JPH11183249A - 分光器 - Google Patents
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- JPH11183249A JPH11183249A JP9355818A JP35581897A JPH11183249A JP H11183249 A JPH11183249 A JP H11183249A JP 9355818 A JP9355818 A JP 9355818A JP 35581897 A JP35581897 A JP 35581897A JP H11183249 A JPH11183249 A JP H11183249A
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 81
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 claims description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 abstract description 6
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 11
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/06—Scanning arrangements arrangements for order-selection
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、被測定光のコリメート及びフォー
カシングにレンズを用いることでダイナミックレンジが
広く、なおかつ分解能が高くて、特性の安定な分光器を
実現することを目的とする。 【解決手段】 被測定光を伝搬し、出射端より空間に出
力する光ファイバ１と、光ファイバ１の出力光２を平行
光に変換する第一のレンズ３の通過光４を、波長によっ
て異なる角度に反射する回折格子５と、回折格子５の反
射光６を集光する第二のレンズ７と、第二のレンズ７の
出力光８の焦点位置に配置され、第二のレンズ７出力光
のうち、特定の範囲だけを通過させる出力スリット９
と、前記回折格子を、回折格子の表面に刻まれた溝に平
行な回転軸に沿って回転させ、それによって前記出力ス
リットを通過する被測定光の波長を掃引する回転手段１
０とを備える。
カシングにレンズを用いることでダイナミックレンジが
広く、なおかつ分解能が高くて、特性の安定な分光器を
実現することを目的とする。 【解決手段】 被測定光を伝搬し、出射端より空間に出
力する光ファイバ１と、光ファイバ１の出力光２を平行
光に変換する第一のレンズ３の通過光４を、波長によっ
て異なる角度に反射する回折格子５と、回折格子５の反
射光６を集光する第二のレンズ７と、第二のレンズ７の
出力光８の焦点位置に配置され、第二のレンズ７出力光
のうち、特定の範囲だけを通過させる出力スリット９
と、前記回折格子を、回折格子の表面に刻まれた溝に平
行な回転軸に沿って回転させ、それによって前記出力ス
リットを通過する被測定光の波長を掃引する回転手段１
０とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は分光器に関する。
【０００２】
【従来の技術】参照すべき従来の分光器として、リトロ
ー型分光器にレンズを用いた場合の構成を図５と図６に
示す。図５は、この分光器の上面図、図６は、この分光
器の構成を光路に沿って左から右に展開した説明図で、
ｚ軸が高さ方向を示している。これらの図中、Ｐ１は光
ファイバ、Ｐ１１はレンズ、Ｐ５は回折格子、Ｐ９は出
力スリットである。
ー型分光器にレンズを用いた場合の構成を図５と図６に
示す。図５は、この分光器の上面図、図６は、この分光
器の構成を光路に沿って左から右に展開した説明図で、
ｚ軸が高さ方向を示している。これらの図中、Ｐ１は光
ファイバ、Ｐ１１はレンズ、Ｐ５は回折格子、Ｐ９は出
力スリットである。
【０００３】図６に示すように、出力スリットＰ９の高
さは光ファイバＰ１の高さと異なるため、光ファイバＰ
１の出力光の中心線は、レンズＰ１１の中心線と異な
る。光ファイバ１からの出力光は、レンズＰ１１の中心
より下側（あるいは上側）を通過して平行になり回折格
子Ｐ５に入射する。レンズを通過する前の出力光の中心
線と、通過光の中心線とは一致せずに折り曲げられる。
さは光ファイバＰ１の高さと異なるため、光ファイバＰ
１の出力光の中心線は、レンズＰ１１の中心線と異な
る。光ファイバ１からの出力光は、レンズＰ１１の中心
より下側（あるいは上側）を通過して平行になり回折格
子Ｐ５に入射する。レンズを通過する前の出力光の中心
線と、通過光の中心線とは一致せずに折り曲げられる。
【０００４】回折格子Ｐ５に入射した透過光は波長に応
じて異なる角度に反射され、この反射光は再びレンズＰ
１１の中心より上側（あるいは下側）を通過して集光さ
れる。そして、集光された光が出力スリットＰ９から出
射される。このような構成により、特定の波長成分だけ
を出力スリットＰ９から取り出すことができる。また、
回折格子Ｐ５を回転させることで取り出される特定波長
を変更できる。
じて異なる角度に反射され、この反射光は再びレンズＰ
１１の中心より上側（あるいは下側）を通過して集光さ
れる。そして、集光された光が出力スリットＰ９から出
射される。このような構成により、特定の波長成分だけ
を出力スリットＰ９から取り出すことができる。また、
回折格子Ｐ５を回転させることで取り出される特定波長
を変更できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のリトロー型分光器にレンズを用いた構成では、レン
ズＰ１１への入射光の中心線と出力光の中心線とがレン
ズＰ１１の中心線から外れているので、収差が生じてし
まう。そのため、分解能が悪くなり、被測定光のダイナ
ミックレンジが狭くなって、分光器の特性が低下する。
来のリトロー型分光器にレンズを用いた構成では、レン
ズＰ１１への入射光の中心線と出力光の中心線とがレン
ズＰ１１の中心線から外れているので、収差が生じてし
まう。そのため、分解能が悪くなり、被測定光のダイナ
ミックレンジが狭くなって、分光器の特性が低下する。
【０００６】更に、回折格子Ｐ５を含めた分光器全体に
おける分解能ＲＢは、およそ次式で表される。 ＲＢ＝２d／（m・f）・Ｓ・cosβ・・・・ ここで、ｄは回折格子Ｐ５の溝間隔、ｍは回折格子Ｐ５
の回折次数、ｆはレンズの焦点距離、Ｓは出力スリット
Ｐ９のスリット幅、βは回折格子Ｐ５の反射光と回折格
子Ｐ５の法線とのなす角度である。
おける分解能ＲＢは、およそ次式で表される。 ＲＢ＝２d／（m・f）・Ｓ・cosβ・・・・ ここで、ｄは回折格子Ｐ５の溝間隔、ｍは回折格子Ｐ５
の回折次数、ｆはレンズの焦点距離、Ｓは出力スリット
Ｐ９のスリット幅、βは回折格子Ｐ５の反射光と回折格
子Ｐ５の法線とのなす角度である。
【０００７】しかしながら、リトロー型の配置では、図
７に示すように、回折格子Ｐ５からの反射光は、入射光
と同一角度であるため、回折格子Ｐ５の反射光と回折格
子Ｐ５の法線とのなす角度βは回折格子Ｐ５の回転角度
以上にできない。このため、式から明らかな通り、角
度βが小さくなって理論的に高い分解能が望めない。こ
こで、回折格子Ｐ５の回転角度とは、回折格子Ｐ５の入
射光軸と反射光軸の２等分線と、回折格子Ｐ５の法線の
なす角度であり、波長によってある決まった角度を持
つ。
７に示すように、回折格子Ｐ５からの反射光は、入射光
と同一角度であるため、回折格子Ｐ５の反射光と回折格
子Ｐ５の法線とのなす角度βは回折格子Ｐ５の回転角度
以上にできない。このため、式から明らかな通り、角
度βが小さくなって理論的に高い分解能が望めない。こ
こで、回折格子Ｐ５の回転角度とは、回折格子Ｐ５の入
射光軸と反射光軸の２等分線と、回折格子Ｐ５の法線の
なす角度であり、波長によってある決まった角度を持
つ。
【０００８】そこで、本発明の目的は、分解能が高く、
且つ、被測定光のダイナミックレンジが広く、測定精度
に関して特性の高い分光器を提供することである。
且つ、被測定光のダイナミックレンジが広く、測定精度
に関して特性の高い分光器を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、被測定光を入射する入射部
と、入射された被測定光を平行にする第１光学系と、平
行にされた被測定光を受けて波長に応じて異なる角度に
出力する分光手段と、この分光手段から一部の角度に出
力された出力光を集光させる第２光学系と、この集光さ
れた出力光を出力する出力部と、前記分光手段の回転或
いは前記分光手段を中心とした第１第２光学系の配置移
動により、少なくとも前記分光手段と第２光学系との相
対角度を可変とする角度変更手段とを備えた分光器とし
た。
め、請求項１記載の発明は、被測定光を入射する入射部
と、入射された被測定光を平行にする第１光学系と、平
行にされた被測定光を受けて波長に応じて異なる角度に
出力する分光手段と、この分光手段から一部の角度に出
力された出力光を集光させる第２光学系と、この集光さ
れた出力光を出力する出力部と、前記分光手段の回転或
いは前記分光手段を中心とした第１第２光学系の配置移
動により、少なくとも前記分光手段と第２光学系との相
対角度を可変とする角度変更手段とを備えた分光器とし
た。
【００１０】この請求項１記載の発明によれば、入射部
から入射した被測定光が第１光学系により平行にされ分
光手段に投射される。そして、分光手段において波長毎
に異なる角度で出力され、その一部の角度に出力された
出力光が第２光学系で集光されて出力される。従って、
出力部から出力される光は被測定光の一部の波長に分光
される。更に、上記角度変更手段により、集光する分光
手段からの出力光の角度を変更することで、上記出力部
から出力される光の波長が変更される。更に、従来のリ
トロー型分光器と違って、分光手段への投射光の入射角
度と、集光される分光手段からの出力光の出力角度と
が、同一角度でないため、入力部から分光手段へ到達す
るまでの光路と、分光手段から出力部に到達するまでの
光路とが、それぞれ独立に制御可能であり、従来のリト
ロー型分光器にあった制約が回避される。従って、光を
平行光束させる第１光学系や、特定角度の光を集光させ
る第２光学系として、自由な条件で光学系を選択するこ
とが可能となり、光学系において生じていた分解能の低
下を回避して装置全体の分解能を向上することが出来
る。また、集光される分光手段からの出力光の出力角度
と、分光手段への投射光の入射角度とが、同一でなく選
択可能であるので、分光手段における分解能の向上も計
れる。
から入射した被測定光が第１光学系により平行にされ分
光手段に投射される。そして、分光手段において波長毎
に異なる角度で出力され、その一部の角度に出力された
出力光が第２光学系で集光されて出力される。従って、
出力部から出力される光は被測定光の一部の波長に分光
される。更に、上記角度変更手段により、集光する分光
手段からの出力光の角度を変更することで、上記出力部
から出力される光の波長が変更される。更に、従来のリ
トロー型分光器と違って、分光手段への投射光の入射角
度と、集光される分光手段からの出力光の出力角度と
が、同一角度でないため、入力部から分光手段へ到達す
るまでの光路と、分光手段から出力部に到達するまでの
光路とが、それぞれ独立に制御可能であり、従来のリト
ロー型分光器にあった制約が回避される。従って、光を
平行光束させる第１光学系や、特定角度の光を集光させ
る第２光学系として、自由な条件で光学系を選択するこ
とが可能となり、光学系において生じていた分解能の低
下を回避して装置全体の分解能を向上することが出来
る。また、集光される分光手段からの出力光の出力角度
と、分光手段への投射光の入射角度とが、同一でなく選
択可能であるので、分光手段における分解能の向上も計
れる。
【００１１】請求項２記載の発明は、被測定光を入射す
る入射部と、入射された被測定光を平行にする第１光学
系と、平行にされた被測定光を受けて波長に応じて異な
る角度に出力する分光手段と、この分光手段から一部の
角度に出力された出力光を集光させる第２光学系と、こ
の集光された出力光を出力する出力部と、前記分光手段
を回転させて前記出力部から出力される出力光の波長を
変化させる回転手段とを備えた分光器とした。
る入射部と、入射された被測定光を平行にする第１光学
系と、平行にされた被測定光を受けて波長に応じて異な
る角度に出力する分光手段と、この分光手段から一部の
角度に出力された出力光を集光させる第２光学系と、こ
の集光された出力光を出力する出力部と、前記分光手段
を回転させて前記出力部から出力される出力光の波長を
変化させる回転手段とを備えた分光器とした。
【００１２】この請求項２記載の発明によれば、請求項
１記載の発明と同様の効果に加えて、分光器の中で可変
的な構成が分光手段のみとなるので、機械的な精度の低
下が最低限度に抑えられ、安定した測定精度を実現でき
る。
１記載の発明と同様の効果に加えて、分光器の中で可変
的な構成が分光手段のみとなるので、機械的な精度の低
下が最低限度に抑えられ、安定した測定精度を実現でき
る。
【００１３】請求項１と２記載の発明において、第１第
２光学系はレンズ系やミラー系から構成可能である。
２光学系はレンズ系やミラー系から構成可能である。
【００１４】請求項３記載の発明は、請求項２記載の分
光器において、前記第１および第２光学系がレンズであ
り、前記入射部から入射される光路の中心線が前記第１
光学系の中心線と同一直線上にあり、前記分光手段から
反射され前記第２光学系により集光される光路の中心線
が前記第２光学系の中心線と同一直線上にある構成とし
た。
光器において、前記第１および第２光学系がレンズであ
り、前記入射部から入射される光路の中心線が前記第１
光学系の中心線と同一直線上にあり、前記分光手段から
反射され前記第２光学系により集光される光路の中心線
が前記第２光学系の中心線と同一直線上にある構成とし
た。
【００１５】この請求項３記載の発明によれば、レンズ
を用いた平行光束化および集光により、被測定光のダイ
ナミックレンジを大きくすることが出来る。更に、これ
らレンズを通過する光路の中心線がレンズの中心線と同
一直線上にあるので、従来のリトロー型分光器にレンズ
を用いた場合に生じた、レンズにおける分解能の低下を
回避することが出来る。
を用いた平行光束化および集光により、被測定光のダイ
ナミックレンジを大きくすることが出来る。更に、これ
らレンズを通過する光路の中心線がレンズの中心線と同
一直線上にあるので、従来のリトロー型分光器にレンズ
を用いた場合に生じた、レンズにおける分解能の低下を
回避することが出来る。
【００１６】請求項４記載の発明は、請求項２又は３に
記載の分光器において、前記分光手段が回折格子であ
り、前記回転手段が、前記回折格子の溝と平行な回転軸
線を中心に前記回折格子を回転させ、前記入射部から第
１光学系を経て前記回折格子に投射される光路の中心線
と、前記回折格子から第２光学系を経て前記出力部に集
光される光路の中心線とが、前記回折格子の回転軸線と
直交する同一平面上で、且つ、異なる直線上にある構成
とした。
記載の分光器において、前記分光手段が回折格子であ
り、前記回転手段が、前記回折格子の溝と平行な回転軸
線を中心に前記回折格子を回転させ、前記入射部から第
１光学系を経て前記回折格子に投射される光路の中心線
と、前記回折格子から第２光学系を経て前記出力部に集
光される光路の中心線とが、前記回折格子の回転軸線と
直交する同一平面上で、且つ、異なる直線上にある構成
とした。
【００１７】この請求項４記載の発明によれば、分光手
段による分光が効率良く且つ精度良く行われ、被測定光
のダイナミックレンジを大きくすることが可能であると
共に、分解能の向上を計ることが出来る。
段による分光が効率良く且つ精度良く行われ、被測定光
のダイナミックレンジを大きくすることが可能であると
共に、分解能の向上を計ることが出来る。
【００１８】請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何
れかに記載の分光器において、前記分光手段が、反射型
の回折格子であり、前記第２光学系により集光される前
記回折格子からの反射光と、前記回折格子の法線とのな
す最大角度が、前記集光される反射光に対する前記回折
格子の回転角度より大きくなる構成とした。
れかに記載の分光器において、前記分光手段が、反射型
の回折格子であり、前記第２光学系により集光される前
記回折格子からの反射光と、前記回折格子の法線とのな
す最大角度が、前記集光される反射光に対する前記回折
格子の回転角度より大きくなる構成とした。
【００１９】この請求項５記載の発明によれば、集光さ
れる回折格子からの反射光と回折格子の法線とのなす角
度を上記回転角度より大きい状態にして、被測定光を分
光することで、回折格子による分解能を特に高くするこ
とが可能となり、分光器全体の分解能の向上を計ること
が出来る。
れる回折格子からの反射光と回折格子の法線とのなす角
度を上記回転角度より大きい状態にして、被測定光を分
光することで、回折格子による分解能を特に高くするこ
とが可能となり、分光器全体の分解能の向上を計ること
が出来る。
【００２０】ここで、上記回折格子の回転角度とは、回
折格子の入射光軸と反射光軸の２等分線と、回折格子の
法線のなす角度のことであり、波長によってある決まっ
た角度である。
折格子の入射光軸と反射光軸の２等分線と、回折格子の
法線のなす角度のことであり、波長によってある決まっ
た角度である。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図１〜図４の図面を参照しながら説明する。図１
は、本発明の実施の形態の分光器を示す構成図、図２
は、この分光器の構成を光路に沿って展開した説明図
（ｚ軸が高さを示す）である。
いて、図１〜図４の図面を参照しながら説明する。図１
は、本発明の実施の形態の分光器を示す構成図、図２
は、この分光器の構成を光路に沿って展開した説明図
（ｚ軸が高さを示す）である。
【００２２】この実施の形態の分光器は、図１に示すよ
うに、被測定光を伝搬して出射端より空間に出力する光
ファイバ（入力部）１、光ファイバ１の出力光を平行光
に変換する第１レンズ（第１光学系）３、第１レンズ３
の通過光を波長によって異なる角度に反射する反射型の
回折格子（分光手段）５、回折格子５の反射光を集光す
る第２レンズ（第２光学系）７、第２レンズ７の特定の
焦点位置に配置され第２レンズ７の出力光のうち特定の
範囲（第２レンズ７の中心線と平行に入射した光）だけ
を通過させる出力スリット（出力部）９、前記回折格子
５を回折格子５の表面に刻まれた溝に平行な回転軸を中
心に回転させ、それにより出力スリット９を通過する被
測定光の波長の掃引を行う回転手段（角度変更手段）１
０等から構成される。
うに、被測定光を伝搬して出射端より空間に出力する光
ファイバ（入力部）１、光ファイバ１の出力光を平行光
に変換する第１レンズ（第１光学系）３、第１レンズ３
の通過光を波長によって異なる角度に反射する反射型の
回折格子（分光手段）５、回折格子５の反射光を集光す
る第２レンズ（第２光学系）７、第２レンズ７の特定の
焦点位置に配置され第２レンズ７の出力光のうち特定の
範囲（第２レンズ７の中心線と平行に入射した光）だけ
を通過させる出力スリット（出力部）９、前記回折格子
５を回折格子５の表面に刻まれた溝に平行な回転軸を中
心に回転させ、それにより出力スリット９を通過する被
測定光の波長の掃引を行う回転手段（角度変更手段）１
０等から構成される。
【００２３】図２に示すように、光ファイバ１の出射光
の中心線と第１レンズ３の中心線とは、回折格子５の回
転軸と垂直に交差する同一直線上にある。この直線を説
明の便宜上、入射光に関する直線と呼ぶ。同様に、第２
レンズ７の中心線と出力スリット９を通過する出力光の
中心線とは、回折格子５の回転軸と垂直に交差する同一
直線上にある。この直線を出力光に関する直線と呼ぶ。
そして、これら入射光に関する直線と、出力光に関する
直線とが、同一直線上にはなく、且つ、回折格子５の反
射面と直交する同一平面上にある。
の中心線と第１レンズ３の中心線とは、回折格子５の回
転軸と垂直に交差する同一直線上にある。この直線を説
明の便宜上、入射光に関する直線と呼ぶ。同様に、第２
レンズ７の中心線と出力スリット９を通過する出力光の
中心線とは、回折格子５の回転軸と垂直に交差する同一
直線上にある。この直線を出力光に関する直線と呼ぶ。
そして、これら入射光に関する直線と、出力光に関する
直線とが、同一直線上にはなく、且つ、回折格子５の反
射面と直交する同一平面上にある。
【００２４】図３には、回折格子５に対する入射光と抽
出される反射光との関係を示す説明図を示す。同図に示
すように、出力スリット９を通過する回折格子５からの
反射光と回折格子５の法線とのなす角度βは、回折格子
５の回転角度θより大きくとれる。ここで、回転角度θ
とは、回折格子の入射光軸と反射光軸の２等分線と、回
折格子の法線のなす角度のことであり、波長によってあ
る決まった角度である。上記の角度βおよび回転角度θ
は、回折格子５を回転手段１０により回転させること
で、異なる値となるが、その回転範囲の大半において、
角度βが回転角度θより大きくなる。
出される反射光との関係を示す説明図を示す。同図に示
すように、出力スリット９を通過する回折格子５からの
反射光と回折格子５の法線とのなす角度βは、回折格子
５の回転角度θより大きくとれる。ここで、回転角度θ
とは、回折格子の入射光軸と反射光軸の２等分線と、回
折格子の法線のなす角度のことであり、波長によってあ
る決まった角度である。上記の角度βおよび回転角度θ
は、回折格子５を回転手段１０により回転させること
で、異なる値となるが、その回転範囲の大半において、
角度βが回転角度θより大きくなる。
【００２５】上記第１と第２レンズ３，７は、例えば、
広波長範囲にわたって色収差の無いレンズ（アクロマー
トレンズ）を用いると好ましく、そうすることで、広波
長範囲にわたって分解能が高く、ダイナミックレンジが
広くなおかつ特性の安定した分光器を実現することがで
きる。このレンズは、次の不具合に対処する場合に好適
とされている。即ち、通常、レンズには色収差が存在
し、レンズに入射する波長によって焦点距離が異なるた
め、ある波長の光を入射させて焦点距離を合わせても、
その他の波長を入射させると出力スリット上で焦点がぼ
けてしまい高い分解能が得られないという不具合であ
る。
広波長範囲にわたって色収差の無いレンズ（アクロマー
トレンズ）を用いると好ましく、そうすることで、広波
長範囲にわたって分解能が高く、ダイナミックレンジが
広くなおかつ特性の安定した分光器を実現することがで
きる。このレンズは、次の不具合に対処する場合に好適
とされている。即ち、通常、レンズには色収差が存在
し、レンズに入射する波長によって焦点距離が異なるた
め、ある波長の光を入射させて焦点距離を合わせても、
その他の波長を入射させると出力スリット上で焦点がぼ
けてしまい高い分解能が得られないという不具合であ
る。
【００２６】この実施の形態の分光器は、上記のように
構成され、光ファイバ１から出射した被測定光を第１レ
ンズ３で平行光束として回折格子５に投射させると共
に、回折格子５から反射した光のうち、所定角度の反射
光すなわち所定波長の光を第２レンズ７で集光して出力
スリット９から出力する。従って、被測定光から回折格
子５の角度に応じたスペクトルが分光されて出力され
る。更に、回転手段１０により回折格子５を回転させる
と、異なる値のスペクトルが出力される。
構成され、光ファイバ１から出射した被測定光を第１レ
ンズ３で平行光束として回折格子５に投射させると共
に、回折格子５から反射した光のうち、所定角度の反射
光すなわち所定波長の光を第２レンズ７で集光して出力
スリット９から出力する。従って、被測定光から回折格
子５の角度に応じたスペクトルが分光されて出力され
る。更に、回転手段１０により回折格子５を回転させる
と、異なる値のスペクトルが出力される。
【００２７】上記構成の分光器における分解能ＲＢは、
およそ次式で表される。 ＲＢ＝２ｄ／（m・f）・Ｓ・cosβ・・・・ ここで、ｄは回折格子５の溝間隔、ｍは回折格子５の回
折次数、ｆはレンズの焦点距離、Ｓは出力スリット９の
スリット幅、βは回折格子５の反射光と回折格子５の法
線とのなす角度である。
およそ次式で表される。 ＲＢ＝２ｄ／（m・f）・Ｓ・cosβ・・・・ ここで、ｄは回折格子５の溝間隔、ｍは回折格子５の回
折次数、ｆはレンズの焦点距離、Ｓは出力スリット９の
スリット幅、βは回折格子５の反射光と回折格子５の法
線とのなす角度である。
【００２８】上記構成の分光器において、第１第２レン
ズ３，７の配置関係を崩さず、回折格子５の溝間隔と第
１第２レンズ３，７の焦点距離を最適化すれば、被測定
光のダイナミックレンジが広く、特性の安定した分光器
が得られる。一方、分光器を小型化するという要望から
は、第１第２レンズ３，７の焦点距離を短くすることが
望まれる。しかし、焦点距離を短くすると式から明ら
かな通り、分解能が悪くなるので、測定目的や使用状況
に応じて適宜選択すれば良い。
ズ３，７の配置関係を崩さず、回折格子５の溝間隔と第
１第２レンズ３，７の焦点距離を最適化すれば、被測定
光のダイナミックレンジが広く、特性の安定した分光器
が得られる。一方、分光器を小型化するという要望から
は、第１第２レンズ３，７の焦点距離を短くすることが
望まれる。しかし、焦点距離を短くすると式から明ら
かな通り、分解能が悪くなるので、測定目的や使用状況
に応じて適宜選択すれば良い。
【００２９】図４には、上記構成の分光器と従来のリト
ロー型分光器について分解能を比較したグラフを示す。
このグラフは、上記構成の分光器と従来のリトロー型の
分光器の両者について、レンズの焦点距離（第１第２レ
ンズ３，７並びにリトロー型分光器に用いたレンズの焦
点距離）に対する分光器全体の理論分解能を示したもの
であり、それぞれの回折格子は、溝間隔が１１００本／
mmのものを用いた場合で説明している。
ロー型分光器について分解能を比較したグラフを示す。
このグラフは、上記構成の分光器と従来のリトロー型の
分光器の両者について、レンズの焦点距離（第１第２レ
ンズ３，７並びにリトロー型分光器に用いたレンズの焦
点距離）に対する分光器全体の理論分解能を示したもの
であり、それぞれの回折格子は、溝間隔が１１００本／
mmのものを用いた場合で説明している。
【００３０】同グラフから明らかなとおり、この実施の
形態の分光器の方が、従来のリトロー型の分光器より
も、短い焦点距離のレンズを用いて高い分解能が得られ
ている。
形態の分光器の方が、従来のリトロー型の分光器より
も、短い焦点距離のレンズを用いて高い分解能が得られ
ている。
【００３１】以上のように、この実施の形態の分光器に
よれば、第１第２レンズ３，７を用いた平行光束化およ
び集光により、被測定光のダイナミックレンジを大きく
することが出来ることに加え、光ファイバ１から回折格
子５に到達するまでの光路と、回折格子５から出力スリ
ット９に到達するまでの光路とが、それぞれ独立である
ので、第１レンズ３と第２レンズ７をそれぞれ理想的な
配置および向きに設定することが出来る。そして、第１
レンズ３と第２レンズ７との中心線が光路の中心線と同
一線上にくるように配置設定しているので、従来のリト
ロー型分光器にレンズを用いた場合に生じたレンズによ
る収差を最小限に抑え、分解能の低下を極力回避するこ
とが出来る。
よれば、第１第２レンズ３，７を用いた平行光束化およ
び集光により、被測定光のダイナミックレンジを大きく
することが出来ることに加え、光ファイバ１から回折格
子５に到達するまでの光路と、回折格子５から出力スリ
ット９に到達するまでの光路とが、それぞれ独立である
ので、第１レンズ３と第２レンズ７をそれぞれ理想的な
配置および向きに設定することが出来る。そして、第１
レンズ３と第２レンズ７との中心線が光路の中心線と同
一線上にくるように配置設定しているので、従来のリト
ロー型分光器にレンズを用いた場合に生じたレンズによ
る収差を最小限に抑え、分解能の低下を極力回避するこ
とが出来る。
【００３２】また、第１レンズ３から回折格子５に投射
される光路の中心線と、回折格子５から第２レンズ７に
反射される光路（抽出されるスペクトルの光路）の中心
線とが、回折格子５の溝と直交する同一平面上で、且
つ、異なる直線上にある構成から、回折格子５による被
測定光の分光を効率良く、且つ精度良く行うことが出来
る。従って、被測定光のダイナミックレンジを大きくす
ることが出来る。
される光路の中心線と、回折格子５から第２レンズ７に
反射される光路（抽出されるスペクトルの光路）の中心
線とが、回折格子５の溝と直交する同一平面上で、且
つ、異なる直線上にある構成から、回折格子５による被
測定光の分光を効率良く、且つ精度良く行うことが出来
る。従って、被測定光のダイナミックレンジを大きくす
ることが出来る。
【００３３】また、上述したように回折格子５からの反
射光と回折格子５の法線とのなす角度βが、回折格子５
の回転角度θより大きくとれるため、回折格子に係る分
解能がより高くなり、分光器全体の分解能の向上を計る
ことが出来る。
射光と回折格子５の法線とのなす角度βが、回折格子５
の回転角度θより大きくとれるため、回折格子に係る分
解能がより高くなり、分光器全体の分解能の向上を計る
ことが出来る。
【００３４】なお、本発明は、この実施の形態の分光器
に限られるものでなく、例えば、第１第２光学系はレン
ズの他にミラー系を用いても良く、そうすることで色収
差による問題を回避可能であるし、分光手段は反射型の
回折格子に限られず、透過型の回折格子やプリズムなど
も利用可能である。また、分光手段に対する入射角度や
反射角度を変更する構成は、分光手段側の回転に限られ
ず、被測定光の入射側や出力側の配置移動（分光手段を
中心とした回転移動）を利用しても良い。その他、入力
部としての光ファイバや、出力部としての出力スリット
など、具体的に示した細部構成等は、発明の趣旨に逸脱
しない範囲で適宜変更可能である。
に限られるものでなく、例えば、第１第２光学系はレン
ズの他にミラー系を用いても良く、そうすることで色収
差による問題を回避可能であるし、分光手段は反射型の
回折格子に限られず、透過型の回折格子やプリズムなど
も利用可能である。また、分光手段に対する入射角度や
反射角度を変更する構成は、分光手段側の回転に限られ
ず、被測定光の入射側や出力側の配置移動（分光手段を
中心とした回転移動）を利用しても良い。その他、入力
部としての光ファイバや、出力部としての出力スリット
など、具体的に示した細部構成等は、発明の趣旨に逸脱
しない範囲で適宜変更可能である。
【００３５】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、第１
光学系による平行光束化と第２光学系による集光によ
り、被測定光のダイナミックレンジを大きくすることが
出来ると共に、分光手段に入射される入射光の光路と、
分光手段から出力され抽出されるスペクトルの光路とを
独立させ、それぞれの光路に独立した第１及び第２光学
系を備えているので、これら第１及び第２光学系を理想
的な配置および向きにすることができ、第１及び第２光
学系の収差を最小限に抑えて、分解能が高く、特性の安
定した分光器を実現できる。
光学系による平行光束化と第２光学系による集光によ
り、被測定光のダイナミックレンジを大きくすることが
出来ると共に、分光手段に入射される入射光の光路と、
分光手段から出力され抽出されるスペクトルの光路とを
独立させ、それぞれの光路に独立した第１及び第２光学
系を備えているので、これら第１及び第２光学系を理想
的な配置および向きにすることができ、第１及び第２光
学系の収差を最小限に抑えて、分解能が高く、特性の安
定した分光器を実現できる。
【００３６】また、分光手段に入射される入射光の光路
と、分光手段から出力され抽出されるスペクトルの光路
とが、異なる方向を向いているので、回折格子からの反
射光と回折格子の法線とのなす角度が、回折格子の回転
角度より大きくとれ、それにより分解能の高い分光器を
実現できる。
と、分光手段から出力され抽出されるスペクトルの光路
とが、異なる方向を向いているので、回折格子からの反
射光と回折格子の法線とのなす角度が、回折格子の回転
角度より大きくとれ、それにより分解能の高い分光器を
実現できる。
【図１】本発明の実施の形態の分光器を示す構成図であ
る。
る。
【図２】同、分光器の構成を光路に沿って展開した説明
図である。
図である。
【図３】同、分光器において回折格子５に対する入射光
と抽出される反射光の角度を示す説明図である。
と抽出される反射光の角度を示す説明図である。
【図４】同、分光器と従来のリトロー型分光器との分解
能の違いを示すためのグラフである。
能の違いを示すためのグラフである。
【図５】従来の分光器の一例を示す構成図である。
【図６】同、従来の分光器の構成を光路に沿って展開し
た説明図である。
た説明図である。
【図７】同、従来の分光器において回折格子５に対する
入射光と抽出される反射光の角度を示す説明図である。
入射光と抽出される反射光の角度を示す説明図である。
１ 光ファイバ（入力部） ３ 第１レンズ（第１光学系） ５ 回折格子（分光手段） ７ 第２レンズ（第２光学系） ９ 出力スリット（出力部） １０ 回転手段（角度変更手段）
Claims (5)
- 【請求項１】 被測定光を入射する入射部と、 入射された被測定光を平行にする第１光学系と、 平行にされた被測定光を受けて波長に応じて異なる角度
に出力する分光手段と、 この分光手段から一部の角度に出力された出力光を集光
させる第２光学系と、 この集光された出力光を出力する出力部と、 前記分光手段の回転或いは前記分光手段を中心とした第
１第２光学系の配置移動により、少なくとも前記分光手
段と第２光学系との相対角度を可変とする角度変更手段
とを備えたことを特徴とする分光器。 - 【請求項２】 被測定光を入射する入射部と、 入射された被測定光を平行にする第１光学系と、 平行にされた被測定光を受けて波長に応じて異なる角度
に出力する分光手段と、 この分光手段から一部の角度に出力された出力光を集光
させる第２光学系と、 この集光された出力光を出力する出力部と、 前記分光手段を回転させて前記出力部から出力される出
力光の波長を変化させる回転手段とを備えたことを特徴
とする分光器。 - 【請求項３】 前記第１および第２光学系はレンズであ
り、 前記入射部から入射される光路の中心線が前記第１光学
系の中心線と同一直線上にあり、 前記分光手段から反射され前記第２光学系により集光さ
れる光路の中心線が前記第２光学系の中心線と同一直線
上にあることを特徴とする請求項１又は２記載の分光
器。 - 【請求項４】 前記分光手段は回折格子であり、 前記回転手段は、前記回折格子の溝と平行な回転軸線を
中心に前記回折格子を回転させ、 前記入射部から第１光学系を経て前記回折格子に投射さ
れる光路の中心線と、 前記回折格子から第２光学系を経て前記出力部に集光さ
れる光路の中心線とが、前記回折格子の回転軸線と直交
する同一平面上で、且つ、異なる直線上にあることを特
徴とする請求項２又は３に記載の分光器。 - 【請求項５】 前記分光手段は、反射型の回折格子であ
り、 前記第２光学系により集光される前記回折格子からの反
射光と、前記回折格子の法線とのなす最大角度が、前記
集光される反射光に対する前記回折格子の回転角度より
大きくなることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記
載の分光器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9355818A JPH11183249A (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | 分光器 |
| US09/217,842 US6081332A (en) | 1997-12-24 | 1998-12-22 | Monochromator |
| DE19860021A DE19860021A1 (de) | 1997-12-24 | 1998-12-23 | Monochromator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9355818A JPH11183249A (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | 分光器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11183249A true JPH11183249A (ja) | 1999-07-09 |
Family
ID=18445911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9355818A Pending JPH11183249A (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | 分光器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6081332A (ja) |
| JP (1) | JPH11183249A (ja) |
| DE (1) | DE19860021A1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004081620A1 (ja) * | 2003-03-13 | 2004-09-23 | Asahi Glass Company Limited | 回折素子および光学装置 |
| CN100386653C (zh) * | 2003-03-13 | 2008-05-07 | 旭硝子株式会社 | 衍射元件以及光学装置 |
| JP2012506562A (ja) * | 2008-10-20 | 2012-03-15 | ニンボ ユアンル エレクトロ−オプティクス，コーポレーション リミテッド | 収差補正凹面回折格子と透過型収差補正手段とを備える分光計 |
| JP2017142465A (ja) * | 2016-02-12 | 2017-08-17 | 古河電気工業株式会社 | 光操作装置および光源装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6583874B1 (en) * | 1999-10-18 | 2003-06-24 | Komatsu, Ltd. | Spectrometer with holographic and echelle gratings |
| DE19955759A1 (de) * | 1999-11-20 | 2001-05-23 | Colour Control Farbmestechnik | Spektrometer mit mikromechanischem Spiegel |
| US6485150B1 (en) | 2001-07-03 | 2002-11-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Tunable spectral source |
| JP4086182B2 (ja) * | 2002-10-09 | 2008-05-14 | オリンパス株式会社 | 分光器およびこれを用いた共焦点光学系、走査型光学顕微鏡 |
| US6829040B1 (en) * | 2003-11-07 | 2004-12-07 | Advanced Micro Devices, Inc. | Lithography contrast enhancement technique by varying focus with wavelength modulation |
| US8451442B2 (en) * | 2007-06-18 | 2013-05-28 | Wayne State University | Enhanced surface-selective spectroscopy using broad-band heterodyne-detected sum frequency generation |
| JP6051543B2 (ja) * | 2012-03-09 | 2016-12-27 | 株式会社リコー | 分光計測装置、画像評価装置及び画像形成装置 |
| CN104849223A (zh) * | 2015-04-23 | 2015-08-19 | 南京大学 | 一种多种有机混合污染废水浓度的全光谱在线检测装置及方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3563656A (en) * | 1966-04-15 | 1971-02-16 | Charles C Helms | Monochromator wavelength drives |
| US3600093A (en) * | 1969-11-10 | 1971-08-17 | Sperry Rand Corp | Continuously blazed optical monochromator |
| US4455087A (en) * | 1981-04-06 | 1984-06-19 | Hamamatsu Systems Inc. | Monochromatic imaging apparatus |
| FR2557694B1 (fr) * | 1983-12-30 | 1987-03-20 | Centre Nat Rech Scient | Monochromateur a objectif dispersif telecentrique |
| JPH05231938A (ja) * | 1991-02-07 | 1993-09-07 | Res Dev Corp Of Japan | 高感度多波長分光装置 |
| US5644396A (en) * | 1995-06-20 | 1997-07-01 | Hewlett-Packard Company | Spectrograph with low focal ratio |
| JP3250426B2 (ja) * | 1995-09-27 | 2002-01-28 | 安藤電気株式会社 | 光スペクトラム測定装置 |
-
1997
- 1997-12-24 JP JP9355818A patent/JPH11183249A/ja active Pending
-
1998
- 1998-12-22 US US09/217,842 patent/US6081332A/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-12-23 DE DE19860021A patent/DE19860021A1/de not_active Ceased
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004081620A1 (ja) * | 2003-03-13 | 2004-09-23 | Asahi Glass Company Limited | 回折素子および光学装置 |
| US7142363B2 (en) | 2003-03-13 | 2006-11-28 | Asahi Glass Company, Limited | Diffraction element and optical device |
| CN100386653C (zh) * | 2003-03-13 | 2008-05-07 | 旭硝子株式会社 | 衍射元件以及光学装置 |
| JP2012506562A (ja) * | 2008-10-20 | 2012-03-15 | ニンボ ユアンル エレクトロ−オプティクス，コーポレーション リミテッド | 収差補正凹面回折格子と透過型収差補正手段とを備える分光計 |
| JP2017142465A (ja) * | 2016-02-12 | 2017-08-17 | 古河電気工業株式会社 | 光操作装置および光源装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6081332A (en) | 2000-06-27 |
| DE19860021A1 (de) | 1999-07-08 |
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