JP2532235B2

JP2532235B2 - 光学リレ−

Info

Publication number: JP2532235B2
Application number: JP62051812A
Authority: JP
Inventors: セカンドジョージ・ダブリュー・ホプキンズ; バリー・ジー・ウィリス
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1986-03-07
Filing date: 1987-03-06
Publication date: 1996-09-11
Anticipated expiration: 2011-09-11
Also published as: DE3769353D1; AU6883387A; EP0241135B1; JPS62209323A; EP0241135A3; AU590388B2; EP0241135A2

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は一般に、後続の分散性要素のための物体を識
別するのにスリットを使用する分光学的計器に利用する
光学リレーに関する。更に詳細には、本発明は所定の波
長範囲にわたり比較的平坦な光束伝達能力を有するリレ
ーに関する。

〔従来技術とその問題点〕

一般に、光学リレーは一つの点に他の点にある。光源
からの像を作るデバイスである。このようなデバイスは
像を作るのにレンズおよびミラーまたはそのどちらかを
利用している。

分光光度計では、光は光源からの光の幾分かを吸収す
る試料の入った試料セルを通過する。試料セルを通して
伝えられた光は伝達された光の分光強度分布を測定する
検出器に向けられる。分光強度を測定する波長の範囲に
試料を特徴づける強い吸収ピークが存在すれば、その試
料は測定した分光分布を識別することができる。一般的
に重要な試料物質には（１）230〜300nmで吸収する芳香
族分子、（２）190nmの近くで強く吸収するアミノ酸
類、糖類、および炭化水素類、（３）820nm近くで吸収
する鉄、銅、尿素、およびヘモグロビン、（４）400nm
の近くで吸収するNAD等の酵素の共同因子がある。した
がって、汎用分光光度計は約190nmから約820nmまでの範
囲にわたり試料の吸収スペクトルを測定すべきである。

残念なことに、190から820nmまでの広い波長範囲にわ
たり、単体レンズではかなりな量の色収差が見られる。
波長の範囲が可視光の範囲内では、単体レンズの焦点距
離ｆの変化の割合は0.016の程度である。しかしなが
ら、190から820nmまでの範囲では、焦点距離ｆの変化割
合は0.2の程度になる。したがって、このような範囲で
は焦点距離ｆの典型的な変化割合が0.0004の程度（可視
範囲にわたり）の色消しレンズを使うか、あるいは集束
ミラーを使用するのが普通である。しかしながら、色消
しレンズと集束ミラーとは共に単体レンズよりかなり高
価である。

単体レンズはフィルタ測光計に使用されてきた。その
わけはこのような測光計は単体レンズの色収差に鈍感な
広域領域検出器を使用しているからである。このような
計器では、波長は適切なフィルムを光ビームの経路内に
設置して選定する。このような計器は低価格という利点
はあるが、スペクトル全体を走査することはできない。

回折格子またはプリズムのような分散性要素を備えた
計器でスペクトル全体を走査するためには、検出すべき
ビームの領域を確定するのにスリットが必要である。或
る種の分光計では、ビームは分散性要素、スリット、次
いで試料セルを順次通過する。このような分光計では、
スリットに入射するスペクトルの部分だけがスリットを
通して試料セルに伝わる。スリットの幅によって試料セ
ルを通過するスペクトルの幅が決まるのでスリットの幅
によって分光計の分解能が決定される。スペクトルは分
散性要素を回転させてスリットを横断したスペクトルを
掃引することにより走査することができる。他の種類の
分光計では、ビームは回折格子等の分散要素に入射する
前に試料セルとスリットとを順次通過する。フォトダイ
オード・アレイを使用してスペクトル全体を並列に検出
し、これによって操作速度を増加させる。ここにおいて
も、スリットの幅によって分光計の分解能が決定され
る。

単体レンズを広い波長範囲にわたって上述の２種類の
システムのいずれかに使用すると、スリットにより伝達
された光のスペクトル分布はスリット上に焦点を結ぶ波
長においてピークを示す。このようなピークの理由は次
のように考えることができる。色収差のため、分布のピ
ークがみられる波長以外の波長の光はスリットにおいて
焦点がはずれる。その結果、スリットにおけるビームの
幅は焦点がはずれた波長に対するものの方がスリットに
焦点を結ぶ波長に対するものより広くなる。スリットの
幅は典型的には分解能ができるかぎり大きくするために
集束光のビーム幅の程度になるように選定される。この
結果、焦点をはずれた各波長の部分はスリットの縁でブ
ロックされ、このため検出器に到達するこれら波長の光
の量が減少する。

190nmから800nmまでの波長範囲にわたり比較的平坦な
スペクトルを有する光源では、スリットを通過する光の
スペクトル分布は第２図に示すような形状を有する。19
0nmから820nmまでというような広い範囲の波長を使用す
ると、このピークの発生（peaking）は特に激しくな
る。このピーク発生を減少させるため、スリット幅を増
大すれば、分解能が劣化する。

したがって、広帯域分光計は一般的には色消しレンズ
またはミラーを使用して光ビームを集束している。これ
らのミラーは典型的には一点機械加工（single−point
−machining）または電鋳によって製造される。これら
のミラーは一般に円すい曲線（conic）をその軸のまわ
りに回転して作られる円すい曲線断面（conical sectio
n）の形状をしているので生産するのに比較的費用がか
かる。ミラーを使用している光学リレーでは、ミラーを
このような各ミラーに入射する光に対してわずかな角度
だけ傾け、反射光が入射光と同一直線上に無いようにし
ている。これはミラー自身によってビームの一部がブロ
ックされないようにするため行われるものである。この
ようなビーム経路のずれ（deviation）によって、ミラ
ーを固定し、また、該ビームが正確に指向および集束さ
れる位置に正確に取り付けるため、付加的な機械加工操
作によって形成される複雑な取り付け表面が必要とな
る。また、ミラー面は保護のため薄膜で被覆することが
屡々ある。この膜は価格を押上げるとともに時とともに
劣化する可能性があり、このため性能が低下する。この
複雑さはすべて単体レンズを使用する光学リレーの場合
よりかなり大きな価格上昇を招く。

複雑な取付け、加工作業は極めてコンパクトにできる
インライン光学設計による色消しレンズ（アクロマート
とも言う）を使用すれば回避することができる。残念な
がら、色消しレンズを190nmまでに拡張したスペクトル
の紫外領域に対して補正すると、このようなレンズは非
常に高価になる。ほとんどの要素は紫外線に対して不透
明であるから、このようなレンズは一般的にシリカとフ
ッ化カルシウムとから作られ、アクロマートの個々の要
素のパワーはアクロマートの正味パワー（net power）
よりはるかに大きい。これが高価格の理由である。アク
ロマート成分の高パワーが残留の単色収差にも導入さ
れ、これによって比較的開口の数が少ないまたは寸法の
小さいものを使用することに限定される。アクロマート
の性能は良いが、一般的には同等のミラーの約２倍高価
である。これらは一般に小形化が必要な場合に使用され
る。

分光計の範囲で屈折率ｎが変化すればこの範囲でレン
ズの焦点距離が変化する。この変化の尺度はdf/f_Rと定
義される長手方向の正規化色収差である。ここでdfは問
題となる波長範囲にわたる焦点距離ｆの全変動量であ
り、f_Rは一般に問題となる範囲内に選定したレファレン
ス波長の焦点距離である。色消しレンズについては、長
手方向の正規化色収差は0.0004の程度である。単体レン
ズの場合には、長手方向の正規化色収差は可視光領域の
範囲で0.016の程度であるが、190nmから820nmまでの範
囲では0.2の程度である。光学リレーの費用を減らすた
めには、単体レンズだけを使用し、しかも190nmから820
nmまでの全範囲にわたり比較的平坦なスペクトラム伝達
を生ずるようにリレーを設計するのが有利である。

〔発明の効果〕

したがって、本発明の目的は、安価で所望の波長範囲
において平坦なスペクトル束分布を得るための光学リレ
ーを提供することにある。

〔発明の概要〕

以下に述べる説明において、図の参照番号の最初の桁
はその参照番号で命名された第２図の構成素子を示す。

図示した好適な実施例によれば、単体レンズの色収差
が重要となる波長範囲にわたって動作する低価格の分光
計での使用に好適な光学リレーが開示される。この光学
リレーは光源からの光を試料セルを通してスリット上に
結像させるのに一対の単体レンズを使用している。ホロ
グラフ格子（holographic grating）等の分散性要素が
スリットを通ってフォトダイオード・アレイ等の検出器
に伝えられる光を分散する。アクロマートは正のパワー
を有する別々の二つの単体レンズを使用することは理論
的には不可能でる（たとえば、1978年Academic Press発
行のRudolph Kingslake著「レンズ設計の基礎」“Lens
Design Fundamentals"pp.89〜92を参照）。ただし、こ
こに開示する好適な光学リレーによれば、レンズの位
置、開口の位置と直径、レンズの焦点距離、およびスリ
ットの大きさと位置はスリットを通る光のスペクトル強
度が、測定対象の光学波長範囲にわたって実質的に一定
となるように選択される。本発明の好適な一実施例を19
0nmから820nmまでの範囲について説明するが、この特定
の選択は本発明の範囲を限定するものと解釈すべきでは
ない。

ホログラフ格子はスリットを通って来る光をフォトダ
イオード・アレイ上に集束する。したがって、スリット
を通過する光は格子に対して物体として働く。レンズの
色収差のため、光学リレーの像距離は波長が異なれば異
なる。同様に、スリットにおける光ビームの直径は波長
が異なれば異なる。スリットがビームより大きければ、
所与の波長で格子上に形成される像の大きさはビームの
直径で決まることになる。ビームの直径は波長とともに
変化することにより、フォトダイオード・アレイ上に生
ずる像の大きさは波長の関数として変化する。このため
得られる分解能は波長とともに変化する。したがって、
この分解能が波長とともに変化することを避けるには、
検出器が測定するすべての波長においてスリットをビー
ムより小さく選定する。

分解能はスリットの大きさが小さくなるにつれて増大
するので、スリットを小さくしておくことは有利であ
る。分光計の信号対ノイズの比（S/N比）を可能なかぎ
り大きくするため、分光計の光源からの実質上すべての
光をスリットを通して伝達すべきである。したがって、
光学リレーがスリット上に作る光源の像がスリット全体
を丁度満たすように光学リレーの正味パワーを選択す
る。スリットを光で一様に満たすために分光光度計では
拡がりを持った光源を一般に使用している。これにより
フォトダイオード・アレイの各ダイオードの全領域を入
射光の検出に使用できるようになる。

極めて微量の試料を使用するために設計された分光計
では、光ビームを小さな試料セル上に結像させることに
有利である。このようなシステムでは、試料セルは二つ
の単体レンズの間に設置され、その距離はビームが試料
セル上に結像するように選定される。

汎用分光計では、様々な大きさの試料セルを利用でき
ることが望ましい。試料セルに入射する光がコリメート
されていなければ、試料セルの長さの変化が光学リレー
に対する像距離を変化させる。したがって、試料セルに
おける光がコリメートすることが望ましい。これは試料
セルを二つの単体レンズの間に設置し、第一のレンズを
光源からその第一レンズの焦点距離に等しい距離に設置
すれば達成される。第一レンズの色収差のため、光の一
波長だけをレンズ間の領域でコリメートすることができ
る。この波長は190nmの光が820nmの光が発散すると同じ
程度の強さで収斂するように選択する。定量的に、これ
は190nmの光に対する第一レンズからの像距離を820nmの
光に対する第一レンズからの負の像距離に等しくすれば
達成される。レンズ方程式を使用する簡単な計算によ
り、これには屈折率（n_rで示す）が190nmと820nmとにお
ける平均屈折率に等しくなるレファレンス波長において
光をコリメートする必要がわかる。このレファレンス波
長における光がコリメートであるとき、ビームは、レフ
ァレンス波長以外の波長の光がコリメートでなくともこ
こでは「コリメートする」と考える。本発明の好適な実
施例に使用する特定のレンズについては、レファレンス
波長は250nmである。

第一レンズを通過する光に対して絞り（stop）として
作動する第一の開口は、第一レンズとスリットとの間に
設置されている。レンズは短い波長の光線を長い波長の
光線より強く曲げるから、光源から発散する円錐状光線
で第一開口を通るものは長い波長に対してよりも短い波
長に対して大きくなる。等価的に、このことは第一レン
ズ／第一開口の組合せが190nm近くの波長に対して820近
くの波長に対するよりも大きな受容角を有することを意
味する。これは検出器において短い波長のスペクトル強
度分布が長い波長の強度分布に比較して増大するという
効果を持っている。

上述したとうり、スペクトル強度分布は一般的にスリ
ット上に集束する波長でピークとなる。この波長を第一
開口の位置に関連して選定することにより、スペクトル
強度分布を実質上平坦にすることができる。開口の位置
は所定の波長範囲の短波長端の振幅を増加するように選
択することができるので、スリット上に集束する波長の
選択は、長波長端を増加するように選択する。これには
この波長を範囲の短波長端よりも長波長端に近く選定す
ればよい。更にスペクトル分布を平坦にするには開口を
一つまたはそれ以上を追加すればよい。本発明に係る光
学リレーに使用する単体レンズと開口とは結像ミラーや
色消しレンズより実質上低価格であるから、本光学リレ
ーは問題となる波長範囲で実質上平坦なスペクトル強度
分布を保ちながら実質的に費用の節約を果すことにな
る。

〔発明の実施例〕

第１図は第一の単体レンズ21,第二の単体レンズ22,お
よび不透明障壁24内の開口23を使用している本発明に係
る光学リレーを示す。この光学リレーは光源25からの光
を試料セル26を経て不透明障壁28内に形成されたスリッ
ト27に伝える。スリット27は幅ｗ、高さｈの長方形であ
る。開口23は半径ｒの円形である。光源25からレンズ21
までの距離はd₁であり、レンズ21から試料セル26までの
距離はd₂であり、試料セル26からレンズ22までの距離は
d₃であり、レンズ22から開口22までの距離はd₄であり、
開口23からスリット28までの距離はd₅である。これらの
パラメータを適格に選ぶことにより、この光学リレー
は、かなりな色収差のある一対の単体レンズを使用して
も、考察中の波長範囲にわたり実質的に平坦なスペクト
ル（第３図に示す）を持つようにすることができる。

本発明に係る光学リレーの主要な実施例が二つある。
第一の実施例では、距離d₁とd₂とを光源25からの光が試
料セル26に集束するように選定する。この実施例は極め
て小さい試料セルを備えている分光計に使用するのに特
に適している。ビームを試料セル上に集束させることに
より、すべてのビールが小さな試料セルを通過するよう
にビームを集中させることができる。第二の実施例はそ
の寸法の範囲が広い試料セルを使用することができる汎
用分光計に使用するのに特に適している。第二実施例で
は、距離d₁をレンズ21が光とコリメートするように選択
される。レンズ22の位置はビームがスリット27に集束す
るように選択される。ビームが試料セルの位置でコリメ
ートしない場合、そして、光ビームの方向における試料
セルの長さが異なる他の試料セルと交換すれば、光がレ
ンズ22により集束される点がわずかに動く。この結果、
分光計の光学的応答が試料セルの長さにより影響される
ことになる。光が試料セルの位置でコリメートするとき
は、試料セルの長さに対する感度とは無関係になる。

単体レンズ21と22とには色収差があるので、異なる波
長の光は両レンズによって異なる量で曲げられる。した
がって、厳密に言えば、レンズ21の位置はすべての光を
試料セル上に集束するように、またはすべての光がコリ
メートするように選定することはできない。その代り、
単一のレファレンス波長w_rだけを試料セル上に集束させ
ることができ、または、試料セル位置でコリメートする
ことができる。このレファレンス波長は第一レンズ21の
w_rにおける屈折率n_rが問題となる波長範囲の両極値w₁と
w₂との光における第一レンズ21の光の平均屈折率に等し
くなるように選択される。

ここに開示する第１図の特定の実施例では、これらの
極値はw₁＝190nmおよびw₂＝800nmであるが、一般的概念
は明らかにこの特定の選択に限定されない。好適な実施
例に使用される特定のレンズについては、このレファレ
ンス波長は250nmである。このレファレンス波長の選択
はレファレンス波長の光が第一レンズでコリメートする
と、波長w₁の光における像距離が波長w₂の光における負
の像距離に等しくなるように行われる。この結果、二つ
のレンズの間では、波長w₁における光は波長w₂における
光が発散する角と等しい角で収斂する。光が波長w_rでコ
リメートすると、他の波長の光がコリメートしなくて
も、ビームは「コリメートする」考える。同様に、本願
明細書では、波長w_rの光がコリメートしているならば、
他の波長の光がコリメートしていなくても、ビームは
「コリメートしている」と考える。同様に、波長w_rの光
が試料セルに集束しているならば、他の波長の光が集束
していなくとも「集束している」と考える。

第４図及び第５図に、光が第一レンズ21によりコリメ
ートする場合について第一開口23が光に及ぼす影響を示
す。この同様な解析は光が第一レンズによってコリメー
トしない場合にも適用される。第４図および第５図のそ
れぞれにおいて、第一開口23の位置とその半径ｒとが第
一レンズ21と開口23との双方を通過する各波長の光の量
にどう影響するかを示すため４本の光線を描いている。
第一レンズの光軸は線Ａで示してある。図示した波長
（190,250,600,および800nm）の各々について、これら
４本の光線は光源25の中心から発し、開口23を通過する
ことになる、その波長での最も発散した光を示してい
る。このように、光源25の中心から光軸Ａに対して角a
₈₀₀未満の角度で発散する波長800nmのすべての光が開口
23を通過することになる。このことは波長が短かくなれ
ばなるほど第一レンズと開口23とを通過する光の量が増
大することを示している。このように、開口23は光学リ
レーを通る長い方の波長の光の相対量を減少させる働き
をする。

光源25からレンズ21までの距離d₁は250nmにおける光
がコリメートするように選定しているので、第４図およ
び第５図において、この波長における光は第一レンズ21
と第二レンズ22間の領域で光軸Ａと平行であることを示
す。第５図に示すように開口23を左に動かすと、角a₂₅₀
は不変であるが角a₁₉₀は減少し角a₆₀₀および角a₈₀₀は増
大する。一般に、開口23が左方向に動くにつれて、長波
長に対して短波長側の照射量の減少の程度が低下する。
したがって、長い方の波長が減少する量は開口23の位置
を選択することによって変えることができる。実際、開
口23をレンズ21と同じ位置に設置すると、すべての波長
が障壁24により等しくブロックされ、障壁24が光学リレ
ーを通過する光のスペクトル分布の形状に及ぼす影響は
無いようになる。更に第３図のスペクトルを整形するた
めに開口を追加することができる。

距離d₂,d₃およびd₄は光ビームがスリット27に集束す
るように選択する。再び、色収差のため、単一の波長だ
けしかスリットに集束されない。この波長は開口23の位
置と関連してスペクトルを可能なだけ平坦にするように
選択される。平坦度に関する各種の判定基準は次のよう
に利用することができる。（１）スペクトルのピークか
らピークの変動（peak to peak variation）をできるか
ぎり少くすること、（２）第３図に示すスペクトルの平
坦スペクトルへの最小二乗適合、または（３）パラメー
タを各種選択して得られるスペクトルを、最も平坦であ
ると肉眼で見られるスペクトルと関連するもののパラメ
ータの選択値と肉眼で比較すること。上述のどの方法も
ほぼ同様な結果を得る。スリット上に結像する波長をw_f
と示す。開口23の位置はスペクトルの短波長部分を強調
するように調整することができるから、一般にw_fは問題
となる範囲の短波長端によりは長波長端に近く選択す
る。

第３図のスペクトルの形状を変えるため、開口23の半
径ｒもまた変化させることができる。一般に、そうでな
ければ光学リレーを通過する、少なくとも一部の光線を
不透明障壁24によってブロックするようにｒを十分小さ
く選択しておかなければならない。このような場合では
ないのなら、開口23は第３図のスペクトルに対して影響
を及ぼさない。第４図及び第５図には、190nmから800nm
までのすべての波長において、光学絞りとして作用する
ように半径ｒを選んだ。一般に、少なくとも一つの開口
は、光学リレーの絞りとして機能するように、十分に小
さい半径を有していることが好ましい。そうでなけれ
ば、レンズ21とレンズ22の外周に入射する光は、スリッ
ト27を通って検出器に到達する。しかしながら、レンズ
はその外周部分において不整な部分があったり、また、
欠けていたりすることがあるので、一般に、このような
光は光学系を通過させずに遮断している。絞りによって
またスリット27に到達する光はより多くの近軸光線にな
るように制限するので、球面収差による影響が少なくな
る。また、レンズの外周を研磨することによって、その
外周に入射する光を光学リレーに通過させることが可能
となる。

このような場合、レンズはさらにレンズの半径に等し
い半径を有する開口の機能を果たすことになる。

第４図および第５図の説明において、開口位置がスリ
ット27を通る光のスペクトル分布に及ぼす定性的影響に
ついては光源25の中心から発する光線についてだけ説明
した。光源25は一般には拡がりを持つ光源であるから、
完全な解析には光源25の中心以外から出る光線の影響を
考慮しなければならない。一般に開口23の適正な位置は
経験的に数学的モデル化によって、あるいはモデル化と
経験的調整とを組合せて決めることができる。

第６図から第９図は光学リレーに関する数学的モデル
の代表的結果のいくつかを示している。このモデルは光
源25の多数の点から発する光線を光学リレーを通して追
跡する光線追跡を使用している。一般に、光線を放射す
る複数の点が、比較的均一に光源を覆うことが望まし
く、また、光線の初期方向が光学リレーを通過する初期
方向範囲に比較的均一にカバーしていることが好まし
い。第６図から第９図にいくつかの代表的な結果を示し
た特定のモデルでは、放射点の位置と初期光線方向はラ
ンダムに選ばれている。

これら各図の左側にスリット27における光線の分布の
計算結果を示す。これら各図の右側には第２図のスリッ
ト27の右に軸Ａの中心に配置されたホログラフ格子にお
ける光線の分布の計算結果を示してある。これら各図に
おいて、光線は単一の選択波長w_fと、単一の光線波長ｗ
とについて追跡されている。第６図から第９図におい
て、w_fとｗとの選択値は以下のようになる。第６図:w_f
＝600nm,w＝190nm;第７図:w_f＝400nm;w＝400nm;第８図:
w_f＝400nm,w＝190nm;第９図:w_f＝600nm,w＝800nmであ
る。分解能が波長と無関係になるように光ビームをスリ
ット27からあふれさせるのが有益である。格子の大きな
割合を使用して光を分散させるようにホログラフ格子の
大きな割合に光をあてることも有益である。

第６図から第９図に示す等の結果を調べることにより
スリット27を通る光のスペクトル分布を最も平坦にする
パラメータを選択することができる。本実施例では、第
１図に示す下記の値のパラメータを用いて最適の光学リ
レーが作られた。光源25は直径1mmの開口を通して光を
出射する。レンズ21は光源25から距離d₁＝35.33mmのと
ころにある。レンズ21の光源25に対向する側は平らであ
り、他の側は−18.78mmの曲率半径を持っており、中間
の厚さは2.50mmである。試料セルの前縁はレンズ21の裏
側から72.00mmのところにある。試料セルは1mmの肉厚と
軸Ａの方向に10mmの幅がある空洞とを備えている。レン
ズ22の前側は4.21mmの曲率を備えており試料セルの裏側
から72.00mのところにある。レンズ22の後側は平らであ
り、レンズ22の中間の厚さは1.30mmである。開口23はレ
ンズ22の後縁に設置され、半径ｒ＝1.1mmを有する。ス
リット27の幅は0.061mm、高さは0.500mmで、開口23から
8.35mmのところに設けられている。

第３図のスペクトルは光源25からのスペクトル束分布
が問題となるスペクトル範囲にわたり平坦であると仮定
して作られた。一般に、こうではない。典型的なスペク
トル束分布の定性的形状を第10図に示す。光源25は典型
的には問題となる範囲内で強く、スペクトル束は、通常
問題とするスペクトル範囲の各終端付近で落ち始めるよ
うに選択する。加えて、スペクトル束は問題とする範囲
内のいろいろな点でピークがみられる。このような変動
を補償する簡単な機構の一つを第11図に示す。フォトダ
オード・アレイ110はホログラフ格子で分散された光の
スペクトル強度を測定するのに使用される。第10図の束
分布を補償するために、不透明マスク111をフォトダイ
オード・アレイ110の前に設置し、各フォトダイオード
の位置ごとに、第10図の非平坦分布を補償するのに充分
な程度に光線112をさえぎる。このようなマスクは光学
リレーの色収差の幾分または全部を補償するのに使用す
ることもできる。しばしば、マスクは光源スペクトル束
の変動を補正するように既に設計されているので、光学
リレーのパラメータを光源からの平坦な束スペクトルと
仮定して選択する。他の場合には、光学リレーのパラメ
ータをマスク111の形状と共にして選択する。本発明の
一実施例では、開口23をレンズ21に設置し（短波長光線
を長波長光線に対して強調しないようにし、絞りとして
だけ働くようにし）、光源25および光学リレーに対して
すべての色収差補正をマスク111の形状で行うことがで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る光学リレーは、単
体レンズと開口を含む簡単な構成であり、安価で且つ所
定の波長範囲において平坦なスペクトル束分布を容易に
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である光学リレーの概略図。
第２図は従来の光学リレーの問題点を示す図。第３図は
本発明に係る光学リレーの特性を示す図。第４図及び第
５図は本発明の一実施例である光学リレーの動作を説明
する図。第６図から第９図は、本発明の一実施例である
光学リレーを用いた場合の例を示す図。第10図は分光計
に用いられる通常の光源の発する光のスペクトル束分布
示す図。第11図はスペクトル束分布の平坦度補償器の概
略図。 21:第１レンズ,22:第２レンズ,23:開口,24,28:不透明障
壁,25:光源,26:試料セル,27:スリット,110,フォトダイ
オード・アレイ,111:不透明マスク,112:光線。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から光をスリットに光を与える光学リ
レーにおいて、前記光源からの光を受ける色収差を有する第１の単レン
ズと、前記第１のレンズを通った光を受ける色収差を有する第
２の単レンズと、光源からの光が前記第１のレンズを通過した後、通る開
口を画定する不透明障壁部材とを含み、測定波長範囲に
わたって実質的に平坦なスペクトル強度分布の光線束を
前記スリットに与えるように、前記第１単レンズから前
記不透明障壁部材までの距離を選択することを特徴とす
る光学リレー。
【請求項２】前記不透明障壁部材は前記第２の単レンズ
と前記スリットの間に設けられることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の光学リレー。
【請求項３】前記不透明障壁部材は、前記第１の単レン
ズと前記第２の単レンズの間に設けられることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の光学リレー。
【請求項４】前記第１の単レンズは、レファレンス波長
の光線が前記第１の単レンズを通過した後、平行にスリ
ットへ入射するように前記光源に対して設けられるもの
であり、前記レファレンス波長における前記第１の単レ
ンズの屈折率が前記測定波長範囲の最大波長と最小波長
における前記第１の単レンズの屈折率の平均値と等しく
なるように前記レファレンス波長を選択することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の光学リレー。
【請求項５】光源と、不透明障壁部材から成るスリット
と、前記光源と前記スリットの間に設けられ、前記光源
からの光が通過する試料セルと、前記スリットを通過し
た後、光を分散させる分散性素子と、前記分散性素子に
よって分散された光を複数の波長において検出する検出
手段とを具備することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の光学リレー。
【請求項６】前記分散素子と前記検出手段の間に設けら
れた前記光線束のうち、非平坦スペクトル成分を補償す
る形状のマスクを含むことを特徴とする特許請求の範囲
第５項記載の光学リレー。
【請求項７】前記分散素子は、回折格子である特許請求
の範囲第５項記載の光学リレー。
【請求項８】前記検出手段は、フォトダイオード・アレ
イであることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
光学リレー。