JPH08271335A - 回折格子および同回折格子を用いた回折格子分光器 - Google Patents
回折格子および同回折格子を用いた回折格子分光器Info
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- JPH08271335A JPH08271335A JP9954295A JP9954295A JPH08271335A JP H08271335 A JPH08271335 A JP H08271335A JP 9954295 A JP9954295 A JP 9954295A JP 9954295 A JP9954295 A JP 9954295A JP H08271335 A JPH08271335 A JP H08271335A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 回析格子分光器でスリットの長手方向の各点
でも非点収差のない分光器を提供する 【構成】 回析格子の格子溝と平行な面内の曲率と直交
方向の面内の曲率が異る凹面回析格子でホログラフィッ
ク露光法で不等間隔，非直線格子パターンを記録して製
作した回析格子で直接入射スリットの像を出口スリット
上に結ぶようにした。 【効果】 スリット上の各点で収差がないので、入射ス
リット上の長さ方向の波長分布が検出でき、面状試料或
は同時多数試料の分析が可能となる。
でも非点収差のない分光器を提供する 【構成】 回析格子の格子溝と平行な面内の曲率と直交
方向の面内の曲率が異る凹面回析格子でホログラフィッ
ク露光法で不等間隔，非直線格子パターンを記録して製
作した回析格子で直接入射スリットの像を出口スリット
上に結ぶようにした。 【効果】 スリット上の各点で収差がないので、入射ス
リット上の長さ方向の波長分布が検出でき、面状試料或
は同時多数試料の分析が可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用範囲】本発明は布地の色合の検査等面状
試料の分光測定に適する回析格子分光器に関する。
試料の分光測定に適する回析格子分光器に関する。
【０００２】
【従来の技術】分光器は結像性のない光分散素子を用
い、コリメータ鏡とカメラ鏡を用いる型とこれらの鏡を
用いず分散素子自身に結像性を持たせた型とがある。コ
リメータ鏡等を用いる型ではコリメータ鏡とカメラ鏡が
共に光軸から傾けた配置となるので非点収差を持ってい
る。結像性回析格子を用いる型でも入射スリットの像を
出射スリットの位置に結像する結像作用に関しては普通
の鏡と異ならず、凹面鏡としての光軸から傾けた状態で
用いられているので、非点収差はまぬがれないものであ
る。しかし普通の分光分析では単一の試料が用いられる
ので、スリットの長さ方向に長くなる非点像が形成され
ても分解能には悪影響がないものである。
い、コリメータ鏡とカメラ鏡を用いる型とこれらの鏡を
用いず分散素子自身に結像性を持たせた型とがある。コ
リメータ鏡等を用いる型ではコリメータ鏡とカメラ鏡が
共に光軸から傾けた配置となるので非点収差を持ってい
る。結像性回析格子を用いる型でも入射スリットの像を
出射スリットの位置に結像する結像作用に関しては普通
の鏡と異ならず、凹面鏡としての光軸から傾けた状態で
用いられているので、非点収差はまぬがれないものであ
る。しかし普通の分光分析では単一の試料が用いられる
ので、スリットの長さ方向に長くなる非点像が形成され
ても分解能には悪影響がないものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の分光器は分光分
析の対象の性質上、非点収差は余り問題にならなかった
が、面状試料の面分析とか多数試料の同時分析を考える
と、分光器の入射スリット上に面状試料の像を形成し
て、面状試料の一つの線に沿う分光特性の分布を測定す
ることになり、多数試料の同時測定でも、多数試料を一
列に並べてその像を入射スリット上に形成することにな
るので、入射スリットの長さ方向の各点が出射スリット
上の対応点に非点収差なしに結像されることが必要とな
り、従来のように分光器の非点収差に関して寛大である
ことができない。そこで本発明は結像性回析格子を用い
て非点収差のない分光器を提供しようとするものであ
る。
析の対象の性質上、非点収差は余り問題にならなかった
が、面状試料の面分析とか多数試料の同時分析を考える
と、分光器の入射スリット上に面状試料の像を形成し
て、面状試料の一つの線に沿う分光特性の分布を測定す
ることになり、多数試料の同時測定でも、多数試料を一
列に並べてその像を入射スリット上に形成することにな
るので、入射スリットの長さ方向の各点が出射スリット
上の対応点に非点収差なしに結像されることが必要とな
り、従来のように分光器の非点収差に関して寛大である
ことができない。そこで本発明は結像性回析格子を用い
て非点収差のない分光器を提供しようとするものであ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】縦横の曲率がわずかに異
る凹面回析格子で、格子パターンをホログラフィック露
光法によって形成し、その回析格子をコリメータ鏡なし
に、入射スリットの像を回析格子自身によって直接スペ
クトル像面上に形成させるように分光器を構成し、格子
パターン記録時の光源配置および分光器各部の配置のパ
ラメータの所期の目的が達成できる最適範囲、つまりパ
ラメータを多少変えても分光器の非点収差がほとんど変
わらない範囲を探索した。
る凹面回析格子で、格子パターンをホログラフィック露
光法によって形成し、その回析格子をコリメータ鏡なし
に、入射スリットの像を回析格子自身によって直接スペ
クトル像面上に形成させるように分光器を構成し、格子
パターン記録時の光源配置および分光器各部の配置のパ
ラメータの所期の目的が達成できる最適範囲、つまりパ
ラメータを多少変えても分光器の非点収差がほとんど変
わらない範囲を探索した。
【０００５】
【作用】本発明は球面よりわずか歪んだトロイダル面状
の凹面回析格子であるから、入射スリット上の各点と出
射スリット上の各点との間に物点像点の関係が成立し、
このような関係は球面でも成立つが、上述したような非
球面とし、かつホログラフィック露光法で格子パターン
を形成しているので、入射スリットの中央だけでなく端
の方でも非点収差なしに出射スリット上に結像される。
このような回析格子を用いているので、コリメータ鏡と
かカメラ鏡を要せず、入射スリット上の各点を夫々独立
の光源として各点毎にスペクトル分析ができることにな
る。
の凹面回析格子であるから、入射スリット上の各点と出
射スリット上の各点との間に物点像点の関係が成立し、
このような関係は球面でも成立つが、上述したような非
球面とし、かつホログラフィック露光法で格子パターン
を形成しているので、入射スリットの中央だけでなく端
の方でも非点収差なしに出射スリット上に結像される。
このような回析格子を用いているので、コリメータ鏡と
かカメラ鏡を要せず、入射スリット上の各点を夫々独立
の光源として各点毎にスペクトル分析ができることにな
る。
【０００６】
【実施例】図１に本発明分光器の一実施例を示す。図で
１が本発明の主要部である回析格子、２は入射スリッ
ト、３はスペクトル像面に置かれた２次元撮像素子でサ
イズは１５×１５ｍｍである。４は試料で試料上の線Ｓ
の部分がレンズ５によって入射スリット２上に形成され
る。この入射スリット２の像が撮像素子上に波長毎に図
示ｘ方向に並んで形成され、試料上の線Ｓに沿う各点の
分光スペクトルが例えばＳ上のＰ点が撮像素子３上で線
Ｑに沿って展形される。
１が本発明の主要部である回析格子、２は入射スリッ
ト、３はスペクトル像面に置かれた２次元撮像素子でサ
イズは１５×１５ｍｍである。４は試料で試料上の線Ｓ
の部分がレンズ５によって入射スリット２上に形成され
る。この入射スリット２の像が撮像素子上に波長毎に図
示ｘ方向に並んで形成され、試料上の線Ｓに沿う各点の
分光スペクトルが例えばＳ上のＰ点が撮像素子３上で線
Ｑに沿って展形される。
【０００７】図２は回析格子１の格子パターンを得るた
めのホログラフィック露光時の各種パラメータを示す図
である。この図で１は回析格子の素材で、この上に感光
レジスト層を設け、ホログラフィック露光で格子パター
ンを焼付け現像してエッチング処理を行うと図１におけ
る回析格子となる。この回析格子は図に示すように、格
子溝に平行な面即ちｙｚ面内の曲率半径Ｒ２とｘｚ平面
内の曲面半径Ｒ１が異っている。図２でＣ，Ｄは露光用
点光源でレーザ光源の出射ビームを２分割し、夫々を
Ｃ，Ｄ点に集光させたものであり、波長は４５７．９３
ｎｍである。下に露光に関する各パラメータの値を二つ
の例について示す。下記の数値で数字の後のＥ＋１等と
あるのは数値に＋１乗する。（Ｅ−２なら−２乗する）
と云うことを意味する。長さに関する数値は単位ｍｍで
あるが、これは相対値と考えてよい。角度は度である。
また参考のため本発明とは離れたパラメータを設定した
場合についても検討したので、そのパラメータを３列目
に参照例として示す。 実施例 １ 実施例 ２ 参照例 Ｒ１ １．０２９５Ｅ＋２ １．０６５７Ｅ＋２ １．２４６２Ｅ＋２ Ｒ２ １．０２５２Ｅ＋２ １．０５２９Ｅ＋２ １．２２５４Ｅ＋２ γ ２．８０５４Ｅ＋１ −１．３２０１Ｅ−１ −２．６５５１Ｅ＋０ ｒｃ １．２００７Ｅ＋３ １．２０００Ｅ＋０ １．１４２６Ｅ＋３ δ １．７８１９Ｅ＋１ ８．０８０８Ｅ＋０ ５．５４０５Ｅ＋０ ｒｄ １．１９９２Ｅ＋３ １．１９９９Ｅ＋３ ８．４０８５Ｅ＋２
めのホログラフィック露光時の各種パラメータを示す図
である。この図で１は回析格子の素材で、この上に感光
レジスト層を設け、ホログラフィック露光で格子パター
ンを焼付け現像してエッチング処理を行うと図１におけ
る回析格子となる。この回析格子は図に示すように、格
子溝に平行な面即ちｙｚ面内の曲率半径Ｒ２とｘｚ平面
内の曲面半径Ｒ１が異っている。図２でＣ，Ｄは露光用
点光源でレーザ光源の出射ビームを２分割し、夫々を
Ｃ，Ｄ点に集光させたものであり、波長は４５７．９３
ｎｍである。下に露光に関する各パラメータの値を二つ
の例について示す。下記の数値で数字の後のＥ＋１等と
あるのは数値に＋１乗する。（Ｅ−２なら−２乗する）
と云うことを意味する。長さに関する数値は単位ｍｍで
あるが、これは相対値と考えてよい。角度は度である。
また参考のため本発明とは離れたパラメータを設定した
場合についても検討したので、そのパラメータを３列目
に参照例として示す。 実施例 １ 実施例 ２ 参照例 Ｒ１ １．０２９５Ｅ＋２ １．０６５７Ｅ＋２ １．２４６２Ｅ＋２ Ｒ２ １．０２５２Ｅ＋２ １．０５２９Ｅ＋２ １．２２５４Ｅ＋２ γ ２．８０５４Ｅ＋１ −１．３２０１Ｅ−１ −２．６５５１Ｅ＋０ ｒｃ １．２００７Ｅ＋３ １．２０００Ｅ＋０ １．１４２６Ｅ＋３ δ １．７８１９Ｅ＋１ ８．０８０８Ｅ＋０ ５．５４０５Ｅ＋０ ｒｄ １．１９９２Ｅ＋３ １．１９９９Ｅ＋３ ８．４０８５Ｅ＋２
【０００８】上述したようにして製作された回析格子を
組込んだ分光器の各パラメータを図１に示してある。ス
ペクトル像の位置については、ｘｚ平面において２次元
撮像素子つまり像平面が切る直線をｘｚ平面上の直線式
ｘ＝ａｚ＋ｂとしてａ，ｂの数値で示している。前記実
施例１，２と参照例とについて各パラメータの値を示
す。 実施例 １ 実施例 ２ 参照例 ａ −３．４３２３Ｅ＋０ −１．６６５２Ｅ＋１ −５．５２８４Ｅ＋０ ｂ ３．０９１３Ｅ＋２ １．５３０４Ｅ＋３ ６．４８３４Ｅ＋２ ｒａ １．１４８３Ｅ＋２ １．２３３９Ｅ＋２ １．２５９０Ｅ＋２ α ６．７９６３Ｅ＋０ １．００１４Ｅ＋１ １．１５９６Ｅ＋１
組込んだ分光器の各パラメータを図１に示してある。ス
ペクトル像の位置については、ｘｚ平面において２次元
撮像素子つまり像平面が切る直線をｘｚ平面上の直線式
ｘ＝ａｚ＋ｂとしてａ，ｂの数値で示している。前記実
施例１，２と参照例とについて各パラメータの値を示
す。 実施例 １ 実施例 ２ 参照例 ａ −３．４３２３Ｅ＋０ −１．６６５２Ｅ＋１ −５．５２８４Ｅ＋０ ｂ ３．０９１３Ｅ＋２ １．５３０４Ｅ＋３ ６．４８３４Ｅ＋２ ｒａ １．１４８３Ｅ＋２ １．２３３９Ｅ＋２ １．２５９０Ｅ＋２ α ６．７９６３Ｅ＋０ １．００１４Ｅ＋１ １．１５９６Ｅ＋１
【０００９】図３は実施例１の分光器の波長３８０ｎ
ｍ，５４０ｎｍ，７００ｎｍの３波長についてのスペク
トル像で像面は高さ１５ｍｍ，幅１５ｍｍの中に展開さ
れており、入射スリットの位置を縦軸上にとって入射ス
リット上の各点の像の形を示し、点像は入射スリット上
で１ｍｍ間隔にｘｚ平面の上下に配した１１点（うち一
つはｘｚ面上の点）に対するものである。同様にして実
施例２について図４、参照例について図５に示す。
ｍ，５４０ｎｍ，７００ｎｍの３波長についてのスペク
トル像で像面は高さ１５ｍｍ，幅１５ｍｍの中に展開さ
れており、入射スリットの位置を縦軸上にとって入射ス
リット上の各点の像の形を示し、点像は入射スリット上
で１ｍｍ間隔にｘｚ平面の上下に配した１１点（うち一
つはｘｚ面上の点）に対するものである。同様にして実
施例２について図４、参照例について図５に示す。
【００１０】図３，４，５を比較すると、実施例１と２
とで性能上ほとんど差がないことが分かる。これに対し
て参照例では全般に本発明より非点収差が大きく、短波
長側で特に非点収差が大きい。実施例１，２で示される
パラメータで撮像面の配置に関するａ，ｂの値が大きく
異っているが、これは回析格子中心と入射スリットとの
間および撮像素子の中央と回析格子中心間の距離の設定
の仕方に関係するもので、実施例２は１よりもスペクト
ル像面が回析格子に近くなっている。一般的に、入射ス
リット位置を回析格子より遠ざけると、スペクトル像面
は回析格子に近づく。つまりａ，ｂ，ｒａは分光器の外
形上の要求から選択される計上の選択要素で、これが実
施例の範囲でかなり大幅に変わっても他の諸パラメータ
を実施例１，２の値の範囲に採ることで非点収差軽減の
効果が得られることになる。
とで性能上ほとんど差がないことが分かる。これに対し
て参照例では全般に本発明より非点収差が大きく、短波
長側で特に非点収差が大きい。実施例１，２で示される
パラメータで撮像面の配置に関するａ，ｂの値が大きく
異っているが、これは回析格子中心と入射スリットとの
間および撮像素子の中央と回析格子中心間の距離の設定
の仕方に関係するもので、実施例２は１よりもスペクト
ル像面が回析格子に近くなっている。一般的に、入射ス
リット位置を回析格子より遠ざけると、スペクトル像面
は回析格子に近づく。つまりａ，ｂ，ｒａは分光器の外
形上の要求から選択される計上の選択要素で、これが実
施例の範囲でかなり大幅に変わっても他の諸パラメータ
を実施例１，２の値の範囲に採ることで非点収差軽減の
効果が得られることになる。
【００１１】実施例１，２を比較すると、効果の上でほ
とんど差がない。このことは実施例１，２に示された各
パラメータの値のその範囲の所に非点収差軽減に関して
一つの最良組合せの点があることを意味している。また
実施例１，２で効果にほとんど差がないので各パラメー
タとも実施例１，２の範囲を多少出ても実質的には本発
明の目的は達成されている。従って特許請求の範囲では
各パラメータは実施例の各値につき、大きい側は上から
５桁目を切り上げ、小さい側は５桁目を切捨てた値とし
ている。またＲ１，Ｒ２に関しては各値の大きい側と小
さい側をとって組合わせると曲率の大小関係が逆転する
ことになるが、格子の水平断面率半径Ｒ１の方がＲ２よ
り大であることが必要なので、Ｒ１／Ｒ２の値を規定し
てある。
とんど差がない。このことは実施例１，２に示された各
パラメータの値のその範囲の所に非点収差軽減に関して
一つの最良組合せの点があることを意味している。また
実施例１，２で効果にほとんど差がないので各パラメー
タとも実施例１，２の範囲を多少出ても実質的には本発
明の目的は達成されている。従って特許請求の範囲では
各パラメータは実施例の各値につき、大きい側は上から
５桁目を切り上げ、小さい側は５桁目を切捨てた値とし
ている。またＲ１，Ｒ２に関しては各値の大きい側と小
さい側をとって組合わせると曲率の大小関係が逆転する
ことになるが、格子の水平断面率半径Ｒ１の方がＲ２よ
り大であることが必要なので、Ｒ１／Ｒ２の値を規定し
てある。
【００１２】
【発明の効果】本発明回析格子は自身結像性を持ち他に
コリメータ鏡とかカメラ鏡を用いないで分光器が構成で
きるので、分光器が構造的に簡単にでき、かつ光分散方
向と直角の方向、つまり入出射スリット上の各点で非点
収差なしに入射スリット上の各点の像が出射スリット上
の対応点に形成されるので、試料面を一つの線に沿って
一度に分析でき、面全体の分光測定とか多数試料の分光
測定が能率的にできる効果がある。
コリメータ鏡とかカメラ鏡を用いないで分光器が構成で
きるので、分光器が構造的に簡単にでき、かつ光分散方
向と直角の方向、つまり入出射スリット上の各点で非点
収差なしに入射スリット上の各点の像が出射スリット上
の対応点に形成されるので、試料面を一つの線に沿って
一度に分析でき、面全体の分光測定とか多数試料の分光
測定が能率的にできる効果がある。
【図１】本発明の一実施例分光器の斜視図。
【図２】上記分光器に用いられた回析格子の格子パター
ン記録時の斜視図。
ン記録時の斜視図。
【図３】本発明の第１実施例のスペクトル像の図。
【図４】本発明の第２実施例のスペクトル像の図。
【図５】本発明分光器と異る各パラメータ値を持った分
光器のスペクトルの図。
光器のスペクトルの図。
１ 回析格子 ２ 入射スリット ３ 撮像素子 ４ 試料
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年７月２０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 回折格子および同回折格
子を用いた回折格子分光器
子を用いた回折格子分光器
Claims (2)
- 【請求項１】 ホログラフィック露光法で格子パターン
を記録形成した回析格子で、格子面の格子溝と平行な面
内の曲率半径Ｒ２と格子溝と直交する面内の曲率半径Ｒ
１とが Ｒ１＝１０２．９〜１０６．６ Ｒ２＝１０２．５〜１０５．２ Ｒ１／Ｒ２＝１．００４〜１．０１０ で露光波長４５８ｎｍの場合、回析格子中心Ｏと第１光
源との距離ｒｃ、Ｏと第２光源との距離ｒｄ、回析格子
中心法線と第１光源との離角γ、回析格子法線と第２光
源との離角δとして、 ｒｃ＝１２００〜１２０１ ｒｄ＝１９９０〜１２００ γ＝−０．１３２０〜２．８０６ δ＝８．０８０〜１８．２０ 但し長さは相対値、角度は度であることを特徴とする回
析格子。 - 【請求項２】 回析格子と入射スリットと、回析格子が
直接形成するスペクトル像面上に配置された出射スリッ
ト或は撮像素子とよりなり、回析格子として請求項１記
載のものを用い、分光器各部配置のパラメータを回析格
子中心Ｏと入射スリット中心との距離をｒａ、入射スリ
ットの回析格子中心法線との離角をα、スペクトル像面
を回析格子中心法線をｚ軸とし、光分散方向でｚと直交
する軸をｘ軸として、ｘ＝ａｚ＋ｂで表わしたとき ｒａ＝１１４．８〜１２３．４ ａ＝−３．４３２〜−１６．６６ ｂ＝３０９．１〜１５３１ α＝６．７９６〜１０．０２ （但し長さは相対値、角度は度）であるようにしたこと
を特徴とする請求項１記載の回折格子を用いた回析格子
分光器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9954295A JPH08271335A (ja) | 1995-03-31 | 1995-03-31 | 回折格子および同回折格子を用いた回折格子分光器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9954295A JPH08271335A (ja) | 1995-03-31 | 1995-03-31 | 回折格子および同回折格子を用いた回折格子分光器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08271335A true JPH08271335A (ja) | 1996-10-18 |
Family
ID=14250081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9954295A Pending JPH08271335A (ja) | 1995-03-31 | 1995-03-31 | 回折格子および同回折格子を用いた回折格子分光器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08271335A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003028715A (ja) * | 2001-07-10 | 2003-01-29 | Japan Atom Energy Res Inst | 円錐回折斜入射分光器及び該分光器用回折格子 |
| JP2008233248A (ja) * | 2007-03-16 | 2008-10-02 | Konica Minolta Sensing Inc | 凹面回折ミラー及びこれを用いた分光装置 |
| WO2010048073A3 (en) * | 2008-10-20 | 2010-07-22 | Ningbo Yuanlu Electro-Optics, Co., Ltd. | Spectrometers with aberration-corrected concave diffraction gratings and transmissive aberration correctors |
| JP2010181413A (ja) * | 1998-04-29 | 2010-08-19 | Headwall Photonics Inc | 補正された同心分光計 |
| US20100284084A1 (en) * | 2009-05-09 | 2010-11-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Diffraction element, manufacturing method for diffraction element, and spectrometer using the same |
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| CN118960955A (zh) * | 2024-07-26 | 2024-11-15 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 基于复合多狭缝的光谱仪及其成像方法 |
-
1995
- 1995-03-31 JP JP9954295A patent/JPH08271335A/ja active Pending
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