JP3245189B2 - 非点収差補正型分光装置 - Google Patents
非点収差補正型分光装置Info
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- JP3245189B2 JP3245189B2 JP10550491A JP10550491A JP3245189B2 JP 3245189 B2 JP3245189 B2 JP 3245189B2 JP 10550491 A JP10550491 A JP 10550491A JP 10550491 A JP10550491 A JP 10550491A JP 3245189 B2 JP3245189 B2 JP 3245189B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、２枚の球面反射鏡を
用いたいわゆるツェルニターナ型分光装置に関する。よ
り詳細には、その非点収差を容易に補正できるようにし
た分光装置に関する。
用いたいわゆるツェルニターナ型分光装置に関する。よ
り詳細には、その非点収差を容易に補正できるようにし
た分光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１はいわゆるツェルニターナ型と呼ば
れる従来の分光光学系の模式図である（例えば、特開昭
５６−３７５２７号公報）。入射スリット１’から入射
した拡散光は第１の凹面鏡２’（反射凹面鏡・コリメー
トミラー）で平行光線となり、反射型回折格子３’で回
折され、各回折スペクトル光は第２の凹面鏡４’（結像
凹面鏡）により受光部５’（ラインセンサ）で結像す
る。図では受光部５’に射出スリットが設けられ、単色
光のみが取り出されている。
れる従来の分光光学系の模式図である（例えば、特開昭
５６−３７５２７号公報）。入射スリット１’から入射
した拡散光は第１の凹面鏡２’（反射凹面鏡・コリメー
トミラー）で平行光線となり、反射型回折格子３’で回
折され、各回折スペクトル光は第２の凹面鏡４’（結像
凹面鏡）により受光部５’（ラインセンサ）で結像す
る。図では受光部５’に射出スリットが設けられ、単色
光のみが取り出されている。
【０００３】反射光学系であるツェルニターナ型分光光
学系では、色収差は発生しないが凹面鏡２’、４’に対
して光束が斜めに入射するため、コマ収差及び非点収差
が発生する。これらの収差のうち、非対称収差であるコ
マ収差は、２枚の凹面鏡２’、４’における入射光の方
向がそれぞれにおいて逆方向となることで打ち消される
傾向にあるが、対称収差である非点収差は２枚目の凹面
鏡４’で増幅されて更に大きくなり、回折格子３’の分
光方向（メリディオナル方向）における結像点（結像位
置）に対して、メリディオナル方向に垂直のサジタル方
向の結像点（結像位置）は第２凹面鏡４’から離れる方
向にずれこむことになる。このため、メリディオナル方
向における結像位置に合わせて設置されるラインセンサ
５’の受光面では、各スペクトルはサジタル方向に長い
像（サジタル方向に拡散した結像点群）として受光さ
れ、受光効率の低下を来していた。この状態を示したの
が図５であり、特定波長のスペクトル光における結像点
群は図のように拡散して現れる。
学系では、色収差は発生しないが凹面鏡２’、４’に対
して光束が斜めに入射するため、コマ収差及び非点収差
が発生する。これらの収差のうち、非対称収差であるコ
マ収差は、２枚の凹面鏡２’、４’における入射光の方
向がそれぞれにおいて逆方向となることで打ち消される
傾向にあるが、対称収差である非点収差は２枚目の凹面
鏡４’で増幅されて更に大きくなり、回折格子３’の分
光方向（メリディオナル方向）における結像点（結像位
置）に対して、メリディオナル方向に垂直のサジタル方
向の結像点（結像位置）は第２凹面鏡４’から離れる方
向にずれこむことになる。このため、メリディオナル方
向における結像位置に合わせて設置されるラインセンサ
５’の受光面では、各スペクトルはサジタル方向に長い
像（サジタル方向に拡散した結像点群）として受光さ
れ、受光効率の低下を来していた。この状態を示したの
が図５であり、特定波長のスペクトル光における結像点
群は図のように拡散して現れる。
【０００４】しかして、前記のように回折光がサジタル
方向に拡散すると受光効率が低下するため、非点収差に
よる光束の拡散を防止する幾つかの試みが既に提案され
ている。例えば特公昭６３−４１４１３号公報及び特開
昭５７−６０２３２号公報では、回折格子の表面を円筒
面とすることで回折光の拡散を抑制している。また、特
開昭５７−５４８２６号公報では、凹面鏡をトーリック
面とすることによって、更に、特開昭５８−２０８６３
０号公報及び特開平２−２１６０１９号公報では回折格
子のピッチを不等ピッチとすることによって上記欠点を
克服しようとしている。
方向に拡散すると受光効率が低下するため、非点収差に
よる光束の拡散を防止する幾つかの試みが既に提案され
ている。例えば特公昭６３−４１４１３号公報及び特開
昭５７−６０２３２号公報では、回折格子の表面を円筒
面とすることで回折光の拡散を抑制している。また、特
開昭５７−５４８２６号公報では、凹面鏡をトーリック
面とすることによって、更に、特開昭５８−２０８６３
０号公報及び特開平２−２１６０１９号公報では回折格
子のピッチを不等ピッチとすることによって上記欠点を
克服しようとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、円筒表
面や不等ピッチの回折格子や、トーリック面の反射鏡等
は製作が非常に困難である。また、面のパラメータが増
えるためセッティングに誤差を生じやすくその補正も困
難である。
面や不等ピッチの回折格子や、トーリック面の反射鏡等
は製作が非常に困難である。また、面のパラメータが増
えるためセッティングに誤差を生じやすくその補正も困
難である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本願発明は上記問題に鑑
みてなされたものであって、ツェルニターナ型分光光学
系における非点収差を簡便な手段で補正することを目的
とし、このため、入射スリット１からの拡散入射光をコ
リメートミラー２で反射させて平行光束として反射型平
面回折格子３に入射させ、該回折格子３で分光した反射
平行スペクトル光は結像鏡４で反射させて受光ラインセ
ンサ５で結像受光させるものであって、前記拡散入射光
及び前記反射平行スペクトル光はそれぞれ前記コリメー
トミラー２及び前記結像鏡４に対して傾斜して入射さ
せ、前記ラインセンサ５は分光方向の結像点に置かれる
ツェルニターナ型分光装置において、前記結像鏡４から
前記ラインセンサ５に至る光路中には、分光方向に対し
ては屈折力は備えないが前記分光方向と直交する方向に
対しては、前記拡散入射光及び前記反射平行スペクトル
光がそれぞれ前記コリメートミラー２及び前記結像鏡４
に対して傾斜して入射されることで生じる非点収差のみ
を補正し得る正の屈折力を備えた非点収差補正用シリン
ドリカルレンズ６を設けた非点収差補正型分光装置の構
成としたものである。
みてなされたものであって、ツェルニターナ型分光光学
系における非点収差を簡便な手段で補正することを目的
とし、このため、入射スリット１からの拡散入射光をコ
リメートミラー２で反射させて平行光束として反射型平
面回折格子３に入射させ、該回折格子３で分光した反射
平行スペクトル光は結像鏡４で反射させて受光ラインセ
ンサ５で結像受光させるものであって、前記拡散入射光
及び前記反射平行スペクトル光はそれぞれ前記コリメー
トミラー２及び前記結像鏡４に対して傾斜して入射さ
せ、前記ラインセンサ５は分光方向の結像点に置かれる
ツェルニターナ型分光装置において、前記結像鏡４から
前記ラインセンサ５に至る光路中には、分光方向に対し
ては屈折力は備えないが前記分光方向と直交する方向に
対しては、前記拡散入射光及び前記反射平行スペクトル
光がそれぞれ前記コリメートミラー２及び前記結像鏡４
に対して傾斜して入射されることで生じる非点収差のみ
を補正し得る正の屈折力を備えた非点収差補正用シリン
ドリカルレンズ６を設けた非点収差補正型分光装置の構
成としたものである。
【０００７】
また、本発明は、前記装置において、前記
シリンドリカルレンズ６は前記光路の光軸方向に移動可
能に設けた非点収差補正型分光装置の構成としたもので
ある。
シリンドリカルレンズ６は前記光路の光軸方向に移動可
能に設けた非点収差補正型分光装置の構成としたもので
ある。
【０００８】
【実施例】図２は本発明の第１の実施例を示している。
対物レンズ７で集光され、入射スリット１から入射した
発散光は第１の球面反射鏡であるコリメートミラー２で
平行光となり、反射型平面回折格子３に入射する。回折
格子３で反射されたスペクトル光束は第２の球面反射鏡
である結像鏡４で集光され、受光素子であるラインセン
サ５に結像する。回折格子３で反射されたスペクトル光
束は波長によって回折角が異なるため、波長に応じて入
射角の異なった平行光線群として結像鏡４に入射する。
このため像面であるセンサ５では波長によって異なる位
置にスペクトル光を受光することとなる。
対物レンズ７で集光され、入射スリット１から入射した
発散光は第１の球面反射鏡であるコリメートミラー２で
平行光となり、反射型平面回折格子３に入射する。回折
格子３で反射されたスペクトル光束は第２の球面反射鏡
である結像鏡４で集光され、受光素子であるラインセン
サ５に結像する。回折格子３で反射されたスペクトル光
束は波長によって回折角が異なるため、波長に応じて入
射角の異なった平行光線群として結像鏡４に入射する。
このため像面であるセンサ５では波長によって異なる位
置にスペクトル光を受光することとなる。
【０００９】本願発明の特徴であるシリンドリカルレン
ズ６はラインセンサ５の受光素子と結像鏡４の間におか
れ、ラインセンサ５に入射する光を集光する。本願発明
で用いるシリンドリカルレンズ６は、メリディオナル方
向（スペクトル光の分布方向）には屈折力を有さず、こ
の方向では結像鏡４の集光作用に影響を与えないが、メ
リディオナル方向に対して垂直のサジタル方向には正の
屈折力を有する。このサジタル方向の屈折力により、非
点収差の影響で本来ラインセンサ５が設置された位置よ
り遠くにおいて結像するサジタル方向の光束をラインセ
ンサ５の素子上に結像させる。
ズ６はラインセンサ５の受光素子と結像鏡４の間におか
れ、ラインセンサ５に入射する光を集光する。本願発明
で用いるシリンドリカルレンズ６は、メリディオナル方
向（スペクトル光の分布方向）には屈折力を有さず、こ
の方向では結像鏡４の集光作用に影響を与えないが、メ
リディオナル方向に対して垂直のサジタル方向には正の
屈折力を有する。このサジタル方向の屈折力により、非
点収差の影響で本来ラインセンサ５が設置された位置よ
り遠くにおいて結像するサジタル方向の光束をラインセ
ンサ５の素子上に結像させる。
【００１０】図３は本発明の第２の実施例の光学配置図
である。対物レンズ７で集光され、入射スリット１から
射出する拡散光は第１の平面鏡９で鋭角に反射され、コ
リメートミラー２で反射されて平行光となる。平行光は
第２の平面鏡１０で反射され、反射型回折格子３で回折
反射される。回折光は結像鏡４で集光され、２次光カッ
トフィルタ８を介して、波長に応じたスペクトル光とし
て一次元ラインセンサ５に入射する。本第２実施例で
は、入射スリット１は第１の折り返しミラーとなる平面
鏡９を介して、また、一次元ラインセンサ５は結像鏡４
を介して、それぞれ第２の折り返しミラーとなる平面鏡
１０を中心に内側へたたみこまれた形となっており、非
常にコンパクトな構成となっている。また、光束が長く
取れるとともに光束がクロスすることがないので遮光板
の配置も容易となり、迷光を効果的に防止することも可
能である。
である。対物レンズ７で集光され、入射スリット１から
射出する拡散光は第１の平面鏡９で鋭角に反射され、コ
リメートミラー２で反射されて平行光となる。平行光は
第２の平面鏡１０で反射され、反射型回折格子３で回折
反射される。回折光は結像鏡４で集光され、２次光カッ
トフィルタ８を介して、波長に応じたスペクトル光とし
て一次元ラインセンサ５に入射する。本第２実施例で
は、入射スリット１は第１の折り返しミラーとなる平面
鏡９を介して、また、一次元ラインセンサ５は結像鏡４
を介して、それぞれ第２の折り返しミラーとなる平面鏡
１０を中心に内側へたたみこまれた形となっており、非
常にコンパクトな構成となっている。また、光束が長く
取れるとともに光束がクロスすることがないので遮光板
の配置も容易となり、迷光を効果的に防止することも可
能である。
【００１１】図４は本発明にかかる光学系のラインセン
サ５とシリンドリカルレンズ６の配置を示す図である。
シリンドリカルレンズ６はラインセンサ５の中央に入射
するスペクトル光束の光軸に対して垂直に配置されてい
るが、ラインセンサ５は結像鏡４の光軸に対してα度傾
けて取り付けられている。これは結像鏡４が入射光に対
して斜めになっているために生ずる像面湾曲を補正する
ためである。ラインセンサ５を像面の湾曲方向に若干傾
斜させることによって結像点のずれを補正するものであ
る。実施例ではαを５度程度に設定している。
サ５とシリンドリカルレンズ６の配置を示す図である。
シリンドリカルレンズ６はラインセンサ５の中央に入射
するスペクトル光束の光軸に対して垂直に配置されてい
るが、ラインセンサ５は結像鏡４の光軸に対してα度傾
けて取り付けられている。これは結像鏡４が入射光に対
して斜めになっているために生ずる像面湾曲を補正する
ためである。ラインセンサ５を像面の湾曲方向に若干傾
斜させることによって結像点のずれを補正するものであ
る。実施例ではαを５度程度に設定している。
【００１２】尚、シリンドリカルレンズ６は光軸方向に
所定距離移動可能に取り付けられている。ラインセンサ
５上への光束の集光状態を調節可能とするためである。
所定距離移動可能に取り付けられている。ラインセンサ
５上への光束の集光状態を調節可能とするためである。
【００１３】
【発明の作用】図５は本願のシリンドリカルレンズ６に
相当する非点収差補正手段を使用していない従来装置
（図１）の作用を示し、ラインセンサで受光されるスペ
クトル光束は非点収差の影響でラインセンサの幅方向
（回折格子のサジタル方向）に拡散している。図６は本
願発明の作用を示し、非点収差を補正できるシリンドリ
カルレンズ６を挿入したことにより、光束のサジタル方
向における拡散が補正され結像点群がラインセンサ５の
中心に集中していることがわかる。
相当する非点収差補正手段を使用していない従来装置
（図１）の作用を示し、ラインセンサで受光されるスペ
クトル光束は非点収差の影響でラインセンサの幅方向
（回折格子のサジタル方向）に拡散している。図６は本
願発明の作用を示し、非点収差を補正できるシリンドリ
カルレンズ６を挿入したことにより、光束のサジタル方
向における拡散が補正され結像点群がラインセンサ５の
中心に集中していることがわかる。
【００１４】
【発明の効果】 以上のように、本発明は、入射スリット
１からの拡散入射光をコリメートミラー２で反射させて
平行光束として反射型平面回折格子３に入射させ、該回
折格子３で分光した反射平行スペクトル光は結像鏡４で
反射させて受光ラインセンサ５で結像受光させるもので
あって、前記拡散入射光及び前記反射平行スペクトル光
はそれぞれ前記コリメートミラー２及び前記結像鏡４に
対して傾斜して入射させ、前記ラインセンサ５は分光方
向の結像点に置かれるツェルニターナ型分光装置におい
て、前記結像鏡４から前記ラインセンサ５に至る光路中
には、分光方向に対しては屈折力は備えないが前記分光
方向と直交する方向に対しては、前記拡散入射光及び前
記反射平行スペクトル光がそれぞれ前記コリメートミラ
ー２及び前記結像鏡４に対して傾斜して入射されること
で生じる非点収差のみを補正し得る正の屈折力を備えた
非点収差補正用シリンドリカルレンズ６を設けた非点収
差補正型分光装置の構成としたため、 従来例のような特
別な回折格子や反射鏡を用いることなく極めて簡単な構
成で、拡散入射光及び反射平行スペクトル光がそれぞれ
コリメートミラー２及び結像鏡４に対して傾斜して入射
されることで生じる非 点収差を補正して良好な集光特性
を得ることができる効果を奏する。また、本発明は、前
記装置において、前記シリンドリカルレンズ６は前記光
路の光軸方向に移動可能に設けた非点収差補正型分光装
置の構成としたため、シリンドリカルレンズ６を光軸方
向に移動させるだけで至極容易に非点収差の補正具合を
調節できると共に、装置毎に設けられるシリンドリカル
レンズ６の屈折力に個体差があってもシリンドリカルレ
ンズ６を光軸方向に移動させるだけで対応できるから、
シリンドリカルレンズ６に厳格な精度は要求されない効
果を奏する。
１からの拡散入射光をコリメートミラー２で反射させて
平行光束として反射型平面回折格子３に入射させ、該回
折格子３で分光した反射平行スペクトル光は結像鏡４で
反射させて受光ラインセンサ５で結像受光させるもので
あって、前記拡散入射光及び前記反射平行スペクトル光
はそれぞれ前記コリメートミラー２及び前記結像鏡４に
対して傾斜して入射させ、前記ラインセンサ５は分光方
向の結像点に置かれるツェルニターナ型分光装置におい
て、前記結像鏡４から前記ラインセンサ５に至る光路中
には、分光方向に対しては屈折力は備えないが前記分光
方向と直交する方向に対しては、前記拡散入射光及び前
記反射平行スペクトル光がそれぞれ前記コリメートミラ
ー２及び前記結像鏡４に対して傾斜して入射されること
で生じる非点収差のみを補正し得る正の屈折力を備えた
非点収差補正用シリンドリカルレンズ６を設けた非点収
差補正型分光装置の構成としたため、 従来例のような特
別な回折格子や反射鏡を用いることなく極めて簡単な構
成で、拡散入射光及び反射平行スペクトル光がそれぞれ
コリメートミラー２及び結像鏡４に対して傾斜して入射
されることで生じる非 点収差を補正して良好な集光特性
を得ることができる効果を奏する。また、本発明は、前
記装置において、前記シリンドリカルレンズ６は前記光
路の光軸方向に移動可能に設けた非点収差補正型分光装
置の構成としたため、シリンドリカルレンズ６を光軸方
向に移動させるだけで至極容易に非点収差の補正具合を
調節できると共に、装置毎に設けられるシリンドリカル
レンズ６の屈折力に個体差があってもシリンドリカルレ
ンズ６を光軸方向に移動させるだけで対応できるから、
シリンドリカルレンズ６に厳格な精度は要求されない効
果を奏する。
【図１】 ツェルニターナ型分光光学系の説明図であ
る。
る。
【図２】 本願発明の第１の実施例の説明図である。
【図３】 同じく第２の実施例の説明図である。
【図４】 シリンドリカルレンズ及び受光ラインセンサ
の配置図である。
の配置図である。
【図５】 シリンドリカルレンズを使用しない場合のセ
ンサの受光状態を示す図である。
ンサの受光状態を示す図である。
【図６】 シリンドリカルレンズの効果を示す図であ
る。
る。
【符号の説明】１、１’…入射スリット、２…コリメートミラー、２’
…凹面鏡、３、３’…反射型回折格子、４…結像鏡、５
…ラインセンサ、５’…受光部（ラインセンサ）、６…
シリンドリカルレンズ、７…対物レンズ、８…２次光カ
ットフィルタ、９…第１平面鏡、１０…第２平面鏡。
…凹面鏡、３、３’…反射型回折格子、４…結像鏡、５
…ラインセンサ、５’…受光部（ラインセンサ）、６…
シリンドリカルレンズ、７…対物レンズ、８…２次光カ
ットフィルタ、９…第１平面鏡、１０…第２平面鏡。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 3/00 - 3/52 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 入射スリット１からの拡散入射光をコリ
メートミラー２で反射させて平行光束として反射型平面
回折格子３に入射させ、該回折格子３で分光した反射平
行スペクトル光は結像鏡４で反射させて受光ラインセン
サ５で結像受光させるものであって、前記拡散入射光及
び前記反射平行スペクトル光はそれぞれ前記コリメート
ミラー２及び前記結像鏡４に対して傾斜して入射させ、
前記ラインセンサ５は分光方向の結像点に置かれるツェ
ルニターナ型分光装置において、前記結像鏡４から前記
ラインセンサ５に至る光路中には、分光方向に対しては
屈折力は備えないが前記分光方向と直交する方向に対し
ては、前記拡散入射光及び前記反射平行スペクトル光が
それぞれ前記コリメートミラー２及び前記結像鏡４に対
して傾斜して入射されることで生じる非点収差のみを補
正し得る正の屈折力を備えた非点収差補正用シリンドリ
カルレンズ６を設けた非点収差補正型分光装置。 - 【請求項２】 請求項１において、前記シリンドリカル
レンズ６は前記光路の光軸方向に移動可能に設けた非点
収差補正型分光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10550491A JP3245189B2 (ja) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | 非点収差補正型分光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10550491A JP3245189B2 (ja) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | 非点収差補正型分光装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001150418A Division JP2002005739A (ja) | 2001-05-21 | 2001-05-21 | ツェルニターナ型分光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04335122A JPH04335122A (ja) | 1992-11-24 |
| JP3245189B2 true JP3245189B2 (ja) | 2002-01-07 |
Family
ID=14409434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10550491A Expired - Fee Related JP3245189B2 (ja) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | 非点収差補正型分光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3245189B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101523210B1 (ko) * | 2014-07-17 | 2015-05-27 | 삼성탈레스 주식회사 | 볼록 회절 격자를 구비한 분광기를 이용한 수차 분석 장치 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7812949B2 (en) * | 2007-10-17 | 2010-10-12 | Horiba Jobin Yvon Inc. | Spectrometer with cylindrical lens for astigmatism correction and demagnification |
| WO2011137316A2 (en) * | 2010-04-30 | 2011-11-03 | University Of Rochester | Broad band czerny-turner spectrometer, methods, and applications |
| WO2012174655A1 (en) * | 2011-06-24 | 2012-12-27 | Arjae Spectral Enterprises, Ltd. | Spectrograph with anamorphic beam expansion |
-
1991
- 1991-05-10 JP JP10550491A patent/JP3245189B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101523210B1 (ko) * | 2014-07-17 | 2015-05-27 | 삼성탈레스 주식회사 | 볼록 회절 격자를 구비한 분광기를 이용한 수차 분석 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04335122A (ja) | 1992-11-24 |
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