JP4123860B2

JP4123860B2 - 偏光解消板並びに分光器及びポリクロメータ

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Publication number: JP4123860B2
Application number: JP2002227713A
Authority: JP
Inventors: 智一山本; 力金子; 徹森
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2022-08-05
Also published as: DE10335806A1; JP2004069927A; US20040021942A1; US7075644B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光解消板並びに分光器及びポリクロメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に分光器で用いられる分散素子には偏光依存性がある。したがって、直線偏光のような特定方向へ偏った光が入射すると、同じエネルギーの光でも偏光方向によって異なった出力特性を示す。このような分散素子の代表例として回折格子が挙げられるが、この回折格子は、入射光の偏光状態によって回折効率が異なるという偏光依存性を持つ。つまり、回折格子に刻まれた溝に対して垂直な偏光成分と、溝に対して水平な偏光成分とでは、反射率が異なる。このため、回折格子を使用した分光器は、入射光の偏光状態により効率が変わり、光の分光特性を測定する上で障害となる。このような偏光依存性を取り除くためには、任意の偏光状態を持った入射光を円偏光か無偏光に変換する偏光スクランブラが必要である。
【０００３】
偏光スクランブラとして偏光解消板が用いられている。従来技術（特許第2995985号）による偏光解消板の例を図７を用いて説明する。符号２は偏光解消板であり、水晶板２Ａ，２Ｂとから構成されている。水晶板２Ａは、（ａ）に示されているように、自らの光学軸２１に対して４５°方向に厚みが連続的に変化するように形状設定される一方、水晶板２Ｂは、自らの光学軸２２に対して−４５°方向に厚みが連続的に変化するように形状設定されている。そして、このような水晶板２Ａと水晶板２Ｂとは、光学軸２１と光学軸２２とが互いに直交する状態に貼り合われることにより、（ｂ）に示されているように、全体として所定の厚さを有する偏光解消板２を構成している。
【０００４】
周知のように、水晶は、その結晶構造のために特定の方向に光学軸をもつ。水晶に侵入した光波は光学軸に平行な平面波と垂直な平面波に分かれ、異なった位相速度で結晶中を進行する。この現象を複屈折という。すなわち、水晶は、自らを透過する光のうち、光学軸に平行に振動する光成分と、光学軸に垂直に振動する光成分との間に位相差を与えるという複屈折性を有する。ここで与えられる位相差は、水晶の厚みに比例する。上記水晶板２Ａ及び水晶板２Ｂは厚みが連続的に変化し、光が透過する場所により厚みが異なるので、光が透過する場所により与えられる位相差が異なる。
【０００５】
例えば、図７（ｂ）に示した光キ、ク、ケの透過前の偏光状態が同じでも、水晶板２Ａと水晶板２Ｂで与えられる位相差がそれぞれ異なるので、透過後の光キ、ク、ケの偏光状態はそれぞれ異なる。したがって、偏光解消板２は、光キ、ク、ケの偏光状態を空間的にみて多くの偏光状態の混ざった状態に変換できる。つまり、偏光状態が空間的に攪乱される。ただし、上記偏光解消板２は、光学軸２１，２２に平行または垂直に振動する光に対しては効果がなく、これらの光はそのままの偏光状態で透過する。
【０００６】
図８は、上記偏光解消板２を使用した分光器の構成図である。この図において、符号３は入射スリット、４は凹面鏡、５は回折格子、６は凹面鏡、７は出射スリットである。入射スリット３を通過した光は、回折格子５によって波長によって異なる角度へ回折する。出射スリット７を通過し受光部８Ａに到達する波長成分は、回折格子５の角度によって決定される。すなわち、回折格子５をアの方向へ回転させることにより波長を掃引し、スペクトラムを得ることが出来る。偏光解消板２は、入射スリット３の後に、回折格子５の溝方向に対し光学軸が45°の方向となるように配置される。
【０００７】
偏光解消板２は入射光を多くの偏光状態の混ざった状態に変換する。光学軸に平行又は垂直に振動する偏光解消板２への入射光はそのままの偏光状態で透過するが、偏光解消板２を透過したこれらの光は回折格子５の溝に対して４５°の角度で入射する。したがって、偏光解消板２への入射光の偏光状態がどのようであっても、回折格子５への入射光は、常に溝に垂直に振動する光成分と溝に平行に振動する光成分との比が等しくなる。よって入射光の偏光状態により効率が変動することはない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の偏光解消板２は、水晶板２Ａの光学軸２１と水晶板２Ｂの光学軸２１とは互いの光学軸が直交するので、水晶板２Ａの光学軸に平行な光は、水晶板２Ｂの光学軸に垂直となる。したがって、斜面の両側で屈折率が異なるので、光は斜面で屈折を起こす。しかも、屈折角は、水晶板２Ａの光学軸２１に平行に振動する光成分と、光学軸２１に垂直に振動する光成分とで異なる。例えば、図９における入射光ソは、光学軸２１に平行に振動する光成分は屈折光ハになり、光学軸２１に垂直に振動する光成分は屈折光ヒになる。つまり、偏光解消板２には、斜面の方向にそって光が２つの光線に分離してしまうという欠点がある。
【０００９】
したがって、図８の分光器においても、偏光解消板２で光が２つの方向に分離され、出射スリット７上で光線の焦点位置が２つに分かれてしまう。図１０は、図８に示した出射スリット７の正面図である。（ａ）において、サは偏光解消板２がない場合の焦点位置、コとシは偏光解消板２を挿入した場合の２つの焦点位置である。
【００１０】
一方、焦点をコとする光線と焦点をシとする光線の各パワーは、入射光の偏光状態により変わる。光の偏光状態を表すJonesベクトル表記を用いると、任意の完全偏光の入射光Ｅ0は式（１）のようにを表すことができる。この式（１）の第１成分はＸ方向成分の大きさを表し、第２成分はＹ方向成分の大きさを表す。また、ｆは周波数、δ0は初期位相、δはＸ方向成分とＹ方向成分の位相差、φは方位角である。
【００１１】
【数１】

【００１２】
この式（１）で表される入射光が偏光解消板２を通過した後に２つの光線ハ，ヒに分かれ、回折格子５を通過する。当該光線ハ，ヒは、上記図１０（ａ）に示すように、出射スリット７上で２つの焦点コ，シに結ばれる。
【００１３】
また、図１０（ｂ）において、焦点コにおける光線の状態Ｅ1は下式（２）によって表され、そのパワーＰ1は下式（３）によって表される。焦点シにおける光線の状態Ｅ2は式（４）によって表され、そのパワーＰ2は式（５）によって表される。式（６）に示すＰθは方位角θの部分偏光子を表し、式（７）におけるＧは、Ｘ方向成分の回折効率がα、Ｙ方向成分の回折効率がβである回折格子を表す。なお、式（３）と式（５）における「＊」は複素共役を表す。式（８）から解るように、２つの焦点コ，シにおける光線の総強度は入射光の状態に依らず一定であるが、式（３）と式（５）とから解るように、焦点コにおける光線と焦点シにおける光線の強度比は入射光Ｅ0の状態によって変化する。
【００１４】
【数２】

【００１５】
【数３】

【００１６】
【数４】

【００１７】
【数５】

【００１８】
【数６】

【００１９】
【数７】

【００２０】
【数８】

【００２１】
図８の分光器において、偏光解消板２を通過して２つに分離した光は、凹面鏡４で反射し、回折格子５によって回折される。下式（９）は、回折格子５における入射角度と回折角度の関係を示している。この式（９）において、ｍは回折次数、ｄは回折格子の格子定数、λは光の波長、ξは回折格子５の格子溝に対して垂直な面と入射光がなす角度、Ψ1は回折格子５への入射光の入射角度、Ψ2は回折格子５からの回折光の回折角度である。
【００２２】
【数９】

【００２３】
図１１は、回折格子５における上記角度ξ、入射角度Ψ1及び回折角度Ψ2の関係を示す説明図である。部品配置の制約等の問題により凹面鏡４の軸を外して光を反射させ、Ｙ軸方向に傾きを持たせて回折格子５に光が入射する場合がある。例えば、（特願2001-335385）に開示するような８段式分光器では、２つの屈折光ハ，ヒは回折格子５に入射するとき、入射角度Ψ1は同じであるが、角度ξは異なった値で入射する。したがって、式（９）から解るように、２つの屈折光ハ，ヒは異なった回折角度Ψ2で出射され、図８に示すＸ軸方向にずれを生じる。その結果、図１０（ｂ）に示すように、２つの焦点コ，シは、出射スリット７の切り込み方向に対して斜め方向に分かれる。すなわち、焦点コと焦点シとでは、出射スリット７の切り込み方向に垂直な方向に関する位置が異なる。
【００２４】
以上のように、焦点コと焦点シとでは出射スリット７の切り込み方向に垂直な方向に関する位置が異なった上に、式（３）と式（５）を用いて説明したように、入射光の状態によって２つの焦点コ，シにおける光線の強度比が変化すると、分光器での測定中心波長は真の中心波長とは違った値を出力する。
【００２５】
図１２は、図８におけるスペクトラム表示部１０に出力されるスペクトラム波形を示した図である。図１２（ト）は、光線が分かれずに出射スリット７上で焦点が１つの時の測定スペクトラム、図１２（ナ）は図１０（ｂ）に示した２つの焦点コ，シにおける光線の強度比が１：０のときの測定スペクトラム、図１２（ニ）は、図１０（ｂ）に示した２つの焦点コ，シにおける光線の強度比が０：１のときの測定スペクトラムである。図１２（ト）〜（ニ）中、λ0は入射光の真の中心波長であり、Δλは、真の中心波長と測定中心波長との差である。偏光解消板２を用いた分光器から得られる測定スペクトラムは、光の偏光状態によって図１２（ナ）に示す状態から図１２（ニ）に示す状態まで変化してしまい、真の中心波長を測定することが困難である。
【００２６】
もし、任意の偏光状態の入射光に対して、図１０（ｂ）における出射スリット上の焦点コと焦点シのパワーが常に等しく、かつ一定となれば、任意の偏光状態に対して正確な中心波長をもつスペクトラムが得られる。例えば、常に図１２（ト）のような状態が得られれば、真の中心波長をもつスペクトラムを測定できる。
【００２７】
また、任意の偏光状態の入射光に対して、正確な中心波長をもつスペクトラムが得られる偏波解消板および分光器（特願2001−196745号）があるが、この方法は分光器に使用される分光回折格子のＸ方向成分の回折効率αとＹ方向成分の回折効率βが、α＝１かつβ＝０、またはα＝０かつβ＝１のような場合でだけしか使用できない。
【００２８】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、任意の偏光状態の入射光に対して分光素子の偏光依存性を解消することにより、真の中心波長をもつスペクトラムを測定することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、偏光解消板に係わる第１の手段として、光学軸（１２）の方向における厚さが連続的に変化する楔形状の第２の複屈折板（１Ｂ）と、光学軸（１３）に対して４５°の方向における厚さが連続的に変化する楔形状の第３の複屈折板（１Ｃ）とを備え、前記第２の複屈折板（１Ｂ）の最大傾斜方向と前記第３の複屈折板（１Ｃ）の最大傾斜方向とが同一面に含まれ、且つ当該最大傾斜方向が互いに逆方向となるように貼り合わせて成るという構成を採用する。
【００３０】
また、偏光解消板に係わる第２の手段として、上記第１の手段において、光学軸（１１）に直交する方向における厚さが連続的に変化する楔形状の第１の複屈折板（１Ａ）をさらに備え、該第１の複屈折板（１Ａ）を最大傾斜方向が互いに逆方向となるように第２の複屈折板（１Ｂ）の表面に貼り合わせて成るという構成を採用する。
【００３１】
偏光解消板に係わる第３の手段として、上記第１の手段において、光学軸（１４）に対して−４５°の方向における厚さが連続的に変化する楔形状の第４の複屈折板（１Ｄ）をさらに備え、該第４の複屈折板（１Ｄ）を最大傾斜方向が互いに逆方向となるように第３の複屈折板（１Ｃ）の表面に貼り合わせて成るという構成を採用する。
【００３２】
偏光解消板に係わる４の手段として、光学軸（１１）に直交する方向における厚さが連続的に変化する楔形状の第１の複屈折板（１Ａ）と、光学軸（１４）に対して−４５°の方向における厚さが連続的に変化する楔形状の第４の複屈折板（１Ｄ）とをさらに備え、前記第１の複屈折板（１Ａ）を最大傾斜方向が互いに逆方向となるように第２の複屈折板（１Ｂ）の表面に貼り合わせ、第４の複屈折板（１Ｄ）を最大傾斜方向が互いに逆方向となるように第３の複屈折板（１Ｃ）の表面に貼り合わせて成るという構成を採用する。
【００３３】
偏光解消板に係わる５の手段として、上記第１〜第４いずれかの手段において、第１〜第４の複屈折板（１Ａ〜１Ｄ）は水晶、方解石、雲母、またはフッ化マグネシウム、ＹＶＯ４あるいはルチルの結晶から形成されるという構成を採用する。
【００３４】
一方、本発明では、分光器に係わる第１の手段として、上記第１〜第５いずれかの偏光解消板（１）を分光素子（５）の前段に配置して成り、第２の複屈折板（１Ｂ）の最大傾斜方向と分光素子（５）の分散方向とが直交するという構成を採用する。
【００３５】
また、分光器に係わる第２の手段として、上記第１の手段において、前記偏光解消板（１）は、前記第２の複屈折板（１Ｂ）と前記第３の複屈折板（１Ｃ）との貼り合わせ面の反対側となる前記第２の複屈折板（１Ｂ）の外面及び前記第３の複屈折板（１Ｃ）の外面が、光の入射方向に対して傾斜するように姿勢設定されるという構成を採用する。
【００３６】
分光器に係わる第３の手段として、上記第１または第２の手段において、光が分光素子（５）を複数回通過するという構成を採用する。
【００３７】
さらに、本発明では、ポリクロメータに係わる手段として、上記第１〜第４いずれかの偏光解消板（１）を分光素子（５）の前段に配置して成り、分光素子（５）からの出射光を並列検出する一次元光検出器（８Ｂ）を備えるという構成を採用する。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係わる偏光解消板並びに分光器及びポリクロメータの一実施形態について説明する。
【００３９】
図１は本実施形態に係わる偏光解消板１の構成を示す斜視図及び分解斜視図であり、また図２は、当該偏光解消板１の構成要素である各水晶板１Ａ〜１Ｄの構成を示す正面図、側面図及び平面図である。これら各図に示すように、本偏光解消板１は、各水晶板１Ａ〜１Ｄの光学軸１１、１２、１３、１４が互いに異なる方向となるように当該４枚の水晶板１Ａ〜１Ｄを貼り合わせることによって構成されている。各水晶板１Ａ〜１Ｄは、一定方向の厚さが連続的に変化する台形状であり、貼り合わせた際の厚さ、つまり本偏光解消板１の光透過方向の厚さが全体として一定になるように形状設定されている。
【００４０】
第１の水晶板１Ａは、自らの光学軸１１に対して直交する方向の厚さが連続的に変化する台形状であり、第２の水晶板１Ｂは、自らの光学軸１２に対して平行な方向の厚さが連続的に変化する台形状であり、第３の水晶板１Ｃは、自らの光学軸１３に対して４５°方向の厚さが連続的に変化する台形状であり、第４の水晶板１Ｄは、自らの光学軸１４に対して−４５°方向の厚さが連続的に変化する台形状である。
【００４１】
このような４つの水晶板１Ａ〜１Ｄは、それぞれ隣り合うもの同士が互いの厚みを補うように重ね合わされている。すなわち、第１の水晶板１Ａの厚さの減少（増加）方向（最大傾斜方向）と第２の水晶板１Ｂの厚さの減少方向（最大傾斜方向）とは逆方向であり、当該第２の水晶板１Ｂの厚さの減少方向（最大傾斜方向）と第３の水晶板１Ｃの厚さの減少方向（最大傾斜方向）とは逆方向であり、さらに当該第３の水晶板１Ｃの厚さの減少方向（最大傾斜方向）と第４の水晶板１Ｄの厚さの減少方向（最大傾斜方向）とは逆方向である。
【００４２】
すなわち、第１の水晶板１Ａの光学軸１１と第２の水晶板１Ｂの光学軸１２とは直交し、第２の水晶板１Ｂの光学軸１２と第３の水晶板１Ｃの光学軸１３とは４５°の角度を成し、さらに第３の水晶板１Ｃの光学軸１３と第４の水晶板１Ｄの光学軸１４とは直交する。このような各水晶板１Ａ〜１Ｄを貼り合わせることによって構成される偏光解消板１を全体として見たときに、各水晶板１Ａ〜１Ｄの４つの光学軸１１〜１４は、互いに４５°の角度を成す関係にある。
【００４３】
このように構成された偏光解消板１では、各水晶板１Ａ〜１Ｄは厚さが連続的に変化するように形状設定されているので、各水晶板１Ａ〜１Ｄにおいて光が透過する部位（透過部位）によって、厚さ、すなわち光の透過距離が異なる。すなわち、透過部位によって光が各水晶板１Ａ〜１Ｄから与えられる位相差が異なるため、特定の偏光状態の光を空間的に見て多くの偏光状態の混ざった光に変換することができる。
【００４４】
第２の水晶板１Ｂの光学軸１２に対して平行方向あるいは直交方向に振動する偏光の光は、第１の水晶板１Ａと第２の水晶板１Ｂとによって位相差が生じることはないが、第３の水晶板１Ｃと第４の水晶板１Ｄによって（水晶板１Ｄが省略される場合は、水晶板１Ｃのみによって）位相差が生じて、偏光状態の混ざった状態に変換される。第３の水晶板１Ｃの光学軸１３に対して平行方向あるいは直交方向に振動する偏光の光は、当該第３の水晶板１Ｃと第４の水晶板１Ｄによって位相差が生じることはないが、第１の水晶板１Ａと第２の水晶板１Ｂとによって（第１の水晶板１Ａが省略される場合は、第２の水晶板１Ｂのみによって）位相差が生じて、偏光状態の混ざった状態に変換される。
【００４５】
次に、上記偏光解消板１を用いた分光器（モノクロメータ）について、図３を参照して説明する。なお、本分光器は、従来の偏光解消板２に代えて、本実施形態に係わる偏光解消板１を用いることを特徴とするものであり、図８に示した従来の分光器の構成要素と同一の構成要素については同一符号を付して、その説明を省略する。
【００４６】
図示するように、本分光器では、偏光解消板１は光路に沿って入射スリット３の後に配置される。また、この偏光解消板１は、水晶板１Ｂの厚さが連続的に変化する方向と回折格子５の分散方向とが直交するように配置される。これにより各水晶板１Ａ〜１Ｄに設けられた斜面の方向は、回折格子５の溝方向と平行になる。また、第２の水晶板１Ｂと第３の水晶版１Ｃの貼り合わせ面の反対側となる第２の水晶板１Ｂの外面及び第３の水晶版１Ｃの外面が入射光に対してそれぞれ斜に配置される。すなわち、この外面は、第１の水晶板１Ａ（第１の水晶板１Ａが省略される場合は空気）と第２の水晶板１Ｂとの境界面である斜面と、第３の水晶板１Ｃと第４の水晶板１Ｄ（第４の水晶板１Ｄが省略される場合は空気）との境界面である斜面を構成する。
【００４７】
このように構成された本分光器では、第１の水晶板１Ａと第２の水晶板１Ｂとは互いの光学軸１１，１２が直交するので、第１の水晶板１Ａの光学軸１１に平行に振動する光は、第２の水晶板１Ｂの光学軸１２に対しては直交して振動することになる。水晶のような複屈折性の結晶では光学軸に平行に振動する光に対する屈折率と光学軸に直交して振動する光に対する屈折率とが異なるので、第１の水晶板１Ａ（第１の水晶板１Ａが省略される場合は空気）と第２の水晶板１Ｂとの境界面である斜面の両側で屈折率が異なる。したがって、入射光は、第１の水晶板１Ａと第２の水晶板１Ｂの境界面（斜面）で屈折を起こす。しかも、この際の屈折角は、第２の水晶板１Ｂの光学軸１２に平行に振動する光成分と、当該光学軸１２に直交して振動する光成分とで異なるで、図４に示すように、入射光ソは２つの屈折光に分離する。
【００４８】
さらに、第３の水晶板１Ｃと第４の水晶板１Ｄとは互いの光学軸１３，１４が直交するので、第３の水晶板１Ｃの光学軸１３に平行に振動する光成分は、第４の水晶板１Ｄの光学軸１４に対しては直交して振動する。したがって、第３の水晶板１Ｃと第４の水晶板１Ｄ（第４の水晶板１Ｄが省略される場合は空気）との境界面である斜面の両側で屈折率が異なるので、光は第３の水晶板１Ｃと第４の水晶板１Ｄの境界面（斜面）で屈折を起こす。しかも、この屈折角は、第３の水晶板１Ｃの光学軸１３に平行に振動する光成分と当該光学軸１３に直交して振動する光成分とで異なるで、図４に示すように、上記２つの屈折光は４つの屈折光タ〜テに分離する。
【００４９】
ここで、光の偏光状態を表すJonesベクトル表記を用いると、任意の完全偏光の入射光Ｅ0は、式（１０）のように表すことができる。なお、この式（１０）において、ｆは周波数、δ0は初期位相、δはＸ方向成分とＹ方向成分の位相差、φは方位角である。この式（１０）の第１成分はＸ方向成分の大きさを表し、式１の第２成分はＹ方向成分の大きさを表す。
【００５０】
【数１０】

【００５１】
すなわち、このような入射光Ｅ0が本偏光解消板１を通過すると、当該入射光Ｅ0は、図４に示すように４つの光線タ〜テに分かれる。これら各光線タ〜テは回折格子５を通過し、図５に示すように出射スリット７上で４つの焦点ス〜ヌに結ばれる。この図５において、光線タは焦点スに、光線ツは焦点セに、光線チは焦点ソに、また光線テは焦点ヌにそれぞれ対応する。
【００５２】
ここで、第２の水晶板１Ｂの斜面の角度を小さくする程、焦点スと焦点セの間隔及び焦点ソと焦点ヌの間隔は小さくなる。また、第３の水晶板１Ｃの斜面の角度を小さくする程、焦点スと焦点ソの間隔及び焦点セと焦点ヌの間隔は小さくなる。さらに、第３の水晶板１Ｃの斜面の角度より第２の水晶板１Ｂの斜面の角度を小さくすることにより、焦点スと焦点ソの間隔及び焦点セと焦点ヌの間隔より焦点スと焦点セの間隔及び焦点ソと焦点ヌの間隔を小さくする。
【００５３】
焦点スにおける光線の状態Ｅ1は、式（１１）のように表され、そのパワーＰ1は式（１２）によって表される。また、焦点セにおける光線の状態Ｅ2は、式（１３）のように表され、そのパワーＰ2は式（１４）によって表される。焦点ソにおける光線の状態Ｅ3は、式（１５）のように表され、そのパワーＰ3は式（１６）によって表される。さらに、焦点ヌにおける光線の状態Ｅ4は、式（１７）のように表され、そのパワーＰ4は式（１８）によって表される。なお、式（１９）のＰθは、方位角θの部分偏光子を表し、式（２０）のＧは、Ｘ方向成分の回折効率がα、Ｙ方向成分の回折効率がβである回折格子を表している。また、式（１２），（１４），（１６）及び（１８）における記号「＊」は複素共役を表している。
【００５４】
【数１１】

【００５５】
【数１２】

【００５６】
【数１３】

【００５７】
【数１４】

【００５８】
【数１５】

【００５９】
【数１６】

【００６０】
【数１７】

【００６１】
【数１８】

【００６２】
【数１９】

【００６３】
【数２０】

【００６４】
上述したように、第２の水晶板１Ｂの斜面の角度を比較的小さくしておけば、図５に示す出射スリット７上での焦点スと焦点セの間隔は小さくなり、分光器の特性上１つの焦点とみなせる。式（２１），（２２）に示すように、任意の偏波状態の測定光に対して、スリット７上の焦点スとセのパワー和Ｐ12と焦点ソ及びヌのパワーの和Ｐ34は、常に一定かつ等しい値となる。また、式（２３）に示すように、総パワーＰは常に一定かつ等しい値となる。
【００６５】
【数２１】

【００６６】
【数２２】

【００６７】
【数２３】

【００６８】
焦点スとセの中点位置が対応する波長と焦点ソとヌの中点の位置が対応する波長との差が本分光器の分解能以下であるならば、スペクトラム表示部１０で測定されるスペクトラムは図１２（ト）のようになる。つまり、任意の偏光状態に対して真の中心波長をもつスペクトラムが得られる。
【００６９】
したがって、本分光器によれば、如何なる回折効率を持つ回折格子５（分光素子）に対しても、任意の偏光状態の入射光に対して真の中心波長をもつスペクトラムを測定することが可能であり、従来の偏光解消板２を用いた分光器に比較して分光特性が改善される。
【００７０】
図６は、上記偏波解消板１を用いたポリクロメータの構成図である。この図に示すように、本ポリクロメータは、上記分光器（図３参照）の出射スリット７と受光部８Ａの代わりにセンサアレイ８Ｂ（一次元光検出器）を配置した構成になっており、回折格子５は固定した状態で使用される。この固定状態の回折格子５で回折された光は、凹面鏡６で反射した後にセンサアレイ８Ｂに到達するが、波長に対応して到達するセンサアレイ８ＢのＸ方向の位置が決まる。本偏波解消板１を使用すれば、上述した分光器と同じ理由で、任意の偏光状態に対して真の中心波長をもつスペクトラムが得られる。
【００７１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、偏光解消板１を４つの水晶板１Ａ〜１Ｄから構成したが、これに代えて方解石、雲母、フッ化マグネシウム、ＹＶＯ４あるいはルチル等の複屈折性をもつ結晶を使用しても良い。
【００７２】
（２）上記実施形態では、４つの水晶板１Ａ〜１Ｄから偏光解消板１を構成したが、これら水晶板１Ａ〜１Ｄのうち水晶板１Ａ及び水晶板１Ｄのうちいずれか一方または両方を省略することができる。すなわち、偏光解消板１の機能を実現するための最小構成要素は、光学軸１２と光学軸１３とが４５°の角度を成す水晶板１Ｂ及び水晶板１Ｃである。
【００７３】
（３）上記実施形態はツェルニ・ターナー型分光器に関するものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、リトロー型分光器等、種々の変形型分光器に適用することが考えられる。
【００７４】
（４）上記実施形態では、光が分光素子である回折格子５を１回だけ通過するシングルパス型の分光器について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、光が分光素子である回折格子５を複数回通過するマルチパス型の分光器に本偏波解消板１を適用しても良い。このようなマルチパス型の分光器の場合、光学部品の配置上の問題で式（９）の角度ξが大きくなる傾向にあり、光の偏波状態の変動による測定中心波長の変動がシングルパス型の分光器より大きくなる。本偏波解消板１を使用することにより、任意の偏光状態に対して真の中心波長をもつスペクトラムが得られる。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、任意の偏光状態の入射光に対して真の中心波長を測定することが可能である。すなわち、従来の偏光解消板を用いた分光器やポリクロメータに比較して分光特性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる偏光解消板１の全体構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる偏光解消板１の個別構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係わる分光器（モノクロメータ）の要部構成を示す構成図である。
【図４】本発明の一実施形態に係わる偏光解消板１の性質を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係わる分光器の分光性能を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係わるポリクロメータの要部構成を示す構成図である。
【図７】従来の偏光解消板２の構成を示す斜視図及び平面図である。
【図８】従来の分光器の要部構成を示す構成図である。
【図９】従来の偏光解消板２の性質を示す説明図である。
【図１０】従来の分光器の分光性能を示す説明図である。
【図１１】従来の分光器に用いられる回折格子５の回折機能を示す説明図である。
【図１２】従来の分光器のスペクトラムを示す説明図である。
【符号の説明】
１……偏光解消板
１Ａ〜１Ｄ……水晶板
３……入射スリット
４……凹面鏡
５……回折格子
６……凹面鏡
７……出射スリット
８Ａ……受光部
８Ｂ……センサアレイ（一次元光検出器）
９……信号処理部
１０…… スペクトラム表示部
１１〜１４……光学軸

Claims

光学軸（１２）の方向における厚さが連続的に変化する楔形状の第２の複屈折板（１Ｂ）と、光学軸（１３）に対して４５°の方向における厚さが連続的に変化する楔形状の第３の複屈折板（１Ｃ）とを備え、
前記第２の複屈折板（１Ｂ）の最大傾斜方向と前記第３の複屈折板（１Ｃ）の最大傾斜方向とが同一面に含まれ、且つ当該最大傾斜方向が互いに逆方向となるように貼り合わせて成ることを特徴とする偏光解消板。
光学軸（１１）に直交する方向における厚さが連続的に変化する楔形状の第１の複屈折板（１Ａ）をさらに備え、該第１の複屈折板（１Ａ）を最大傾斜方向が互いに逆方向となるように第２の複屈折板（１Ｂ）の表面に貼り合わせて成ることを特徴とする請求項１記載の偏光解消板。
光学軸（１４）に対して−４５°の方向における厚さが連続的に変化する楔形状の第４の複屈折板（１Ｄ）をさらに備え、該第４の複屈折板（１Ｄ）を最大傾斜方向が互いに逆方向となるように第３の複屈折板（１Ｃ）の表面に貼り合わせて成ることを特徴とする請求項１記載の偏光解消板。
光学軸（１１）に直交する方向における厚さが連続的に変化する楔形状の第１の複屈折板（１Ａ）と、光学軸（１４）に対して−４５°の方向における厚さが連続的に変化する楔形状の第４の複屈折板（１Ｄ）とをさらに備え、前記第１の複屈折板（１Ａ）を最大傾斜方向が互いに逆方向となるように第２の複屈折板（１Ｂ）の表面に貼り合わせ、第４の複屈折板（１Ｄ）を最大傾斜方向が互いに逆方向となるように第３の複屈折板（１Ｃ）の表面に貼り合わせて成ることを特徴とする請求項１記載の偏光解消板。
第１〜第４の複屈折板（１Ａ〜１Ｄ）は、水晶、方解石、雲母、またはフッ化マグネシウム、ＹＶＯ４あるいはルチルの結晶から形成されることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の偏光解消板。
請求項１〜請求項５いずれかに記載の偏光解消板（１）を分光素子（５）の前段に配置して成り、第２の複屈折板（１Ｂ）の最大傾斜方向と分光素子（５）の分散方向とが直交することを特徴とする分光器。
前記偏光解消板（１）は、前記第２の複屈折板（１Ｂ）と前記第３の複屈折板（１Ｃ）との貼り合わせ面の反対側となる前記第２の複屈折板（１Ｂ）の外面及び前記第３の複屈折板（１Ｃ）の外面が、光の入射方向に対して傾斜するように姿勢設定されることを特徴とする請求項６記載の分光器。
光が分光素子（５）を複数回通過することを特徴とする請求項６または７記載の分光器。
請求項１〜請求項５いずれかに記載の偏光解消板（１）を分光素子（５）の前段に配置して成り、分光素子（５）からの出射光を並列検出する一次元光検出器（８Ｂ）を備えることを特徴とするポリクロメータ。