JP3137020B2 - 分光計 - Google Patents
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
-
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- G01J3/02—Details
-
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- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
- G01J3/0208—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using focussing or collimating elements, e.g. lenses or mirrors; performing aberration correction
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は分光計に関し、特に
連続的に広い波長範囲のスペクトルを同時に測定する場
合に、結像精度を総合的に高めたポリクロメータ型の分
光計に関する。
連続的に広い波長範囲のスペクトルを同時に測定する場
合に、結像精度を総合的に高めたポリクロメータ型の分
光計に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、一定の広い波長範囲の光スペクト
ルを連続的に同時に測定するものとしては図４に示すよ
うな、入射スリット１、コリメート鏡兼集光鏡２、回折
格子等の分散素子からなる光学系３、及び複数の光電変
換素子を線上に並べた検出器４を組み合わせたものが知
られており、このような構成で複数のスペクトルを同時
に取得していた。検出器の素子数は１であるが、本方式
を利用した分光計の例が、論文「Ｔｈｅ Ｓｏｌａｒ
Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ａ
ｎｄ Ｔｏｔａｌ Ｏｚｏｎｅ Ｍａｐｐｉｎｇ Ｓｐ
ｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ（ＳＢＵＶ／ＴＯＭＳ）ｆｏｒ
ＮＩＭＢＵＳ Ｇ，Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ
ｉｎｇ １４，３２３−３３２（１９７５）」に示され
ている。
ルを連続的に同時に測定するものとしては図４に示すよ
うな、入射スリット１、コリメート鏡兼集光鏡２、回折
格子等の分散素子からなる光学系３、及び複数の光電変
換素子を線上に並べた検出器４を組み合わせたものが知
られており、このような構成で複数のスペクトルを同時
に取得していた。検出器の素子数は１であるが、本方式
を利用した分光計の例が、論文「Ｔｈｅ Ｓｏｌａｒ
Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ａ
ｎｄ Ｔｏｔａｌ Ｏｚｏｎｅ Ｍａｐｐｉｎｇ Ｓｐ
ｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ（ＳＢＵＶ／ＴＯＭＳ）ｆｏｒ
ＮＩＭＢＵＳ Ｇ，Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ
ｉｎｇ １４，３２３−３３２（１９７５）」に示され
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この光学系は図４に示
すようにコリメート鏡兼集光鏡２に球面鏡を使用してお
り、入射スリット１から入射した光はコリメート鏡兼集
光鏡２で平行光となり、回折格子等の分散素子３で分光
され、分光された波長毎に検出器４に短波長５、中心波
長６、長波長７の順で下から結像する。
すようにコリメート鏡兼集光鏡２に球面鏡を使用してお
り、入射スリット１から入射した光はコリメート鏡兼集
光鏡２で平行光となり、回折格子等の分散素子３で分光
され、分光された波長毎に検出器４に短波長５、中心波
長６、長波長７の順で下から結像する。
【０００４】図５に図４の光学系を採用した場合の分光
像を示す。図に示すように、分光方向にはいずれの波長
も像が広がらず、良好な分光特性が得られていることが
わかる。しかしながら、分光方向と垂直方向では短波長
の像８は良好であるが、中心波長の像９、長波長の像１
０になるに従って像が大きくなることがわかる。これら
の像を分光方向に多素子の光電変換素子を並べたアレイ
検出器で同時に取得する場合、短波長の像サイズに素子
の大きさを合わせると、長波長側では像がけられてしま
い光量を損失するという問題がある。一方、長波長の像
サイズに素子の大きさを合わせると、素子の受光面積が
大きくなる。検出器のノイズは受光面積が大きいほど大
きくなるため、信号対ノイズ比が低下するという問題が
ある。
像を示す。図に示すように、分光方向にはいずれの波長
も像が広がらず、良好な分光特性が得られていることが
わかる。しかしながら、分光方向と垂直方向では短波長
の像８は良好であるが、中心波長の像９、長波長の像１
０になるに従って像が大きくなることがわかる。これら
の像を分光方向に多素子の光電変換素子を並べたアレイ
検出器で同時に取得する場合、短波長の像サイズに素子
の大きさを合わせると、長波長側では像がけられてしま
い光量を損失するという問題がある。一方、長波長の像
サイズに素子の大きさを合わせると、素子の受光面積が
大きくなる。検出器のノイズは受光面積が大きいほど大
きくなるため、信号対ノイズ比が低下するという問題が
ある。
【０００５】また特開平６−２０７８５３号公報、特開
昭６２−２７７５２７号公報、特開昭５７−５４８２４
号公報及び特開昭６１−１４５２７号公報には特定の波
長のみに限定して結像性能を向上させた例が示されてい
るが、本発明のように同時に広い波長範囲のスペクトル
像を取得する目的には適さない。また、特開平４−１９
０１２３号公報には同時にスペクトルを取得する例が示
されているが、分光方向と垂直方向の結像性能はよくな
いという問題がある。
昭６２−２７７５２７号公報、特開昭５７−５４８２４
号公報及び特開昭６１−１４５２７号公報には特定の波
長のみに限定して結像性能を向上させた例が示されてい
るが、本発明のように同時に広い波長範囲のスペクトル
像を取得する目的には適さない。また、特開平４−１９
０１２３号公報には同時にスペクトルを取得する例が示
されているが、分光方向と垂直方向の結像性能はよくな
いという問題がある。
【０００６】以上、上述した従来の分光計は、長波長で
分光方向と垂直方向に像が広がるという課題があった。
分光方向と垂直方向に像が広がるという課題があった。
【０００７】したがって、本発明の目的は分光方向およ
び分光方向と垂直方向の結像特性を短波長から長波長に
至るまで総合的に高めた分光計を提供することにある。
び分光方向と垂直方向の結像特性を短波長から長波長に
至るまで総合的に高めた分光計を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の分光計は、従来
の分光計で使用していた球面のコリメート鏡兼集光鏡の
代わりに分光方向のコリメート、集光には円形状を用
い、分光方向と垂直方向のコリメート、集光には放物線
形状を用いたトロイダル面を採用した。
の分光計で使用していた球面のコリメート鏡兼集光鏡の
代わりに分光方向のコリメート、集光には円形状を用
い、分光方向と垂直方向のコリメート、集光には放物線
形状を用いたトロイダル面を採用した。
【０００９】本発明の分光計においては、また、放物線
形状の焦点距離を短波長から長波長にわたる総合的な結
像特性が向上する長さとした。
形状の焦点距離を短波長から長波長にわたる総合的な結
像特性が向上する長さとした。
【００１０】更に、本発明の分光計においては、検出器
を短波長から長波長にわたる総合的な結像特性が向上す
る角度に傾けたことを特徴としている。
を短波長から長波長にわたる総合的な結像特性が向上す
る角度に傾けたことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。
図面を参照して説明する。
【００１２】図１は本発明の実施の形態を示す分光計の
正面図である。図で、本発明による分光計は入射スリッ
ト１１、コリメート鏡兼集光鏡１２、回折格子等の分散
素子１３、および検出器１４から構成される。
正面図である。図で、本発明による分光計は入射スリッ
ト１１、コリメート鏡兼集光鏡１２、回折格子等の分散
素子１３、および検出器１４から構成される。
【００１３】測定対象である分光前の光は入射スリット
１１を通り、コリメート鏡兼集光鏡１２で平行光とな
り、回折格子等の分散素子１３により波長毎に分光さ
れ、コリメート鏡兼集光鏡１２で集光され、検出器面１
４に結像される。広波長範囲の光を分光した場合は短波
長１５、中心波長１６、長波長１７の順に図の下から順
に結像する。
１１を通り、コリメート鏡兼集光鏡１２で平行光とな
り、回折格子等の分散素子１３により波長毎に分光さ
れ、コリメート鏡兼集光鏡１２で集光され、検出器面１
４に結像される。広波長範囲の光を分光した場合は短波
長１５、中心波長１６、長波長１７の順に図の下から順
に結像する。
【００１４】図２は、図１の本発明の実施の形態例にお
ける結像した分光像を示し、短波長から長波長にわたっ
て総合的に結像特性が良くなっているのがわかる。
ける結像した分光像を示し、短波長から長波長にわたっ
て総合的に結像特性が良くなっているのがわかる。
【００１５】図３は、本発明の実施例の斜視図であり、
コリメート鏡兼集光鏡２２の形状を示したものである。
図３に示すように、本発明の分光計ではコリメート鏡兼
集光鏡１２（図１）の形状を分光方向は円形状にして分
光方向の結像性能を向上させ、分光方向と垂直方向は放
物線形状にすることにより短波長から長波長にわたる広
い波長範囲で分光方向と垂直方向の像の広がりをおさえ
ている。
コリメート鏡兼集光鏡２２の形状を示したものである。
図３に示すように、本発明の分光計ではコリメート鏡兼
集光鏡１２（図１）の形状を分光方向は円形状にして分
光方向の結像性能を向上させ、分光方向と垂直方向は放
物線形状にすることにより短波長から長波長にわたる広
い波長範囲で分光方向と垂直方向の像の広がりをおさえ
ている。
【００１６】さらに本発明においては、分光方向と垂直
方向である放物線形状の焦点距離を、分光方向の円形の
焦点距離より若干短くすることにより、短波長から長波
長までの総合的な結像性能を向上させる。
方向である放物線形状の焦点距離を、分光方向の円形の
焦点距離より若干短くすることにより、短波長から長波
長までの総合的な結像性能を向上させる。
【００１７】さらに検出器１４（図１）を長波長側がコ
リメート鏡兼集光鏡１２から遠くなるように傾けること
により短波長から長波長までの総合的な結像性能を向上
させる。このようにして本発明の実施例では図２に示す
ように長波長２０でも像が広がらない結像特性が得られ
る。
リメート鏡兼集光鏡１２から遠くなるように傾けること
により短波長から長波長までの総合的な結像性能を向上
させる。このようにして本発明の実施例では図２に示す
ように長波長２０でも像が広がらない結像特性が得られ
る。
【００１８】図６は、長波長側での分光方向の結像特性
（ＭＴＦ：ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｅｒ Ｆ
ｕｎｃｔｉｏｎ）及び分光方向に対して垂直方向の結像
特性を従来例と本発明とで比べたものである。実線が分
光方向の結像特性を示し、Ｐが従来例、Ｉが本発明を示
している。また一点鎖線ＰC が従来例の分光方向に対し
て垂直方向の結像特性を示し、破線ＩC が本発明による
分光方向に対して垂直方向の結像特性を示している。こ
のとき、図１の実施の形態例においては分光方向の円形
の焦点距離は５００ｍｍ、その垂直方向の放物線形状の
焦点距離は４９０ｍｍと設定されている。
（ＭＴＦ：ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｅｒ Ｆ
ｕｎｃｔｉｏｎ）及び分光方向に対して垂直方向の結像
特性を従来例と本発明とで比べたものである。実線が分
光方向の結像特性を示し、Ｐが従来例、Ｉが本発明を示
している。また一点鎖線ＰC が従来例の分光方向に対し
て垂直方向の結像特性を示し、破線ＩC が本発明による
分光方向に対して垂直方向の結像特性を示している。こ
のとき、図１の実施の形態例においては分光方向の円形
の焦点距離は５００ｍｍ、その垂直方向の放物線形状の
焦点距離は４９０ｍｍと設定されている。
【００１９】図において、空間周波数（Ｓｐａｔｉａｌ
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が高くなっても、値が低下しな
いことが望ましく、分光方向の垂直方向の結像特性が従
来例に比べて大きく改善されていることが判る。
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が高くなっても、値が低下しな
いことが望ましく、分光方向の垂直方向の結像特性が従
来例に比べて大きく改善されていることが判る。
【００２０】
【発明の効果】本発明の分光計は、広い波長範囲の連続
的な分光スペクトルを同時に得るとともに、短波長から
長波長にいたるまで分光方向とその垂直方向双方の結像
特性が優れており、高い分光分解能で、光量損失がな
く、高い信号対ノイズ比が実現できるという効果があ
る。
的な分光スペクトルを同時に得るとともに、短波長から
長波長にいたるまで分光方向とその垂直方向双方の結像
特性が優れており、高い分光分解能で、光量損失がな
く、高い信号対ノイズ比が実現できるという効果があ
る。
【図１】本発明の実施の形態例の正面図である。
【図２】本発明による結像性能例を示す図である。
【図３】本発明の実施例の斜視図である。
【図４】従来の分光計例を示す図である。
【図５】従来の分光計例における結像特性例を示す図で
ある。
ある。
【図６】本発明と従来例との長波長側での結像特性を比
べた図である。
べた図である。
１ 入射スリット ２ コリメート鏡兼集光鏡（球面） ３ 回折格子等の分散素子 ４ 検出器 ５ 短波長像 ６ 中心波長像 ７ 長波長像 ８ 短波長像 ９ 中心波長像 １０ 長波長像 １１ 入射スリット １２ コリメート鏡兼集光鏡（トロイダル面） １３ 回折格子等の分散素子 １４ 検出器 １５ 短波長像 １６ 中心波長像 １７ 長波長像 １８ 短波長像 １９ 中心波長像 ２０ 長波長像 ２１ 入射スリット ２２ コリメート鏡兼集光鏡（トロイダル面） ２３ 円形状 ２４ 放物線形状 ２５ 回折格子等の分散素子 ２６ 検出器 ２７ 短波長 ２８ 中心波長 ２９ 長波長
Claims (5)
- 【請求項１】 入射スリット、コリメート鏡兼集光鏡、
分散素子、および検出器から構成され、前記コリメート
鏡兼集光鏡において、分光方向に円形状を、分光方向と
鉛直方向に放物線形状を用いたことを特徴とする分光
計。 - 【請求項２】 分光方向の焦点距離（円形半径）と分光
方向と鉛直方向の放物線形状の焦点距離を異ならせたこ
とを特徴とする請求項１の分光計。 - 【請求項３】 前記放物線形状の焦点距離を円形の焦点
距離（円形半径）より短かくしたことを特徴とする請求
項２の分光計。 - 【請求項４】 ある波長範囲の入射光を受ける前記検出
器をコリメート鏡兼集光鏡からの入射光に対して斜めに
配置したことを特徴とする請求項１、２または３の分光
計。 - 【請求項５】 長い波長に対して距離が長くなるように
前記検出器を傾けることを特徴とする請求項４の分光
計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09029887A JP3137020B2 (ja) | 1997-02-14 | 1997-02-14 | 分光計 |
| US09/021,320 US5831729A (en) | 1997-02-14 | 1998-02-10 | Spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09029887A JP3137020B2 (ja) | 1997-02-14 | 1997-02-14 | 分光計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10227693A JPH10227693A (ja) | 1998-08-25 |
| JP3137020B2 true JP3137020B2 (ja) | 2001-02-19 |
Family
ID=12288492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09029887A Expired - Fee Related JP3137020B2 (ja) | 1997-02-14 | 1997-02-14 | 分光計 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5831729A (ja) |
| JP (1) | JP3137020B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19900308B4 (de) * | 1999-01-07 | 2010-11-25 | Spectro Analytical Instruments Gmbh | Echelle-Spektrometer geringer Baugröße mit zweidimensionalem Detektor |
| US6628383B1 (en) * | 1999-10-22 | 2003-09-30 | Ronnie Lewis Hilliard | Imaging spectrograph for multiorder spectroscopy |
| DE10006800A1 (de) * | 2000-02-15 | 2001-08-16 | Leica Microsystems | Vorrichtung zur Selektion und Detektion mindestens eines Spektralbereichs eines spektral aufgefächerten Lichtstrahls |
| JP4473665B2 (ja) * | 2004-07-16 | 2010-06-02 | 浜松ホトニクス株式会社 | 分光器 |
| JP2007316007A (ja) * | 2006-05-29 | 2007-12-06 | Yokogawa Electric Corp | 光信号測定装置及び方法 |
| US8203710B1 (en) | 2006-06-12 | 2012-06-19 | Wavefront Research, Inc. | Compact wide field fast hyperspectral imager |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5754824A (en) * | 1980-09-19 | 1982-04-01 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | Spectroscope |
| JPH0778451B2 (ja) * | 1984-06-29 | 1995-08-23 | 株式会社島津製作所 | 平面回折格子分光器 |
| JPS62277527A (ja) * | 1986-05-27 | 1987-12-02 | Iwatsu Electric Co Ltd | 回折格子を用いた分光器 |
| JP2576284B2 (ja) * | 1990-11-22 | 1997-01-29 | 株式会社島津製作所 | ポリクロメータ |
| CA2084923A1 (en) * | 1991-12-20 | 1993-06-21 | Ronald E. Stafford | Slm spectrometer |
-
1997
- 1997-02-14 JP JP09029887A patent/JP3137020B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-02-10 US US09/021,320 patent/US5831729A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10227693A (ja) | 1998-08-25 |
| US5831729A (en) | 1998-11-03 |
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