JP2017181159A

JP2017181159A - 分光器及びこれに用いられるリテーナ

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Publication number: JP2017181159A
Application number: JP2016065424A
Authority: JP
Inventors: 正章北脇; Masaaki Kitawaki
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2016-03-29
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2036-03-29
Also published as: JP6555171B2

Abstract

【課題】回折格子を安定して固定することができるとともに、回折格子面の溝方向を調整することが可能な分光器及びこれに用いられるリテーナを提供する。【解決手段】分光器１は、回折格子５と、円筒状のリテーナ４と、筐体２とを備える。回折格子５は、凹状のトロイダル形状からなる回折格子面５１を有する。リテーナ４は、回折格子面５１に対応する形状からなる凸状の当接面４３を端面に有し、当接面４３が回折格子面５１に当接するように固定される。筐体２には、リテーナ４が挿入される開口２１が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、凹状のトロイダル形状からなる回折格子面を有する回折格子が備えられた分光器及びこれに用いられるリテーナに関するものである。

回折格子の一例として、例えば凹状の回折格子面を有し、当該回折格子面で光を反射させることにより各波長の光に分光することができる反射型の回折格子が知られている。回折格子面には、一定方向に沿って平行に延びる複数の溝が形成されている。この種の回折格子には、回折格子面が球面形状からなるものや、トロイダル形状からなるものがある（例えば、下記特許文献１参照）。

図４Ａは、球面形状の回折格子面１０１を有する回折格子１００について説明するための概略斜視図である。球面形状の回折格子面１０１では、回折格子面１０１内のいずれの方向に沿った軸についても曲率半径が一定となる。例えば、回折格子面１０１において互いに直交する二軸Ａ１１，Ａ１２について、それぞれの軸Ａ１１，Ａ１２における曲率半径は同一の値となる。

図４Ｂは、トロイダル形状の回折格子面２０１を有する回折格子２００について説明するための概略斜視図である。トロイダル形状の回折格子面２０１では、図４Ａに示すような球面形状の回折格子面１０１とは異なり、回折格子面２０１内の軸の方向に応じて曲率半径が異なる。例えば、回折格子面２０１において互いに直交する二軸Ａ２１，Ａ２２について、それぞれの軸Ａ２１，Ａ２２における曲率半径は異なる値となる。

回折格子１００，２００は、例えば円筒状のリテーナ１０３，２０３を介して、所定の取付位置に固定される。リテーナ１０３，２０３は、その端面１３１，２３１が回折格子面１０１，２０１に接着されて固定される。回折格子面１０１，２０１への入射光は、リテーナ１０３，２０３内を通って回折格子面１０１，２０１に入射し、回折格子面１０１，２０１で反射することにより分光された光は、リテーナ１０３，２０３内を通って検出器へと導かれる。

図４Ａのように、回折格子面１０１が球面形状である場合には、リテーナ１０３における円形状の端面１３１全体が回折格子面１０１に当接する。回折格子１００は、その軸線Ｌ１００を中心にして、リテーナ１０３に対して如何なる回転角度であっても、リテーナ１０３の端面１３１全体が回折格子面１０１に当接することとなる。したがって、軸線Ｌ１００を中心にして回折格子１００を回転させ、回折格子面１０１の溝方向を調整した上で、リテーナ１０３の端面１３１を回折格子面１０１に押し当てて固定することができる。

一方、図４Ｂのように、回折格子面２０１がトロイダル形状である場合には、リテーナ２０３における円形状の端面２３１全体を回折格子面２０１に当接させることができない。具体的には、リテーナ２０３の端面２３１の２点のみが回折格子面２０１に当接することになるため、当該端面２３１を回折格子面２０１に安定して固定することが難しい。そのため、回折格子２００がリテーナ２０３に対して傾いた状態で固定され、所望の波長に分光できなくなる場合がある。

特開２０１３−２４２２８０号公報

そこで、本願発明者は、図４Ｂのように回折格子面２０１がトロイダル形状である場合に、リテーナ２０３の端面２３１を回折格子面２０１に対応する形状からなる凸状の当接面とすることを考えた。すなわち、リテーナ２０３の端面２３１を平坦な円形状に形成するのではなく、トロイダル形状の回折格子面２０１に対応するような起伏を設けることにより、端面２３１を回折格子面２０１に安定して固定することができる。

しかしながら、このような構成では、図４Ａのような回折格子面１０１が球面形状の場合とは異なり、回折格子２００の軸線Ｌ２００を中心にして、リテーナ２０３に対して回折格子２００を回転させることができない。そのため、軸線Ｌ２００を中心にして回折格子２００を回転させ、回折格子面２０１の溝方向を調整した上で、リテーナ２０３の端面２３１を回折格子面２０１に押し当てて固定するといったことができない。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、回折格子を安定して固定することができるとともに、回折格子面の溝方向を調整することが可能な分光器及びこれに用いられるリテーナを提供することを目的とする。

本発明に係る分光器は、回折格子と、円筒状のリテーナと、筐体とを備える。前記回折格子は、凹状のトロイダル形状からなる回折格子面を有する。前記リテーナは、前記回折格子面に対応する形状からなる凸状の当接面を端面に有し、前記当接面が前記回折格子面に当接するように固定される。前記筐体には、前記リテーナが挿入される開口が形成されている。

このような構成によれば、回折格子が凹状のトロイダル形状からなる回折格子面を有し、リテーナが回折格子面に対応する形状からなる凸状の当接面を端面に有するため、この当接面を回折格子面に当接するように固定することにより、回折格子を安定して固定することができる。また、円筒状のリテーナが筐体に形成された開口内に挿入されるため、リテーナを開口内で回転させることにより回折格子面の溝方向を調整することが可能である。

前記当接面は、前記リテーナの軸線を中心に９０°間隔で４つ形成されていてもよい。

このような構成によれば、リテーナの軸線を中心に９０°間隔で４つ形成された当接面が回折格子面に当接するように固定されるため、回折格子がリテーナに対して何れの方向にも傾きにくく、回折格子をより安定して固定することができる。

前記回折格子面は、第１軸における曲率半径と、前記第１軸に直交する第２軸における曲率半径とが異なるトロイダル形状からなるものであってもよい。この場合、前記４つの当接面のうちの２つは、前記第１軸上に前記軸線を挟んで形成され、残りの２つは、前記第２軸上に前記軸線を挟んで形成されていてもよい。

このような構成によれば、回折格子面のトロイダル形状における第１軸上に軸線を挟んで２つ、第２軸上に軸線を挟んで２つの当接面が形成されている。トロイダル形状からなる回折格子面は、第１軸上及び第２軸上における精度が、他の領域と比べて高いため、この精度の高い領域で各当接面を回折格子面に当接させることにより、回折格子をより安定して固定することができる。

本発明に係るリテーナは、凹状のトロイダル形状からなる回折格子面を有する回折格子に固定されるリテーナであって、前記回折格子面に対応する形状からなる凸状の当接面を端面に有する円筒状に形成され、前記当接面が前記回折格子面に当接するように固定されるとともに、当該リテーナを回転可能に保持するための摺接面が外周面に形成されている。

このような構成によれば、凹状のトロイダル形状からなる回折格子面に対して、回折格子面に対応する形状からなる凸状の当接面を端面に有するリテーナが、その当接面を回折格子面に当接させた状態で固定されるため、回折格子を安定して固定することができる。また、リテーナの外周面に形成されている摺接面により、リテーナを回転可能に保持することができるため、リテーナを回転させるだけで回折格子面の溝方向を容易に調整することができる。

本発明によれば、凹状のトロイダル形状からなる回折格子面に対して、回折格子面に対応する形状からなる凸状の当接面を当接するようにリテーナを固定することにより、回折格子を安定して固定することができる。また、本発明によれば、リテーナを回転させることにより回折格子面の溝方向を調整することが可能である。

本発明の一実施形態に係る分光器の構成例を示す概略断面図である。リテーナの構成例を示す正面図である。リテーナの構成例を示す側面図である。球面形状の回折格子面を有する回折格子について説明するための概略斜視図である。トロイダル形状の回折格子面を有する回折格子について説明するための概略斜視図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る分光器１の構成例を示す概略断面図である。この分光器１は、例えば筐体２、入射スリット３、リテーナ４、回折格子５及び検出器６の他、図示しない各種ミラーなどを備えたポリクロメータである。

筐体２は、遮光性を有する中空状の部材であり、入射スリット３を通過した光のみが内部に入射する。筐体２には、リテーナ４を介して回折格子５が外側から取り付けられている。また、筐体２の内部には、検出器６が収容されている。

リテーナ４は、円筒状の部材であり、筐体２に形成されている開口２１に挿入された状態で取り付けられる。開口２１の内周面は、リテーナ４の外径とほぼ同一の内径を有している。リテーナ４の一方の端部における外周面は、摺接面４１を構成しており、この摺接面４１が開口２１の内周面に摺接するようにリテーナ４を回転させることにより、リテーナ４を回転可能に保持することができる。

リテーナ４の他方の端部における外周面には、径方向外側に突出する円環状の突出部４２が形成されている。リテーナ４が開口２１に挿入された状態では、突出部４２が開口２１の周縁部に当接する。これにより、突出部４２は、リテーナ４が筐体２内に入り込まないようにするためのストッパとして機能するようになっている。

回折格子５は、凹状の回折格子面５１を有している。回折格子面５１には、一定方向に沿って平行に延びる複数の溝（図示せず）が形成されている。回折格子５は、その回折格子面５１がリテーナ４に対向するようにして、リテーナ４に取り付けられる。リテーナ４及び回折格子５の各中心軸線は、同一の軸線Ｌ上に位置している。

リテーナ４の突出部４２側の端面は、回折格子面５１に当接する当接面４３を構成している。回折格子５は、回折格子面５１の周縁部が当接面４３に当接するようにしてリテーナ４に固定されることにより、回折格子面５１の中央部がリテーナ４内を介して筐体２の内部に対向している。

本実施形態では、回折格子５の回折格子面５１がトロイダル形状となっている。すなわち、回折格子面２０１における互いに直交する二軸について、それぞれの軸における曲率半径が異なる値となっている。例えば、回折格子面２０１において軸線Ｌを通る上下方向Ｄ１の軸（第１軸）と、回折格子面２０１において軸線Ｌを通る幅方向Ｄ２の軸（第２軸）とが、互いに直交しており、各軸における曲率半径が異なる値となっている。

入射スリット３を通過して筐体２内に入射した光は、例えばコリメートミラー（図示せず）により平行光とされた後、リテーナ４内を通って回折格子５の回折格子面５１で反射する。これにより、入射光が波長ごとの光に分光され、各波長の光がフォーカスミラー（図示せず）により検出器６に集光される。

検出器６は、例えばフォトダイオードアレイにより構成されており、回折格子５から入射する各波長の受光強度に応じた信号を出力する。したがって、検出器６からの出力信号をデータ処理部（図示せず）で処理することにより、各波長のスペクトル分布を得ることができる。

図２は、リテーナ４の構成例を示す正面図である。また、図３は、リテーナ４の構成例を示す側面図である。以下では、図１〜図３を参照して、リテーナ４の具体的構成について説明する。

この例では、当接面４３がリテーナ４の突出部４２側の端面全体に形成されているのではなく、当該端面に対して部分的に複数形成されている。具体的には、軸線Ｌを中心に９０°間隔で４つの当接面４３が形成されている。各当接面４３は、平坦面ではなく、凸状の湾曲面により形成されている。

凸状の各当接面４３は、回折格子５の回折格子面５１に対応する形状からなる。具体的には、軸線Ｌを通る上下方向Ｄ１の軸Ａ１と、軸線Ｌを通る幅方向Ｄ２の軸Ａ２とが、互いに直交しており、各軸Ａ１，Ａ２における曲率半径が異なる値となっている。

軸Ａ１上にある２つの当接面４３（第１当接面４３Ａ）は、回折格子面５１の第１軸上（軸線Ｌを通る上下方向Ｄ１の軸上）に軸線Ｌを挟んで形成されている。２つの第１当接面４３Ａは、図２に示す正面視において、それぞれ軸Ａ２に対して平行に延びている。また、２つの第１当接面４３Ａは、軸Ａ２に対して平行な方向に沿って凸状に湾曲しており、その曲率半径は、回折格子面２０１の第２軸（軸線Ｌを通る幅方向Ｄ２の軸）における曲率半径と同一である。

一方、軸Ａ２上にある２つの当接面４３（第２当接面４３Ｂ）は、回折格子面５１の第２軸上（軸線Ｌを通る幅方向Ｄ２の軸上）に軸線Ｌを挟んで形成されている。２つの第２当接面４３Ｂは、図２に示す正面視において、それぞれ軸Ａ１に対して平行に延びている。また、２つの第２当接面４３Ｂは、軸Ａ１に対して平行な方向に沿って凸状に湾曲しており、その曲率半径は、回折格子面２０１の第１軸（軸線Ｌを通る上下方向Ｄ１の軸）における曲率半径と同一である。

上記のような４つの当接面４３（第１当接面４３Ａ及び第２当接面４３Ｂ）が、それぞれ回折格子面５１に当接するようにして、回折格子５がリテーナ４に固定される。具体的には、リテーナ４の突出部４２と回折格子５の周縁部とが、接着剤などを用いて結合されることにより、リテーナ４及び回折格子５が同一の軸線Ｌ上で互いに回転しないように固定される。

このように、本実施形態では、図１に示すように、回折格子５が凹状のトロイダル形状からなる回折格子面５１を有し、リテーナ４が回折格子面５１に対応する形状からなる凸状の当接面４３を端面に有する。したがって、リテーナ４の当接面４３を回折格子面５１に当接するように固定することにより、回折格子５を安定して固定することができる。

また、円筒状のリテーナ４が筐体２に形成された開口２１内に挿入されるため、リテーナ４を開口２１内で回転させることにより回折格子面５１の溝方向を調整することが可能である。より具体的には、リテーナ４の外周面に形成されている摺接面４１により、リテーナ４を回転可能に保持することができるため、リテーナ４を回転させるだけで回折格子面５１の溝方向を容易に調整することができる。リテーナ４を開口２１内で回転させて回折格子面５１の溝方向を調整した後、接着剤などを用いて筐体２にリテーナ４を結合させることにより、回折格子面５１の溝方向を固定することができる。

特に、本実施形態では、図２に示すように、軸線Ｌを中心に９０°間隔で４つの当接面４３（第１当接面４３Ａ及び第２当接面４３Ｂ）が形成されている。これらの４つの当接面４３が回折格子面５１に当接するように固定されるため、回折格子５がリテーナ４に対して何れの方向にも傾きにくく、回折格子５をより安定して固定することができる。

さらに、本実施形態では、回折格子面５１のトロイダル形状における第１軸上（軸線Ｌを通る上下方向Ｄ１の軸上）に軸線Ｌを挟んで２つの第１当接面４３Ａが形成され、第２軸上（軸線Ｌを通る幅方向Ｄ２の軸上）に軸線Ｌを挟んで２つの第２当接面４３Ｂが形成されている。

トロイダル形状からなる回折格子面５１を形成する際には、第１軸又は第２軸の一方の軸に沿って回折格子５の表面を切削した後、他方の軸に沿って回折格子５の表面を再度切削することとなる。そのため、第１軸上及び第２軸上における切削精度が、他の領域における切削精度と比べて高くなる傾向がある。したがって、本実施形態のように、精度の高い領域（第１軸上及び第２軸上）で各当接面４３を回折格子面５１に当接させることにより、回折格子５をより安定して固定することができる。

以上の実施形態では、当接面４３が軸線Ｌを中心に９０°間隔で４つ形成された構成について説明した。しかし、このような構成に限らず、当接面４３が３つ以下、又は、５つ以上形成された構成であってもよい。例えば、リテーナ４の端面全体が、回折格子面５１に対応する形状からなる凸状の起伏を有している場合には、１つの当接面４３全体を回折格子面５１に当接させることも可能である。

筐体２は、検出器６を収容するような構成に限らず、他の部材を収容するものであってもよい。また、リテーナ４は、筐体２以外の他の部材に形成された開口に挿入され、当該開口に対して摺接面４１を摺接させながら回転可能な構成であってもよい。

１分光器
２筐体
３入射スリット
４リテーナ
５回折格子
６検出器
２１開口
４１摺接面
４２突出部
４３当接面
５１回折格子面

Claims

凹状のトロイダル形状からなる回折格子面を有する回折格子と、
前記回折格子面に対応する形状からなる凸状の当接面を端面に有し、前記当接面が前記回折格子面に当接するように固定される円筒状のリテーナと、
前記リテーナが挿入される開口が形成された筐体とを備えることを特徴とする分光器。
前記当接面は、前記リテーナの軸線を中心に９０°間隔で４つ形成されていることを特徴とする請求項１に記載の分光器。
前記回折格子面は、第１軸における曲率半径と、前記第１軸に直交する第２軸における曲率半径とが異なるトロイダル形状からなり、
前記４つの当接面のうちの２つは、前記第１軸上に前記軸線を挟んで形成され、残りの２つは、前記第２軸上に前記軸線を挟んで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の分光器。
凹状のトロイダル形状からなる回折格子面を有する回折格子に固定されるリテーナであって、
前記回折格子面に対応する形状からなる凸状の当接面を端面に有する円筒状に形成され、前記当接面が前記回折格子面に当接するように固定されるとともに、当該リテーナを回転可能に保持するための摺接面が外周面に形成されていることを特徴とするリテーナ。