JP2001264169A - 分光装置 - Google Patents
分光装置Info
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Abstract
入射光のスペクトル測定を行うことができる分光装置を
提供する。 【解決手段】 スリット11を通過した単色光線を平行
光線にするコリメータレンズ12と、この平行光線を所
定の方向に回折するエシェルグレーティング13と、エ
シェルグレーティング13から出射する平行光線をエシ
ェルグレーティング13に向けて全反射して、エシェル
グレーティング13との間で2往復させるミラー14と
を具備し、エシェルグレーティング13との間を2往復
した平行光線をコリメータレンズ12を介してラインセ
ンサ15のチャンネル上に結像するように構成されてい
る。
Description
る光に含まれる特定の波長成分のスペクトルを測定する
ために用いられる分光装置に関し、高い分解能と大きな
信号雑音比(S/N)で入射光のスペクトル測定を行う
ことができる分光装置に関する。
波長成分のスペクトルを測定するために用いられる光学
機器として、日本国特許出願公開公報(特開)平11−
132848号に開示された分光装置が知られている。
図16は、この分光装置の概略構成を示す側面図であ
る。
は、スリット101、コリメータレンズ102、ビーム
スプリッタ103、グレーティング104、ミラー10
5、拡大レンズ106、ラインセンサ107を備えてい
る。
供給される光線がスリット101を通過した後に、コリ
メータレンズ102により平行光線とされる。この平行
光線は、ビームスプリッタ103に至ると、コリメータ
レンズ102に向かう反射光線とグレーティング104
に向かう透過光線とに分けられる。この透過光線はグレ
ーティング104に入射し、その一部が1回目の回折光
線(シングルパス)としてビームスプリッタ103に向
けて回折される。
ッタ103によりコリメータレンズ102の光軸から微
小角度ずれた方向に向けて反射される。一方、残り全部
は、ビームスプリッタ103を透過した後にコリメータ
レンズ102、ミラー105、拡大レンズ106を経
て、そのスペクトルをラインセンサ107の所定範囲の
チャンネル上に結像する。
ングルパスは、再びグレーティング104に入射し、そ
の一部が2回目の回折光線(ダブルパス)としてグレー
ティング104からビームスプリッタ103に向けて回
折される。
プリッタ103によりコリメータレンズ102の光軸か
ら微小角度ずれた方向に反射される一方、残り全部がビ
ームスプリッタ103を透過した後にコリメータレンズ
102、ミラー105、拡大レンズ106を経て、その
スペクトルをラインセンサ107の所定範囲のチャンネ
ル上(シングルパスが結像した範囲のチャンネルと一致
しない)に結像する。
報に開示された分光装置においては、ビームスプリッタ
103の透過時やビームスプリッタ103からの反射
時、グレーティング104からの回折時に、光線の強度
が低下する。
ムスプリッタ103の反射効率が30%であり、グレー
ティング104の回折効率が50%である場合、光線の
強度は、ビームスプリッタ103の透過時には30%低
下し、ビームスプリッタ103からの反射時には70%
低下し、グレーティング104からの回折時には50%
低下する。このため、コリメータレンズ102からビー
ムスプリッタ103に入射される平行光線の強度をI0
と表わすとき、ビームスプリッタ103を通過したシン
グルパスやダブルパスの各強度IS、IDは、以下の値と
なる。 IS=0.7×0.5×0.7×I0=0.245I0…(1) ID=0.7×0.5×0.3×0.5×0.7×I0 =0.03675I0…(2) 尚、図17においては、光線が2往復する間の光路が幾
分ずれて描かれている。
示すように、ビームスプリッタ103を通過したダブル
パスは、ビームスプリッタ103を通過したシングルパ
スの強度の約15%程度の強度しか有していない。従っ
て、上記公報に開示された分光装置においては、特定の
波長成分から成る平行光線がビームスプリッタ103と
グレーティング104との間を2往復する間に強度を著
しく低下させてしまうので、高い分解能であっても信号
雑音比(S/N)の小さいダブルパスしか得ることがで
きなかった。上記事情に鑑みて、本発明は、高い分解能
と大きな信号雑音比で入射光のスペクトル測定を行うこ
とができる分光装置を提供することを目的とする。
め、本発明の第1の観点による分光装置は、光源から供
給される光に含まれる特定の波長成分のスペクトルを測
定するために用いられる分光装置であって、光を平行光
線にするコリメート手段と、平行光線に含まれる特定の
波長成分を所定の方向に回折する回折手段と、回折手段
から出射された特定の波長成分から成る平行光線を回折
手段に向けて全反射して、回折手段との間で所定の回数
往復させる全反射手段とを具備しており、回折手段と全
反射手段との間を所定の回数往復した平行光線をコリメ
ート手段を介して光度検出手段に結像するように構成さ
れている。
ズを含み、回折手段と反射手段との間を2往復して得ら
れる平行光線(ダブルパス)又は3往復して得られる平
行光線(トリプルパス)を光度検出手段に結像するよう
に構成されていることが好ましい。
は、光源から供給される光に含まれる特定の波長成分の
スペクトルを測定するために用いられる分光装置であっ
て、光を平行光線にするコリメート手段と、平行光線に
含まれる特定の波長成分を所定の方向に回折する回折手
段と、回折手段から出射された特定の波長成分から成る
平行光線を回折手段に向けて全反射して、回折手段との
間で所定の回数往復させる全反射手段と、回折手段と全
反射手段との間を所定の回数往復した平行光線を光度検
出手段に結像する結像手段とを具備する。
面鏡を含み、回折手段と反射手段との間を2往復して得
られる平行光線(ダブルパス)又は3往復して得られる
平行光線(トリプルパス)を光度検出手段に結像するよ
うに構成されていることが好ましい。以上において、回
折手段は、エシェルグレーティングであることが好まし
い。
特定の波長成分から成る平行光線が回折手段と全反射手
段との間を往復する間に、回折手段における回折時にの
み光線の強度が低下する。このため、光度検出手段に結
像されるダブルパスやトリプルパスの各強度は、コリメ
ート手段から回折手段に入射される平行光線の強度に比
べて、回折手段による2回若しくは3回の回折によるエ
ネルギー損失分のみ低いだけである。従って、ダブルパ
スやトリプルパス等の高い分解能を有する光線を大きな
信号雑音比(S/N)で取り出してスペクトル測定を行
うことができる。
発明の実施形態について説明する。先ず、図1乃至図6
を参照しつつ本発明の第1の実施形態について説明す
る。この分光装置10は、図1に示すように、光源17
から光ファイバー18を介して供給される単色光線のス
ペクトルを測定するために用いられる光学機器であり、
スリット11と、コリメータレンズ12と、エシェルグ
レーティング13と、ミラー14と、ラインセンサ15
とを備えている。
ー18を介して供給される単色光線の回折格子への入射
角度を設定するための光学素子である。このスリット1
1を通過した単色光線は、コリメータレンズ12に入射
する。
するための光学素子の一種である。このコリメータレン
ズ12により、スリット11を通過した単色光線が平行
光線とされる。コリメータレンズ12から出射された平
行光線は、エシェルグレーティング13に入射する。
大きい回折光線を得るのに適した分散光学素子の一種で
あり、その上面には、x軸方向に延びる多数の溝線16
が刻まれている。このエシェルグレーティング13は、
コリメータレンズ12から入射される平行光線の一部を
1回目の回折光線(シングルパス)としてミラー14に
向けて回折すると共に、ミラー14から入射される平行
光線の一部を2回目の回折光線(ダブルパス)としてラ
インセンサ15に向けて回折するように配置されてい
る。
は、コリメータレンズ12やミラー14から入射する各
平行光線の光路がy軸方向(溝線16から垂直に延びる
破線方向)から微小角度ずれるように配置されている。
即ち、シングルパス及びダブルパスの各回折角が一致す
るように、エシェルグレーティング13の配置が決めら
れている。
過したシングルパスが焦点を結像する位置に配置されて
いる。従って、ミラー14としてサイズの小さなものを
利用することができる。このミラー14により、シング
ルパスがエシェルグレーティング13に向けて全反射さ
れ、再びコリメータレンズ12により平行光線とされた
後にエシェルグレーティング13に入射する。
ンサやダイオードアレイ等を用いて構成される光学素子
である。詳細には、このラインセンサ15は、1次元的
に配列された複数のチャンネルを備えており、各チャン
ネルは受光した光の強度に応じた応答を出力するように
なっている。尚、チャンネルを2次元的に配列し、各列
において複数行のチャンネル出力を足し合わせても良
い。
2を通過したダブルパスが焦点を結像する位置に配置さ
れている。このため、ラインセンサ15の各チャンネル
からの出力応答に基づいて、光源19から供給される単
色光線のスペクトルを得ることができる。
かり易く示すように、スリット11やミラー14、ライ
ンセンサ15の各配置位置が装置の側面方向に向けて一
列に並ぶようになっている。このため、図3に示すよう
に、装置の側面側から見ると、スリット11、ミラー1
4、ラインセンサ15が互いに重なり合うこととなる。
置10により実現されるシングルパス及びダブルパスに
ついて説明する。尚、図4においては、スリット11及
びラインセンサ15が省略されていると共に、光線が2
往復する間の光路が幾分ずれて描かれている。また、本
実施形態においては、以下の説明において、エシェルグ
レーティング13の回折効率が50%であるとする。
ティング13からの回折時にのみ、光線の強度が低下す
る。即ち、図4に示すように、光線の強度は、エシェル
グレーティング13からの回折時には50%低下する一
方、ミラー14からの反射時には保たれる。このため、
コリメータレンズ12からエシェルグレーティング13
に入射される平行光線の強度をi0と表わすとき、コリ
メータレンズ12を通過したシングルパスやダブルパス
の各強度iS、iDは、以下の値となる。 iS=0.5×i0=0.5i0…(3) iD=0.5×1.0×0.5×i0=0.25i0…(4)
(4)から、コリメータレンズ12を通過したダブルパ
スは、コリメータレンズ12を通過したシングルパスの
強度の50%もの強度を有している。このため、コリメ
ータレンズ12からエシェルグレーティング13に入射
される平行光線は、エシェルグレーティング13とミラ
ー14との間を2往復する間に強度をあまり低下するこ
となく、ラインセンサ15のチャンネル上に結像する。
従って、高い分解能を有するダブルパスを大きな信号雑
音比(S/N)で得ることができ、スペクトルの測定に
利用することができる。
14等の各配置位置を適当に調整することにより、図6
に示すように、コリメータレンズ12からエシェルグレ
ーティング13に入射される平行光線をエシェルグレー
ティング13とミラー14との間で3往復させることも
可能である。この場合には、エシェルグレーティング1
3から3回目に出射される回折光線(トリプルパス)を
十分な強度で得ることができ、ダブルパスよりも高い分
解能と大きい信号雑音比(S/N)とを有するトリプル
パスをスペクトルの測定に利用することができる。
実施形態について説明する。尚、第1の実施形態と共通
する要素に同じ符号を付すことにより、本実施形態以降
では共通要素の説明を省略する。図7に示すように、本
実施形態の分光装置20は、図1に示した分光装置10
の構成において、ミラー14をコリメータレンズ12に
関してエシェルグレーティング13側に配置変更した構
成となっている。
ラー14をコリメータレンズ12に関してエシェルグレ
ーティング13側に配置している点である。このため、
1回目の回折光線(シングルパス)がミラー14により
直ちにエシェルグレーティング13に向けて全反射され
る。従って、本実施形態により第1の実施形態と同様の
効果を得ることができると共に、ミラーに入射する光は
平行光であるため、ミラー14の光軸方向の位置アライ
メントは不要となる。
の第3の実施形態について説明する。図8に最も分かり
易く示すように、本実施形態の分光装置30は、図1に
示した分光装置10の構成において、装置の上方から見
てミラー14がスリット11やラインセンサ15の各々
の一部と重なり合うように配置された構成となってい
る。
9に最も分かり易く示すように、ミラー14がスリット
11やラインセンサ15の上方に位置するように立体的
に配置されている点であリ、ミラー14から反射される
1回目の回折光線(シングルパス)がエシェルグレーテ
ィング13からの入射時よりも斜め上方向へ出射され
る。このため、装置の側面方向に対してミラー14の配
置に要するスペースが節約される。従って、本実施形態
により第1の実施形態と同様の効果を得ることができる
と共に、装置のコンパクト化を図ることができる。
発明の第4の実施形態について説明する。図10に示す
ように、本実施形態の分光装置40は、図1に示した分
光装置10の構成において、ミラー14の配置位置をレ
ンズ12とグレーティング13との間から外した追加し
た構成となっている。
タレンズ12から入射する平行光線をミラー14に向け
て回折すると共に、ミラー14から入射する平行光線を
ミラー41に向けて回折するように配置調整されてい
る。即ち、本実施形態においては、1回目の回折光線
(シングルパス)及び2回目の回折光線(ダブルパス)
の各回折次数が異なるように、エシェルグレーティング
13の配置が調整されている。
3から入射するシングルパスをエシェルグレーティング
13に向けて全反射するように配置調整されている。こ
のミラー14により、シングルパスが強度を保たれつつ
エシェルグレーティング13に向けて全反射される。ミ
ラー41は、エシェルグレーティング13から入射する
ダブルパスをラインセンサ15に向けて全反射するよう
に配置されている。
2の実施形態に比べ、レンズ12でコリメートされた光
がミラー14で妨げられないように配置されている点で
ある。従って、本実施形態により第1の実施形態と同様
の効果を得ることができると共に、第2の実施形態より
も光の利用効率が高い。
14等の各配置位置を適当に調整することにより、図1
1に示すように、コリメータレンズ12からエシェルグ
レーティング13に入射される平行光線をエシェルグレ
ーティング13とミラー14との間で2往復させた後
に、ラインセンサ15に向けて回折することも可能であ
る。この場合には、エシェルグレーティング13から3
回目に出射される回折光線(トリプルパス)を十分な強
度で得ることができ、ダブルパスよりも高い分解能と大
きい信号雑音比(S/N)とを有するトリプルパスをス
ペクトルの測定に利用することができる。
発明の第5の実施形態について説明する。図12に示す
ように、本実施形態の分光装置50は、図1に示した分
光装置10の構成において、コリメータレンズ12を削
除する代わりに凹面鏡51、52を追加した構成となっ
ている。
色光線をエシェルグレーティング13に向けて反射する
ように配置されている。この凹面鏡51により、スリッ
ト11を通過した単色光線が平行光線とされ、強度を保
たれつつエシェルグレーティング13に向けて全反射さ
れる。
1から全反射された平行光線をミラー14に向けて回折
すると共に、ミラー14から全反射された平行光線を凹
面鏡52に向けて回折するように配置調整されている。
即ち、本実施形態においては、1回目の回折光線(シン
グルパス)がエシェルグレーティング13からミラー1
4に向けて出射されると共に、2回目の回折光線(ダブ
ルパス)がエシェルグレーティング13から凹面鏡52
に向けて出射されるように、エシェルグレーティング1
3の配置が調整されている。
3から入射されるシングルパスをエシェルグレーティン
グ13に向けて全反射するように配置調整されている。
このミラー14により、シングルパスが強度を保たれつ
つエシェルグレーティング13に向けて全反射される。
3から入射されるダブルパスをラインセンサ15に向け
て全反射するように配置されている。このミラー41に
より、ダブルパスが強度を保たれつつラインセンサ15
に向けて全反射され、ラインセンサ15の所定範囲のチ
ャンネル上に結像される。
リメータレンズの代わりに凹面鏡51、52を利用して
いる点である。これらの凹面鏡51、52は共に、コリ
メータレンズと異なり色収差がないという特性を有して
いる。従って、本実施形態により第1の実施形態と同様
の効果を得ることができると共に、凹面鏡51、52が
互いの収差をキャンセルし合い第1の実施形態よりも高
い分解能と、異なる波長に対応できる多様性とを実現す
ることができる。
14等の各配置位置を適当に調整することにより、図1
3に示すように、凹面鏡51からエシェルグレーティン
グ13に入射される平行光線をエシェルグレーティング
13とミラー14との間で2往復させることも可能であ
る。即ち、光源から供給される単色光線は、凹面鏡51
からエシェルグレーティング13に入射する際に1回目
の回折を受け、エシェルグレーティング13とミラー1
4との間を2往復する間に2回目及び3回目の回折を受
ける。この場合には、エシェルグレーティング13から
3回目に出射される回折光線(トリプルパス)を十分な
強度で得ることができ、ダブルパスよりも高い分解能と
大きい信号雑音比(S/N)とを有するトリプルパスを
スペクトルの測定に利用することができる。
発明の第6の実施形態について説明する。図14に示す
ように、本実施形態の分光装置60は、図1に示した分
光装置10の構成において、エシェルグレーティング1
6を削除する代わりにプリズム61とミラー62を追加
した構成となっている。尚、図14においては、スリッ
ト11及びラインセンサ15が省略されている。
ら入射される平行光線を面61A及び面61Bにより屈
折することにより、ミラー62に向けて伝播するように
配置されている。一方、ミラー62は、プリズム61か
ら入射される平行光線をその光路に向けて反射するよう
に配置されている。
レンズ12から出射された平行光線は、プリズム61を
介してミラー62とミラー14との間を2往復し、ダブ
ルパスとしてコリメータレンズ12に向けて出射され
る。
リズム61及びミラー62がエシェルグレーティングの
代用品の役目を果たしている点であり、プリズムは、グ
レーティングよりも光量損失が小さい。従って、本実施
形態により、高い分解能を有する光線を第1の実施形態
よりも大きい信号雑音比(S/N)で実現しスペクトル
の測定に利用することができる。
サ15が省略されている)に示すように、プリズム61
の面61Bに反射膜63(ミラー62と同じ役目を果た
す)を貼り付け、プリズム61の内部を伝播中の屈折光
線が常に反射膜63に対して垂直に入射するように装置
を構成することにより、本実施形態と同様の効果を得る
ことができる。
ダブルパスやトリプルパス等の高い分解能を有する光線
を大きな信号雑音比(S/N)で取り出してスペクトル
測定を行うことができる。
ス用)の概略構成を示す平面図である。
ダブルパスを得るまでに光線強度が低下していく過程を
説明する図である。
スやダブルパスの各スペクトルを示す図である。
パス用)の概略構成を示す平面図である。
ス用)の概略構成を示す平面図である。
ス用)の概略構成を示す平面図である。
パス用)の概略構成を示す平面図である。
ルパス用)の概略構成を示す平面図である。
パス用)の概略構成を示す平面図である。
ルパス用)の概略構成を示す平面図である。
パス用)の概略構成を示す平面図である。
パス用)の概略構成を示す平面図である。
を示す側面図である。
スやダブルパスを得るまでに光線強度が低下していく過
程を説明する図である。
ルパスやダブルパスの各スペクトルを示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 光源から供給される光に含まれる特定の
波長成分のスペクトルを測定するために用いられる分光
装置であって、 前記光を平行光線にするコリメート手段と、 前記平行光線に含まれる特定の波長成分を所定の方向に
回折する回折手段と、前記回折手段から出射された前記
特定の波長成分から成る平行光線を前記回折手段に向け
て全反射して、前記回折手段との間で所定の回数往復さ
せる全反射手段と、を具備しており、前記回折手段と前
記全反射手段との間を所定の回数往復した平行光線を前
記コリメート手段を介して光度検出手段に結像するよう
に構成したことを特徴とする分光装置。 - 【請求項2】 前記コリメート手段がコリメータレンズ
を含んでおり、前記回折手段と前記反射手段との間を2
往復して得られる平行光線(ダブルパス)又は3往復し
て得られる平行光線(トリプルパス)を前記光度検出手
段に結像するように構成したことを特徴とする請求項1
記載の分光装置。 - 【請求項3】 光源から供給される光に含まれる特定の
波長成分のスペクトルを測定するために用いられる分光
装置であって、 前記光を平行光線にするコリメート手段と、 前記平行光線に含まれる特定の波長成分を所定の方向に
回折する回折手段と、 前記回折手段から出射された前記特定の波長成分から成
る平行光線を前記回折手段に向けて全反射して、前記回
折手段との間で所定の回数往復させる全反射手段と、 前記回折手段と前記全反射手段との間を所定の回数往復
した平行光線を光度検出手段に結像する結像手段と、を
具備することを特徴とする分光装置。 - 【請求項4】 前記コリメート手段又は前記結像手段が
凹面鏡を含んでおり、前記回折手段と前記反射手段との
間を2往復して得られる平行光線(ダブルパス)又は3
往復して得られる平行光線(トリプルパス)を前記光度
検出手段に結像するように構成したことを特徴とする請
求項3記載の分光装置。 - 【請求項5】 前記回折手段がエシェルグレーティング
であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記
載の分光装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000074153A JP2001264169A (ja) | 2000-03-16 | 2000-03-16 | 分光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP2000074153A JP2001264169A (ja) | 2000-03-16 | 2000-03-16 | 分光装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001264169A true JP2001264169A (ja) | 2001-09-26 |
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---|---|---|---|
JP2000074153A Pending JP2001264169A (ja) | 2000-03-16 | 2000-03-16 | 分光装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2001264169A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011128108A (ja) * | 2009-12-21 | 2011-06-30 | Olympus Corp | 分光器、及び、それを備えた光学装置 |
WO2014159544A1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-10-02 | Thermo Scientific Portable Analytical Instruments Inc. | High resolution mems-based hadamard spectroscopy |
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-
2000
- 2000-03-16 JP JP2000074153A patent/JP2001264169A/ja active Pending
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