JP2007155487A - Space optical spectrometer - Google Patents

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JP2007155487A JP2005350699A JP2005350699A JP2007155487A JP 2007155487 A JP2007155487 A JP 2007155487A JP 2005350699 A JP2005350699 A JP 2005350699A JP 2005350699 A JP2005350699 A JP 2005350699A JP 2007155487 A JP2007155487 A JP 2007155487A
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Atsushi Katsunuma
淳 勝沼
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a space optical spectrometer requiring no space while ensuring flexibility in designing a spectrometer optical system. <P>SOLUTION: Light discharged from an input port 1 is collected to one point of a reflective plane grating 3, and spectrally reflected by a Littrow lens 2. The spectrally reflected light is converted into a parallel light flux through a Littrow lens 3 again, and forms a spectrum image O of the output end surface of the input port 1 on the input end surface of a relay optical system array 4. In incoming into the relay optical system array 4, the light incoming into each array element of the relay optical system array 4 is divided every constant wavelength interval, and comes into an array element corresponding to each dividing segment. The light incoming into each array element forms a complementary image I of the spectrum image formed on the input end surface of the relay optical system array 4 corresponding to central wave length of a plurality of divided wavelengths on the input end surface of an output port array 5. In this case, the distances between image points of this complementary image I are made substantially the same. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、空間光学系分光器に関するものである。   The present invention relates to a spatial optical spectrometer.

WDM光通信は、信号伝送容量増大のため、所定の周波数(波長)間隔だけ離れた複数の異なる周波数(波長)の光それぞれに異なる信号を乗せた上で合波し、信号伝送する技術である。複数波長光の合波・分波手段はいろいろあるが、そのひとつとしてグレーティングなどの波長分散素子を用いた古典的な空間光学系による分光器もよく使われる。   WDM optical communication is a technique for transmitting signals by combining different signals on different frequencies (wavelengths) separated by a predetermined frequency (wavelength) interval in order to increase signal transmission capacity. . There are various means for multiplexing and demultiplexing light of multiple wavelengths. One of them is a spectroscope using a classic spatial optical system using a wavelength dispersion element such as a grating.

しかしながら、このような空間光学系分光器の波長分散特性は非線形であり、等間隔波周波数光(近似的には等間隔波長光)の入力ポートスペクトラム像結像間隔は等間隔にはならない。例えば分波・合波器として空間光学系分光器を使う場合、入出力ポートとして等間隔で配列された光ファイバアレイを用いることが多いが、このような分散非線形を持ったままでは、所定周波数光像列と光ファイバ中心がずれてしまうのではなはだ不都合である。   However, the wavelength dispersion characteristic of such a spatial optical spectrometer is non-linear, and the input port spectrum image imaging interval of equally spaced frequency light (approximately spaced wavelength light) is not equal. For example, when using a spatial optical spectrometer as a demultiplexer / multiplexer, an optical fiber array arranged at equal intervals is often used as an input / output port. However, with such dispersion nonlinearity, a predetermined frequency is used. It is inconvenient that the optical image row and the center of the optical fiber are shifted.

そこで従来は、グレーティングを用いた空間光学系分光器において、グレーティングにプリズムを組み合わせて両者の波長分散特性における非線形性を相殺させることで線形な分散特性を得るものが広く使われている。(特開2000−304613号公報、特開2000−304614号公報、特開2000−321135号公報、特開2001−188023号公報)
特開2000−304613号公報 特開2000−304614号公報 特開2000−321135号公報 特開2001−188023号公報
Therefore, conventionally, in a spatial optical system spectrometer using a grating, one that obtains a linear dispersion characteristic by combining a grating with a prism to cancel the nonlinearity in the wavelength dispersion characteristics of both is widely used. (Japanese Unexamined Patent Application Publication Nos. 2000-304613, 2000-304614, 2000-321135, 2001-188823)
JP 2000-304613 A JP 2000-304614 A JP 2000-321135 A JP 2001-1888023 A

しかし、分散線形化プリズムを組み入れることは分光器光学設計上の自由度を減殺させ、また光学系の大型化、高コスト化も招きやすいという欠点があった。   However, the incorporation of a dispersion linearization prism has the disadvantages that the degree of freedom in spectroscopic optical design is reduced, and that the optical system is easily increased in size and cost.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、分光器光学系設計の自由度を確保しつつ、スペースをとらない空間光学系分光器を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a spatial optical spectrometer that does not take up space while ensuring a degree of freedom in designing a spectrometer optical system.

前記課題を解決するための第1の手段は、単数または複数の入力ポートと、分光手段とを有し、かつ、所定の周波数間隔または波長間隔で前記入力ポートのスペクトラム像を区切って複数波長帯を設定したとき、前記スペクトラム像を区切った複数波長帯のひとつひとつに一対一で対応して存在し、前記複数波長帯の共役像を個々の前記波長帯ごとに形成する作用を受け持つリレー光学系がアレイ状に配列され、かつ前記複数波長帯の中心波長共役像点間距離が概ね等間隔となるよう、個々の前記リレー光学系の光軸間隔が不等間隔にされていることを特徴とする空間光学系分光器である。   A first means for solving the above-mentioned problems includes a single or plural input ports and a spectroscopic means, and a plurality of wavelength bands by dividing a spectrum image of the input port at a predetermined frequency interval or wavelength interval. Is set in a one-to-one correspondence with each of the plurality of wavelength bands dividing the spectrum image, and a relay optical system responsible for forming a conjugate image of the plurality of wavelength bands for each wavelength band is provided. The optical axis intervals of the individual relay optical systems are unequally spaced so that the distances between the center wavelength conjugate image points of the plurality of wavelength bands are approximately equal. This is a spatial optical spectrometer.

前記課題を解決するための第2の手段は、前記第1の手段であって、スペクトラム分散方向についての、スペクトラム像複数波長帯各中心点に対する、前記各リレー光学系光軸設置位置の変位量が下式によって定められていることを特徴とするものである。
OK=Δx/(1+M)
ただし、
The second means for solving the above-mentioned problem is the first means, and the displacement amount of the optical axis installation position of each relay optical system with respect to each center point of the spectrum image multiple wavelength bands in the spectral dispersion direction. Is defined by the following equation.
L OK = Δx k / (1 + M)
However,

Figure 2007155487
Figure 2007155487

であって、各変数の意味は以下の通りである。
Ok:k番目のスペクトラム像波長帯中心点に対するk番目のリレー光学系光軸設置位置の変位量
Δx:k番目のスペクトラム像波長帯中心点から、その波長帯中心点共役像への、リレー光学系光軸偏芯方向(スペクトラム波長分散方向に同じ)に沿った変位量
M:リレー光学系投影倍率(一定)
: k番目の波長帯中心点の座標
:k番目の波長帯中心点共役像の座標
P: 波長帯中心点共役像間隔(一定)
N: 波長帯総数
前記課題を解決するための第3の手段は、前記第1の手段又は第2の手段であって、前記リレー光学系が、平行光を入力した場合に概ね平行光を出力することを特徴とするものである。
The meaning of each variable is as follows.
L Ok : Displacement amount Δk k of the optical axis installation position of the k th relay optical system with respect to the center point of the k th spectrum image wavelength band From the center point of the k th spectrum image wavelength band to the conjugate image of the wavelength band center point Displacement amount M along the optical axis decentering direction of relay optical system (same as spectrum wavelength dispersion direction): Relay optical system projection magnification (constant)
x k : coordinates of the center point of the k th wavelength band
x k : coordinates of k-th wavelength band center point conjugate image P: wavelength band center point conjugate image interval (constant)
N: Total number of wavelength bands The third means for solving the above-mentioned problem is the first means or the second means, and the relay optical system outputs substantially parallel light when the parallel light is input. It is characterized by doing.

前記課題を解決するための第4の手段は、前記第3の手段であって、前記リレー光学系が、2群レンズから構成されていることを特徴とするものである。   A fourth means for solving the above-mentioned problem is the third means, wherein the relay optical system is composed of a second group lens.

本発明によれば、分光器光学系設計の自由度を確保しつつ、スペースをとらない空間光学系分光器を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the space optical system spectrometer which does not take space can be provided, ensuring the freedom degree of spectrometer optical system design.

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態の1例である空間光学系分光器の構成を示す概要図である。オプティカルファイバからなる入力ポート1から放出された光は、リトローレンズ2によりコリメートされ、反射式平面グレーティング3(分光手段)によって分光反射される。分光反射された光は、再びリトローレンズ3を通って、リレー光学系アレイ4の入側端面に、入力ポート1の出力端面のスペクトラム像Oを形成する。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a spatial optical spectrometer which is an example of an embodiment of the present invention. The light emitted from the input port 1 made of an optical fiber is collimated by the Littrow lens 2 and spectrally reflected by the reflective planar grating 3 (spectral means). The spectrally reflected light again passes through the Littrow lens 3 to form a spectrum image O of the output end face of the input port 1 on the input end face of the relay optical system array 4.

なお、入力ポート1からの放射光束の主光線、及び反射式平面グレーティング3による分光反射後リトローレンズ2に戻り、これを通過した後の各波長光束の主光線が、互いに平行となるように、反射式平面グレーティング3とリトローレンズ2の間隔を定めてある。すなわち、リトローレンズ2の収差(主光線群についての球面収差)の影響が最小となり、上記平行条件をなるべく完全に満たすことができる点(それは、リトローレンズ2の焦点近傍に存在するが)に、図1に示すように反射式平面グレーティング3の反射点を置くようにしている。   The principal ray of the radiated light beam from the input port 1 and the spectral ray reflected by the reflective planar grating 3 are reflected back to the Littrow lens 2 and reflected so that the principal rays of the respective wavelength light beams after passing through this are parallel to each other. The distance between the expression plane grating 3 and the Littrow lens 2 is determined. In other words, the influence of the aberration of the Littrow lens 2 (spherical aberration on the principal ray group) is minimized, and the parallel condition can be satisfied as completely as possible (although it exists in the vicinity of the focal point of the Littrow lens 2). As shown, the reflection point of the reflective planar grating 3 is placed.

リレー光学系アレイ4に入射する際、リレー光学系アレイ4の各アレイ要素に入射する光は、一定波長間隔毎に分割されて、各分割区分に対応するアレイエレメントに入射する。各アレイエレメントに入射した光は、後に述べるようなリレー光学系アレイ4の作用により、分割された複数波長帯の中心波長に対応する、リレー光学系アレイ4の入側端面に形成された前記スペクトラム像Oの共約像Iを出力ポートアレイ5の入側端面に形成するが、その際、この共約像Iの像点間距離がほぼ等間隔となるようになる。よって、出力ポートアレイ5として、通常使用されている光ファイバアレイを使用した場合でも、分光された一定波長間隔毎の光を、その中心波長の光が、各光ファイバの中心点に入射するようにすることができる。なお、「ほぼ」とは、製造誤差、設計上の誤差により、完全な等間隔はならない場合でも、本発明の範囲に含まれることを意味する。   When entering the relay optical system array 4, the light incident on each array element of the relay optical system array 4 is divided at regular wavelength intervals and enters the array elements corresponding to the respective divided sections. The light incident on each array element is caused by the above-described spectrum formed on the entrance end face of the relay optical system array 4 corresponding to the center wavelength of the plurality of divided wavelength bands by the action of the relay optical system array 4 as described later. The conjoint image I of the image O is formed on the input side end face of the output port array 5. At this time, the distance between the image points of the conjoint image I is substantially equal. Therefore, even when a normally used optical fiber array is used as the output port array 5, the light having the center wavelength is incident on the central point of each optical fiber with the light separated at a constant wavelength interval. Can be. Note that “substantially” means that even if a perfect equal interval is not obtained due to a manufacturing error or a design error, it is included in the scope of the present invention.

以下、リレー光学系アレイ4の詳細を説明する。リレー光学系アレイ4は、図2、図3に示すように、その個々の光軸を、対応するスペクトラム像O中の波長帯中心点Oから波長分散方向に個々に異なる量偏芯させて設置されている。その結果、個々のリレー光学系エレメント(正パワー)41によって形成される個々のスペクトラム像波長帯中心点共役像Iは、波長分散方向についてスペクトラム像波長帯中心点からずれた位置に結像する。その偏芯量を適切な値に設定すれば、波長帯中心点共役像間隔を等間隔に補正することが可能となる。 Details of the relay optical system array 4 will be described below. Relay optical system array 4, as shown in FIGS. 2, 3, the respective optical axes, individually by different amounts eccentricity in the wavelength dispersion direction from the wavelength band center point O k in the corresponding spectrum image O is set up. As a result, each spectrum image wavelength band center point conjugate image I k formed by each relay optical system element (positive power) 41 forms an image at a position shifted from the spectrum image wavelength band center point in the wavelength dispersion direction. . If the amount of decentration is set to an appropriate value, the wavelength band center point conjugate image interval can be corrected to an equal interval.

図2に、リレー光学系エレメントによる共役像のずれ方を図示する。リレー光学系アレイ4中の個々のリレー光学系による結像倍率をすべてのリレー光学系で一定とし、これをMとすると、アレイ中k番目のリレー光学系について、   FIG. 2 illustrates how the conjugate image is displaced by the relay optical system element. When the imaging magnification of each relay optical system in the relay optical system array 4 is constant in all the relay optical systems, and this is M, for the kth relay optical system in the array,

Figure 2007155487
Figure 2007155487

が成立する。
ただし、
Ok:k番目のスペクトラム像波長帯中心点Oに対するリレー光学系光軸のx軸方向偏芯量
Ik:k番目のスペクトラム像波長帯中心点Oのリレー光学系による共役像中心点Iの像高
Δx:スペクトラム像波長帯中心点Oから共役像中心点Iへのx軸に沿った変位量
:k番目のスペクトラム像波長帯中心点Oのx座標
k番目の共役像中心点Iのx座標
である。
逆に、変位量Δxを与えるリレー光学系光軸のx軸方向偏芯量LOkは、
Is established.
However,
L Ok: k-th x-axis direction eccentricity of the relay optical system optical axis with respect to spectrum image waveband center point O k L Ik: k-th conjugate image center point by the relay optical system of the spectral image waveband center point O k image height Δx of I k k: displacement along the x-axis from the spectrum image waveband center point O k to the conjugate image center point I k: k-th x-coordinate x 'k of the spectrum image waveband center point O k This is the x coordinate of the kth conjugate image center point Ik .
Conversely, the amount of eccentricity L Ok in the x-axis direction of the optical axis of the relay optical system that gives the displacement amount Δx k is:

Figure 2007155487
Figure 2007155487

と表せる。 It can be expressed.

上記のうち、xは、反射式平面グレーティング3の波長分散特性と、反射式平面グレーティング3とリトローレンズ2の位置関係により定まった値となる。よって、x’を等間隔となるように設定し、Δxを求め、(3)式によりx軸方向偏芯量LOkを求めてスペクトラム像波長帯中心点Oの位置よりLOkだけ変位した位置に、各リレー光学系エレメントの光軸を設定すれば、共役像中心点Iが等間隔となるようにすることができる。 Among the above, x k is a value determined by the wavelength dispersion characteristic of the reflective planar grating 3 and the positional relationship between the reflective planar grating 3 and the Littrow lens 2. Therefore, set to be equal intervals x 'k, determine the [Delta] x k, (3) only L Ok from the position of the x-axis direction eccentricity L Ok to seek spectral image waveband center point O k by equation the displaced position, by setting the optical axes of the relay optical system elements, the conjugate image center point I k can be in equal intervals.

次に、このリレー光学系アレイ4における個々の偏芯量を総合的に最小化する条件について述べる。   Next, conditions for minimizing the total amount of eccentricity in the relay optical system array 4 will be described.

まず分波器によって形成されたスペクトラム像Oにおいて、所定の波長帯域区切りによって決められた複数波長帯の中心点1次元座標値が端から、
,x,x,・・・,x
であるとする。リレー光学系アレイによって形成されるこれらのスペクトラム像波長帯共役像中心点を、以下の座標位置に形成するとする。なお、座標原点は複数波長帯の中心点1次元座標と共通である。
x’,x’,x’,・・・,x’
両者の差、すなわち像のx軸に沿ったずれ量は、
Δx=x’−x (k=1〜N) … (4)
である。
First, in the spectrum image O k formed by the demultiplexer, from the center point one-dimensional coordinate values the end of a plurality of wavelengths bands as determined by the predetermined wavelength band separated,
x 1 , x 2 , x 3 ,..., x N
Suppose that Assume that these spectrum image wavelength band conjugate image center points formed by the relay optical system array are formed at the following coordinate positions. Note that the coordinate origin is the same as the one-dimensional coordinate of the center point of a plurality of wavelength bands.
x ′ 1 , x ′ 2 , x ′ 3 ,..., x ′ N
The difference between them, that is, the amount of deviation along the x-axis of the image is
Δx k = x ′ k −x k (k = 1 to N) (4)
It is.

各共役像中心点間隔が一定値Pを取るとき、下式が成立する。   When each conjugate image center point interval takes a constant value P, the following equation is established.

Figure 2007155487
Figure 2007155487

Pとx’を変数として、Δx のkについての総和Sが最小になる条件を求める。 Using P and x ′ 1 as variables, a condition that minimizes the sum S of Δx k 2 for k is obtained.

Figure 2007155487
Figure 2007155487

であるから、SをPとx’で偏微分して極値を求めると以下の通りとなる。 Therefore, when the extreme value is obtained by partial differentiation of S with P and x 1 ′, the result is as follows.

Figure 2007155487
Figure 2007155487

上記Pおよびx’を採用すれば、像横ずらし量Δx(k=1〜N)は総合的に最小値ですむ。 If P and x 1 ′ are employed, the image lateral shift amount Δx k (k = 1 to N) can be minimized as a whole.

次に、装置にとってより好都合となるリレー光学系の条件について述べる。WDM光通信で使われる空間光学系分光器のスペクトラム像においては、各波長の主光線が平行となるよう光学設計がなされることが多い。例えば出力ポートとして光ファイバアレイが用いられている場合、いずれの光ファイバでも等しく最高のカップリング効率を実現するため、いずれの波長光束の主光線も互いに平行である必要がある。   Next, the conditions of the relay optical system that are more convenient for the apparatus will be described. In a spectrum image of a spatial optical spectrometer used in WDM optical communication, an optical design is often made so that chief rays of each wavelength are parallel. For example, when an optical fiber array is used as the output port, in order to achieve the same maximum coupling efficiency with any optical fiber, the principal rays of any wavelength light beams need to be parallel to each other.

そのためには、リレー光学系に入射した主光線と射出して来た主光線とが平行関係を保つようにすればよく、例えば図3に示すような近軸パワー構造とすればよい。   For this purpose, the principal ray incident on the relay optical system and the emitted principal ray should be kept in a parallel relationship, for example, a paraxial power structure as shown in FIG.

図3に示した近軸光学系は、リレー光学系入射端と射出端にいわゆるフィールドレンズとしての作用を有する正パワー42、43を配置し、光学系中央部にリレー機能を有する正パワー41を配置している。正パワー42の後方焦点は正パワー43の前方焦点に一致しており、これらの焦点位置に正パワー41を配置する。また、正パワー42は入射点Oを含む平面上にあり、正パワー43は像点Iを含む平面上にある。 In the paraxial optical system shown in FIG. 3, positive powers 42 and 43 having a function as a so-called field lens are arranged at the entrance end and the exit end of the relay optical system, and the positive power 41 having a relay function is provided at the center of the optical system. It is arranged. The rear focus of the positive power 42 coincides with the front focus of the positive power 43, and the positive power 41 is arranged at these focal positions. The positive power 42 is on a plane including the incident point O k, positive power 43 is on a plane including the image point I k.

これを具現化した例を図4に示す。リレー光学系1エレメントは、2枚の両凸レンズ401、402から構成される。両凸レンズ401の第1面42は図3における正パワー42に相当する。両凸レンズ第2面43は図3における正パワー43に相当する。両凸レンズ第2面411と両凸レンズ第1面412の2面で図2、3の正パワー41を構成する。両凸レンズ401と402は光軸を共軸状態として、ほぼ接して配置される。図4において、2点差線(想像線)は、完全なレンズを示すが、この部分は、両凸レンズ401、402の干渉を避けるため、実際には存在しない部分である。   An example of this is shown in FIG. The relay optical system 1 element is composed of two biconvex lenses 401 and 402. The first surface 42 of the biconvex lens 401 corresponds to the positive power 42 in FIG. The biconvex lens second surface 43 corresponds to the positive power 43 in FIG. The positive power 41 shown in FIGS. 2 and 3 is constituted by the two surfaces of the biconvex lens second surface 411 and the biconvex lens first surface 412. The biconvex lenses 401 and 402 are disposed so as to be in close contact with each other with the optical axis as a coaxial state. In FIG. 4, a two-point difference line (imaginary line) indicates a complete lens, but this portion is a portion that does not actually exist in order to avoid interference between the biconvex lenses 401 and 402.

上記構成からなるリレー光学系エレメントが各光軸を平行にして配列され、リレー光学系アレイとなる。各光軸間隔は、先に述べた通りの個々の間隔固有の値を有する。このように、リレー光学系を2群のエレメント(レンズ)から構成するようにすれば、2組のレンズアレイを組み合わせて使用すればよく、製作が容易となる。また、以上の説明は分波器を例として行ったが、光を逆向きに進行させればもちろん同じものが合波器として機能することはいうまでもない。   The relay optical system elements having the above-described configuration are arranged with their optical axes in parallel to form a relay optical system array. Each optical axis interval has a value specific to the individual interval as described above. As described above, if the relay optical system is constituted by two groups of elements (lenses), it is sufficient to use two sets of lens arrays in combination, which facilitates manufacture. In the above description, the duplexer is taken as an example, but it goes without saying that the same functions as a multiplexer if the light travels in the opposite direction.

本発明によれば、空間光学系による分光器波長分散線形化を分光器本体とは独立的に、かつ小スペースで実現できる。波長分散線形化に用いるリレー光学系アレイは、マイクロレンズアレイ製造技術の応用で製作でき、大量生産すればごく安価に調達できる。また、リレー光学系アレイのベースを石英ガラスなど低線膨張係数材料で作れば、温度特性も安定したものにできる。本発明は本実施の形態で示した分波・合波器以外にも応用範囲は広い。例えば出力ポートアレイの代わりにMEMSミラーアレイを設置すれば、WSS(Wavelength Selective Switch;波長選択スイッチ)にも適用できる。   According to the present invention, spectral wavelength dispersion linearization by a spatial optical system can be realized in a small space independently of the spectroscopic body. The relay optical system array used for chromatic dispersion linearization can be manufactured by applying microlens array manufacturing technology, and can be procured at a very low cost if mass-produced. Further, if the base of the relay optical system array is made of a low linear expansion coefficient material such as quartz glass, the temperature characteristics can be stabilized. The present invention has a wide range of applications other than the demultiplexer / multiplexer shown in this embodiment. For example, if a MEMS mirror array is installed instead of the output port array, it can be applied to WSS (Wavelength Selective Switch).

図1に示すような光学系により、光ファイバからなる入力ポート1から放出された光を分光し、光ファイバアレイからなる出力ポート5に出力する光学系を構成した。   An optical system configured to split light emitted from the input port 1 made of an optical fiber and output the light to an output port 5 made of an optical fiber array by an optical system as shown in FIG.

表1に、この光学系の数値例を示す。なお、光学系は無収差として計算した。波長495nmから605nmまでの波長域を10nm間隔で区切った11波長帯を設定し、各波長帯中心波長についてのペクトラム像座標値を算出した。座標原点はリトローレンズ光軸上にとり、波長分散方向に沿ってx軸を設定した。図1における紙面に平行な方向であり、図上向方向に符号正をとった。   Table 1 shows numerical examples of this optical system. The optical system was calculated as having no aberration. Eleven wavelength bands were set by dividing the wavelength range from 495 nm to 605 nm at 10 nm intervals, and the pectogram image coordinate values for each wavelength band center wavelength were calculated. The coordinate origin was on the Littrow lens optical axis, and the x-axis was set along the wavelength dispersion direction. This is a direction parallel to the plane of the paper in FIG.

(9)、(10)式から共役像点間隔Pと1番目の共役像点座標x’を算出し、次いですべてのあるべき共役像点座標を算出し、それらを実現するリレー光学系エレメント個々の偏芯量LOkを(3)式から算出した。なお、リレー倍率は0.8倍とした。表1を参照すると、Xの間隔が変化しているのにもかかわらず、X’の間隔はほぼ一定となっており、複数波長帯の中心波長共役像点間距離を概ね等間隔にするという、本空間光学系分光器の機能が発揮されていることが分かる。 The relay optical system element for calculating the conjugate image point interval P and the first conjugate image point coordinate x 1 ′ from equations (9) and (10), and then calculating all the desired conjugate image point coordinates and realizing them. Individual eccentricity L Ok was calculated from equation (3). The relay magnification was 0.8 times. Referring to Table 1, despite the spacing of the X k is changed, the distance X k 'is substantially constant, the substantially equally spaced center wavelengths conjugate between image point distance of several wavelength bands It can be seen that the function of this spatial optical spectrometer is performed.

Figure 2007155487
Figure 2007155487

本発明の実施の形態の1例である空間光学系分光器の構成を示す概要図である。1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a spatial optical spectrometer that is an example of an embodiment of the present invention. FIG. リレー光学系エレメントによる共役像のずれ方を示す図である。It is a figure which shows how to shift the conjugate image by the relay optical system element. リレー光学系エレメントの近軸構造説明図である。It is paraxial structure explanatory drawing of a relay optical system element. 図3に示すリレー光学系エレメントを具現化した例を示す図である。It is a figure which shows the example which actualized the relay optical system element shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…入力ポート、2…リトローレンズ、3…反射式平面グレーティング、4…リレー光学系アレイ、5…出力ポートアレイ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Input port, 2 ... Littrow lens, 3 ... Reflection type planar grating, 4 ... Relay optical system array, 5 ... Output port array

Claims (4)

単数または複数の入力ポートと、分光手段とを有し、かつ、所定の周波数間隔または波長間隔で前記入力ポートのスペクトラム像を区切って複数波長帯を設定したとき、前記スペクトラム像を区切った複数波長帯のひとつひとつに一対一で対応して存在し、前記複数波長帯の共役像を個々の前記波長帯ごとに形成する作用を受け持つリレー光学系がアレイ状に配列され、かつ前記複数波長帯の中心波長共役像点間距離が概ね等間隔となるよう、個々の前記リレー光学系の光軸間隔が不等間隔にされていることを特徴とする空間光学系分光器。 When a plurality of input ports and a spectroscopic means are provided, and a plurality of wavelength bands are set by dividing a spectrum image of the input port at a predetermined frequency interval or wavelength interval, a plurality of wavelengths delimiting the spectrum image A relay optical system that exists in a one-to-one correspondence with each of the bands and has an action of forming a conjugate image of the plurality of wavelength bands for each of the wavelength bands; and the center of the plurality of wavelength bands A spatial optical system spectrometer characterized in that the optical axis intervals of the individual relay optical systems are unequal so that the distances between the wavelength conjugate image points are substantially equal. スペクトラム分散方向についての、スペクトラム像複数波長帯各中心点に対する、前記各リレー光学系光軸設置位置の変位量が下式によって定められていることを特徴とする請求項1に記載の空間光学系分光器。
OK=Δx/(1+M)
ただし、
Figure 2007155487
であって、各変数の意味は以下の通りである。
Ok:k番目のスペクトラム像波長帯中心点に対するk番目のリレー光学系光軸設置位置の変位量
Δx:k番目のスペクトラム像波長帯中心点から、その波長帯中心点共役像への、リレー光学系光軸偏芯方向(スペクトラム波長分散方向に同じ)に沿った変位量
M:リレー光学系投影倍率(一定)
: k番目の波長帯中心点の座標
:k番目の波長帯中心点共役像の座標
P: 波長帯中心点共役像間隔(一定)
N: 波長帯総数
2. The spatial optical system according to claim 1, wherein a displacement amount of the optical axis installation position of each relay optical system with respect to each center point of a spectrum image in a plurality of wavelength bands in the spectral dispersion direction is determined by the following equation. Spectroscope.
L OK = Δx k / (1 + M)
However,
Figure 2007155487
The meaning of each variable is as follows.
L Ok : Displacement amount Δk k of the optical axis installation position of the k th relay optical system with respect to the center point of the k th spectrum image wavelength band From the center point of the k th spectrum image wavelength band to the conjugate image of the wavelength band center point Displacement amount M along the optical axis decentering direction of relay optical system (same as spectrum wavelength dispersion direction): Relay optical system projection magnification (constant)
x k : coordinates of the center point of the k th wavelength band
x k : coordinates of k-th wavelength band center point conjugate image P: wavelength band center point conjugate image interval (constant)
N: Total number of wavelength bands
前記リレー光学系は、平行光を入力した場合に概ね平行光を出力することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の空間光学系分光器。 The spatial optical spectrometer according to claim 1, wherein the relay optical system outputs substantially parallel light when parallel light is input. 前記リレー光学系は、2群レンズから構成されていることを特徴とする請求項3に記載の空間光学系分光器。


4. The spatial optical spectrometer according to claim 3, wherein the relay optical system includes a second group lens.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009003378A (en) * 2007-06-25 2009-01-08 Fujitsu Ltd Mirror apparatus and optical switch

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