JP4473665B2 - 分光器 - Google Patents

分光器 Download PDF

Info

Publication number
JP4473665B2
JP4473665B2 JP2004210687A JP2004210687A JP4473665B2 JP 4473665 B2 JP4473665 B2 JP 4473665B2 JP 2004210687 A JP2004210687 A JP 2004210687A JP 2004210687 A JP2004210687 A JP 2004210687A JP 4473665 B2 JP4473665 B2 JP 4473665B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical
target
optical body
light incident
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2004210687A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2006030031A (ja
Inventor
テイチマン ヘルムート
ヒラル ディエトマル
スタルケル ウルリッチ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Priority to JP2004210687A priority Critical patent/JP4473665B2/ja
Priority to EP05759947A priority patent/EP1776567B1/en
Priority to US11/596,066 priority patent/US7605917B2/en
Priority to DE602005024565T priority patent/DE602005024565D1/de
Priority to PCT/JP2005/013096 priority patent/WO2006009089A1/en
Publication of JP2006030031A publication Critical patent/JP2006030031A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4473665B2 publication Critical patent/JP4473665B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/2803Investigating the spectrum using photoelectric array detector
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/0205Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/0256Compact construction
    • G01J3/0259Monolithic
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/0262Constructional arrangements for removing stray light
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/18Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating

Description

本発明は、入射した光を分光するための分光器に関するものである。
分光器(スペクトロメータ)は、測定対象となる光をプリズムや回折格子などの分光素子によって各スペクトル成分へと分解する光学装置である。このような装置では、分光素子によって分光された光のスペクトル成分を検出することにより、光の波長分布や特定波長成分の強度などを知ることができ、様々な用途に用いられている(例えば、特許文献1〜3参照)。
特開2000−298066号公報 特開平4−294223号公報 特開2000−65642号公報
近年、様々な分光測定装置や測定システムに対して適用される小型の分光器の開発が進められている。小型の分光器の利点の1つは、従来の分光器に比べて低コスト化が可能な点にある。分光器が低コストとなれば、これまでコスト的に適用ができなかった新しい分野への分光器の適用が可能となる。分光器を低コスト化する方法としては、例えば、低コストの材料を用いて分光器を構成する方法、分光器を構成する部材に対するトレランスを緩和して、その製造を簡単化する方法などが挙げられる。
一方、分光器においては、分光器を構成する光入射部や光検出器などの各光学要素を高い位置決め精度で配置する必要がある。小型の分光器では、そのような光学要素の配置の精度としては、例えば10μm以下の精度が要求される。このような配置精度を実現するため、いくつかの構成が提案されている。例えば、上記した特許文献1には、光線入力、回折格子、光検出器を精度良く配置するためのマウント構造について開示されている。しかしながら、このような構成では、分光器の製造を低コストで行うことができない。
また、特許文献2では、回折格子が取り付けられた支持体の面と、光検出器であるダイオード列との間に空隙を設ける構成が開示されている。しかしながら、このような構成では、支持体と光検出器との間の空隙を空気で満たした場合、界面での反射によって光の通過率が低下し、また、ゴースト像が生成される原因ともなる。また、この空隙をエポキシなどのポリマーで充填した場合、分光器の全体のトレランスを確保するために、例えば数100μm程度とかなりの厚さが必要となる。また、厚い接着層は、分光器の熱サイクルや、長期的な安定性、厳しい環境に対する耐久性、などの点でも問題がある。
また、特許文献3には、分光の対象光を透明な光学体の内部で伝搬させることによって高い信頼性を実現する分光器の構成が開示されている。この構成は、熱的な安定性などの点で優れている。また、光学体同士を接続する場合には、光学体間は、分光器の特性に影響を与えない屈折率整合光学接着剤の薄い層などによって接続することができる。しかしながら、このような構成では、一媒体中での光の伝搬を利用する構成であるため、光学要素の配置を精度良く調整する場合に、上記した空隙等を用いることができない。
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、光学要素の充分な配置精度が簡単な構成で実現され、低コスト化が可能な分光器を提供することを目的とする。
このような目的を達成するために、本発明による分光器は、(1)分光対象となる所定の波長範囲内の対象光を通過させる材料によって形成され、その内部に対象光が伝搬する分光光路が設定される光学体と、(2)分光光路上となる所定位置に設けられた分光素子と、(3)分光光路に対して入射側に位置し、対象光を入射させる光入射手段と、(4)分光光路に対して出射側に位置し、光入射手段から入射して分光素子で分光された対象光を検出する光検出手段と、(5)光学体及び光検出手段を光学的に接続させる光学接続部材とを備え、光学体は、その上面が平面状、下面が光学体の内部からみて凹面状に形成されるとともに、光学体の下面上には対象光を反射する凹面反射ミラーが設けられており、光検出手段は、分光素子での光の分散方向と一致する方向を配列方向として複数のフォトダイオードが配列されたフォトダイオードアレイであり、(6)光学接続部材は、分光素子で分光された対象光に対する光入射面が光学体の面に接し、光入射面とは反対側となる光出射面がフォトダイオードアレイの光入射面に接するとともに、光出射面が光入射面に対してフォトダイオードアレイでの配列方向と一致する方向を傾き方向として所定角度で傾いたウエッジ形状に形成されており、凹面反射ミラーから集束しつつフォトダイオードアレイへと入射する対象光の焦点が光出射面上に位置するように配置されていることを特徴とする。
上記した分光器においては、分光対象となる光を光学体内で伝搬させ、その光学体に対してそれぞれ所定位置に光入射手段、分光素子、及び光検出手段の各光学要素を配置して分光器を構成している。これにより、安定性に優れ信頼性の高い分光器が実現される。また、光学体内に設定される分光光路の出射側において、光検出手段を光学体の面上に直接に配置するのではなく、光学体と光検出手段との間に、光出射面が光入射面に対して傾いた光学接続部材を設置している。このような構成では、光学接続部材の傾き方向(光学接続部材の厚さが一定の方向に対して直交する方向)での位置を変えることによって、光学体内での分光光路に対する光検出手段の光路方向の配置を調整することが可能である。これにより、光学要素の充分な配置精度が簡単な構成で実現され、かつ、その低コスト化が可能な分光器が得られる。
ここで、上記構成の分光器において、光学接続部材は、分光素子からの対象光の一部が光出射面で反射された反射光が、分光光路から外れる方向に伝搬するように構成されていることが好ましい。これにより、光学接続部材に接続された光検出手段の光入射面で発生する迷光の影響を抑制することができる。
あるいは、光学接続部材は、分光素子で分光された対象光の波長による焦点ラインに対して、光出射面が沿うように構成されていることが好ましい。これにより、分光素子によって分光された対象光の各スペクトル成分を好適に検出することができる。
本発明による分光器によれば、光学体内に設定される分光光路の出射側において、光学体と光検出手段との間に、光出射面が光入射面に対して傾いた光学接続部材を設置することにより、光学要素の充分な配置精度が簡単な構成で実現されるとともに、その低コスト化が可能となる。
以下、図面とともに本発明による分光器の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
まず、分光器の構成の基本概念について説明する。本発明による分光器においては、分光の対象光が伝搬する分光光路上に、光出射面が光入射面に対して所定角度で傾いたウエッジ形状の光学部材を設置する。そして、この光学部材を利用して、対象光の焦点位置に対する光学要素の配置精度を向上する。
図1(a)及び(b)は、ウエッジ形状の光学部材と、対象光の焦点位置との関係を示す図である。図1に示す光学系では、対象光の光軸であるz軸上に、集束レンズ55及び光学部材50を設置している。また、光学部材50は、その光入射面51がz軸に対して直交するとともに、光出射面52が光入射面51に対して傾いたウエッジ形状となっている。具体的には、図1においては、光学部材50の光出射面52は、光入射面51に対してx軸方向を傾き方向として角度θで傾いており、光学部材50の厚さがx軸の正の方向に向かって大きくなる構成となっている。
このような光学部材50に対し、図1(a)では、レンズ55から対象光の焦点Pまでの焦点距離がLであり、この焦点Pが光出射面52上に位置するように光学部材50が配置されている。一方、図1(b)では、レンズ55から対象光の焦点Pまでの焦点距離がLよりも大きいL(L>L)となっている。これに対して、光学部材50は、図1(a)の配置からみてx軸の負の方向にずらした位置に配置されている。これにより、対象光の光路上での光学部材50の厚さが大きくなり、焦点Pが光出射面52上に位置するようになっている。すなわち、対象光が伝搬する光路上にウエッジ形状の光学部材50を設置することにより、この光学部材50を利用して、対象光の焦点位置に対して光学系の構成を調整することができる。以下、このような光学部材を用いた本発明による分光器について説明する。
図2は、本発明による分光器の第1実施形態の構成を示す斜視図である。ここで、以下においては、説明の便宜のため、図2に示すように互いに直交するx軸、y軸、及びz軸を定義して用いることとする。また、説明上必要な場合には、x軸の負の方向、正の方向をそれぞれ左方向、右方向、y軸の負の方向、正の方向をそれぞれ前方向、後方向、z軸の負の方向、正の方向をそれぞれ下方向、上方向として説明する。また、図3は、図2に示した分光器の構成を示すy軸の負の側からみた側面図である。
本実施形態の分光器1Aは、光学体10と、光学部材20とを備えている。図2においては、z軸の負の方向が分光器1Aでの光の入射方向となっている。この分光器1Aは、分光の対象光が伝搬する光路(分光光路)を光学体10の媒体中に設定して、対象光の分光を行うように構成されている。
光学体10は、本分光器1Aによる分光対象となる所定の波長範囲内の対象光を通過させるガラス材料により、z軸方向を中心軸とする円筒形状に形成されている。本実施形態においては、光学体10の上面11は平面状、また、下面12は光学体10の内部からみて凹面状(したがって外部に向かって凸面状)の面形状に形成されている。また、光学体10の下面12上には、その所定範囲に、分光の対象光を反射する反射ミラー15が設けられている。
光学体10の上面11上には、図中の右側から左側へと順に、光入射スリット16、回折格子17、及び光学部材20が所定の位置関係で設置されている。光入射スリット16は、光学体10内に設定された分光光路に対して入射側に位置し、分光の対象光を光学体10へと入射させる光入射手段である。この光入射スリット16を介して対象光が入射することにより、光学体10内への対象光の入射光路が決められる。
回折格子17は、分光光路上となる所定位置に設けられた分光素子であり、光入射スリット16から入射した対象光を分光して、各スペクトル成分へと分解する。図2においては、回折格子17の一例として、x軸方向を光の分散方向として光学体10の上面11上に形成された反射型の平面回折格子を示している。このような回折格子17としては、例えば、光学体10の形成時にブレーズド格子などの回折格子パターンを上面11に形成した後、パターンが形成された部位にアルミニウムなどによる反射コートを施す構成を用いることができる。
また、これらの光学体10、光入射スリット16、及び回折格子17に対して、分光光路の出射側で上面11の上方となる所定位置に、光検出器18が設置されている。光検出器18は、光入射スリット16から入射して回折格子17で分光された対象光を検出する光検出手段である。このような光検出器18としては、例えば、回折格子17での光の分散方向と一致するx軸方向を配列方向として複数のフォトダイオード(光検出素子)が配列されたフォトダイオードアレイ(光検出素子アレイ)が用いられる。
このような構成において、光入射スリット16から光学体10内の分光光路へと入射した分光の対象光は、下面12の凹面反射ミラー15で反射され、コリメート光として分光素子である上面11の回折格子17へと到達する。この対象光は、回折格子17によって反射されるとともに分光され、凹面反射ミラー15を介してフォトダイオードアレイ18に集束しつつ入射する。そして、得られた対象光のスペクトル成分が、それぞれフォトダイオードアレイ18の対応するフォトダイオードで検出されることによって、対象光の分光測定が行われる。
本分光器1Aにおいては、さらに、内部に分光光路が設定された光学体10と、光検出手段であるフォトダイオードアレイ18との間に、上記した光学部材20が設置されている。光学部材20は、光学体10及びフォトダイオードアレイ18を光学的に接続する光学接続部材であり、所定の波長範囲内の対象光を通過させるガラス材料によって形成されている。これらの光学体10及び光学接続部材20は、光学的に接続された状態で一体に設けられている。また、このとき、光入射スリット16からフォトダイオードアレイ18への分光光路の一部は、光学接続部材20の内部に設定されている。
具体的には、光学接続部材20は、その下面を分光された対象光に対する光入射面21とし、光入射面21とは反対側となる上面を光出射面22として構成されている。また、光学接続部材20は、光入射面21が光学体10の上面11に接するとともに、光出射面22がフォトダイオードアレイ18の光入射面に接するように配置されている。このような構成により、光学接続部材20は、光入射面21と光出射面22との間で、光学体10とフォトダイオードアレイ18とを光学的に接続する。
また、この光学接続部材20は、その光出射面22が光入射面21に対してx軸方向を傾き方向として所定角度θ(図3参照)で傾いたウエッジ形状に形成されている。これにより、光学接続部材20は、そのz軸方向の厚さ、すなわち、光学体10の上面11に接する光入射面21と、光出射面22の各部位との距離がx軸の正の方向に向かって大きくなる構成となっている。光学接続部材20は、上記したウエッジ形状を考慮して、凹面反射ミラー15から集束しつつフォトダイオードアレイ18へと入射する対象光の焦点Pが光出射面22上に位置するように配置されている。これにより、光学接続部材20の光出射面22に接するように配置されたフォトダイオードアレイ18に対して、分光された対象光が好適に入射される。
上記実施形態による分光器の効果について説明する。
図2及び図3に示した分光器1Aにおいては、分光対象となる光を光学体10内で伝搬させ、その光学体10に対してそれぞれ所定位置に光入射スリット16、回折格子17、及びフォトダイオードアレイ18の各光学要素を配置して分光器1Aを構成している。このように、対象光が内部を伝搬可能な光学体10を用いて分光器1Aを構成することにより、安定性に優れ信頼性の高い分光器が実現される。
また、光学体10内に設定される分光光路の出射側において、光検出手段であるフォトダイオードアレイ18を光学体10の上面11上に直接に配置するのではなく、光学体10とフォトダイオードアレイ18との間に、光出射面22が光入射面21に対して傾いた光学接続部材20を設置している。このような構成では、光学接続部材20の傾き方向であるx軸方向(光学接続部材20の厚さが一定の方向であるy軸方向に対して直交する方向)での位置を変えることによって、光学体10内での分光光路に対するフォトダイオードアレイ18の配置、及び光路方向であるz軸方向についてのフォトダイオードアレイ18への対象光の入射位置を調整することが可能である。これにより、分光器1Aを構成する各光学要素の充分な配置精度を簡単な構成で実現することができる。また、分光器1Aの構成が簡単化されることにより、その低コスト化が可能となる。
例えば、上記の分光器1Aにおいては、分光光路の出射側における対象光の焦点Pは、図3に示すように、光学体10の上面11から距離Lの位置にある。ここで、この対象光の焦点位置は、分光器1Aの各構成要素のトレランス、例えば光学体10の高さ、光学面の曲率、光入射スリット16の位置のずれなどによって、ある程度変化する。このような対象光の焦点について、上記構成を有する分光器1Aでは、光学体10の上面11から焦点Pまでの距離がLからずれた場合であっても、光学接続部材20を利用して、対象光の焦点位置に対して光学系の構成を調整することが可能である。
図4は、図2に示した分光器の変形例を示す斜視図である。また、図5は、図4に示した分光器の構成を示すy軸の負の側からみた側面図である。この変形例においては、図5に示すように、対象光の焦点が、光学体10の上面11からの距離がLよりも小さいL’(L’<L)の焦点P’となっている。
これに対して、本構成では、ウエッジ形状の光学接続部材20が、図2に示した構成よりもx軸の正の方向にずれた位置に配置されている。これにより、光学接続部材20は、フォトダイオードアレイ18へと入射する対象光の焦点P’が光出射面22上に位置するように配置されている。このように、光学接続部材20を用いた上記構成の分光器によれば、光学体10の上面11から焦点までの距離に応じて光学接続部材20のx軸方向の位置を調整することにより、光学体10から光学接続部材20を通過してフォトダイオードアレイ18へと入射する対象光の焦点に対する光出射面22の位置が調整される。
ここで、対象光の焦点位置がx軸方向またはy軸方向に変化した場合、光学体に対するフォトダイオードアレイの位置をxy面内で調整することにより対応することが可能である。一方、対象光の焦点位置がz軸方向に変化した場合には、光学体の上面上に直接にフォトダイオードアレイを設置する構成では、フォトダイオードアレイの位置をz軸方向で調整することができない。これに対して、光学体10とフォトダイオードアレイ18との間にウエッジ形状の光学接続部材20を設けた上記構成によれば、対象光の焦点位置が光路方向に変化した場合であっても、光学接続部材20の位置を傾き方向で調整することにより、光学体10及び光学接続部材20内での分光光路と、フォトダイオードアレイ18との位置関係を調整することができる。また、光学接続部材20の位置を傾き方向で調整して対象光の焦点位置を光出射面22に合わせた上で、さらに、光出射面22上でフォトダイオードアレイ18の位置を調整しても良い。これにより、対象光の焦点位置を光出射面22においたまま、フォトダイオードアレイ18への対象光の入射位置を調整することができる。
なお、上記実施形態においては、対象光の分光光路が設定される光学体10、及び光学接続部材20をガラス部材としている。一般には、これらの光学体10、光学接続部材20は、分光対象となる所定の波長範囲内の対象光を通過させる材料から形成されていれば良く、例えば、樹脂材料から形成しても良い。
また、光学体10での分光光路に対して設けられる光入射手段については、上記実施形態では、光入射スリット16として模式的に図示している。このような光入射手段の具体的な構成としては、例えば、スリット状のパターンを形成する構成や、スリット部材を設置する構成など、様々な構成を用いることができる。対象光を分光する分光素子についても、回折格子以外の光学素子を用いても良い。また、分光された対象光を検出する光検出手段についても、同様に、フォトダイオードアレイ以外の光検出器を用いても良い。
本発明による分光器の構成について、さらに説明する。
対象光を分光して光検出器で検出する分光器の構成では、対象光が光検出器へと入射する際に、光検出器の光入射面において対象光の一部が反射される場合がある。このような反射光は分光器内での迷光となり、分光の測定効率の低下や分解能の低下などの原因となる。これに対して、ウエッジ形状の光学部材を対象光の光路上に配置する上記構成では、図6に示すように、光検出器の光入射面に対応する光学部材60の光出射面62が光入射面61に対して傾いていることにより、光出射面62での反射光が、対象光の入射光路から外れる方向に伝搬する構成とすることが可能である。
図7は、本発明による分光器の第2実施形態の構成を示す斜視図である。本実施形態の分光器1Bは、図2に示した分光器1Aと同様の構成を有し、光学体10と、光学接続部材20と、反射ミラー15と、光入射スリット16と、回折格子17と、フォトダイオードアレイ18とを備えている。
本実施形態においては、光学体10から光学接続部材20を通過してフォトダイオードアレイ18に入射する対象光の分光光路に対して、光出射面22が所定角度で傾くように光学接続部材20が構成されている。これにより、本分光器1Bでは、回折格子17から反射ミラー15を介して到達した対象光の一部が光出射面22で反射された場合に、その反射光が、対象光の分光光路から外れる方向に伝搬する構成となっている。
このような構成では、対象光の分光光路から外れた位置で反射光の光路上に、迷光を捕捉する迷光トラップを設けることが可能である。これにより、光学接続部材20の光出射面22に接続されたフォトダイオードアレイ18へと対象光が入射する際に発生する迷光の影響を抑制することができる。対象光の分光光路に対する光学接続部材20の光出射面22の傾き角度については、分光器の具体的な構成に応じて適宜設定すれば良い。この傾き角度は、例えば5°程度に設定できる。
なお、フォトダイオードアレイ18の光入射面での対象光の反射は、光学体10及び光学接続部材20と、フォトダイオードアレイ18との屈折率差などに起因して発生する。例えば、光学体10及び光学接続部材20としてガラス部材を用いた場合、その屈折率は1.5程度、フォトダイオードアレイ18としてシリコンセンサを用いた場合、その屈折率は3.4程度である。このような構成では、フォトダイオードアレイ18へと入射する対象光の15%程度が反射される。
図8は、本発明による分光器の第3実施形態の構成を示す斜視図である。本実施形態の分光器1Cは、図2に示した分光器1Aと同様の構成を有し、光学体10と、光学接続部材20と、反射ミラー15と、光入射スリット16と、回折格子17と、フォトダイオードアレイ18とを備えている。
本実施形態においては、回折格子17で分光された対象光について、分光光路の出射側に形成される波長による焦点ラインが光学体10の上面11に対して傾いた構成となっている。このような対象光の焦点ラインに対し、光学接続部材20は、その光出射面22が焦点ラインに沿うように構成されている。図8中においては、この波長による焦点ラインについて、2つの波長λ、λに対する光出射面22上の焦点P、Pを示している。
このような構成では、回折格子17によって分光された対象光の各スペクトル成分を、フォトダイオードアレイ18によって好適に検出することができる。例えば、フォトダイオードアレイ18に対して対象光が斜めに入射した場合、その光入射面での対象光の反射率が対象光の偏光状態に依存してしまうため、対象光に偏光依存損失が発生する。これに対して、光学体10の上面11に対して傾いた光学接続部材20の光出射面22が焦点ラインに沿う構成とすることにより、フォトダイオードアレイ18に対して対象光を垂直に入射させて、偏光依存損失の発生を防止することが可能となる。
本発明による分光器は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、光入射手段、分光素子、及び光検出手段を用いた分光器の構成、あるいは光学体の内部に設定される分光光路の構成については、具体的には上記構成以外にも様々な構成を用いて良い。また、上記した各光学要素の光学体に対する配置についても、分光光路と併せて様々な変形が可能である。例えば、図2に示した構成では、光入射スリット16、回折格子17、及びフォトダイオードアレイ18が、光学体10に対していずれも上面11側に配置されているが、それぞれ異なる面側に配置された構成としても良い。
本発明は、光学要素の充分な配置精度が簡単な構成で実現され、低コスト化が可能な分光器として利用可能である。
ウエッジ形状の光学部材と、対象光の焦点位置との関係を示す図である。 分光器の第1実施形態の構成を示す斜視図である。 図2に示した分光器の構成を示す側面図である。 図2に示した分光器の変形例を示す斜視図である。 図4に示した分光器の構成を示す側面図である。 ウエッジ形状の光学部材の光出射面での反射光について示す図である。 分光器の第2実施形態の構成を示す斜視図である。 分光器の第3実施形態の構成を示す斜視図である。
符号の説明
1A、1B、1C…分光器、10…光学体、11…上面、12…下面、15…凹面反射ミラー、16…光入射スリット、17…反射型平面回折格子、18…フォトダイオードアレイ、20…光学接続部材、21…光入射面、22…光出射面。

Claims (3)

  1. 分光対象となる所定の波長範囲内の対象光を通過させる材料によって形成され、その内部に前記対象光が伝搬する分光光路が設定される光学体と、
    前記分光光路上となる所定位置に設けられた分光素子と、
    前記分光光路に対して入射側に位置し、前記対象光を入射させる光入射手段と、
    前記分光光路に対して出射側に位置し、前記光入射手段から入射して前記分光素子で分光された前記対象光を検出する光検出手段と、
    前記光学体及び前記光検出手段を光学的に接続させる光学接続部材とを備え、
    前記光学体は、その上面が平面状、下面が前記光学体の内部からみて凹面状に形成されるとともに、前記光学体の前記下面上には前記対象光を反射する凹面反射ミラーが設けられており、
    前記光検出手段は、前記分光素子での光の分散方向と一致する方向を配列方向として複数のフォトダイオードが配列されたフォトダイオードアレイであり、
    前記光学接続部材は、前記分光素子で分光された前記対象光に対する光入射面が前記光学体の前記上面に接し、前記光入射面とは反対側となる光出射面が前記フォトダイオードアレイの光入射面に接するとともに、前記光出射面が前記光入射面に対して前記フォトダイオードアレイでの前記配列方向と一致する方向を傾き方向として所定角度で傾いたウエッジ形状に形成されており、前記凹面反射ミラーから集束しつつ前記フォトダイオードアレイへと入射する前記対象光の焦点が前記光出射面上に位置するように配置されていることを特徴とする分光器。
  2. 前記光学接続部材は、前記分光素子からの前記対象光の一部が前記光出射面で反射された反射光が、前記分光光路から外れる方向に伝搬するように構成されていることを特徴とする請求項1記載の分光器。
  3. 前記光学接続部材は、前記分光素子で分光された前記対象光の波長による焦点ラインに対して、前記光出射面が沿うように構成されていることを特徴とする請求項1記載の分光器。
JP2004210687A 2004-07-16 2004-07-16 分光器 Active JP4473665B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004210687A JP4473665B2 (ja) 2004-07-16 2004-07-16 分光器
EP05759947A EP1776567B1 (en) 2004-07-16 2005-07-08 Spectrometer
US11/596,066 US7605917B2 (en) 2004-07-16 2005-07-08 Spectrometer
DE602005024565T DE602005024565D1 (de) 2004-07-16 2005-07-08 Spektrometer
PCT/JP2005/013096 WO2006009089A1 (en) 2004-07-16 2005-07-08 Spectrometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004210687A JP4473665B2 (ja) 2004-07-16 2004-07-16 分光器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006030031A JP2006030031A (ja) 2006-02-02
JP4473665B2 true JP4473665B2 (ja) 2010-06-02

Family

ID=34981382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004210687A Active JP4473665B2 (ja) 2004-07-16 2004-07-16 分光器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7605917B2 (ja)
EP (1) EP1776567B1 (ja)
JP (1) JP4473665B2 (ja)
DE (1) DE602005024565D1 (ja)
WO (1) WO2006009089A1 (ja)

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7697137B2 (en) * 2006-04-28 2010-04-13 Corning Incorporated Monolithic Offner spectrometer
US8203710B1 (en) 2006-06-12 2012-06-19 Wavefront Research, Inc. Compact wide field fast hyperspectral imager
WO2008149940A1 (ja) 2007-06-08 2008-12-11 Hamamatsu Photonics K.K. 分光モジュール
WO2008149930A1 (ja) 2007-06-08 2008-12-11 Hamamatsu Photonics K.K. 分光モジュール
EP2075555A4 (en) * 2007-06-08 2014-01-01 Hamamatsu Photonics Kk SPECTROSCOPIC MODULE
JP4891841B2 (ja) * 2007-06-08 2012-03-07 浜松ホトニクス株式会社 分光モジュール
JP4891840B2 (ja) * 2007-06-08 2012-03-07 浜松ホトニクス株式会社 分光モジュール
JP4887221B2 (ja) 2007-06-08 2012-02-29 浜松ホトニクス株式会社 分光モジュール
KR101491889B1 (ko) 2007-06-08 2015-02-11 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 분광기
US7817274B2 (en) 2007-10-05 2010-10-19 Jingyun Zhang Compact spectrometer
US7812949B2 (en) * 2007-10-17 2010-10-12 Horiba Jobin Yvon Inc. Spectrometer with cylindrical lens for astigmatism correction and demagnification
US8345226B2 (en) 2007-11-30 2013-01-01 Jingyun Zhang Spectrometers miniaturized for working with cellular phones and other portable electronic devices
DE202008003977U1 (de) * 2008-02-26 2009-07-02 Bürkert Werke GmbH & Co. KG Mikrospektrometer
JP5205240B2 (ja) * 2008-05-15 2013-06-05 浜松ホトニクス株式会社 分光モジュールの製造方法及び分光モジュール
JP5415060B2 (ja) 2008-05-15 2014-02-12 浜松ホトニクス株式会社 分光モジュール
JP5205238B2 (ja) * 2008-05-15 2013-06-05 浜松ホトニクス株式会社 分光モジュール
JP2009300418A (ja) * 2008-05-15 2009-12-24 Hamamatsu Photonics Kk 分光モジュール
JP2009300417A (ja) * 2008-05-15 2009-12-24 Hamamatsu Photonics Kk 分光モジュールの製造方法及び分光モジュール
JP5205241B2 (ja) 2008-05-15 2013-06-05 浜松ホトニクス株式会社 分光モジュール
JP5207938B2 (ja) 2008-05-15 2013-06-12 浜松ホトニクス株式会社 分光モジュール及び分光モジュールの製造方法
JP2009300422A (ja) * 2008-05-15 2009-12-24 Hamamatsu Photonics Kk 分光モジュール
US8054462B2 (en) * 2009-09-16 2011-11-08 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. Quantum efficiency enhancement device for array detectors
JP2011164014A (ja) * 2010-02-12 2011-08-25 Shimadzu Corp ポリクロメータ
JP5113947B2 (ja) * 2012-04-18 2013-01-09 浜松ホトニクス株式会社 分光モジュール
JP6251073B2 (ja) 2014-02-05 2017-12-20 浜松ホトニクス株式会社 分光器、及び分光器の製造方法
FI20155547A (fi) * 2015-07-10 2017-01-11 Outotec Finland Oy Transparentti suojaava seinäelin käytettäväksi menetelmässä tai laitteessa fluidien laseravusteista optista säteilyspektroskooppia varten
DE102016225344A1 (de) * 2016-12-16 2018-06-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. System zur Analyse von elektromagnetischer Strahlung und Bauelement zur Herstellung desselben
GB201708643D0 (en) * 2017-05-31 2017-07-12 Univ Edinburgh Optical wireless communications system
JP6524281B2 (ja) * 2018-02-14 2019-06-05 浜松ホトニクス株式会社 分光器

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4633078A (en) * 1985-07-23 1986-12-30 The Perkin-Elmer Corporation Optical interference eliminator
DE3743131A1 (de) * 1987-10-26 1989-05-03 Siemens Ag Anordnung zur hochaufloesenden spektroskopie
DE4038638A1 (de) 1990-12-04 1992-06-11 Zeiss Carl Fa Diodenzeilen-spektrometer
JPH09250946A (ja) * 1996-03-14 1997-09-22 Nikon Corp 分光装置
JP3137020B2 (ja) * 1997-02-14 2001-02-19 日本電気株式会社 分光計
EP0942267B1 (de) * 1998-03-11 2006-08-30 Gretag-Macbeth AG Spektrometer
DE59913150D1 (de) 1999-04-01 2006-04-27 Gretag Macbeth Ag Regensdorf Spektrometer
CN1296684C (zh) * 2000-07-28 2007-01-24 大塚电子株式会社 光谱检测设备
US7262845B2 (en) * 2003-05-27 2007-08-28 Wayne State University Diffractive imaging spectrometer

Also Published As

Publication number Publication date
DE602005024565D1 (de) 2010-12-16
JP2006030031A (ja) 2006-02-02
WO2006009089A1 (en) 2006-01-26
EP1776567A1 (en) 2007-04-25
US7605917B2 (en) 2009-10-20
US20070211250A1 (en) 2007-09-13
EP1776567B1 (en) 2010-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4473665B2 (ja) 分光器
KR101617473B1 (ko) 분광모듈 및 분광모듈의 제조방법
JP4409860B2 (ja) 光検出器を用いた分光器
KR101642514B1 (ko) 분광 모듈
KR101563009B1 (ko) 분광기
TWI451072B (zh) Spectral module
TWI544234B (zh) A lens array and an optical module with it
KR101774186B1 (ko) 분광모듈
US7538945B2 (en) Optical path changing module
CN101542250A (zh) 分光模块
US20080024789A1 (en) Fiber-optic miniature encoder for fine pitch scales
US20090034080A1 (en) Optical system
US7738112B2 (en) Displacement detection apparatus, polarization beam splitter, and diffraction grating
US6650401B2 (en) Optical distance sensor
JP2006292728A (ja) 光電式エンコーダ
JP2003202205A5 (ja)
US7173695B2 (en) Spectroscope with thermal compensation mechanism
JP2006234920A (ja) 光学モジュール
EP1926977B1 (en) Spectrometer mount and measuring apparatus including same
JP2009069016A (ja) 分光モジュール
JP3919796B2 (ja) 変位測定装置
JP4122514B2 (ja) 分光装置
US6850325B2 (en) Temperature compensated optical system based on a diffractive optical element
CN117203487A (zh) 光学倾斜传感器
WO2019001446A1 (en) OPTICAL WAVE LENGTH DIVISION MULTIPLEXING DEVICE

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070124

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090929

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091119

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100302

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100305

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130312

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4473665

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130312

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250