JP2001264170A

JP2001264170A - 分光装置

Info

Publication number: JP2001264170A
Application number: JP2000074154A
Authority: JP
Inventors: Toru Suzuki; 徹鈴木; Osamu Wakabayashi; 理若林
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2001-09-26
Also published as: US6573989B2; US20010024275A1

Abstract

(57)【要約】【課題】光源から供給される光のスペクトルを測定
し、ファイン及びコースのスペクトル情報を簡単に取り
出すことができる分光装置を提供すること。【解決手段】分光装置は、ホログラフィックグレーテ
ィング１４と、エシェルグレーティング１５と、回転ス
テージ１６と、ラインセンサ１８とを備えている。シン
グルパスを検出する際には、制御処理部２２が回転ステ
ージ１６を制御して、エシェルグレーティング１５をリ
トロ配置から所定の角度δ₁だけ回転させる。一方、ダ
ブルパスを検出する際には、制御処理部２２が回転ステ
ージ１６を制御して、エシェルグレーティング１５をリ
トロ配置から所定の角度δ₂だけ回転した位置に戻す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源から供給され
る光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、特に、特定の波長成分のスペクトルからファイ
ンの情報（ピーク近傍の比較的狭い範囲のスペクトル成
分の情報）を高い精度で取り出すことができると共に、
同じ波長成分のスペクトルからコースの情報（ピーク周
辺の比較的広い範囲のスペクトル成分の情報で、特に裾
部分の情報が重要）も取り出すことができる分光装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】光源から供給される光のスペクトルを測
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１０は、この分光装置の
概略構成を示す側面図である。

【０００３】図１０に示す分光装置は、スリット１０
０、コリメータレンズ１０１、ビームスプリッタ１０
２、グレーティング１０３、ミラー１０４、拡大レンズ
１０５、ラインセンサ１０６を備えている。

【０００４】この分光装置においては、光源から供給さ
れる光線がスリット１００を通過した後に、コリメータ
レンズ１０１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１０２において、コリメータレン
ズ１０１に向かう反射光線とグレーティング１０３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１０３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１０２に向け
て回折される。

【０００５】このシングルパスの一部は、ビームスプリ
ッタ１０２により、コリメータレンズ１０１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１０２を透過する。

【０００６】ビームスプリッタ１０２から反射されたシ
ングルパスは、再びグレーティング１０３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１０３からビームスプリッタ１０２に向けて回
折される。このダブルパスは、グレーティング１０３に
おける回折回数がシングルパスよりも１回多いため、分
散値（ラインセンサ１０６のチャンネル間隔に相当する
波長）が小さい。従って、ダブルパスは高い分解能を実
現する。

【０００７】そして、このダブルパスの一部がビームス
プリッタ１０２によりコリメータレンズ１０１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１０２を透過する。

【０００８】ところで、光源としてエキシマレーザ源を
利用する場合には、エキシマレーザ源の性能等によって
は、スペクトルのピークから遠い裾部分に不要成分が現
れて、光学系の色収差によりボケが生じてしまうことが
ある。このため、光源のスペクトル測定においては、ピ
ーク近傍の測定（ファイン）を高分解能で行うと共に、
裾部分の測定（コース）も行う必要がある。

【０００９】図１０に示すような従来の分光装置におい
て、ラインセンサ１０６は、通常、シングルパスとダブ
ルパスの一方のみ検出できるようになっている。図１０
においては、ラインセンサ１０６がシングルパスを検出
する場合を示している。

【００１０】そのため、予め分解能の異なる分光装置を
２個用意しておき、シングルパス用の分光装置（分解能
が低い）を用いてスペクトル測定を行い、エキシマレー
ザのスペクトルにおけるコースの情報を取り出してい
た。さらに、分光装置をシングルパス用からダブルパス
用（分解能が高い）に交換してスペクトル測定を行い、
エキシマレーザのスペクトルにおけるファインの情報を
取り出していた。そして、得られたファイン及びコース
の情報を適当な処理の下で合成することにより、エキシ
マレーザの合成スペクトルを作成していた。

【００１１】他の方法としては、溝線の異なるグレーテ
ィングを予め２個用意しておき、シングルパス用のグレ
ーティングを装置本体に取り付けてスペクトル測定を行
い、エキシマレーザのスペクトルにおけるコースの情報
を取り出していた。さらに、グレーティングをシングル
パス用からダブルパス用（溝線の本数がシングルパス用
と異なる）に交換してスペクトル測定を行い、エキシマ
レーザのスペクトルにおけるファインの情報を取り出し
ていた。そして、得られたファイン及びコースの情報を
適当な処理の下で合成することにより、エキシマレーザ
の合成スペクトルを作成していた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１１−１３２８４８号に示すような分光装置において
は、エキシマレーザのスペクトルにおけるファインとコ
ースの情報を得る場合、以下に示す課題が生じてしま
う。（ａ）シングルパス用とダブルパス用の２個の分光装置
又はグレーティグを準備しておく必要があるために、経
済的負担が大きくなってしまう。（ｂ）分光装置又はグレーティングをシングルパス用か
らダブルパス用に交換するために、スペクトル測定作業
に煩わしい手間を要してしまう。

【００１３】そこで、ラインセンサの長手方向のサイズ
を大きくして、シングルパスとダブルパスをラインセン
サのチャンネル（シングルパスとダブルパスとで異な
る）上に結像させる方法が考えられる。しかしながら、
この方法においては、シングルパス又はダブルパスの一
方がラインセンサの端部位のチャンネル上に結像してし
まい、像のズレを伴った精度の悪い検出結果が得られて
しまう。

【００１４】また、グレーティングを回転可能な配置と
し、グレーティングを適当に回転させてシングルパスや
ダブルパスをラインセンサのチャンネル上に結像させる
方法も考えられる。即ち、グレーティング１０３を入射
角と出射角が等しく成るリトロ配置から所定の微小角度
だけ回転させることにより、シングルパスをラインセン
サのチャンネル上に結像させる。次に、グレーティング
１０３をリトロ配置から所定の微小角度（シングルパス
検出時と異なる）だけ回転させることにより、ダブルパ
スをラインセンサのチャンネル上に結像させる。

【００１５】しかしながら、この方法においては、装置
の大型化を伴うことなくより高い分解能を実現すること
が事実上困難であるという問題を有している。即ち、こ
の方法を採用した分光装置（以下、図１０を参照しつつ
説明する）の分解能は、ラインセンサにおける分散値が
小さくなるに伴い向上する性質を有する。この分散値
は、次式により定義される。ｄｉｓｐ＝ｓｗ／（ｆ・ａｎｇＤｉｓｐ）…（１）ここで、ｄｉｓｐ：分散値ｓｗ（＝ｓｗｄ／ｍａｇ）：ラインセンサの１倍換算サ
イズｓｗｄ：ラインセンサのサイズｍａｇ：拡大レンズの拡大率ｆ：コリメータレンズの焦点距離ａｎｇＤｉｓｐ：角分散値を表わしている。

【００１６】さらに、数式（１）における角分散値は次
式により与えられる。ａｎｇＤｉｓｐ１＝ｍ／（ｄ・ｃｏｓβ）…（２）ａｎｇＤｉｓｐ２＝２ｍ／（ｄ・ｃｏｓβ）…（３）ここで、ａｎｇＤｉｓｐ１：シングルパスの角分散値ａｎｇＤｉｓｐ２：ダブルパスの角分散値ｍ：回折次数ｄ：グレーティングの溝線の間隔 β：グレーティングからの出射角を表わしている。

【００１７】特開平１１−１３２８４８号にはグレーテ
ィング１０３の具体例が記載されていないが、図１０に
示すような大きい回折角を得るのに適したグレーティン
グとしては、エシェルグレーティングが一般的に利用さ
れる。このエシェルグレーティングは、通常、入射角と
出射角が規定のブレーズ角にほぼ等しくなる配置時に、
その回折効率が大きくなるよう製作される。このため、
大きな角分散値を得るためには、ブレーズ角を大きく規
定する必要がある。

【００１８】しかしながら、現時点における技術レベル
では、約８０゜のブレーズ角を有するエシェルグレーテ
ィングが今までに製作された限界であり、約８０゜以上
のブレーズ角を有するエシェルグレーティングは、事実
上製作することが困難である。

【００１９】従って、数式（１）〜（３）から分かるよ
うに、グレーティング１０３としてエシェルグレーティ
ングを利用する際には、シングルパスやダブルパスの角
分散値角分散値を変更して、図１０に示す分解装置の分
解能を高めることは期待できない。

【００２０】一方、数式（１）から分かるように、コリ
メータレンズ１０１の焦点距離を長くして、図１０に示
す分解装置の分解能を高めることも可能である。しかし
ながら、この場合には、少なくとも、スリット１００か
らコリメータレンズ１０１に至る空間を広げる必要があ
るため、図１０に示す分光装置の分解能を高くすること
ができる代わりに、装置の大型化を伴ってしまう。

【００２１】上記課題を解決するために、本発明は、経
済的負担や煩わしい手間を必要とせずに、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からフ
ァインの情報（ピーク近傍の情報）を高い精度で得るこ
とができると共に、スペクトルにおけるコースの情報
（ピーク周辺の裾部分の情報）も得ることができる分光
装置を提供することを目的とする。また、本発明は、装
置の大型化を伴うことなくより高い分解能を実現できる
分光装置を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
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、光源から供給される光を平行光線にす
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第１の回折手段と、少なくと
も第１の位置と第２の位置との間で移動可能な第２の回
折手段であって、第１の回折手段から出射される平行光
線を第１の回折手段に向けて回折して、第１の回折手段
との間でＫ回（Ｋは自然数）往復させる第２の回折手段
と、往復後に第１の回折手段から出射される平行光線を
検出する検出手段と、少なくとも第１の位置と第２の位
置との内の一方から他方へ第２の回折手段を移動させる
ことにより、Ｋの値を変化させる制御手段とを具備す
る。

【００２３】上記構成において、第１の位置は、第１の
回折手段と第２の回折手段との間を例えば１回往復した
平行光線が検出手段に結像するように決められる一方、
第２の位置は、第１の回折手段と第２の回折手段との間
を例えば２回往復した平行光線が検出手段に結像するよ
うに決められる。第１の回折手段と第２の回折手段との
間を１回往復した平行光線はスペクトルのコースの情報
を得るのに利用される一方、２回往復した平行光線はス
ペクトルのファインの情報を得るのに利用される。

【００２４】ここで、第２の回折手段は、第３の位置へ
も移動可能とし、制御手段は、第２の回折手段を第３の
位置へ移動させることにより、第１の回折手段から出射
される平行光線を第１の回折手段と第２の回折手段との
間でＮ回（ＮはＫよりも大きい自然数）往復させるよう
にしても良い。これにより、光源から供給される光線の
スペクトルにおけるピーク近傍の情報をより高い精度で
得ることができる。

【００２５】また、本発明の第２の観点による分光装置
は、光源から供給される光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、光源から供給される光
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第１の回折手
段と、第１の回折手段から出射される平行光線を第１の
回折手段に向けて回折して、第１の回折手段との間で往
復させる第２の回折手段と、第１の回折手段と第２の回
折手段との間をＬ回（Ｌは自然数）往復した後に第１の
回折手段から出射される平行光線を検出する第１の検出
手段と、第１の回折手段と第２の回折手段との間をＭ回
（ＭはＬよりも大きい自然数）往復した平行光線を検出
する第２の検出手段とを具備する。

【００２６】上記構成において、第１の回折手段と第２
の回折手段との間をＬ回往復した平行光線はスペクトル
のコースの情報を得るのに利用される一方、Ｍ回往復し
た平行光線はスペクトルのファインの情報を得るのに利
用される。

【００２７】ここで、第１の回折手段と第２の回折手段
との間をＮ回（ＮはＭよりも大きい自然数）往復した平
行光線を検出する第３の検出手段をさらに具備しても良
い。これにより、光源から供給される光線のスペクトル
におけるピーク近傍の情報をより高い精度で得ることが
できる。

【００２８】以上において、第１の回折手段はホログラ
フィックグレーティングを含み、第２の回折手段はエシ
ェルグレーティングを含むことが望ましい。

【００２９】本発明によれば、経済的負担や煩わしい手
間を必要とせずに、光源から供給される光線の特定の波
長成分のスペクトルにおけるファインの情報を高い精度
で得ることができると共に、同じ波長成分のスペクトル
におけるコースの情報も得ることができる。

【００３０】また、従来は、光源から供給される光線の
特定の波長成分から成る平行光線が１つの回折手段から
回折された後に検出手段に結像するのに対し、本発明に
よれば、光源から供給される光線の特定の波長成分から
成る平行光線が、第１の回折手段及び第２の回折手段の
各々から回折された後に検出手段に結像する。

【００３１】このため、本発明によれば、光源から供給
される光線の特定の波長成分から成る平行光線を回折す
る回数を常に従来よりも多く設定して、大きな角分散値
を得ることができる。即ち、コリメート手段の焦点距離
を長くすることなく分散値を小さくすることができる。
従って、装置の大型化を伴うことなくより高い分解能を
実現することができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ、本
発明の実施形態について説明する。先ず、図１乃至図８
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。図１に示す分光装置は、光源１９から放射されるエ
キシマレーザ（例えば、波長λ＝２３８．３ｎｍ）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、
光学系として、スリット１０と、ミラー１１、１２と、
コリメータレンズ１３と、ホログラフィックグレーティ
ング１４と、エシェルグレーティング１５と、回転ステ
ージ１６と、拡大レンズ１７と、ラインセンサ１８とを
備えている。

【００３３】スリット１０は、光源１９から光ファイバ
ー２０を介して供給されるエキシマレーザを所定の角度
で通過させる。このスリット１０を通過したエキシマレ
ーザは、ミラー１１、１２を経てコリメータレンズ１３
に入射する。ミラー１２のサイズは、ミラー１１のサイ
ズよりも大きくなるように決められる。

【００３４】コリメータレンズ１３は、光線をコリメー
トする光学素子の一種である。このコリメータレンズ１
３により、ミラー１１、１２を経てきたエキシマレーザ
が平行光線とされる。コリメータレンズ１３から出射さ
れる平行光線は、ホログラフィックグレーティング１４
に所定の入射角α₁（図２参照）で入射する。尚、以
下、ホログラフィックグレーティング１４における入射
角及び出射角は、平行光線が入射される角度方向を正に
採ることとする。

【００３５】ホログラフィックグレーティング１４は、
低い回折次数の回折光線を得るのに適した分散光学素子
の一種であり、その一面１４ａには、紙面を貫くように
延びる多数の溝線が刻まれている。このホログラフィッ
クグレーティング１４は、コリメータレンズ１３から入
射される平行光線をエシェルグレーディング１５に向け
て所定の回折次数（例えば、回折次数ｍ₁＝１）で回折
するように配置されている。

【００３６】詳細には、ホログラフィックグレーティン
グ１４は、入射角α₁で入射される平行光線を出射角β₁
＝０°（図２参照）で回折するように配置されている。
このホログラフィックグレーティング１４により、回折
前後において平行光線の光線幅を拡大することができ
る。このようなホログラフィックグレーティング１４に
おける回折式は、ｍ１・λ＝ｄ₁（ｓｉｎα₁＋ｓｉｎβ₁（＝０））…（４）で与えられる。ここで、ｄ₁：ホログラフィックグレーティングの溝線の間隔 λ：入射される平行光線（エキシマレーザ）の波長を表している。

【００３７】エシェルグレーティング１５は、回折角の
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、その一面１５ａには、紙面を貫くように延びる多
数の溝線（ホログラフィックグレーティング１４の溝線
の本数よりも少ない）が刻まれている。このエシェルグ
レーティング１５は、回転ステージ１６上に設置されて
いる。このため、装置の上方から見ると、ホログラフィ
ックグレーティング１４とエシェルグレーティング１５
の各溝線が空間的に平行に向き合っている。

【００３８】このようなエシェルグレーティング１５に
おける回折式は、ｍ₂・λ＝ｄ₂（ｓｉｎα₂＋ｓｉｎβ₂）…（５）で与えられる。ここで、ｄ₂：エシェルグレーティングの溝線の間隔 α₂：エシェルグレーティングにおける入射角 β₂：エシェルグレーティングにおける出射角を表している。尚、以下、エシェルグレーティング１５
における入射角及び出射角は、平行光線が入射される角
度方向を正に採ることとする。

【００３９】回転ステージ１６は、ステージコントロー
ラ２１を介して制御処理部２２（例えば、パーソナルコ
ンピュータ等の機器）と電気的に接続されていると共
に、アナログ情報をデジタル情報に変換するＡ／Ｄ変換
部２３を介してラインセンサ１８とも電気的に接続され
ている。制御処理部２２の動作内容の詳細については、
後述する。

【００４０】ラインセンサ１８は、１次元のイメージセ
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。このラインセンサ１８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。このため、各チャンネルからの出力応答に基づい
て、エキシマレーザのスペクトルの情報を得ることがで
きる。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。

【００４１】次に、図２乃至図６を参照しつつ、ライン
センサ１８がシングルパスやダブルパスを検出するのに
適するエシェルグレーティング１５の配置について説明
する。図２は、エシェルグレーティング１５をリトロ配
置（入射角＝出射角＝φとなる配置）にした場合を示し
ている。この場合には、ホログラフィックグレーティン
グ１４から出射角０°で出射された平行光線が、エシェ
ルグレーティング１５に入射角φで入射して出射角φで
回折される。

【００４２】このため、エシェルグレーティング１５か
ら出射角φで出射された平行光線は、その一部がホログ
ラフィックグレーティング１４から出射角α₁で回折さ
れシングルパスとなる一方、他の一部がホログラフィッ
クグレーティング１４から出射角０°で正反射される。
従って、シングルパスがラインセンサ１８（図１参照）
に達することはなく、光源１９が供給するエキシマレー
ザのスペクトルの情報を得ることはできない。

【００４３】図３は、エシェルグレーティング１５をリ
トロ配置から反時計回りに微小な角度δだけ回転させて
配置した場合を示している。この場合には、ホログラフ
ィックグレーティング１４から出射角０°で出射された
平行光線が、エシェルグレーティング１５に入射角（φ
＋δ）で入射して出射角（φ−δ）で回折される。尚、
図３乃至図６においては、微小な角度δが幾分大きく表
わされている。

【００４４】図４に示すように、エシェルグレーティン
グ１５から出射角（φ−δ）で出射された平行光線は、
ホログラフィックグレーティング１４に入射角２δで入
射する。このため、この入射により得られた平行光線の
一部がホログラフィックグレーティング１４から出射角
（α₁−２δ／ｃｏｓα₁）、即ち、リトロ配置時よりも
（２δ／ｃｏｓα₁）だけ小さい角度で回折されシング
ルパスとなる一方、他の一部がホログラフィックグレー
ティング１４から出射角（−２δ）で正反射される。

【００４５】尚、図５に示すように、ホログラフィック
グレーティング１４から出射角（−２δ）で出射された
平行光線は、エシェルグレーティング１５に入射角（φ
＋３δ）で入射して出射角（φ−３δ）で回折される。

【００４６】図６に示すように、エシェルグレーティン
グ１５から出射角（φ−３δ）で出射された平行光線
は、ホログラフィックグレーティング１４に入射角４δ
で入射する。このため、この入射により得られた平行光
線の一部がホログラフィックグレーティング１４から出
射角（α₁−４δ／ｃｏｓα₁）で回折されダブルパスと
なる一方、他の一部がホログラフィックグレーティング
１４から出射角（−４δ）で正反射される。

【００４７】従って、ラインセンサ１８に至る光路とコ
リメータレンズ１３の光軸とが角度θを為すとすると、
エシェルグレーティング１５をリトロ配置から反時計回
りに角度δ＝（θ／２）・ｃｏｓα₁だけ回転させるこ
とにより、シングルパスをラインセンサ１８の中央部位
のチャンネル上に到達させることができる。また、エシ
ェルグレーティング１５をリトロ配置から反時計回りに
角度δ＝（θ／４）・ｃｏｓα₁だけ回転させることに
より、ダブルパスをラインセンサ１８中央部位のチャン
ネル上に到達させることができる。

【００４８】次に、図７及び図８を参照しつつ、制御処
理部２２の動作内容ついて詳述する。シングルパスは、
結像波長域がダブルパスよりも広い。このため、シング
ルパスは、エキシマレーザのスペクトルにおけるコース
の情報（ピーク周辺の裾部分の情報）を取り出すのに適
している。一方、ダブルパスは、後述するように、分解
能がシングルパスよりも高い。このため、ダブルパス
は、エキシマレーザのスペクトルにおけるファインの情
報（ピーク近傍の情報）を取り出すのに適している。

【００４９】そこで、本実施形態においては、図７に示
すように、ステップＳ１において、制御処理部２２がス
テージコントローラ２１を介して所定の制御信号を回転
ステージ１６に供給することにより、回転ステージ１６
がエシェルグレーティング１５をリトロ配置から微小な
角度δ₁（＝（θ／２）・ｃｏｓα₁）だけ回転させる。
このステップＳ１を行うことにより、シングルパスがラ
インセンサ１８の中央部位のチャンネル上に結像するこ
とができるようになる。

【００５０】そして、ステップＳ２において、ラインセ
ンサ１８がシングルパスを検出することにより、図８
（Ａ）に示すようなスペクトル情報がＡ／Ｄ変換部２３
を介して制御処理部２２に供給され記憶される。

【００５１】次に、ステップＳ３において、制御処理部
２２がステージコントローラ２１を介して所定の制御信
号（シングルパス検出時と異なる）を回転ステージ１６
に供給することにより、回転ステージ１６がエシェルグ
レーティング１５をリトロ配置から微小な角度δ₂（＝
（θ／４）・ｃｏｓα₁）だけ回転した位置まで戻す。
このステップＳ２を行うことにより、ダブルパスがライ
ンセンサ１８の中央部位のチャンネル上に結像すること
ができるようになる。

【００５２】そして、ステップＳ４において、ラインセ
ンサ１８がダブルパスを検出することにより、図８
（Ｂ）に示すようなスペクトル情報がＡ／Ｄ変換部２３
を介して制御処理部２２に供給され記憶される。

【００５３】次に、ステップＳ５において、制御処理部
２２が、図８（Ａ）に示すスペクトルの所定の波長域
（λ（ｃ１）〜λ（ｆ１）、λ（ｆ２）〜λ（ｃ２））
をコースの情報として取り出す。即ち、図８（Ａ）に示
すスペクトルからコースの情報として取り出される波長
域は、図８（Ａ）に示すスペクトルの全波長域から図８
（Ｂ）に示すスペクトルの全波長域（λ（ｆ１）〜λ
（ｆ２））を取り除いた範囲である。尚、波長域（λ
（ｃ１）〜λ（ｃ２））の幅は、例えば１００ｐｍと
し、波長域（λ（ｆ１）〜λ（ｆ２））の幅は、例えば
５０ｐｍとする。

【００５４】さらに、ステップＳ６において、制御処理
部２２が、図８（Ｂ）に示すスペクトルの全波長域（λ
（ｆ１）〜λ（ｆ２））をファイン情報として取り出し
た後に、図８（Ｂ）のスペクトルのピークＩｆ（ｍａ
ｘ）を図８（Ａ）に示すスペクトルのピークＩｃ（ｍａ
ｘ）に規格化する。

【００５５】そして、ステップＳ７において、制御処理
部２２が、図８（Ａ）に示すスペクトルから取り出され
たコース情報と、図８（Ｂ）に示すスペクトルから取り
出され規格化されたファイン情報とを結合することによ
り、図８（Ｃ）に示すようなエキシマレーザの合成スペ
クトルが作成される。この後、ステップＳ８において、
図８（Ｃ）に示す合成スペクトルに基づきエキシマレー
ザのスペクトル特性を評価する。

【００５６】次に、図１に示す分光装置により得られる
分散値の具体的な数値について、従来の分光装置（図１
０参照）により得られる分散値の具体的な数値と比較し
て説明する。ここで、図１に示す分光装置における諸数
値を以下のように設定する。エキシマレーザの波長：λ＝２４８．３ｎｍコリメータレンズの焦点距離：ｆ＝１５００ｍｍホログラフィックグレーティング溝間隔：ｄ₁＝１／３６００ｍｍ回折次数：ｍ₁＝１入射角：α₁＝６３．４° 出射角：β₁＝０° エシェルグレーティング溝間隔：ｄ₂＝１／９４．１３ｍｍ回折次数：ｍ₂＝８４入射角：α₂＝７９．０° 出射角：β₂＝７９．０° ラインセンサのサイズ：ｓｗｄ＝２４μｍ拡大レンズの拡大率：ｍａｇ＝５

【００５７】図１に示す角度θは、角度α₁、β₁に比べ
て無視できる値である。このため、数式（４）、（５）
を考慮することにより、シングルパスを検出した場合の
角分散値を求める式は、以下の諸数式で与えられる。ａｎｇＤｉｓｐ１＝Ｘ₁＋Ｘ₂＋Ｘ₃…（６）Ｘ₁＝ｍ₁／（ｄ₁・ｃｏｓα₁）…（７）Ｘ₂＝（ｍ₂・ｃｏｓβ₁）／（ｄ₂・ｃｏｓα₁・ｃｏｓβ₂）…（８）Ｘ₃＝（ｍ₁・ｃｏｓβ₁・ｃｏｓα₂）／（ｄ₁・ｃｏｓβ₁・ｃｏｓβ₂・ｃｏｓα₁）…（９）

【００５８】また、同様に数式（４）、（５）を考慮す
ることにより、ダブルパスを検出した場合の角分散値を
求める式は、以下の諸数式で与えられる。ａｎｇＤｉｓｐ２＝Ｙ₁＋Ｙ₂＋Ｙ₃…（１０）Ｙ₁＝ｍ₁／（ｄ₁・ｃｏｓα₁）…（１１）Ｙ₂＝（２ｍ₂・ｃｏｓβ₁）／（ｄ₂・ｃｏｓα₁・ｃｏｓβ₂）…（１２）Ｙ₃＝（ｍ₁・ｃｏｓβ₁・ｃｏｓα₂）／（ｄ₁・ｃｏｓβ₁・ｃｏｓβ₂・ｃｏｓα₁）…（１３）

【００５９】従って、数式（１）及び数式（６）〜
（９）により、本実施形態においては、シングルパスの
分散値ｄｉｓｐ１が以下の値として与えられる。ｄｉｓｐ１＝０．０２９ｐｍ／ｃｈ…（１４）

【００６０】また、数式（１）及び数式（１０）〜（１
３）により、本実施形態においては、ダブルパスの分散
値ｄｉｓｐ２が以下の値として与えられる。ｄｉｓｐ２＝０．０１６ｐｍ／ｃｈ…（１５）

【００６１】一方、従来の分光装置における諸数値を以
下のように設定する。エキシマレーザの波長：λ＝２４８．３ｎｍコリメータレンズの焦点距離：ｆ＝１５００ｍｍグレーティング溝間隔：ｄ＝１／３６００ｍｍ回折次数：ｍ＝８４入射角：α＝７９．０° 出射角：β＝７９．０° ラインセンサのサイズ：ｓｗｄ＝２４μｍ拡大レンズの拡大率：ｍａｇ＝５

【００６２】このため、数式（１）〜（３）により、従
来の分光装置においては、シングルパス及びダブルパス
の各分散値ｄｉｓｐ１、ｄｉｓｐ２が以下の値として与
えられる。ｄｉｓｐ１＝０．０７７ｐｍ／ｃｈ…（１６）ｄｉｓｐ２＝０．０３９ｐｍ／ｃｈ…（１７）

【００６３】数値（１４）と数値（１６）及び数値（１
５）と数値（１７）を比較することにより、本実施形態
は従来よりも分散値が小さくなっている。このように分
散値の低減化を図ることができたのは、以下の理由によ
るものと考えられる。（ａ）エシェルグレーティングに
加えてホログラフィックグレーティングによっても回折
されるため、エシェルグレーティングによる回折回数が
等しい場合でも、従来装置に比べて角分散値が大きくな
る。（ｂ）ホログラフィックグレーティングは、コリメ
ートレンズから入射される平行光線を出射角０°で出射
するように配置されている。このため、このホログラフ
ィックグレーティングにより回折される際に平行光線の
光線幅が拡大される。

【００６４】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、経済的負担や煩わしい手間を必要とせずに、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
からファインの情報を高い精度で取り出すことができる
と共に、同じ波長成分のスペクトルからコースの情報も
取り出すことができる。また、装置の大型化を伴うこと
なく、より高い分解能を実現することができる。

【００６５】尚、図２乃至図６に基づいた考察を発展さ
せることにより、回転ステージ１６がエシェルグレーテ
ィング１５をリトロ配置から微小な角度δ₃（＝（θ／
６）・ｃｏｓα₁）だけ回転する旨の動作を制御処理部
２２の動作内容に加えることができる。この場合には、
トリプルパスをラインセンサ１８の中央部位のチャンネ
ル上に結像させることができるようになる。従って、ト
リプルパスを検出して得られたスペクトルからピーク近
傍の情報を取り出して、エキシマレーザの合成スペクト
ルの作成に利用することにより、ピーク近傍が一層高い
精度となったエキシマレーザの合成スペクトルを得るこ
とができる。

【００６６】また、この場合には、数式（４）、（５）
を考慮することにより、トリプルパスを検出した場合の
角分散値を求める式は、以下の諸数式で与えられる。ａｎｇＤｉｓｐ３＝Ｚ₁＋Ｚ₂＋Ｚ₃…（１８）Ｚ₁＝ｍ₁／（ｄ₁・ｃｏｓα₁）…（１９）Ｚ₂＝（３ｍ₂・ｃｏｓβ₁）／（ｄ₂・ｃｏｓα₁・ｃｏｓβ₂）…（２０）Ｚ₃＝（ｍ₁・ｃｏｓβ₁・ｃｏｓα₂）／（ｄ₁・ｃｏｓβ₁・ｃｏｓβ₂・ｃｏｓα₁）…（２１）また、数式（１）及び数式（１８）〜（２１）により、
トリプルパスの分散値ｄｉｓｐ３は以下の値として与え
られる。ｄｉｓｐ３＝０．０１１ｐｍ／ｃｈ…（２２）従って、十分な強度を有するトリプルパスを得ることが
できる場合には、より高い分解能を実現することができ
る。

【００６７】次に、図９を参照しつつ、本発明の第２の
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、本実施形態では
共通要素の説明を省略する。

【００６８】本実施形態の分光装置は、図１に示す分光
装置において、回転ステ−ジ１６を取り除いた代わり
に、もう１つのラインセンサ２４を追加した構成となっ
ている。即ち、この分光装置は、ラインセンサ１８がシ
ングルパスを検出する一方、ラインセンサ２４がダブル
パスを検出する構成となっている。

【００６９】ラインセンサ１８は、拡大レンズ１７を通
過したシングルパスがラインセンサ１８の中央部位に配
列されたチャンネル上に結像するように配置されてい
る。このラインセンサ１８は、Ａ／Ｄ変換部２３を介し
てデータ処理部２５（例えば、パ−ソナルコンピュ−タ
等の機器）と電気的に接続されている。このため、ライ
ンセンサ１８によるシングルパスの検出結果がＡ／Ｄ変
換部２３を介してデータ処理部２５に供給される。

【００７０】ラインセンサ２４は、拡大レンズ１７を通
過したダブルパスがラインセンサ２４の中央部位に配列
されたチャンネル上に結像するように、ラインセンサ１
８に隣接して配置されている。このラインセンサ２４
は、ラインセンサ１８と同様に、Ａ／Ｄ変換部２３を介
してデータ処理部２５と電気的に接続されている。この
ため、ラインセンサ２４によるダブルパスの検出結果が
Ａ／Ｄ変換部２３を介してデータ処理部２５に供給され
る。

【００７１】データ処理部２５は、ラインセンサ１８か
らＡ／Ｄ変換部２３を介して供給されるシングルパスの
検出結果に基づきエキシマレ−ザのスペクトルにおける
コ−スの情報を取り出す一方、ラインセンサ２４からＡ
／Ｄ変換部２３を介して供給されるダブルパスの検出結
果に基づきエキシマレ−ザのスペクトルにおけるファイ
ンの情報を取り出すように設定されている。また、この
データ処理部２５は、得られたエキシマレ−ザのスペク
トルにおけるコ−ス及びファインの各情報を適当な処理
の下で合成して、エキシマレ−ザの合成スペクトルを作
成するように設定されている。

【００７２】本実施形態の分光装置の最も顕著な特徴
は、シングルパス検出用のラインセンサ１８とダブルパ
ス検出用のラインセンサ２４とを分けて備えている点で
あり、シングルパスはラインセンサ１８の中央部位に配
列されたチャンネル上に結像し、一方、ダブルパスもラ
インセンサ２４の中央部位に配列されたチャンネル上に
結像する。このため、ラインセンサの長手方向のサイズ
を長くしてシングルパス及びダブルパスの両方を検出可
能とした場合に生じる像のズレを伴うことがない。従っ
て、本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効
果を得ることができる。

【００７３】尚、本実施形態においても、さらにもう１
つのラインセンサを追加し、このラインセンサをトリプ
ルパスの結像位置に配置することにより、トリプルパス
を検出することができる。この場合には、第３のライン
センサをＡ／Ｄ変換部２３を介してデータ処理部２５と
電気的に接続することにより、トリプルパスの検出結果
をＡ／Ｄ変換部２３を介してデータ処理部２５に供給す
ることができる。従って、検出したトリプルパスから得
られるエキシマレ−ザのスペクトルからピ−ク近傍の情
報を取り出して、エキシマレ−ザの合成スペクトルの作
成に利用することにより、ピ−ク近傍がより高い精度を
有する合成スペクトルを実現することができる。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
経済的負担や煩わしい手間を必要とせずに、光源から供
給される光線の特定の波長成分のスペクトルからファイ
ンの情報（ピーク近傍の情報）を高い精度で取り出すこ
とができると共に、同じ波長成分のスペクトルからコー
スの情報（ピーク周辺の裾部分の情報）も取り出すこと
ができる。また、装置の大型化を伴うことなく、より高
い分解能を実現できる分光装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の分光装置の概略構成
を示す図である。

【図２】エシェルグレ−ティングの配置設定を説明する
ために用いられる側面図である。

【図３】エシェルグレ−ティングの配置設定を説明する
ために用いられる側面図である。

【図４】エシェルグレ−ティングの配置設定を説明する
ために用いられる側面図である。

【図５】エシェルグレ−ティングの配置設定を説明する
ために用いられる側面図である。

【図６】エシェルグレ−ティングの配置設定を説明する
ために用いられる側面図である。

【図７】図１に示す制御処理部の動作内容を説明するた
めのフローチャートである。

【図８】図１に示す分光装置を用いて得られるエキシマ
レーザのスペクトルを示す図である。（Ａ）は、シング
ルパスを検出して得られるエキシマレーザのスペクトル
であり、（Ｂ）は、ダブルパスを検出して得られるエキ
シマレーザのスペクトルであり、（Ｃ）は、（Ａ）のス
ペクトルと（Ｂ）のスペクトルとを合成して得られた合
成スペクトルである。

【図９】本発明の第２の実施形態の分光装置の概略構成
を示す図である。

【図１０】従来の分光装置の概略構成を示す側面図であ
る。

【符号の説明】

１０スリット１１、１２ミラー１３コリメータレンズ１４ホログラフィックグレーティング１５エシェルグレーティング１６回転ステージ１７拡大レンズ１８、２４ラインセンサ１９光源２０光ファイバー２１ステージコントローラ２２制御処理部２３Ａ／Ｄ変換部２４データ処理部

フロントページの続きＦターム(参考） 2G020 AA05 CB23 CB43 CC04 CC07 CC42 CC47 CC63 CD03 CD06 CD24 CD34 2H049 AA07 AA58 AA63 AA69 CA01 CA05 CA15 CA24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から供給される光のスペクトルを測
定するために用いられる分光装置であって、前記光源から供給される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
回折する第１の回折手段と、少なくとも第１の位置と第２の位置との間で移動可能な
第２の回折手段であって、前記第１の回折手段から出射
される平行光線を前記第１の回折手段に向けて回折し
て、前記第１の回折手段との間でＫ回（Ｋは自然数）往
復させる前記第２の回折手段と、往復後に前記第１の回折手段から出射される平行光線を
検出する検出手段と、少なくとも第１の位置と第２の位置との内の一方から他
方へ前記第２の回折手段を移動させることにより、Ｋの
値を変化させる制御手段と、を具備することを特徴とす
る分光装置。
【請求項２】前記第２の回折手段は、第３の位置へも
移動可能であり、前記制御手段は、前記第２の回折手段を第３の位置へ移
動させることにより、前記第１の回折手段から出射され
る平行光線を前記第１の回折手段と前記第２の回折手段
との間でＮ回（ＮはＫよりも大きい自然数）往復させる
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、前記光源から供給される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
回折する第１の回折手段と、前記第１の回折手段から出射される平行光線を前記第１
の回折手段に向けて回折して、前記第１の回折手段との
間で往復させる前記第２の回折手段と、前記第１の回折手段と前記第２の回折手段との間をＬ回
（Ｌは自然数）往復した後に前記第１の回折手段から出
射される平行光線を検出する第１の検出手段と、前記第１の回折手段と前記第２の回折手段との間をＭ回
（ＭはＬよりも大きい自然数）往復した後に前記第１の
回折手段から出射される平行光線を検出する第２の検出
手段と、を具備することを特徴とする分光装置。
【請求項４】前記第１の回折手段と前記第２の回折手
段との間をＮ回（ＮはＭよりも大きい自然数）往復した
平行光線を検出する第３の検出手段をさらに具備するこ
とを特徴とする請求項３記載の分光装置。
【請求項５】前記第１の回折手段は、ホログラフィッ
クグレーティングを含み、前記第２の回折手段は、エシェルグレーティングを含む
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。