JP2753310B2

JP2753310B2 - 分光器

Info

Publication number: JP2753310B2
Application number: JP1049883A
Authority: JP
Inventors: 洋治園部; 隆生谷本
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1989-03-03
Filing date: 1989-03-03
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: JPH02231536A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は分散型分光素子を用いた分光器に係わり、特
に光学系部材の熱膨張に起因するカメラ鏡の焦点位置の
ずれに起因する測定精度の劣化を抑制するようにした分
光器に関する。

［従来の技術］回折格子等の分散型分光素子を用いた分光器は例えば
第５図に示すように構成されている。すなわち、一つの
基板１上に出射スリット2,コリメータ鏡3,図示しない回
動機構にて刻線4aと平行する軸心4b回りに回動自在に支
持された回折格子4,カメラ鏡5,出射スリット6,レンズ７
および受光器８が配設されている。なお、入射スリット
２および出射スリット６のスリット方向は回折格子４の
刻線4a方向と一致している。

しかして、外部から入力された被測定光ａは入射スリ
ット２を介してコリメータ鏡３に入射される。コリメー
タ鏡３に入射された被測定光ａはこのコリメータ鏡３で
平行光に直されて軸心4b回りに回動されている回折格子
４へ入射角θで照射される。回折格子４は入射角θで入
射された被測定光ａを刻線4aに直交する平面に分光す
る。回折格子４で分光された光はカメラ鏡５で集光さ
れ、出射スリット６上に結像される。出射スリット６を
通過した光はレンズ７を介して受光器８の受光面上に入
射される。

そして、回動機構で回折格子４を回動させると回動角
ψに対応して入射角θが変化する。すると、分光されて
出射スリット６上に集光された光の中心波長λが変化す
る。したがって、回折格子４を回動させながら受光器８
で受光された光の光強度を測定すると、被測定光ａの各
波長λにおけるスペクトラム値が得られる。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら基板１上に前述した種々の光学系部材２
〜８を配設した分光器においてもまだ解消すべき次のよ
うな問題があった。すなわち、このような構成の分光器
において、測定された分光特性上の各波長λの分解能を
向上させるためには、出射スリット６のスリット幅ｄを
狭くして、この出射スリット６を通過する光に含まれる
波長λの波長幅Δλをできるだけ小さくする必要があ
る。しかし、スリット幅ｄを狭くするとレンズ７を介し
て受光器８へ入射する光の強度が低下する。光強度が低
下すると受光器８から出力される光強度信号のS/N比が
低下して、分光器全体の測定精度が低下する問題が生じ
る。したがって、狭いスリット幅ｄ上にできるだけ多く
の光を集める必要があるので、カメラ鏡５の焦点位置と
出射スリット６の位置が正確に一致することが要求され
る。

また、測定波長の再現性を確保するために常に同じ波
長の光を入力したときにはスリット正面からみて横方向
に対して焦点が同じ位置にある必要がある。

しかし、一般に分光器の周囲温度が変化すると、基板
１および前記各光学系部材２〜６は熱膨脹の影響を受け
る。例えばガラス材料で形成されたカメラ鏡５は熱膨脹
すると、曲率が小さくなる方向に変形する。その結果、
焦点距離Ｆが長くなる傾向にある。一方、例えばアルミ
ニウム材料で形成された基板１も熱膨脹するので、カメ
ラ鏡５から出射スリット６までの距離が伸びる。焦点距
離Ｆの伸び量と基板１の伸び量とを一致させることは現
実的に困難であるので、結果的に温度が変化するとカメ
ラ鏡５の焦点位置と出射スリット６の設置位置とが一致
しなくなる。よって、出射スリット６を通過する光量が
低下したり、波長分解能が低下して、分光器全体の測定
精度が低下する問題が生じる。

なお、戸外等でこの分光器を使用する場合に急激に周
囲温度が低下して、前記各光学系部材に熱収縮が発生し
た場合においても、焦点位置がずれるので、前述した問
題が発生する。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであ
り、出射スリットを移動自在に設けることによって、熱
膨脹に起因する焦点位置の移動を補正でき、劣化を低減
でき、ひいては装置全体の測定精度を向上できる分光器
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記課題を解消するために本発明は、基板上に少なく
とも入射スリット，コリメータ鏡，分散型分光素子，カ
メラ鏡，出射スリットおよび受光器を配設し、入射スリ
ットから入力された被測定光をコリメータ鏡を介して分
散型分光素子へ入射させ、この分散型分光素子で分光さ
れた光をカメラ鏡で出射スリット上に結像し、出射スリ
ット上に結像された光の光強度を受光器で検出する分光
器において、カメラ鏡から受光器へ向かう光軸を出射ス
リットのスリット幅の中心に一致させた状態で、光軸に
対してほぼ垂直な平面内でスリット幅を可変させるスリ
ット幅可変機構と、スリット幅を一定に維持した状態
で、出射スリットをカメラ鏡から受光器へ向かう光軸に
沿って移動させるスリット位置移動機構とを設けたもの
である。

［作用］このように構成された分光器であれば、出射スリット
のスリット幅をカメラ鏡から受光器へ向かう光軸を中心
として両側へ任意のスリット幅に調整可能である。した
がって、この出射スリットを通過する光に含まれる波長
λの波長幅Δλを任意に設定可能である。また、カメラ
鏡の集光位置に出射スリットを配置できるので、たとえ
波長の分解能を向上させるためにスリット幅を狭くした
としても、受光器へ入射される光の強度低下を最小限に
抑制でき、常に高いS/N比を維持できる。

さらに、分光器の周囲温度が変化して、熱膨脹又は熱
収縮によってカメラ鏡の焦点位置と出射スリットの位置
が一致しなくなると、出射スリットを焦点位置まで移動
させて、カメラ鏡の焦点位置と出射スリットの位置とを
一致させることが可能となる。よって、たとえ周囲温度
が変化したとしても波長分解能の劣化を抑制できる。

［実施例］以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第２図は実施例の分光器を上方から見た平面図であ
る。第４図と同一部分には同一符号を付して重複する部
分の説明を省略する。すなわち、一つの基板１上に例え
ばHeNeのレーザ光からなる基準波長λ_０（＝633nm）を
有する基準光ｂを出力する基準光源10,この基準光源10
から出力された基準光ｂと外部から入力された被測定光
ａとを選択する光路切換器11,入射スリット2,コリメー
タ鏡3,回動機構によって軸心4b回りに回動自在に支持さ
れた回折格子4,カメラ鏡5,移動機構12に支持された出射
スリット13,レンズ７および受光器８が配設されてい
る。なお、入射スリット２および出射スリット13のスリ
ット方向は回折格子４の刻線方向と一致している。

前記光路切換器11は例えば図中矢印Ａ方向へ移動可能
であり、通常の測定動作時においては、右方へ移動し
て、被測定光ａを入射スリット２へ導く。また、出射ス
リット13の位置調整操作時には左方へ移動して、図示す
るように被測定光ａを遮光して、基準光ｂを反射させて
入射スリット２へ導く。

前記移動機構12は、図中矢印Ｂで示すように、出射ス
リット13をカメラ鏡５の中心とカメラ鏡５の焦点と受光
器８とを結ぶ線に沿って移動可能に支持する。そして、
例えば第１図に示すように構成されている。

第１図において、基板１に一辺がカメラ鏡５とカメラ
鏡５の中心とカメラ鏡５の焦点と受光器８とを結ぶ線に
平行するような向きに矩形状の窓14が穿設されており、
この窓14内に矢印Ｂ方向へ移動可能な可動板15が配設さ
れている。この可動板15の側面には反対側へ貫通する２
個の貫通孔が穿設されており、一方の貫通孔にはねじ棒
16が螺合しており、他方の貫通孔にはガイド棒17が微少
隙間を有して貫通している。ねじ棒16の一端は窓14内に
固定された第１のステッピングモータ18の軸に連結され
ており、他端は窓14の他方の側壁に枢支されている。ガ
イド棒17の両端は前記窓14の各側壁に固定されている。
したがって、第１のステッピングモータ18を回転させれ
ば、可動板15がガイド棒17にガイドされながら図中矢印
Ｂ方向に移動する。したがって、第１のステッピングモ
ータ18,ねじ棒16,ガイド棒17,可動板15はスリット位置
移動機構を構成する。

可動板15の上面には、互いに対向してスリット板13a,
13bが矢印Ｂ方向と直交する方向に配置されている。こ
のスリット板13a,13bの下部位置にはねじ棒19が螺合し
ている。このねじ棒19の各スリット板13a,13bが螺合す
る各部分に互いに逆方向にねじが刻設されている。そし
て、このねじ棒19の一端は第２のステッピングモータ20
の軸に連結されている。したがって、この第２のステッ
ピングモータ20を回転させれば、スリット板13aとスリ
ット板13bとの隙間で形成される出射スリット13のスリ
ット間隔ｄが変化する。したがって、第２のステッピン
グモータ20及び互いに逆方向にねじが刻設されたねじ棒
19は、光軸を出射スリット13のスリット幅ｄの中心に一
致させた状態で、光軸に対してほぼ垂直な平面内でスリ
ット幅ｄを可変させるスリット幅可変機構を構成する。

このように構成された移動機構12において、第１図の
ステッピングモータ18を駆動すれば一対のスリット板13
a,13bからなる出射スリット13の位置が矢印Ｂ方向に移
動する。また、第２のステッピングモータ20を駆動する
とスリット間隔ｄが変化する。

次に、このように構成された分光器における出射スリ
ット13の位置調整方法を説明する。

まず、移動方向をカメラ鏡の中心とカメラ鏡の焦点と
分光器とを結ぶ線に沿って移動させる場合を考える。第
1,第２のステッピングモータ18,20を起動して、可動板1
5の位置およびスリット幅ｄを適当な値に設定する。次
に、光路切換器11を第２図に示すように、左方向に移動
させて被測定光ａを遮光する。そして、基準光源10を点
灯して、基準波長λ_０を有する基準光ｂを入射スリット
２を介してコリメータ鏡３へ入射させる。

すると、この基準光ｂは回折格子４で分光されてカメ
ラ鏡５へ入射される。カメラ鏡５に入射された光はこの
カメラ鏡５で出射スリット13上に集光される。そして、
出射スリット13を通過した光はレンズ７を介して受光器
８へ入射され、光強度信号に変換される。この光強度信
号は図示しない測定器で測定される。そして、測定され
た光強度信号が最大値になるように回動機構で回折格子
４の回動角ψを調整する。光強度信号が最大値を示す
と、第２のステッピングモータ20を駆動して、スリット
幅ｄを狭くする。そして、光強度信号が最大値になるよ
うに再度回折格子４の回動角ψを微調整する。

次に、回折格子４の回動角ψを基準回動角ψ_０に固定
した状態で、第１のステッピングモータ18を駆動して、
出射スリット13を矢印Ｂ方向に移動させて、受光器８の
光強度信号が最大値を示す位置を捜す。光強度信号が最
大値を示すと、第３図の実線に示すように、出射スリッ
ト13上で光ビームは最小スポットとなり、出射スリット
13はカメラ鏡５の焦点位置に正しく位置したと見なせ
る。次に、光強度信号が最大値になるように再度回折格
子４の回動角ψを微調整する。そして、スリット幅ｄが
最小幅になると、出射スリット13を通過する光の中心波
長λが前記基準光ｂの基準周波数λ_０に一致しているの
で、この時の回折格子４の回動角ψを基準波長λ_０に対
応する基準回動各ψ０と設定する。

以上説明した出射スリット13のスリット幅ｄおよび位
置調整操作が終了すると、基準光源10を消灯し、光切換
器11を右方向へ移動して、被測定光ａを入射スリット２
へ導き、被測定光ａに対する通常の分光測定を開始す
る。この状態においては、出射スリット13がカメラ鏡５
の焦点位置に正しく位置しているの、高い波長精度を有
した分光特性が得られる。

このような分光器において、周囲温度が上昇して、カ
メラ鏡５の熱膨脹と基板１の熱膨脹との関係により、第
３図の点線で示すように、焦点距離ＦがΔＦだけ伸びて
Faに変化したとする。すると、基準光ｂを用いて前述し
た手順で出射スリット13の位置を再調整する。しかし
て、出射スリット13の各スリット板13a,13bは第３図の
点線で示す各スリット板13aa,13bb位置に位置する。よ
って、スリット板13aa,13bbの中心位置にカメラ鏡５の
移動後の焦点位置を合せることが可能となる。

第４図は本発明の他の実施例に係わる分光器における
出射スリット13の移動機構の要部を示す斜視図である。
なお、第１図と同一部分には同一符号が付してある。

この実施例においては、可動板15の上にさらに第２の
可動板31を設けて、この第２の可動板31上にスリット板
13a,13bを配設している。そして、第２の可動板31を第
３のステッピングモータ32およびねじ棒33でもって前記
出射スリット13をスリット正面に対して左右方向へ移動
可能にしている。

このような移動機構を用いることにより、回折格子４
の回動角を動かさずに基準光の波長と回折格子４の波長
とを対応させることができる。

このように、たとえ周囲温度が変化して、カメラ鏡の
焦点位置が移動したとしても、出射スリットをその焦点
位置に移動することが可能であるので、波長分解能や波
長精度の劣化を抑制できる。

［発明の効果］以上説明したように本発明の分光器によれば、出射ス
リットを移動自在に設けている。したがって、出射スリ
ットのスリット幅を変化させることによって、任意の分
解能が得られるとともに、たとえ高い分解能を得るため
にスリット幅を狭くしたとしても、受光器へ入射される
光の強度低下を最小限に抑制でき、常に高いS/N比を維
持できる。さらに、必要に応じて熱膨脹等に起因する焦
点位置の移動を補正できるので、波長分解能の劣化を防
止でき、ひいては装置全体の測定精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる分光器の出射スリッ
トの移動機構を示す切欠斜視図、第２図は実施例の分光
器全体を示す平面図、第３図は実施例の効果を説明する
ための図、第４図は本発明の他の実施例に係わる分光器
の出射スリットの移動機構を示す切欠斜視図、第５図は
従来の分光器を示す模式図である。１……基板、２……入射スリット、３……コリメータ
鏡、４……回折格子、５……カメラ鏡、７……レンズ、
８……受光器、10……基準光源、11……光路切換器、12
……移動機構、13……出射スリット、13a,13b……スリ
ット板、14……窓、15……可動板、18……第１のステッ
ピングモータ、20……第２のステッピングモータ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板（１）上に少なくとも入射スリット
（２），コリメータ鏡（３），分散型分光素子（４），
カメラ鏡（５），出射スリット（13）および受光器（1
8）を配設し、入射スリットから入力された被測定光を
コリメータ鏡を介して分散型分光素子へ入射させ、この
分散型分光素子で分光された光をカメラ鏡で出射スリッ
ト上に結像し、出射スリット上に結像された光の光強度
を受光器で検出する分光器において、前記カメラ鏡から前記受光器へ向かう光軸を前記出射ス
リットのスリット幅の中心に一致させた状態で、前記ス
リット幅を可変させるスリット幅可変機構（19,20）
と、前記スリット幅を一定に維持した状態で、前記出射スリ
ットを前記カメラ鏡から前記受光器へ向かう光軸に沿っ
て移動させるスリット位置移動機構（15,16,17,18）とを設けたことを特徴とする分光器。