JP2003515733A - 内部鏡面反射を軽減する同心分光計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 同心分光計は、２以上の光学表面が湾曲の共通中心を有するという固有の特性による内部反射に苦しめられている。光学表面からの反射は、所定の波長の光学ビームまたは光線が伝播する媒体屈折率の差または変化が存在する時に生ずる。同心光学系における内部反射は、画像表面にて、物体の多重画像、干渉縞および迷光などの多数の望ましくない光学現象を生成し得る。結果として、画像表面上に入射する光または検出可能な放射が意図する画像の形成の一助とならない、こうした現象（迷光）から、コントラストの低下または検出限界が生ずる。本発明は、反射された放射が光学系を通って伝播することを除去することにより、内部反射から生ずる光学現象のない、高品質な画像を作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） 本発明は、概して、その表面が共通の曲率中心を含む光学要素を有する分光計
および分光写真器に関する。より詳細には、本発明は、ダイソン光学系が適用さ
れる同心分光計および同心分光写真器を含むダイソンシステム「ザイデル収差の
ない１倍光学系」に関する。

【０００２】 （背景技術） Ｊ．Ｄｙｓｏｎ著「Ｕｎｉｔ ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ…Ａｂｅｒｒａｔ
ｉｏｎ」（ＪＳＯＡ、Ｖｏｌ．４９、Ｎｏ．７、ｐｐ．７１３〜７１６）により
説明されている同心光学系は、ザイデル収差のない大きな視野を提供し、従って
、高い品質および解像力の画像を形成できる。この光学装置は、Ｌ．Ｍｅｒｔｚ
著「Ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ Ｓｐｅｃｔｒｏｇｒａｐｈｓ」（Ａｐｌｌｉｅｄ
Ｏｐｔｉｃｓ、Ｖｏｌ．１６、Ｎｏ．１２、ｐｐ．３１２２〜３１２４）および
Ｗ．ＳｌｕｔｔｅｒのＥＰ０ ８６２０５０ Ａ２；１９９８により分光計およ
び分光写真器に有利に適用され、光エネルギーの高品質なスペクトル分散を提供
する。

【０００３】 光学表面上の光の内部反射は、画像開口で形成される像の品質を劣化させる可
能性がある。画像は、内部反射の結果として無数の光学現象で劣化し得る。劣化
の一例は、画像開口における物体の多重像の形成によるものである。内部反射に
より引き起こされる劣化の別の例は、画像開口における干渉縞の形成である。画
像品質が劣化し得るさらに別の例は、光学表面からの反射光が画像開口で焦点が
合わずに入射し、物体の画像の形成に貢献しないとき、コントラストまたは検出
限界（ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔ）が失われることにある。分光計の対象
は、一般的に、分析すべき光エネルギーが入射する入射スリットまたは入射開口
である。

【０００４】 ダイソン光学構成の同心分光計では、内部反射の一因となり、あるいは、それ
を引き起こす２つの鏡面反射が存在する。両方の反射は、凹状回折格子に対して
同心で位置する、平凸レンズの凸状表面で生ずる。第１の反射は、物体平面（ｏ
ｂｊｅｃｔ ｐｌａｎｅ）から送られた光がレンズの凸状表面に入射する時に生
じ、第２の反射は、格子からの回折光が前記凸状表面に当たる時に生ずる。これ
ら反射の１つまたは両方のいずれかが分光計の画像品質を劣化させ得る。

【０００５】 従来技術では、内部反射の効果が、同心分光計内の光学表面上に種々の反射防
止被覆を堆積させることにより低減されてきた。反射防止被覆（単数および複数
）は、光学表面に塗布され、光線が１つの光学媒体（空気など）から異なる屈折
率を有する第２の光学媒体（ガラスなど）に伝播する時に屈折率の差の変動を減
じ、従って、鏡面反射の大きさを減ずる。光学表面上の反射の大きさを減ずる、
光学表面上の多くの被覆（コーティング）の例が存在している。実際に、非常に
多くの論文が、光学表面上で反射を減ずる単層または多層の堆積の研究にささげ
られてきた。

【０００６】 高性能反射防止被覆（単数および複数）、通常、表面で反射をかなり減ずる多
層誘電体被覆は固有の欠点を有している。欠点は、高い製造コスト、反射損失が
低い狭い波長範囲、光線が低反射で伝播するであろう制限された入射角度を含み
、また、欠点は特別な扱いを要する脆性、洗浄および環境についての考慮である
。実際に、これら高性能被覆は、設計波長範囲を超えて使用された時に、反射防
止被覆のない表面よりも大きな反射をもたらし得る。使用される被覆（単数およ
び複数）によらず、内部反射は、広い波長範囲にわたっては、画像品質の劣化の
レベルが同心光学系における前述の光学現象の１つまたは複数により生じないレ
ベルまで減じない。

【０００７】 内部反射が同心分光計において減ぜられてきた別の手段は、分光計の開口数（
ＮＡ）を減らすことによる。分光計のＮＡが減ぜられる一方法は、分光計内に光
学絞りを配置することによる。これは、検出可能信号の損失、光学系の性能（ｅ
ｔｅｎｄｕｅ）または処理能力の減少をもたらし、また、より多くのエネルギー
が分光計の境界内に吸収されなければならないために分光写真器内に迷光を付加
または増やす。

【０００８】 従って、画像品質の劣化が起こらず、または、コントラストの損失が起こらず
、それでも、高い性能が保たれるように、同心分光計内で内部反射された光を軽
減する必要が存在している。

【０００９】 （発明の開示） 本発明は、鏡面反射された光線が光学系を伝播することを軽減することにより
、同心分光器光学系の内部反射の制限を克服する。結果として、高い処理能力を
維持しながら、検出面または画像面での画像品質が保たれる。

【００１０】 本発明によれば、対物開口および画像開口が備わり、前記対物開口を通して光
学放射または光が分光計に入射し、前記対物開口の、波長により空間的に分散さ
れた画像が前記画像開口で形成される。光学系のＦ数に加えて、対物開口および
画像開口の視野または大きさが、光が光学系を伝播するであろう限界を画定する
。光学系を開口視野の境界で伝播する光線は周縁光線である。

【００１１】 凹状回折格子が備わり、それが、物体（単数および複数）、すなわち、物体平
面からの入射光を反射および回折させ、画像平面にて波長により空間的に分散さ
れた物体（単数および複数）の画像を形成するのに関与する。平凸レンズが備わ
り、そこを通って、物体平面からの光が回折格子へ伝播し、回折格子で光は回折
および反射され、その後、光は同じ平凸レンズを通って再び伝播し、画像平面内
に空間的に分散された物体の画像を形成する。レンズの凸状表面および回折格子
の凹状表面は、湾曲の共通中心について同軸か、または、ほぼそれに近い。光軸
も備わり、光軸は、光学要素の湾曲の中心を含み、レンズおよび回折格子の両方
の機械的軸を通して延びる。半径方向距離は、対物開口および画像開口の両方を
含む光軸から画定される。

【００１２】 光軸を含む子午線平面は、所定の回折光線のｘ−ｙ経路に垂直になるように画
定され、回折光線は格子からレンズの凸状表面へ伝播する。レンズの凸状レンズ
表面に入射する回折された光線は、鏡面反射を生ずるであろう。光線が子午線平
面を交差する前に凸状レンズ表面に入射する光線は、鏡面反射を生じ、再度格子
に入射するように向けて送られる。この光線は、さらに、ゼロ次の回折により光
学系を伝播し、関心スペクトルと関係しない、画像開口内のスペクトルまたはス
ペクトルの一部を形成する。その結果、迷光が増加する。凸状レンズ表面に入射
する前に光線の子午線平面を横切る回折光は、鏡面反射を引き起こし、鏡面反射
は、２回目の反射または回折の可能性なしで、回折格子および画像平面からそれ
る。したがって、１つまたは一連のバッフルおよび／または光吸収媒体を含む表
面は、分光計の光学経路と干渉することなく、分光計内のさらなる伝播を防止す
るために使用され得る。本発明は、回折光が、子午線平面を事前に交差すること
なく、凸状レンズの表面に入射する可能性を排除し、したがって、内部鏡面反射
がさらに伝播することを排除する。

【００１３】 本発明の別の態様は、バッフルの使用であり、格子表面上で２回目の回折また
は反射が起こらないため、バッフルは、一方向からの光の伝播を防ぐことのみ必
要である。バッフルは、したがって、吸収媒体またはバッフル上で反射した光が
多数入射することによる迷光をより完全に軽減するために、最適化され、分光計
内の全迷光をさらに減じ得る。

【００１４】 さらに、本発明によれば、対物開口から光軸に向かって延びる周縁光線は、内
部反射が生じるため、レンズの凸状表面の前の光軸を横切ることを許されない。
さらに、光軸から離れて延びる周縁光線は、光学系の明確な開口を画定する。

【００１５】 本発明の別の特徴は、格子の凹状表面に近接して配置される開口マスクである
。この開口マスクは、分光計のＮＡを制限し、さらに、分光計の迷光を減ずる。
格子の端部または周辺近傍は、通常、光学品質を有しない。格子の端部は、通常
、格子のもろさを減らすために面取りをされるが、画像開口へ向かう散乱光の望
ましくない効果を有し得る。また、格子の明確な開口を超えた光学表面は、複製
または製造工程からの欠点を含む。したがって、開口マスクは、光に対して吸収
性のある表面を提供し、分光計のＮＡを制限するのに役立ち、格子の明確な開口
を超える領域をマスクし、画像開口へ向かう光の散乱を防止する。

【００１６】 さらに、本発明によると、対物開口および画像開口は、平凸レンズの平坦表面
に近接しているか、または、その表面内に含まれている並行な、または、一致す
る平面内に存在する。平凸レンズの厚みおよびレンズ半径、レンズの凸状表面と
回折格子の凹状表面の分離および格子溝密度は、同時に調整され、分光計の開口
内の収差を最小にし、所望の空間分散を提供する。さらに、対物開口と画像開口
が存在する光学軸からの半径方向距離およびレンズ、格子および開口マスクの直
径は、本発明により調整され、内部反射を除去しながら、分光計に対する所望の
開口数を提供する。

【００１７】 （発明を実施するための最良の形態） 図１０から図１４を参照すると、本発明の好ましい実施形態において、内部反
射を軽減するダイソン光学構成の同心分光計が示されている。分光計の設計に関
係する従来技術のシステムは図１から図９に示されている。

【００１８】 図１および２には、図示の対物開口２０５および画像開口２１１を有する、修
正された同心分光計２００が示されている。平坦表面２１６と凸状表面２１７を
有する平凸状レンズ２１５が示されている。分散表面２２１を有する回折ゲート
２２０は、レンズ２１５の凸状表面２１７が同心かまたはそれに近くなるように
、光軸２０３に沿ったある距離に配置される。対物開口２０５は物体平面２０２
と一致し、物体平面を通って光が分光計２００に入射し、そこで光がレンズ２１
５により屈折し、格子表面２２１を実質的に満す。光は、公知の格子の式ｋｎλ
＝ｓｉｎα＋ｓｉｎβに従って格子表面２２１により回折する。ここで、ｋは格
子の溝密度、ｎは回折次数、λは入射光の波長、αは入射角度およびβは回折角
度である。回折光は、レンズ２１５を通して画像平面２０１に伝播し、画像平面
にて、スペクトル画像が画像開口２１１内に形成され、画像開口において、スペ
クトル２０６が図３における波長に対する光の空間分散として検出され得る。回
折次数がゼロ、すなわち、ｎ＝０の時、入射角度は、分散角度に等しく、反射が
起こる。所定の分散に対して、正、負およびゼロの数個の回折次数が存在する。
対物開口２０５のゼロ次２１０画像は、ｎ＝１の回折次数の参照として光学軸２
０３に関して示されている。光学軸２０３を含む子午線平面２２５は、格子表面
２２１の格子溝に垂直に画定され、対物開口２０５を画像開口２１１から分離す
る。対物開口２０５は、子午線平面２２５から距離２７２の位置に配置され、画
像開口２１１による回折光の再入射を防止する。

【００１９】 修正された同心分光計２００は、いくつかの望ましくない品質を有しており、
その品質がスペクトルの純度を劣化させ、迷光により分光計の検出範囲を制限す
る。この性能劣化の原因は、レンズ２１５の凸状表面２１７と格子表面２２１の
間の内部反射による。画像開口２１１内の迷光の一因となることが知られている
内部反射は、反射の形成と経路を示す図６で説明される。解析される光は、対物
開口２０５を通して分光計に入射し、光線経路２５０に沿ってレンズ２１５の平
坦表面２１６に伝播する。光線は、経路２５１、２５２に沿って進み、格子表面
２２１に入射する。格子表面２２１で、光線は、波長に対して角度によって回折
する。所定の波長に対して、光線２６０は、レンズ表面２１７に進み、そこで、
光の一部が経路２６５に沿って反射し、残りの光が画像開口２１１へ向かう光線
経路２６８としてレンズ２１５を通して伝播する。反射光線２６５のある部分は
、再度、格子に入射し、回折式によるゼロ次の回折に従って光線２６６として反
射する。回折格子表面２２１上への２回目の入射のゼロ次の光線２６６は、レン
ズ２１５を通って光線経路２６７に沿って進み、画像開口２１１内に入射し、主
スペクトル２０６の第２の部分画像を生成する。この部分スペクトルは、主スペ
クトル２０６と空間的に相関を有せず、原子吸収分光計の分野における分光計の
有用性を与える特定波長の検出を妨げる。格子表面２２１からの回折光線２６０
は、凸状レンズ表面２１７へ向かうｘ−ｙ経路に従い、領域２５０内のレンズ表
面２１７に入射する。所定のｘ−ｙ光線経路に対して、子午線平面、すなわち、
反射平面２３６は、光学軸２０３を含み、図３に示す伝播のｘ−ｙ線に垂直にな
るように画定される。反射平面２３６が、凸状レンズ表面２１７の表面領域２５
０を切り込む時、鏡面反射は、図３の領域２５１として特定される、不要な部分
スペクトル画像の一因となる。

【００２０】 公知の従来技術、すなわち、ダイソン構成の修正された同心分光計は、図４と
５に示されるように、２以上の対物開口および画像開口を含み得る。光は、対物
開口４０５（５０５）および４７５（５７５）を通って分光計に入射し、レンズ
４１５（５１５）を通って格子４２０（５２０）の凹状格子表面４２１（５２１
）に伝播する。画像開口４１１および４８１は、子午線平面４２５の同じ側に配
置され、そこを通って対物開口４０５および４７５の主スペクトル４０６および
４７６が画像形成される。対物開口４０５（５０５）および４７５（５７５）の
ゼロ次の画像は、光軸に対して、それぞれ４１０（５１０）および４８０（５８
０）として示される。スペクトル４０６および４７６に対する分散軸４３５およ
び４４５は、両スペクトルが単一検出器に入射することが可能なように一致し得
る。スペクトル５０６の分散軸５３５およびスペクトル５７６の分散軸５４５は
、子午線平面５２５の異なる側に配置され、さらに空間独立した検出手段を提供
するために、２つのスペクトルのより大幅な分離を提供する。物体平面または画
像平面または空間配置の数に関わらず、レンズ４１５（５１５）の表面領域４５
０（５５０）、４６０（５６０）がそれぞれ反射平面４３６（５３６）、４４６
（５４６）によって切り込まれる時、内部反射が起こり得る。部分４５１（５５
１）および４６１（５６１）内の凸状レンズ表面からの鏡面反射は、分光計の性
能を劣化させる不要な部分スペクトル画像の形成の一因となる。従来技術の２重
配置の別の欠点は、対物開口４０５（５０５）および４７５（５７５）が画像開
口４１１（５１１）および４８１（５８１）より光軸４０３から異なった距離に
配置されていることである。光軸４０３に関する開口の非対称配置は、スペクト
ル４０６（５０６）および４７６（５７６）の画像品質を劣化させる。

【００２１】 開口絞りは、光学システムの収差を制御し、ＮＡを制限する手段として、長ら
く使用されてきた。従来技術の修正された同心分光計において使用される開口絞
り２９０の例は、図３および図６に示される。図６の開口絞り２９０は、分光計
のＮＡを制限するが、内部反射が格子２２０に入射するのを防がないため、その
後、図３における主スペクトル２０６の品質劣化を生じる。光が通過を許される
、図７の開口絞り３９０の大きさは、修正された同心分光計では小さくでき、レ
ンズ３１５の凸状表面３１７からの内部反射が格子３２０の格子表面３２１に入
射するのを妨げる。光は、光線経路３５０に沿って物体平面３０２の対物開口３
０５を通って修正された分光計に入射する。光線経路３５０は、光線経路３５１
に沿ってレンズ３１５の平坦表面３１６を通って凸状レンズ表面３１７に伝播す
る。光は、レンズ３１５により屈折し、凹状格子表面３２１に入射し、格子表面
にて、前記光はレンズ表面３１７の方へ回折する。画像開口３１１内の主スペク
トル３０６の形成の一因となるであろう、使用可能な光３５３のかなりの部分は
、開口絞り３９０により、主スペクトルの形成を妨げられる。この掩蔽の結果、
スペクトルの輝度の低下を補うために、検出手段の利得を増加しなければならな
い状況が生まれる。分光計内で入射多色光を掩蔽することによってもまた、開口
絞り３９０からの光の散乱により生ずる迷光の量が増える。このことにより、不
要なコントラスト低下または信号対雑音比の増加が生じ、したがって、反射３６
５が開口絞り３９０により除去されるが、検出範囲が制限される。分光計の、減
少したＮＡは、図８および図９に最もよく説明されている。格子３２０は、開口
絞り３９０により掩蔽され、光は、開いている開口絞り３９０内の格子表面３２
１に入射可能となる。回折光は、全部が反射平面３３６の側にある領域３５０内
のレンズ表面３１７に入射し、そのレンズ表面は、図３の同じ領域２５０と比較
すると、性能がかなり低下するという犠牲を払うが、内部反射の要因とはならな
い。

【００２２】 修正された同心分光計の問題（すなわち、内部反射による迷光、入射光の掩蔽
による迷光、明確な開口を超えた格子表面の欠陥による迷光、部分的無相関スペ
クトル、減少した性能）は、本発明において、内部反射を軽減する同心分光計に
おいて解決されてきた。光は、図１０および図１１の物体平面１０２の対物開口
１０５を通って、鏡面反射を軽減する同心分光計１００に入射する。対物開口１
０５内に、複数の入射光線経路が配置され、それぞれが分散され、画像平面１０
１の画像開口１１１内にそれぞれの多色入射光線経路の個別スペクトルを形成し
得る。本発明によれば、物体平面１０２および画像平面１０１は、一致した空間
に存在する必要はなく、平凸レンズ１１５の平坦表面１１６からずれていてもよ
い。さらに本発明によれば、レンズ１１５の凸状表面１１７および回折格子１２
０の凹状表面１２１を含むダイソン光学構成は、３次収差を最小にする距離で光
軸１０３に沿って分離される。開口マスク１９０は、格子１２０の凹状表面１２
１に近接するか、または、その上に含まれるように導入される。開口マスク１９
０は、入射光より大きなＮＡに分光計のＮＡを制限する。想像されるように、開
口マスク１９０は、物体平面１０２または画像平面１０１にそれぞれ向かう、ス
テイ多色入射光線の伝播を吸収により妨げる。さらに、開口マスク１９０は、前
記迷走する多色入射光線が、格子１２０の明確な開口を超えた、表面欠陥および
端面が存在する凹状格子表面１２１に入射するのを防ぎ、したがって、迷光の伝
播または生成を防ぐ。開口マスク１９０のさらに別の態様は、凸状表面１１７上
への入射光線１６０による鏡面反射した光線１６５が物体平面１０２および画像
平面１０１へそれぞれ伝播するのを妨ぐことである。対物開口１０５および画像
開口１１１は、画像品質が最適となる、図１２に示す光軸１０３から半径方向距
離１３７に配置される。したがって、画像開口１１１を交差する半径１３７のコ
ード（ｃｏｒｄ）長を最大にして、画像開口１１１内で最高の画像品質を提供す
るという要望が存在する。対物開口１０５内の所定の入射光線経路に対して、分
散軸１３５は、高画像品質の半径１３７を交差する。対称性により、対物開口１
０５のゼロ次の画像１１０はまた、光軸１０３から半径方向距離１３７で入射す
る。したがって、本発明によりゼロ次の画像１１０、対物開口１０５および画像
開口１１１は、光軸１０３からほとんど同じ半径方向距離１３７にある。この幾
何学的構成の独特の態様は、対物開口１０５の多色入射光線がレンズ１１５の内
部凹状表面１１７から反射し、図１０の反射光線１６６として画像開口１１１か
らそらされる手段を提供する。この幾何学的構成により、画像開口１１１上に入
射する迷光が低減する。レンズ１１５の半径方向距離１３７および直径は、対物
開口１０５から生ずる周縁光線が光軸１０３を横切らないが、凸状表面１１７を
通って伝播できるように選択される。このことにより、半径方向距離１３７に対
する最小直径がレンズ１１５の直径のほぼ半分に決められる。さらに、周縁光線
は、格子１２０の所望の明確な開口、したがって、開口マスク１９０の内径を決
定する。したがって、当業者により、光学パラメータの賢明な選択が行われ、光
の所望のスペクトル分散および空間分散および動作開口数が得られる必要がある
。光学パラメータは、制限しないが、本開示の内容により、格子１２０の溝密度
、部品の空間位置と同様に光学部品の材料、寸法および半径を含む。このように
して選択された光学パラメータは、図１０および図１１で開示されているように
、鏡面反射光線１６５が、鏡面反射を軽減する同心分光計１００の光学システム
を伝播するのを低減する同心分光計を提供する。

【００２３】 本発明の好ましい実施形態の一実施態様は、図１３および図１４に示される。
外観図１３は、ファイバ・コネクタ１５８およびひずみ除去器１５９を含む一体
型光ファイバ組み立て品において光が光ファイバ１１８を通って分光計１００に
入射する部分を示す。光ファイバ１１８は、エポキシ接着剤１１９によりファイ
バ・コネクタ１５８に取り付けられている。ファイバ・コネクタ１５８はファイ
バ・コレット１５７により取り付けられ、ねじ１９２を用いてクランプ１９１に
より所定位置に保持される。分光計本体１５０は、光学部品を取り付け、整列さ
せ、この整列状態を広い動作温度範囲にわたって維持する手段を提供する。計量
棒（ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｒｏｄ）１５３は、本体１５０を貫通し、固定ナット１
５４により一端で固定される。計量棒１５３の他端は、分光計本体１５０内の、
調節ナット１５５が固定されるフランジを通過する。スロット１５２は、分光計
本体１５０、優先的には分光計の格子端が、３自由度、すなわち、ｘ軸まわりの
ピッチ、ｙ軸まわりのヨーおよびｚ軸に沿う平行移動で曲がることを可能にする
。このことは、画像開口１１１内にスペクトル画像１０６のｘ−ｙ位置決めおよ
び焦点合わせを達成する、本実施形態の全ての他の固定された要素に関して、格
子１２０を位置決めする手段を提供する。スロット１５２は、分光計１５０の熱
膨張継ぎ手としてさらに有用性を提供する。Ｉｎｖａｒなどの十分に低い熱膨張
係数ＣＴＥを有する計量棒１５３は、格子表面１２１に対するレンズ１１５の相
対的位置を維持する一方で、本体１５０が、ある温度にわたってスロット１５２
において線形な寸法だけ変化することを可能にする。当業者により分光計本体１
５０に対する計量棒１５３の取り付け点が適切に選択されることにより、焦点の
変動は、広い動作温度範囲にわたって十分に除去される。分光計本体１５０のス
ロット１５１は、図１４の格子保持リング１９３と連結して使用され、分光計本
体１５０との接触を維持しながら、格子１２０に制御された負荷をかけ、格子１
２０の回転アライメントを可能にする。屈曲部１５１はまた、格子１２０と本体
１５０の間の接触が分光計の動作温度範囲にわたって維持されることを保証する
。好ましい実施形態の一特徴は、全てのアライメント調整が分光計の一端から利
用でき、分光計の随時（ｉｎ ｓｉｔｕ）アライメントを可能にすることである
。平凸レンズ１１５は、ハウジング１５６により分光計本体１５０内に保持され
る。回路基板１９５は、ファイバ・コレット１５７に関して検出器１１２を配置
し、検出器１１２に対して電力を供給し、信号を引き出す手段を提供する。対物
開口１０５は、優先的には、光ファイバ１１８が隣接する、ＳＣＨＯＴＴ ＧＬ
ＡＳＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ Ｂ２７０ガラスなどの光学的に透明な基板
上に、ニッケルなどの不透明金属を堆積させることにより形成される光学スリッ
トの形をとる。基板１０４は、ファイバ・コレット１５７の端部に取り付けられ
、光学スリット１０５に対してファイバ・コネクタ１５８を光ファイバ１１８に
整列した状態に維持する。スリット１０５に関して検出器１１２およびファイバ
・コレット１５７を取り付けた状態の回路基板１９５は、保持リング１９４によ
り、レンズ１１５の平坦表面に押し付けられる。基板とほぼ等しい屈折率を有し
、検出器１１２および平凸レンズ１１５の検出窓を有する光学接着剤１０７は、
検出器１１２および基板１０４をレンズ１１５に接着し、この光学的界面での鏡
面反射による損失なしで、機械的安定性を提供する。ＥＰＯＸＹ ＴＥＣＨＮＯ
ＬＯＧＩＥＳ ＥＰＯ−ＴＥＫ ３０１−２などの光学接着剤１０７、または、
所望の光学特性および物理特性を有する他の接着剤が使用され得る。光ファイバ
１１８と基板１０４の間の表面反射は、１０８に配置される前記同じ光学接着剤
を使用して、同様に除去される。バッフル構造１８０は、光吸収材で作られるか
、または、光吸収材で被覆されたバッフル１８１などの一連の個々のバッフルで
構成されており、それの一体の部分として開口マスク１９０を含んでよい。個々
のバッフル間の間隔および各バッフルの開口またはその両方は、凸レンズ表面１
１７から反射した迷光または光が、最初に１８１などのバッフルに入射し、その
後、バッフル壁１８２に入射するように、調整され得る。このように配置された
バッフル構造は、迷光の吸収に対して２つのもの機会を提供し、バッフル構造１
８０の材料または吸収媒体の吸収性を効果的に２倍にする。バッフル構造１８０
は、分光計本体１５０にゆるく取り付けられ、シリコーン接着剤１９６などの可
撓性接着剤により所定の位置に保持される。シリコーン接着剤１９６は、調整ナ
ット１５５により格子１２０のピッチおよびヨーの調整がなされる時に、バッフ
ル構造１８０が、分光計本体１５０からはずれることなく、分光計本体１５０に
対して内側に片寄ることを可能にする。バッフル構造１８０はまた、スロット１
５２により生成される光経路を遮ることにより、周辺光が、本体１５０内のスロ
ット１５２を通って分光計本体１５０に入射するのを防ぐ。

【００２４】 構成部品の所望の空間的方向を得るために、光学経路に沿って、折りたたみミ
ラーまたはプリズムなどの平面反射表面を導入することにより、光軸が変更され
てもよいことは、当業者にとって、明らかになるであろう。反射表面の角度また
は数にかかわらず、光軸が直線となる時、光学トンネル図（ｏｐｔｉｃａｌ ｔ
ｕｎｎｅｌ ｄｉａｇｒａｍ）として、光軸に関して分光計を通る光線経路は、
変化せず、本発明の範囲内であることを示し得る。

【００２５】 したがって、内部光学表面による光の反射により生成される光学現象により制
限されない、高品質のスペクトル画像を提供する、内部鏡面反射を軽減する同心
分光計が実現される。本明細書に記載された詳細な実施形態は、当業者により、
本発明の範囲または意図から逸脱することなく種々の形態で実施されてよく、開
示された実施形態に限定するものではなく、前掲の請求項により規定されるべき
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 対物開口と画像開口が分散軸内に含まれない状態で公知の修正された同心分光
写真器の平面図（ｘ−ｚ平面）である。

【図２】 図１の側面図（ｙ−ｚ平面）である。

【図３】 レンズの平坦表面を通して回折格子の方を見る、図１の軸方向図（ｘ−ｙ平面
）である。

【図４】 ２つの対物開口と画像開口を示す、公知の同心分光写真器の軸方向図（ｘ−ｙ
平面）である。

【図５】 ２つの対物開口と画像開口を有する、公知の同心分光写真器の別の構成を示す
軸（ｘ−ｙ平面）である。

【図６】 非制約的開口絞りと内部反射の図示の経路を有する、図１の平面図（ｘ−ｚ平
面）である。

【図７】 内部反射を減ずる開口絞りが所定位置にある状態での、図６の平面図（ｘ−ｚ
平面）である。

【図８】 小さな開口数を有する、図７の平面図（ｘ−ｚ平面）である。

【図９】 小さな開口数を有する、図７の軸方向図（ｘ−ｙ平面）である。

【図１０】 本発明の好ましい実施形態の平面図（ｘ−ｚ平面）である。

【図１１】 好ましい実施形態の側面図（ｙ−ｚ平面）である。

【図１２】 図１１の好ましい実施形態の軸方向図（ｘ−ｙ平面）である。

【図１３】 好ましい実施形態の実施態様の平面図（ｘ−ｚ平面）である。

【図１４】 本発明の好ましい実施形態の詳細を示す、図１３の断面図である。

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部鏡面反射を軽減する同心分光計であって、 （ａ）光軸と、 （ｂ）前記光軸に垂直な半径方向距離と、 （ｃ）光軸から実質的に前記半径方向距離に配置されている対物開口（ｏｂｊｅ
   ｃｔ ａｐｅｒｔｕｒｅ）と、 （ｄ）光軸から実質的に前記半径方向距離に配置されている画像開口（ｉｍａｇ
   ｅ ａｐｅｒｔｕｒｅ）と、 （ｅ）前記光軸上で実質的に共通である曲率中心を有し、ゼロ次回折に対して無
   球面収差である（ａｐｌａｎａｔｉｃ）少なくとも１つの回折格子表面を含み、
   少なくとも１つの凸屈折表面を含む複数の光学表面と、 （ｆ）前記複数の光学表面の湾曲の中心と実質的に一致し、前記光軸に実質的に
   垂直な複数の平面光学表面とを備える同心分光計。
2. 【請求項２】 前記回折格子表面に配置されている開口マスクをさらに備え
   る、請求項１に記載の分光計。
3. 【請求項３】 前記屈折表面と前記回折格子表面の間に複数の光吸収バッフ
   ルをさらに備える、請求項１に記載の分光計。
4. 【請求項４】 前記光軸に関して斜めの角度で光線経路に配置されている少
   なくとも１つの平面反射光学表面をさらに備える、請求項１に記載の分光計。
5. 【請求項５】 前記表面の少なくとも１つは前記対物開口に実質的に一致し
   ている、請求項１に記載の分光計。
6. 【請求項６】 前記平面光学表面の少なくとも１つは、前記画像開口に実質
   的に一致している、請求項１に記載の分光計。
7. 【請求項７】 前記対物開口は、多色光が前記分光計に入射する１つまたは
   複数の開口を含んでいる、請求項１に記載の分光計。
8. 【請求項８】 前記対物開口の画像は、前記回折格子表面の溝に実質的に垂
   直な分散軸に沿って、波長により空間的に分散され、前記画像開口内に形成され
   ている、請求項１に記載の分光計。
9. 【請求項９】 １つの前記平面光学表面および１つの前記非平面光学表面は
   、前記レンズの前記凸表面と前記回折格子表面を分離する媒体の屈折率より大き
   な屈折率を有する平凸レンズを形成する、請求項１に記載の分光計。
10. 【請求項１０】 前記平凸レンズの前記凸レンズ表面および前記回折格子表
    面は、前記光軸に沿って空間的に分離して、前記光軸から前記半径方向距離にあ
    る前記画像開口内において、回折した物体の最良の画像を形成するのに役立つ、
    請求項９に記載の分光計。
11. 【請求項１１】 前記平凸レンズの前記平坦平面は、対物開口または画像開
    口またはその両方のいずれかを含み得る、請求項９に記載の分光計。
12. 【請求項１２】 前記半径方向距離の半径は、前記回折格子表面から回折し
    た光が前記屈折表面の鏡面から反射し、前記回折格子表面上への入射を排除する
    のに十分である、請求項１に記載の分光計。
13. 【請求項１３】 前記半径方向距離は、前記対物開口と前記画像開口とゼロ
    次回折を実質的に含む、請求項１２に記載の分光計。
14. 【請求項１４】 前記開口マスクは、前記回折格子表面の明確な（ｃｌｅａ
    ｒ）開口を超えた光の伝搬を防ぐ、請求項２に記載の分光計。
15. 【請求項１５】 前記平凸レンズの前記凸状表面の鏡面から反射する回折光
    の伝搬を防ぐ開口マスクをさらに備える、請求項７に記載の分光計。
16. 【請求項１６】 前記開口マスクは、前記画像開口でスペクトルの形成の一
    因となるであろう伝搬光を妨げない、請求項１４に記載の分光計。
17. 【請求項１７】 非平面光学表面は実質的に球面である、請求項１に記載の
    分光計。
18. 【請求項１８】 前記光吸収バッフルは、スペクトルの形成の一因とならな
    い光を２回以上前記バッフルへの衝突によって吸収する、請求項３に記載の分光
    計。
19. 【請求項１９】 平凸レンズの前記凸状表面の鏡面から反射した回折光を吸
    収する光吸収バッフルをさらに備える、請求項１０に記載の分光計。
20. 【請求項２０】 前記光吸収バッフルは、前記回折格子表面の明確な開口を
    超えた光を吸収する、請求項１９に記載の分光計。