JP2001188023A - 分光装置 - Google Patents
分光装置Info
- Publication number
- JP2001188023A JP2001188023A JP37563199A JP37563199A JP2001188023A JP 2001188023 A JP2001188023 A JP 2001188023A JP 37563199 A JP37563199 A JP 37563199A JP 37563199 A JP37563199 A JP 37563199A JP 2001188023 A JP2001188023 A JP 2001188023A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wavelength
- light receiving
- light
- receiving element
- incident
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型化が可能な分光装置を実現すること。
【解決手段】 測定光を波長分散素子で分散させて受
光素子に入射させることにより波長別に分離された検出
信号を得る分光装置であって、波長分散素子と対向する
位置にミラーを配置し、測定光が波長分散素子を２回通
るようにしたことを特徴とする。
光素子に入射させることにより波長別に分離された検出
信号を得る分光装置であって、波長分散素子と対向する
位置にミラーを配置し、測定光が波長分散素子を２回通
るようにしたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は分光装置に関し、詳
しくは、波長多重光通信（ＷＤＭ）における光信号の監
視や評価測定に有益な分光装置に関するものである。
しくは、波長多重光通信（ＷＤＭ）における光信号の監
視や評価測定に有益な分光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】次世代の情報通信方式として、波長多重
光通信方式が注目されている。このような波長多重光通
信における光信号の監視や評価測定にあたっては、多重
化されている光信号の各波長成分を個別に測定する必要
があり、各種の分光装置が提案されている。
光通信方式が注目されている。このような波長多重光通
信における光信号の監視や評価測定にあたっては、多重
化されている光信号の各波長成分を個別に測定する必要
があり、各種の分光装置が提案されている。
【０００３】図１４は従来のこのような分光装置の一例
を示す基本構成図である。図において、光ファイバ１で
伝送される測定光はコリメーティングレンズ２をで平行
ビームに成形されて波長分散素子として用いる回折格子
（グレーティング）３に入射される。回折格子３で波長
分散された出力光はフォーカシングレンズ４で収束さ
れ、波長の分散方向に複数の受光素子が配列された受光
素子列５に入射される。
を示す基本構成図である。図において、光ファイバ１で
伝送される測定光はコリメーティングレンズ２をで平行
ビームに成形されて波長分散素子として用いる回折格子
（グレーティング）３に入射される。回折格子３で波長
分散された出力光はフォーカシングレンズ４で収束さ
れ、波長の分散方向に複数の受光素子が配列された受光
素子列５に入射される。
【０００４】このような構成によれば、回折格子３を回
転させなくてもよく、高速性、信頼性に優れた分光装置
が実現できる。ここで、回折格子３の光学特性は、以下
の式で示される。
転させなくてもよく、高速性、信頼性に優れた分光装置
が実現できる。ここで、回折格子３の光学特性は、以下
の式で示される。
【０００５】
【数１】
【０００６】このような基本構成に基づいて波長多重光
通信システム用モニタのように狭い波長範囲の分光装置
を設計することにより、フォーカシングレンズ４の焦点
距離に比べて波長分散による光路の広がりが小さいの
で、複数の受光素子が波長の分散方向に沿って１次元に
配列された受光素子列５を用いた場合には素子の位置と
出射角はほぼ比例関係となることは明らかである。
通信システム用モニタのように狭い波長範囲の分光装置
を設計することにより、フォーカシングレンズ４の焦点
距離に比べて波長分散による光路の広がりが小さいの
で、複数の受光素子が波長の分散方向に沿って１次元に
配列された受光素子列５を用いた場合には素子の位置と
出射角はほぼ比例関係となることは明らかである。
【０００７】しかしながら、波長λと出射角θの関係は
式１を微分して得られる次式であらわされ、
式１を微分して得られる次式であらわされ、
【数２】
【０００８】波長λと分散角は出射角θの余弦に依存す
ることがわかる。出射角θは分光装置の仕様の波長範
囲、用いる回折格子３の格子定数ｄ、フォーカシングレ
ンズ４の焦点距離ｆ2等に基づき式１から求めることが
できる。
ることがわかる。出射角θは分光装置の仕様の波長範
囲、用いる回折格子３の格子定数ｄ、フォーカシングレ
ンズ４の焦点距離ｆ2等に基づき式１から求めることが
できる。
【０００９】このような分光装置の波長分解能について
説明する。コリメーティングレンズとして焦点距離f1が
50mmのものを用いるとする。回折格子の使用領域は、シ
ングルモードファイバーの開口数N.A.、コリメーティン
グレンズの焦点距離f1及び入射角iで決まり、この場合
には11.1mmの長軸の楕円となる。格子定数は格子の線幅
であり、1mmあたりの格子本数は1mm/dとなるので格子定
数1.11×10-6では900となる。Reyleigh基準による理論
分解能（λ/Δλ）は総溝本数で求められるので、この
場合は900×11.1で約104であり、λを1.5μmとするとΔ
λとしては0.15nmと求められる。
説明する。コリメーティングレンズとして焦点距離f1が
50mmのものを用いるとする。回折格子の使用領域は、シ
ングルモードファイバーの開口数N.A.、コリメーティン
グレンズの焦点距離f1及び入射角iで決まり、この場合
には11.1mmの長軸の楕円となる。格子定数は格子の線幅
であり、1mmあたりの格子本数は1mm/dとなるので格子定
数1.11×10-6では900となる。Reyleigh基準による理論
分解能（λ/Δλ）は総溝本数で求められるので、この
場合は900×11.1で約104であり、λを1.5μmとするとΔ
λとしては0.15nmと求められる。
【００１０】以上のように、分光装置の波長分解能は回
折格子３の使用されている領域の大きさに依存している
ことがわかる。したがって、図１４の基本構成で波長分
解能を高めるためには、分光装置を大型化しなければな
らないことになる。
折格子３の使用されている領域の大きさに依存している
ことがわかる。したがって、図１４の基本構成で波長分
解能を高めるためには、分光装置を大型化しなければな
らないことになる。
【００１１】他の構成として、図１５に示すように、２
台の単色分光器（モノクロメータ）をカスケードに連結
して回折格子の総溝本数を多くし、波長分解能を高める
とともに本来のスペクトルに重なった迷光のみを更に分
散させて近傍のダイナミックレンジを改善したものも提
案されている。
台の単色分光器（モノクロメータ）をカスケードに連結
して回折格子の総溝本数を多くし、波長分解能を高める
とともに本来のスペクトルに重なった迷光のみを更に分
散させて近傍のダイナミックレンジを改善したものも提
案されている。
【００１２】図において、光ファイバ６で伝送される測
定光は第１のコリメーティングレンズ７で平行ビームに
成形されて第１の回折格子８に入射される。回折格子８
で波長分散された出力光は第１のフォーカシングレンズ
９で収束されてスリット１０に入射される。スリット１
０の出力光は第２のコリメーティングレンズ１１で平行
ビームに成形されて第２の回折格子１２に入射される。
回折格子１２で波長分散された出力光は第２のフォーカ
シングレンズ１３で収束され、スリット１４を通して単
一受光素子１５に入射される。
定光は第１のコリメーティングレンズ７で平行ビームに
成形されて第１の回折格子８に入射される。回折格子８
で波長分散された出力光は第１のフォーカシングレンズ
９で収束されてスリット１０に入射される。スリット１
０の出力光は第２のコリメーティングレンズ１１で平行
ビームに成形されて第２の回折格子１２に入射される。
回折格子１２で波長分散された出力光は第２のフォーカ
シングレンズ１３で収束され、スリット１４を通して単
一受光素子１５に入射される。
【００１３】ここで、２個の回折格子８，１２は、測定
光の波長を走査するために連動して回転駆動される。こ
れにより、分光装置全体の格子の総本数はこれら回折格
子８，１２の格子本数の和になって波長分解能は向上す
る。そして、後段のモノクロメータにより本来のスペク
トルに重なった迷光のみを更に分散させ、本来のスペク
トル近傍のダイナミックレンジの改善を図っている。
光の波長を走査するために連動して回転駆動される。こ
れにより、分光装置全体の格子の総本数はこれら回折格
子８，１２の格子本数の和になって波長分解能は向上す
る。そして、後段のモノクロメータにより本来のスペク
トルに重なった迷光のみを更に分散させ、本来のスペク
トル近傍のダイナミックレンジの改善を図っている。
【００１４】しかし、図１５の構成は、２個の回折格子
８，１２を連動回転させなければならず、構成が複雑に
なり、小型化は難しい。
８，１２を連動回転させなければならず、構成が複雑に
なり、小型化は難しい。
【００１５】次に、分光装置の温度特性について説明す
る。ｎair 空気中で回折格子を用いる時、空気の屈折
率をとするとその出射角の温度
る。ｎair 空気中で回折格子を用いる時、空気の屈折
率をとするとその出射角の温度
【００１６】
【数３】
【００１７】ここで、括弧内の第１項は回折格子の線膨
張係数、第２項は空気屈折率の温度係数である。波長の
温度係数は以下の式で求められる。
張係数、第２項は空気屈折率の温度係数である。波長の
温度係数は以下の式で求められる。
【００１８】
【数４】
【００１９】例えば波長1.55μmのとき、パイレックス
ガラスの回折格子を空気中で用いると、その温度係数は
およそ3.7pm/℃と求められる。
ガラスの回折格子を空気中で用いると、その温度係数は
およそ3.7pm/℃と求められる。
【００２０】このような温度係数は、分光装置を用いる
環境の温度が変化すると、測定光は安定しているにもか
かわらず測定結果は温度に応じて変動することになり、
好ましくない。
環境の温度が変化すると、測定光は安定しているにもか
かわらず測定結果は温度に応じて変動することになり、
好ましくない。
【００２１】ところで、図１６に示すように、回折格子
３の出射光を受光素子列５に集光させる光学系として例
えば凹面鏡１６を用いることが多いが、凹面鏡は比較的
高価であって軽量化が難しいという問題がある。また、
反射させることにより光路が大きく変化するので光学系
の占めるスペースが大きくなり、調整が複雑になるとい
う問題もある。さらには、収差の影響によって受光素子
列５の両端近傍の結像がひずむことがある。
３の出射光を受光素子列５に集光させる光学系として例
えば凹面鏡１６を用いることが多いが、凹面鏡は比較的
高価であって軽量化が難しいという問題がある。また、
反射させることにより光路が大きく変化するので光学系
の占めるスペースが大きくなり、調整が複雑になるとい
う問題もある。さらには、収差の影響によって受光素子
列５の両端近傍の結像がひずむことがある。
【００２２】一方、受光素子の出力電流ＩSに着目する
と、入射光がない状態においても微小な暗電流ＩDが生
じている。暗電流ＩDは、周囲温度により大きく変化
し、若干の経年変化もある。従って、入射光のパワーを
受光素子の出力電流ＩSに基づいて正確に測定するため
には、必要に応じてこの暗電流の大きさＩDを測定し、
出力電流ＩSから暗電流ＩDを減算して入射光のみにより
発生する電流ＩL（＝ＩS−ＩD）を求める必要がある。
と、入射光がない状態においても微小な暗電流ＩDが生
じている。暗電流ＩDは、周囲温度により大きく変化
し、若干の経年変化もある。従って、入射光のパワーを
受光素子の出力電流ＩSに基づいて正確に測定するため
には、必要に応じてこの暗電流の大きさＩDを測定し、
出力電流ＩSから暗電流ＩDを減算して入射光のみにより
発生する電流ＩL（＝ＩS−ＩD）を求める必要がある。
【００２３】また、波長分散素子として用いる回折格子
の出射光は、入射光の波長に応じて回折角度が異なる。
従って、受光素子として波長の分散方向に複数の受光素
子が配列された受光素子列を用いる場合、受光素子列へ
の集光にあたり通常のレンズでは収差などの影響で特に
両端には十分集光できないことが多い。
の出射光は、入射光の波長に応じて回折角度が異なる。
従って、受光素子として波長の分散方向に複数の受光素
子が配列された受光素子列を用いる場合、受光素子列へ
の集光にあたり通常のレンズでは収差などの影響で特に
両端には十分集光できないことが多い。
【００２４】さらに、図１７に示すように、波長分散素
子として入力側スラブ導波路１７と出力側スラブ導波路
１８と測定光を入力側スラブ導波路１７に伝送する入力
側導波路１９と入力側スラブ導波路１７の出力光を出力
側スラブ導波路１８に伝送する導波路列２０と出力側ス
ラブ導波路１８の出力光を外部に伝送する出力側導波路
２１とが共通の基板２２上に一体形成された導波路型回
折格子(AWG;ArrayedWaveguide Grating)を用い、出力
側導波路２１の各ポートに受光素子が対向するように受
光素子列２３を配置した分光装置も提案されている。
子として入力側スラブ導波路１７と出力側スラブ導波路
１８と測定光を入力側スラブ導波路１７に伝送する入力
側導波路１９と入力側スラブ導波路１７の出力光を出力
側スラブ導波路１８に伝送する導波路列２０と出力側ス
ラブ導波路１８の出力光を外部に伝送する出力側導波路
２１とが共通の基板２２上に一体形成された導波路型回
折格子(AWG;ArrayedWaveguide Grating)を用い、出力
側導波路２１の各ポートに受光素子が対向するように受
光素子列２３を配置した分光装置も提案されている。
【００２５】ところが、このような装置では、図１８の
ような測定結果が得られるものの、その測定結果におけ
る測定信号の変動ΔＰが光パワーの変動なのか波長のず
れΔλによるものなのかを識別できない。もちろん波長
の変化も検出できない。
ような測定結果が得られるものの、その測定結果におけ
る測定信号の変動ΔＰが光パワーの変動なのか波長のず
れΔλによるものなのかを識別できない。もちろん波長
の変化も検出できない。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これら測定
光を波長分散素子で分散させて受光素子に入射させるこ
とにより波長別に分離された検出信号を得るように構成
される分光装置の問題点に着目したものであり、その目
的の一つは、小型化が可能な分光装置を実現することに
ある。
光を波長分散素子で分散させて受光素子に入射させるこ
とにより波長別に分離された検出信号を得るように構成
される分光装置の問題点に着目したものであり、その目
的の一つは、小型化が可能な分光装置を実現することに
ある。
【００２７】他の目的は、波長走査にあたって機械的な
可動部が不要で小型化が図れ高信頼性が得られる分光装
置を実現することにある。
可動部が不要で小型化が図れ高信頼性が得られる分光装
置を実現することにある。
【００２８】また他の目的は、受光素子列への集光特性
を改善した分光装置を実現することにある。
を改善した分光装置を実現することにある。
【００２９】また他の目的は、受光素子を用いた場合の
暗電流の影響を補正して高精度の測定が行える分光装置
を実現することにある。
暗電流の影響を補正して高精度の測定が行える分光装置
を実現することにある。
【００３０】また他の目的は、装置全体の温度特性を改
善できる分光装置を実現することにある。
善できる分光装置を実現することにある。
【００３１】さらに他の目的は、装置の主要部分が固体
回路化され各波長毎の測定も行える分光装置を実現する
ことにある。
回路化され各波長毎の測定も行える分光装置を実現する
ことにある。
【００３２】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明の請求項１は、測定光を波長分散素子で分散さ
せて受光素子に入射させることにより波長別に分離され
た検出信号を得る分光装置であって、波長分散素子と対
向する位置にミラーを配置し、測定光が波長分散素子を
２回通るようにしたことを特徴とする。
る本発明の請求項１は、測定光を波長分散素子で分散さ
せて受光素子に入射させることにより波長別に分離され
た検出信号を得る分光装置であって、波長分散素子と対
向する位置にミラーを配置し、測定光が波長分散素子を
２回通るようにしたことを特徴とする。
【００３３】このように測定光が波長分散素子を２回通
ることから波長分散は２倍になって同一の波長分散特性
を得るための回折格子の幅が半分となり、小型の分光装
置が構成できる。
ることから波長分散は２倍になって同一の波長分散特性
を得るための回折格子の幅が半分となり、小型の分光装
置が構成できる。
【００３４】本発明の請求項２は、測定光を波長分散素
子で分散させて受光素子に入射させることにより波長別
に分離された検出信号を得る分光装置であって、波長の
分散方向に複数のマイクロミラーが配列されたデジタル
マイクロミラー素子と２個の波長分散素子を設け、第１
の波長分散素子で分散された測定光をデジタルマイクロ
ミラー素子で反射させて第２の波長分散素子に入射させ
ることを特徴とする。
子で分散させて受光素子に入射させることにより波長別
に分離された検出信号を得る分光装置であって、波長の
分散方向に複数のマイクロミラーが配列されたデジタル
マイクロミラー素子と２個の波長分散素子を設け、第１
の波長分散素子で分散された測定光をデジタルマイクロ
ミラー素子で反射させて第２の波長分散素子に入射させ
ることを特徴とする。
【００３５】これにより、波長走査を固体回路化された
素子で行えるので大掛かりな機構部品を組み合わせた可
動部は不要となり、小型化・高信頼化が実現できる。
素子で行えるので大掛かりな機構部品を組み合わせた可
動部は不要となり、小型化・高信頼化が実現できる。
【００３６】本発明の請求項３は、請求項２記載の分光
装置において、前記受光素子として波長の分散方向に複
数の受光素子が配列された受光素子列を用い、これら受
光素子列とデジタルマイクロミラー素子を同期させて選
択的に駆動することを特徴とする。
装置において、前記受光素子として波長の分散方向に複
数の受光素子が配列された受光素子列を用い、これら受
光素子列とデジタルマイクロミラー素子を同期させて選
択的に駆動することを特徴とする。
【００３７】これにより、実質的に２個の単一波長分光
器（モノクロメータ）を組み合わせたダブルモノクロメ
ータ型の多波長分光器（ポリクロメータ）を実現でき
る。
器（モノクロメータ）を組み合わせたダブルモノクロメ
ータ型の多波長分光器（ポリクロメータ）を実現でき
る。
【００３８】本発明の請求項４は、請求項２記載の分光
装置において、前記受光素子として単一受光素子を用
い、前記デジタルマイクロミラー素子のマイクロミラー
を検出波長に応じて選択的に駆動することを特徴とす
る。
装置において、前記受光素子として単一受光素子を用
い、前記デジタルマイクロミラー素子のマイクロミラー
を検出波長に応じて選択的に駆動することを特徴とす
る。
【００３９】これにより、ダブルパス型の多波長分光器
（ポリクロメータ）を実現できる。
（ポリクロメータ）を実現できる。
【００４０】本発明の請求項５は、測定光を波長分散素
子で分散させて受光素子に入射させることにより波長別
に分離された検出信号を得る分光装置であって、前記受
光素子として波長の分散方向に複数の受光素子が配列さ
れた受光素子列を用い、この受光素子列に集光させる手
段としてｆ−θレンズを用いることを特徴とする。
子で分散させて受光素子に入射させることにより波長別
に分離された検出信号を得る分光装置であって、前記受
光素子として波長の分散方向に複数の受光素子が配列さ
れた受光素子列を用い、この受光素子列に集光させる手
段としてｆ−θレンズを用いることを特徴とする。
【００４１】これにより、波長毎に回折方向が異なる場
合であっても、実質的にそれらの特性を補正して受光素
子列に集光させることができる。
合であっても、実質的にそれらの特性を補正して受光素
子列に集光させることができる。
【００４２】本発明の請求項６は、測定光を波長分散素
子で分散させて受光素子に入射させることにより波長別
に分離された検出信号を得る分光装置であって、前記受
光素子として波長の分散方向に複数の受光素子が配列さ
れた受光素子列を用い、これら受光素子の一部を暗電流
検出用とすることを特徴とする。
子で分散させて受光素子に入射させることにより波長別
に分離された検出信号を得る分光装置であって、前記受
光素子として波長の分散方向に複数の受光素子が配列さ
れた受光素子列を用い、これら受光素子の一部を暗電流
検出用とすることを特徴とする。
【００４３】これにより、通常の測定を中断することな
く任意の時点で暗電流を測定でき、入射光パワーの高精
度測定が実現できる。
く任意の時点で暗電流を測定でき、入射光パワーの高精
度測定が実現できる。
【００４４】本発明の請求項７は、測定光を波長分散素
子で分散させて受光素子に入射させることにより波長別
に分離された検出信号を得る分光装置であって、前記受
光素子に至る光路中に前記波長分散素子の波長温度特性
を補正する屈折率温度特性を有する光学要素を設けたこ
とを特徴とする。
子で分散させて受光素子に入射させることにより波長別
に分離された検出信号を得る分光装置であって、前記受
光素子に至る光路中に前記波長分散素子の波長温度特性
を補正する屈折率温度特性を有する光学要素を設けたこ
とを特徴とする。
【００４５】これにより、分光装置全体の波長温度特性
を実質的にゼロにできる。
を実質的にゼロにできる。
【００４６】本発明の請求項８は、測定光を波長分散素
子で分散させて受光素子に入射させることにより波長別
に分離された検出信号を得る分光装置であって、前記波
長分散素子として入力側スラブと出力側スラブと測定光
を入力側スラブに伝送する入力側導波路と入力側スラブ
の出力光を出力側スラブに伝送する導波路列とが共通の
基板上に一体形成された導波路型回折格子を用い、この
導波路型回折格子の出力側スラブの出力光を、波長の分
散方向に複数の受光素子が配列された受光素子列に直接
入射することを特徴とする。
子で分散させて受光素子に入射させることにより波長別
に分離された検出信号を得る分光装置であって、前記波
長分散素子として入力側スラブと出力側スラブと測定光
を入力側スラブに伝送する入力側導波路と入力側スラブ
の出力光を出力側スラブに伝送する導波路列とが共通の
基板上に一体形成された導波路型回折格子を用い、この
導波路型回折格子の出力側スラブの出力光を、波長の分
散方向に複数の受光素子が配列された受光素子列に直接
入射することを特徴とする。
【００４７】これにより、主要部分が固体回路化されて
ポリクロメータ構成になっているので、波長毎の測定も
行える。
ポリクロメータ構成になっているので、波長毎の測定も
行える。
【００４８】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図１は請求項１の発明の実施の形態
の一例を示す構成図である。図において、入射端（光フ
ァイバ）１０１から出射される測定光はレンズ１０２で
平行ビームに成形されて波長分散素子として用いる回折
格子（グレーティング）１０３に入射される。この回折
格子１０３と対向する位置には、光が回折格子１０３を
２度通るように、具体的には設計された中心波長でレン
ズ１０２の中心を光がほぼ往復するようにしてミラー１
０４が設けられている。ただし、通常は入射端１０１と
結像位置を分離する必要があるので、波長分散方向に直
交する方向で光軸の開きを設けることによって両者を分
離する。側面図にはこの様子を示したが、波長分散を簡
単に示すため上面図では省略した。レンズ１０２をほぼ
往復した光はミラー１０５で反射され、波長の分散方向
に複数の受光素子が配列された受光素子列１０６に入射
される。
の形態を説明する。図１は請求項１の発明の実施の形態
の一例を示す構成図である。図において、入射端（光フ
ァイバ）１０１から出射される測定光はレンズ１０２で
平行ビームに成形されて波長分散素子として用いる回折
格子（グレーティング）１０３に入射される。この回折
格子１０３と対向する位置には、光が回折格子１０３を
２度通るように、具体的には設計された中心波長でレン
ズ１０２の中心を光がほぼ往復するようにしてミラー１
０４が設けられている。ただし、通常は入射端１０１と
結像位置を分離する必要があるので、波長分散方向に直
交する方向で光軸の開きを設けることによって両者を分
離する。側面図にはこの様子を示したが、波長分散を簡
単に示すため上面図では省略した。レンズ１０２をほぼ
往復した光はミラー１０５で反射され、波長の分散方向
に複数の受光素子が配列された受光素子列１０６に入射
される。
【００４９】これにより、光は回折格子１０３を２度通
るので波長分解能は２倍になり、小型化の分光装置が得
られる。
るので波長分解能は２倍になり、小型化の分光装置が得
られる。
【００５０】図２は回折格子１０３とミラー１０４を組
み合わせた波長分散素子の動作を光軸で示す説明図であ
る。回折格子１０３への１度目の入射角をθ1、出射角
をθ2、回折格子１０３への２度目の入射角をθ3、出射
角をθ4、ミラー１０４と回折格子１０３がなす角度を
θ20としている。ミラー１０４の法線は中心波長で光線
に沿っているものとする。２度の回折の関係式を以下に
示す。簡単のため、媒質の屈折率は１としている。
み合わせた波長分散素子の動作を光軸で示す説明図であ
る。回折格子１０３への１度目の入射角をθ1、出射角
をθ2、回折格子１０３への２度目の入射角をθ3、出射
角をθ4、ミラー１０４と回折格子１０３がなす角度を
θ20としている。ミラー１０４の法線は中心波長で光線
に沿っているものとする。２度の回折の関係式を以下に
示す。簡単のため、媒質の屈折率は１としている。
【００５１】
【数５】
【００５２】入射角θ1とθ20は一定であるので、λで
微分すると、次式が得られる。
微分すると、次式が得られる。
【数６】
【００５３】これをｄθ4／ｄλについて整理すると、
中心波長ではcosθ20=cosθ2=cosθ3であるから、
中心波長ではcosθ20=cosθ2=cosθ3であるから、
【００５４】
【数７】
【００５５】これにより、
【数８】 となり、２倍の分散角が得られることがわかる。
【００５６】また、入射ビーム径をW1とするとWg 、W2
は次のように示される。
は次のように示される。
【数９】
【００５７】ここで、ビーム径も一定に保たれているの
で、波長分解能は２倍に向上することになる。
で、波長分解能は２倍に向上することになる。
【００５８】なお、回折格子１０３の回折効率は入射光
の偏光状態により変化する。このような実施の形態例の
構成では光線は２度回折格子１０３を通過するので、図
示しない波長板を回折格子１０３とミラー１０４の間に
挿入してそれぞれの偏光状態を直交するように変化させ
ることで、全体の回折効率の偏光依存性を改善できる。
の偏光状態により変化する。このような実施の形態例の
構成では光線は２度回折格子１０３を通過するので、図
示しない波長板を回折格子１０３とミラー１０４の間に
挿入してそれぞれの偏光状態を直交するように変化させ
ることで、全体の回折効率の偏光依存性を改善できる。
【００５９】図３は請求項１の発明の実施の他の形態例
を示す構成図であって波長分散特性改善のためにプリズ
ムを一体化したものであり、図１と共通する部分には同
一の符号を付けている。プリズム１０７は断面形状が台
形に形成されていて、入射面に隣接する一方の面には回
折格子１０３が密着され、入射面に隣接する他方の面に
は波長板１０８を挟むようにしてミラー１０４が密着さ
れている。
を示す構成図であって波長分散特性改善のためにプリズ
ムを一体化したものであり、図１と共通する部分には同
一の符号を付けている。プリズム１０７は断面形状が台
形に形成されていて、入射面に隣接する一方の面には回
折格子１０３が密着され、入射面に隣接する他方の面に
は波長板１０８を挟むようにしてミラー１０４が密着さ
れている。
【００６０】図４は図３の動作説明図である。プリズム
１０７への入射角をθi、その屈折角をθ0、回折格子１
０３への１度目の入射角をθ1、出射角をθ2、回折格子
１０３への２度目の入射角をθ3、出射角をθ4、プリズ
ム１０７からの出射角をθ5、その屈折角をθ6とし、ミ
ラー１０４と回折格子１０３がなす角度をθ20、プリズ
ム１０７の入射面と回折格子１０３のなす角度をθpと
している。これら２度の回折と２度の屈折の関係式を以
下に示す。
１０７への入射角をθi、その屈折角をθ0、回折格子１
０３への１度目の入射角をθ1、出射角をθ2、回折格子
１０３への２度目の入射角をθ3、出射角をθ4、プリズ
ム１０７からの出射角をθ5、その屈折角をθ6とし、ミ
ラー１０４と回折格子１０３がなす角度をθ20、プリズ
ム１０７の入射面と回折格子１０３のなす角度をθpと
している。これら２度の回折と２度の屈折の関係式を以
下に示す。
【００６１】
【数１０】
【００６２】θi、θpとθ20を一定としてλで微分して
波長分散特性を求める。ｄθ0／ｄλ＝ｄθ1／ｄλ＝０
となるので
波長分散特性を求める。ｄθ0／ｄλ＝ｄθ1／ｄλ＝０
となるので
【００６３】
【数１１】
【００６４】になる。ｄθ6／ｄλについて整理する。
中心波長ではcosθ20=cosθ2=cosθ3であるから、
中心波長ではcosθ20=cosθ2=cosθ3であるから、
【００６５】
【数１２】
【００６６】従って、
【数１３】 になり、波長分散が２倍になることを示している。
【００６７】また、波長分散の平坦化の条件は、ｄ2θ6
／ｄλ2＝０のとき、
／ｄλ2＝０のとき、
【数１４】 である。
【００６８】温度依存性については、基本式をＴで微分
し、ｄθ6／ｄＴについて整理することにより求められ
る。
し、ｄθ6／ｄＴについて整理することにより求められ
る。
【００６９】
【数１５】
【００７０】屈折率ｎについては空気に対するnrと絶対
値のnaとを区別している。nrとnaと空気屈折率nairの関
係は以下のように示される。
値のnaとを区別している。nrとnaと空気屈折率nairの関
係は以下のように示される。
【数１６】 ｄθ6／ｄＴについて整理すると、
【００７１】
【数１７】
【００７２】中心波長ではcosθ20=cosθ2=cosθ3、cos
θ1=cosθ4、cosθ0=cosθ5、cosθ i=cosθ6であるか
ら、
θ1=cosθ4、cosθ0=cosθ5、cosθ i=cosθ6であるか
ら、
【００７３】
【数１８】 となる。
【００７４】図１のようにミラーと回折格子を組み合わ
せて光が回折格子を２度通過するように構成することで
波長分散が２倍になる。これにより、同一の波長分散特
性を得るための回折格子の幅は半分となり、分光装置の
小型化が可能となる。
せて光が回折格子を２度通過するように構成することで
波長分散が２倍になる。これにより、同一の波長分散特
性を得るための回折格子の幅は半分となり、分光装置の
小型化が可能となる。
【００７５】また図３のように回折格子をプリズムに張
り合わせて波長分散特性の平坦化を図る分散素子の場合
も、ミラーを組み合わせることにより光が回折格子を２
度通るように構成することで波長分散が２倍となるの
で、同一の波長分散特性を得るための回折格子の幅が半
分となり、小型の分光装置が構成できる。
り合わせて波長分散特性の平坦化を図る分散素子の場合
も、ミラーを組み合わせることにより光が回折格子を２
度通るように構成することで波長分散が２倍となるの
で、同一の波長分散特性を得るための回折格子の幅が半
分となり、小型の分光装置が構成できる。
【００７６】さらに、ミラーと回折格子の間で適切な偏
光素子により偏光状態を変化させることで、回折効率の
偏光依存性を改善した分光装置が構成できる。
光素子により偏光状態を変化させることで、回折効率の
偏光依存性を改善した分光装置が構成できる。
【００７７】図５は請求項２の発明の実施の形態例を示
す構成図である。入射端１０９から出射される測定光は
レンズ１１０で平行ビームに成形されて第１の波長分散
素子として用いる回折格子１１１に入射される。この回
折格子１１１の出射光はレンズ１１２で集光されてデジ
タルマイクロミラー素子（以下ＤＭＤという）１１３に
入射される。ここで、ＤＭＤ１１３は波長の分散方向に
沿って複数のマイクロミラーがシリコンウェハなどの半
導体基板上にモノリシックに一体配列形成されたもので
あり、各マイクロミラーを任意の角度で選択的に回転駆
動できる。ＤＭＤ１１３の出射光はレンズ１１４で再び
平行ビームに成形されて第２の波長分散素子として用い
る回折格子１１５に入射される。回折格子１１５の出射
光はレンズ１１６で集光されて受光素子１１７に入射さ
れる。
す構成図である。入射端１０９から出射される測定光は
レンズ１１０で平行ビームに成形されて第１の波長分散
素子として用いる回折格子１１１に入射される。この回
折格子１１１の出射光はレンズ１１２で集光されてデジ
タルマイクロミラー素子（以下ＤＭＤという）１１３に
入射される。ここで、ＤＭＤ１１３は波長の分散方向に
沿って複数のマイクロミラーがシリコンウェハなどの半
導体基板上にモノリシックに一体配列形成されたもので
あり、各マイクロミラーを任意の角度で選択的に回転駆
動できる。ＤＭＤ１１３の出射光はレンズ１１４で再び
平行ビームに成形されて第２の波長分散素子として用い
る回折格子１１５に入射される。回折格子１１５の出射
光はレンズ１１６で集光されて受光素子１１７に入射さ
れる。
【００７８】図１２に示した従来のダブルモノクロメー
タと比較すると、従来の装置では中間スリット１０を固
定して２つの分散素子８，１２を連動回転させることで
波長を走査しているのに対し、図５では２つの分散素子
１１１，１１５は固定して中間スリットの代わりに配置
したＤＭＤ１１３を反射型の空間光変調器として動作さ
せ、波長の分散方向に並んだマイクロミラーを順次スキ
ャンして対応する波長のスペクトルを選択し検出するこ
とで波長を走査する。
タと比較すると、従来の装置では中間スリット１０を固
定して２つの分散素子８，１２を連動回転させることで
波長を走査しているのに対し、図５では２つの分散素子
１１１，１１５は固定して中間スリットの代わりに配置
したＤＭＤ１１３を反射型の空間光変調器として動作さ
せ、波長の分散方向に並んだマイクロミラーを順次スキ
ャンして対応する波長のスペクトルを選択し検出するこ
とで波長を走査する。
【００７９】受光素子１１７としては、分光装置の用途
に応じて、波長の分散方向に複数の受光素子が配列され
た受光素子列を用いたり、単一受光素子を用いる。受光
素子列を用いる場合には、ＤＭＤ１１３のスキャンと受
光素子列１１７のスキャンとを同期させる。すなわちＤ
ＭＤ１１３で選択された波長のスペクトルが検出される
ように受光素子列１１７のスキャンを同期させる。単一
受光素子を用いる場合には、選択波長に応じてＤＭＤ１
１３のマイクロミラーの回転角度を制御し、各波長が受
光素子に入射されるようにする。
に応じて、波長の分散方向に複数の受光素子が配列され
た受光素子列を用いたり、単一受光素子を用いる。受光
素子列を用いる場合には、ＤＭＤ１１３のスキャンと受
光素子列１１７のスキャンとを同期させる。すなわちＤ
ＭＤ１１３で選択された波長のスペクトルが検出される
ように受光素子列１１７のスキャンを同期させる。単一
受光素子を用いる場合には、選択波長に応じてＤＭＤ１
１３のマイクロミラーの回転角度を制御し、各波長が受
光素子に入射されるようにする。
【００８０】言い換えれば、図５の実施例は、固定の分
散素子と空間的に移動するスリットで構成したダブルモ
ノクロメータおよびダブルポリクロメータである。
散素子と空間的に移動するスリットで構成したダブルモ
ノクロメータおよびダブルポリクロメータである。
【００８１】図６は請求項２の発明の他の実施の形態例
を示す構成図である。入射端１１８から出射される測定
光はレンズ１１９で平行ビームに成形されて波長分散素
子として用いる回折格子１２０に入射される。この回折
格子１２０の出射光はレンズ１２１で集光されてＤＭＤ
１２２に入射される。ＤＭＤ１２２の出射光は再びレン
ズ１２１で平行ビームに成形されて回折格子１２０に入
射される。回折格子１２０の出射光はレンズ１１９で集
光され、スリット１２３を通って受光素子１２４に入射
される。
を示す構成図である。入射端１１８から出射される測定
光はレンズ１１９で平行ビームに成形されて波長分散素
子として用いる回折格子１２０に入射される。この回折
格子１２０の出射光はレンズ１２１で集光されてＤＭＤ
１２２に入射される。ＤＭＤ１２２の出射光は再びレン
ズ１２１で平行ビームに成形されて回折格子１２０に入
射される。回折格子１２０の出射光はレンズ１１９で集
光され、スリット１２３を通って受光素子１２４に入射
される。
【００８２】図６の実施例では、図５のようにカスケー
ドに接続されるべき第２のモノクロメータを省き、測定
光を第１のモノクロメータに２度通して受光素子に戻す
ことにより同様の効果を得るダブルパス型構成にしたも
のである。ＤＭＤが空間的に移動するスリットとして動
作するのは図５と同じである。
ドに接続されるべき第２のモノクロメータを省き、測定
光を第１のモノクロメータに２度通して受光素子に戻す
ことにより同様の効果を得るダブルパス型構成にしたも
のである。ＤＭＤが空間的に移動するスリットとして動
作するのは図５と同じである。
【００８３】これら図５および図６の構成によれば、ダ
ブルモノクロメータの波長走査をシリコンウエハなどの
半導体基板にモノリシックに一体形成されたＤＭＤで行
うので、従来のような大掛かり機械的可動部は不要とな
り、装置全体の小型化・高信頼化が実現できる。また、
ＤＭＤのスキャンは数ＭＨｚ程度までの高速駆動が可能
なので受光素子列との同期も容易であり、ポリクロメー
タでもカスケードの接続が可能になり、分解能はもちろ
ん測定波長近傍のダイナミックレンジも大幅に改善でき
る。
ブルモノクロメータの波長走査をシリコンウエハなどの
半導体基板にモノリシックに一体形成されたＤＭＤで行
うので、従来のような大掛かり機械的可動部は不要とな
り、装置全体の小型化・高信頼化が実現できる。また、
ＤＭＤのスキャンは数ＭＨｚ程度までの高速駆動が可能
なので受光素子列との同期も容易であり、ポリクロメー
タでもカスケードの接続が可能になり、分解能はもちろ
ん測定波長近傍のダイナミックレンジも大幅に改善でき
る。
【００８４】図７は請求項５の発明の実施の形態例を示
す構成図である。回折格子１２５で入射光の波長に応じ
た方向に回折された出射光は、ｆ−θレンズ１２６によ
り集光されて受光素子列１２７上に結像される。なおｆ
−θレンズ１２６は、受光素子列１２７の両端近傍の結
像もひずまないように設計されたものを用いる。
す構成図である。回折格子１２５で入射光の波長に応じ
た方向に回折された出射光は、ｆ−θレンズ１２６によ
り集光されて受光素子列１２７上に結像される。なおｆ
−θレンズ１２６は、受光素子列１２７の両端近傍の結
像もひずまないように設計されたものを用いる。
【００８５】ｆ−θレンズ１２６を用いることにより、
凹面鏡に比べて比較的安価であり、軽量化が図れる。ま
た、回折光の光路は変更しないので光学系をコンパクト
に構成でき、調整作業を大幅に単純化できる。さらに
は、ｆ−θレンズ１２６の設計により受光素子列１２７
に結像される分散波長の間隔をほぼ等間隔にでき、受光
素子列１２７の出力信号処理を容易化できる。
凹面鏡に比べて比較的安価であり、軽量化が図れる。ま
た、回折光の光路は変更しないので光学系をコンパクト
に構成でき、調整作業を大幅に単純化できる。さらに
は、ｆ−θレンズ１２６の設計により受光素子列１２７
に結像される分散波長の間隔をほぼ等間隔にでき、受光
素子列１２７の出力信号処理を容易化できる。
【００８６】図８および図９は請求項６の暗電流を補償
する発明で用いる受光素子列の具体例図である。受光素
子列は、前述のように波長の分散方向に沿って複数の受
光素子Ｄが配列されているが、それらの一部に受光に使
用しない受光素子Ｄ’を用意し、その暗電流を測定して
他の受光に使用する受光素子Ｄの暗電流の補正演算処理
を行う。図８は配列方向の両端の素子を受光に使用しな
い受光素子Ｄ’とした例を示し、図９は配列方向に沿う
ように受光に使用しない受光素子Ｄ’を別途設けた例を
示している。
する発明で用いる受光素子列の具体例図である。受光素
子列は、前述のように波長の分散方向に沿って複数の受
光素子Ｄが配列されているが、それらの一部に受光に使
用しない受光素子Ｄ’を用意し、その暗電流を測定して
他の受光に使用する受光素子Ｄの暗電流の補正演算処理
を行う。図８は配列方向の両端の素子を受光に使用しな
い受光素子Ｄ’とした例を示し、図９は配列方向に沿う
ように受光に使用しない受光素子Ｄ’を別途設けた例を
示している。
【００８７】なお、これら受光に使用しない受光素子
Ｄ’は、予めマスクなどで覆うことにより遮光してお
く。
Ｄ’は、予めマスクなどで覆うことにより遮光してお
く。
【００８８】受光素子Ｄの暗電流の補正演算処理例につ
いて説明する。 ＜例１＞受光に使用しない受光素子Ｄ’の暗電流が１ｐ
Ａと測定された状態で、受光に使用する受光素子Ｄの出
力電流が２００ｐＡと測定されたとする。この場合の受
光素子Ｄの入射光によって生じた電流ＩＬは、 ＩＬ＝２００−１＝１９９ｐＡ とする。
いて説明する。 ＜例１＞受光に使用しない受光素子Ｄ’の暗電流が１ｐ
Ａと測定された状態で、受光に使用する受光素子Ｄの出
力電流が２００ｐＡと測定されたとする。この場合の受
光素子Ｄの入射光によって生じた電流ＩＬは、 ＩＬ＝２００−１＝１９９ｐＡ とする。
【００８９】＜例２＞受光に使用しない両端の受光素子
Ｄ’の暗電流が１ｐＡ，１．１ｐＡと測定されたとき、
受光に使用する受光素子Ｄの暗電流を平均値の１．０５
ｐＡとする。 ＜例３＞受光に使用しない両端の受光素子Ｄ’の暗電流
が１ｐＡ，１．１ｐＡと測定されたとき、受光に使用す
る受光素子Ｄが例えば９個並んでいる場合にはそれぞれ
の暗電流を１．０１，１．０２，・・・１．０８，１．
０９ｐＡとする。
Ｄ’の暗電流が１ｐＡ，１．１ｐＡと測定されたとき、
受光に使用する受光素子Ｄの暗電流を平均値の１．０５
ｐＡとする。 ＜例３＞受光に使用しない両端の受光素子Ｄ’の暗電流
が１ｐＡ，１．１ｐＡと測定されたとき、受光に使用す
る受光素子Ｄが例えば９個並んでいる場合にはそれぞれ
の暗電流を１．０１，１．０２，・・・１．０８，１．
０９ｐＡとする。
【００９０】＜例４＞受光に使用する受光素子Ｄの暗電
流が予め１．１ｐＡと求められたときに受光に使用しな
い受光素子Ｄ’の暗電流は１ｐＡと測定されていて、そ
の後受光素子Ｄ’の暗電流１．２ｐＡと測定されたとす
ると、受光素子Ｄの暗電流は、 １．１＊（１．２／１．０）＝１．３２ｐＡ とする。
流が予め１．１ｐＡと求められたときに受光に使用しな
い受光素子Ｄ’の暗電流は１ｐＡと測定されていて、そ
の後受光素子Ｄ’の暗電流１．２ｐＡと測定されたとす
ると、受光素子Ｄの暗電流は、 １．１＊（１．２／１．０）＝１．３２ｐＡ とする。
【００９１】これら図８，図９の構成によれば、暗電流
の測定に当たって、受光素子の上面で遮光体を移動させ
たり受光素子に至る光学系の一部で受光素子の入射光を
機械的に遮る必要はなく、受光に使用する受光素子Ｄに
入射される光のパワーを高精度で測定できる。
の測定に当たって、受光素子の上面で遮光体を移動させ
たり受光素子に至る光学系の一部で受光素子の入射光を
機械的に遮る必要はなく、受光に使用する受光素子Ｄに
入射される光のパワーを高精度で測定できる。
【００９２】なお、受光に使用する受光素子は受光素子
列に限るものではなく、受光に使用しない暗電流測定用
の受光素子を有するものであれば、単一波長を複数の受
光素子で検出するように複数の受光素子が２次元的に配
置されたものであってもよいし、単一波長を単一受光素
子で検出するものでもよい。
列に限るものではなく、受光に使用しない暗電流測定用
の受光素子を有するものであれば、単一波長を複数の受
光素子で検出するように複数の受光素子が２次元的に配
置されたものであってもよいし、単一波長を単一受光素
子で検出するものでもよい。
【００９３】図１０は請求項７の発明の実施の形態例を
示す構成図であり、図１４と共通する部分には同一符号
を付けている。図１０と図１４の異なる点は、コリメー
ティングレンズ２と回折格子３との間に、波長温度特性
補償用のプリズムやウェッジなどの光学要素１２８を配
置していることである。
示す構成図であり、図１４と共通する部分には同一符号
を付けている。図１０と図１４の異なる点は、コリメー
ティングレンズ２と回折格子３との間に、波長温度特性
補償用のプリズムやウェッジなどの光学要素１２８を配
置していることである。
【００９４】このような光学要素１２８による波長温度
特性補償動作を図１１のウェッジ板の光屈折図を用いて
説明する。まず、ウェッジ板で屈折する光線に対応する
基本式は次のようになる。
特性補償動作を図１１のウェッジ板の光屈折図を用いて
説明する。まず、ウェッジ板で屈折する光線に対応する
基本式は次のようになる。
【００９５】
【数１９】
【００９６】入射角θ1については一定としてこれを温
度で微分すると以下のようになる。
度で微分すると以下のようになる。
【数２０】
【００９７】これらを整理すると、
【数２１】 となる。
【００９８】θ3＝θ4＝０のとき、
【数２２】 になり、
【００９９】θ1＝θ2＝０のとき、
【数２３】 になる。
【０１００】上式を用いて合成石英とＳｉについて、波
長１．５５μｍで計算すると、図１２のようになる。
長１．５５μｍで計算すると、図１２のようになる。
【０１０１】次に、回折格子３の入射光での補償につい
て説明する。式１と式１９を連立することにより、回折
格子３の入射光に光学要素としてウェッジ板１２８を挿
入したものが表現できる。
て説明する。式１と式１９を連立することにより、回折
格子３の入射光に光学要素としてウェッジ板１２８を挿
入したものが表現できる。
【数２４】
【０１０２】ｉが一定ではなくなったので式３とは異な
り、
り、
【数２５】 になる。
【０１０３】式２１を代入すると、
【数２６】 になり、
【０１０４】θ3＝θ4＝０またはθ1＝θ2＝０のとき、
【数２７】 となる。
【０１０５】温度係数ｄθ／ｄＴ＝０とするためには、
式２６，２７から、
式２６，２７から、
【数２８】 が求められる。
【０１０６】実際のパラメータを用いると式２８の左辺
の値はおよそ３．８×１０-6[[rad/℃]と求められ、図
１２の結果から合成石英ではθpが大きくなることがわ
かる。Ｓｉではθpが２°未満であり、薄いウェッジ板
で実現できることがわかる。
の値はおよそ３．８×１０-6[[rad/℃]と求められ、図
１２の結果から合成石英ではθpが大きくなることがわ
かる。Ｓｉではθpが２°未満であり、薄いウェッジ板
で実現できることがわかる。
【０１０７】なお、図１０では回折格子３の入射側にウ
ェッジを配置して補償しているが、回折格子３の出射側
にウェッジを配置してで補償することも可能であること
は明らかである。
ェッジを配置して補償しているが、回折格子３の出射側
にウェッジを配置してで補償することも可能であること
は明らかである。
【０１０８】図１３は請求項８の発明の実施の形態例を
示す構成図であり、図１７と共通する部分には同一符号
を付けている。図１３と図１７の異なる点は、出力側ス
ラブ導波路１８の出力光を外部に伝送する出力側導波路
を取り除いて出力側スラブ導波路１８の出力光を直接受
光素子列２３の各受光素子に入射させ、ポリクロメータ
を構成していることである。
示す構成図であり、図１７と共通する部分には同一符号
を付けている。図１３と図１７の異なる点は、出力側ス
ラブ導波路１８の出力光を外部に伝送する出力側導波路
を取り除いて出力側スラブ導波路１８の出力光を直接受
光素子列２３の各受光素子に入射させ、ポリクロメータ
を構成していることである。
【０１０９】図１３において、角分散は、
【数２９】
【０１１０】ｍ：回折次数、ｄ：アレイ導波路ピッチ、
ｎs：スラブ導波路実効屈折率、ｎc：アレイ導波路実効
屈折率、ｎg：群屈折率、ΔＬ：アレイ導波路の導波路
長差、λ0：中心波長
ｎs：スラブ導波路実効屈折率、ｎc：アレイ導波路実効
屈折率、ｎg：群屈折率、ΔＬ：アレイ導波路の導波路
長差、λ0：中心波長
【０１１１】従って、線分散すなわち集光位置の波長依
存性は、
存性は、
【数３０】
【０１１２】となる。ただし、ｆは出力側スラブ導波路
１８の焦点距離である。例えば、ｎg＝１．４７５２、
ｎs＝１．４５２９、ｄ＝２５μｍ、ΔＬ＝７７μｍ、
ｆ＝１００ｍｍとすると、ｄｘ／ｄλはほぼ２０１．８
μｍ／ｎｍとなり、０．４ｎｍ間隔の２つのスペクトル
は、受光素子列上では２０１．８＊０．４からほぼ８
０．７μｍで分離されることになる。つまり、２０μｍ
ピッチで受光素子が配列されている受光素子列で受光す
るものとすると、０．４ｎｍ間隔のＷＤＭ信号１波当た
り約４個の受光素子を使用することになり、そのピーク
検出すなわち波長測定も可能になる。
１８の焦点距離である。例えば、ｎg＝１．４７５２、
ｎs＝１．４５２９、ｄ＝２５μｍ、ΔＬ＝７７μｍ、
ｆ＝１００ｍｍとすると、ｄｘ／ｄλはほぼ２０１．８
μｍ／ｎｍとなり、０．４ｎｍ間隔の２つのスペクトル
は、受光素子列上では２０１．８＊０．４からほぼ８
０．７μｍで分離されることになる。つまり、２０μｍ
ピッチで受光素子が配列されている受光素子列で受光す
るものとすると、０．４ｎｍ間隔のＷＤＭ信号１波当た
り約４個の受光素子を使用することになり、そのピーク
検出すなわち波長測定も可能になる。
【０１１３】このとき、空間的なフリースペクトラムレ
ンジＸFSR（同一波長に対しm次と（ｍ＋１）次の回折光
が集光する焦点位置の間隔）は、ＸFSR＝λ0ｆ／ｎsｄ
により求めることができ、ほぼ４．２７ｍｍになる。従
って、分波できる波数は、４．２７ｍｍ／８０．７μｍ
から、ほぼ５２波になる。
ンジＸFSR（同一波長に対しm次と（ｍ＋１）次の回折光
が集光する焦点位置の間隔）は、ＸFSR＝λ0ｆ／ｎsｄ
により求めることができ、ほぼ４．２７ｍｍになる。従
って、分波できる波数は、４．２７ｍｍ／８０．７μｍ
から、ほぼ５２波になる。
【０１１４】このような図１３の構成によれば、主要構
成部品は固体化されているＡＷＧと受光素子列の２個に
なることから小型化が図れ、調整は不要になる。そし
て、ポリクロメータの構成になっているので、波長測定
も行える。
成部品は固体化されているＡＷＧと受光素子列の２個に
なることから小型化が図れ、調整は不要になる。そし
て、ポリクロメータの構成になっているので、波長測定
も行える。
【０１１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、小型化が可能な分光装置を実現できる。
によれば、小型化が可能な分光装置を実現できる。
【０１１６】本発明の請求項２〜４によれば、波長走査
にあたって機械的な可動部が不要で小型化が図れ高信頼
性が得られる分光装置を実現できる。
にあたって機械的な可動部が不要で小型化が図れ高信頼
性が得られる分光装置を実現できる。
【０１１７】本発明の請求項５によれば、受光素子列へ
の集光特性を改善した分光装置を実現できる。
の集光特性を改善した分光装置を実現できる。
【０１１８】本発明の請求項６によれば、受光素子を用
いた場合の暗電流の影響を補正して高精度の測定が行え
る分光装置を実現できる。
いた場合の暗電流の影響を補正して高精度の測定が行え
る分光装置を実現できる。
【０１１９】本発明の請求項７によれば、装置全体の温
度特性を改善できる分光装置を実現できる。
度特性を改善できる分光装置を実現できる。
【０１２０】さらに本発明の請求項８によれば、装置の
主要部分が固体回路化され各波長毎の測定も行える分光
装置が実現できる。
主要部分が固体回路化され各波長毎の測定も行える分光
装置が実現できる。
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す構成図であ
る。
る。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】本発明の実施の形態の他の例を示す構成図であ
る。
る。
【図４】図３の動作説明図である。
【図５】本発明の実施の形態の他の例を示す構成図であ
る。
る。
【図６】本発明の実施の形態の他の例を示す構成図であ
る。
る。
【図７】本発明の実施の形態の他の例を示す構成図であ
る。
る。
【図８】本発明で用いる受光素子列の構成例図である。
【図９】本発明で用いる受光素子列の他の構成例図であ
る。
る。
【図１０】本発明の実施の形態の他の例を示す構成図で
ある。
ある。
【図１１】図１０のウェッジ板の動作説明図である。
【図１２】図１０のウェッジ板の屈折温度特性図であ
る。
る。
【図１３】本発明の実施の形態の他の例を示す構成図で
ある。
ある。
【図１４】従来の分光装置例図である。
【図１５】従来の他の分光装置例図である。
【図１６】従来の他の分光装置例図である。
【図１７】従来の他の分光装置例図である。
【図１８】図１７の装置の測定特性例図である。
１０１，１０９，１１８ 入射端 １０２，１１０，１１２，１１４，１１６，１１９，１
２１ レンズ １０３，１１１，１１５，１２０，１２５ 回折格子
（波長分散素子） １０４ ミラー １０６，１１７，１２４，１２７ 受光素子列 １２２ ＤＭＤ １２３ スリット １２６ ｆ−θレンズ １２８ 光学要素
２１ レンズ １０３，１１１，１１５，１２０，１２５ 回折格子
（波長分散素子） １０４ ミラー １０６，１１７，１２４，１２７ 受光素子列 １２２ ＤＭＤ １２３ スリット １２６ ｆ−θレンズ １２８ 光学要素
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 泰幸 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 皆川 恭之 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 岡田 頼樹 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2G020 AA03 AA04 BA20 CB42 CB43 CC09 CC63 CD06 CD24 CD38 CD41 5K002 BA02 BA05 BA21 DA02 EA05
Claims (8)
- 【請求項１】 測定光を波長分散素子で分散させて受光
素子に入射させることにより波長別に分離された検出信
号を得る分光装置であって、 波長分散素子と対向する位置にミラーを配置し、 測定光が波長分散素子を２回通るようにしたことを特徴
とする分光装置。 - 【請求項２】 測定光を波長分散素子で分散させて受光
素子に入射させることにより波長別に分離された検出信
号を得る分光装置であって、 波長の分散方向に複数のマイクロミラーが配列されたデ
ジタルマイクロミラー素子と２個の波長分散素子を設
け、 第１の波長分散素子で分散された測定光をデジタルマイ
クロミラー素子で反射させて第２の波長分散素子に入射
させることを特徴とする分光装置。 - 【請求項３】 請求項２記載の分光装置において、 前記受光素子として波長の分散方向に複数の受光素子が
配列された受光素子列を用い、 これら受光素子列とデジタルマイクロミラー素子を同期
させて選択的に駆動することを特徴とする分光装置。 - 【請求項４】 請求項２記載の分光装置において、 前記受光素子として単一受光素子を用い、 前記デジタルマイクロミラー素子のマイクロミラーを検
出波長に応じて選択的に駆動することを特徴とする分光
装置。 - 【請求項５】 測定光を波長分散素子で分散させて受光
素子に入射させることにより波長別に分離された検出信
号を得る分光装置であって、 前記受光素子として波長の分散方向に複数の受光素子が
配列された受光素子列を用い、 この受光素子列に集光させる手段としてｆ−θレンズを
用いることを特徴とする分光装置。 - 【請求項６】 測定光を波長分散素子で分散させて受光
素子に入射させることにより波長別に分離された検出信
号を得る分光装置であって、 前記受光素子として波長の分散方向に複数の受光素子が
配列された受光素子列を用い、 これら受光素子の一部を暗電流検出用とすることを特徴
とする分光装置。 - 【請求項７】 測定光を波長分散素子で分散させて受光
素子に入射させることにより波長別に分離された検出信
号を得る分光装置であって、 前記受光素子に至る光路中に前記波長分散素子の波長温
度特性を補正する屈折率温度特性を有する光学要素を設
けたことを特徴とする分光装置。 - 【請求項８】 測定光を波長分散素子で分散させて受光
素子に入射させることにより波長別に分離された検出信
号を得る分光装置であって、 前記波長分散素子として入力側スラブと出力側スラブと
測定光を入力側スラブに伝送する入力側導波路と入力側
スラブの出力光を出力側スラブに伝送する導波路列とが
共通の基板上に一体形成された導波路型回折格子を用
い、 この導波路型回折格子の出力側スラブの出力光を、波長
の分散方向に複数の受光素子が配列された受光素子列に
直接入射することを特徴とする分光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37563199A JP3692523B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 分光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37563199A JP3692523B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 分光装置 |
Related Child Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004315876A Division JP2005062201A (ja) | 2004-10-29 | 2004-10-29 | 分光装置 |
| JP2004315875A Division JP2005031099A (ja) | 2004-10-29 | 2004-10-29 | 分光装置 |
| JP2004315877A Division JP2005062202A (ja) | 2004-10-29 | 2004-10-29 | 分光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001188023A true JP2001188023A (ja) | 2001-07-10 |
| JP3692523B2 JP3692523B2 (ja) | 2005-09-07 |
Family
ID=18505818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP37563199A Expired - Fee Related JP3692523B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 分光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3692523B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002073171A1 (en) * | 2001-03-14 | 2002-09-19 | Biacore Ab | Apparatus and method for total internal reflection spectroscopy |
| WO2003062776A1 (fr) * | 2002-01-24 | 2003-07-31 | Nikon Corporation | Spectroscope |
| WO2003098332A1 (fr) * | 2002-05-15 | 2003-11-27 | Citizen Watch Co., Ltd. | Egaliseur de gain dynamique |
| US6775003B2 (en) | 2001-03-14 | 2004-08-10 | Biacore Ab | Apparatus and method for total internal reflection spectroscopy |
| JP2008203508A (ja) * | 2007-02-20 | 2008-09-04 | Sun Tec Kk | 光可変フィルタ |
| JP2010156680A (ja) * | 2008-12-02 | 2010-07-15 | Olympus Corp | 温度補償されている分光器及び光学機器 |
| KR101924540B1 (ko) * | 2016-12-19 | 2018-12-03 | 한국 천문 연구원 | 비축 반사광학계 주경 및 부경 정렬 시스템 및 방법 |
-
1999
- 1999-12-28 JP JP37563199A patent/JP3692523B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002073171A1 (en) * | 2001-03-14 | 2002-09-19 | Biacore Ab | Apparatus and method for total internal reflection spectroscopy |
| US6775003B2 (en) | 2001-03-14 | 2004-08-10 | Biacore Ab | Apparatus and method for total internal reflection spectroscopy |
| US7012694B2 (en) | 2001-03-14 | 2006-03-14 | Biacore Ab | Apparatus and method for total internal reflection spectroscopy |
| WO2003062776A1 (fr) * | 2002-01-24 | 2003-07-31 | Nikon Corporation | Spectroscope |
| US7173695B2 (en) | 2002-01-24 | 2007-02-06 | Nikon Corporation | Spectroscope with thermal compensation mechanism |
| CN100425958C (zh) * | 2002-01-24 | 2008-10-15 | 株式会社尼康 | 分光镜 |
| WO2003098332A1 (fr) * | 2002-05-15 | 2003-11-27 | Citizen Watch Co., Ltd. | Egaliseur de gain dynamique |
| US7253873B2 (en) | 2002-05-15 | 2007-08-07 | Citizen Watch Co., Ltd. | Dynamic gain equalizer |
| JP2008203508A (ja) * | 2007-02-20 | 2008-09-04 | Sun Tec Kk | 光可変フィルタ |
| JP2010156680A (ja) * | 2008-12-02 | 2010-07-15 | Olympus Corp | 温度補償されている分光器及び光学機器 |
| KR101924540B1 (ko) * | 2016-12-19 | 2018-12-03 | 한국 천문 연구원 | 비축 반사광학계 주경 및 부경 정렬 시스템 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3692523B2 (ja) | 2005-09-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2791038B2 (ja) | 分光器及びそれを用いた投影露光装置並びに投影露光方法 | |
| US7852475B2 (en) | Scanning spectrometer with multiple photodetectors | |
| US7295330B2 (en) | Film mapping system | |
| EP2136191B1 (en) | Slab waveguide spatial heterodyne spectrometer assembly | |
| US6785002B2 (en) | Variable filter-based optical spectrometer | |
| US7554667B1 (en) | Method and apparatus for characterizing hyperspectral instruments | |
| US20050105090A1 (en) | Focused beam spectroscopic ellipsometry method and system | |
| WO1999056096A9 (en) | Corrected concentric spectrometer | |
| CN107949776B (zh) | 静态式傅立叶变换光谱仪 | |
| US10732040B2 (en) | Monolithically configured spectroscopic instrument | |
| US7535647B1 (en) | Beam splitters for, for instance, high efficiency spectral imagers | |
| JP2001188023A (ja) | 分光装置 | |
| JP2009121986A (ja) | 分光装置 | |
| JP4340833B2 (ja) | 偏光解消板及び偏光解消板を用いた光学装置 | |
| JPH11183249A (ja) | 分光器 | |
| JP2005062202A (ja) | 分光装置 | |
| JP3125688B2 (ja) | 回折格子分光計 | |
| JP2001091357A (ja) | 多重光スペクトルの同時分析方法 | |
| US7839504B1 (en) | Multiple order common path spectrometer | |
| JP2002267532A (ja) | 分光装置 | |
| JP2005031099A (ja) | 分光装置 | |
| KR101054017B1 (ko) | 분광기의 보정방법 | |
| JP2005062201A (ja) | 分光装置 | |
| GB2317446A (en) | Fourier transform spectrometer | |
| Iye et al. | Subaru instrumentation plan and optical instruments |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040816 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040831 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041029 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041202 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050131 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050302 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050415 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050530 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050612 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090701 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100701 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110701 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110701 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120701 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130701 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140701 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |