JPH02231536A - 分光器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は分散型分光素子を用いた分光器に係わり、特に
光学系部材の熱膨脹に起因するカメラ鏡の焦点距離変動
やａｌｌ定波長のずれに起因する７鏡ｌｊ定精度の劣化
を抑制するようにした分光器に関する。

［従来の技術］ 回折格子等の分散型分光素子を用いた分光器は例えば第
５図に示すように構成されている。すなわち、一つの基
板１上に出射スリット２，コリメータ鏡３，図示しない
回動機構にて刻線４ａと平行する軸心４ｂ回りに回動自
在に支持された回折格子４，カメラ鏡５，出射スリット
６．レンズ７および受光器８が配設されている。なお、
入射スリット２および出射スリット６のスリット方向は
回折格子４の刻線４ａ方向と一致している。

しかして、外部から入力された披』１定光ａは入射スリ
ット２を介してコリメータ鏡３に入射される。コリメー
タ鏡３に入射された被測定光ａはこのコリメータ鏡３で
平行光に直されて軸心４ｂ回りに回動されている回折格
子４へ入射角θで照射される。回折格子４は入射角θで
入射された披測定光ａを刻線４ａに直交する平面に分光
する。回折洛子４で分光された光はカメラ鏡５で集光さ
れ、出射スリット６上に結像される。出射スリット６を
通過した光はレンズ７を介して受光器８の受光面上に入
射される。

そして、回動機構で回折格子４を回動させると回動角ψ
に対応して入射角θが変化する。すると、分光されて出
射スリット６上に集光された光の中心波長λが変化する
。したがって、回折格子４を回動させながら受光器８で
受光された光の光強度を測定すると、被測定光ａの各波
長λにおけるスベクトラム値が得られる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら基板１上に前述した種々の光学系部材２〜
８を配設した分光器においてもまだ解消すべき次のよう
な問題があった。すなわち、このような構成の分光器お
いて、測定された分光特性上の各波長λの分解能を向上
させるためには、出射スリット６のスリット幅ｄを狭く
して、この出射スリット６を通過する光に含まれる波長
λの波長幅Δλをできるだけ小さくする必要がある。し
かし、スリット幅ｄを狭くするとレンズ７を介して受光
器８へ入射する光の強度が低下する。光強度が低下する
と受光器８から出力される光強度信号のＳ／Ｎ比が低下
して、分光器全体の測定精度が低下する問題が生じる。

したがって、狭いスリット幅ｄ上にできるだけ多くの光
を集める必要があるので、カメラ鏡５の焦点位置と出射
スリット６の位置が正確に一致することが要求される。

また、ａｌｌ定波長の再現性を確保するために常に同じ
波長の光を入力したときにはスリット正面からみて横方
向に対して焦点が同じ位置にある必要がある。

しかし、一般に分光器の周囲温度が変化すると、基板１
および前記各光学系部材２〜６は熱膨脹の影響を受ける
。例えばガラス材料で形成されたカメラ鏡５は熱膨脹す
ると、曲率が小さくなる方向に変形する。その結果、焦
点距ＭＦが長くなる傾向にある。一方、例えばアルミニ
ウム材料で形成された基板１も熱ｌＥ脹するので、カメ
ラ鏡５から出射スリット６までの距離が伸びる。焦点距
ＡｔＦの伸び量と基板１の伸び量とを一致させることは
現実的に困難であるので、結果的に温度が変化するとカ
メラ鏡５の焦点位置と出射スリット６の設置位置とが一
致しなくなる。よって、出射スリット６を通過する光量
が低下したり、波長分解能が低下して、分光器全体の測
定精度が低下する問題が生じる。

また、光学部材を固定する部材や、回折格子を回転する
機構が異なる材料の組合せで構成されていた場合は、焦
点距離の変動のみならず、焦点位置がスリット正面から
見て左右方向に移動する懸念もある。このような場合に
は、測定波長の誤差となって現われる。

なお、戸外等でこの分光器を使用する場合に急激に周囲
温度が低下して、前記各光学系部材に熱収縮が発生した
場合においても、焦点位置がずれるので、前述した問題
が発生する。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
出射スリットを移動自在に設けることによって、熱膨脹
に起因する焦点位置の移動を補正でき、波長分解能の劣
化や波長測定誤差を低減でき、ひいては装置全体の測定
精度を向上できる分光器を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解消するために本発明は、基板上に少なくと
も入射スリット，コリメータ鏡，分散型分光素子，カメ
ラ鏡，出射スリットおよび受光器を配設し、入射スリッ
トから入力された被測定光をコリメータ鏡を介して分散
型分光素子へ入射させ、この分散型分光素子で分光され
た光をカメラ鏡で出射スリット上に結像し、出射スリッ
ト上に結像された光の光強度を受光器で検出する分光器
において、出射スリットをスリット幅一定状態で移動さ
せる移動機構を設けたものである。

［作用］ このように構成された分光器であれば、分光器の周囲温
度が変化して、熱膨脹又は熱収縮によってカメラ鏡の焦
点位置と出射スリットの位置が一致しなくなると、出射
スリットを焦点位置まで移動させて、カメラ鏡の焦点位
置と出射スリットの位置とを一致させることが可能とな
る。よって、たとえ周囲温度が変化したとしても波長分
解能の劣化や波長誤差を縮小できる。

［実施例コ 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第２図は実施例の分光器を上方から見た平面図である。

第４図と同一部分には同一符号を付して重複′する部分
の説明を省略する。すなわち、一つの基板１上に例えば
Ｈｅ　Ｎｅのレーザ光からなる基準波長λｏ（−８３３
ｎｍ）を有する基準光ｂを出力する基準光源１０，この
基準光ｉ１ｉＸ１０から出力された基準光ｂと外部から
入力された被測定光ａとを選択する光路切換器１１，入
射スリット２，コリメータ鏡３，回動機構によって軸心
４ｂ回りに回動自在に支持された回折格子４，カメラ鏡
５，移動機構１２に支持された出射スリット１３，レン
ズ７および受光器８が配設されている。なお、入射スリ
ット２および出射スリット１３のスリット方向は回折格
子４の刻線方向と一致している。

前記光路切換器１１は例えば図中矢印Ａ方向へ移動可能
であり、通常の測定動作時においては、右方へ移動して
、被測定光ａを入射スリット２ヘ導く。また、出射スリ
ット１３の位置調整操作時には左方へ移動して、図示す
るように被測定光８を遮光して、基準光ｂを反射させて
入射スリット２へ導く。

前記移動機構１２は、図中矢印Ｂで示すように、出射ス
リット１３をカメラ鏡５の中心とカメラ鏡５の焦点と受
光器８とを結ぶ線に沿って移動可能に支持する。そして
、例えば第１図に示すように構成されている。

第１図において、基板１に一辺がカメラ鏡５とカメラ鏡
５の中心とカメラ鏡５の焦点と受光器８とを結ぶ線に平
行するような向きに矩形状の窓１４が穿設されており、
この窓１４内に矢印Ｂ方向へ移動可能な可動板１５が配
設されている。この可動板１５の側面には反対側へ貫通
する２個の貫通孔が穿設されており、一方の貫通孔には
ねじ捧１６が螺合しており、他方の貫通孔にはガイド棒
１７が微少隙間を有して貫通している。ねじ棒１６の一
端は窓１４内に固定された第１のステッピングモータ１
８の軸に連結されており、他端は窓１４の他方の側壁に
枢支されている。ガイド棒１７の両端は前記窓１４の各
側壁に固定されている。したがって、第１のステッピン
グモータ１８を回転させれば、可動板１５がガイド棒１
７にガイドされながら図中矢印Ｂ方向に移動する。

可動板１５の上面には、互いに対向してスリット板ｌ３
ａ，１３ｂが矢印Ｂ方向と直交する方向に配置されてい
る。このスリット板１３ａ，１３ｂの下部位置にはねじ
棒１９が螺合している。

このねじ棒１９の各スリット板１３ａ，１３ｂが螺合す
る各部分に互いに逆方向にねじが刻設されている。そし
て、このねじ棒１９の一端は第２のステッピングモータ
２０の軸に連結されている。

したがって、この第２のステッピングモータ２０を回転
させれば、スリット板１３ａとスリット板１３ｂとの隙
間で形成される出射スリット１３のスリット間隔ｄが変
化する。

このように構成された移動機構１２において、第１図の
ステッピングモータ１８を駆動すれば一対のスリット板
１３ａ，１３ｂからなる出射スリット１３の位置が矢印
Ｂ方向に移動する。また、第２のステッピングモータ２
０を駆動するとスリット間隔ｄが変化する。

次に、このように構成された分光器における出射スリッ
ト１３の位置調整方法を説明する。

まず、移動方向をカメラ鏡の中心とカメラ鏡の焦点と分
光器とを結ぶ線に沿って移動させる場合を考える。第１
，第２のステッピングモータ１８，２０を起動して、可
動板１５の位置およびスリット幅ｄを適当な値に設定す
る。次に、光路切換器１１を第２図の示すように、左方
向に移動させて被７ｌｌ定光ａを遮光する。そして、基
準光源１０を点灯して、基準波長λ０を有する基準ｂを
入射スリット２を介してコリメータ鏡３へ入射させる。

すると、この基準光ｂは回折格子４で分光されてカメラ
鏡５へ入射される。カメラ鏡５に入射された光はこのカ
メラ鏡５で出射スリット１３上に集光される。そして、
出射スリット１３を通過．した光はレンズ７を介して受
光器８へ入射され、光強度信号に変換される。この光強
度信号は図示しない測定器で測定される。そして、；Ｉ
ＦＩ定された光強度信号が最大値になるように回動機構
で回折格子４の回動角ψを調整する。光強度信号が最大
値を示すと、第２のステッピングモータ２０を駆動して
、スリット幅ｄを狭くする。そして、光強度信号が最大
値になるように再度回折格子１３の回動角ψを微調整す
る。

次に、回折格子４の回動角ψを基準回動角ψ０に固定し
た状態で、第１のステッピングモータ１８を駆動して、
出射スリット１３を矢印Ｂ方向に移動させて、受光器８
の光強度信号が最大値を示す位置を捜す。光強度信号が
最大値を示すと、第３図の実線に示すように、出射スリ
ット１３上で光ビームは最小スポットとなり、出射スリ
ット１３はカメラ鏡５の焦点位置に正しく位置したと見
なせる。次に、光強度信号が最大値になるように再度回
折格子１３の回動角ψを微調整する。そして、スリット
幅ｄが最小幅になると、出射スリット１３を通過する光
の中心波長λが前記基準光ｂの基準周波数λ０に一致し
ているので、この時の回折格子４の回動角ψを基準波長
λ０に対応する基準回動各ψ。と設定する。

以上説明した出射スリット１３のスリット幅ｄおよび位
置調整操作が終了すると、基帛光源１０を消灯し、光切
換器１１を右方向へ移動して、被測定光ａを入射スリッ
ト２へ導き、被測定光ａに対する通常の分光測定を開始
する。この状態においては、出射スリット１３がカメラ
鏡５の焦点位置に正しく位置しているので、高い波長精
度を有した分光特性が得られる。

このような分光器において、周囲温度が上昇して、カメ
ラ鏡５の熱膨脹と基板１の熱膨脹との関係により、第３
図の点線で示すように、焦点距離ＦがΔＦだけ伸びてＦ
ａに変化したとする。すると、基準光ｂを用いて前述し
た手順で出射スリット１３の位置を再調整する。しかし
て、出射スリット１３の各スリット板１３ａ，１３ｂは
第３図の点線で示す各スリット板１　３ａａ，　　１　
３ｂｂ位置に位置する。よって、スリット板１　３ａａ
，　　１　３ｂｂの中心位置に，カメラ鏡５の移動後の
焦点位置を合せることが可能となる。

第４図は本発明の他の実施例に係わる分光器における出
射スリット１３の移動機構の要部を示す斜視図である。

なお、第１図と同一部分には同一符号が付してある。

この実施例においては、可動板１５の上にさらに第２の
可動板３１を設けて、この第２の可動板３１上にスリッ
ト板１３ａ，１３ｂを配設している。そして、第２の可
動板３１を第３のステツピングモータ３２およびねじ棒
３３でもって前記出射スリットｌ３をスリット正面に対
して左右方向へ移動可能にしている。

このような移動機構を用いることにより、回折格子４の
回動角を動かさずに基準光の波長と回折格子４の波長と
を対応させることができる。

このように、たとえ周囲温度が変化して、カメラ鏡の焦
点位置が移動したとしても、出射スリットをその焦点位
置に移動することが可能であるので、波長分解能や波長
精度の劣化を抑制できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の分光器によれば、出射スリ
ットを移動自在に設けている。したがって、必要に応じ
て熱膨脹等に起因する焦点位置の移動を補正できるので
、波長測定精度の劣化を防止でき、ひいては装置全体の
測定精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる分光器の出射スリッ
トの移動機構を示す切欠斜視図、第２図は実施例の分光
器全体を示す平面図、第３図は実施例の効果を説明する
ための図、第４図は本発明の他の実施例に係わる分光器
の出射スリットの移動機構を示す切欠斜視図、第５図は
従来の分光器を示す模式図である。 １・・・基板、２・・・入射スリット、３・・・コリメ
ータ鏡、４・・・回折格子、５・・・カメラ鏡、７・・
・レンズ、８・・・受光器、１０・・・基準光源、１１
・・・光路切換器、１２・・・移動機構、１３・・・出
射スリット、１３ａ，１３ｂ・・・スリット板、１４・
・・窓、１５・・・可動板、８・・・第１のステッピン
グモータ、 ０・・・第２の ステッピングモー夕。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基板（１）上に少なくとも入射スリット（２）、コリ
   メータ鏡（３）、分散型分光素子（４）、カメラ鏡（５
   ）、出射スリット（１３）および受光器（８）を配設し
   、入射スリットから入力された被測定光をコリメータ鏡
   を介して分散型分光素子へ入射させ、この分散型分光素
   子で分光された光をカメラ鏡で出射スリット上に結像し
   、出射スリット上に結像された光の光強度を受光器で検
   出する分光器において、前記出射スリットをスリット幅
   一定状態で移動させる移動機構（１２）を設けたことを
   特徴とする分光器。