ほぼ等しいことを特徴とす
る分光器。 - 【請求項５】 前記基板を形成する材質がアルミニウム
とセラミックの複合体であることを特徴とする請求項１
乃至請求項４に記載の分光器。 - 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載
の分光器を備えたことを特徴とする光スペクトル測定装
置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11148836A JP2000337962A (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | 分光器及び光スペクトル測定装置 |
| EP00401465A EP1055917A1 (en) | 1999-05-27 | 2000-05-25 | Czerny-Turner monochromator with compensation of thermal expansion |
| US09/578,962 US6853450B1 (en) | 1999-05-27 | 2000-05-25 | Monochromator and optical spectrum analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11148836A JP2000337962A (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | 分光器及び光スペクトル測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000337962A true JP2000337962A (ja) | 2000-12-08 |
Family
ID=15461829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11148836A Withdrawn JP2000337962A (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | 分光器及び光スペクトル測定装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6853450B1 (ja) |
| EP (1) | EP1055917A1 (ja) |
| JP (1) | JP2000337962A (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2009257998A (ja) * | 2008-04-18 | 2009-11-05 | Yokogawa Electric Corp | 分光器 |
| JP2017090314A (ja) * | 2015-11-12 | 2017-05-25 | 横河電機株式会社 | 分光測定装置 |
| JP2023085132A (ja) * | 2021-12-08 | 2023-06-20 | 株式会社ニコン | 分光器 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7483134B2 (en) * | 2005-02-10 | 2009-01-27 | Unity Scientific, Llc | Scanning monochromator with direct drive grating |
| US7519153B1 (en) * | 2006-03-24 | 2009-04-14 | Kla-Tencor Technologies Corporation | X-ray metrology with diffractors |
| ES2666724T3 (es) | 2008-07-18 | 2018-05-07 | Becton, Dickinson And Company | Conjunto de cámara doble y bomba de engranaje para un sistema de administración a alta presión |
| CH709896A2 (de) * | 2014-07-18 | 2016-01-29 | Tecan Trading Ag | Monochromator mit schwingungsarm bewegbaren optischen Elementen. |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1209323B (de) * | 1964-05-12 | 1966-01-20 | Zeiss Carl Fa | Monochromator |
| US3865490A (en) * | 1973-08-29 | 1975-02-11 | Mc Donnell Douglas Corp | Filter spectrograph |
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