JPS5854310A - リトロ−型分光器用光学系 - Google Patents
リトロ−型分光器用光学系Info
- Publication number
- JPS5854310A JPS5854310A JP15140381A JP15140381A JPS5854310A JP S5854310 A JPS5854310 A JP S5854310A JP 15140381 A JP15140381 A JP 15140381A JP 15140381 A JP15140381 A JP 15140381A JP S5854310 A JPS5854310 A JP S5854310A
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- JP
- Japan
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- slit
- lens
- collimator lens
- reflected
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- Pending
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はりドロー型分光器、特にその光学系の改良に関
する。
する。
リトロ−型分光器は、基本的には回折格子やプリズム等
の分散素子の反射形成のものとコリメーターレンズ系と
の組合せからなり、入口スリットからの光はコリメータ
ーレンズ系によって平行光束となって分散素子へ入射し
、分散素子からの反射回折光が再びフリメーターレンズ
系を通って出口スリット上にスペクトル像を形成するも
のである。この種の分光器はレンズ系の画角が小さいた
め収差軸止が容易であり、また１つのレンズ系で所望の
スペクトルを得ることができるため簡単な構成である等
の利点を持つものではあるが、レンズ表面での反射光が
迷光となってスペクトル像のコントラストを損うという
重大な欠点を有する。すなわち、波長分解能及び空間分
解能（スリット長手方向の分解能）を高めしかも明るい
レンズ系とするために、コリメーターレンズのレンズ枚
数を増すと、レンズ面数が増すだけ各レンズ面での反射
光が多くなって迷光が増大し、却って分光器としての性
能が低下する恐れがあった。
の分散素子の反射形成のものとコリメーターレンズ系と
の組合せからなり、入口スリットからの光はコリメータ
ーレンズ系によって平行光束となって分散素子へ入射し
、分散素子からの反射回折光が再びフリメーターレンズ
系を通って出口スリット上にスペクトル像を形成するも
のである。この種の分光器はレンズ系の画角が小さいた
め収差軸止が容易であり、また１つのレンズ系で所望の
スペクトルを得ることができるため簡単な構成である等
の利点を持つものではあるが、レンズ表面での反射光が
迷光となってスペクトル像のコントラストを損うという
重大な欠点を有する。すなわち、波長分解能及び空間分
解能（スリット長手方向の分解能）を高めしかも明るい
レンズ系とするために、コリメーターレンズのレンズ枚
数を増すと、レンズ面数が増すだけ各レンズ面での反射
光が多くなって迷光が増大し、却って分光器としての性
能が低下する恐れがあった。
本発明の目的は、リトロ−型分光器の利点をそのまま有
しつつ、明るく、高い波長分所能及び空間分解能を維持
し得る優れたりドロー型分光器用光学系を提供すること
にある。
しつつ、明るく、高い波長分所能及び空間分解能を維持
し得る優れたりドロー型分光器用光学系を提供すること
にある。
本発明によるリトロ−型分光器用光学系は、コリメータ
ーレンズを少なくとも３個のレンズで構成するとともに
、コリメーターレンズと入口スリットとの距離をｄ。と
じ、コリメーターレンズの任意の面で反射される光によ
って形成される入口スリットの像と出口スリットとの距
離を！、出口スリットの面積をＳとするとき、 の関係を満たす構成としたものである。
ーレンズを少なくとも３個のレンズで構成するとともに
、コリメーターレンズと入口スリットとの距離をｄ。と
じ、コリメーターレンズの任意の面で反射される光によ
って形成される入口スリットの像と出口スリットとの距
離を！、出口スリットの面積をＳとするとき、 の関係を満たす構成としたものである。
ここで、出口スリットの面積とは必ずしもスリット面全
体をさすのではなく、スペクトル像面を分割する場合に
は分割された開口面積をいう。
体をさすのではなく、スペクトル像面を分割する場合に
は分割された開口面積をいう。
このような本発明について以下に詳述する。
分光器の性能を低下させる各レンズ面からの迷光は、量
的には以下の如く評価することができる。まず、リトロ
−型分光器では入口スリット及び出口スリットがコリメ
ーターレンズの光軸から外れて配置されるのが一般的で
あるが、画角が小さいため薄肉レンズ系の近軸領域計算
でほぼ完全に対応させることが可能である。いま、４１
図に示すごとくコリメーターレンズ系（Ｌ）が多数個の
レンズで構成されているとして、入口スリット（Ｓ、）
側から第ｊ番目のレンズ面における反射光について考え
る。第１図においては、入口スリット（Ｓ、）からの光
束がコリメーターレンズ（Ｌ）を通シ平行光束となって
反射型回折格子（Ｇ）に達し、反射された回折光はコリ
メーターレンズ（Ｌ）によって出口スリット（Ｓ２）上
に集光されここにスペクトル像が形成される。図中には
コリメーターレンズ（Ｌ）の第１面で反射される光線の
みの光路を示した。ここで、コリメーターレンズ系の焦
点距離をｆとし、コリメーターレンズ系と入口スリット
及び出口スリットとの距離をｄ。とすると、ｄｏはコリ
メーターレンズ系のバックフォーカスであり、ｆとｄ。
的には以下の如く評価することができる。まず、リトロ
−型分光器では入口スリット及び出口スリットがコリメ
ーターレンズの光軸から外れて配置されるのが一般的で
あるが、画角が小さいため薄肉レンズ系の近軸領域計算
でほぼ完全に対応させることが可能である。いま、４１
図に示すごとくコリメーターレンズ系（Ｌ）が多数個の
レンズで構成されているとして、入口スリット（Ｓ、）
側から第ｊ番目のレンズ面における反射光について考え
る。第１図においては、入口スリット（Ｓ、）からの光
束がコリメーターレンズ（Ｌ）を通シ平行光束となって
反射型回折格子（Ｇ）に達し、反射された回折光はコリ
メーターレンズ（Ｌ）によって出口スリット（Ｓ２）上
に集光されここにスペクトル像が形成される。図中には
コリメーターレンズ（Ｌ）の第１面で反射される光線の
みの光路を示した。ここで、コリメーターレンズ系の焦
点距離をｆとし、コリメーターレンズ系と入口スリット
及び出口スリットとの距離をｄ。とすると、ｄｏはコリ
メーターレンズ系のバックフォーカスであり、ｆとｄ。
はほぼ等しくなる。そして、入射立体角をΩ０１人ロス
リットの面積をＳＯ％出ロメロスリット積をＳとし、第
１面での反射光による入口スリットの像が出口スリット
から距離ｌの位置に形成されるものとするっスペクトル
１象面において像面分割する場合には分割された１つの
開口面積をＳとする。
リットの面積をＳＯ％出ロメロスリット積をＳとし、第
１面での反射光による入口スリットの像が出口スリット
から距離ｌの位置に形成されるものとするっスペクトル
１象面において像面分割する場合には分割された１つの
開口面積をＳとする。
第１面の反射光による入ロスリッ゛トの像は第１面〜第
（ｊ−１）面で屈折され、第１面での反射、そして第（
Ｊ −，１）面〜第１面での屈折を順次経過することに
より形成されるから、第１〜第（ｊ−１）面を１つのレ
ンズ系と見做すことができ、このレンズ系の焦点距離を
ｆ、とすると なるＪだけ出口スリットから離れた位置に入口スリット
の反射像ができる。この時結像倍率βは Ｏ である。
（ｊ−１）面で屈折され、第１面での反射、そして第（
Ｊ −，１）面〜第１面での屈折を順次経過することに
より形成されるから、第１〜第（ｊ−１）面を１つのレ
ンズ系と見做すことができ、このレンズ系の焦点距離を
ｆ、とすると なるＪだけ出口スリットから離れた位置に入口スリット
の反射像ができる。この時結像倍率βは Ｏ である。
入口スリットから入射する光量と、出口スリットに達す
る第１面での反射光量の割合は表面反射率をＲとして 出口スリットに達する反射光量 入口スリットからの入射光量 ｆ入口スリット ７８°″０ （３） ΩＯ Ｓ い方であるが通常は −である。） ２ で与えられる。
る第１面での反射光量の割合は表面反射率をＲとして 出口スリットに達する反射光量 入口スリットからの入射光量 ｆ入口スリット ７８°″０ （３） ΩＯ Ｓ い方であるが通常は −である。） ２ で与えられる。
通常の分光器での迷光の量は１０−４〜ｌＯ′−５であ
るので反射光の迷光が１０−５以下 −になれば、表面
反射による迷光の悪化はないとしてよい。
るので反射光の迷光が１０−５以下 −になれば、表面
反射による迷光の悪化はないとしてよい。
Ω０
を満足する必要がある。
さて、本発明においては明るくしかも優れた分解能を維
持することをも目的としており、このためにはリレーレ
ンズ系のＦナンバーを３程度に保つことが望まれる。そ
こでＦ３の時を基準とするとこの入射立体角はΩ。＝０
．０８５５ ｓｔｒである。そして、レンズ面の反射率
Ｒは広い波長域にわたってほぼ０．００５以下である。
持することをも目的としており、このためにはリレーレ
ンズ系のＦナンバーを３程度に保つことが望まれる。そ
こでＦ３の時を基準とするとこの入射立体角はΩ。＝０
．０８５５ ｓｔｒである。そして、レンズ面の反射率
Ｒは広い波長域にわたってほぼ０．００５以下である。
従って（４）式より、
となり、（２）式により、
と与えられる。従って、この関係を満足する構成とする
ことによって、第５面での反射による迷光を実質的に除
去することができ、同様に全てのレンズ面による迷光を
除くことができる。
ことによって、第５面での反射による迷光を実質的に除
去することができ、同様に全てのレンズ面による迷光を
除くことができる。
出口スリットが巾０．１ ｆｒｒｒｎ、長さ１０＋＋ａ
の場合にはＳ＝１であり、この場合のコリメーターレン
ズの各レンズ面の満すべき構成は（５）式より求められ
る。多重反射する光も迷光成分となり得るが、その強度
はＲのベキ乗になるので１回反射に比べて無視すること
ができる。
の場合にはＳ＝１であり、この場合のコリメーターレン
ズの各レンズ面の満すべき構成は（５）式より求められ
る。多重反射する光も迷光成分となり得るが、その強度
はＲのベキ乗になるので１回反射に比べて無視すること
ができる。
そこで、いまコリメーターレンズ系の最も入口スリット
側のレンズについてその第１番目と第２番目のレンズ面
についてみると、それぞれの面の曲率半径をｒｌ 、ｒ
２とすれば、第１面での反射光については、球面鏡と同
じであるから、 となり、 この条件（６）と前記（２） （５）式よｆｉ ｒｌの
条件が求まる。
側のレンズについてその第１番目と第２番目のレンズ面
についてみると、それぞれの面の曲率半径をｒｌ 、ｒ
２とすれば、第１面での反射光については、球面鏡と同
じであるから、 となり、 この条件（６）と前記（２） （５）式よｆｉ ｒｌの
条件が求まる。
また、第２面での反射については、裏面で反射するレン
ズの合成焦点距離ｆｌ、はレンズの屈折率をｎとして、 １ ｎ−１２ｎ □＝ ２ ・□ −□ ｆ １ ｐ ｒＩ であるから、 （１）式に代入して ｄｏｃｉＯ＋１ である。
ズの合成焦点距離ｆｌ、はレンズの屈折率をｎとして、 １ ｎ−１２ｎ □＝ ２ ・□ −□ ｆ １ ｐ ｒＩ であるから、 （１）式に代入して ｄｏｃｉＯ＋１ である。
従って、迷光除去の条件（５）式とく７）式とを満たす
ようにｒｌ ＋ ”２を決めてやればよい。
ようにｒｌ ＋ ”２を決めてやればよい。
伺、（１）式の１は符号を有しくト）は出ロスリツ、ト
よりレンズと反対側に入口スリットの反射像ができるこ
とを意味し、（→は出口スリットよりレンズ側に反射像
ができることを意味する。
よりレンズと反対側に入口スリットの反射像ができるこ
とを意味し、（→は出口スリットよりレンズ側に反射像
ができることを意味する。
又、１枚目のレンズの焦点距離ｆ、は、レンズ全体のパ
ワー配置から決定されるのであるｆ 、
ｒｌ ｒ２をも、同時に満すｒｌ
、ｒ２ とすればよい。そして、全体の収差補正をし
なからｒｌ’＋ｒ２は決定される。同様に、後続のレン
ズについても曲率半径の満足すべき条件が決まる。
ワー配置から決定されるのであるｆ 、
ｒｌ ｒ２をも、同時に満すｒｌ
、ｒ２ とすればよい。そして、全体の収差補正をし
なからｒｌ’＋ｒ２は決定される。同様に、後続のレン
ズについても曲率半径の満足すべき条件が決まる。
以下、本発明による実施例について説明する。上述のご
とき本発明によって得られたコリメーターレンズ系の諸
元を下表に示す。表において、ｒＩ 、ｒ２．ｒ３．・
・・は入口スリット側からの各レンズ面の曲率半径、ｄ
ｌ＋’２＋・・・は各レンズの中心厚及び空気間隔、ｎ
ｄ。
とき本発明によって得られたコリメーターレンズ系の諸
元を下表に示す。表において、ｒＩ 、ｒ２．ｒ３．・
・・は入口スリット側からの各レンズ面の曲率半径、ｄ
ｌ＋’２＋・・・は各レンズの中心厚及び空気間隔、ｎ
ｄ。
νｄはそれぞれ屈折率及びアラへ数を表わす。
ｄｏ ＝３４７．８＋ａ＋ 、、Ｉ
Ｊ βｒ、＝ ４８９．７６ｍｍ ｄ、＝１
７．５ｍａ ｎｄ＝１．６２０４１６０３−４９１ｍ
Ｏ，４１３ｒ、、−−６９７，９８＝２８．７
＝１．０ １２２ ０．６５９ｒｓ＝３１７．
０１ ＝１７．５ ＝１．６２０４１６０３−
６４１ ０．６４２１．− の ＝３３
＝１．０ −１８１ ０．５５１ｒｓ＝ １
５３．０９ ＝２５．４ ＝１．６２０４１６
０３ ５９１ ０．４５０ｒ６−−１９６３．９
＝２３．０ ＝ １．７４９５０３５．２ ３３
０ ０．２３５ｒｔ＝ ｎｃｉｇｓ
６６０ ０．４４Ｏｆ＝３００椙 また、表中、１は各面の反射像の出口スリットからの距
離であり、βは反射像の結像倍率であり、Ｊ、βはそれ
ぞれ光線追跡により求めたものである。（→符号は出口
スリットよりレンズ側にあることを示す。第２図に本実
施例を用いたリトロ−型分光器の光路図を示した。
Ｊ βｒ、＝ ４８９．７６ｍｍ ｄ、＝１
７．５ｍａ ｎｄ＝１．６２０４１６０３−４９１ｍ
Ｏ，４１３ｒ、、−−６９７，９８＝２８．７
＝１．０ １２２ ０．６５９ｒｓ＝３１７．
０１ ＝１７．５ ＝１．６２０４１６０３−
６４１ ０．６４２１．− の ＝３３
＝１．０ −１８１ ０．５５１ｒｓ＝ １
５３．０９ ＝２５．４ ＝１．６２０４１６
０３ ５９１ ０．４５０ｒ６−−１９６３．９
＝２３．０ ＝ １．７４９５０３５．２ ３３
０ ０．２３５ｒｔ＝ ｎｃｉｇｓ
６６０ ０．４４Ｏｆ＝３００椙 また、表中、１は各面の反射像の出口スリットからの距
離であり、βは反射像の結像倍率であり、Ｊ、βはそれ
ぞれ光線追跡により求めたものである。（→符号は出口
スリットよりレンズ側にあることを示す。第２図に本実
施例を用いたリトロ−型分光器の光路図を示した。
本実施例は図示のごとく、コリメーターレンズは入射ス
リット側から順に、２個の両凸レンズ成分と、正レンズ
と負レンズとの貼合せからなり入射スリット側に凸面を
向けたメニスカスレンズ成分珍鳥らなっている。
リット側から順に、２個の両凸レンズ成分と、正レンズ
と負レンズとの貼合せからなり入射スリット側に凸面を
向けたメニスカスレンズ成分珍鳥らなっている。
ここで、ｄｏ”３４７．８の時、（５）式の条件は、ｊ
＜−６３，０又はｊ）９８．７６であるから本実施例は
本発明の条件を十分に満たしていることが明らかである
。ＦＭ、（３）式により、各レンズ面についての迷光量
を具体的に計算すると、Ｆナンバー３に対して、Ω０＝
０．０８５５ ｓｔｒであり、Ｓ ＝ ０． Ｉ Ｘ
１０ ＋ｍｎ２として次の如くであり、十分率さい値で
ある。
＜−６３，０又はｊ）９８．７６であるから本実施例は
本発明の条件を十分に満たしていることが明らかである
。ＦＭ、（３）式により、各レンズ面についての迷光量
を具体的に計算すると、Ｆナンバー３に対して、Ω０＝
０．０８５５ ｓｔｒであり、Ｓ ＝ ０． Ｉ Ｘ
１０ ＋ｍｎ２として次の如くであり、十分率さい値で
ある。
父、実際の測定においても上記の値程度の迷光量であっ
て、上記実施例のレンズはコリメーターレンズとしての
性能は満足されるべく、十分に収差補正されていて、分
解能は１２００本肩の回折格子を用いて０．０５ ｎｍ
と良好な値が得られている。
て、上記実施例のレンズはコリメーターレンズとしての
性能は満足されるべく、十分に収差補正されていて、分
解能は１２００本肩の回折格子を用いて０．０５ ｎｍ
と良好な値が得られている。
以上のように、本発明の光学系の構成によれば、表面反
射による迷光は実質的に十分除去され、レンズ系を多数
枚構成とすることによって、広画角に亘って収差補正が
可能であり、又、明るい分光器を得ることができる。
射による迷光は実質的に十分除去され、レンズ系を多数
枚構成とすることによって、広画角に亘って収差補正が
可能であり、又、明るい分光器を得ることができる。
従って、広い波長範囲を同時に測光可能であり、スリッ
ト長さも長ぐすることができ、上記実施例においては、
スリット長さを７０ｆｉにまで長くすること塀できる。
ト長さも長ぐすることができ、上記実施例においては、
スリット長さを７０ｆｉにまで長くすること塀できる。
スリット長さ方向の解像力もよいことから、長さ方向に
分割することができ、波長方向と二次元的に分割して、
波長分解能、空間分解能を共に良好な状態で分光測光す
ることができる等、従来のリトロ−型分光器では得られ
なかった優れた性能を得ることができる。
分割することができ、波長方向と二次元的に分割して、
波長分解能、空間分解能を共に良好な状態で分光測光す
ることができる等、従来のリトロ−型分光器では得られ
なかった優れた性能を得ることができる。
第１図は本発明のりドロー型分光器のコリメーターレン
ズの第１面で反射される光線のみの光路図を示し、 第２図は本発明の実施例を用いたりドロー型分光器の光
路図を示す。 〔主要部分の符号の説明〕 ＳＩ・・・・・ 入口スリット Ｓ２・・・・・ 出口スリット Ｇ・・・・・・ 反射型回折格子 Ｌ・・・・・・ コリメーターレンズ
ズの第１面で反射される光線のみの光路図を示し、 第２図は本発明の実施例を用いたりドロー型分光器の光
路図を示す。 〔主要部分の符号の説明〕 ＳＩ・・・・・ 入口スリット Ｓ２・・・・・ 出口スリット Ｇ・・・・・・ 反射型回折格子 Ｌ・・・・・・ コリメーターレンズ
Claims (1)
- 入口スリットと出口スリット、反射型分散素子・及びコ
リメーターレンズを有するリトロ−型分光器において、
該コリメーターレンズを少なくとも３個のレンズで構成
するとともに該コリメーターレンズと該入口スリットと
＋７）距１１［Ｉヲｄ。、該コリメーターレンズの任意
のレンズ面で反射される光によって形成される入口スリ
ットの像と該出口スリットとの距離を１１該出ロスリツ
トの面積をＳとするとを満たすごとく構成したことを特
徴とするりドロー型分光器用光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15140381A JPS5854310A (ja) | 1981-09-26 | 1981-09-26 | リトロ−型分光器用光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15140381A JPS5854310A (ja) | 1981-09-26 | 1981-09-26 | リトロ−型分光器用光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5854310A true JPS5854310A (ja) | 1983-03-31 |
Family
ID=15517822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15140381A Pending JPS5854310A (ja) | 1981-09-26 | 1981-09-26 | リトロ−型分光器用光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5854310A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0372226A (ja) * | 1989-08-12 | 1991-03-27 | Res Dev Corp Of Japan | 高感度多波長分光装置 |
| JPH0530910U (ja) * | 1991-07-29 | 1993-04-23 | 日本炭酸瓦斯株式会社 | 小型ガス圧力調整器における安全装置 |
| CN106066307A (zh) * | 2016-01-13 | 2016-11-02 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种紧凑型高分辨率宽视场光谱成像系统 |
-
1981
- 1981-09-26 JP JP15140381A patent/JPS5854310A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0372226A (ja) * | 1989-08-12 | 1991-03-27 | Res Dev Corp Of Japan | 高感度多波長分光装置 |
| JPH0530910U (ja) * | 1991-07-29 | 1993-04-23 | 日本炭酸瓦斯株式会社 | 小型ガス圧力調整器における安全装置 |
| CN106066307A (zh) * | 2016-01-13 | 2016-11-02 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种紧凑型高分辨率宽视场光谱成像系统 |
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