JP3278257B2 - 複単色計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定光を分光素子に
複数回入射させるか又は複数の分光素子に入射させる複
単色計に係わり、特に分光特性における高い分解能又は
高いダイナミックレンジを維持した状態で装置全体の小
型軽量化を図った複単色計に関する。

【０００２】

【従来の技術】被測定光の波長特性を測定したり、複数
の波長成分を有する光から１個又は複数の波長域の光の
みを抽出する分光器として複単色計が用いられる。

【０００３】この複単色計は、周知のように、被測定光
を同一分光素子に複数回入射させるか、又は被測定光を
複数の分光素子に入射させることによって、分光特性に
おける高い分解能又は高いダイナミックレンジが得られ
る分光器である。そして、この複単色計は、大きく分け
て分解能が優れた加分散型複単色計とダイナミックレン
ジが優れた差分散型複単色計とに分類される。

【０００４】図１５（ａ）は加分散型複単色計の概略構
成を示す、上方から見た光系統図である。外部から入力
された被測定光ａはスリット１を通過して、コリメート
鏡２で平行光に変換される。コリメート鏡２で反射され
た平行光は第１の回折格子３へ入射角θで入射する。第
１の回折格子３には紙面に直交する軸方向に多数の格子
が刻設されており、角度θで入射した光は格子で回折さ
れて、回折光が次のカメラ鏡４へ入射する。カメラ鏡４
にて反射された回折光は平面鏡５で反射されてスリット
６上に焦点を結ぶ。

【０００５】スリット６によって測定対象波長λ以外の
波長成分（λ±Δλ）が遮断された回折光は平面鏡７で
反射されて、コリメート鏡８で再度平行光に変換されて
第２の回折格子９へ、例えば、第１の回折格子３に対す
る入射角と同一の入射角θで入射する。第２の回折格子
９からの回折光はスリット１１へ入射される。

【０００６】第１，第２の回折格子３，９を連動して回
動させることによって、最終のスリット１１から出射さ
れる出力光ｂは被測定光ａのうちの回折格子３，９の回
動角度で定まる測定対象波長λのみを有した光となる。
このように、被測定光を同一入射角θで回折格子に２回
入射させることによって、スリット１１上における単位
波長当りの像の移動量が倍になるので、出力光ｂの波長
特性における中心波長λのピーク値から規定レベル（３
ｄＢ）低下した位置におけるピーク波形の波長幅（バン
ド幅）で規定される分解能が大幅に向上する。

【０００７】一方、差分散型複単色計は図１５（ｂ）に
示すように構成されている。被測定光ａはスリット１を
通過して、コリメート鏡２で平行光に変換され第１の回
折格子３ａへ入射する。第１の回折格子３ａから出射角
ψで出力された回折光はカメラ鏡４で反射されたのち再
度平面鏡５で反射されてスリット６上に焦点を結ぶ。ス
リット６によって測定対象波長λ以外の波長成分が遮断
された回折光は平面鏡７で反射されて、コリメート鏡８
で再度平行光に変換されて第２の回折格子９ａへ第１の
回折格子３の出射角と同一の入射角ψで入射する。第２
の回折格子９ａからの回折光はスリット１１へ入射され
る。

【０００８】このように、第１の回折格子３ａから出射
角ψで出射された回折光を第２の回折格子９ａへ同一角
度ψで入射させることによって、第１の回折格子３ａの
存在に起因して測定対象波長λの両側に発生する迷光を
第２の回折格子９ａで除去できる。したがって、被測定
光ａの波長特性をより高いＳ／Ｎ，すなわちより高いダ
イナミックレンジで測定できる。

【０００９】さらに、差分散型複単色計として、図１６
に示すリトロー型複単色計と図１７に示すツェルニー・
ターナ型複単色計とが開発されている。

【００１０】図１６のリトロー型複単色計においては、
光源１２から出力された被測定光ａは放物面鏡１３で平
行光に変換されて回折格子１４へ入射される。回折格子
１４から出力された回折光は再度放物面鏡１３で反射さ
れて、折返光学系の一方の平面鏡１５ａで反射された
後、スリット１６を通過し、他方の平面鏡１５ｂで折返
される。なお、スリット１６では平面鏡１５ａで反射さ
れた光が結像する。折返された光は再度放物面鏡１３を
介して回折格子１４へ入射されて回折されて、再度放物
面鏡１３を介して出力光ｂとして取出される。

【００１１】図１７におけるツェルニー・ターナ型複単
色計においては、被測定光ａは一方の放物面鏡１３ａで
平行光に変換されて回折格子１４へ入射される。回折格
子１４から出力された回折光は他方の放物面鏡１３ｂで
反射されて、折返光学系の一方の平面鏡１５ａで反射さ
れた後、スリット１６を通過し、他方の平面鏡１５ｂで
折返される。折返された光は再度放物面鏡１３ｂを介し
て回折格子１４へ入射されて回折されて、再度放物面鏡
１３ａで反射されて出力光ｂとして取出される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た加分散型複単色計及び差分散型複単色計においてもま
だ解消すべき次のような課題があった。

【００１３】すなわち、図１５（ａ），図１５（ｂ）に
示す各複単色計においては、回折格子とこの回折格子に
平行光を入射させるためのコリメート鏡や回折格子から
出力された回折光を集光するためのカメラ鏡及びスリッ
トがそれぞれ２組づつ必要であるので、光学部品点数が
増大する。また、各回折格子の回動動作を完全に同期さ
せる必要がある。したがって、複単色計全体の構成が複
雑化して、装置全体が大型化する問題がある。

【００１４】さらに、前述した分解能やダイナミックレ
ンジをさらに高めるためには、被測定光の回折格子に対
する入射回数を増加する必要があるが、この場合、入射
回数に比例して光学部品点が増大するので、装置全体が
さらに大型化、複雑化する問題がある。

【００１５】なお、図１６に示すリトロー型複単色計及
び図１７に示すツェルニー・ターナ型複単色計において
は、回折格子１４から出力された回折光を一対の平面鏡
１５ａ，１５ｂからなる折返光学系で折返して、再度同
一放物面鏡へ入射させる場合に、放物面鏡の反射面にお
ける１回目の入射位置とは異なる位置に入射させる必要
がある。その結果、入射光が放物面鏡の焦点位置を通ら
ない。よって、回折格子から出力されて再度放物面鏡で
反射された光が放物面鏡の焦点とは異なる位置に像を形
成するので、非点収差が起こり、分解能が低下する問題
が生じる。

【００１６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、光を分光する分光素子に入射しかつ分光素
子からの回折光を集光するための光学素子として、幅方
向が曲線形状で軸方向が直線形状に形成された入出射面
を有する光変革素子を用いることによって、たとえ同一
分光素子に複数回光を分光させたとしても、非点収差の
発生を抑制でき、少ない部品点数で高い分解能又は高い
ダイナミックレンジを有する複単色計を提供することを
目的とする。

【００１７】

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に本発明の複単色計においては、幅方向が曲線形状で軸
方向が直線形状に形成され、第１の方向から入射した各
光を平行光に変換して第２の方向へ出力し、第２の方向
から入射した各平行光を第１の方向に集光させる光変換
素子と、外部から入射した被測定光を幅方向へ広がる偏
平光に変換して、偏平光を第１の方向内でかつ軸方向に
対して所定の角度を有して光変換素子へ入射させる入射
光学素子と、光変換素子の第２の方向に配設され、光変
換素子から出力された各平行光を分光して各回折光を光
変換素子へ入射させる分光素子と、光変換素子の第１の
方向に配設され、光変換素子を経由した各回折光を通過
させるスリットと、スリット後方位置に配設され、スリ
ットを通過した各回折光を光変換素子へ折返して再度分
光素子へ入射させる反射鏡と、スリットを通過した最終
の回折光を取出す出力光学系とを備えている。

【００１９】

【００２０】

【作用】このように構成された複単色計においては、光
を分光する分光素子に入射しかつ分光素子から回折光を
集光するための光学素子として、幅方向が曲線形状で軸
方向が直線形状に形成された入射面及び出射面（反射
面）を有した光変換素子が用いられている。そして、こ
の光変換素子においては、第１の方向から入射した光を
平行光に変換して第２の方向へ出力し、第２の方向から
入射した平行光を第１の方向に集光させる機能を有して
いる。

【００２１】なお、このような条件を満足する光変換素
子として、幅方向に放物線形状を有した放物面柱鏡やシ
リンドリカルレンズ等が考えられる。

【００２２】このような光変換手段としての光変換素子
においては、幅方向は曲線形状を有しているが、軸方向
は直線形状である。すなわち、いずれの軸方向位置にお
いても同一の曲線形状を有している。このことは、軸方
向のいずれの位置に入射した光であっても同一条件で平
行光線に変換する。また、軸方向のいずれの位置に入射
した平行光であっても、同一条件で、軸に平行する直線
上における各軸方向位置に集光させる。

【００２３】そして、外部から入射した被測定光は第１
の方向から光変換素子に入射されて、この光変換素子で
平行光に変換されて第２の方向に存在する分光手段へ入
射される。分光手段で分光された回折光は平行光を維持
したまま再度第２の方向から光変換素子へ入射される。
光変換素子へ入射された回折光は第１の方向に位置する
スリットを通過して、このスリット後方位置に配設され
た折返し手段にて折返されて、光変換素子を介して分光
手段へ入射する。分光手段へ入射した回折光は再度分光
されて光変革素子へ入射される。したがって、同一分光
手段で同一光が繰り返し分光される。

【００２４】そして、光変換素子及び分光手段は軸方向
に同一形状を有しているので、たとえ光の経路を軸方向
にずらせたとして非点収差は生じない。

【００２５】さらに、外部から入力された被測定光を光
変換素子へ入射させる入射光学素子の入射向は光変換素
子の軸に対して所定角度を有している。換言すれば、入
射光学素子は外部から入射した被測定光を斜め上又は斜
め下から光変換素子へ入射させる。

【００２６】その結果、光変換素子から第２の方向へ出
力された平行光も分光素子に対して多少上下（軸方向）
に傾斜して入射される。分光素子から出力された回折光
の方向も多少上下（軸方向）に傾斜しているので、この
回折光の前記光変換素子への入射位置は、最初の入射鏡
からの入射光の入射位置に対して多少軸方向にずれる。

【００２７】分光素子の分光特性を定める入射角度は軸
に直交する平面内における角度であり、平面に交差する
角度は影響ないか、又は影響があったとしても常に一定
角度であれば、定数と見なせる。

【００２８】光変換素子へ入射した回折光は反射されて
スリットを通過して反射鏡で反射されて、再度光変換素
子へ入射され、分光素子へ入射される。

【００２９】このように分光素子，光変換素子，スリッ
ト，反射鏡の間で光が複数回行き来を繰返す。そして、
複数回行き来を繰返したのち、スリットを通過した光を
出力光学系で出力光として取出す。この場合、前記分光
素子，光変換素子，スリットの各軸が平行に維持されて
いれば、これらの間を行き来する光は、各光学素子に入
射する場合は必ず異なる軸方向位置に入射する。しか
も、各光学素子は軸方向には同一光学特性を有している
ので、非点収差は生じない。

【００３０】その結果、複単色計としての分解能又はダ
イナミックレンジが上昇する。また、たとえ分光素子に
よる分光回数が増大したとしても、光学部品数が増大す
ることはない。

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００３４】図１は実施例の複単色計の一つである加分
散型複単色計の概略構成を示す模式図である。

【００３５】光ファイバ等に接続された光源２１から出
力された被測定光ａは入射光学素子としての入射シリン
ドリカル鏡２２で反射されて、第１の方向としての上方
から軸外し放物面柱鏡２３の反射面２３ａへ入射され
る。光変換素子としての軸外し放物面柱鏡２３で第２の
方向へ反射された光ｃはモータ等の軸に連結された回転
台２４上に取付けられた分光素子としての平面回折格子
２５へ入射される。

【００３６】平面回折格子２５の格子で回折された回折
光は第２の方向から再度軸外し放物面柱鏡２３へ入射さ
れ、この軸外し放物面柱鏡２３で第１の方向へ反射され
て、スリット２６を通過して、スリット２６の後方に配
設された反射鏡としての反射シリンドリカル鏡２７へ入
射される。この反射シリンドリカル鏡２７で反射された
光はスリット２６を通過して再度軸外し放物面柱鏡２３
で反射されて平面回折格子２５へ入射される。そして、
平面回折格子２５で２回目の回折が行われ、回折光が再
度軸外し放物面柱鏡２３へ入射される。

【００３７】このように、光が平面回折格子２５，軸外
し放物面柱鏡２３，スリット２６及び反射シリンドリカ
ル鏡２７との間で数回行き来した後に、スリット２６を
通過した光は出力光ｄとして一対のシリンドリカル鏡２
８，２９からなる出力光学系でもって幅方向及び軸方向
に絞られて小さい点スポットで例えば受光素子３０上に
集光して光強度に対応する電気信号に変換される。

【００３８】次に、各光学素子２２，２３，２５，２７
の具体的形状を説明する。

【００３９】軸外し放物面柱鏡２３は、図１，図３
（ａ）に示すように、幅方向が放物線形状で軸方向が直
線形状に形成された反射面２３ａを有している。すなわ
ち、いずれの軸方向位置においても同一の放物線形状を
有している。このことは、軸方向のいずれの位置に入射
した光であっても、同一条件で平行光線ｃに変換する。

【００４０】光源２１からの被測定光ａが入射される入
射シリンドリカル鏡２２は、図３（ｂ）の平面図に示す
ように、被測定光ａを幅方向（水平方向）に拡大して偏
平光として軸外し放物面柱鏡２３の上部軸方向位置へ入
射させる。また、入射シリンドリカル鏡２２は、図３
（ｃ）の側面図に示すように、軸外し放物面柱鏡２３よ
り上方に位置し、反射光を軸外し放物面柱鏡２３の軸に
直交する平面に対して所定角度を有して入射させる。

【００４１】その結果、軸外し放物面柱鏡２３から平面
回折格子２５へ入射される光ｃは図３（ａ）に示すよう
に、楕円形断面を有した平行光となり、水平方向から若
干下方をへ傾斜して入射される。

【００４２】軸外し放物面柱鏡２３と平面回折格子２５
と反射シリンドリカル鏡２７の各軸は互いに平行に配設
されているので、平面回折格子２５から出力される回折
光の各方向も下方に向く。したがって、この回折光の軸
外し放物面柱鏡２３の入射位置は、最初の入射シリンド
リカル鏡２２からの入射光の入射位置に対して多少下方
にずれる。

【００４３】スリット２６は軸外し放物面柱鏡２３にて
反射された平面回折格子２５からの回折光の焦点位置に
配設されている。反射シリンドリカル鏡２７は、この円
弧状断面を有する反射面の中心位置がスリット２６位置
に一致するように配設されている。したがって、反射シ
リンドリカル鏡２７は、スリット２６上に集光されてい
る光を反射して再びスリット２６上に像を結ばせる。こ
の像が２段目の入射光となって軸外し放物面柱鏡２３へ
入射される。

【００４４】このように、各光学素子２５，２３，２７
の軸方向位置を順次下方に移動しながら、光が前述した
ように各光学素子２５，２３，２７を行き来きする。

【００４５】図２は実施例の加分散型複単色計を上方か
ら見た光の経路を示す図である。光源２１から出力され
た被測定光ａは例えば測定対象の中心波長λと波長（λ
＋Δλ）との波長成分を有するとする。

【００４６】中心波長λの成分は常に光路の中心を通過
するが、光源２１からの波長（λ＋Δλ）の経路(1) の
成分は、平面回折格子２５で中心波長λと分離されて経
路(2) の方向に進む、したがって、軸外し放物面柱鏡２
３には経路(3) の方向から入射する。(3) の方向から入
射した波長（λ＋Δλ）成分は、この軸外し放物面柱鏡
２３で反射されて経路(4) の方向に反射される。そし
て、スリット２６のＣ位置で結像するとする。

【００４７】スリット２６上のＣ位置の波長（λ＋Δ
λ）成分は経路(5) を経由して、反射シリンドリカル鏡
２７で反対方向に反射されて、スリット２６上のＡ位置
で結像する。そして、このＡ位置の波長（λ＋Δλ）成
分は経路(6) (7) を経由して軸外し放物面柱鏡２３で再
度反射されて経路(8) の方向に進む。

【００４８】その結果、平面回折格子２５には経路(9)
方向から入射され、２回目の回折光が経路(10)方向に出
力される。この２回目の回折光の経路(10)方向は、１回
目の回折光の経路(2) 方向より外側のために、この２回
目の回折光はスリット２６の外側に結像する。したがっ
て、平面回折格子２５における回折回数が増加すると、
スリット２６を通過する中心波長λ以外の波長（λ＋Δ
λ）幅が小さくなるので、結果的に分解能が高くなる。

【００４９】このように構成された加分散型複単色計に
おいては、図１に示すように、たとえ平面回折格子２５
に対する光の入射回数（回折回数）が増加したとして
も、平面回折格子２５，軸外し放物面柱鏡２３，スリッ
ト２６及び反射シリンドリカル鏡２７の設置数を全く増
加する必要がない。

【００５０】さらに、軸外し放物面柱鏡２３及び反射シ
リンドリカル鏡２７に対する入射位置が変化したとして
も非点収差に起因する分解能低下は生じない。

【００５１】したがって、加分散型複単色計全体の構造
を複雑化したり、大型化することなく高い分解能を実現
できる。

【００５２】図４は本発明の他の実施例に係わる差分散
型複単色計の概略構成を示す模式図である。図１に示し
た加分散型複単色計と同一部分には同一符号が付してあ
る。したがって、重複する部分の詳細説明は省略されて
いる。

【００５３】この実施例の差分散型複単色計において
は、図１の実施例装置における反射シリンドリカル鏡２
７の代りに、スリット２６の裏面に反射平面鏡３１が貼
付られている。

【００５４】そして、スリット２６の下端近傍から出力
光ｄが一対のシリンドリカル鏡２８，２９を介して受光
素子３０へ入射される。

【００５５】このように構成された差分散型複単色計の
動作を図５の経路図を用いて説明する。図２の場合と同
様に、光源２１から出力された被測定光ａは測定対象の
中心波長λと波長（λ＋Δλ）との波長成分を有すると
する。

【００５６】中心波長λの成分は常に光路の中心を通過
するが、光源２１からの波長（λ＋Δλ）の経路(1) の
成分は、平面回折格子２５で中心波長λと分離されて経
路(2) の方向に進む、したがって、軸外し放物面柱鏡２
３には経路(3) の方向から入射する。経路(3) の方向か
ら入射した波長（λ＋Δλ）成分は、この軸外し放物面
柱鏡２３で反射されて経路(4) の方向に反射される。そ
して、スリット２６のＣ位置で結像するとする。

【００５７】スリット２６上のＣ位置の波長（λ＋Δ
λ）成分はスリット２６裏面に貼付られた反射平面鏡３
１でそのまま反射されて、経路(4) を逆方向に進んで軸
外し放物面柱鏡２３で反射されて、経路(3) を逆方向に
進んで、経路(2) を逆方向に平面回折格子２５へ入射す
る。

【００５８】波長（λ＋Δλ）成分は平面回折格子２５
から経路(2) の方向に出射され、同じく経路(2) の方向
から同一光が入射される。すなわち、この平面回折格子
２５から経路(2) の方向に出射された回折光が同一の平
面回折格子２５に対して同一の経路(2) の方向から入射
される。したがって、波長分解能は変化しないが、第１
回目の回折動作に起因して発生する迷光を第２回目の回
折動作で除去できる。

【００５９】したがって、この平面回折格子２５の回折
動作に起因して発生する迷光を除去でき、波長分析にお
けるダイナミックレンジを高くできる。

【００６０】図１の実施例装置と同様に、たとえ平面回
折格子２５に対する光の入射回数（回折回数）が増加し
たとしても、平面回折格子２５，軸外し放物面柱鏡２
３，スリット２６及び反射平面鏡３１の設置数を全く増
加する必要がないので、差分散型複単色計全体の構造を
複雑化したり、大型化することなく高いダイナミックレ
ンジを実現できる。

【００６１】図６は本発明のさらに別の実施例に係わる
差分散型複単色計の概略構成を示す模式図である。

【００６２】光源２１から出力された被測定光ａは入射
シリンドリカル鏡２２で幅方向に拡大されて偏平光とし
て第１の軸外し放物面柱鏡３２ａの軸方向の下方位置に
入射される。第１の軸外し放物面柱鏡３２ａで平行光に
変換された光は回転台３３上に取付けられた平面回折格
子３４の軸方向の下方位置へ入射される。平面回折格子
３４で分光された回折光は第２の軸外し放物面柱鏡３２
ｂの軸方向の下方位置で反射されて、折返光学系３５へ
入射される。

【００６３】この折返光学系３５は、図示するように、
一対の平面鏡３５ａ．３５ｃと１個のスリット３５ｂと
で構成されている。第２の軸外し放物面柱鏡３２ｂから
の反射光は一方の平面鏡３５ａで上方（軸方向）に反射
されてスリット３５ｂ位置に結像する。このスリット３
５ｂを通過した反射光は他方の平面鏡３５ｃで水平方向
（幅方向）に反射されて、第２の軸外し放物面柱鏡３２
ｂの軸方向の上方位置に入射される。

【００６４】第２の軸外し放物面柱鏡３２ｂの上方位置
で反射された平行光は平面回折格子３４の上方位置へ入
射される。平面回折格子３４から出力された回折光は第
１の軸外し放物面柱鏡３２ａの上方位置で反射される。
この第１の軸外し放物面柱鏡３２ａの上方位置からの反
射光は出力シリンドリカル鏡３６で集光されてスポット
状の出力光ｄとして受光素子３０へ入射される。

【００６５】このように構成された差分散型複単色計に
よれば、平面回折格子３４，第１，第２の軸外し放物面
柱鏡３２ａ，３２ｂの間を行き来する各光は、互いに平
行状態を維持して、各光学素子３４，３２Ａ．３２ｂの
軸方向の異なる位置において入射，反射を繰り返す。し
たがって、折返し光学系３５の設置数を増加することに
よって、簡単に平面回折格子３４に対する測定光の入射
回数を増加できる。また、各光学素子３４，３２ａ．３
２ｂは軸方向に同一断面形状を有しているので、非点収
差に起因する分解能低下は生じない。

【００６６】したがって、図４の実施例装置と同様に、
たとえ平面回折格子３４に対する入射回数を増加しても
平面回折格子３４，第１，第２の軸外し放物面柱鏡３２
ａ，３２ｂ等の各光学部品点数は変化しないので、高い
ダイナミックレンジを維持した状態で、装置全体の小型
軽量化を図ることができる。

【００６７】なお、図１，図４及び図６の各実施例にお
いては、光変換手段として、軸外し放物面柱鏡２３，３
２ａ，３２ｂを用いたが、入射光が放物線の焦点を通過
する通常の放物面柱鏡であってもよいことは言うまでで
もない。

【００６８】図７は本発明の他の実施例に係わる複単色
計の概略構成を示す模式図である。図１に示した複単色
計と同一部分には同一符号が付してある。したがって、
重複する部分の詳細説明は省略されている。

【００６９】この実施例においては、スリット２６の裏
面の一部に微小幅ｄを有した平面鏡３８が貼付けられて
いる。この平面鏡３８のスリット２６に対する軸方向の
取付位置は、平面回折格子２５で２回目に分光されて軸
外し放物面柱鏡２３で反射されてスリット２６を通過し
て反射シリンドリカル鏡２７へ導かれる回折光の光路に
位置させている。

【００７０】このような構成の複単色計において、光源
２１から出力された被測定光ａの中心波長λ成分は常に
光路の中心を通過する。そして、軸外し放物面柱鏡２３
で反射されて、平面回折格子２５で第１回目に分光され
た波長（λ＋Δλ）成分を有する回折光は、図２で説明
したように、経路(4) の方向からスリット２６のＣ点を
通過して、反射シリンドリカル鏡２７で反射されてスリ
ット２６のＡ点を通過して、経路(7) の方向から再度軸
外し放物面柱鏡２３へ入射される。

【００７１】図８はスリット２６及び平面鏡３８をスリ
ット２６の後方からみた図である。経路(7) から軸外し
放物面柱鏡２３へ入射した回折光は平面回折格子２５に
対して経路(9) 方向から入射し、２回目の分光が行わ
れ、分光された回折光は経路(2) と同一側の経路(10)方
向へ出力される。

【００７２】この経路(10)方向へ出力された２回目の回
折光は軸外し放物面柱鏡２３で反射されて、経路(11)を
経由して、スリット２６のＣ₁ 点で結像する。このＣ₁
点には前記平面鏡３８が貼付けられているので、２回目
の回折光はＣ₁ 点で反射されて、経路(11)と同一側の経
路(12)を逆方向に進み、軸外し放物面柱鏡２３で反射さ
れる。そして、この２回目の回折光は、２回目の分光の
回折光の出力経路（10) と同一側である経路(13)から平
面回折格子２５へ入射さる。

【００７３】この回折光に対して平面回折格子２５で３
回目の分光が行われ、３回目の回折光が経路(14)を経由
して軸外し放物面柱鏡２３へ入射される。そして、この
３回目の回折光は軸外し放物面柱鏡２３で反射されて、
経路(15)を経由してスリット２６へ入射する。この経路
(15)の３回目の回折光はスリット２６の平面鏡３８の下
側のＡ₂ 点を通過して反射シリンドリカル鏡２７で反射
されて、スリット２６を逆方向に通過して経路(16)を経
て軸外し放物面柱鏡２３へ入射される。そして、経路(1
7)を介して平面回折格子２５へ入射され、４回目の分光
が行われる。４回回目の回折光は経路(18)(19)を経由し
て最終の受光素子３０へ入射される。

【００７４】このように構成された複単色計において、
前記スリット２６のＣ₁ 点に集光されるまでの光路は、
図１の実施例装置と同様の光路である。したがって、加
分散型複単色計の長所である分解能を高くすることに寄
与する。

【００７５】一方、前記スリット２６のＣ₁ 点から以降
の光路は、それまでの光路を逆方向にたどる光路であ
り、全体として差分散構成となっている。したがって、
差分散型複単色計の長所であるダイナミックレンジを高
くすることに寄与する。

【００７６】このように、スリット２６の裏面の一部に
平面鏡３８を貼付ることよって、分解能とタイナミック
レンジとを同時に高くすることができる。

【００７７】図９は本発明の他の実施例に係わる加分散
型複単色計の概略構成を示す模式図である。図１に示し
た加分散型複単色計と同一部分には同一符号が付してあ
る。したがって、重複する部分の詳細説明は省略されて
いる。

【００７８】この実施例加分散型複単色計においては、
光変換素子としてシリンドリカルレンズ４０が使用され
ている。このシリカドリカルレンズ４０においては、図
示するように幅方向は通常の集光レンズとほぼ同一の断
面形状を有しており、軸方向は直線形状である。

【００７９】外部から入射した被測定光は入射光学素子
としての入射シリントジリカルレンズ４１で偏平光に変
換された後、前記シリンドリカルレンズ４０に対して入
射される。なお、この場合、偏平光は軸方向に対して所
定の微小角度で入射される。シリンドリカルレンズ４０
は第１の方向から入射した光を平行光に変換して、第２
の方向に存在する平面回折格子２５ａへ入射させる。平
面回折格子２５ａは入射された光に対して分光を行い、
回折光をシリンドリカルレンズ４０方向へ出力する。シ
リンドリカルレンズ４０は平面回折格子２５ａから出力
された平行光状態の回折光を第１の方向に存在するスリ
ット２６上に集光させる。スリット２６を通過した回折
光は、後方に配設された反射シリンドリカル鏡２７で反
射されて、スリット２６を逆方向に通過してシリンドリ
カルレンズ４０へ入射される。シリンドリカルレンズ４
０はこの回折光を平行光に変換して平面回折格子２５ａ
へ入射される。平面回折格子２５ａは２回目の分光を行
う。

【００８０】このように、被測定光の回折光は平面回折
格子２５ａと反射シリンドリカル鏡２７との間で複数回
往復して、平面回折格子２５ａで複数回に亘って分光が
実行されて、最終的に出力光学系としての出力シリンド
リカルレンズ４２で取出されて図示いない受光器へ入射
される。

【００８１】このように構成された複単色計において
も、同一の平面回折格子２５ａで被測定光に対して複数
回に亘って分光が実施されるので、図１に示した実施例
とほぼ同様の効果を得ることが可能である。

【００８２】また、この実施例においては、シリンドリ
カルレンズ４０を用いてることによって、レンズによる
若干の収差は存在するが、入射方向と出射方向とを一つ
の直線上に配置させることが可能であるので、光学系を
簡素化でき、装置全体を小型軽量に構成できる。

【００８３】図１０は本発明のさらに別の実施例に係わ
る差分散型複単色計の概略構成を示す模式図である。図
９に示した加分散型複単色計と同一部分には同一符号が
付してある。したがって、重複する部分の詳細説明は省
略されている。

【００８４】この実施例においては、スリット２６の裏
面に反射平面鏡３１が貼付けられている。平面回折格子
２５ａで分光されてシリンドリカルレンズ４０でスリッ
ト２６上に集光された各回折光は、その位置で反射平面
鏡３１により反射されてシリンドリカルレンズ４０へ再
入射される。したがって、平面回折格子２５ａに対する
回折光の入射方向はすべて同一方向であるので、図４に
示した実施例とほぼ同様の効果を得ることが可能であ
る。

【００８５】図１１は本発明のさらに別の実施例の複単
色計の概略構成を示す模式図である。図９に示すシリン
ドリカルレンズを用いた実施例と同一部分には同一符号
が付してある。したがって、重複する部分の詳細説明は
省略されている。

【００８６】この実施例複単色計においては、図７の実
施例と同様に、スリット２６の裏面の一部に微小幅を有
した平面鏡３８が貼付けられている。

【００８７】このように構成された複単色計において
は、平面回折格子２５ａで２回目に分光されてシリンド
リカルレンズ４０でスッリト２６上に集光された回折光
のみが平面鏡３８でそのまま反射される。そして、この
反射された２回目の回折光は平面回折格子２５ａへ入射
されて、３回目の分光が行われる。この場合の分光され
るべき光の入射方向は前回（２回目）の入射方向と等し
い。したがって、図７に示した実施例とほぼ同様の効果
を得ることが可能である。

【００８８】図１２は本発明のさらに別の実施例に係わ
る加分散型複単色計の概略構成を示す模式図である。第
１図の実施例と同一部分には同一符号が付してある。し
たがって、重複する部分の詳細説明は省略されている。

【００８９】この実施例加分散型複単色計においては、
光変換素子として入射光が放物線の焦点を通過する通常
の放物面柱鏡４３を用いている。この実施例において
は、この放物面柱鏡４３に対する入射光を前記焦点位置
を通過させているので、第１の方向と第２の方向とは等
しい。

【００９０】また、平面回折格子２５ａには軸方向に互
いに離間して４つの窓４４が穿設されている。放物面柱
鏡４３と反射シリンドリカル鏡２７とを結ぶ直線上に平
面回折格子２５ａ及びスリット２６が介在している。

【００９１】このように構成された加分散型複単色計に
おいては、光源２１から出力された被測定光は入射シリ
ンドリカル鏡２２で反射されて、放物面柱鏡４３へ入射
される。放物面柱鏡４３へ入射された光は平行光に変換
されて平面回折格子２５ａへ入射されて１回目の分光が
実施される。平面回折格子２５ａから出力された回折光
は再度放物面柱鏡４３で反射される。この放物面柱鏡４
３で反射された１回目の回折光は平面回折格子２５ａに
穿設された最上位の窓４４を通過し、さらにスリット２
６を通過して、反射シリンドリカル鏡２７へ入射され
る。

【００９２】反射シリンドリカル鏡２７で反射された１
回目の回折光はスリット２６及び最上位の窓４４を逆方
向に通過して放物面柱鏡４３へ入射される。放物面柱鏡
４３で平行光に変換された１回目の回折光は平面回折格
子２５ａにおける最上位の窓と２番目の窓との間の位置
へ入射されて２回目の分光が行われる。

【００９３】平面回折格子２５ａから出力された２回目
の回折光は再度放物面柱鏡４３で反射される。この放物
面柱鏡４３で反射された２回目の回折光は平面回折格子
２５ａに穿設された上から２番目の窓４４を通過し、さ
らにスリット２６を通過して、反射シリンドリカル鏡２
７へ入射される。

【００９４】反射シリンドリカル鏡２７で反射された２
回目の回折光はスリット２６及び上から２番目の窓４４
を逆方向に通過して放物面柱鏡４３へ入射される。放物
面柱鏡４３で平行光に変換された２回目の回折光は平面
回折格子２５ａにおける２番目の窓と３番目の窓の間の
位置へ入射されて３回目の分光が行われる。

【００９５】このように、平面回折格子２５ａに軸方向
に離間して複数の窓４４を穿設することによって、たと
え平面回折格子２５ａを放物面柱鏡４３と反射シリンド
リカル鏡２７とを結ぶ直線上に介在させたとしても、こ
の平面回折格子２５ａでもって被測定光に対して分光を
複数回に亘って実施できるので、図１に示した実施例と
ほぼ同様の効果を得ることかできる。

【００９６】さらに、放物面柱鏡４３，平面回折格子２
５ａ，スリット２６及び反射シリンドリカル鏡２７とを
直線状に配設できるので、複単色計全体を小型軽量に構
成できる。

【００９７】図１３は本発明のさらに別の実施例に係わ
る差分散型複単色計の概略構成を示す模式図である。第
１２図及び図４の実施例と同一部分には同一符号が付し
てある。したがって、重複する部分の詳細説明は省略さ
れている。

【００９８】この実施例差分散型複単色計においては、
図１２における反射シリンドリカル鏡２７を除去して、
スリット２６の裏面に反射平面鏡３１が貼付けられてい
る。

【００９９】このように構成された差分散型複単色計に
おいて、平面回折格子２５ａにおける軸方向に互いに離
間して穿設され各窓４４を介してスリット２６上に集光
された１回目〜３回目の各回折光は、反射平面鏡３１に
よって、その位置で反射されて、それぞれ同一窓４４を
介して放物面柱鏡４３へ入射される。

【０１００】よって、分光時に平面回折格子２５ａへ入
射される光の方向が全て前の分光時における入射方向に
一致するので、図４の実施例と同様に、分光特性のダイ
ナミックレンジを高くできる。

【０１０１】図１４は本発明のさらに別の実施例に係わ
る複単色計の概略構成を示す模式図である。第１２図及
び図７の実施例と同一部分には同一符号が付してある。
したがって、重複する部分の詳細説明は省略されてい
る。

【０１０２】この実施例複単色計においては、図７の実
施例と同様に、スリット２６の裏面における平面回折格
子２５ａの上から２番目の窓４４に対向する位置に微小
幅を有した平面鏡３８が貼付けられている。

【０１０３】このように構成された複単色計において、
平面回折格子２５ａで２回目に分光されて放物面柱鏡４
３で反射されて平面回折格子２５ａの上から２番目の窓
４４を通過してスッリト２６上に集光された回折光のみ
が平面鏡３８でそのまま反射される。そして、この反射
された２回目の回折光は同一窓４４及び放物面柱鏡４３
を介して平面回折格子２５ａへ入射されて、３回目の分
光が行われる。この場合の分光されるべき光の入射方向
は前回（２回目）の入射方向と等しい。

【０１０４】したがって、図７に示した実施例と同様
に、分光特性におけるダイナミックレンジ及び分解能を
高くする効果が得られる。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の複単色計に
おいては、光を分光する分光素子に入射しかつ分光素子
からの回折光を集光するための光学素子として、幅方向
が曲線形状で軸方向が直線形状に形成された入出射面を
有する光変換素子を用いて、各光の入射，反射位置を軸
方向の各位置に分散させている。したがって、たとえ同
一分光素子に複数回光を分光させたとしても、非点収差
の発生を抑制でき、高い分解能又は高いダイナミックレ
ンジを維持した状態で、装置全体の小型軽量化を図るこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係わる加分散型複単色計
の概略構成を示す模式図。

【図２】 同実施例装置の動作を示す光の経路図。

【図３】 同実施例装置の入射シリンドリカル鏡と軸外
し放物面柱鏡の形状と位置関係を示す図。

【図４】 本発明の他の実施例に係わる差分散型複単色
計の概略構成を示す模式図。

【図５】 同実施例装置の動作を示す光の経路図。

【図６】 本発明のさらに別の実施例に係わる差分散型
複単色計の概略構成を示す模式図。

【図７】 本発明のさらに別の実施例に係わる複単色計
の概略構成を示す模式図。

【図８】 同実施例装置の動作を説明するためのスリッ
トと平面鏡との相対位置関係を示す図。

【図９】 本発明のさらに別の実施例に係わる加分散型
複単色計の概略構成を示す模式図。

【図１０】 本発明のさらに別の実施例に係わる差分散
型複単色計の概略構成を示す模式図。

【図１１】 本発明のさらに別の実施例に係わる複単色
計の概略構成を示す模式図。

【図１２】 本発明のさらに別の実施例に係わる加分散
型複単色計の概略構成を示す模式図。

【図１３】 本発明のさらに別の実施例に係わる差分散
型複単色計の概略構成を示す模式図。

【図１４】 本発明のさらに別の実施例に係わる複単色
計の概略構成を示す模式図。

【図１５】 従来の加分散型複単色計及び差分散型複単
色計の概略構成を示す模式図。

【図１６】 従来のリトロー型複単色計の概略構成を示
す模式図。

【図１７】 従来のツェルニー・ターナ型複単色計の概
略構成を示す模式図。

【符号の説明】

２１…光源、２２…入射シリンドリカル鏡、２３…軸外
し放物面柱鏡、２５，２５ａ，３４…平面回折格子、２
６，３５ｂ…スリット、２７…反射シリンドリカル鏡、
２８，２９…シリンドリカル鏡、３０…受光素子、３１
…反射平面鏡、３２ａ…第１軸外しの放物面柱鏡、３２
ｂ…第２の軸外し放物面柱鏡、３５…折返光学系、３８
…平面鏡、４０…シリンドリカルレンズ、４３…放物面
柱鏡、４４…窓。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 幅方向が曲線形状で軸方向が直線形状に
   形成され、第１の方向から入射した各光を平行光に変換
   して第２の方向へ出力し、第２の方向から入射した各平
   行光を第１の方向に集光させる光変換素子(23)と、 外部から入射した被測定光を前記幅方向へ広がる偏平光
   に変換して、この偏平光を前記第１の方向内でかつ前記
   軸方向に対して所定の角度を有して前記光変換素子へ入
   射させる入射光学素子(22)と、 前記光変換素子の第２の方向に配設され、前記光変換素
   子から出力された各平行光を分光して各回折光を前記光
   変換素子へ入射させる分光素子(25)と、 前記光変革素子の第１の方向に配設され、前記光変換素
   子を経由した各回折光を通過させるスリット(26)と、 このスリット後方位置に配設され、前記スリットを通過
   した各回折光を前記光変換素子へ折返して再度前記分光
   素子へ入射させる反射鏡(27,31) と、 前記スリットを通過した最終の回折光を取出す出力光学
   系(28,29) とを備えた複単色計。