JP6555171B2 - Spectrometer and retainer used therefor - Google Patents
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Description
本発明は、凹状のトロイダル形状からなる回折格子面を有する回折格子が備えられた分光器及びこれに用いられるリテーナに関するものである。 The present invention relates to a spectroscope provided with a diffraction grating having a diffraction grating surface having a concave toroidal shape, and a retainer used therefor.
回折格子の一例として、例えば凹状の回折格子面を有し、当該回折格子面で光を反射させることにより各波長の光に分光することができる反射型の回折格子が知られている。回折格子面には、一定方向に沿って平行に延びる複数の溝が形成されている。この種の回折格子には、回折格子面が球面形状からなるものや、トロイダル形状からなるものがある(例えば、下記特許文献1参照)。
As an example of a diffraction grating, there is known a reflection type diffraction grating that has a concave diffraction grating surface and can be split into light of each wavelength by reflecting light on the diffraction grating surface. A plurality of grooves extending in parallel along a certain direction are formed on the diffraction grating surface. As this type of diffraction grating, there are a diffraction grating surface having a spherical shape and a toroidal shape (for example, see
図4Aは、球面形状の回折格子面101を有する回折格子100について説明するための概略斜視図である。球面形状の回折格子面101では、回折格子面101内のいずれの方向に沿った軸についても曲率半径が一定となる。例えば、回折格子面101において互いに直交する二軸A11,A12について、それぞれの軸A11,A12における曲率半径は同一の値となる。
FIG. 4A is a schematic perspective view for explaining a diffraction grating 100 having a spherical diffraction grating
図4Bは、トロイダル形状の回折格子面201を有する回折格子200について説明するための概略斜視図である。トロイダル形状の回折格子面201では、図4Aに示すような球面形状の回折格子面101とは異なり、回折格子面201内の軸の方向に応じて曲率半径が異なる。例えば、回折格子面201において互いに直交する二軸A21,A22について、それぞれの軸A21,A22における曲率半径は異なる値となる。
FIG. 4B is a schematic perspective view for explaining a diffraction grating 200 having a toroidal
回折格子100,200は、例えば円筒状のリテーナ103,203を介して、所定の取付位置に固定される。リテーナ103,203は、その端面131,231が回折格子面101,201に接着されて固定される。回折格子面101,201への入射光は、リテーナ103,203内を通って回折格子面101,201に入射し、回折格子面101,201で反射することにより分光された光は、リテーナ103,203内を通って検出器へと導かれる。
The
図4Aのように、回折格子面101が球面形状である場合には、リテーナ103における円形状の端面131全体が回折格子面101に当接する。回折格子100は、その軸線L100を中心にして、リテーナ103に対して如何なる回転角度であっても、リテーナ103の端面131全体が回折格子面101に当接することとなる。したがって、軸線L100を中心にして回折格子100を回転させ、回折格子面101の溝方向を調整した上で、リテーナ103の端面131を回折格子面101に押し当てて固定することができる。
As shown in FIG. 4A, when the
一方、図4Bのように、回折格子面201がトロイダル形状である場合には、リテーナ203における円形状の端面231全体を回折格子面201に当接させることができない。具体的には、リテーナ203の端面231の2点のみが回折格子面201に当接することになるため、当該端面231を回折格子面201に安定して固定することが難しい。そのため、回折格子200がリテーナ203に対して傾いた状態で固定され、所望の波長に分光できなくなる場合がある。
On the other hand, when the
そこで、本願発明者は、図4Bのように回折格子面201がトロイダル形状である場合に、リテーナ203の端面231を回折格子面201に対応する形状からなる凸状の当接面とすることを考えた。すなわち、リテーナ203の端面231を平坦な円形状に形成するのではなく、トロイダル形状の回折格子面201に対応するような起伏を設けることにより、端面231を回折格子面201に安定して固定することができる。
Therefore, the inventor of the present application uses the
しかしながら、このような構成では、図4Aのような回折格子面101が球面形状の場合とは異なり、回折格子200の軸線L200を中心にして、リテーナ203に対して回折格子200を回転させることができない。そのため、軸線L200を中心にして回折格子200を回転させ、回折格子面201の溝方向を調整した上で、リテーナ203の端面231を回折格子面201に押し当てて固定するといったことができない。
However, in such a configuration, unlike the case where the diffraction grating
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、回折格子を安定して固定することができるとともに、回折格子面の溝方向を調整することが可能な分光器及びこれに用いられるリテーナを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a spectroscope capable of stably fixing a diffraction grating and adjusting the groove direction of the diffraction grating surface and a retainer used therefor are provided. The purpose is to provide.
本発明に係る分光器は、回折格子と、円筒状のリテーナと、筐体とを備える。前記回折格子は、凹状のトロイダル形状からなる回折格子面を有する。前記リテーナは、前記回折格子面に対応する形状からなる凸状の当接面を端面に有し、前記当接面が前記回折格子面に当接するように固定される。前記筐体には、前記リテーナが挿入される開口が形成されている。 The spectroscope according to the present invention includes a diffraction grating, a cylindrical retainer, and a housing. The diffraction grating has a diffraction grating surface having a concave toroidal shape. The retainer has a convex contact surface having a shape corresponding to the diffraction grating surface at an end surface, and is fixed so that the contact surface contacts the diffraction grating surface. An opening into which the retainer is inserted is formed in the housing.
このような構成によれば、回折格子が凹状のトロイダル形状からなる回折格子面を有し、リテーナが回折格子面に対応する形状からなる凸状の当接面を端面に有するため、この当接面を回折格子面に当接するように固定することにより、回折格子を安定して固定することができる。また、円筒状のリテーナが筐体に形成された開口内に挿入されるため、リテーナを開口内で回転させることにより回折格子面の溝方向を調整することが可能である。 According to such a configuration, the diffraction grating has a diffraction grating surface having a concave toroidal shape, and the retainer has a convex contact surface having a shape corresponding to the diffraction grating surface at the end surface. By fixing the surface so as to contact the diffraction grating surface, the diffraction grating can be stably fixed. Further, since the cylindrical retainer is inserted into the opening formed in the housing, the groove direction of the diffraction grating surface can be adjusted by rotating the retainer within the opening.
前記当接面は、前記リテーナの軸線を中心に90°間隔で4つ形成されていてもよい。 Four contact surfaces may be formed at 90 ° intervals around the axis of the retainer.
このような構成によれば、リテーナの軸線を中心に90°間隔で4つ形成された当接面が回折格子面に当接するように固定されるため、回折格子がリテーナに対して何れの方向にも傾きにくく、回折格子をより安定して固定することができる。 According to such a configuration, the four abutting surfaces formed at 90 ° intervals around the axis of the retainer are fixed so as to abut on the diffraction grating surface. The diffraction grating can be fixed more stably.
前記回折格子面は、第1軸における曲率半径と、前記第1軸に直交する第2軸における曲率半径とが異なるトロイダル形状からなるものであってもよい。この場合、前記4つの当接面のうちの2つは、前記第1軸上に前記軸線を挟んで形成され、残りの2つは、前記第2軸上に前記軸線を挟んで形成されていてもよい。 The diffraction grating surface may have a toroidal shape in which a radius of curvature on a first axis and a radius of curvature on a second axis perpendicular to the first axis are different. In this case, two of the four contact surfaces are formed on the first axis with the axis line interposed therebetween, and the remaining two are formed on the second axis with the axis line interposed therebetween. May be.
このような構成によれば、回折格子面のトロイダル形状における第1軸上に軸線を挟んで2つ、第2軸上に軸線を挟んで2つの当接面が形成されている。トロイダル形状からなる回折格子面は、第1軸上及び第2軸上における精度が、他の領域と比べて高いため、この精度の高い領域で各当接面を回折格子面に当接させることにより、回折格子をより安定して固定することができる。 According to such a configuration, two contact surfaces are formed on the first axis in the toroidal shape of the diffraction grating surface with the axis line sandwiched therebetween and two on the second axis with the axis line sandwiched therebetween. Since the diffraction grating surface made of a toroidal shape has higher accuracy on the first axis and the second axis than other regions, each abutment surface is brought into contact with the diffraction grating surface in this high accuracy region. Thus, the diffraction grating can be fixed more stably.
本発明に係るリテーナは、凹状のトロイダル形状からなる回折格子面を有する回折格子に固定されるリテーナであって、前記回折格子面に対応する形状からなる凸状の当接面を端面に有する円筒状に形成され、前記当接面が前記回折格子面に当接するように固定されるとともに、当該リテーナを回転可能に保持するための摺接面が外周面に形成されている。 A retainer according to the present invention is a retainer fixed to a diffraction grating having a diffraction grating surface having a concave toroidal shape, and having a convex contact surface having a shape corresponding to the diffraction grating surface at an end surface. The contact surface is fixed so as to contact the diffraction grating surface, and a sliding contact surface for rotatably holding the retainer is formed on the outer peripheral surface.
このような構成によれば、凹状のトロイダル形状からなる回折格子面に対して、回折格子面に対応する形状からなる凸状の当接面を端面に有するリテーナが、その当接面を回折格子面に当接させた状態で固定されるため、回折格子を安定して固定することができる。また、リテーナの外周面に形成されている摺接面により、リテーナを回転可能に保持することができるため、リテーナを回転させるだけで回折格子面の溝方向を容易に調整することができる。 According to such a configuration, the retainer having a convex contact surface having a shape corresponding to the diffraction grating surface on the end surface with respect to the diffraction grating surface having a concave toroidal shape, and the contact surface is a diffraction grating. Since it is fixed in a state where it is in contact with the surface, the diffraction grating can be stably fixed. Further, since the retainer can be rotatably held by the sliding contact surface formed on the outer peripheral surface of the retainer, the groove direction of the diffraction grating surface can be easily adjusted only by rotating the retainer.
本発明によれば、凹状のトロイダル形状からなる回折格子面に対して、回折格子面に対応する形状からなる凸状の当接面を当接するようにリテーナを固定することにより、回折格子を安定して固定することができる。また、本発明によれば、リテーナを回転させることにより回折格子面の溝方向を調整することが可能である。 According to the present invention, the diffraction grating is stabilized by fixing the retainer so that the convex contact surface having a shape corresponding to the diffraction grating surface is in contact with the diffraction grating surface having a concave toroidal shape. And can be fixed. Further, according to the present invention, it is possible to adjust the groove direction of the diffraction grating surface by rotating the retainer.
図1は、本発明の一実施形態に係る分光器1の構成例を示す概略断面図である。この分光器1は、例えば筐体2、入射スリット3、リテーナ4、回折格子5及び検出器6の他、図示しない各種ミラーなどを備えたポリクロメータである。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a
筐体2は、遮光性を有する中空状の部材であり、入射スリット3を通過した光のみが内部に入射する。筐体2には、リテーナ4を介して回折格子5が外側から取り付けられている。また、筐体2の内部には、検出器6が収容されている。
The
リテーナ4は、円筒状の部材であり、筐体2に形成されている開口21に挿入された状態で取り付けられる。開口21の内周面は、リテーナ4の外径とほぼ同一の内径を有している。リテーナ4の一方の端部における外周面は、摺接面41を構成しており、この摺接面41が開口21の内周面に摺接するようにリテーナ4を回転させることにより、リテーナ4を回転可能に保持することができる。
The
リテーナ4の他方の端部における外周面には、径方向外側に突出する円環状の突出部42が形成されている。リテーナ4が開口21に挿入された状態では、突出部42が開口21の周縁部に当接する。これにより、突出部42は、リテーナ4が筐体2内に入り込まないようにするためのストッパとして機能するようになっている。
On the outer peripheral surface at the other end of the
回折格子5は、凹状の回折格子面51を有している。回折格子面51には、一定方向に沿って平行に延びる複数の溝(図示せず)が形成されている。回折格子5は、その回折格子面51がリテーナ4に対向するようにして、リテーナ4に取り付けられる。リテーナ4及び回折格子5の各中心軸線は、同一の軸線L上に位置している。
The
リテーナ4の突出部42側の端面は、回折格子面51に当接する当接面43を構成している。回折格子5は、回折格子面51の周縁部が当接面43に当接するようにしてリテーナ4に固定されることにより、回折格子面51の中央部がリテーナ4内を介して筐体2の内部に対向している。
An end surface on the protruding
本実施形態では、回折格子5の回折格子面51がトロイダル形状となっている。すなわち、回折格子面201における互いに直交する二軸について、それぞれの軸における曲率半径が異なる値となっている。例えば、回折格子面201において軸線Lを通る上下方向D1の軸(第1軸)と、回折格子面201において軸線Lを通る幅方向D2の軸(第2軸)とが、互いに直交しており、各軸における曲率半径が異なる値となっている。
In the present embodiment, the diffraction grating surface 51 of the
入射スリット3を通過して筐体2内に入射した光は、例えばコリメートミラー(図示せず)により平行光とされた後、リテーナ4内を通って回折格子5の回折格子面51で反射する。これにより、入射光が波長ごとの光に分光され、各波長の光がフォーカスミラー(図示せず)により検出器6に集光される。
The light that has entered the
検出器6は、例えばフォトダイオードアレイにより構成されており、回折格子5から入射する各波長の受光強度に応じた信号を出力する。したがって、検出器6からの出力信号をデータ処理部(図示せず)で処理することにより、各波長のスペクトル分布を得ることができる。
The
図2は、リテーナ4の構成例を示す正面図である。また、図3は、リテーナ4の構成例を示す側面図である。以下では、図1〜図3を参照して、リテーナ4の具体的構成について説明する。
FIG. 2 is a front view illustrating a configuration example of the
この例では、当接面43がリテーナ4の突出部42側の端面全体に形成されているのではなく、当該端面に対して部分的に複数形成されている。具体的には、軸線Lを中心に90°間隔で4つの当接面43が形成されている。各当接面43は、平坦面ではなく、凸状の湾曲面により形成されている。
In this example, the
凸状の各当接面43は、回折格子5の回折格子面51に対応する形状からなる。具体的には、軸線Lを通る上下方向D1の軸A1と、軸線Lを通る幅方向D2の軸A2とが、互いに直交しており、各軸A1,A2における曲率半径が異なる値となっている。
Each
軸A1上にある2つの当接面43(第1当接面43A)は、回折格子面51の第1軸上(軸線Lを通る上下方向D1の軸上)に軸線Lを挟んで形成されている。2つの第1当接面43Aは、図2に示す正面視において、それぞれ軸A2に対して平行に延びている。また、2つの第1当接面43Aは、軸A2に対して平行な方向に沿って凸状に湾曲しており、その曲率半径は、回折格子面201の第2軸(軸線Lを通る幅方向D2の軸)における曲率半径と同一である。 The two contact surfaces 43 (first contact surfaces 43A) on the axis A1 are formed on the first axis of the diffraction grating surface 51 (on the axis in the vertical direction D1 passing through the axis L) with the axis L interposed therebetween. ing. The two first contact surfaces 43A extend parallel to the axis A2 in the front view shown in FIG. The two first contact surfaces 43A are curved in a convex shape along a direction parallel to the axis A2, and the radius of curvature thereof is the second axis of the diffraction grating surface 201 (the width passing through the axis L). It is the same as the radius of curvature in the axis of the direction D2.
一方、軸A2上にある2つの当接面43(第2当接面43B)は、回折格子面51の第2軸上(軸線Lを通る幅方向D2の軸上)に軸線Lを挟んで形成されている。2つの第2当接面43Bは、図2に示す正面視において、それぞれ軸A1に対して平行に延びている。また、2つの第2当接面43Bは、軸A1に対して平行な方向に沿って凸状に湾曲しており、その曲率半径は、回折格子面201の第1軸(軸線Lを通る上下方向D1の軸)における曲率半径と同一である。 On the other hand, the two contact surfaces 43 (second contact surfaces 43B) on the axis A2 sandwich the axis L on the second axis of the diffraction grating surface 51 (on the axis in the width direction D2 passing through the axis L). Is formed. The two second contact surfaces 43B extend in parallel to the axis A1 in the front view shown in FIG. The two second contact surfaces 43B are curved in a convex shape along a direction parallel to the axis A1, and the radius of curvature thereof is the first axis of the diffraction grating surface 201 (up and down passing through the axis L). It is the same as the radius of curvature in the axis of the direction D1).
上記のような4つの当接面43(第1当接面43A及び第2当接面43B)が、それぞれ回折格子面51に当接するようにして、回折格子5がリテーナ4に固定される。具体的には、リテーナ4の突出部42と回折格子5の周縁部とが、接着剤などを用いて結合されることにより、リテーナ4及び回折格子5が同一の軸線L上で互いに回転しないように固定される。
The
このように、本実施形態では、図1に示すように、回折格子5が凹状のトロイダル形状からなる回折格子面51を有し、リテーナ4が回折格子面51に対応する形状からなる凸状の当接面43を端面に有する。したがって、リテーナ4の当接面43を回折格子面51に当接するように固定することにより、回折格子5を安定して固定することができる。
Thus, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the
また、円筒状のリテーナ4が筐体2に形成された開口21内に挿入されるため、リテーナ4を開口21内で回転させることにより回折格子面51の溝方向を調整することが可能である。より具体的には、リテーナ4の外周面に形成されている摺接面41により、リテーナ4を回転可能に保持することができるため、リテーナ4を回転させるだけで回折格子面51の溝方向を容易に調整することができる。リテーナ4を開口21内で回転させて回折格子面51の溝方向を調整した後、接着剤などを用いて筐体2にリテーナ4を結合させることにより、回折格子面51の溝方向を固定することができる。
Further, since the
特に、本実施形態では、図2に示すように、軸線Lを中心に90°間隔で4つの当接面43(第1当接面43A及び第2当接面43B)が形成されている。これらの4つの当接面43が回折格子面51に当接するように固定されるため、回折格子5がリテーナ4に対して何れの方向にも傾きにくく、回折格子5をより安定して固定することができる。
In particular, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, four contact surfaces 43 (
さらに、本実施形態では、回折格子面51のトロイダル形状における第1軸上(軸線Lを通る上下方向D1の軸上)に軸線Lを挟んで2つの第1当接面43Aが形成され、第2軸上(軸線Lを通る幅方向D2の軸上)に軸線Lを挟んで2つの第2当接面43Bが形成されている。 Furthermore, in the present embodiment, two first contact surfaces 43A are formed on the first axis in the toroidal shape of the diffraction grating surface 51 (on the axis in the vertical direction D1 passing through the axis L) with the axis L interposed therebetween, Two second contact surfaces 43B are formed on two axes (on the axis in the width direction D2 passing through the axis L) with the axis L interposed therebetween.
トロイダル形状からなる回折格子面51を形成する際には、第1軸又は第2軸の一方の軸に沿って回折格子5の表面を切削した後、他方の軸に沿って回折格子5の表面を再度切削することとなる。そのため、第1軸上及び第2軸上における切削精度が、他の領域における切削精度と比べて高くなる傾向がある。したがって、本実施形態のように、精度の高い領域(第1軸上及び第2軸上)で各当接面43を回折格子面51に当接させることにより、回折格子5をより安定して固定することができる。
When forming the diffraction grating surface 51 having a toroidal shape, after cutting the surface of the
以上の実施形態では、当接面43が軸線Lを中心に90°間隔で4つ形成された構成について説明した。しかし、このような構成に限らず、当接面43が3つ以下、又は、5つ以上形成された構成であってもよい。例えば、リテーナ4の端面全体が、回折格子面51に対応する形状からなる凸状の起伏を有している場合には、1つの当接面43全体を回折格子面51に当接させることも可能である。
In the above embodiment, the configuration in which the four
筐体2は、検出器6を収容するような構成に限らず、他の部材を収容するものであってもよい。また、リテーナ4は、筐体2以外の他の部材に形成された開口に挿入され、当該開口に対して摺接面41を摺接させながら回転可能な構成であってもよい。
The
1 分光器
2 筐体
3 入射スリット
4 リテーナ
5 回折格子
6 検出器
21 開口
41 摺接面
42 突出部
43 当接面
51 回折格子面
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記回折格子面に対応する形状からなる凸状の当接面を端面に有し、前記当接面が前記回折格子面に当接するように固定される円筒状のリテーナと、
前記リテーナが挿入される開口が形成された筐体とを備えることを特徴とする分光器。 A diffraction grating having a diffraction grating surface made of a concave toroidal shape;
A cylindrical retainer having a convex contact surface having a shape corresponding to the diffraction grating surface at an end surface, and fixed so that the contact surface contacts the diffraction grating surface;
A spectroscope comprising: a housing in which an opening into which the retainer is inserted is formed.
前記4つの当接面のうちの2つは、前記第1軸上に前記軸線を挟んで形成され、残りの2つは、前記第2軸上に前記軸線を挟んで形成されていることを特徴とする請求項2に記載の分光器。 The diffraction grating surface has a toroidal shape in which a curvature radius in a first axis and a curvature radius in a second axis orthogonal to the first axis are different from each other,
Two of the four contact surfaces are formed on the first axis with the axis interposed therebetween, and the other two are formed on the second axis with the axis interposed therebetween. The spectroscope according to claim 2, characterized in that:
前記回折格子面に対応する形状からなる凸状の当接面を端面に有する円筒状に形成され、前記当接面が前記回折格子面に当接するように固定されるとともに、当該リテーナを回転可能に保持するための摺接面が外周面に形成されていることを特徴とするリテーナ。 A retainer fixed to a diffraction grating having a diffraction grating surface made of a concave toroidal shape,
Formed in a cylindrical shape with a convex contact surface corresponding to the diffraction grating surface at the end surface, the contact surface is fixed so as to contact the diffraction grating surface, and the retainer can be rotated. A retainer characterized in that a sliding contact surface for holding is formed on the outer peripheral surface.
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