JP6218338B2 - 光ビームのスペクトルを分析するための分光計 - Google Patents

Description

本発明は、光学測定の分野に関する。

より具体的には、それは、光ビームの偏光状態がどのようなものであるかに関わらず、光ビーム又は光源のスペクトルを分析するための高回折効率の分光計に関する。

本発明は、広いスペクトル帯域にわたって高い分光計効率が望ましい時に特に有利な応用を見出すものである。

光学測定において、分光測定は、上流光ビームのスペクトルをそれが光源から直接に到着するか又は光源によって照明された物体から到着するかに関わらず分析し、そこからこの光源又はこの物体のある一定の特性を推定することにある技術である。

分光計は、複数の波長を含むスペクトルに対してそのような分析を実施することを可能にする光学計器である。

一般的に、分光計は、上流光ビームを通すようになった入口スリットと、複数の波長に従って入射光ビームを角度的に分散させるようになった角度分散手段とを含むことは当業者によって公知である。

例えば、ラマン分光測定又は近赤外線分光測定に関する多くの用途において、分光計の出口で、検出手段で、又は出口スリットで、スペクトル分析のために有効に利用可能な光の量は少ない。その結果、高速かつ正確な測定が、困難である場合がある。

従って、広いスペクトル帯域にわたって非常に高い効率を有すると考えられる角度分散手段を有する分光計は、入口スリットから検出手段又は出口スリットまで上流光ビームの全ての光子を最小の損失で搬送することを可能にするであろう。これは、上流光ビームスペクトルの分析に関して分光計のより高い高速性及びより良い測定精度を提供すると考えられる。

文献ＵＳ２０１０／０２２５８５６Ａ１及びＵＳ２０１０／０２２５８７６Ａ１からは、例えば、特に紫外、可視、及び赤外線波長の領域において広域スペクトル帯域にわたって回折次数＋１及び−１における非常に高い回折効率を有する少なくとも１つの偏光−分離回折格子を含む角度分散手段が公知である。

文献ＵＳ２０１０／０２２５８５６Ａ１及びＵＳ２０１０／０２２５８７６Ａ１は、そのような偏光−分離回折格子が、いずれの偏光状態を有する入射光ビームも０次で回折されたビーム、＋１次で回折されたビーム、及び／又は−１次で回折されたビームに回折させることを教示している。

同じこれらの文献により、偏光−分離回折格子は、以下の特性を有する。
−回折次数＋１における回折効率と回折次数−１における回折効率との和は非常に高く、典型的に９０％よりも高い。
−回折次数＋１及び回折次数−１で回折された光ビームの相対強度は、入射光ビームの偏光状態の関数であり、かつ入射光ビームの偏光状態に従って回折次数＋１及び回折次数−１で回折された光ビームの全強度の０％と１００％の間で変えることができる。

特に、文献ＷＯ ２０１０／０４２０８９に記載されているように、入射光ビームが円形偏光状態を有する時に、回折次数＋１又は回折次数−１における回折効率は、１００％に近い。

しかし、分光計は、一般的に、回折次数０を除く単一の回折次数が上流光ビームの分析に対して利用されるように設計される。

従って、上流光ビームのスペクトルを分析するために偏光−分離回折格子を使用する分光計は、上流光ビームの偏光状態に従ってほぼゼロの効率を有する場合があり、従って、上流光ビームの分析のための回折次数の利用が効率的であるように最適化された他の角度分散手段を使用する従来の分光計よりも有利性が低い。

それにも関わらず、文献「偏光非依存液晶同調光学フィルタを使用する小型分光計（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ ｕｓｉｎｇ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｔｕｎａｂｌｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｌｔｅｒｓ）」（Ｅ．Ｎｉｃｏｌｅｓｃｕ他、Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ＸＩＩ、ＳＰＩＥ会報、第６６６１巻、第６６６１０５号、２００７年）からは、上流光ビームの偏光状態に対して殆ど感受性のない分光計が公知である。しかし、一連のいくつかの偏光−分離回折格子を含むそのような分光計は、実施することが困難である。

ＵＳ２０１０／０２２５８５６Ａ１ ＵＳ２０１０／０２２５８７６Ａ１ ＷＯ ２０１０／０４２０８９

「偏光非依存液晶同調光学フィルタを使用する小型分光計（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ ｕｓｉｎｇ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｔｕｎａｂｌｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｌｔｅｒｓ）」（Ｅ．Ｎｉｃｏｌｅｓｃｕ他、Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ＸＩＩ、ＳＰＩＥ会報、第６６６１巻、第６６６１０５号、２００７年）

上述の従来技術の欠点を是正するために、本発明は、広域スペクトル帯域にわたって偏光−分離回折格子の非常に高い回折効率を利用することを可能にする分光計を提案する。

その目的に対して、本発明は、上流光ビームを通すようになった入口スリットと、複数の波長に従って調整された光ビームを複数の回折光ビームに角度的に分散させるようになった固定又は可動とすることができる角度分散手段とを含む上流光ビームのスペクトルを分析するための分光計に関する。

本発明により、角度分散手段は、複数の波長に対して、調整光ビームが、円である予め決められた調整偏光状態を有するときに、調整光ビームを回折次数＋１又は回折次数−１のいずれかである偏光−分離回折格子の同じ特定の回折次数で複数の回折光ビームに回折させるようになった少なくとも１つの偏光−分離回折格子を含み、分光計は、入口スリットと角度分散手段の間に配置され、かつ複数の波長に対して、上流光ビームの偏光状態を修正して予め決められた調整偏光状態に従って調整された光ビームを発生させるようになった偏光−修正手段を更に含み、偏光−修正手段は、複数の波長に対して、互いに直交する偏光状態を有する第１の分離光ビームと第２の分離光ビームを上流光ビームから発生させるようになった偏光−分離手段と、複数の波長に対して、第１の分離光ビームから第１の調整偏光光ビーム及び第２の分離光ビームから第２の調整偏光光ビームを発生させるようになった偏光−調整手段であって、第１の調整偏光光ビームと第２の調整偏光光ビームが、同じ偏光状態を有し、第１の調整偏光光ビームと第２の調整偏光光ビームが、同じ偏光状態を有する調整光ビームを形成する上記偏光−調整手段とを含む。

本発明による分光計は、従って、偏光−分離回折格子を上流光ビームの偏光を修正するための手段と組み合わせて使用する。

回折格子は、調整光ビームが明確に決定された円形調整偏光状態を有する場合に、回折次数＋１又は回折次数−１のいずれかで非常に広いスペクトル帯域にわたって非常に高い効率で調整光ビームを回折光ビームに回折させるように設計することができる。

偏光−修正手段は、次に、偏光−分離手段及び偏光−調整手段により、上流光ビームの偏光状態がどのようなものであるかに関わらず、この明確に決定された円形調整偏光状態に従って調整光ビームの偏光状態を準備することを可能にする。

実際に、上流光ビームの偏光状態がどのようなものであるかに関わらず、上流光ビームは、２つの調整偏光光ビームが調整光ビームと同じ円形偏光状態を有するように、各々が偏光−調整手段によって処理された直交偏光の２つの分離光ビームに偏光−分離手段によって分離される。

従って、本発明による分光計は、次数＋１又は次数−１のいずれかである決定された回折次数で、かつ上流光ビームの偏光状態がどのようなものであるかに関わらず、偏光−分離回折格子の非常に高い効率を利用することを可能にする。

有利なことに、本発明は、広域スペクトル帯域にわたって偏光−分離回折格子の非常に高い効率を利用することを可能にする。

更に、本発明による分光計の他の有利かつ非限定的特性は以下の通りである。
−分光計は、複数の波長の各波長に対して、複数の回折光ビームの光強度を測定し、かつ上流光ビームのスペクトルを表す信号を送出するようになった検出手段を含み、
−分光計は、複数の波長の関数として角度的に回折された複数の回折光ビームをフォーカスするための手段であって、フォーカス手段が、複数の波長の各波長に対して、複数の回折光ビームを像平面上又は検出手段上にフォーカスするようになった上記フォーカスするための手段を含み、
−偏光−調整手段は、複数の波長に対して、複数の波長で第１の分離光ビームから第１の調整偏光光ビームを発生させるようになった第１の光学偏光−調整器構成要素と、複数の波長に対して、複数の波長で第２の分離光ビームから第２の調整偏光光ビームを発生させるようになった第２の光学偏光−調整器構成要素とを含み、
−偏光−分離手段は、入口で上流光ビームを捕捉し、それを出口で上流光ビームから第１の分離光ビームと第２の分離光ビームを複数の波長に対して発生させるようになった少なくとも１つの光学偏光−分離器構成要素に向けて誘導するようになった第１の光学系を含み、
−第１の光学系は、上流光ビームの光線が、第１の光学系の出口で全て互いに平行であるように配置され、偏光−分離手段はまた、複数の波長に対して、一方で第１の分離光ビームを入口で捕捉してそれを第１の光学偏光−調整器構成要素上にフォーカスし、他方で第２の分離偏光光ビームを捕捉してそれを第２の光学偏光−調整器構成要素上にフォーカスするようになった第２の光学系を含み、
−光学偏光−分離器構成要素は、第１の分離光ビームと第２の分離光ビームが直交直線偏光状態を有するように構成されたウォラストンプリズム、ロションプリズム、セナルモンプリズム、又はビーム変位器プリズムを含み、第１の光学偏光−調整器構成要素は、第１の遅軸を有する第１の４分の１波長遅延板を含み、第２の光学偏光−調整器構成要素は、第１の遅軸に対して垂直な第２の遅軸を有する第２の４分の１波長遅延板を含み、
−光学偏光−分離器構成要素は、別の偏光−分離回折格子を含み、これは、複数の波長に対して、他方の偏光−分離回折格子の回折次数＋１又は回折次数−１のいずれかである第１の回折次数で回折され、かつ第１の円形偏光状態を有する第１の分離光ビームと、他方の偏光−分離回折格子の回折次数＋１又は回折次数−１のいずれかであり、第１の回折次数とは異なる第２の回折次数で回折され、かつ第１の偏光状態に対して直交する第２の円形偏光状態を有する第２の分離光ビームとに上流光ビームを回折させるようになっており、
−第１の光学偏光−調整器構成要素は、第１の光学偏光−調整器構成要素を通過する第１の分離光ビームの偏光状態を逆転させる２分の１波長遅延板を含み、第２の光学偏光−調整器構成要素は、第２の光学偏光−調整器構成要素を通過する第２の分離光ビームの偏光状態を修正しない平行面中立板を含み、
−分光計は、加算又は減算構成でカスケードされた複数の分散段を含み、
−有利なことに、例えばツェルニー ターナー構成において、偏光−分離回折格子は、多チャネル検出器の中心波長又は単一チャネル検出器のスリットの出口での波長のいずれかを調節するために回転移動可能に装着され、
−角度分散手段は、調整光ビームを捕捉する入口面と偏光−分離回折格子が配置された出口面とを有するプリズムを含み、
−検出手段は、多チャネル検出器を含み
−検出手段は、スリットと単一チャネル検出器とを含む。

図面を参照して本発明のいくつかの実施形態をより詳細に説明する。

偏光−修正手段の概略図である。 図１のデバイスの変形による偏光−修正手段の概略図である。 図１のデバイスの別の変形による偏光−修正手段の概略図である。 ツェルニー−ターナータイプの構成にある第１の実施形態による分光計の概略図である。 多格子ターレットを含む第１の実施形態の変形による分光計の概略図である。 第２の実施形態による分光計の概略図である。 透過で作動する偏光−分離回折格子を有する第３の実施形態による分光計の概略図である。 プリズムの傾斜面上に置かれた偏光−分離回折格子を有する第３の実施形態の変形による分光計の概略図である。 減算構成にある２つの分散段を含む二重単色光分光器の概略図である。 加算構成にある２つの分散段を含む二重単色光分光器の概略図である。 減算構成にある３つの分散段を含む三重単色光分光器の概略図である。 加算構成にある３つの分散段を含む三重単色光分光器の概略図である。

図４から図１２には、上流光ビーム１のスペクトルを分析するか（図４から図８に図示の実施形態の場合）、又は上流光ビーム１のスペクトルの一部分を選択するか（図９から図１２に図示の実施形態の場合）のいずれかのための本発明による分光計１００；２００；３００；５００；６００の異なる実施形態を示している。この第２の場合に、それは、一般的に「単色光分光器」に関して説明している。

限定することなく、図１から図１２では、上流光ビーム１は偏光されておらず、すなわち、あらゆる偏光状態を有すると考えられたい。実際に、上流光ビーム１の偏光状態の事前把握が行われないことで、この場合はそれ程限定的ではない。更に、上流光ビーム１の偏光状態が事前に不明であることに向けた本発明の着眼点は、実施例から理解されるであろう。

一般的に、更に図４から図１２にも示すように、本発明による分光計１００；２００；３００；５００；６００の異なる実施形態は、第１に、入口スリット１０１を含む。

本明細書では、入口スリット１０１は、その平面に対して垂直な光軸Ａ１上に中心がある矩形形状の平面スリットである。

異なる実施形態において、上流光ビーム１は、光線円錐体で形成された発散光ビームであり、この円錐体は、光軸Ａ１に関する回転円錐体であり、入口スリット１０１の中心を頂点とすると考えられたい。

このように配置された入口スリット１０１は、上流光ビーム１を通す。

本発明により、図４から図１２に示す分光計１００；２００；３００；５００；６００の異なる実施形態は、以下で図１から図３に示す例に関して詳細に説明する偏光−修正手段１１００を含む。

偏光−修正手段１１００は、入口で入口スリット１０１を通して上流光ビーム１を受け入れ、同じく発散光ビームである調整光ビーム２０を出口で発生させる。

これらの偏光−修正手段１１００は、入口スリット１０１の下流で、入口スリット１０１と、特に固定されたか又は回転運動で移動することができる角度分散手段を含む分光計１００；２００；３００；５００；６００の異なる光学要素との間に配置される。

図４、図５、及び図９から図１２に示す特定の実施形態の分光計１００、５００、６００では、角度分散手段は、特に、平面であって反射で作動する少なくとも１つの偏光−分離回折格子１３０，２３１；５３１Ａを含む。

図６に示す別の特定の実施形態の分光計２００では、角度分散手段は、形状が凹であって反射で作動する偏光−分離回折格子２６０を含む。

図７及び図８に示す最後の特定の実施形態の分光計３００では、角度分散手段は、平面であって透過で作動する少なくとも１つの偏光−分離回折格子３３０、４３２を含む。

角度分散手段は、偏光−調整光ビーム２０を捕捉する。

次いで、角度分散手段は、調整光ビーム２０を波長の関数として角度的に分散させる。

簡略化の目的又は本発明の例を示す目的で、本説明の以下の部分では、光強度が非ゼロである上流光ビーム１のスペクトルの１つ、２つ、又は３つの特定の波長を考えられたい。

これら３つの特定の波長をλ１、λ２、及びλ３で表している。

この考察は決して限定的ではなく、例えば、連続スペクトル、離散スペクトル、帯域スペクトル、線スペクトル、又は全てのこれらのタイプのスペクトルの組合せ、又はそのスペクトル範囲とすることができる上流光ビーム１のスペクトルの厳密な特質を仮定しない。

それによって角度分散手段は、波長λ１、λ２、及びλ３で調整された光ビーム２０から波長λ１で回折された光ビーム３１と、波長λ１で回折された光ビーム３１から角度分離された波長λ２で回折された光ビーム３２と、波長λ１で回折された光ビーム３１及び波長λ２で回折された光ビーム３２から角度分離された波長λ３で回折された光ビーム３３とを発生させることは理解されるものとする。

図４、図５、及び図７から図１２に示す本発明のある一定の特定の実施形態において、分光計１００；３００；５００；６００は、調整光ビーム２０を平行光ビームに変換する平行化手段１２０；３２０；５２０を更に含み、それによって調整光ビーム２０の全ての光線は、平行化手段１２０；３２０の下流で平行であり、平面偏光−分離回折格子１３０，２３１；３３０，４３２；５３１Ａ上に同じ入射角で入射するようになる。

図４から図１２に示す本発明の異なる実施形態において、分光計１００；２００；３００；５００；６００は、フォーカス手段１４０；２６０；３４０；５４０を含む。

回折光ビーム３１，３２，３３の光路上に配置されたフォーカス手段１４０；２６０；３４０；５４０は、各波長λ１、λ２、λ３それぞれに関する回折光ビーム３１，３２，３３を像平面にフォーカスする。

図９から図１２に示す本発明の特定の実施形態において、回折光ビーム３１、３２は、像平面５０５、６０５上で、像平面５０５の同じ焦点にフォーカスされるか（図９の場合）、又は像平面５０５、６０５の別々の焦点にフォーカスされるか（図１０から図１２の場合）のいずれかである。

図４から図８に示す本発明の特定の実施形態において、像平面は、検出手段１５０を受け入れることが意図される。

同じく図４から図８に示すように、３つの回折光ビーム３１、３２、３３は、次いで、像平面上で波長λ１、λ２、λ３の関数として互いから空間的に分離された３つの焦点４１、４２、４３にフォーカスされる。

検出手段１５０は、焦点４１、４２、４３にフォーカスされる回折光ビーム３１、３２、３３の光強度に感受性があり、次いで、各波長λ１、λ２、λ３に関する回折光ビーム３１、３２、３３の光強度を測定する。

従って、検出手段１５０は、その後に分析することができる上流光ビーム１のスペクトルを表す信号を送出する。

分光計１００；３００の異なる上述の要素は、外光に対して不透明なケーシング（図示せず）内に含まれ、入口スリット１０１は、このケーシングの壁のうちの１つの上に位置する。

ここで偏光−修正手段の例を示す図１から図３を参照して偏光−修正手段１１００を以下に説明する。

偏光−修正手段１１００は、複数の波長λ１、λ２、λ３に対して、上流光ビーム１の偏光状態を修正し、図１及び２で見られることになるように、円である調整偏光状態を有する調整光ビーム２０を発生させる。

この目的で、偏光−修正手段１１００は、第１に、偏光−分離手段１１１０を含む。

同じく図１から図３に示すように、これらの偏光−分離手段１１１０は、上流光ビーム１を捕捉するため、分光計１００；２００；３００；５００；６００の入口スリット１０１の下流に上流光ビーム１の光路に沿って配置されている。

偏光−修正手段１１００は、上流光ビーム１からの各波長λ１、λ２、λ３に対して、互いに直交する偏光状態を有する第１の分離光ビーム１１と第２の分離光ビーム１２とを発生させる。

更に、偏光−修正手段１１００は、偏光−分離手段１１１０の下流に第１の分離光ビーム１１及び第２の分離光ビーム１２の光路に沿って配置された偏光−調整手段１１２０を含み、これらの分離光ビームは、偏光−分離手段１１１０によって偏光−調整手段１１２０にフォーカスされる。

次いで、偏光−調整手段１１２０は、出口で、各波長λ１、λ２、λ３に対して、第１の分離光ビーム１１からの第１の調整偏光光ビーム２１と、第２の分離光ビーム１２からの第２の調整偏光光ビーム２２とを発生させる。

本発明により、第１の調整偏光光ビーム２１と第２の調整偏光光ビーム２２は、円形偏光状態である同じ偏光状態を有し、偏光−調整手段１１２０の出口での重ね合わせによって調整光ビーム２０を形成する。

従って、調整光ビーム２０の調整偏光状態は、第１の調整偏光光ビーム２１及び第２の調整偏光光ビーム２２の円形偏光状態と同一である。

以下では、偏光−分離手段１１１０が、第１の分離光ビーム１１と第２の分離光ビーム１２とを如何に発生させ、偏光−調整手段１１２０が、調整偏光状態が円である調整光ビーム２０を如何に発生させるかを説明する（図１から図３を参照されたい）。

好ましくは、これら３つの例では、偏光−調整手段１１２０は、第１の光学偏光−調整器構成要素１１２１と第２の光学偏光−調整器構成要素１１２２を含む。

本明細書では、第１の光学偏光−調整器構成要素１１２１と第２の光学偏光−調整器構成要素１１２２は、並んで位置する平面構成要素である。

図１及び図２の２つの第１の例では、偏光−調整手段１１２０は、光軸Ａ１上に中心がある出口スリット１１０１の平面に位置する。

この出口スリット１１０１は、実在的なものであり、すなわち、偏光−修正手段１１００の蓋内の物理的開口を用いて達成されるか、又は仮想的なものであり、すなわち、偏光−分離手段１１１０を通る入口スリット１０１の像に対応するかのいずれかである。

第３の例では、偏光−調整手段１１２０は、偏光−分離手段１１１０の直後に位置する（以下の詳細を参照されたい）。

第１の光学偏光−調整器構成要素１１２１は、第１の分離光ビーム１１を受光して、各波長λ１、λ２、λ３に対して、それぞれ第１の調整偏光光ビーム２１を発生させるように配置され、第２の光学偏光−調整器構成要素１１２２は、第２の分離光ビーム１２を受光して、各波長λ１、λ２、λ３に対して、それぞれ第２の調整偏光光ビーム２２を発生させるように配置される。

図１に示す第１の例により、偏光−分離手段１１１０は、本明細書では発散上流光ビーム１を屈折させる収束レンズを含む第１の光学系１１１１を含む。

収束レンズ１１１１の出口で、上流光ビーム１は、光学偏光−分離器構成要素１１１３に向けて誘導される。

この第１の例では、光学偏光−分離器構成要素１１１３は、ウォラストンプリズムを含む。

ウォラストンプリズムは、実際に、角度分離されて互いに直交直線偏光状態を有する２つの光線にあらゆる偏光の入射光線を分離する特異性を有する２つのプリズムから形成された平行六面体であることは公知である。

従って、ウォラストンプリズム１１１３は、各波長λ１、λ２、λ３で、上流光ビーム１から直線偏光状態に従う第１の分離光ビーム１１と、第１の分離光ビーム１１の偏光状態に対して直交直線偏光状態に従う第２の分離光ビーム１２とを発生させる。

変形として、光学偏光−分離器構成要素は、例えば、ロションプリズム、セナルモンプリズムを含むことができる。

別の変形として、この第１の例では、光学偏光−分離器構成要素は、例えば、偏光−分離回折格子を含むことができる。

光学偏光−分離器構成要素１１１３がウォラストンプリズムを含む図１の第１の例の構成では、第１の光学偏光−調整器構成要素１１２１は、第１の４分の１波長遅延板を含み、第２の光学偏光−調整器構成要素１１２２は、第２の４分の１波長遅延板を含む。

遅延板１１２１、１１２２は、複屈折結晶で製造された単軸板である。

従って、従来、第１の遅延板１１２１は、第１の遅軸を有し、第２の遅延板１１２２は、第２の遅軸を有する。

４分の１波長遅延板が、その遅軸と４５°の角度を形成する直線偏光を円形偏光に変換し、この円形偏光の方向は、直線偏光を４分の１波長板の遅軸上にもたらすことによって得られることは光学では公知である。

第１の遅延板１１２１は、その第１の遅軸が第１の分離光ビーム１１の直線偏光軸と４５°の角度を形成するようにウォラストンプリズム１１１３と対して配置される。

第２の遅延板１１２２は、第２の遅軸が第１の遅軸に対して直交するように第１の遅延板１１２１に対して向けられる。

そのように向けられて、第２の遅延板１１２２は、その第２の遅軸も、第１の分離光ビーム１１の直線偏光軸に対して直交する第２の分離光ビーム１２の直線偏光軸と同じ４５°の角度を構成するようにウォラストンプリズム１１１３に対して配置される。

従って、以下のことが理解される。
−第１の４分の１波長遅延板１１２１を通る直線偏光状態を有する第１の分離光ビーム１１の透過によって発生される第１の調整偏光光ビーム２１は、この遅延板の出口で円形偏光状態を有し、
−第２の４分の１波長遅延板１１２２を通る直線偏光状態を有する第２の分離光ビーム１２の透過によって発生される第２の調整偏光光ビーム２２は、この遅延板の出口で円形偏光状態を有する。

更に、第１の分離光ビーム１１は、第２の分離光ビーム１２の偏光状態に対して直交直線偏光状態を有し、第１の遅軸は第２の遅軸に対して直交するので、第１の調整偏光光ビーム２１の円形偏光状態と第２の調整偏光光ビーム２２の円形偏光状態とは、互いと同一である。

従って、上述したように、第１の調整偏光光ビーム２１と第２の調整偏光光ビーム２２とで形成される調整光ビーム２０は円形偏光状態を有する。

図２に示す第２の例により、偏光−分離手段１１１０はまた、本明細書では発散上流光ビーム１を屈折させる収束レンズを含む第１の光学系１１１１を含む。

光軸Ａ１と融合された光軸を有するこの収束レンズ１１１１は、上流光ビーム１が平行化されるように、すなわち、上流光ビーム１の光線が、収束レンズ１１１１の出口で互いに対して全て平行であるように、光軸Ａ１に沿って入口スリット１０１に対して配置される。

次いで、収束レンズ１１１１の出口で、上流光ビーム１は、本明細書では光学偏光−分離器構成要素１１１３上に法線入射するようにこの光学偏光−分離器構成要素１１１３に向けて誘導される。

この第２の例では、光学偏光−分離器構成要素１１１３は、別の偏光−分離回折格子を含む。

変形として、この第２の例では、光学偏光−分離器構成要素は、例えば、ウォラストンプリズム、ロションプリズム、セナルモンプリズムを含むことができる。

一般的に、回折格子は、入射光ビームを異なる方向に伝播する１つ又はいくつかの回折ビームに回折し、すなわち、回折ビームは、互いから角度分離される。

ここで回折格子の法則に基づいて、０次及び±１次、±２次等の高次の回折次数に言及する。

偏光−分離回折格子は、一般的に、少なくとも１つの液晶回折波長板で形成された平面ホログラフィ構成要素である。

偏光−分離回折格子は、入射光ビームを円形偏光状態及び直交偏光状態にある２つの回折ビームである回折次数＋１にある少なくとも１つの回折ビームと回折次数−１にある回折ビームとに回折する特異性を有する。例えば、回折次数＋１で回折されたビームが左周り円形偏光状態にある場合に、回折次数−１で回折されたビームは、右周り円形偏光光状態にあり、その逆も同様である。

この特異性は、入射光ビームが非偏光状態又は偏光状態のいずれにあるかに全く関係なく存在する。実際に、入射光線の偏光状態は、回折次数＋１及び回折次数＋１における光エネルギの分布しか左右しない。

他の偏光−分離回折格子１１１３は、回折次数＋１における回折効率と回折次数−１における回折効率との和が可能な限り１００％に近く、一般的には９０％よりも高いか又はそれに等しく、又は好ましくは９５％よりも高いか又はそれに等しいような回折効率を有するように、少なくとも上流光ビーム１のスペクトルを網羅するスペクトル帯域にわたって作動するように設計される。

このようにして、他の偏光−分離回折格子１１１３による上流光ビーム１の回折は、このビームの偏光状態がどのようなものであるかに関わらず、非常に高い効率で引き起こされる。

回折次数＋１における回折効率と回折次数−１における回折効率との和は、１００％に等しくなり得ない。実際に、偏光−分離回折格子上に入射する光の一部分は、反射して戻されるか、吸収されるか、又は散乱されるかして回折されないだけではなく、偏光−分離回折格子上に入射する光の一部分は、回折次数０で回折される。

他の偏光−分離回折格子１１１３は、収束レンズ１１１１の下流に配置され、各波長λ１、λ２、λ３に対して、本明細書では他の偏光−分離回折格子１１１３の回折次数＋１である第１の回折次数で回折され、本明細書では左周り円形偏光である第１の円形偏光状態を有する第１の分離光ビーム１１と、本明細書では他の偏光−分離回折格子１１１３の回折次数−１である第２の回折次数で回折され、本明細書では右周り円形偏光であり、第１の偏光状態に対して直交する第２の円形偏光状態を有する第２の分離光ビーム１２とに上流光ビーム１を回折する。

この第２の例では、偏光−分離手段１１１０は、本明細書では光軸Ａ１に融合された光軸を有する第２の収束レンズで形成される第２の光学系１１１２を更に含む。

この第２の収束レンズ１１１２は、第１の分離光ビーム１１及び第２の分離光ビーム１２の光路に沿って他の偏光−分離回折格子１１１３と偏光−調整手段１１２０の間に挿入され、これらのビームを捕捉する。

同じく図２に示すように、第２の収束レンズ１１１２は、各波長λ１、λ２、λ３に対して、第１の分離光ビーム１１を第１の光学偏光−調整器構成要素１１２１上にフォーカスし、第２の分離光ビーム１２を第２の光学偏光−調整器構成要素１１２２上にフォーカスする。

光学偏光−分離器構成要素１１１３が別の偏光−分離回折格子を含む図２の第２の例の構成では、第１の光学偏光−調整器構成要素１１２１は、第１の２分の１波長遅延板を含み、第２の光学偏光−調整器構成要素１１２２は、平行面中立板を含む。

２分の１波長遅延板は、円形偏光を直交円形偏光に変換するか又は「逆転させ」、すなわち、左周り円形偏光は、右周り円形偏光に逆転され、その逆も同様であることは光学では公知である。

それ以外に、平行面中立板は、通過する光ビームの偏光状態を修正することがない透明板であることは理解されるであろう。

従って、以下のことが理解される。
−２分の１波長板１１２１を通る左周り円形偏光状態を有する第１の分離光ビーム１１の透過によって発生される第１の調整偏光光ビーム２１は、この２分の１波長板の出口で右周り円形偏光状態を有し、
−４分の１波長中立板１１２２を通る右周り円形偏光状態を有する第２の分離光ビーム１２の透過によって発生される第２の調整偏光光ビーム２２は、この中立板の出口で右周り円形偏光状態を有する。

従って、上述したように、第１の調整偏光光ビーム２１と第２の調整偏光光ビーム２２との重ね合わせで形成される調整光ビーム２０は、本明細書では右周り偏光である円形偏光状態を有する。

図３に示す第３の例により、偏光−分離手段１１１０は、第１の例と類似の第１の光学系１１１１に加えて、ビーム変位器プリズムを含む光学偏光−分離器構成要素１１１３を含む。

このビーム変位器プリズム１１１３は、本明細書では入口面１１１３Ａと、出口面１１１３Ｂと、上面１１１３Ｃと、上面１１１３Ｃと平行な下面１１１３Ｄとを有する直線的な平行六面体形状の方解石複屈折結晶で形成される。

入口面１１１３Ａと出口面１１１３Ｂは、互いに平行であり、これらの面は、結晶光軸が上面１１１３Ｃ及び下面１１１３Ｄと平行な平面内で入口面１１１３Ａと４５°の角度を構成するように切断される。

ビーム変位器プリズム１１１３は、収束レンズ１１１１によってビーム変位器プリズム１１１３の入口面１１１３Ａ上への法線入射に平行化された上流光ビーム１を上流光ビーム１に対して偏角された第１の分離光ビーム１１と上流光ビーム１に対して偏角されない第２の分離光ビーム１２とに分離する。

ビーム変位器プリズム１１１３の出口面１１１３Ｂ上での屈折により、第１の分離光ビーム１１と第２の分離光ビーム１２は、ビーム変位器プリズム１１１３から射出して、互いに平行に上流光ビーム１と同じ方向に伝播する２つの平行光ビームを形成する。

ビーム変位器プリズム１１１３内での伝播により、第１の分離光ビーム１１と第２の分離光ビーム１２は、ビーム変位器プリズム１１１３の出口で互いに対して変位して、重ね合わされない。

光軸Ａ１に沿ったビーム変位器プリズム１１１３のサイズは、第１の分離光ビーム１１と第２の分離光ビーム１２の間の変位が、これらのビームがビーム変位器プリズム１１１３の出口で互いに重ね合わされないほど十分であるように調節することができる。

従って、光軸Ａ１に沿ったビーム変位器プリズム１１１３の最小サイズが与えられることになる。

ビーム変位器プリズム１１１３の出口で、第１の分離光ビーム１１と第２の分離光ビーム１２は、互いに直交直線偏光状態を有する。

従って、偏光−調整手段１１２０は、図１に示す第１の例のものと同じであり、かつ調整偏光光ビーム２１、２２が同一の円形偏光状態を有するように向けられた２つの４分の１波長板１１２１、１１２２を含む。

次いで、これらの調整偏光光ビーム２１、２２は、フォーカスレンズ１１３０によって出口スリット１１０１上にフォーカスされ、調整光ビーム２０が形成される。

上記により、本発明による分光計１００；２００；３００；５００；６００が、各波長λ１、λ２、λ３に対して、事前にいずれかの偏光状態を有する上流光ビーム１から円形偏光状態を有する調整光ビーム２０を発生させることを可能にすることを説明した。

限定することなく、説明の以下の部分では、調整光ビーム２０は、右周り偏光である円形偏光状態を有すると考えられたい。

ここで、本発明による分光計１００；３００の角度分散手段１３０；２３０；３３０；４３０の説明から調整光ビーム２０の偏光状態のそのような準備の利点が含まれることになる。

実際に、更に本発明により、角度分散手段１３０；２３０；３３０；４３０は、少なくとも１つの偏光−分離回折格子１３０，２３１，２３２，２３３；３３０；４３２を含む。

この偏光−分離回折格子１３０，２３１，２３２，２３３；３３０；４３２は、図２の他の偏光−分離回折格子１１１３と同じタイプのものとすることができる。

好ましくは、偏光−分離回折格子１３０；２３１，２３２，２３３；３３０；４３２は、調整光ビーム２０が、円である予め決められた偏光状態を有するときに、回折次数＋１又は回折次数−１のいずれかとすることができる１つの同じ特定の回折次数において上流光ビーム１のスペクトルにわたって非常に高い回折次数、９０％よりも高い回折次数、より好ましくは、９５％よりも高い回折効率を有するように設計される。そのように設計された格子によって特定の回折次数で回折された光ビームは、次に、この格子が反射で作動する時に、調整光ビーム２０の偏光状態と同一である円形偏光状態を有し、この格子が透過で作動する時に、逆転された円形偏光状態を有する。

限定することなく、本明細書では、偏光−分離回折格子１３０；２３１，２３２，２３３；３３０；４３２は、特定の回折次数が回折次数＋１に対応し、回折次数＋１で回折された光ビームが、左周り円形偏光である予め決められた偏光状態に従う偏光状態にあるように設計されると考えられたい。

更に、本発明による分光計１００；３００では、角度分散手段１３０；２３０；３３０；４３０は、偏光−修正手段１１００との組合せで作動し、従って、これらの手段は、上記で考察した例では、調整光ビーム２０の調整偏光状態が、偏光−分離回折格子１３０；２３１，２３２，２３３；３３０；４３２が特定の回折次数＋１においてより効率的である予め決められた偏光状態に対応するように構成される。

従って、角度分散手段１３０；２３０；３３０；４３０の偏光−分離回折格子１３０；２３１，２３２，２３３；３３０；４３２は、各波長λ１、λ２、λ３に対して、左周り円形偏光状態を有する調整光ビーム２０をこれらの波長にある回折光ビームに回折次数＋１において非常に高い効率で回折させることは理解されるであろう。

より厳密には、偏光−分離回折格子１３０；２３１，２３２，２３３；３３０；４３２は、波長λ１において回折された光ビーム３１、波長λ２において回折された光ビーム３２、波長λ３において回折された光ビーム３３に調整光ビーム２０を回折させる。

上述したように、分光計１００；３００が上流光ビーム１のスペクトルを分析することができるように、これらの回折光ビーム３１，３２，３３は、次いで、フォーカス手段１４０；３４０及び検出手段１５０によって利用される。

偏光−修正手段を任意に図１の第１の例のもの又は図２の第２の例のものとすることができる上述の発明の異なる実施形態を以下でより詳細に説明する。

分光計の第１の実施形態
図３には、本発明の第１の実施形態による分光計１００を示している。

この分光計１００は、公知のいわゆる「ツェルニー−ターナー」タイプの分光計である。

変形として、分光計１００は、例えば、「エバート−ファスティー」タイプ、「モンク−ギリーソン」タイプ、又は「リトロー」タイプのものとすることができる。

この構成では、平行化手段１２０は、偏光−修正手段１１００の出口スリット１１０１の平面に位置する焦点面を有する第１の球面凹ミラーを含む。

そのように配置されて、第１の凹ミラー１２０は、調整光ビーム２０を反射で作動する分光計１００の偏光−分離回折格子１３０上で平行化する。

上述したように、調整光ビーム２０は、円である調整偏光状態を有し、偏光−分離回折格子１３０は、上流光ビーム１の各波長λ１、λ２、λ３に対して、本明細書では回折次数＋１である単一回折次数において調整光ビーム２０を反射で回折し、それによって平行光線の光ビームである３つの回折光ビーム３１，３２，３３を発生させる。

更にこの構成では、フォーカス手段１４０は、検出手段１５０の平面に位置する焦点を有する本明細書では第１の凹ミラー１２０と同じ第２の球面凹ミラーを含む。

そのように配置されて、第２の凹ミラー１４０は、回折光ビーム３１，３２，３３を検出手段１５０上の３つの焦点４１，４２，４３上にそれぞれフォーカスする。

この第１の実施形態において、検出手段１５０は、本明細書ではＣＣＤセンサの線形アレイで形成され、かつ焦点４１，４２，４３がＣＣＤセンサの線上に位置合わせするように配置された多チャネル検出器を含む。

焦点４１，４２，４３は、多チャネル検出器１５０が、異なる波長λ１、λ２、λ３で回折された光の強度に関する信号を送出するように、異なるＣＣＤセンサ上に中心が定められる。

これは、上流光ビーム１のスペクトルに属する全ての波長に適用され、この場合に、検出器手段１５０は、上流光ビーム１の光強度を波長の関数として測定し、そこからそのスペクトルを導出する。

更に、分光計のスペクトル分解能（ナノメートルで表される）は、ＣＣＤセンサのサイズ及びその間隔の関数であることは公知である。

変形として、多チャネル検出器は、例えば、ＣＣＤセンサ又はフォトダイオードの２次元マトリックスであるフォトダイオードアレイで形成することができる。

別の変形として、検出手段は、スリット及び単一チャネル検出器を含むことができる。スリットは、光学平行化系、偏光−分離回折格子、及び光学フォーカス系による入口スリットの像のものである形状及びサイズを有する。単一チャネル検出器は、単一検出器、例えば、シリコン、ゲルマニウム、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、又はＨｇＣｄＴｅのフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管である。

偏光−分離回折格子１３０の効率は非常に高く、検出手段の焦点４１，４２，４３において測定される回折光ビーム３１，３２，３３の光強度は非常に高く、上流光ビーム１のスペクトルの分析は非常に容易である。

更に、分光計１００は、周辺迷光に対して比較的低い感度のみを有する。

最終的に、広域スペクトル帯域を網羅するのに１つの偏光−分離回折格子１３０しか用いなくてよく、それによって分光計１００内に多格子ターレットを挿入することを回避することができる。

分光計の第１の実施形態の変形
図４には、本発明の第１の実施形態の変形による分光計１００を示している。

この変形では、分光計１００は、本明細書では３つの偏光−分離回折格子２３１，２３２，２３３を含む角度分散手段２３０を含む。

これら３つの偏光−分離回折格子２３１，２３２，２３３は、そのスペクトル帯域が部分的に重なるように設計される。例えば、第１の偏光−分離回折格子２３１は、３５０ｎｍから１０００ｎｍにわたるスペクトル帯域を網羅し、第２の偏光−分離回折格子２３２は、９００ｎｍから１８００ｎｍにわたるスペクトル帯域を網羅し、第３の偏光−分離回折格子２３３は、１７００ｎｍから２５００ｎｍにわたるスペクトル帯域を網羅する。

それによって一方で更に広いスペクトル帯域を網羅すること、かつ他方でそれぞれのスペクトル帯域にわたって更に最適化された効率を有する偏光−分離回折格子２３１，２３２，２３３を有することが可能になる。

３つの偏光−分離回折格子２３１，２３２，２３３は、実際には三角形形状の多格子ターレット２３０Ａの３つの側面上に配置される。この場合に、このターレットの回転により、使用すべき偏光−分離回折格子２３１，２３２，２３３を適切なスペクトル帯域の関数として分光計１００内で選択することができる。

分光計１００がツェルニー−ターナータイプのものである図４及び図５に示す本発明の第１の実施形態の変形及びその変形として、分光計は、例えば、加算構成又は減算構成でカスケードされた複数の分散段を含むことができる。

この変形により、分散段の各々は、角度分散手段の偏光−分離回折格子と同じ追加の偏光−分離回折格子を含むことができる。

いくつかの段を加算構成でカスケードすることにより、偏光−分離回折格子の使用によって分光計内での全体の透過率を悪化させずに異なる段のスペクトル分散を加算することができる。

いくつかの段を減算構成でカスケードすることにより、分光計を通して優れた透過率を保ちながら、極めて鋭い波長可変フィルタを得ることができる。

分光計の第２の実施形態
図６には、本発明の第２の実施形態による分光計２００を示している。

この分光計２００は、角度分散手段とフォーカス手段とを合わせた混成光学構成要素２６０を含む。

この混成光学構成要素２６０は、本明細書では、調整光ビーム２０が、混成光学構成要素２６０によって検出手段１５０上に同時に回折及びフォーカスされるように、反射で作動し、平面ではなく、例えば、球面又は凹である形状を有する偏光−分離回折格子で形成される。

この第２の実施形態の構成は、上述の分光計２００内に使用される少ない構成要素数に起因して、全体サイズ及び調節に関して特に有利である。

分光計の第３の実施形態
図７には、本発明の第３の実施形態による分光計３００を示している。

分光計３００の平行化手段３２０は、偏光−修正手段１１００の出口スリット３１０１の平面に位置する焦点面を有する第１の収束レンズを備えており、この第１のレンズ３２０は、調整光ビーム２０をこの実施形態では透過で作動する分光計３００の偏光−分離回折格子３３０上で平行化する。

フォーカス手段３４０は、図３に示す分光計１００の検出手段１５０と同じ検出手段３５０の平面と実質的に融合される焦点面を有する第２の収束レンズを含む。

このように配置されて、第２のレンズ３４０は、回折光ビーム３１，３２，３３を検出手段３５０上の３つの焦点４１，４２，４３にフォーカスする。

変形として、有利なことに、平行化手段及びフォーカス手段は、例えば、大きい発散を有する上流光ビームに対して、広域スペクトル帯域にわたって幾何学収差及び色収差を補正することを可能にするいくつかのレンズを有する複雑な光学系を含むことができる。

図５では、分光計３００の全ての要素は、例えば、光軸Ａ１のものと同じ方向に沿って位置合わせしないことが認識される。それにも関わらず、ある一定の構成では、例えば、全体サイズの理由から又は結像カメラを分光計に変形することが問題である場合に、「直線的」分光計を有することが有利である場合がある。

分光計の第３の実施形態の変形
次いで、図８に、本発明の第２の実施形態の変形による分光計３００を示している。

角度分散手段４３０は、プリズム４３１と、図５に示す分光計３００の偏光−分離回折格子３３０と同じ偏光−分離回折格子４３２とを含む。

プリズム４３１は、調整光ビーム２０の光線が、プリズム４３１の入口面４３１Ａ上に法線入射するように光軸Ａ１に対して垂直であり、かつ第１のレンズ３２０の方向に向けられた入口面４３１Ａと、入口面４３１Ａに対して垂直な底面４３１Ｂと、入口面４３１Ａに対面し、それに対して傾斜され、それとプリズム角Ａを構成する出口面４３１Ｃとを有する直線プリズムである。

有利なことに、プリズム４３１の異なる面４３１Ａ，４３１Ｂ，４３１Ｃは、反射防止処理される。

図６に示すように、偏光−分離回折格子４３２は、光学糊を用いて、プリズム４３１の傾斜出口面４３１Ｃ上にそれと並んで置くように配置される。

変形として、偏光−分離回折格子は、例えば、光学糊を用いて、プリズムの入口面上にそれと並んで置くように配置することができる。

別の変形として、偏光−分離回折格子は、出口面又は入口面上に直接に製造することができる。

プリズム角Ａは、本明細書では上流光ビーム１のスペクトルの実質的に中心に位置する波長λ２に関する回折光ビーム３２が、光軸Ａ１に従って平行化されるように決定される。

このようにして、第２のレンズ３４０をその光軸が光軸Ａ１と平行であるように配置することにより、第３の焦点４１，４２，４３は、光軸Ａ１に対して垂直な平面に位置する。この場合に、検出手段１５０は、光軸Ａ１に従って位置合わせされ、かつ中心が定められる。

従って、プリズム４３１は、分光計３００の異なる要素が、同じ方向に沿って、本明細書では光軸Ａ１に沿って位置合わせするように、偏光−分離回折格子４３２によって導入されるものを補償することが意図された偏角を導入する。

これは、従って、「直線的」分光計を有することを可能にする。

分光計の他の代替実施形態において、平行化手段及び／又はフォーカス手段は、偏光−修正手段の出口スリットの像を形成するように設計されて配置される。

図１から図３の場合に、偏光−修正手段１１００は、第１の調整偏光光ビーム２１及び第２の調整偏光光ビーム２２が、それぞれ、平行化手段１２０；３２０及び／又はフォーカス手段１４０；２６０；３４０によって検出手段１５０の２つの別個の点に結像され、次いで、検出手段１５０が、これらの像のそれぞれの強度を別個に測定することができるようなものである。

第１の調整偏光光ビーム２１及び第２の調整偏光光ビーム２２の各々は、上流光ビーム１の偏光状態の関数である偏光状態を有し、この場合に、偏光−修正手段の構成を把握した上で、この偏光状態から上流光ビーム１の偏光状態を導出することができる。

こうして分光偏光計が得られる。

単色光分光器の第１の実施形態
図９には、本明細書では減算構成でカスケードされる２つの連続分散段５００Ａ、５００Ｂを含む第１の単色光分光器５００を示している。

単色光分光器５００は、入口スリット１０１と、上述の３つの分光計の実施形態の分光計１００，２００，３００のものと同じ偏光−修正手段１１００とを含む。

単色光分光器５００は、偏光−修正手段１１００から到着する調整光ビーム２０を平行化することを可能にする本明細書では第１の凹ミラーで形成された平行化手段５２０を更に含む。

同様に、単色光分光器５００は、第２の分散段５００Ｂから到着する光ビームを像平面５０５上にフォーカスすることを可能にする第１の凹ミラー５２０と同じ第２の凹ミラーで形成されたフォーカス手段５４０を含む。

第１の分散段５００Ａ及び第２の分散段５００Ｂは、光ビームに沿って第１の凹ミラー５２０と第２の凹ミラー５４０の間に位置する。

図９に示すように、第１の分散段５００Ａは、反射で作動する第１の偏光−分離回折格子５３１Ａと、第１の凹ミラーと同じ第３の凹ミラー５０２Ａと、第１の平面ミラー５０３Ａとを含む。

第１の偏光−分離回折格子５３１Ａは、単色光分光器５００内で、第１の凹ミラー５２０によって平行化された光ビームを捕捉するように配置される。

次いで、第１の偏光−分離回折格子５３１Ａは、この平行光ビームを波長の関数として回折光ビーム３１，３２に回折させる。

明瞭化の目的で、図９には、それぞれ波長λ１及びλ２において回折された２つの回折光ビーム３１，３２しか示していない。

全体サイズの理由から、回折光ビーム３１，３２は、次いで、第３の凹ミラー５０２Ａ及び第１の平面ミラー５０３Ａ上での反射によって折り返される。

第１の分散段５００Ａの出口及び第２の分散段５００Ｂの上流の回折光ビーム３１，３２の光路上にフィルタリングスリット５０１が配置される。

このフィルタリングスリット５０１は、機能に関して、回折光ビーム３１，３２を空間的にフィルタリングし、単色光分光器内を伝播する迷光を低減しなければならない。

より一般的には、フィルタリングスリット５０１は、複数の開口を有して開口サイズ及びそのそれぞれの間隔の関数としていくつかの明確に定められたスペクトル帯域を同時に選択することを可能にするマスクを含むことができる。

変形として、フィルタリングスリットは、複数の開口を有して最終的に複雑なスペクトルフィルタの機能を実施することを可能にする別のタイプのマスクを含むことができる。

第１の分散段５００Ａと同様に、第２の分散段５００Ｂは、第２の平面ミラー５０３Ｂと、第３の凹ミラーと同じ第４の凹ミラー５０２Ｂと、第１のものと同じであり、同じく透過で作動する第２の偏光−分離回折格子５３１Ｂとを含む。

第２の平面ミラー５０３Ｂは、フィルタリングスリット５０１によってフィルタリングされた回折光ビーム３１，３２を第４の凹ミラー５０２Ｂに向けて反射し、第４の凹ミラー５０２Ｂは、回折光ビーム３１，３２を折り返して、これらのビームを第２の偏光−分離回折格子５３１Ｂに向けて誘導する。

次いで、第２の偏光−分離回折格子５３１Ｂが、再度回折光ビーム３１，３２を回折させる。

上述したように、単色光分光器のこの第１の実施形態によれば、２つの分散段５００Ａ，５００Ｂは、本明細書では減算構成にある。

これは、単色光分光器５００は、第２の分散段５００Ｂが第１の分散段５００Ａの分散を補償するように構成されることを意味する。

特に、本明細書では、第２の偏光−分離回折格子５３１Ｂは、この第２偏光−分離回折格子５３１Ｂ上に入射する回折光ビーム３１，３２が、第２の偏光−分離回折格子５３１Ｂ上での反射で回折の後に互いに重ね合わされ、平行ビームである射出光ビーム２０Ａを形成するような向きに配置される。

この目的で、第２の偏光−分離回折格子５３１Ｂの向きは、本明細書では偏光−修正手段１１００の光軸Ａ１の周りの第１の偏光−分離回折格子５３１Ａの１８０°の回転によって得られる。

従って、第２の分散段５００Ａから到着する光ビームは、次いでフォーカス手段５４０によって像平面５０５上にフォーカスすることができる。

単色光分光器の第１の実施形態の変形
図１０には、本明細書では加算構成でカスケードされた２つの連続分散段５００Ａ，５００Ｂを含む第１の単色光分光器５００の変形を示している。

この変形は、図９の単色光分光器５００と同じ要素を含む。

その一方、第１の単色光分光器５００の変形の構成は、第１の偏光−分離回折格子５３１Ａの向きが、第２の偏光−分離回折格子５３１Ｂのものと同一であるようなものである。

そのような条件では、第２の偏光−分離回折格子５３１Ｂは、第１の偏光−分離回折格子５３１Ａによる回折をもはや補償せず、一方、回折光ビーム３１，３２が第２の分散段５００Ｂの出口で分離されるようにこれらのビームの分散を２倍にする。

次いで、第２の凹ミラー５４０が、回折光ビーム３１，３２を像平面５０５の２つの別個の焦点にフォーカスする。

単色光分光器の第２の実施形態
図１１には、減算構成でカスケードされた第１の分散段６００Ａ及び第２の分散段６００Ｂと、簡単な第３の分散段６００Ｃとの３つの連続分散段を含む単色光分光器６００の第２の実施形態を示している。

この第２の実施形態において、異なる分散段の上流又は下流に位置する異なる要素は、図９に示す単色光分光器５００の第１の実施形態の要素と同一である。

同様に、第１の分散段６００Ａは、単色光分光器の第１の実施形態の第１の分散段５００Ａと同一である。

第２の分散段６００Ｂは、単色光分光器５００の第１の実施形態の第２の分散段５００Ｂの全ての要素だけではなく、第５の凹ミラー６０２Ｃ及び第４の平面ミラー６０３Ｃも含む。

第１の分散段６００Ａ及び第２の分散段６００Ｂは、減算構成でカスケードされており、第２の偏光−分離回折格子５３１Ｂ上での回折によって得られるビームは、平行射出光ビーム２０Ａである。

第１の分散段６００Ａの場合のように、この平行射出光ビーム２０Ａは、第５の凹ミラーによって折り返され、次いで、第３の平面ミラー６０３Ｃによって反射される。

次いで、ビームは、光路に沿って第２の分散段６００Ｂと第３の分散段６００Ｃの間に位置する第２のフィルタリングスリット６０１を通過する。

第３の分散段６００Ｃは、本明細書では第５の平面ミラー６０３Ｄと、第６の凹ミラー６０２Ｄと、非常に高い分散パワーを有することができる線回折格子６３１Ｃとを含む従来の分散段である。

変形として、第３の分散段は、例えば、偏光−分離回折格子を含むことができると考えられ、これは、こうして第１の回折格子と同一であると考えられる。

図１１に示すような単色光分光器の着眼点は、フィルタリングスリット５０１の平面内のものと同じ分散を有する（段の焦点が同じ場合に）小さいスペクトル帯域を像平面５０５内で分散させるが、フィルタリングスリット５０１の平面及び第２のフィルタリングスリット６０１内での二重フィルタリングに起因して遥かに低い迷光率しか伴わない単色光分光器を提案することである。

単色光分光器の第２の実施形態の変形
図１２には、本明細書では加算構成でカスケードされた２つの連続分散段６００Ａ，６００Ｂと、図１１に示す単色光分光器６００のものと同じ第３の分散段６００Ｃとを含む第２の単色光分光器６００の変形を示している。

図１２に示す変形による単色光分光器の着眼点は、３つの段の分散を加算し、かつ単一段を用いて得られると考えられるものよりも遥かに低い非常に低い迷光率しか伴わずに３倍も大きい分散を有する大きい分散に達することを可能にする単色光分光器を提案することである。

１ 上流光ビーム
２０ 調整光ビーム
３１、３２、３３ 回折光ビーム
１００ 分光計
１０１ 入口スリット
１３０ 角度分散手段

Claims (12)

1. −上流光ビーム（１）を通すようになった入口スリット（１０１）と、
   −調整光ビーム（２０）を複数の波長（λ１，λ２，λ３）の関数として複数の回折光ビーム（３１，３２，３３）に角度的に分散させるようになった角度分散手段（１３０；２３０；２６０；３３０；４３０；５００Ａ，５００Ｂ；６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃ）と、
   を含む上流光ビーム（１）のスペクトルを分析するための分光計（１００；２００；３００；５００；６００）であって、
   前記角度分散手段（１３０，２３０；２６０；３３０；４３０；５００Ａ，５００Ｂ；６００Ａ，６００Ｂ）は、前記調整光ビーム（２０）が、円である予め決められた調整偏光状態を有するときに、前記複数の波長（λ１，λ２，λ３）に対して、回折次数＋１又は回折次数−１のいずれかである偏光−分離回折格子（１３０；２３１，２３２，２３３；３３０；４３２；５３１Ａ，５３１Ｂ）の同じ特定の回折次数で該調整光ビーム（２０）を前記複数の回折光ビーム（３１，３２，３３）に回折させるようになった少なくとも１つの偏光−分離回折格子（１３０；２３１，２３２，２３３；３３０；４３２；５３１Ａ，５３１Ｂ）を含み、
   分光計（１００；２００；３００；５００；６００）が、偏光−修正手段（１１００）を含み、該手段は、前記入口スリット（１０１）と前記角度分散手段（１３０，２３０；２６０；３３０；４３０；５００Ａ，５００Ｂ；６００Ａ，６００Ｂ）の間に配置され、かつ前記複数の波長（λ１，λ２，λ３）に対して前記上流光ビーム（１）の偏光状態を修正し、前記予め決められた調整偏光状態に従う前記調整光ビーム（２０）を発生させるようになっており、該偏光−修正手段（１１００）は、
   −前記複数の波長（λ１，λ２，λ３）に対して、互いに直交する偏光状態を有する第１の分離光ビーム（１１）と第２の分離光ビーム（１２）とを前記上流光ビーム（１）から発生させるようになった偏光−分離手段（１１１０）と、
   −前記複数の波長（λ１，λ２，λ３）に対して、前記第１の分離光ビーム（１１）から第１の調整偏光光ビーム（２１）及び前記第２の分離光ビーム（１２）から第２の調整偏光光ビーム（２２）を発生させるようになった偏光−調整手段（１１２０）であって、該第１の調整偏光光ビーム（２１）と該第２の調整偏光光ビーム（２２）が、円である同じ偏光状態を有し、該第１の調整偏光光ビーム（２１）と該第２の調整偏光光ビーム（２２）が、該同じ円形偏光状態を有する前記調整光ビーム（２０）を形成する前記偏光−調整手段（１１２０）と
   を含む、
   ことを特徴とする分光計（１００；２００；３００；５００；６００）。
2. 前記複数の波長（λ１，λ２，λ３）の各波長に対して前記複数の回折光ビーム（３１，３２，３３）の光強度を測定し、かつ前記上流光ビーム（１）の前記スペクトルを表す信号を送出するようになった検出手段（１５０）を含むことを特徴とする請求項１に記載の分光計（１００；２００；３００）。
3. 前記複数の波長（λ１，λ２，λ３）に従って角度的に回折された前記複数の回折光ビーム（３１，３２，３３）のフォーカス手段（１４０；２６０；３４０；５４０）であって、該複数の波長（λ１，λ２，λ３）の各波長に対して該複数の回折光ビーム（３１，３２，３３）を像平面（５０５，６０５）上又は前記検出手段（１５０）上にフォーカスするようになった前記フォーカス手段（１４０；２６０；３４０；５４０）を含むことを特徴とする請求項２に記載の分光計（１００；２００；３００；５００；６００）。
4. 前記偏光−調整手段（１１２０）は、
   −前記複数の波長（λ１，λ２，λ３）に対して該複数の波長で前記第１の分離光ビーム（１１）から前記第１の調整偏光光ビーム（２１）を発生させるようになった第１の光学偏光−調整器構成要素（１１２１）と、
   −前記複数の波長（λ１，λ２，λ３）に対して該複数の波長で前記第２の分離光ビーム（１２）から前記第２の調整偏光光ビーム（２２）を発生させるようになった第２の光学偏光−調整器構成要素（１１２２）と
   を含む、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の分光計（１００；２００；３００；５００；６００）。
5. 前記偏光−分離手段（１１１０）は、
   −入口で前記上流光ビーム（１）を捕捉し、それを出口で前記複数の波長（λ１，λ２，λ３）に対して該上流光ビーム（１）から前記第１の分離光ビーム（１１）と前記第２の分離光ビーム（１２）を発生させるようになった少なくとも１つの光学偏光−分離器構成要素（１１１３）に向けて誘導するようになった第１の光学系（１１１１）
   を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の分光計（１００；２００；３００；５００；６００）。
6. −前記第１の光学系（１１１１）は、前記上流光ビーム（１）の光線が該第１の光学系（１１１１）の前記出口で全て互いに平行であるように配置され、
   −前記偏光−分離手段（１１１０）はまた、前記複数の波長（λ１，λ２，λ３）に対して、一方で前記第１の分離光ビーム（１１）を前記入口で捕捉してそれを前記第１の光学偏光−調整器構成要素（１１２１）上にフォーカスし、他方で前記第２の分離光ビーム（１２）を捕捉してそれを前記第２の光学偏光−調整器構成要素（１１２２）上にフォーカスするようになった第２の光学系（１１１２）を含む
   ことを特徴とする請求項５に記載の分光計（１００；２００；３００；５００；６００）。
7. −前記光学偏光−分離器構成要素（１１１３）は、前記第１の分離光ビーム（１１）と前記第２の分離光ビーム（１２）が互いに直交する直線偏光状態を有するように構成されたウォラストンプリズム、ロションプリズム、セナルモンプリズム、又はビーム変位器プリズムを含み、
   −前記第１の光学偏光−調整器構成要素（１１２１）は、第１の遅軸を有する第１の４分の１波長遅延板を含み、前記第２の光学偏光−調整器構成要素（１１２２）は、該第１の遅軸に対して垂直な第２の遅軸を有する第２の４分の１波長遅延板を含む
   ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の分光計（１００；２００；３００；５００；６００）。
8. −前記光学偏光−分離器構成要素（１１１３）は、別の偏光−分離回折格子を含み、該偏光−分離回折格子は、前記複数の波長（λ１，λ２，λ３）に対して、
   −前記他方の偏光−分離回折格子（１１１３）の回折次数＋１又は回折次数−１のいずれかである第１の回折次数で回折され、かつ第１の円形偏光状態を有する前記第１の分離光ビーム（１１）に、かつ
   −前記他方の偏光−分離回折格子（１１１３）の回折次数＋１又は回折次数−１のいずれかである前記第１の回折次数とは異なる第２の回折次数で回折され、かつ前記第１の偏光状態に対して直交する第２の円形偏光状態を有する前記第２の分離光ビーム（１２）に、
   前記上流光ビーム（１）を回折させるようになっており、
   −前記第１の光学偏光−調整器構成要素（１１２１）は、前記第１の分離光ビーム（１１）の偏光状態を逆転させるように配置された２分の１波長遅延板を含み、前記第２の光学偏光−調整器構成要素（１１２２）は、前記第２の分離光ビーム（１２）の偏光状態を保つようになった平行面中立板を含む
   ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の分光計（１００；２００；３００；５００；６００）。
9. 加算又は減算構成でカスケードされた複数の分散段（５００Ａ，５００Ｂ；６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃ）を含むことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の分光計（５００；６００）。
10. 前記角度分散手段（４３０）は、前記調整光ビーム（２０）を捕捉する入口面（４３１Ａ）と前記偏光−分離回折格子（４３２）が配置された出口面（４３１Ｃ）とを有するプリズム（４３１）を含むことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の分光計（３００）。
11. 前記検出手段（１５０）は、多チャネル検出器を含むことを特徴とする請求項２から請求項１０のいずれか１項に記載の分光計（１００；２００；３００）。
12. 前記検出手段は、スリット及び単一チャネル検出器を含むことを特徴とする請求項２から請求項１０のいずれか１項に記載の分光計。

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