JPH0261527A - ダブルグレーティング型分光装置 - 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２個の分散型分光素子を光路に対して直列に介
挿したダブルグレーティング型分光装置に関する。

［従来の技術］ 回折格子（グレーティング）等の分散型分光素子を被測
定光の光路に２個直列に介挿してなるダブルグレーティ
ング型分光装置は例えば第４図に示すように構成されて
いる。すなわち、外部から入射された被測定光ａは入射
スリット１を介して第１のコリメータ鏡２で平行光に直
されて第１の回折格子３に入射される。第１の回折格子
３にて分光された彼？ＩＪＩ定光は凹面鏡からなる第１
のカメラ鏡４で集光され、中間スリット５を介して第２
のコリメータ鏡６へ入射される。この第２のコリメータ
鏡６で再び平行光に直された被測定光は第２の回折格子
７へ入力される。第２の回折格子７でさらに分光された
披Ｍ１定光は凹面鏡からなる第２のカメラｒＡ８で集光
され、出射スリット９を介して、この出射スリット９の
裏面に配設されたフォトダイオードからなる測定光受光
器１０へ入射される。

前記第１の回折格子３および第２の回折格子７は例えば
ステッピングモータからなる各駆動機構１１．１２で、
図中矢印で示すように、回折溝の刻線に平行する軸心回
りに回動させられる。そして、第４図において、第１の
コリメータ鏡２．第１の回折格子３および第１のカメラ
鏡４からなる第１の光学系と、第２のコリメータ鏡６．
第２の回折格子７および第２のカメラ鏡８からなる第２
の光学系とを同じ構成とし、各回折格子３，７に対する
１１１１１’　；ＩＰ＋定光０入射角θは図示するよう
に互いに一致するように、各回折格子３．７は前記各駆
動機構１１．１２にて連動して回動される。したがって
、各回折格子３．７から各カメラ鏡４，８へ入射される
分光された光の中心位置の波長λは一致する。

このような構成のダブルグレーティング型分光装置にお
いて、入射スリット１を介して入力された彼７Ｉ−１定
光ａは第１の回折格子３で分光されて、分光された被測
定光がさらに第２の回折格子７で分光される。

一般に回折格子の分光性能は、第５図に示すように、単
一波長λ０の基準光を分光した場合にこの中心波長λ０
の両側の波長領域に存在する光レベルの減衰度で示すこ
とができる。すなわち、第１の回折格子３にて分光され
た第５図のＢ特性を有する光をさらに第２の回折格子７
で分光することによって、前記中心波長λ。の両側の波
長領域に存在する前記第１の回折格子３によって減衰さ
れた光レベルをさらに減衰させたＡ特性とすることが可
能となる。したがって、２個の回折格子３゜７を入射角
θが常時一致するように連動させて使用することにより
、被測定光ａに対する分光性能を大幅に向上できる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、２個の回折格子３．７を使用して分光性
能を向上させた第４図に示すダブルグレーティング型分
光装置においてもまだ次のような課題があった。すなわ
ち、前述した第５図の分光特性を得るためには、被測定
光ａの第１の回折格子３に対する入射角θと第２の回折
格子７に対する入射角θとが完全に一致する必要がある
。

しかし、前述したように各回折格子３，７は例えばステ
ッピングモータやサーボモータで駆動されている。また
、サインバー等を用いて駆動される場合もある。したが
って、これらの駆動源と各回折格子３．７との間には機
械的連結部材が介在することがある。機械的連結部材は
、寸法精度やバックラッシュ等の問題があり、第１の回
折格子３と第２の回折格子７における入射角θが常に完
全に一致している保障はない。

また、たとえ各回折格子３，７に対する入射角θが完全
に一致していたとしても、中間スリット５を通過する第
１の回折格子３で分光された光の中心波長λと、出射ス
リット９から出力された第２の回折格子７で分光された
光の中心波長λとが完全に一致するとは限らない。すな
わち、前記分光された各光の各波長λは、コリメータ鏡
１回折格子およびカメラ鏡からなる光学系内における光
軸のずれにも依存する。よって、第１の回折格子３を含
む第１の光学系内における光軸のずれと、第２の回折格
子７を含む第２の光学系内における光軸のずれとが完全
に一致することは不可能であるので、前記各入射角θの
みで前記分光された各光の波長λを一致させることは困
難である。

このように、第１の回折格子３と第２の回折格子７から
出力される光の中心波長λがずれていれば、当然第５図
に示した良好な分光特性を得ることが不可能になる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
第１および第２の分散型分光素子から出力された６光の
各中心波長を各エタロンの干渉現象を利用して検出する
ことにより、各分散型分光素子から出力される光の中心
波長を一致させるように補正でき、分光性能を大幅に一
向上できるダブルグレーティング型分光装置を提供する
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、入力された被測定
光を分光する第１の分散型分光素子と、この第１の分散
型分光素子で分光された光をさらに分光する第２の分散
型分光素子と、この第２の分散型分光素子にて分光され
た光を出射スリットを介して受光する被測定光受光器と
、第１および第２の分散型分光素子を連動して回動させ
る駆動機構とを有したダブルグレーティング型分光装置
において、 広波長帯域を有する第１の参照光を第１の分散型分光素
子へ入射させる第１の参照光源と、第１の分散型分光素
子にて分光された第１の参照光を受光する第１の参照光
受光器と、この第１の参照光受光器と第１の分散型分光
素子との間に介挿された第１のエタロンと、広波長帯域
を有する第２の参照光を第２の分散型分光素子へ入射さ
せる第２の参照光源と、第２の分散型分光素子で分光さ
れた第２の参照光を受光する第２の参照光受光器と、こ
の第２の参照光受光器と第２の分散型分光素子との間に
介挿され、第１のエタロンと同一物理的特性を有する第
２のエタロンと、第１および第２の参照先受光器から出
力される第１および第２の光強度信号に含まれる各エタ
ロンの物理的特性で定まる各ピーク信号が互いに同期す
るように各分散型分光素子相互間における回動角の角度
補正を行なう回動角度補正手段とを備えたのである。

〔作用１ このような構成のダブルグレーティング型分光装置であ
れば、第１の分散型分光素子へ入射されれた第１の参照
先はこの第１の分散型分光素子にて分光されたのち第１
のエタロンを介して第１の参照光受光器へ入射される。

同様に、第２の参照光は第２の分散型分光素子へ入射さ
れ、この第２の分散型分光素子で分光されて第２のエタ
ロンを介して第２の参照光受光器へ入射される。

周知のようにエタロンは、第２図に示すように、このエ
タロンに入射する光の波長λを順次変化させると、この
エタロンを通過する光の光強度信号において、厚さｄ、
屈折率ｎ等のエタロンの持つ物理的特性および入射角ｉ
にて一義的に定まる波長間隔Δλ毎にピーク信号Ｃが生
じる。また、ピーク信号Ｃの生じる波長λは（１）式か
ら求まる。

（ｍ＋φ／π）λ−２ｎ　ｄ　　ｃｏｓ　ｔ　　　　、
（１）但し２ｍは整数であり、φは位相ずれである。

したがって、起点波長λ。が正確に求まると、各ピーク
信号Ｃの発生する各波長λ１．λ２゜λ３．・・・を特
定することが可能である。

よって、第１．第２の参照光を出力した状態で第１．第
２の分散型分光素子を連動させて回動させると第１．第
２の参照光受光器から出力される第１．第２の光強度信
号にはそれぞれ前記波長間隔Δλ毎にピーク信号が生じ
る。

第１．第２のエタロンは同一の物理的特性を有している
ので、前記第１．第２の光強度信号に含まれるピーク信
号の波長間隔Δλおよび各ピーク信号Ｃにおける各波長
λ。、λ１．λ２２２１、は等しいはずである。

よって、第１．第２の分光型分光素子を駆動機。

溝によって連動させて回動している状態において、第１
の光強度信号のピーク信号と第２の光強度信号のピーク
信号とが一致するように第１．第２の分散型分光素子の
回動角を補正すれば、第１．第２の分散型分光素子にて
分光された光の中心波長λを一致させることが可能とな
る。よって、被測定光受光器から得られる分光特性の精
度が大幅に向−１ニする。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は実施例のダブルグレーディング型分光装置を示
す模式図である。外部から入力された被測定光ａは第１
のチョッパー２１．入射レンズ２２および入射スリット
２３を介して第１のコリメータ鏡２４へ入射され、この
第１のコリメータ鏡２４で平行光に直されて第１の分散
型分光素子としての第１の回折格子２５に入射される。

第１の回折格子２５にて分光された被測定光ａは凹面鏡
からなる第１のカメラ鏡２６で集光され、中間スリット
２７および第２のチョッパー２８を通過する。第２のチ
ョッパー２８を通過した被測定光ａは第２のコリメータ
鏡２９へ入射される。この第２のコリメータ鏡２９で再
び平行光に直された彼ａ−１定光ａは第２の分散型分光
素子としての第２の回折格子３０へ入力される。第２の
回折格子３０でさらに分光された被測定光ａは凹面鏡か
らなる第２のカメラ鏡３１で集光され、出射スリット３
２．出射レンズ３３および第３のチョッパー３４を介し
てフォトダイオードからなる披ｉ１？１定光受光器３５
へ入射される。

前記第１の回折格子２５と第２の回折格子３０とは同一
構成を有しており、例えばステッピングモータからなる
駆動機構３６．３７でもって連動して回動される。した
がって、各回折格子２５゜３０に入射される被測定光ａ
の入射角θは連動して変化する。

また、第１のチョッパー２１には第１の参照光源として
の第１の白色光源３９から出力される広波長帯域を有す
る第１の参照光すが入力される。

また、第２のチョッパー２８にて反射された光はレンズ
４．０および第１のエタロン４１を介して第１の参照光
受光器４２へ照射される。また、この第２のチョッパー
２８には前記中間スリット２７を通過した光の他に、第
２の参照光源としての第２の白色光源４５から出力され
た広波長帯域を有する第２の参照光ｅが人力される。

また、第３のチョッパー３４にて反射された光は前記第
１のエタロン４１と同一構成を有する第２のエタロン４
３を介して第２の参照光受光器４４へ入射される。

前記各チョッパー２１，２８．３４は図示しない制御部
からの指令にて各チョッパーを通過する光および反射さ
れる光を制御する。すなわち、被測定光ａに対する通常
の測定動作時においては、各チョッパー２１，２８．３
４は入射した光を１００％透過させる。一方、各回折格
子２５゜３０の回動角度を角度補正する場合には各チョ
ッパー２１．２８．３４は光を全く透過せず１００％反
射させる。

すなわち、通常のＡ１１ｌ定動作時においては、被測定
光ａは各チョッパー２１．２８．３４を通過する。また
、回動角度補正時においては、各チョッパー２１．２８
．３４は光を透過させずに平面鏡の機能を有するので、
第１の白色光源３９から出力された第１の参照光すは第
１のチョッパー２１で反射されて第１の回折格子２５を
介して第２のチョッパー２８で再び反射されて第１のエ
タロン４１を介して第１の参照光受光器４２へ入射され
る。また、第２の白色光源４５から出力された第２の参
照光ｅは第２のチョッパー２８の裏面で反射されて第２
の回折格子３０を介して第３のチョッパー３４で再び反
射されて第２のエタロン４３を介して第２の参照光受光
器４４へ入射される。

また、第１．第２のエタロン４１．４３は第１第２のエ
タロンの共振の実効長が等しくなるような入射角に配置
されている。

このような構成のダブルグレーティング型分光装置にお
いて、第１の回折格子２５と第２の回折格子３０の回動
角の角度補正を行なう手順を説明する。

まず、前述した周知の一般的手法を用いて第１の回折格
子２５に対する被測定光ａの入射角θと第２の回折格子
３０に対する被測定光ａの入射角θを概略一致させてお
く。

そして、各チョッパー２１．２８．３４を光が１００％
反射する側へ設定する。そして第１．第２の白色光源３
９．４５を点灯する。すると、第１のチョッパー２１で
披徘１定光ａが遮光されて、第１の参照光すが第１のチ
ョッパー２１を介して第１のコリメータ鏡２４へ入射さ
れる。そして、第１のコリメータ鏡２４で反射されて第
１の回折格子２５へ入射される。第１の参照光すは第１
の回折格子２５で分光されて、第１のカメラ鏡２６で集
光されて中間スリット２７を介して第２のチョッパー２
８へ入射される。すなわち、中間スリット２７を通過し
た分光された第２の参照光すの波長λは前記第１の回折
格子２５の回動角の変化に対応して変化する。

第２のチョッパー２８へ入射した波長λが連続的に変化
する第１の参照光すはこの第２のチョッパー２８で反射
されて、第１のエタロン４１を介して第１の参照光受光
器４２へ入射される。したがって、この第１の参照光受
光器４２から出力される第１の光強度信号には第３図に
示すように、所定波長間隔Δλ毎にピーク信号Ｃが生じ
る。

前述したように第１のエタロン４１の物理的特性を用い
て第１の光強度信号に含まれる各ピーク信号Ｃの波長間
隔Δλおよび各ピーク信号Ｃにおける各波長λ。、λ７
．λ２　、　”’が特定され、。

また、第２の白色光１１ｊｉｊ４５から出力された第２
の参照光ｅは第２のチョッパー２８の裏面で反射されて
第２のコリメータ鏡２９へ入射される。そして、第２の
コリメータ鏡２９で反射されて第２の回折格子３０へ入
射される。第２の参照光ｅは第２の回折格子３０で分光
されて、第２のカメラ鏡３１で反射されて出射スリット
３２を介して第３のチョッパー３８へ入射される。すな
わち、出射スリット３４を通過した分光された第２の参
照光ｅの波長λは前記第２の回折格子３０の回動角の変
化に対応して変化する。

波長λが連続的に変化する第３のチョッパー３４へ入射
した第２の参照光ｅはこの第３のチョッパー３４で反射
されて、第２のエタロン４３を介して第２の参照光受光
器４４へ入射される。したがって、この第２の参照光受
光器４４から出力される第２の光強度信号には第３図に
示すように、所定波長間隔Δλ毎にピーク信号ｄが生じ
る。

しかして、前述した第１の光強度信号と同様の手法を用
いて、第２のエタロン４３の物理的特性を用いて第２の
光強度信号に含まれる各ピーク信号ｄの波長間隔Δλお
よび各ピーク信号ｄにおける各波長λ０．λｌ、λ２．
・・・が特定される。

前述したように第１．第２のエタロン４１゜４３は同一
構成であるので、人力した光に対して同一の光強度信号
波形となる。したがって、第３図に示すように、第１の
光強度信号と第２の光強度信号のピーク信号ｃ、ｄの間
に位相差Δαが生じると、一つの時刻において第１の回
折格子２５にて分光された光の中心波長λと第２の回折
格子３０にて分光された光の中心波長λとが一致しない
ことになる。

したがって、この位相差Δａが０になるように、互いに
連動して回動する第１の回折格子２５の回動角と第２の
回折格子３０の回動角との間の角度関係を微調整する。

第１の光強度信号のピーク信号Ｃと第２の光強度信号の
ピーク信号ｄとの間の位相差Δαが解消されると、第１
の回折格子２５および第２の回折格子３０にて同時刻に
分光された光の波長λが一致するので、これら第１の回
折格子２５．第２の回折格子３０の分光波長λは完全に
同期することになる。

以上の操作で第１の回折格子２５と第２の回折格子３０
との間の回動角の角度補正が終了すると、被測定光ａに
対する通常の測定動作を実行する。

すなわち、第１．第２の白色光？Ｒ３９，４５を消灯し
、各チョッパー２１．２８．３４を光が１００％透過す
る側へ切換える。

すると、被Ｍ１定光ａが第１のコリメータ鏡２４を介し
て第１の回折格子２５で分光され、分光された彼ｍｌ定
光ａが第２のチョッパー２８および第２のコリメータ鏡
２９を介して第２の回折格子３０で分光され、分光され
た彼７１１ｊ定光ａは第３のチョッパー３４を介して被
７１Ｐ１定光受光器３５へ入射される。しかして、第５
図に示した良好な分光特性が得られる。

このように、第１の回折格子２５を含む第１の光学系に
おける分光された光の中心波長λを第１の参照光すおよ
び第１のエタロン４１を用いて検出し、また第２の回折
格子３０を含む第２の光学系における分光された光の中
心波長λを第２の参照光ｅおよび第２のエタロン４３を
用いて検出し、各中心波長λが第１．第２の光学系で同
時に検出されるように、第１．第２の回折格子２５．３
０相互間における回動角の角度補正を行なっている。

よって、各回折格子２５．３０から出力される分光され
た光の中心波長λを完全に一致させることが可能である
ので、たとえ第１の回折格子２５を含む第１の光学系の
光軸のずれと、第２の回折格子３０を含む第２の光学系
の光軸のずれとが一致していなかったとしても、そのず
れに起因して分光された光の中心波長λにずれが発生す
るのを防止できる。よって、最終の被測定光受光器３５
から得られる分光特性の分光精度を大幅に向上できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のダブルグレーティング型分
光装置によれば、第１および第２の分散型分光素子から
出力された光の中心波長をそれぞレエタロンの干渉現象
を利用して検出することにより、各分散型分光素子がら
出力される光の中心波長を精度よく一致させることでき
る。したがって、得られた分光特性の測定精度を大幅に
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ダブルグレーティン
グ型分光装置の概略構成を示す模式図、第２図はエタロ
ンの特性を示す図、第３図は同実施例の動作を示す信号
波形図、第４図は従来のダブルグレーティング型分光装
置の概略構成を示す模式図、第５図は一般的な分光特性
図である。 ２４・・・第１のコリメータ鏡、２５・・・第１の回折
格子、２６・・・第１のカメラ鏡、２９・・・第２のコ
リメータ鏡、３０・・・第２の回折格子、３１・・・第
２のカメラ鏡、３２・・・出射スリット、３５・・・１
７１Ｊ１定光受光器、３６．３７・・・駆動機構、３９
・・・第１の白色光源、４１・・・第１のエタロン、４
２・・・第１の参照光受光器、４３・・・第２のエタロ
ン、４４・・・第２の参照光受光器、４５・・・第２の
白色光源。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第４図 λＯ 遍長入 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力された被測定光を分光する第１の分散型分光素子（
   ２５）と、この第１の分散型分光素子で分光された光を
   さらに分光する第２の分散型分光素子（３０）と、この
   第２の分散型分光素子にて分光された光を出射スリット
   を介して受光する被測定光受光器（３５）と、前記第１
   および第２の分散型分光素子を連動して回動させる駆動
   機構（３６、３７）とを有したダブルグレーティング型
   分光装置において、 広波長帯域を有する第１の参照光を前記第１の分散型分
   光素子へ入射させる第１の参照光源（３９）と、前記第
   １の分散型分光素子にて分光された前記第１の参照光を
   受光する第１の参照光受光器（４２）と、この第１の参
   照光受光器と前記第１の分散型分光素子との間に介挿さ
   れた第１のエタロン（４１）と、広波長帯域を有する第
   ２の参照光を前記第２の分散型分光素子へ入射させる第
   ２の参照光源（４５）と、前記第２の分散型分光素子で
   分光された第２の参照光を受光する第２の参照光受光器
   （４４）と、この第２の参照光受光器と前記第２の分散
   型分光素子との間に介挿され、前記第１のエタロンと同
   一物理的特性を有する第２のエタロン（４３）と、前記
   第１および第２の参照光受光器から出力される第１およ
   び第２の光強度信号に含まれる前記各エタロンの物理的
   特性で定まる各ピーク信号が互いに同期するように前記
   各分散型分光素子相互間における回動角の角度補正を行
   なう回動角度補正手段とを備えたことを特徴とするダブ
   ルグレーティング型分光装置。