JP6729691B2 - 回折格子及び分光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、収差を補正できる回折格子及び分光装置を提供することを目的とする。
図1は、本発明の第1実施形態に係る分光装置1の構成例を示した概略図である。
分光装置1は、照射された光を波長ごとの光に分光するための装置であって、回折格子2と、入射スリット3と、検出器4とを備えている。
図2は、回折格子2を概略的に示した正面図である。図3は、図2のA−A線に沿う断面図である。
回折格子2の反射面である照射領域21は、上記したように凹面により形成されており、回折格子2の正面を構成している。なお、図3では、説明の便宜上、凹面状の照射領域21を平面状に示している。照射領域21は、正面視矩形状(正面視正方形状)に形成されている。照射領域21は、第1照射領域21Aと、第2照射領域21Bとを含んでいる。
回折格子では、一般的に、光が回折される度合いが回折効率として表される。回折効率とは、回折格子に入射される光のエネルギーのうち、回折光としてどの程度エネルギーを取り出せるかを示す値である。すなわち、回折効率の高い回折格子に光を入射させると、高いエネルギーで光が反射され、回折効率の低い回折格子に光を入射させると、低いエネルギーで光が反射される。回折格子では、分光される光の波長ごとで回折効率が定まっており、波長が異なれば回折効率も異なるようになっている。そして、この回折効率は、回折格子に形成された溝の形状に対応している。
具体的には、グラフAでは、分光する光の波長が200nmの場合に、回折効率がピークとなっており、その値は約90%である。
図5は、従来の回折格子の全照射領域で分光された光の波長ごとでの光の見え方及び信号強度を示した図である。図6は、従来の回折格子の中心部領域で分光された光の波長ごとでの光の見え方及び信号強度を示した図である。図7は、従来の回折格子の端部領域で分光された光の波長ごとでの光の見え方及び信号強度を示した図である。なお、各図で表れている波長範囲(200nm〜800nm)は、検出器4(図1参照)で検出される光の波長範囲に対応しており、分光装置1において使用する波長範囲である。
これより、図5で表れる収差は、図7で表れる収差に起因していることが推測される。
上記したように、回折格子2において、第1照射領域21A(第1照射領域21Aの溝22)のブレーズ波長は、第2照射領域21B(第2照射領域21Bの溝23)のブレーズ波長よりも小さい。
図8では、図5に比べて、短波長側において、光の輪郭がはっきりしており、信号強度も比較的高いことが確認できる。換言すれば、分光装置1(回折格子2)では、使用する波長範囲内で分解能が高くなっていることが確認できる。すなわち、分光装置1(回折格子2)では、第2照射領域21Bにおいて、ブレーズ波長が400nmとなるように溝23を形成して、図7で表れる収差に対応する光の回折効率を0%にした結果、第2照射領域21Bのブレーズ波長(第2ブレーズ波長)よりも短波長側に表れる収差が補正されていることが確認できる。
(1)本実施形態では、回折格子2において、第1照射領域21A(第1照射領域21Aの溝22)のブレーズ波長は、第2照射領域21B(第2照射領域21Bの溝23)のブレーズ波長と異なっている。すなわち、図4に示すように、第1照射領域21Aと第2照射領域21Bとで、分光される光の波長と回折効率との関係(分光後の光における波長ごとでの回折効率)が異なっている。
そのため、簡易な構成で、回折格子2における分散方向での位置(反射位置)の違いに起因する収差(球面収差やコマ収差など)を補正できる。
そのため、簡易な構成で、回折格子2の照射領域21が凹面であることに起因する収差(球面収差など)を補正できる。
そのため、照射領域21の特性を利用して、分解能を高くできる。
すなわち、回折格子2では、回折される光のうち、短波長側に表れる収差を効率的に補正できる。
そのため、照射領域21において、収差を補正するため最適なブレーズ波長の溝を形成できる。
図9及び図10を用いて、本発明の第2実施形態について説明する。なお、以下において、上記した第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付することにより説明を省略する。
図9は、本発明の第2実施形態に係る回折格子2を概略的に示した正面図である。
対して、第2実施形態では、非分散方向において、中心部に第1照射領域21Aが位置し、外側に第2照射領域21Bが位置している。
なお、図示しないが、第1実施形態と同様に、第1照射領域21Aでは、溝22が形成されており、第2照射領域21Bでは、溝23が形成されている。
そのため、簡易な構成で、回折格子2における非分散方向での位置の違いに起因する収差(非点収差など)を補正できる。
図10は、本発明の第3実施形態に係る回折格子2を概略的に示した正面図である。
上記した第1実施形態では、回折格子2の照射領域21では、分散方向において、中心部に第1照射領域21Aが位置し、外側に第2照射領域21Bが位置している。
対して、第3実施形態では、分散方向及び非分散方向において、中心部に第1照射領域21Aが位置し、外側に第2照射領域21Bが位置している。
なお、図示しないが、第1実施形態と同様に、第1照射領域21Aでは、溝22が形成されており、第2照射領域21Bでは、溝23が形成されている。
そのため、簡易な構成で、回折格子2における分散方向での位置の違いに起因する収差、及び、非分散方向での位置の違いに起因する収差の両方を補正できる。
上記の実施形態では、回折格子2の照射領域21は、凹面により形成されるとして説明した。しかし、回折格子2の照射領域21は、凹面以外の面により形成されてもよい。例えば、回折格子2の照射領域21は、平面により形成されてもよい。
2 回折格子
4 検出器
21 照射領域
21A 第1照射領域
21B 第2照射領域
22 溝
23 溝
Claims (6)
- 照射領域に照射された光を反射させて回折させることにより、波長ごとの光に分光する回折格子であって、
前記照射領域には光を回折させる複数の溝が形成されており、
前記照射領域には、当該照射領域の中心部に位置する1つの第1照射領域と、前記第1照射領域の外側に位置し、前記回折格子の外周端部まで延びる第2照射領域とが含まれ、
前記複数の溝のうち前記第1照射領域に形成された溝について、回折効率がピークとなる波長であるブレーズ波長が前記第2照射領域に形成された溝とは異なり、
前記第1照射領域に形成された溝のブレーズ波長は、短波長側の第1ブレーズ波長であり、
前記第2照射領域に形成された溝のブレーズ波長は、前記第1ブレーズ波長よりも長波長側の第2ブレーズ波長であり、
第2照射領域で反射する光のうち、光の波長が第1ブレーズ波長となる光は回折されず、前記第1ブレーズ波長よりも波長が大きい光は回折されることにより、前記照射領域で回折される光のうち、前記第2ブレーズ波長よりも短波長側に表れる収差を補正するように、前記第2照射領域の溝が形成されていることを特徴とする回折格子。 - 前記第1照射領域に形成された溝の深さが前記第2照射領域に形成された溝の深さとは異なることにより、前記第1照射領域に形成された溝と前記第2照射領域に形成された溝とでブレーズ波長が異なることを特徴とする請求項1に記載の回折格子。
- 前記照射領域が凹面により形成されていることを特徴とする請求項1に記載の回折格子。
- 前記照射領域は、波長ごとで回折効率が異なるように光を回折させるものであり、かつ、照射部分ごとで回折させる光の集光分布が異なるものであり、
前記照射領域の複数の溝のうち前記第1照射領域に形成された溝について、ブレーズ波長を前記第2照射領域に形成された溝と異ならせることで、使用する波長範囲内で分解能を高くしたことを特徴とする請求項1に記載の回折格子。 - 前記第1ブレーズ波長に対する前記第2ブレーズ波長の比率は、1.5〜2.5であることを特徴とする請求項1に記載の回折格子。
- 請求項1に記載の回折格子と、
前記回折格子により分光された光を検出する検出器とを備えることを特徴とする分光装置。
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