JP2018009813A - 分光器、波長測定装置及びスペクトル測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モアレを利用してスペクトルを測定する際にスペクトルの分解能を向上させることができる分光器を提供する。【解決手段】入力光のスペクトルを測定する分光器１００、２００であって、入力光を分離することにより、第１ピッチを有する第１縞を形成する縞形成器と、第１縞を分散する回折格子１０３と、分散された第１縞を、第１ピッチとは異なる第２ピッチの第２縞に重ね合わせることでモアレを形成するモアレ形成器と、モアレを検出することにより、入力光のスペクトルを測定する撮像素子１０７と、を備え、縞形成器及びモアレ形成器の少なくとも一方は、シリンドリカルレンズアレイ１０１、２０５を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、入力光のスペクトルを測定する分光器及びスペクトル測定方法並びに入力光の波長を測定する波長測定装置に関する。

従来、光の波長あるいはスペクトルの測定において、光の波長に対して角度分散特性を有する分散素子（例えば、回折格子、プリズムあるいはエタロンなど）又は干渉計などが用いられる（例えば、特許文献１を参照）。

このような測定において、測定可能な光の帯域（以下、測定帯域という）の広さと分解能の高さとはトレードオフの関係を有する。一般的な分解能は、測定帯域が広い場合には数ナノメートル程度となり、測定帯域が狭い場合には数ピコメートル程度となる。

特開２０１６−０５７２２４号公報

従来技術の課題を説明するために、まず、特許文献１に開示された分光器について説明する。図１は、特許文献１に開示された分光器１０の構成を示す図である。分光器１０は、第１スリットアレイ１２と、回折格子１４と、第２スリットアレイ１７とを備える。

第１スリットアレイ１２は、第１ピッチｐ₁で並ぶ複数のスリットを有する。回折格子１４は、光の波長に対して回折角度が変化する特性（角度分散特性）を有する反射型回折格子である。第２スリットアレイ１７は、第１ピッチｐ₁とは異なる第２ピッチｐ₂で並ぶ複数のスリットを有する。ここでは、第１スリットアレイ１２の像（分散された第１縞）と第２スリットアレイ１７（第２縞）との重ね合わせによって生じるモアレを検出することにより、入力光のスペクトルが測定される。

モアレ（Moire pattern）とは、複数の周期的な模様を重ね合わせた場合に、その複数の周期的な模様の周期のずれによってうなりとして発生するパターンである。モアレの位置（つまり、モアレにおける高輝度領域の位置）は、複数の周期的な模様の位置関係に応じて大きく変化する。つまり、モアレの位置は、入力光の波長に応じて、第１スリットアレイ１２の像の位置の変化よりも大きく変化する。

したがって、モアレを測定することにより、入力光のスペクトルを測定することができる。このとき、入力光のスペクトルの分解能を向上するためには、第１ピッチｐ₁と第２ピッチｐ₂との差を小さくすることに加えて、モアレの高輝度領域の幅を小さくする必要があり、第１スリットアレイ１２及び第２スリットアレイ１７の各々のスリット幅を狭窄化することが求められる。つまり、第１縞及び第２縞の各々において、高輝度領域の幅に対する低輝度領域の幅の比であるアスペクト比を高くすることが求められる。

しかしながら、スリット幅には、製造上の限界がある。また、スリット幅の狭窄化は、光量損失の増加を生じさせるため、微弱光のスペクトル測定を難しくする。そのため、スペクトルの測定において、スリットアレイのアスペクト比の向上（つまり、開口率の低減）は制限され、スペクトルの分解能の向上も制限されてしまう。

そこで、本発明は、モアレを利用してスペクトルを測定する際にスペクトルの分解能を向上させることができる分光器を提供する。

本発明の一態様に係る分光器は、入力光のスペクトルを測定する分光器であって、前記入力光を分離することにより、第１ピッチを有する第１縞を形成する縞形成器と、前記第１縞を分散する分散素子と、分散された前記第１縞を、前記第１ピッチとは異なる第２ピッチの第２縞に重ね合わせることでモアレを形成するモアレ形成器と、前記モアレを検出することにより、前記入力光のスペクトルを測定する測定器と、を備え、前記縞形成器及び前記モアレ形成器の少なくとも一方は、シリンドリカルレンズアレイを含む。

この構成によれば、縞形成器及びモアレ形成器の少なくとも一方がシリンドリカルレンズアレイを含むことができる。シリンドリカルレンズアレイでは、各シリンドリカルレンズに入射した光が対応するライン上に集光される。つまり、シリンドリカルレンズアレイは、シリンドリカルレンズの幅の狭窄化の効果に加えて集光の効果により、スリットアレイよりも縞の高輝度領域の幅を狭窄化することができる。さらに、シリンドリカルレンズアレイは、スリットアレイのように入力光を遮らないので、光量損失を抑制することもできる。つまり、分光器は、スリットアレイの代わりにシリンドリカルレンズを用いることで、光量損失を抑制することができ、スペクトルの分解能も向上させることができる。

例えば、前記縞形成器は、前記第１縞を形成するシリンドリカルレンズアレイを含んでもよい。

この構成によれば、縞形成器がシリンドリカルレンズアレイを含むことができる。したがって、狭い幅の高輝度領域、つまり、高いアスペクト比を有する第１縞を形成することができる。さらに、第１縞の形成による光量の損失を抑制することもできる。例えば、第１縞のアスペクト比が１０であれば、スリットアレイを用いる場合よりも光量損失を１０分の１以下に減少させることができる。

例えば、前記モアレ形成器は、前記モアレを形成するシリンドリカルレンズアレイを含み、前記測定器は、前記モアレ形成器の前記シリンドリカルレンズアレイの焦点位置で前記モアレを検出してもよい。

この構成によれば、モアレ形成器がシリンドリカルレンズアレイを含むことができる。したがって、スリットアレイを用いる場合よりも光量損失を軽減することができる。また、モアレ形成器にスリットアレイが用いられる場合には、スリットアレイの位置にモアレが形成される。そのため、モアレの検出において焦点ずれによるボケの影響を排除するためには、スリットアレイから離れた位置にモアレを結像するためのリレーレンズ等が必要となる。一方、モアレ形成器にシリンドリカルレンズアレイが用いられる場合には、シリンドリカルレンズアレイから離れた位置（焦点位置）にモアレが形成される。したがって、測定器は、シリンドリカルレンズアレイの焦点位置でモアレを検出することができる。つまり、モアレが形成される位置に測定器を配置することができ、リレーレンズを除去することができる。その結果、部品点数を削減することができ、分光器を小型化することができる。

本発明の一態様に係る波長測定装置は、入力光の波長を測定する波長測定装置であって、前記入力光を分離することにより、第１ピッチを有する第１縞を形成する縞形成器と、前記第１縞を分散する分散素子と、分散された前記第１縞を、前記第１ピッチとは異なる第２ピッチの第２縞に重ね合わせることでモアレを形成するモアレ形成器と、前記モアレを検出することにより、前記入力光の波長を測定する測定器と、を備え、前記縞形成器及び前記モアレ形成器の少なくとも一方は、シリンドリカルレンズアレイを含む。

この構成によれば、上記分光器と同様の効果により、光量損失を抑制することができ、波長の分解能も向上させることができる。

なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本発明の一態様に係る分光器は、モアレを利用してスペクトルを測定する際にスペクトルの分解能を向上させることができる。

図１は、特許文献１に開示された分光器の構成を示す図である。 図２は、実施の形態１に係る分光器の構成を示す図である。 図３は、実施の形態１に係るシリンドリカルレンズアレイの斜視図である。 図４は、実施の形態１における分散された第１縞と第２縞との重ね合わせを示す図である。 図５は、入力光が第１波長の単色光である場合におけるモアレの検出結果を示す図である。 図６は、入力光が第２波長の単色光である場合におけるモアレの検出結果を示す図である。 図７は、スペクトルの測定原理を説明するための図である。 図８は、実施の形態１に係るスペクトル測定方法を示すフローチャートである。 図９は、実施の形態２に係る分光器の構成を示す図である。 図１０は、実施の形態２に係るシリンドリカルレンズアレイの斜視図である。 図１１は、実施の形態３に係る分光器の構成を示す図である。 図１２Ａは、一般的な分光器における分散光の検出結果を示すグラフである。 図１２Ｂは、実施の形態３に係る分光器におけるモアレの検出結果を示すグラフである。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、請求の範囲を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。また、以下の実施の形態において、略同一などの表現を用いている場合がある。例えば、略同一は、完全に同一であることを意味するだけでなく、実質的に同一、すなわち、数％程度の誤差を含むことも意味する。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１について図面を参照しながら説明する。

［分光器の構成］
図２は、実施の形態１に係る分光器１００の構成を示す図である。図３は、実施の形態１に係るシリンドリカルレンズアレイ１０１の斜視図である。

図２に示すように、分光器１００は、シリンドリカルレンズアレイ１０１と、第１レンズ１０２と、回折格子１０３と、第２レンズ１０４と、スリットアレイ１０５と、第３レンズ１０６と、撮像素子１０７と、を備える。

シリンドリカルレンズアレイ１０１は、入力光１１０を分離することにより、第１ピッチｐ₁を有する第１縞１１１を形成する縞形成器の一例である。つまり、シリンドリカルレンズアレイ１０１は、入力光１１０から複数の線状光を複製する。図３に示すように、シリンドリカルレンズアレイ１０１は、第１ピッチｐ₁（例えば、約０．５ｍｍ）で水平方向に並ぶ複数のシリンドリカルレンズを有する。

各シリンドリカルレンズに入射した光が対応するラインに集光されることで、狭小な幅を有する複数のラインからなる第１縞１１１が形成される。このラインは、スリットアレイのスリットに相当し、高輝度領域を形成する。このとき、シリンドリカルレンズアレイ１０１は、１０以上のアスペクト比を有する第１縞１１１を形成することができる。

第１レンズ１０２は、第１縞１１１の光を平行光にするためのコリメートレンズである。

回折格子１０３は、第１縞を分散する分散素子の一例である。本実施の形態では、回折格子１０３は、光の波長に対して回折角度が変化する特性（角度分散特性）を有する反射型回折格子である。なお、分散素子は、回折格子に限定されない。

第２レンズ１０４は、回折格子１０３によって分散された光をスリットアレイ１０５上に集光するためのレンズである。つまり、第２レンズ１０４は、スリットアレイ１０５上に分散された第１縞１１２を形成する。

スリットアレイ１０５は、分散された第１縞１１２を、第１ピッチｐ₁とは異なる第２ピッチｐ₂（例えば、約０．４２ｍｍ）の第２縞に重ね合わせることにより、モアレ１１３を形成するモアレ形成器の一例である。スリットアレイ１０５は、分散された第１縞１１２と同一方向に第２ピッチｐ₂で並ぶ複数のスリットにより第２縞を形成する。

モアレとは、複数の周期的な模様を重ね合わせた場合に、その複数の周期的な模様の周期のずれによりうなりとして発生するパターンである。モアレの位置（つまり、モアレにおける輝度のピーク位置）は、複数の周期的な模様の位置関係によって変化する。

モアレ１１３を用いた入力光１１０のスペクトルの測定原理については図面を用いて後述する。

第３レンズ１０６は、スリットアレイ１０５の直後に形成されたモアレ１１３を撮像素子１０７の撮像面上に結像するためのレンズである。

撮像素子１０７は、モアレ１１３を検出することにより、入力光１１０のスペクトルを測定する測定器の一例である。撮像素子１０７は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの固体撮像素子である。

［スペクトルの測定原理］
次に、モアレを用いたスペクトルの測定原理について図面を参照しながら説明する。図４は、実施の形態１における分散された第１縞と第２縞との重ね合わせを示す図である。図５は、入力光１１０が第１波長の単色光である場合におけるモアレの検出結果を示す図である。図６は、入力光１１０が第２波長の単色光である場合におけるモアレの検出結果を示す図である。図７は、スペクトルの測定原理を説明するための図である。

例えば、入力光１１０が単色光である場合、回折格子１０３によって分散された第１縞１１２は、第１縞１１１と同様の縞模様を有する。つまり、分散された第１縞１１２は、第１縞１１１と同様に単色の縞模様となる。このような分散された第１縞１１２と、第２縞として機能するスリットアレイ１０５とを重ね合わせることにより、図４に示すように、モアレ１１３が形成される。このとき、分散された第１縞１１２の位置は入力光１１０の波長に依存するため、モアレ１１３も入力光の波長に依存する。

ここで、分散された第１縞１１２とスリットアレイ１０５とによる入力光１１０のスペクトルの測定原理について図５及び図６を参照しながらより詳しく説明する。ここでは、入力光１１０が単色光である場合について説明する。

図５及び図６において、（ａ）は、分散された第１縞１１２と撮像素子１０７の画素１０７ｐとの位置関係を示す。また、（ｂ）は、分散された第１縞１１２及び撮像素子１０７の画素１０７ｐと、スリットアレイ１０５との位置関係を示す。（ｃ）は、撮像素子１０７の画素１０７ｐの各々において検出される輝度を示す。

入力光が第１波長を有する場合には、図５の（ａ）に示すように分散された第１縞１１２ａが形成される。そして、図５の（ｂ）に示すように、分散された第１縞１１２ａとスリットアレイ１０５との重ね合わせによってモアレが生じる。

その結果、図５の（ｃ）に示すように、各画素においてモアレの輝度が検出される。ここでは、画素Ｐ５において輝度のピークが検出される。

一方、入力光が第２波長を有する場合には、図６の（ａ）に示すように分散された第１縞１１２ｂが形成される。分散された第１縞１１２ｂは、分散された第１縞１１２ａに比べて一画素より小さい距離だけ右にシフトしている。これは、第１波長の入力光と第２波長の入力光とでは回折格子１０３における回折角度が異なるためである。

図６の（ｂ）に示すように、分散された第１縞１１２ｂとスリットアレイ１０５との重ね合わせによってモアレが生じる。その結果、図６の（ｃ）に示すように、各画素においてモアレの輝度が検出される。ここでは、画素Ｐ４で輝度のピークが検出される。つまり、図６におけるモアレは、図５におけるモアレに対して、一画素左にシフトしている。

このように分散された第１縞１１２（副尺）とスリットアレイ１０５（主尺）との重ね合わせによって生じるモアレの位置の変化は、分散された第１縞１１２の位置の変化よりも大きい。したがって、分光器１００は、分散された第１縞１１２の微小な位置の変化を検出することができ、入力光の微小な波長の違いを判別することができる。

このようなピッチが異なる２つの目盛り（主尺及び副尺）の重なりによって副尺の微小な変化を拡大して測定することができることを、副尺（バーニア）効果という。つまり、分光器１００は、副尺効果を利用して、主尺の分解能によって定まる帯域内におけるスペクトルの分解能を向上させることができる。

なお、入力光が単色光である場合について説明したが、入力光に複数の波長の光が含まれる場合であっても、上記と同様に、各波長の光の強さを測定することができる。図７に示すように、入力光１１０は、シリンドリカルレンズアレイ１０１によって分離され、第１縞１１１が形成される。さらに、第１縞１１１は、回折格子１０３によって分散され、分散された第１縞１１２が形成される。このとき、分散された第１縞１１２の各高輝度領域は、入力光１１０のスペクトル分布を有する。分散された第１縞１１２とスリットアレイ１０５とが重ね合わされることにより、モアレ１１３が形成される。このモアレ１１３では、各高輝度領域のスペクトル分布が引き伸ばされており、スペクトル測定の解像度を向上させることができる。

［スペクトルの測定方法］
次に、以上のように構成された分光器１００によるスペクトルの測定方法について説明する。図８は、実施の形態１に係るスペクトル測定方法を示すフローチャートである。

まず、シリンドリカルレンズアレイ１０１は、入力光１１０を分離することにより、第１縞１１１を形成する（Ｓ１０１）。回折格子１０３は、第１縞１１１を分散して、分散された第１縞１１２を形成する（Ｓ１０２）。分散された第１縞１１２がスリットアレイ１０５に形成された第２縞に重ね合わせられ、モアレ１１３が形成される（Ｓ１０３）。撮像素子１０７は、モアレ１１３を検出することにより、入力光１１０のスペクトルを測定する（Ｓ１０４）。

［効果］
以上のように、本実施の形態に係る分光器１００によれば、縞形成器がシリンドリカルレンズアレイ１０１を含むことができる。シリンドリカルレンズアレイ１０１では、各シリンドリカルレンズに入射した光が対応するライン上に集光される。つまり、シリンドリカルレンズアレイ１０１は、シリンドリカルレンズの幅の狭窄化の効果に加えて集光の効果により、スリットアレイよりも縞の高輝度領域の幅を狭窄化することができる。さらに、シリンドリカルレンズアレイ１０１は、スリットアレイのように入力光１１０を遮らないので、光量損失を抑制することもできる。つまり、分光器１００は、スリットアレイの代わりにシリンドリカルレンズを用いることで、光量損失を抑制することができ、スペクトルの分解能も向上させることができる。

特に、縞形成器がシリンドリカルレンズアレイ１０１を含むことで、狭い幅の高輝度領域、つまり、高いアスペクト比を有する第１縞を形成することができる。さらに、第１縞の形成による光量の損失を抑制することもできる。例えば、第１縞のアスペクト比が１０であれば、スリットアレイを用いる場合よりも光量損失を１０分の１以下に減少させることができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２について図面を参照しながら説明する。実施の形態２に係る分光器は、出力側のスリットアレイの代わりにシリンドリカルレンズアレイが用いられる点が、上記実施の形態１と異なる。以下に、上記実施の形態１と異なる点を中心に、実施の形態２について説明する。

［分光器の構成］
図９は、実施の形態２に係る分光器２００の構成を示す図である。図１０は、実施の形態２に係るシリンドリカルレンズアレイ２０５の斜視図である。図９において、図２と略同一の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図９に示すように、分光器２００は、スリットアレイ２０１と、第１レンズ１０２と、回折格子１０３と、第２レンズ１０４と、シリンドリカルレンズアレイ２０５と、撮像素子２０７とを備える。

スリットアレイ２０１は、入力光１１０を分離することにより、第１ピッチｐ₁を有する第１縞２１１を形成する縞形成器の一例である。スリットアレイ２０１は、第１ピッチｐ₁で水平方向に並ぶ複数のスリットを有する。つまり、第１縞２１１は、第１ピッチｐ₁で水平方向に並ぶ複数のラインを有する。

シリンドリカルレンズアレイ２０５は、分散された第１縞２１２を、第１ピッチｐ₁とは異なる第２ピッチｐ₂の第２縞に重ね合わせることにより、モアレ２１３を形成するモアレ形成器の一例である。シリンドリカルレンズアレイ２０５は、分散された第１縞２１２と同一方向に第２ピッチｐ₂で並ぶ複数のシリンドリカルレンズを有する。モアレは、第１縞とシリンドリカルレンズアレイ（第２縞）とを重ね合わせることによって形成される（非特許文献１：A Livnat、O.Kafri、“Moire pattern of a linear grid with a lenticular grating”、OPTICS LETTERS、Optical Society of America、June 1982、Vol.7、No.6、p.253-255）。

撮像素子２０７は、シリンドリカルレンズアレイ２０５の焦点位置でモアレ２１３を検出する測定器の一例である。撮像素子２０７は、例えばＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子である。撮像素子２０７は、シリンドリカルレンズアレイ２０５から焦点距離だけ離れて配置される。撮像素子２０７とシリンドリカルレンズアレイ２０５との間にレンズはなくてもよい。

［効果］
本実施の形態に係る分光器２００によれば、モアレ形成器がシリンドリカルレンズアレイ２０５を含むことができる。したがって、スリットアレイを用いる場合よりも光量損失を軽減することができる。また、モアレ形成器にスリットアレイが用いられる場合には、スリットアレイの位置にモアレが形成される。そのため、モアレの検出において焦点ずれによるボケの影響を排除するためには、スリットアレイから離れた位置にモアレを結像するためのリレーレンズ（例えば図２の第３レンズ１０６）等が必要となる。一方、モアレ形成器にシリンドリカルレンズアレイ２０５が用いられる場合には、シリンドリカルレンズアレイ２０５から焦点距離だけ離れた位置（焦点位置）にモアレが形成される。したがって、撮像素子２０７は、シリンドリカルレンズアレイ２０５の焦点位置でモアレを検出することができる。つまり、モアレが形成される位置に撮像素子２０７を直接配置することができ、リレーレンズを排除することができる。その結果、分光器２００の部品点数を削減することができ、分光器２００を小型化することができる。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３について図面を参照しながら説明する。実施の形態３に係る分光器は、入力側及び出力側の両方でスリットアレイの代わりにシリンドリカルレンズアレイが用いられる点が、上記実施の形態１及び２と異なる。以下に、上記実施の形態１及び２と異なる点を中心に、実施の形態３について説明する。

［分光器の構成］
図１１は、実施の形態３に係る分光器３００の構成を示す図である。図１１において、図２及び図９と略同一の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１１に示すように、分光器３００は、シリンドリカルレンズアレイ１０１と、第１レンズ１０２と、回折格子１０３と、第２レンズ１０４と、シリンドリカルレンズアレイ２０５と、撮像素子２０７とを備える。

分光器３００は、２つのシリンドリカルレンズアレイ１０１、２０５を含む。入力側のシリンドリカルレンズアレイ１０１は、実施の形態１と同様に、入力光１１０を分離することにより第１縞１１１を形成する。出力側のシリンドリカルレンズアレイ２０５は、実施の形態２と同様に、分散された第１縞１１２からモアレ３１３を形成する。

［効果］
以上のように、本実施の形態に係る分光器３００によれば、実施の形態１及び実施の形態２の両方の効果を実現することができる。特に、分光器３００では、スリットアレイによって光が遮られないので、光量損失をさらに低減することができる。光量損失の低減について図１２Ａ及び図１２Ｂを用いて説明する。

図１２Ａは、一般的な分光器における分散光の検出結果を示すグラフである。図１２Ｂは、実施の形態３に係る分光器におけるモアレの検出結果を示すグラフである。一般的な分光器とは、回折格子の角度分散特性のみを利用してモアレを用いずにスペクトルを測定する分光器である。

図１２Ａ及び図１２Ｂにおいて、画素番号は撮像素子の水平位置を示し、走査番号は撮像素子の垂直位置を示す。また、光の強度は、撮像素子の各画素において測定された光の強さを示す。ここでは、入力光が単色光である場合の検出結果を示している。一般的な分光器と実施の形態３に係る分光器とでは、光の強度のピーク値の変化はほぼ無く、モアレを形成するための光量損失が抑制されていることがわかる。

（他の実施の形態）
以上、本発明の１つまたは複数の態様に係る分光器について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の１つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

例えば、上記各実施の形態では、シリンドリカルレンズアレイには、複数の凸形状のレンズが片面に形成されていたが、レンズの形状はこれに限定されない。例えば、シリンドリカルレンズアレイは、レンズ内の屈折率を変化させることにより実現されてもよい。この場合、シリンドリカルレンズアレイは、凸形状のレンズを有しなくてもよい。また、複数の凸形状のレンズは両面に形成されてもよい。つまり、シリンドリカルレンズアレイは、上記各実施の形態に示したシリンドリカルレンズアレイと同一又は類似の光学的機能を有していればよく、どのような形状であってもよい。

また例えば、分光器は、測定帯域外の波長の光をカットする光学フィルタを備えてもよい。この波長フィルタを通過した光を入力光として用いることで、測定帯域内において、入力光のスペクトルを高精度に測定することができる。このとき、波長フィルタの通過帯域を時間とともに変化させてもよい。これにより、複数の測定帯域において入力光のスペクトルを測定することができる。

なお、上記各実施の形態では、分散素子として回折格子が用いられていたが、これに限定されない。例えば、分散素子として、プリズム又はエタロンが用いられてもよい。

また、上記各実施の形態では、測定器として撮像素子が用いられていたが、これに限定されない。例えば、測定器としてフォトディテクタ又は感光フィルムが用いられてもよい。

また、上記各実施の形態では、分光器は、第１レンズ及び第２レンズを備えていたが、これらのレンズを必ずしも備えなくてもよい。例えば、第１レンズ又は第２レンズは、シリンドリカルレンズアレイと一体に設けられてもよい。

なお、上記各実施の形態において、入力光のスペクトルを測定する分光器は、入力光の波長を測定する波長測定装置として実現されてもよい。この場合、測定器は、図５及び図６に示すように、モアレを検出することにより、入力光の波長を測定すればよい。これにより、光量損失を抑制することができ、波長の分解能も向上させることができる。

本発明の一態様に係る分光器は、入力光のスペクトルの測定において分解能を向上させることができ、例えばラマン分光器などに適用できる。

１００、２００、３００ 分光器
１０１、２０５ シリンドリカルレンズアレイ
１０２ 第１レンズ
１０３ 回折格子
１０４ 第２レンズ
１０５、２０１ スリットアレイ
１０６ 第３レンズ
１０７、２０７ 撮像素子
１０７ｐ 画素
１１０ 入力光
１１１、２１１ 第１縞
１１２、１１２ａ、１１２ｂ、２１２ 分散された第１縞
１１３、２１３、３１３ モアレ

Claims (5)

1. 入力光のスペクトルを測定する分光器であって、
   前記入力光を分離することにより、第１ピッチを有する第１縞を形成する縞形成器と、
   前記第１縞を分散する分散素子と、
   分散された前記第１縞を、前記第１ピッチとは異なる第２ピッチの第２縞に重ね合わせることでモアレを形成するモアレ形成器と、
   前記モアレを検出することにより、前記入力光のスペクトルを測定する測定器と、を備え、
   前記縞形成器及び前記モアレ形成器の少なくとも一方は、シリンドリカルレンズアレイを含む、
   分光器。
2. 前記縞形成器は、前記第１縞を形成するシリンドリカルレンズアレイを含む、
   請求項１に記載の分光器。
3. 前記モアレ形成器は、前記モアレを形成するシリンドリカルレンズアレイを含み、
   前記測定器は、前記モアレ形成器の前記シリンドリカルレンズアレイの焦点位置で前記モアレを検出する、
   請求項１又は２に記載の分光器。
4. 入力光の波長を測定する波長測定装置であって、
   前記入力光を分離することにより、第１ピッチを有する第１縞を形成する縞形成器と、
   前記第１縞を分散する分散素子と、
   分散された前記第１縞を、前記第１ピッチとは異なる第２ピッチの第２縞に重ね合わせることでモアレを形成するモアレ形成器と、
   前記モアレを検出することにより、前記入力光の波長を測定する測定器と、を備え、
   前記縞形成器及び前記モアレ形成器の少なくとも一方は、シリンドリカルレンズアレイを含む、
   波長測定装置。
5. 入力光のスペクトルを測定するスペクトル測定方法であって、
   前記入力光を分離することにより、第１ピッチを有する第１縞を形成し、
   前記第１縞を分散し、
   分散された前記第１縞を、前記第１ピッチとは異なる第２ピッチの第２縞に重ね合わせることでモアレを形成し、
   前記モアレを検出することにより、前記入力光のスペクトルを測定し、
   前記第１縞の形成及び前記モアレの形成の少なくとも一方では、シリンドリカルレンズアレイが用いられる、
   スペクトル測定方法。