CN110320669A - 分光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够抑制目标波长以外的波长的光出射的分光器。分光器(1)具备框体(2)、衍射光栅(5)及光学滤光器(6)。框体(2)上设有入射部(3)及出射部(4)。光学滤光器(6)在框体(2)内配置在出射部(4)与衍射光栅(5)之间。在光学滤光器(6)的滤光器本体(61)的出射部(4)侧的表面形成有抗反射涂层(62)。因而，经衍射光栅(5)分散并透过光学滤光器(6)的光中，在出射部(4)的背面发生了反射的光不在光学滤光器(6)的背面反射，而是透过光学滤光器(6)而朝向框体的内侧。结果，能够抑制透过光学滤光器(6)且目标波长以外的波长的光从出射部(4)的出射狭缝(41)出射。

Description

分光器
技术领域
本发明涉及一种分光器，此分光器利用衍射光栅(diffraction grating)将所入射的光分散成各波长的光并使光从出射狭缝出射。
背景技术
一直以来，在利用波长可变单色光源的领域中使用分光器。分光器利用衍射光栅使从入射狭缝入射的光分散成各波长的光。而且，使此经分散的光从出射狭缝出射(例如参照下述专利文献1)。
这种分光器中，有时由于光在分光器内散射或因衍射光栅产生高次光等，而导致目标波长以外的波长的光从出射狭缝出射。目标波长以外的波长的光例如若被用于分析装置，则会对分析造成不良影响。从这种方面来看，使用设有用于截止目标波长以外的波长的光(成为噪声源的光)的光学滤光器的分光器。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2013-160701号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
例如，想到如图5所示那样在分光器100的内部设置光学滤光器105。图5所示的示例中，分光器100具备框体101、入射部102、出射部103、衍射光栅104及光学滤光器105。
入射部102及出射部103分别设置在框体101上。在入射部102中形成有入射狭缝，在出射部103中形成有出射狭缝。衍射光栅104及光学滤光器105配置在框体101内。光学滤光器105是以空开间隔而与出射部103相向的方式配置。光学滤光器105是以仅使规定波长范围的光透过的方式构成。
若从配置在分光器100的周边的光源120出射光，则此光经聚光透镜121聚光，穿过入射部102的入射狭缝而朝向框体101内。穿过入射狭缝的光通过衍射光栅104而发生衍射，被分光成各波长的光。接着，经分光的特定波长的光透过光学滤光器105，经由出射部103的出射狭缝而出射到框体101的外部。然后，出射到框体101的外部的光是由检测器122进行检测。此时，朝向出射部103的成为噪声源的光(目标波长以外的波长的光)大部分被光学滤光器105截止。
此分光器100中，与目标波长相比而波长大不相同的光被光学滤光器105截止。另一方面，虽非目标波长但具有接近目标波长的波长的光透过光学滤光器105。对于分光器100来说，有时这种目标波长以外的波长且透过光学滤光器105的光从出射狭缝出射。
具体而言，分光器100中，有时目标波长以外的波长且透过光学滤光器105的光如图5的虚线所示那样，在出射部103的背面(光学滤光器105侧的面)与光学滤光器105的背面(出射部103侧的面)之间反复反射，然后从出射狭缝出射。而且，此光为目标波长以外的波长的光，因而会对此后的分析等造成不良影响。
本发明是鉴于所述实际情况而成，其目的在于提供一种能够抑制目标波长以外的波长的光出射的分光器。
[解决问题的技术手段]
(1)本发明的分光器具备框体、衍射光栅及光学滤光器。所述框体供光入射到内部，并使所述入射的光从出射狭缝出射。所述衍射光栅设置在所述框体内，使入射到所述框体内的光分散成各波长的光。所述光学滤光器设置在所述衍射光栅与所述出射狭缝之间，仅使经选择的波长的光透过并从所述出射狭缝出射。所述光学滤光器中，至少在所述出射狭缝侧的表面形成有抗反射涂层。
根据这种结构，在分光器中，在光学滤光器的出射狭缝侧的表面形成有抗反射涂层。
因而，经衍射光栅分散并透过光学滤光器的光中，在形成有出射狭缝的部分的背面(光学滤光器侧的表面)发生了反射的光不在光学滤光器的背面(出射狭缝侧的表面)反射，而是透过光学滤光器而朝向框体的内侧。
结果，能够抑制以下情况：透过光学滤光器且目标波长以外的波长的光在形成有出射狭缝的部分的背面(光学滤光器侧的表面)、与光学滤光器的背面(出射狭缝侧的表面)之间反复反射，从出射狭缝出射。
因而，分光器中，能够抑制目标波长以外的波长的光出射。
(2)另外，所述分光器可还具备滤光器切换机构。所述滤光器切换机构切换多个所述光学滤光器，使任一个所述光学滤光器配置在所述衍射光栅与所述出射狭缝之间。所述多个光学滤光器中，可分别至少在所述出射狭缝侧的表面形成有抗反射涂层。
根据这种结构，分光器中，将通过滤光器切换机构的切换所选择的光学滤光器配置在衍射光栅与出射狭缝之间。而且，透过所述光学滤光器的光从出射狭缝出射。
因而，能够从多个光学滤光器中选择规定波长范围的光学滤光器并使用。
[发明的效果]
根据本发明，经衍射光栅分散并透过光学滤光器的光中，在出射部的背面发生了反射的光不在光学滤光器的背面反射，而是透过光学滤光器而朝向框体的内侧。结果，能够抑制以下情况：透过光学滤光器且目标波长以外的波长的光在出射部的背面、与光学滤光器的背面之间反复反射，从出射狭缝出射。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的分光器的结构的概略图。
图2是表示图1的分光器的光学滤光器的反射率的曲线图。
图3是表示从分光器出射的光的波长与强度的关系的曲线图，且是将从分光器出射的光的波长设定为420nm时的曲线图。
图4是表示从分光器出射的光的波长与强度的关系的曲线图，且是将从分光器出射的光的波长设定为850nm时的曲线图。
图5是表示具备未形成有抗反射涂层的光学滤光器的分光器的结构的概略图。
[符号的说明]
1：分光器
2：框体
4：出射部
5：衍射光栅
6：光学滤光器
7：滤光器切换机构
41：出射狭缝
61：滤光器本体
62：抗反射涂层
具体实施方式
1.分光器的结构
图1是表示本发明的一实施方式的分光器1的结构的概略图。
分光器1是用于将来自光源8的光分光的单色器(monochromator)，来自光源8的光经聚光透镜9聚光并入射到分光器1内。而且，从分光器1出射的光是利用检测器10进行检测。所述分光器1除了能够适用于分光光度计以外，还能够适用于涂层测厚仪等各种分析装置。
光源8例如是由卤素灯、氙气灯或发光二极管(Light Emitting Diode，LED)等所构成。
聚光透镜9构成用于将光从光源8引导至分光器1的光学系统。
分光器1例如具备框体2、入射部3、出射部4、衍射光栅5、光学滤光器6及滤光器切换机构7。
框体2形成为箱状。在框体2上形成有入射侧开口部21及出射侧开口部22。
入射部3形成为板状。在入射部3中形成有入射狭缝31。入射部3以覆盖入射侧开口部21的方式设置于框体2。
出射部4形成为板状。在出射部4中形成有出射狭缝41。出射部4以覆盖出射侧开口部22的方式设置于框体2上。
衍射光栅5配置在框体2内。衍射光栅5上形成有包含凹面的光栅面51。衍射光栅5固定在未图示的旋转体上，以旋转轴A为中心而可旋转。
分光器1中，在框体2内设有多个光学滤光器6。光学滤光器6是以通过反射或吸收而仅使经选择的波长的光(仅规定波长范围的光)透过的方式构成。各光学滤光器6成为在板状的滤光器本体61的表面形成有用于抗反射的涂层(AR(anti-reflective)涂层)即抗反射涂层62的结构。抗反射涂层62形成于滤光器本体61的其中一侧的面。多个光学滤光器6中，一个光学滤光器6的可透过的波长范围与其他光学滤光器6的可透过的波长范围不同。即，分光器1中设有可透过的波长范围不同的多个光学滤光器6。
光学滤光器6的抗反射涂层62例如是由氟化镁(MgF2)所形成的膜。抗反射涂层62例如是通过蒸镀而形成在滤光器本体61上。
滤光器切换机构7是以切换多个光学滤光器6，将任一个光学滤光器6配置在出射部4(出射狭缝41)与衍射光栅5之间的方式构成。例如，滤光器切换机构7具备未图示的旋转体，各光学滤光器6设置于所述旋转体。而且，通过旋转体旋转而将任一个光学滤光器6配置在出射狭缝41与衍射光栅5之间。此外，滤光器切换机构7只要以选择任一个光学滤光器6并配置在出射狭缝41与衍射光栅5之间的方式构成即可，也可为与所述结构不同的结构。各光学滤光器6是以抗反射涂层62朝向出射狭缝41侧的方式配置。
当使用分光器1时，首先利用滤光器切换机构7将任一个光学滤光器6配置在出射部4(出射狭缝41)与衍射光栅5之间。此时，选择可透过的光的波长范围适当的光学滤光器6并进行配置。而且，光学滤光器6是在出射部4(出射狭缝41)与衍射光栅5之间，配置在出射部4(出射狭缝41)的附近。具体而言，光学滤光器6是以抗反射涂层62与出射部4(出射狭缝41)相向的方式，与出射部4(出射狭缝41)空开间隔而配置。此时，光学滤光器6是以相对于出射部4(出射部4的背面)成平行的方式配置。而且，此时的光学滤光器6与出射部4之间的尺寸L成为入射到衍射光栅5中的光轴上外，从衍射光栅5的分光光与出射光的中间位置到出射狭缝41的距离。例如，在焦点距离120mm的光学系统中，光学滤光器6与出射部4之间的尺寸L为10mm～60mm。
若从光源8出射光，则此光经聚光透镜9聚光，穿过入射部3的入射狭缝31而朝向框体2内。穿过入射狭缝31的光一边扩展一边到达衍射光栅5的光栅面51，通过光栅面51而发生衍射，由此被分光为各波长的光。而且，使衍射光栅5以旋转轴A为中心旋转而配置在规定位置(规定角度的位置)。由此，与衍射光栅5的旋转角度相应的特定波长的光朝向出射部4。
经分光的特定波长的光透过光学滤光器6，经由出射部4的出射狭缝41而出射到框体2的外部。然后，出射到框体2的外部的光是利用检测器10进行检测。此时，朝向出射部4的成为噪声源的光(目标波长以外的波长的光)大部分被光学滤光器6截止。
此时，虽非目标波长但具有接近目标波长的波长的光透过光学滤光器6。接着，此光(目标波长以外的波长且透过光学滤光器6的光)如图1的虚线所示那样，在出射部4的背面(光学滤光器6侧的表面)发生反射后，朝向光学滤光器6。如上文所述那样，在光学滤光器6的滤光器本体61的出射部4侧的面形成有抗反射涂层62。因而，在出射部4的背面(光学滤光器6侧的表面)发生了反射的光不在光学滤光器6的背面(出射部4侧的表面)反射，而是透过光学滤光器6而朝向框体2的内侧。即，目标波长以外的波长且透过光学滤光器6的光在出射部4的背面(光学滤光器6侧的表面)反射一次后，不反复反射而是朝向框体2的内侧。
此外，所谓出射部4的背面，为出射部4与光学滤光器6的相向方向上的出射部4的内侧的表面，所谓光学滤光器6的背面，为出射部4与光学滤光器6的相向方向上的光学滤光器6的内侧的表面。
因而，能够抑制以下情况：目标波长以外的波长的光在出射部4的背面(光学滤光器6侧的表面)、与光学滤光器6的背面(出射部4侧的表面)之间反复反射，从出射狭缝41出射。结果，分光器1中，能够抑制目标波长以外的波长的光出射。
2.光学滤光器的反射率及光的强度分布
图2是表示分光器1的光学滤光器6的反射率的曲线图。图2中，以曲线a来表示设有由氟化镁(MgF2)所形成的抗反射涂层62的部分的滤光器本体61的反射率(光的反射率)，且以曲线b来表示未设置抗反射涂层62的部分的滤光器本体61的反射率(光的反射率)。此外，图2中，纵轴表示光的反射率，横轴表示光的波长。
根据图2，能够确认在整个波长范围内，设有抗反射涂层62的部分的反射率降低。尤其能够确认，在利用氟化镁(MgF2)形成有抗反射涂层62时，在400nm～500nm的波长范围内反射率降低最多。
图3是表示从分光器出射的光的波长与强度的关系的曲线图，且是将从分光器出射的光的波长设定为420nm时的曲线图。图3中，以实线的曲线c来表示分光器1(参照图1)的出射光的强度分布，且以虚线的曲线d来表示分光器100(参照图5)的出射光的强度分布。
图4是表示从分光器出射的光的波长与强度的关系的曲线图，且是将从分光器出射的光的波长设定为850nm时的曲线图。图4中，以实线的曲线e来表示分光器1(参照图1)的出射光的强度分布，且以虚线的曲线f来表示分光器100(参照图5)的出射光的强度分布。
即，以曲线c、曲线e来表示在分光器内的光学滤光器上设有抗反射涂层时的出射光的强度分布，且以曲线d、曲线f来表示未在分光器内的光学滤光器上设置抗反射涂层时的出射光的强度分布。此外，图3及图4中，纵轴表示光的强度，横轴表示光的波长。
根据图3及图4能够确认，在使用分光器1的情况下(曲线c、曲线e)，与使用分光器100的情况(曲线d、曲线f)相比，被设定为出射光的波长(420nm或850nm)以外的波长的光的强度变小。由此得知，若使用分光器1，则能够抑制目标波长以外的波长的光的出射。
3.作用效果
(1)根据本实施方式，如图1所示那样，分光器1具备框体2、衍射光栅5及光学滤光器6。在框体2上设有入射部3及出射部4。光学滤光器6在框体2内配置在出射部4(出射狭缝41)与衍射光栅5之间。在光学滤光器6的滤光器本体61的出射部4(出射狭缝41)侧的表面形成有抗反射涂层62。
因而，经衍射光栅5分散并透过光学滤光器6的光中，在出射部4的背面(光学滤光器6侧的表面)发生了反射的光不在光学滤光器6的背面(出射部4侧的表面)反射，而是透过光学滤光器6而朝向框体的内侧。
结果，能够抑制以下情况：透过光学滤光器6且目标波长以外的波长的光在出射部4的背面(光学滤光器6侧的表面)、与光学滤光器6的背面(出射部4侧的表面)之间反复反射，从出射狭缝41出射。
因而，分光器1中，能够抑制目标波长以外的波长的光出射。
而且，分光器1中，在框体2内设有光学滤光器6。因而，能够实现分光器1的小型化。
(2)而且，根据本实施方式，如图1所示那样，分光器1具备滤光器切换机构7。滤光器切换机构7切换多个光学滤光器6，使任一个光学滤光器6配置在出射部4(出射狭缝41)与衍射光栅5之间。
因而，分光器1中，能够从多个光学滤光器6中选择规定波长范围的光学滤光器6并使用。
4.变形例
以上的实施方式中，说明了将抗反射涂层62仅形成在滤光器本体61的其中一个面。但是，抗反射涂层62也可涂布在滤光器本体61的整个面。若这样设定，则能够容易地在滤光器本体61上形成抗反射涂层62。

Claims (2)

1.一种分光器，其特征在于包括：
框体，供光入射到内部，并使所述入射的光从出射狭缝出射；
衍射光栅，设置在所述框体内，使入射到所述框体内的光分散成各波长的光；以及
光学滤光器，设置在所述衍射光栅与所述出射狭缝之间，仅使经选择的波长的光透过并从所述出射狭缝出射；并且
所述光学滤光器中，至少在所述出射狭缝侧的表面形成有抗反射涂层。
2.根据权利要求1所述的分光器，其特征在于，还包括滤光器切换机构，所述滤光器切换机构切换多个所述光学滤光器，使任一个所述光学滤光器配置在所述衍射光栅与所述出射狭缝之间，
各所述多个光学滤光器中，至少在所述出射狭缝侧的表面形成有所述抗反射涂层。
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