JPH0254130A - 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】 ［産業上の利用分野コ 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コリメータ鏡又はカメラ
鏡の焦点位置変動を補正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
４図に示すように構成されている。すなわち、一つの基
板１上に入射スリット２．凹面鏡からなるコリメータ鏡
３９図示しない回動機構にて刻線４ａと平行する軸心４
ｂ回りに回動自在に支持された回折格子４．凹面鏡から
なるカメラ鏡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被測定光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
Ｒ３に入射された被ｎＪ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
入射された被ｎ１定光ａを刻線４ａに直交する平面に分
光する。回折格子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に入射する。

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におけるスペクトラムが得られる。

［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。

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、第５図の点線で示すように、曲率が小さくなる方
向に変形する。その結果、焦点距離が元の焦点距離Ｆか
らΔＦだけ長くなりＦａとなる。

一方、例えばアルミニウム材料で形成された基板１も熱
膨脹するので、カメラ鏡５から出射スリット６までの距
離が元の距ＭＤからΔＤだけ伸びてＤａとなる。焦点距
離Ｆの伸び量ΔＦとと基板１の伸び量ΔＤとが一致する
ことは現実的に考えられないので、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、また、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。

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、
コリメータ鏡及びカメラ鏡の背面に熱膨脹率の異なる補
強部材を貼付で焦点距離を強制補正することによって、
熱膨脹・収縮に起因する焦点位置のずれを補正でき、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、凹面鏡からなるコリメータ鏡２分散型
分光素子、凹面鏡からなるカメラ鏡、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、 ′凹面鏡からなるコリメータ鏡及びカメラ鏡の背面に貼
付られ、温度変化による熱膨脹に起因して生じるコリメ
ータ鏡又はカメラ鏡の焦点位置が出射スリット位置から
ずれることを、焦点距離を熱膨脹率差により強制変化さ
せることによって補正する、コリメータ鏡及びカメラ鏡
とは異なる熱膨脹率を有した補強部材を設けたものであ
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基板が伸縮し
て、例えば、カメラ鏡と出射スリットとの間の距離がΔ
Ｄだけ変化したとする。当然、コリメータ鏡又はカメラ
鏡の焦点距離もΔＦだけ変化しようとする。しかし、コ
リメータ鏡及びカメラ鏡の背面には熱膨脹率の異なる補
強部材が貼付けられているので、コリメータ鏡及びカメ
ラ鏡と補強部材の間の熱膨脹率の差に対応した曲げ応力
がカメラ鏡に作用する。その結果、コリメータ鏡及びカ
メラ鏡の焦点距離が変化する。

したがって、この熱膨脹率差による焦点距離の変化量が
前記熱膨脹又は熱収縮に起因する焦点位置の出射スリッ
ト位置からのずれ量に対応するように補強部材の材質お
よび形状を設定すれば、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常時最良の測定精度
を維持できる。

［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ｆｆｉ復する部
分の説明を省略する。すなわち、金属材料で形成された
一つの基板１上に、被測定光ａが入射される入射スリッ
ト２．背面３ａに補強部材１０が貼付られた凹面鏡から
なるコリメータ鏡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．背面５ａに補強部材
１０が貼付られた凹面鏡からなるカメラ鏡５．このカメ
ラｖＬ５の焦点位置に配設された出射スリ・ソト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・ント方向は回折
格子４の刻線方向と一致している。

前記コリメータ鏡３及びカメラｖｉ５は例えばガラス材
料で形成されており、このコリメータ鏡３及びカメラ鏡
の背面３ａ、５ａには、第１図に示すように、縦Ｂ、横
Ａ１厚さＣの例えば石英材料からなる直方体状の補強部
材１０が接着材にて貼付られている。なお、石英材料か
らなる補強部材１０の熱膨脹率α３はガラス材料からな
るコリメータ鏡３及びカメラ鏡５の熱膨脹率α２より小
さい。また金属部材からなる基板１の熱膨脹率をα１と
する。

このように構成された分光器において周囲温度が上昇し
た場合のカメラ鏡５の焦点位置と出射スリット６の位置
との関係を第３図を用いて説明する。

まず、標準温度において、第３図の実線で示すように、
カメラ鏡５の焦点距離がＦで、かつカメラ鏡５と出射ス
リット６との間の距離をＤとする。

そして、この標準温度状態において、焦点距１１ｔＦと
距離りとが一致しており、カメラ鏡５の焦点位置と出射
スリット６位置とが一致しているとする。

次に周囲温度が上昇して、基板１が熱膨脹して、カメラ
ｖｔ５と出射スリット６との間の距１１１１Ｄが膨張率
αｌに対応してΔＤだけ伸びてＤａに変化したとする。

また、温度が上昇すると、カメラ鏡５の膨張率α２に対
応して膨脹しようとする。そして、補強部材１０が存在
しないと仮定すると第５図で説明したように、凹面鏡の
曲率が小さくなり、焦点距離ＦがΔＦだけ伸びてＦａと
なる。しかし、実際には、カメラｆｉ５の背面５ａには
このカメラｖｔ５の熱膨脹率α２より低い熱膨脹率α３
を有する補強部材１０が貼付られている。したがって、
このカメラ鏡５の背面５ａは補強部材１０にて膨脹が規
制される。その結果、第３図の矢印Ｍで示すように、カ
メラ鏡５には凹面鏡側を開くように作用するモーメント
で示される内部曲げ応力が作用する。しかして、カメラ
鏡５の曲率がさらに小さくなる。その結果、焦点距離が
さらΔＦａだけ長くなってＦａａとなる。

この焦点距離の伸び量ΔＦａは前述したようにこのカメ
ラ鏡５に作用する曲げ応力に対応するので、補強部材１
０の材質、Ａ、Ｂ、Ｃの各寸法を変更することによって
任意に制御することが可能となる。よって、基準温度か
らの焦点距離Ｆの最終の伸び量（ΔＦ＋ΔＦａ）も補強
部材１０にて制御できる。しかして、この最終の伸び量
（ΔＦ＋ΔＦａ）の値が基板１の伸び量ΔＤに一致する
ように、補強部材１０を制御すれば、カメラ鏡５の焦点
位置と出射スリ１８６位置とを一致させることが可能と
なる。

なお、基板１．カメラ鏡５および補強部材１０の各熱膨
脹率α１．α２．α３は定数であるので、各部材に生じ
る熱膨張量および内部応力は温度変化に対して直線関係
を維持する。したがって、基準温度から一つの特定温度
値まで上昇又は下降した時点において、カメラ鏡５の焦
点位置が出射スリ１８６位置に一致するように、補強部
材１０の材質および寸法形状を設定すると、他の任意の
温度においても、上述した位置関係は維持される。

よって、広い温度範囲に亘ってカメラ鏡５の焦点位置と
出射スリ１８６位置とを一致させることが可能となる。

なお、コリメータ鏡３についてもカメラ鏡５とほぼ同様
なことが言える。

よって、出射スリット６がカメラ鏡５の焦点位置に正し
く位置しているので、広い温度範囲に亘って高い波長精
度を有した分光特性が得られる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。実施例においては、第３図に示すように、補強部材
１０を取付けない場合におけるコリメータ鏡３又はカメ
ラｖｔ５の焦点距離Ｆの伸び量ΔＦが基板１の伸び量Δ
Ｄより小さい場合を想定したが、コリメータ鏡３及びカ
メラ鏡５の焦点距ｆｉＦの伸び量ΔＦが基板１の伸び１
八〇より大きい場合も考えられる。この場合は、補強部
材１０を張付けることによって、焦点距離Ｆの伸び量Δ
Ｆを減少させる必要がある。よって、コリメータ鏡３又
はカメラ鏡５の熱膨脹率α１より大きい熱膨脹率α４を
有する補強部材１０を使用して、第３図とは逆向きの内
部曲げ応力を発生させて、曲率を大きくすればよい。

［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、コリメー
タ鏡及びカメラ鏡の背面に熱膨脹率の異なる補強部材を
貼付でコリメータ鏡及びカメラ鏡の焦点距離を強制補正
している。よって、熱膨張・収縮に起因する焦点位置の
ずれを自動的に補正でき、広い温度範囲に亘って波長測
定精度の劣化を防止でき、ひいては装置全体のｉｌｌ＋
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補強部材を
貼付けたコリメータ鏡及びカメラ鏡を示す斜現図、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図は従来の分光器を示
す模式図、第５図は同従来分光器の問題点を説明するた
めの図である。 １・・・基板、２・・・入射スリット、３・・・コリメ
ータ鏡、３ａ　　５ａ・・・背面、４・・・回折格子、
５・・・カメラ鏡、６・・・出射スリット、７・・・レ
ンズ、８・・・受光器、１０・・・補強部材。 第１図 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ｊｌＺ　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板（１）上に少なくとも入射スリット（２）、凹面鏡
   からなるコリメータ鏡（３）、分散型分光素子（４）、
   凹面鏡からなるカメラ鏡（５）、出射スリット（６）お
   よび受光器（８）を配設し、入射スリットから入力され
   た被測定光を前記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前記
   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、 前記コリメータ鏡及びカメラ鏡の背面（３ａ、５ａ）に
   貼付られ、温度変化による熱膨脹に起因して生じる前記
   コリメータ鏡又はカメラ鏡の焦点位置が前記出射スリッ
   ト位置からずれることを、焦点距離を熱膨脹率差により
   強制変化させることによって補正する、前記コリメータ
   鏡及びカメラ鏡とは異なる熱膨脹率を有した補強部材（
   １０）を設けたことを特徴とする分光器。