JPH0431720A - Spectroscope for two-dimensional object - Google Patents

Spectroscope for two-dimensional object

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Publication number
JPH0431720A
JPH0431720A JP13789390A JP13789390A JPH0431720A JP H0431720 A JPH0431720 A JP H0431720A JP 13789390 A JP13789390 A JP 13789390A JP 13789390 A JP13789390 A JP 13789390A JP H0431720 A JPH0431720 A JP H0431720A
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JP
Japan
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dimensional
optical system
light
dimensional object
highly directional
Prior art date
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Pending
Application number
JP13789390A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Nagoshi
利之 名越
Tsutomu Ichimura
市村 勉
Fumio Inaba
稲場 文男
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Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Research Development Corp of Japan
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Publication date
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Publication of JPH0431720A publication Critical patent/JPH0431720A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To perform the spectroscopy of each point of a two-dimensional body at the approximately same time by moving the two-dimensional body because a spectroscope can impart the spectrum of each point of the body in one-dimensional direction. CONSTITUTION:The light which is cast through an incident slit 52 in parallel with the direction of the grating of a diffraction grating 51 is converted into the parallel light through a concave mirror M1. The light is cast on the diffraction grating 51 and diffracted at an angle corresponding to a wavelength. The spectral distribution is imparted on a spectroscopic surface 53 which is conjugate with the incident slit 52 with a concave mirror M2. A two-dimensional photodetector 54 is arranged on the spectroscopic surface 53. The height of the slit 52 is made to correspond to the direction (y) of the incident surface, and the wavelength is made to correspond to the direction (x). Then, the distribution of intensity is measured. In this way, the spectroscopic measurement of a one-dimensional body corresponding to the incident position of the slit 52 can be performed. A two-dimensional body 55 is placed at the side front of the incident slit 52, and the spectroscopic measurement at the position of the body corresponding to the incident position of the slit 52 is performed. During this period, the two-dimensional body 55 is moved in the direction of (x). Thus, the spectrums from the points of the two-dimensional body 55 can be measured at the approximately same time.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、2次元物体の各点からの発光、反射散乱スペ
クトルを実質的に同時に分光することができる分光装置
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a spectroscopic device that can substantially simultaneously analyze the emission and reflection/scattering spectra from each point of a two-dimensional object.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、分光装置として、回折格子を用いた分光器や、マ
イケルソン干渉計を利用したフーリエ分光装置、あるい
は、色ガラスフィルターや干渉フィルターの分光素子を
用いたものが広く利用されている。しかし、これら従来
の分光装置は、出射光東側に0次元検出器を用いている
ため、空間的分光情報を得るように設計されてはいない
Conventionally, as a spectroscopic device, a spectroscope using a diffraction grating, a Fourier spectrometer using a Michelson interferometer, or one using a spectroscopic element such as a colored glass filter or an interference filter has been widely used. However, since these conventional spectroscopic devices use a zero-dimensional detector on the east side of the output light, they are not designed to obtain spatial spectral information.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、
その目的は、実質的に実時間で2次元物体の各点からの
発光、反射散乱スペクトルを正確に分光することができ
る分光装置を提供することである。
The present invention was made in view of this situation, and
The purpose is to provide a spectroscopic device that can accurately analyze the emission, reflection and scattering spectra from each point of a two-dimensional object in substantially real time.

〔課題を解決するための手段] 前記目的を達成する本発明の2次元物体の分光装置の第
1のものは、回折格子の格子方向と平行な細隙を有する
入射スリット、入射スリットからの光を平行光に変換す
る集光光学系、集光光学系からの光を回折する回折格子
、回折格子によって回折された光を結像する結像光学系
、及び、結像面に配置された2次元光検出器からなる分
光器と、入射スリットの細隙と交差する方向に入射スリ
ットの前に配置した2次元物体を移動させる手段とから
なることを特徴とするものである。
[Means for Solving the Problems] A first spectroscopic device for a two-dimensional object according to the present invention that achieves the above object includes an entrance slit having a slit parallel to the grating direction of a diffraction grating, and a light emitted from the entrance slit. a condensing optical system that converts the light into parallel light, a diffraction grating that diffracts the light from the condensing optical system, an imaging optical system that forms an image of the light diffracted by the diffraction grating, and a This device is characterized by comprising a spectroscope consisting of a dimensional photodetector, and means for moving a two-dimensional object placed in front of the entrance slit in a direction intersecting the slit of the entrance slit.

また、本発明の第2の2次元物体の分光装置は、入射端
に所定方向から入射する平面波のみを出射端に伝達する
高指向性光学素子を複数本回折格子の格子方向と平行な
1次元方向に並列して束ねた1次元多光吏高指向性光学
系と、1次元多光吏高指向性光学系の出射端からの光を
平行光に変換する集光光学系、集光光学系からの光を回
折する回折格子、回折格子によって回折された光を結像
する結像光学系、及び、結像面に配置された2次元光検
出器からなる分光器と、前記1次元多光吏高指向性光学
系の入射端の長手方向と交差する方向にその入射端の前
に配置した2次元物体を相対的に移動させる手段とから
なることを特徴とするものである。
In addition, the second two-dimensional object spectrometer of the present invention includes a plurality of highly directional optical elements that transmit only plane waves incident on the input end from a predetermined direction to the output end in a one-dimensional direction parallel to the grating direction of the diffraction grating. A one-dimensional multi-optical high-directivity optical system bundled in parallel in the direction, a condensing optical system that converts light from the output end of the one-dimensional multi-optical high-directivity optical system into parallel light, and a condensing optical system. a spectrometer consisting of a diffraction grating that diffracts light from the diffraction grating, an imaging optical system that forms an image of the light diffracted by the diffraction grating, and a two-dimensional photodetector placed on the imaging plane; The optical system is characterized by comprising means for relatively moving a two-dimensional object placed in front of the input end in a direction intersecting the longitudinal direction of the input end of the raised directional optical system.

また、第3の2次元物体の分光装置は、入射端に所定方
向から入射する平面波のみを出射端に伝達して平面波と
して出射する高指向性光学素子を複数本回折格子の格子
方向と平行な1次元方向に並列して束ねた1次元多光吏
高指向性光学系と、1次元多光吏高指向性光学系の出射
端からの平面波を回折する回折格子、回折格子によって
回折された光を回折格子の格子方向と垂直な方向に結像
する結像光学系、及び、結像面に配置された2次元光検
出器からなる分光器と、前記1次元多光吏高指向性光学
系の入射端の長手方向と交差する方向にその入射端の前
に配置した2次元物体を相対的に移動させる手段とから
なることを特徴とするものである。
In addition, the third two-dimensional object spectrometer includes a plurality of highly directional optical elements parallel to the grating direction of the diffraction grating that transmits only a plane wave that enters the input end from a predetermined direction to the output end and emits it as a plane wave. A one-dimensional multi-optical high-directivity optical system bundled in parallel in one-dimensional direction, a diffraction grating that diffracts a plane wave from the output end of the one-dimensional multi-optical high-directivity optical system, and light diffracted by the diffraction grating. an imaging optical system that forms an image in a direction perpendicular to the grating direction of the diffraction grating, a spectrometer consisting of a two-dimensional photodetector placed on the imaging plane, and the one-dimensional multi-optical highly directional optical system. It is characterized by comprising means for relatively moving a two-dimensional object placed in front of the entrance end in a direction intersecting the longitudinal direction of the entrance end.

第4の2次元物体の分光装置は、入射端に所定方向から
入射する平面波のみを出射端に伝達する高指向性光学素
子を列方向に複数本並列して束ねてなる高指向性光学素
子列体の複数をその入射端において行方向に積み重ねて
行列形式に配列された多光束高指向性光学系の入射端と
し、前記高指向性光学素子列体のそれぞれの出射端に第
2又は第3の分光装置において用いている分光器を別々
に配置し、前記多光束高指向性光学系の入射端に2次元
物体を配置するようにしたことを特徴とするものである
The fourth two-dimensional object spectroscopy device is a highly directional optical element array that is made up of a plurality of highly directional optical elements that are bundled in parallel in a column direction and that transmit only plane waves incident on the input end from a predetermined direction to the output end. A plurality of optical elements are stacked in the row direction at the input end of the multi-beam high-directivity optical system arranged in a matrix, and a second or third optical element is arranged at the output end of each of the high-directivity optical element arrays. The present invention is characterized in that the spectroscopes used in the spectroscopic device are arranged separately, and a two-dimensional object is arranged at the input end of the multi-beam highly directional optical system.

さらに、本発明の第5の2次元物体の分光装置は、入射
端に所定方向から入射する平面波のみを出射端に伝達す
る高指向性光学素子を列方向に複数本並列して東ねてな
る高指向性光学素子列体の複数をその入射端において行
方向に積み重ねて行列形式に配列された多光束高指向性
光学系の入射端とし、前記高指向性光学素子列体の各出
射端を列方向に並列して1列に配置された多光束高指向
性光学系の出射端とし、前記多光束高指向性光学系の出
射端に第2又は第3の分光装置において用いている分光
器を配置し、前記多光束高指向性光学系の入射端に2次
元物体を配置するようにしたことを特徴とするものであ
る。
Furthermore, the fifth two-dimensional object spectroscopic device of the present invention is constructed by arranging a plurality of highly directional optical elements in parallel in the row direction, which transmit only plane waves incident on the input end from a predetermined direction to the output end. A plurality of highly directional optical element arrays are stacked in the row direction at their input ends to serve as the input end of a multi-beam high directional optical system arranged in a matrix, and each output end of the highly directional optical element array is A spectrometer used in a second or third spectrometer at the output end of the multi-beam high-directivity optical system arranged in parallel in the column direction in one row, and at the output end of the multi-beam high-directivity optical system. and a two-dimensional object is arranged at the input end of the multi-beam highly directional optical system.

第6の2次元物体の分光装置は、マイケルソン干渉系の
集光レンズの前側焦点に2次元物体を配置するように構
成し、マイケルソン干渉系の結像レンズの後側焦点に2
次元光検出器を配置し、マイケルソン干渉系の移動鏡を
移動させた時に2次元光検出器の検出面の所定の複数の
サンプリング位置から得られるインターフェログラム信
号者々をフーリエ変換してサンプリング位置に対応する
2次元物体の位置からの光のスペクトルを求める手段を
設けたことを特徴とするものである。
The sixth two-dimensional object spectrometer is configured such that the two-dimensional object is placed at the front focus of the condensing lens of the Michelson interference system, and the two-dimensional object is placed at the back focus of the imaging lens of the Michelson interference system.
When a dimensional photodetector is placed and the movable mirror of the Michelson interference system is moved, the interferogram signals obtained from multiple predetermined sampling positions on the detection surface of the 2D photodetector are sampled by Fourier transformation. The present invention is characterized in that it includes means for determining the spectrum of light from the position of the two-dimensional object corresponding to the position.

第7の2次元物体の分光装置は、マイケルソン干渉系の
集光レンズの代わりに、入射端に所定方向から入射する
平面波のみを出射端に伝達して平面波として出射する高
指向性光学素子を複数本2次元方向に並列して束ねた2
次元多光吏高指向性光学系を配置し、前記2次元多光吏
高指向性光学系の入射端に2次元物体を配置するように
構成し、マイケルソン干渉系の結像レンズを省いてその
代わりにマイケルソン干渉系の出射側に2次元光検出器
を配置し、マイケルソン干渉系の移動鏡を移動させた時
に2次元光検出器の検出面の所定の複数のサンプリング
位置から得られるインターフェログラム信号者々をフー
リエ変換してサンプリング位置に対応する2次元物体の
位置からの光のスペクトルを求める手段を設けたことを
特徴とするものである。
The seventh two-dimensional object spectrometer uses a highly directional optical element that transmits only a plane wave that enters the input end from a predetermined direction to the output end and emits it as a plane wave instead of the condensing lens of the Michelson interference system. 2 bundled in parallel in two-dimensional direction
A multi-dimensional multi-optical highly directional optical system is arranged, a two-dimensional object is arranged at the input end of the two-dimensional multi-optical optical system, and the imaging lens of the Michelson interference system is omitted. Instead, a two-dimensional photodetector is placed on the output side of the Michelson interference system, and when the movable mirror of the Michelson interference system is moved, the information obtained from multiple predetermined sampling positions on the detection surface of the two-dimensional photodetector is The present invention is characterized by providing means for Fourier transforming the interferogram signals to obtain the spectrum of light from the position of the two-dimensional object corresponding to the sampling position.

以上の本発明の2次元物体の分光装置は何れも2次元顕
微分光装置に用いることができ、その2次元顕微分光装
置は2次元物体から所定方向に出る平面波を拡大して平
面波として出射する拡大光学系を備えたものである。
Any of the two-dimensional object spectroscopy devices of the present invention described above can be used as a two-dimensional microspectroscopy device, and the two-dimensional microspectroscopy device magnifies a plane wave emitted from a two-dimensional object in a predetermined direction and emits it as a plane wave. It is equipped with an optical system.

〔作用〕[Effect]

本発明の第1から第3の2次元物体の分光装置によると
、分光器は1次元方向の物体の各点のスペクトルを与え
ることができるので、2次元物体を移動させることによ
り、2次元物体の各点の分光を略同時に行うことができ
る。
According to the first to third spectroscopic devices for two-dimensional objects of the present invention, since the spectrometer can provide a spectrum at each point of the object in one-dimensional direction, by moving the two-dimensional object, The spectroscopy of each point can be performed almost simultaneously.

本発明の第4及び第5の2次元物体の分光装置によると
、入射端が2次元配列の多光束高指向性光学系と前記第
2又は第3の分光装置において用いている分光器とを用
いるので、2次元物体を移動させることなしに、2次元
物体の各点の分光を同時に行うことができる。
According to the fourth and fifth spectroscopic devices for two-dimensional objects of the present invention, the input end has a multi-beam highly directional optical system with a two-dimensional array and a spectrometer used in the second or third spectroscopic device. Since the two-dimensional object is used, spectroscopy of each point on the two-dimensional object can be performed simultaneously without moving the two-dimensional object.

本発明の第6及び第7の2次元物体の分光装置によると
、マイケルソン干渉系を用いたフーリエ変換分光装置に
おいて、光検出器として2次元光検出器を用い、その2
次元検出面の各点に実質的にその点に対応する2次元物
体の点からの光が干渉しながら入射するようになってい
るので、検出面の所定の複数のサンプリング位置から得
られるインターフェログラム信号各々をフーリエ変換す
ることにより、サンプリング位置に対応する2次元物体
の位置からの光のスペクトルを求めることができる。
According to the sixth and seventh two-dimensional object spectrometers of the present invention, in the Fourier transform spectrometer using a Michelson interference system, a two-dimensional photodetector is used as a photodetector;
Since the light from the point of the two-dimensional object substantially corresponding to that point is incident on each point on the dimensional detection surface while interfering, the interferometry obtained from a plurality of predetermined sampling positions on the detection surface is By Fourier transforming each of the gram signals, it is possible to obtain the spectrum of light from the position of the two-dimensional object corresponding to the sampling position.

なお、本発明の第6の2次元物体の分光装置における2
次元光検出器の最小単位検出器の大きさは、マイケルソ
ン干渉系の結像レンズの口径と焦点距離と観測最短波長
の波長で決まるフランフォーファー回折像(エアリ−デ
ィスク)の0次スペクトル(エアリ−ディスクの第1暗
輪内の部分が対応する。)より小さいことが必要である
。したがって、最小単位検出器が比較的大きい場合、F
値の大きな結像レンズを用いることが必要となる。
In addition, in the sixth two-dimensional object spectrometer of the present invention,
The size of the minimum unit detector of a dimensional photodetector is the zero-order spectrum ( (corresponds to the part within the first dark ring of the Airy disk). Therefore, if the smallest unit detector is relatively large, F
It is necessary to use an imaging lens with a large value.

もし、最小単位検出器の大きさがフランフォーファー回
折像の0次スペクトルより大きいと、時間的に位相のズ
した干渉縞が同時に最小単位検出器が入射してしまうた
め、干渉縞の時間変化が検出できなくなってしまう。
If the size of the minimum unit detector is larger than the 0th order spectrum of the Fraunhofer diffraction image, interference fringes with temporally shifted phases will enter the minimum unit detector at the same time, resulting in changes in the interference fringes over time. becomes undetectable.

また、本発駅の第7の2次元物体の分光装置においては
、高指向性光学素子の出射口から検出器までの距離で決
まるフレネル回折光と隣りの出射口からのフレネル回折
光がオーバラップしないで、しかも、各々の出射光は最
小単位検出器で検出されるように配置することが必要で
ある。
In addition, in the seventh two-dimensional object spectrometer at the main station, the Fresnel diffracted light determined by the distance from the exit of the highly directional optical element to the detector overlaps with the Fresnel diffracted light from the adjacent exit. Moreover, it is necessary to arrange the output light so that each emitted light is detected by a minimum unit detector.

なお、本発明の第2から第5、及び、第7の2次元物体
の分光装置によると、2次元物体からの光を分光装置に
導くのに多光束高指向性光学系を用いているので、2次
元物体から所定の方向に出る平面波のみを選択的に分離
して分光する。したがって、特に指向性のある発光物体
や反射物体の各点の分光を同時に行うのに適している。
According to the second to fifth and seventh two-dimensional object spectrometers of the present invention, a multi-beam highly directional optical system is used to guide the light from the two-dimensional object to the spectrometer. , selectively separates and spectrally spectra only plane waves emitted from a two-dimensional object in a predetermined direction. Therefore, it is particularly suitable for simultaneously performing spectroscopy on each point of a directional light-emitting object or reflective object.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の詳細な説明する前に、本発明のいくつかの実施
例において用いる多光束高指向性光学系について脱胡す
ることにする。
Before explaining the present invention in detail, we will briefly discuss the multi-beam high-directivity optical system used in some embodiments of the present invention.

本発明者は、特願平1−62898号及び特願平1−2
50034号において、散乱光に混入している平面波を
分離して取り出し、観察するには、平面波のフランフォ
ーファ回折像(エアリ−ディスク)の0次スペクトル(
エアリ−ディスクの第1暗輪内の部分が対応する。)の
みを観察するようにすればよく、このようにすることに
よって散乱成分を殆ど除くことができることを示した。
The inventors of the present invention
No. 50034, in order to separate and extract the plane waves mixed in the scattered light and observe them, the zero-order spectrum (
This corresponds to the portion within the first dark ring of the Airy disk. ), and it was shown that by doing so, most of the scattered components could be removed.

そして、このような観察を実現する高指向性素子として
、第1図のように相互に離れた2つのピンホールP、 
、P、からなる光学系を提案した。この光学系は、ピン
ホールP2を通して0次光を検出器23で検出するもの
である。また、第2図に示すように、直線状の細長い中
空のガラス繊維35からなっており、その内壁面には光
吸収材、例えばカーボン等の吸収材35が塗布されてい
る高指向性光学素子を提案した。このような光学素子に
おいては、適宜測定対象に応じて開口径と長さを設定し
、光学素子を入射開口径に比して充分長くすれば、高指
向性光学素子に入射した光のうち、光軸に平行な平面波
のみが出射面から取り出せることになる。しかも、この
ような高指向性光学素子を複数束ねて多光束高指向性光
学系を構成することにより、2次元的に強度分布を有す
る平面波のみを取り出せることも提案した。
As a highly directional element that realizes such observation, two pinholes P, which are separated from each other as shown in Figure 1, are used.
, P, was proposed. In this optical system, the zero-order light is detected by the detector 23 through the pinhole P2. Further, as shown in FIG. 2, a highly directional optical element is made of a straight, elongated hollow glass fiber 35, and the inner wall surface of the highly directional optical element is coated with a light absorbing material, such as an absorbing material 35 such as carbon. proposed. In such an optical element, if the aperture diameter and length are set appropriately according to the measurement target and the optical element is made sufficiently long compared to the entrance aperture diameter, out of the light incident on the highly directional optical element, Only plane waves parallel to the optical axis can be extracted from the exit surface. Furthermore, the authors also proposed that by bundling a plurality of such highly directional optical elements to form a multi-beam highly directional optical system, only plane waves having a two-dimensional intensity distribution can be extracted.

ところで、第1図や第2図に示したような高指向性光学
素子においては、フラン7オーフア回折像を観察できる
距離においては、フランフォーコア回折の0次の回折像
(エアリ−ディスクの第1暗輪)は、入射側の開口直径
より大きくなり、入射側の開口直径と同じ大きさの取り
出し開口を用いた場合、0次の回折像の一部しか取り出
せず、しかも、観測点を離すほど上記第1暗輪は大きく
なり、取り出し開口より取り出されるエネルギーは小さ
くなることが分かった。そこで、第3図に示すように、
入口開口P、による回折波を凸レンズLに入射させ、そ
の焦点面上に回折像の第1暗輪に略等しい径を有するピ
ンホールP、を配置して、0次の回折像の大部分を取り
出すようにすることにより、より明るい高指向性光学素
子を構成できることが分かった。この素子は、ピンホー
ルP2の径を入口開口の径以下にすることができるもの
である。なお、この場合、人口開口P1はレンズLの開
口P。自身であってもよい。この素子において、0次の
回折像の大きさと開口P1の関係を求めてみる。レンズ
による回折像のエアリ−ディスクの第1暗輪の直径りは
、 D = 2.442・f/D、   ・・・・・・・(
1)となる。ここで、Drは開口P1の直径、fはレン
ズLの焦点距離である。開口直径Drが第1暗輪直径り
以上になる条件を求めると、 Dr”≧2.44λ・f   −−−−−−−(2)と
なる。凸レンズを用いてこのような条件を満足する高指
向性光学素子を構成することは極めて容易である。数値
例をあげると、例えば、波長λとして500nmの光を
用いると、1mmの開口直径Drに対して焦点距離fが
5cmの凸レンズを用いると、エアリ−ディスクの第1
暗輪の直径りは6.lXl0−2mm、焦点距iffが
10cmの凸レンズを用いると、第1暗輪の直径りは1
.22XlO−’mmとなり、式(2)の条件を満足し
ていることが分かる。このような式(2)の条件を満足
する高指向性光学素子を単位として用いれば、多数の高
指向性光学素子を隣接して密に並べて多光束高指向性光
学系を構成して、入射する全ての平面波を取り込む場合
でも、隣接するもの相互が相互に干渉することがな(、
場所によって強度が相違する2次元的平面波に乗った例
えば発光像が高解像力で観測できる。
By the way, in highly directional optical elements such as those shown in Figs. 1 and 2, at a distance where the Franfau core diffraction image can be observed, the 0th-order diffraction image of the Franfau core diffraction (the Airy disk's 1 dark ring) is larger than the diameter of the aperture on the entrance side, and if an extraction aperture with the same size as the diameter of the entrance side is used, only a part of the 0th order diffraction image can be taken out, and the observation point is far away. It was found that the larger the first dark ring becomes, the smaller the energy extracted from the extraction opening becomes. Therefore, as shown in Figure 3,
The diffracted wave by the entrance aperture P is made incident on the convex lens L, and a pinhole P having a diameter approximately equal to the first dark ring of the diffraction image is arranged on the focal plane of the convex lens L, so that most of the 0th order diffraction image is It has been found that by taking out the light, a brighter and highly directional optical element can be constructed. This element allows the diameter of the pinhole P2 to be smaller than the diameter of the inlet opening. In this case, the artificial aperture P1 is the aperture P of the lens L. It can be yourself. In this element, the relationship between the size of the zero-order diffraction image and the aperture P1 will be determined. The diameter of the first dark ring of the Airy disk in the diffraction image by the lens is D = 2.442・f/D, (
1). Here, Dr is the diameter of the aperture P1, and f is the focal length of the lens L. If we find the condition for the aperture diameter Dr to be greater than or equal to the diameter of the first dark ring, we get the following: Dr”≧2.44λ・f −−−−−−−(2).Satisfy this condition by using a convex lens. It is extremely easy to construct a highly directional optical element.To give a numerical example, for example, when using light with a wavelength λ of 500 nm, a convex lens with a focal length f of 5 cm is used for an aperture diameter Dr of 1 mm. and the first Airy disk.
The diameter of the dark ring is 6. When using a convex lens with lXl0-2mm and focal length iff of 10cm, the diameter of the first dark ring is 1
.. 22XlO-'mm, which indicates that the condition of formula (2) is satisfied. If a highly directional optical element that satisfies the condition of equation (2) is used as a unit, a multi-beam highly directional optical system can be constructed by arranging a large number of highly directional optical elements closely adjacent to each other. Even if all the plane waves are taken in, adjacent plane waves will not interfere with each other (,
For example, a light emission image riding on a two-dimensional plane wave whose intensity differs depending on the location can be observed with high resolution.

次に、この高指向性光学素子の具体例を説明する。第4
図に示したものは、前記式(2)の関係を満足する例え
ば顕微鏡対物レンズからなる対物レンズobとその焦点
面に配置したピンホールPとからなり、ピンホールPは
対物レンズ○bによるフランフォーコア回折の0次の回
折像のみを通過させるものである。また、第5図(a)
に別の形態の凸レンズGLを示す。これは、商品名「セ
ルフォックレンズ」として知られているもので、屈折率
分布レンズとも呼ばれる。このレンズは、屈折率が中心
軸から周辺に徐々に低下しており、凸レンズと同様に集
光作用をする。その長さを適当に選択することにより、
焦点面を円筒体の端面に一致させることかできる。この
ような屈折率分布レンズGLの一端の焦点面に、第51
1(b)に示すように、第4図の場合と同様なピンホー
ルPを配置してフランフォーコア回折の0次の回折像の
みを通過させるようにすることもできる。
Next, a specific example of this highly directional optical element will be explained. Fourth
What is shown in the figure consists of an objective lens ob, which is, for example, a microscope objective lens that satisfies the relationship of formula (2) above, and a pinhole P placed in its focal plane. It allows only the 0th order diffraction image of four core diffraction to pass through. Also, Fig. 5(a)
shows another form of convex lens GL. This is known under the trade name "Selfoc Lens" and is also called a gradient index lens. This lens has a refractive index that gradually decreases from the central axis to the periphery, and has a light condensing effect similar to a convex lens. By appropriately selecting the length,
The focal plane can be made to coincide with the end face of the cylinder. At the focal plane of one end of such a gradient index lens GL, the 51st
As shown in FIG. 1(b), a pinhole P similar to that in FIG. 4 may be arranged to allow only the zero-order diffraction image of Franfau core diffraction to pass through.

ところで、光ファイバーの中には、多モードファイバー
、屈折率分布ファイバー、シングルモードファイバー等
が知られているが、この中シングルモードファイバーは
コア径が極めて小さく、入射端のコア端面に入射した光
しか通さず、かつ、軸に対して大きな角度をなす光は通
さない性質を有するものであり、第4図ないし第5図(
b)のピンホールPの代わりに用いる二とができる。し
かも、シングルモードファイバーの口径は、対物レンズ
Ob又は屈折率分布レンズGLのフランフォーファー回
折の第1暗輪と一致する値なので、効率的にフランフォ
ーコア回折の0次の回折像のみを結合して伝達させるの
に都合がよい。さらに、光ファイバーを取り出し部に用
いるので、その光を任意の場所に導くことができ、配置
上有利である。
Incidentally, among optical fibers, there are multimode fibers, graded index fibers, single mode fibers, etc. Among these, single mode fibers have an extremely small core diameter, and only the light incident on the core end face at the input end is transmitted. It has the property of not allowing light to pass through and making a large angle to the axis, and as shown in Figures 4 and 5 (
2 can be used in place of the pinhole P in b). Furthermore, since the aperture of the single mode fiber has a value that matches the first dark ring of Franhoefer diffraction of the objective lens Ob or the gradient index lens GL, only the 0th-order diffraction image of Franhoefer core diffraction is efficiently combined. It is convenient for conveying information. Furthermore, since an optical fiber is used for the extraction part, the light can be guided to any desired location, which is advantageous in terms of arrangement.

第6図は対物レンズObの焦点にシングルモードファイ
バーSMを配置して高指向性光学素子を構成した例を示
し、第7図は屈折率分布レンズGLの一端の焦点にシン
グルモードファイバーSMを配置して高指向性光学素子
を構成した例を示す。
Fig. 6 shows an example in which a single mode fiber SM is arranged at the focal point of the objective lens Ob to configure a highly directional optical element, and Fig. 7 shows an example in which a single mode fiber SM is arranged at the focal point of one end of the gradient index lens GL. An example in which a highly directional optical element is constructed is shown below.

焦点距離の長いレンズの場合、該レンズによるフランフ
ォーファー回折の第1暗輪をマルチモードのファイバー
の口径と同じにすることも可能である。例えば、レンズ
の前に開口を入れ、その径を小さくして行くと、第1暗
輪をマルチモードファイバーの口径と一致させることが
できる。このような場合には、マルチモードファイバー
も使用できる。
In the case of a lens with a long focal length, it is also possible to make the first dark ring of Franhofer diffraction caused by the lens the same as the aperture of the multimode fiber. For example, by inserting an aperture in front of the lens and decreasing its diameter, the first dark ring can be made to match the aperture of the multimode fiber. In such cases, multimode fibers can also be used.

上記のような高指向性光学素子を通過した平面波は、素
子から発散する球面波として出て行く。
A plane wave that passes through a highly directional optical element such as the one described above leaves the element as a spherical wave that diverges.

例えば、ピンホールPの背後に光検出器を配置して吸収
率を測定するような場合は、このように出射光が発散す
るものであってもよいが、例えば高指向性光学素子を多
数束ねて多光束高指向性光学系を構成し、反射散乱物体
の分布像を検知するような場合には、各高指向性光学素
子から平面波として出て行くように構成することが望ま
しい。第8図から第11図にこのような構成のいくつか
を示す。第8図の場合は、出射側に入射側の対物レンズ
○b1と同様の対物レンズOb2を中間に配置したピン
ホールPにその焦点が一致するように配置したもので、
0次の回折像がピンホールPを通過して球面波となり、
対物レンズOb2により再び平面波に変換されるもので
ある。第9図の場合は、第5図(b)のピンホールPの
後にその前に配置した屈折率分布レンズGLIと同様の
屈折率分布レンズGL2を共焦点に配置するものである
For example, when a photodetector is placed behind the pinhole P to measure the absorption rate, the emitted light may diverge in this way, but for example, if a large number of highly directional optical elements are bundled, When a multi-beam, high-directivity optical system is configured to detect a distribution image of a reflective and scattering object, it is desirable to configure the light beam to exit as a plane wave from each high-directivity optical element. Several such configurations are shown in FIGS. 8-11. In the case of Fig. 8, an objective lens Ob2 similar to the objective lens ○b1 on the input side is placed on the output side so that its focal point coincides with a pinhole P placed in the middle.
The 0th order diffraction image passes through the pinhole P and becomes a spherical wave,
It is converted back into a plane wave by the objective lens Ob2. In the case of FIG. 9, a gradient index lens GL2 similar to the gradient index lens GLI disposed before and after the pinhole P in FIG. 5(b) is placed confocal.

第10図(a)のものは、第8図のピンホールPの代わ
りにシングルモードファイバーSMを用いるものである
。なお、図の(b)に示すように、一方の対物レンズO
bl又はOb2の代わりに屈折率分布レンズGLを用い
てもよい。この場合、屈折率分布レンズGLのフランフ
ォーファー回折の第1暗輪と対物レンズObl又は○b
2の第1暗輪と略一致することが必要である。第11図
のものは第9図のピンホールPの代わりにシングルモー
ドファイバーSMを用いるものである。
The one shown in FIG. 10(a) uses a single mode fiber SM in place of the pinhole P in FIG. 8. Note that, as shown in figure (b), one objective lens O
A gradient index lens GL may be used instead of bl or Ob2. In this case, the first dark ring of Franhofer diffraction of the gradient index lens GL and the objective lens Obl or ○b
It is necessary that the first dark ring of No. 2 substantially coincide with the first dark ring of No. 2. The one shown in FIG. 11 uses a single mode fiber SM instead of the pinhole P shown in FIG.

以上説明してきた高指向性光学素子は、何れも2次元の
分布を有する平面波を同時検出することはできない。そ
こで、これらの高指向性光学素子を多数2次元的に並べ
て多光束高指向性光学系を構成することが必要になる場
合がある。まず、出射光が発散光になるものの例を第1
2図から第15図を参照にして説明する。第12図の多
光束高指向性光学系は第5図(b)の高指向性光学素子
を多数並列させたものに相当する。これは、まず、枠内
に多数の同様な屈折率分布レンズGLを俵積み状に規則
正しく並べ、例えば黒色シリコン樹脂からなる接着剤已
によって相互に接着すると共に、隙間を通って光が後ろ
に漏れないようにする。このようにして形成された屈折
率分布レンズアレイGAの後ろの面にピンホールアレイ
PAを密着する。ピンホールアレイPAの各ピンホール
は、各屈折率分布レンズGLの軸と一致するように設け
られている。そのたt1屈折率分布レンズアレイGAの
前方から2次元的に強度分布を有する平面波がこの屈折
率分布レンズアレイGAに入射すると、ピンホールアレ
イPAの各ピンホールを通過した光の強度はその分布に
従って異なる。したがって、各ピンホールの後ろに別々
の光検出器を配置するか、ピンホールアレイPAの後ろ
に2次元光強度検出器を配置することによって、平面波
の2次元的強度分布を測定できる。また、第13図の多
光束高指向性光学系は第4図の高指向性光学素子を多数
並列させたものに相当するが、この場合、対物レンズを
並列に並べる代わりに、平板マイクロレンズPMを用い
ている。平板マイクロレンズPMは、例えばフォトリソ
グラフィクな手法を用いて、透明板に微小なレンズを規
則的にアレイ状に制作するか、イオン交換、イオン打ち
込み等の手法で屈折率分布レンズを規則的にアレイ状に
制作したものである。そして、各微小レンズの焦点の位
置に対応してピンホールを有するピンホール7L/イP
Aを平板マイクロレンズPMの焦点面に配置することで
、第12図の多光束高指向性光学系と同様の多光束高指
向性光学系を構成することができる。さらに、第14図
の多光束高指向性光学系は第7図の高指向性光学素子を
多数並列させたものに相当する。すなわち、第12図で
説明した屈折率分布レンズアレイGAの後ろの面に、レ
ンズアレイGAの各屈折率分布レンズの軸に対応してシ
ングルモードファイバーSMを多数曲べて構成したシン
グルモードファイバーアレイSAを密着させたものであ
り、第12図のピンホールアレイFAの代わりにシング
ルモードファイバーアレイSAを用いて同様な作用をす
るものを構成している。さらに、第15図のものは、第
13図のもののピンホールアレイPAの代わりにシング
ルモードファイバーアレイSAと同様なシングルモード
ファイバーSMの配列体SHを用いている。
None of the highly directional optical elements described above can simultaneously detect plane waves having a two-dimensional distribution. Therefore, it may be necessary to arrange a large number of these highly directional optical elements two-dimensionally to configure a multi-beam, highly directional optical system. First, let's look at an example where the emitted light becomes diverging light.
This will be explained with reference to FIGS. 2 to 15. The multi-beam high-directivity optical system shown in FIG. 12 corresponds to one in which a large number of high-directivity optical elements shown in FIG. 5(b) are arranged in parallel. First, a large number of similar graded refractive index lenses GL are arranged in a stacked pattern in a regular manner within a frame, and they are adhered to each other using adhesive strips made of black silicone resin, for example, and light leaks backward through the gaps. Make sure not to. A pinhole array PA is closely attached to the rear surface of the gradient index lens array GA thus formed. Each pinhole of the pinhole array PA is provided so as to coincide with the axis of each gradient index lens GL. On the other hand, when a plane wave having a two-dimensional intensity distribution enters the t1 gradient index lens array GA from the front of the gradient index lens array GA, the intensity of the light passing through each pinhole of the pinhole array PA will change according to the distribution. Different according to. Therefore, by placing a separate photodetector behind each pinhole or by placing a two-dimensional light intensity detector behind the pinhole array PA, the two-dimensional intensity distribution of the plane wave can be measured. Furthermore, the multi-beam high-directivity optical system shown in Fig. 13 corresponds to one in which a large number of high-directivity optical elements shown in Fig. 4 are arranged in parallel. is used. Flat plate microlens PM is produced by fabricating a regular array of tiny lenses on a transparent plate using, for example, photolithographic techniques, or by fabricating gradient index lenses regularly by techniques such as ion exchange or ion implantation. It was created in an array. And a pinhole 7L/IP having a pinhole corresponding to the focal point position of each microlens.
By arranging A on the focal plane of the flat microlens PM, a multi-beam highly directional optical system similar to the multi-beam highly directional optical system shown in FIG. 12 can be constructed. Further, the multi-beam high-directivity optical system shown in FIG. 14 corresponds to one in which a large number of high-directivity optical elements shown in FIG. 7 are arranged in parallel. That is, on the rear surface of the gradient index lens array GA explained in FIG. 12, there is a single mode fiber array formed by bending a large number of single mode fibers SM corresponding to the axis of each gradient index lens of the lens array GA. A single mode fiber array SA is used in place of the pinhole array FA shown in FIG. 12 to provide the same effect. Further, the one in FIG. 15 uses an array SH of single mode fibers SM similar to the single mode fiber array SA in place of the pinhole array PA in the one in FIG. 13.

この配列体SHは、両端に支持具Sを設け、各支持具S
は、平板マイクロレンズPMの各微小レンズの焦点の位
置を中心にしてシングルモードファイバーSMの直径に
等しい開口を多数設けたもので、各開口にシングルモー
ドファイバーSMの入射端と出射端を挿入して規則的に
シングルモードファイバーSMを配列したものである。
This array SH is provided with supports S at both ends, and each support S
In this example, a number of apertures equal to the diameter of the single mode fiber SM are provided around the focal point of each microlens of the flat plate microlens PM, and the input end and output end of the single mode fiber SM are inserted into each aperture. Single mode fibers SM are regularly arranged.

ところで、第12図から第15図の多光束高指向性光学
系は、前記したように出射光が発散光になるものである
。このように出射光がピンホールアレイPA等の後ろの
面の出射点から拡散光として出ると、2次元光強度検出
器等の検出器は余り離して配置することができない(余
り離れると隣接するチャンネル同士が干渉を起こして、
強度分布を測定することができなくなる。)。そこで、
出射光も入射光と同様に分布を持った平面波として出射
する多光束高指向性光学系を構成することができる。そ
の例を第16図から第19図に示す。
By the way, in the multi-beam high-directivity optical system shown in FIGS. 12 to 15, the emitted light becomes diverging light, as described above. If the emitted light comes out as diffused light from the emission point on the rear surface of the pinhole array PA, etc., detectors such as two-dimensional light intensity detectors cannot be placed too far apart (if they are too far apart, they will be placed adjacent to each other). Channels cause interference,
It becomes impossible to measure the intensity distribution. ). Therefore,
It is possible to construct a multi-beam highly directional optical system in which the emitted light is emitted as a plane wave with a distribution similar to that of the incident light. Examples are shown in FIGS. 16 to 19.

第16I!Iの多光束高指向性光学系は、第9図の高指
向性光学素子を多数並列させたものに相当する。
16th I! The multi-beam high-directivity optical system I corresponds to one in which a large number of high-directivity optical elements shown in FIG. 9 are arranged in parallel.

この光学系を構成するには、第12図との関連で説明し
た2個の屈折率分布レンズアレイGAI、GA2の間に
ピンホールアレイPAを配置し、それぞれの屈折率分布
レンズの軸とピンホールアレイFAの各ピンホールを整
合して密着する。このように構成すると、2次元的に強
度分布している入射平面波は散乱光がこの多光束高指向
性光学系によって取り除かれて同様に2次元的に強度分
布を有している平面波として出るので、2次元光強度検
出器等の検出器をこの多光束高指向性光学系からある程
度離して配置しても、2次元的に強度分布を測定するこ
とができる。第17図の多光束高指向性光学系は、第1
3図の多光束高指向性光学系の後ろに共焦点で第2の平
板マイクロレンズPM2を配置したものである。また、
第18図の多光束高指向性光学系は、第11図の高指向
性光学素子を多数並列させたものに相当する。詳細な説
明は必要なかろう。さらに、第195Uの多光束高指向
性光学系は、第15図の多光束高指向性光学系の後ろに
、配列体SHの各シングルモードファイバーの出射端の
コアに第2の平板マイクロレンズPM2の前側の焦点が
一致するようにして配置したものである。
To configure this optical system, a pinhole array PA is arranged between the two gradient index lens arrays GAI and GA2 explained in connection with FIG. 12, and the axis and pin of each gradient index lens are Each pinhole in the hole array FA is aligned and brought into close contact. With this configuration, scattered light from an incident plane wave with a two-dimensional intensity distribution is removed by this multi-beam highly directional optical system and output as a plane wave with a two-dimensional intensity distribution as well. Even if a detector such as a two-dimensional light intensity detector is placed at a certain distance from this multi-beam highly directional optical system, the intensity distribution can be measured two-dimensionally. The multi-beam high-directivity optical system shown in FIG.
A second flat plate microlens PM2 is arranged confocally behind the multi-beam highly directional optical system shown in FIG. Also,
The multi-beam high-directivity optical system shown in FIG. 18 corresponds to one in which a large number of high-directivity optical elements shown in FIG. 11 are arranged in parallel. A detailed explanation may not be necessary. Furthermore, the multi-beam high-directivity optical system of No. 195U includes a second flat microlens PM2 at the core of the output end of each single mode fiber of the array SH, behind the multi-beam high-directivity optical system of FIG. The images are arranged so that the front focal points of the images coincide with each other.

さて、本発明の2次元物体の分光装置について説明する
。まず、第20図に回折格子51と凹面鏡M1、M2、
入射スリット52からなる回折格子分光器を示す。回折
格子51の格子方向に平行な入射スリット52から入射
した光は凹面鏡M1で乎行光に変えられ、回折格子51
に入射して波長に応じた角度で回折され、凹面鏡M2に
よって入射スリット52と共役な分光面53にスペクト
ル分布を与える。入射スリット52にその高さによって
異なるスペクトル特性の光が入射するとすると、分光面
53のスリット52の高さ方向(X方向)には、その高
さの位置に入射スリット52に入射した光のスペクトル
が得られる(スペクトル分布はX方向に分布する。)。
Now, the two-dimensional object spectroscopic apparatus of the present invention will be explained. First, FIG. 20 shows the diffraction grating 51 and concave mirrors M1, M2,
A grating spectrometer consisting of an entrance slit 52 is shown. The light incident from the entrance slit 52 parallel to the grating direction of the diffraction grating 51 is converted into traveling light by the concave mirror M1, and the light enters the diffraction grating 51.
The beam enters the beam and is diffracted at an angle corresponding to the wavelength, and a concave mirror M2 imparts a spectral distribution to a spectral surface 53 conjugate to the incident slit 52. If light with different spectral characteristics is incident on the entrance slit 52 depending on its height, the spectrum of the light that has entered the entrance slit 52 at the position of that height in the height direction (X direction) of the slit 52 on the spectral plane 53 (The spectral distribution is distributed in the X direction.)

したがって、分光面53に2次元光検出器54を配置し
て、その入射面のX方向にスリット52の高さを、X方
向に波長を対応させて、強度分布を測定すれば、スリッ
ト52の入射位置に対応した1次元物体の分光測定を行
うことができる。また、入射スリット52の前に被測定
2次元物体55を置いて、2次元光検出器54により、
スリット52の入射位置に対応した物体位置の分光測定
を行いながら、2次元物体55を図のX方向に移動する
ことにより、2次元物体55の各点からのスペクトルを
略同時に測定できる。このために、図の両矢符方向に2
次元物体55を移動する機構を設ける。この機構は図示
してないが、周知の各種の手段が用いられる。なお、2
次元物体55とスリット52を空間的に離間し、その間
に結像光学系を設けて2次元物体55の像をスリット5
2上に結像させ、また、この光路中にガルバノミラ−等
の偏向光学系を介在させ、スリット52上の2次元物体
55の像を走査移動するようにしてもよい。
Therefore, by arranging the two-dimensional photodetector 54 on the spectral plane 53 and measuring the intensity distribution by matching the height of the slit 52 in the X direction of the incident plane and the wavelength in the X direction, the intensity distribution of the slit 52 can be measured. It is possible to perform spectroscopic measurements of a one-dimensional object corresponding to the incident position. In addition, a two-dimensional object to be measured 55 is placed in front of the entrance slit 52, and the two-dimensional photodetector 54 detects the
By moving the two-dimensional object 55 in the X direction in the figure while performing spectroscopic measurements at the object position corresponding to the incident position of the slit 52, spectra from each point of the two-dimensional object 55 can be measured almost simultaneously. For this purpose, move 2 in the direction of the double arrows in the figure.
A mechanism for moving the dimensional object 55 is provided. Although this mechanism is not shown, various known means may be used. In addition, 2
The dimensional object 55 and the slit 52 are spatially separated, and an imaging optical system is provided between them, so that the image of the two-dimensional object 55 is transferred to the slit 5.
The image of the two-dimensional object 55 on the slit 52 may be scanned by interposing a deflection optical system such as a galvano mirror in this optical path.

第20図の例は入射スリット52の前に被測定2次元物
体55を直接配置する例であったが、この物体を分光器
から離して配置し、スリット52と物体55の表面間を
、第12図から第19図において説明した多光束高指向
性光学系ないし光ファイバー東で結んで2次元物体の各
点からの入射光の分光をすることもできる。その例を第
21図に示す。符号56で示された東は、第12図から
第15図において説明した入射平面波が各高指向性光学
素子の出射点から発散光に変換されて出る多光束高指向
性光学系であって、1次元方向にのみ並列して束ねられ
たものである。この場合、1次元配列多光束高指向性光
学系56の出射端が入射スリット52の作用をするたt
1スリット52は配置する必要がない。このような多光
束高指向性光学系56を用いると、物体55から所定方
向に出る光のみが選択分離されて分光器に入射し、スペ
クトル測定がされるため、例えば散乱2次元物体の各点
の反射散乱スペクトルを測定するのに有効なものとなる
。上記の多光束高指向性光学系56として、第14図及
び第15図のものを用いると、単一モード光ファイバー
東が用いられているため、その入射端と出射端の間に可
撓性を持たせることができるので、2次元物体55自体
を移動走査する代わりに、多光束高指向性光学系56の
入射端を物体55の表面に沿って走査して、物体からの
平面波を取り込むようにすることができる。なお、上記
多光束高指向性光学系の代わりに1次元配列光ファイバ
ー東を用いてもよい。
The example in FIG. 20 is an example in which the two-dimensional object to be measured 55 is placed directly in front of the entrance slit 52, but this object is placed away from the spectrometer, and the space between the slit 52 and the surface of the object 55 is It is also possible to separate the incident light from each point of a two-dimensional object by connecting the multi-beam high-directivity optical system or optical fiber east described in FIGS. 12 to 19. An example is shown in FIG. East, indicated by reference numeral 56, is a multi-beam high-directivity optical system in which the incident plane wave explained in FIGS. 12 to 15 is converted into diverging light from the output point of each high-directivity optical element, and They are bundled in parallel only in one dimension. In this case, since the output end of the one-dimensional array multi-beam high-directivity optical system 56 acts as the entrance slit 52, t
It is not necessary to arrange one slit 52. When such a multi-beam highly directional optical system 56 is used, only the light emitted from the object 55 in a predetermined direction is selectively separated and incident on the spectrometer, and the spectrum is measured. This is effective for measuring the reflection and scattering spectra of . When the multi-beam highly directional optical system 56 shown in FIGS. 14 and 15 is used, since a single mode optical fiber is used, flexibility is provided between the input end and the output end. Therefore, instead of moving and scanning the two-dimensional object 55 itself, the input end of the multi-beam highly directional optical system 56 is scanned along the surface of the object 55 to capture plane waves from the object. can do. Note that a one-dimensional array of optical fibers may be used instead of the multi-beam high-directivity optical system.

ところで、多光束高指向性光学系として、第16図から
第19図に示したように、物体からの所定方向に出る平
面波のみを分離して平面波として取り出すものがある。
By the way, as shown in FIGS. 16 to 19, there is a multi-beam highly directional optical system that separates only plane waves emitted from an object in a predetermined direction and extracts them as plane waves.

このように入射平面波を平面波として出射する多光束高
指向性光学系57を用いる例を第22図に示す。多光束
高指向性光学系57から出射する光は平面波になってい
るので、第21図における第1凹面鏡Mlは最早必要で
ない。また、第2凹面鏡M2は母線がX方向に向いてい
る凹円筒鏡M3で置き換える必要がある。したがって、
第22図の分光器においては、回折格子51から出た回
折光は、凹円筒鏡M3に入射してy軸に垂直な方向にの
み集束され、分光面53にX方向位置に応じたスペクト
ルを与える。
FIG. 22 shows an example using the multi-beam highly directional optical system 57 that outputs an incident plane wave as a plane wave. Since the light emitted from the multi-beam highly directional optical system 57 is a plane wave, the first concave mirror Ml in FIG. 21 is no longer necessary. Further, it is necessary to replace the second concave mirror M2 with a concave cylindrical mirror M3 whose generatrix is oriented in the X direction. therefore,
In the spectrometer shown in FIG. 22, the diffracted light emitted from the diffraction grating 51 enters the concave cylindrical mirror M3 and is focused only in the direction perpendicular to the y-axis, producing a spectrum corresponding to the position in the X direction on the spectral plane 53. give.

ところで、第20図から第22図の分光器において、2
次元物体55の各点からの光を分光するには、物体をス
リット等の前で走査のために移動するか、多光束高指向
性光学系又は光ファイバー東の入射端を物体表面に沿っ
て走査移動しなければならない。これを避けて何らの機
械的な移動を行わないで、2次元物体の各点からの光を
同時に分光することができる。その例を第23図と第2
4図に示す。第23図の例は、図のら)に示しであるよ
うに、2次元物体の表面がx−y平面にあるとして、そ
れをm行n列に分割し、各分割点に対応して1個の高指
向性光学素子又は光ファイバーの入射端が対応するよう
に、多光束高指向性光学系ないし光ファイバー東58の
入射端を構成し、多光束高指向性光学系ないし光ファイ
バー東58の他端は、入射端の各列が対応する1次元配
列のものに分岐し、その1次元配列の出射端各々を第2
1図又は第22図に示したように、別々の分光器11〜
1oに入射させるようにしたものである。
By the way, in the spectrometers shown in Figs. 20 to 22, 2
To separate the light from each point of the dimensional object 55, the object is moved in front of a slit etc. for scanning, or a multi-beam highly directional optical system or the input end of the optical fiber east is scanned along the object surface. have to move. To avoid this, it is possible to simultaneously separate light from each point of a two-dimensional object without performing any mechanical movement. An example of this is shown in Figure 23 and 2.
Shown in Figure 4. In the example of Fig. 23, assuming that the surface of a two-dimensional object is on the x-y plane, as shown in Fig. 23, the surface of the two-dimensional object is divided into m rows and n columns, and one The input end of the multi-beam high-directivity optical system or optical fiber east 58 is configured such that the input ends of the high-directivity optical elements or optical fibers correspond to each other, and the other end of the multi-beam high-directivity optical system or optical fiber east 58 is configured. In this case, each row of input ends branches into a corresponding one-dimensional array, and each output end of the one-dimensional array is divided into a second array.
As shown in FIG. 1 or FIG.
1o.

このようにすると、2次元物体又は多光束高指向性光学
系ないし光ファイバー東58の入射端を何ら移動せずに
、図の(a)に示したような、被測定物体の各点に対応
したスペクトルが得られる。この第23図のものは、多
数の分光器1.〜1..を用いないと、物体各点のスペ
クトルを同時に得ることはできないが、1台の分光器1
0で同時に各点の分光をできるようにした例が第24図
のものである。すなわち、この場合は、多光束高指向性
光学系ないし光ファイバー東59の出射端は、入射端の
各列を上下につないで1列にした配置になっており、そ
のため分光器10は1台でよいことになる。なお、この
ような入射端と出射端の素子配列関係は、光フアイバー
束において、ライン・ラスタートランスデユーサ−又は
面−線変換器として周知のものである。
In this way, without moving the two-dimensional object, the multi-beam highly directional optical system, or the input end of the optical fiber east 58, it is possible to measure points corresponding to each point of the object to be measured, as shown in (a) of the figure. A spectrum is obtained. The one in FIG. 23 includes a large number of spectrometers 1. ~1. .. If you do not use the
An example in which spectroscopy can be performed at each point simultaneously at 0 is shown in FIG. That is, in this case, the output end of the multi-beam highly directional optical system or the optical fiber east 59 is arranged in such a way that each row of the input end is connected vertically to form a single row, so that only one spectrometer 10 is required. It will be a good thing. Incidentally, such an element arrangement relationship between the input end and the output end is well known as a line-raster transducer or a surface-line transducer in an optical fiber bundle.

さて、以上は回折格子分光器を用いて2次元被測定物体
の各点からの光のスペクトルを求めるものであったが、
マイケルソン干渉器を用いたフーリエ分光装置によって
も、同様に2次元物体の各点からの光の分光を行うこと
ができる。その例を第25図から第27図を参照にして
説明する。第25図の例においては、図の(a)に示す
ように、2次元物体55は、マイケルソン干渉系の集光
レンズL、の前側焦点面に配置される。物体55の各点
から出た光はこのレンズL、によって平行光に変換され
、この平行光は光線分割ミラーHMにより2分され、一
方は固定鏡M、に当たって反射され、光線分割ミラーH
Mを通過して結像レンズL、に人射し、その後側焦点面
の共役な位置に像を結ぶ。他方の平行光は移動鏡M、に
入射して反射され、光線分割ミラーHMにより反射され
て結像レンズL、に入射し、その後側焦点面の共役な位
置に像を結ぶ。一方の光と他方の光は結像レンズL2の
後側焦点面に重なって像を結ぶが、両者の光は可干渉性
であるので、この位置に光検出器を配置すると、移動鏡
M、の移動に伴ってその光検出器からインターフェログ
ラム信号が得られる。
Now, the above was about finding the spectrum of light from each point of a two-dimensional measured object using a diffraction grating spectrometer.
A Fourier spectrometer using a Michelson interferometer can similarly perform spectroscopy of light from each point of a two-dimensional object. An example of this will be explained with reference to FIGS. 25 to 27. In the example of FIG. 25, as shown in (a) of the figure, the two-dimensional object 55 is placed on the front focal plane of the condenser lens L of the Michelson interference system. The light emitted from each point of the object 55 is converted into parallel light by this lens L, and this parallel light is split into two by the beam splitting mirror HM. One hits the fixed mirror M and is reflected.
The light passes through M, enters the imaging lens L, and forms an image at a conjugate position on the rear focal plane. The other parallel light enters the movable mirror M, is reflected, is reflected by the beam splitting mirror HM, enters the imaging lens L, and forms an image at a conjugate position on the rear focal plane. One light and the other light overlap and form an image on the rear focal plane of the imaging lens L2, but since both lights are coherent, if a photodetector is placed at this position, the movable mirror M, As it moves, an interferogram signal is obtained from its photodetector.

したがって、物体55の各点に対応して結像レンズL、
の後側焦点面に多数の光検出器を配置し、それぞれの光
検出器から得られたインターフェログラム信号をフーリ
エ変換することにより、2次元物体55のそれぞれの点
のスペクトルが得られる。ただし、1個1個の光検出器
の大きさは、結像レンズL2の口径と焦点距離と観測最
短波長で決まる0次のフランフォーファー回折像より小
さいことが必要である。結像レンズL2の後側焦点面に
多数の光検出器を配置する代わりに、図(a)に示すよ
うに、この焦点面に光電変換面60を有する2次元光検
出器54を配置し、図ら)に示すように光電変換面60
の領域を所定数の領域に区分し、各区分(x+5yJ)
からのインターフェログラム信号を別々にとり、それら
をフーリエ変換してその区分に対応する2次元物体55
の点ないし領域のスペクトルを求めるようにすればよい
。ただし、光電変換面60の領域を所定数の領域に区別
し、各々は独立に動作するようにして、各々の区分の中
央に結像レンズL、の口径と焦点距離と観測最短波長で
決まる0次のフランフォーファー回折像以下径のピンホ
ールの遮光板を設置する必要がある。求めたスペクトル
を波長λ軸上にとり、2次元物体55の領域(Xt、Y
、+)に対応させると、図の(C)に示したようなx−
y−λ空間が得られ、この空間によって2次元物体55
の各点のスペクトルが表される。このようなフーリエ分
光装置のシステム構成図を第26図に示す。図中、符号
61はマイケルソン干渉計を、62は2次元光検出器5
4の各画素チャンネルからの信号を増幅する増幅器を、
63はサンプルホールド回路及びA/D変換器を、64
は移動鏡M、駆動機構を、また65はコンピューターを
それぞれ示している。
Therefore, corresponding to each point of the object 55, the imaging lens L,
A spectrum of each point on the two-dimensional object 55 is obtained by arranging a large number of photodetectors on the rear focal plane and Fourier transforming the interferogram signals obtained from each photodetector. However, the size of each photodetector must be smaller than the zero-order Franhofer diffraction image determined by the aperture and focal length of the imaging lens L2 and the shortest observed wavelength. Instead of arranging a large number of photodetectors on the rear focal plane of the imaging lens L2, a two-dimensional photodetector 54 having a photoelectric conversion surface 60 is arranged on this focal plane as shown in FIG. As shown in Fig. 6, the photoelectric conversion surface 60
Divide the area into a predetermined number of areas, and each partition (x+5yJ)
Separately take the interferogram signals from the
What is necessary is to obtain the spectrum of a point or region. However, the area of the photoelectric conversion surface 60 is divided into a predetermined number of areas, each of which operates independently. It is necessary to install a light-shielding plate with a pinhole having a diameter smaller than the following Fraunhofer diffraction image. The obtained spectrum is taken on the wavelength λ axis and the area of the two-dimensional object 55 (Xt, Y
, +), x- as shown in (C) of the figure
A y-λ space is obtained, and this space allows the two-dimensional object 55
The spectrum of each point is represented. A system configuration diagram of such a Fourier spectrometer is shown in FIG. 26. In the figure, reference numeral 61 indicates a Michelson interferometer, and 62 indicates a two-dimensional photodetector 5.
An amplifier that amplifies the signal from each pixel channel of 4,
63 is a sample hold circuit and an A/D converter; 64 is a sample hold circuit and an A/D converter;
6 shows the movable mirror M and the drive mechanism, and 65 shows the computer.

システムの概要を説明すると、2次元物体55の各点か
らの光は、干渉計61を経て2次元光検出器54の対応
する画素チャンネル上に干渉しながら結像し、そのスペ
クトルに応じたインターフェログラム信号を生じる。各
画素に対応したインターフェログラム信号は、増幅器6
2で増幅され、サンプルホールド回路及びA/D変換器
によりサンプリングとA/D変換されて、コンピュータ
ー65に取り込まれ、コンピューター65によりチャン
ネル毎にフーリエ変換されてその画素の対応する2次元
物体55の点ないし領域のスペクトルが第25図(C)
のような形式で求められる。なお、移動鏡M、はコンピ
ューター65によって制御される移動鏡駆動機構64に
よて移動される。
To give an overview of the system, light from each point of the two-dimensional object 55 passes through an interferometer 61 and forms an image on the corresponding pixel channel of the two-dimensional photodetector 54 while interfering with each other. Generates a ferrogram signal. The interferogram signal corresponding to each pixel is sent to the amplifier 6
2, is sampled and A/D converted by a sample hold circuit and an A/D converter, is taken into a computer 65, is Fourier transformed for each channel by the computer 65, and is converted into a two-dimensional object 55 corresponding to that pixel. The spectrum of the point or region is shown in Figure 25 (C).
It can be found in the format: Note that the movable mirror M is moved by a movable mirror drive mechanism 64 controlled by a computer 65.

ところで、第25図の例の場合、各点のインターフェロ
グラムは物体55の発散光のなかから、光路差による位
相差を与えて、干渉させている。
In the case of the example shown in FIG. 25, the interferogram at each point is created by giving a phase difference due to an optical path difference to the divergent light of the object 55, causing interference.

したがって、検出面の中心より外側の点での干渉光束程
、放射角の大きな光束となり、しかも同一点からの光束
の干渉ではあるが異なる角度の放射光束による干渉とな
る。そのため、物体からの発光や反射の空間放射強度が
前方に強い場合、すなわち、指向性のある発光や反射の
とき、物体前方の指向性の強い方向の光束を干渉させて
インターフェログラムを形成した方が光束検出効率が良
くなる。このような場合には、第25図の集光レンズL
Is結像レンズL、を取り除き、その代わりに第27図
(a)に示すように、2次元物体55の前に前記した平
面波を出射する多光束高指向性光学系66(第16〜1
9図参照)を配置する。こうすると、物体55の2次元
領域が多光束高指向性光学系66の各素子によって分割
され、そこから出た平面波のみが分離されたままの状態
で2次元光検出器54の光電変換面60に達し、分離さ
れたままの状態でインターフェログラム信号を別々に生
じる。したがって、このインターフェログラムをフーリ
エ変換することにより、その区分に対応する2次元物体
55からの平面波のスペクトルが求められる。なお、多
光束高指向性光学系66は、図に点線で示したように、
光電変換面60の前に配置するようにしてもよい。さら
に、2次元物体55の前と光電変換面60の前の両方に
配置してもよい。なお、物体55からの発散光によって
インターフェログラム信号を得る場合であっても、物体
面上のサンプル点を小領域に限定したい場合は、図のら
)に示すように多光束高指向性光学系66の代わりにピ
ンホールアレイPAとその各ピンホールに前側焦点が一
致するレンズアレイLAを配置し、各サンプル点からの
光が平行になって干渉系に入射するようにするすること
ができる。
Therefore, the interference light beam at a point outside the center of the detection surface becomes a light beam with a large radiation angle, and even though it is interference of light beams from the same point, it becomes interference of radiation beams of different angles. Therefore, when the spatial radiation intensity of light emission or reflection from an object is strong in the forward direction, that is, when the light emission or reflection is directional, the light beams in the direction of strong directionality in front of the object interfere to form an interferogram. The luminous flux detection efficiency becomes better. In such a case, the condenser lens L shown in FIG.
The Is imaging lens L is removed, and instead, as shown in FIG. 27(a), a multi-beam highly directional optical system 66 (16th to 1st
(see Figure 9). In this way, the two-dimensional area of the object 55 is divided by each element of the multi-beam high-directivity optical system 66, and only the plane waves emitted from the two-dimensional area are divided into two-dimensional areas by the photoelectric conversion surface 60 of the two-dimensional photodetector 54 while being separated. and remain separated to generate interferogram signals separately. Therefore, by Fourier transforming this interferogram, the spectrum of the plane wave from the two-dimensional object 55 corresponding to that section can be obtained. Note that the multi-beam high-directivity optical system 66, as shown by the dotted line in the figure,
It may be arranged in front of the photoelectric conversion surface 60. Furthermore, it may be placed both in front of the two-dimensional object 55 and in front of the photoelectric conversion surface 60. Even when obtaining an interferogram signal using diverging light from the object 55, if you want to limit the sample points on the object surface to a small area, use multi-beam high-directivity optics as shown in Fig. Instead of the system 66, it is possible to arrange a pinhole array PA and a lens array LA whose front focus coincides with each pinhole, so that the light from each sample point becomes parallel and enters the interference system. .

次に、以上のような本発明の2次元物体の分光装置を微
小物体に適用する場合の例を説明する。
Next, an example in which the two-dimensional object spectroscopic apparatus of the present invention as described above is applied to a minute object will be described.

第28図に示した本発明の2次元顕微分光装置において
、試料台67上に載置した微小物体は拡大レンズ系70
によって拡大される。拡大レンズ系70は、微小物体の
表面から光軸に平行に出た光を光軸に平行に出射させる
ために拡大光学系に構成されている。すなわち、拡大レ
ンズ系70は比較的焦点距離の短い対物レンズ68と比
較的焦点距離の長い凸レンズ系69とからなり、対物レ
ンズ68の後側焦点と凸レンズ系69の前側焦点とが一
致しく共焦点になっており)、物体から平行に出る光は
この系70を経ても平行光として出て行く。このような
拡大光学系を拡大レンズ系70として用いると、2次元
物体表面から出る光の直進成分は像が拡大されても維持
されるので都合がよい。その他に、焦点深度が深い等の
特徴もあるが、本2次元顕微分光装置において最も大き
い特徴は、特に、第21〜24図、第27図(a)に示
すような物体55から分光器に測定光を入射させる際に
、多光束光指向性光学系(第28図においては符号71
で代表して示しである。)を用いる分光器72をその分
光系として使用する際、多光束光指向性光学系71の入
射端面は最早試料台67上に載置した微小物体と共役の
位置に置かなくてもよくなると言うことである。したが
って、このような場合、試料に対して拡大レンズ系70
を厳密に焦点調節する必要はなくなる。ところで、分光
器72として、上記した第21〜24図、第27図(a
)の何れかのものを用いるのが望ましいが、第20図、
第25図(a)又は第27図(b)に示すような分光器
を用いる場合は、多光束光指向性光学系71を省き、拡
大レンズ系70の試料と共役な拡大像位置にそれぞれの
分光器の物体55位置が一致するように配置しtlけれ
ばならない。
In the two-dimensional microspectroscopy apparatus of the present invention shown in FIG.
Expanded by The magnifying lens system 70 is configured as a magnifying optical system in order to emit light parallel to the optical axis from the surface of a minute object in parallel to the optical axis. That is, the magnifying lens system 70 consists of an objective lens 68 with a relatively short focal length and a convex lens system 69 with a relatively long focal length, and the rear focus of the objective lens 68 and the front focus of the convex lens system 69 coincide to form a confocal lens. ), and the light emitted in parallel from the object also passes through this system 70 and exits as parallel light. When such an enlarging optical system is used as the enlarging lens system 70, it is convenient because the rectilinear component of the light emitted from the surface of the two-dimensional object is maintained even if the image is enlarged. There are other features such as a deep depth of focus, but the most important feature of this two-dimensional microspectroscopy device is that the spectrometer can be When the measurement light is incident, a multi-beam light directional optical system (symbol 71 in Fig. 28) is used.
This is a representative example. ) when using the spectrometer 72 as its spectroscopic system, the input end face of the multi-beam light directional optical system 71 no longer needs to be placed in a position conjugate with the minute object placed on the sample stage 67. That's true. Therefore, in such a case, the magnifying lens system 70
There is no need to precisely adjust the focus. By the way, as the spectrometer 72, the above-mentioned FIGS. 21 to 24 and FIG.
), but it is preferable to use one of the following:
When using a spectroscope as shown in FIG. 25(a) or FIG. 27(b), the multi-beam light directional optical system 71 is omitted, and each magnified image position conjugate to the sample of the magnifying lens system 70 is The spectrometer objects 55 must be arranged so that they match.

以上、本発明の2次元物体の分光装置のいくつかの実施
例について説明してきたが、本発明はこれらに限定され
ることなく、種々の変形が可能である。
Although several embodiments of the two-dimensional object spectroscopy apparatus of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these and various modifications are possible.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明の第1から第3の2次元物体の分光装置によると
、分光器は1次元方向の物体の各点のスペクトルを与え
ることができるので、2次元物体を移動させることによ
り、2次元物体の各点の分光を略同時に行うことができ
る。
According to the first to third spectroscopic devices for two-dimensional objects of the present invention, since the spectrometer can provide a spectrum at each point of the object in one-dimensional direction, by moving the two-dimensional object, The spectroscopy of each point can be performed almost simultaneously.

本発明の第4及び第5の2次元物体の分光装置によると
、入射端が2次元配列の多光束高指向性光学系と前記第
2又は第3の分光装置において用いている分光器とを用
いるので、2次元物体を移動させることなしに、2次元
物体の各点の分光を同時に行うことができる。
According to the fourth and fifth spectroscopic devices for two-dimensional objects of the present invention, the input end has a multi-beam highly directional optical system with a two-dimensional array and a spectrometer used in the second or third spectroscopic device. Since the two-dimensional object is used, spectroscopy of each point on the two-dimensional object can be performed simultaneously without moving the two-dimensional object.

本発明の第6及び第7の2次元物体の分光装置によると
、マイケルソン干渉系を用いたフーリエ変換分光装置に
おいて、光検出器として2次元光検出器を用い、その2
次元検出面の各点に実質的にその点に対応する2次元物
体の点からの光が干渉しながら入射するようになってい
るので、検出面の所定の複数のサンプリング位置から得
られるインターフェログラム倍号各々をフーリエ変換す
ることにより、サンプリング位置に対応する2次元物体
の位置からの光のスペクトルを求めることができる。
According to the sixth and seventh two-dimensional object spectrometers of the present invention, in the Fourier transform spectrometer using a Michelson interference system, a two-dimensional photodetector is used as a photodetector;
Since the light from the point of the two-dimensional object substantially corresponding to that point is incident on each point on the dimensional detection surface while interfering, the interferometry obtained from a plurality of predetermined sampling positions on the detection surface is By Fourier transforming each gram multiple, it is possible to obtain the spectrum of light from the position of the two-dimensional object corresponding to the sampling position.

なお、本発明の第2から第5、及び、第7の2次元物体
の分光装置によると、2次元物体からの光を分光装置に
導くのに多光束高指向性光学系を用いているので、2次
元物体から所定の方向に出る平面波のみを選択的に分離
して分光する。したがって、指向性のある発光分光や反
射散乱分光の各点の分光を同時に行うのに適している。
According to the second to fifth and seventh two-dimensional object spectrometers of the present invention, a multi-beam highly directional optical system is used to guide the light from the two-dimensional object to the spectrometer. , selectively separates and spectrally spectra only plane waves emitted from a two-dimensional object in a predetermined direction. Therefore, it is suitable for simultaneously performing directional emission spectroscopy and reflection/scattering spectroscopy at each point.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図から第3図は高指向性光学素子の基本的原理を説
明するための図、第4図から第11図はそれぞれ高指向
性光学素子の例を説明するための図、第12図から第1
9図はそれぞれ本発明のいくつかの実施例において用い
られる多光束高指向性光学系の例を説明するための図、
第20図は本発明の第1の2次元物体の分光装置の構成
と作用を説明するための図、第21図から第25図は第
2から第6の分光装置の構成と作用を説明するための図
、第26図は第6の分光装置のシステム構成図、第27
図は第7の分光装置の構成と作用を説明するための図、
第28図は本発明による2次元顕微分光装置の構成と作
用を説明するための図である。 L・・・凸レンズ、P O・・・レンズ開口、Pl・・
・入口開口、P2・・・ピンホール、Ob、Obl、O
b2・・・対物レンズ、P・・・ピンホール、GLSG
LI、GL2・・・屈折率分布レンズ、SM・・・シン
グルモードファイバー、B・・・接着剤、G、ASGA
I、GA2・・・屈折率分布レンズアレイ、PA・・・
ピンホールアレイ、PM、PMI、PM2・・・平板マ
イクロレンズ、SA・・・シングルモードファイバーア
レイ、SH・・・シングルモードファイバー配列体、S
・・・支持具、Ml、M2・・・凹面鏡、M3・・・凹
円筒鏡、L・・・集光レンズ、L、・・・結像レンズ、
HM・・・光線分割ミラー、M5・・・固定鏡、M、・
・・移動鏡、LA・・レンズアレイ、1.〜1o、10
・・・分光器、51・・・回折格子、52・・・入射ス
リット、53・・・分光面、54・・・2次元光検出器
、55・・・2次元物体、56.57.58.59.6
6.71・・・多光束高指向性光学系、60・・・光電
変換面、61・・・マイケルソン干渉計、62・・・増
幅器、63・・・サンプルホールド回路及びA/D変換
器、64・・・移動鏡駆動機構、65・・・コンピュー
ター、67・・・試料台、68・・・焦点距離の短い対
物レンズ、69・・・焦点距離の長い凸レンズ系、70
・・・拡大レンズ系、72・・・分光器第1図 第2図 第3図 第4 図 第 図 GL屈t#車今年しンス L1 L2 Pピレホ ル 第6 図 N、A千〇、1 N、A二0.1 第7 図 L 第12 図 PM+矛友74グロレノ入 第14 図 第16図 第18 図 第19図 MI MZ 第21 図 第24図 第27図 第28図
Figures 1 to 3 are diagrams for explaining the basic principles of highly directional optical elements, Figures 4 to 11 are diagrams for explaining examples of highly directional optical elements, and Figure 12. from 1st
Figure 9 is a diagram for explaining an example of a multi-beam highly directional optical system used in some embodiments of the present invention, respectively.
FIG. 20 is a diagram for explaining the configuration and operation of the first two-dimensional object spectroscopic device of the present invention, and FIGS. 21 to 25 are diagrams for explaining the configuration and operation of the second to sixth spectroscopic devices. Fig. 26 is a system configuration diagram of the 6th spectroscopic device, Fig. 27
The figure is a diagram for explaining the configuration and operation of the seventh spectroscopic device,
FIG. 28 is a diagram for explaining the configuration and operation of the two-dimensional microspectroscopy apparatus according to the present invention. L... Convex lens, P O... Lens aperture, Pl...
・Inlet opening, P2... pinhole, Ob, Obl, O
b2...Objective lens, P...Pinhole, GLSG
LI, GL2...Gradient index lens, SM...Single mode fiber, B...Adhesive, G, ASGA
I, GA2...Gradient index lens array, PA...
Pinhole array, PM, PMI, PM2...flat plate microlens, SA...single mode fiber array, SH...single mode fiber array, S
...Support, Ml, M2...Concave mirror, M3...Concave cylindrical mirror, L...Condensing lens, L...Imaging lens,
HM...Beam splitting mirror, M5...Fixed mirror, M...
...Moving mirror, LA...Lens array, 1. ~1o, 10
...Spectroscope, 51...Diffraction grating, 52...Incidence slit, 53...Spectral surface, 54...Two-dimensional photodetector, 55...Two-dimensional object, 56.57.58 .59.6
6.71... Multi-beam highly directional optical system, 60... Photoelectric conversion surface, 61... Michelson interferometer, 62... Amplifier, 63... Sample and hold circuit and A/D converter , 64... Moving mirror drive mechanism, 65... Computer, 67... Sample stage, 68... Objective lens with short focal length, 69... Convex lens system with long focal length, 70
...Magnifying lens system, 72...Spectroscope Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Fig. , A2 0.1 Fig. 7 L Fig. 12 Fig. PM+Shakuyu 74 Groreno entry Fig. 14 Fig. 16 Fig. 18 Fig. 19 Fig. 19 MI MZ Fig. 21 Fig. 24 Fig. 27 Fig. 28

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)回折格子の格子方向と平行な細隙を有する入射ス
リット、入射スリットからの光を平行光に変換する集光
光学系、集光光学系からの光を回折する回折格子、回折
格子によって回折された光を結像する結像光学系、及び
、結像面に配置された2次元光検出器からなる分光器と
、入射スリットの細隙と交差する方向に入射スリットの
前に配置した2次元物体を移動させる手段とからなるこ
とを特徴とする2次元物体の分光装置。
(1) An entrance slit with a slit parallel to the grating direction of the diffraction grating, a condensing optical system that converts the light from the input slit into parallel light, a diffraction grating that diffracts the light from the condensing optical system, and a diffraction grating. An imaging optical system that forms an image of the diffracted light, a spectroscope consisting of a two-dimensional photodetector placed on the imaging plane, and a spectroscope placed in front of the entrance slit in a direction intersecting the slit of the entrance slit. 1. A spectroscopic device for a two-dimensional object, comprising means for moving the two-dimensional object.
(2)入射端に所定方向から入射する平面波のみを出射
端に伝達する高指向性光学素子を複数本回折格子の格子
方向と平行な1次元方向に並列して束ねた1次元多光束
高指向性光学系と、1次元多光束高指向性光学系の出射
端からの光を平行光に変換する集光光学系、集光光学系
からの光を回折する回折格子、回折格子によって回折さ
れた光を結像する結像光学系、及び、結像面に配置され
た2次元光検出器からなる分光器と、前記1次元多光束
高指向性光学系の入射端の長手方向と交差する方向にそ
の入射端の前に配置した2次元物体を相対的に移動させ
る手段とからなることを特徴とする2次元物体の分光装
置。
(2) One-dimensional multi-luminous flux highly directional, in which multiple highly directional optical elements that transmit only plane waves incident on the input end from a predetermined direction to the output end are bundled in parallel in a one-dimensional direction parallel to the grating direction of the diffraction grating. a condensing optical system that converts the light from the output end of the one-dimensional multi-beam high-directivity optical system into parallel light, a diffraction grating that diffracts the light from the condensing optical system, and a diffraction grating that diffracts the light from the condensing optical system. an imaging optical system that forms an image of light, a spectroscope that includes a two-dimensional photodetector placed on the imaging surface, and a direction that intersects the longitudinal direction of the input end of the one-dimensional multi-beam highly directional optical system. and means for relatively moving a two-dimensional object placed in front of its entrance end.
(3)入射端に所定方向から入射する平面波のみを出射
端に伝達して平面波として出射する高指向性光学素子を
複数本回折格子の格子方向と平行な1次元方向に並列し
て束ねた1次元多光吏高指向性光学系と、1次元多光束
高指向性光学系の出射端からの平面波を回折する回折格
子、回折格子によって回折された光を回折格子の格子方
向と垂直な方向に結像する結像光学系、及び、結像面に
配置された2次元光検出器からなる分光器と、前記1次
元多光束高指向性光学系の入射端の長手方向と交差する
方向にその入射端の前に配置した2次元物体を相対的に
移動させる手段とからなることを特徴とする2次元物体
の分光装置。
(3) A plurality of highly directional optical elements that transmit only a plane wave that enters the input end from a predetermined direction to the output end and output it as a plane wave are bundled in parallel in a one-dimensional direction parallel to the grating direction of the diffraction grating. A diffraction grating that diffracts a plane wave from the output end of a dimensional multi-beam highly directional optical system and a one-dimensional multi-beam highly directional optical system, and a diffraction grating that directs the light diffracted by the diffraction grating in a direction perpendicular to the grating direction of the diffraction grating. a spectrometer consisting of an imaging optical system that forms an image and a two-dimensional photodetector placed on the imaging surface; 1. A spectroscopic device for a two-dimensional object, comprising means for relatively moving a two-dimensional object placed in front of an input end.
(4)入射端に所定方向から入射する平面波のみを出射
端に伝達する高指向性光学素子を列方向に複数本並列し
て束ねてなる高指向性光学素子列体の複数をその入射端
において行方向に積み重ねて行列形式に配列された多光
束高指向性光学系の入射端とし、前記高指向性光学素子
列体のそれぞれの出射端に請求項2又は3記載の分光器
を別々に配置し、前記多光束高指向性光学系の入射端に
2次元物体を配置するようにしたことを特徴とする2次
元物体の分光装置。
(4) At the input end, a plurality of highly directional optical element arrays are formed by bundling a plurality of highly directional optical elements in parallel in the row direction, which transmit only plane waves incident on the input end from a predetermined direction to the output end. The spectrometer according to claim 2 or 3 is separately arranged at the input end of a multi-beam high-directivity optical system stacked in the row direction and arranged in a matrix, and at the output end of each of the high-directivity optical element arrays. A two-dimensional object spectroscopy apparatus, characterized in that the two-dimensional object is arranged at an input end of the multi-beam highly directional optical system.
(5)入射端に所定方向から入射する平面波のみを出射
端に伝達する高指向性光学素子を列方向に複数本並列し
て束ねてなる高指向性光学素子列体の複数をその入射端
において行方向に積み重ねて行列形式に配列された多光
束高指向性光学系の入射端とし、前記高指向性光学素子
列体の各出射端を列方向に並列して1列に配置された多
光束高指向性光学系の出射端とし、前記多光束高指向性
光学系の出射端に請求項2又は3記載の分光器を配置し
、前記多光束高指向性光学系の入射端に2次元物体を配
置するようにしたことを特徴とする2次元物体の分光装
置。
(5) A plurality of highly directional optical element arrays, each consisting of a plurality of highly directional optical elements bundled in parallel in a column direction, which transmit only plane waves incident on the input end from a predetermined direction to the output end, are placed at the input end. The input end of a multi-beam high-directivity optical system stacked in the row direction and arranged in matrix form, and the multi-beam multi-beam arranged in a row with each output end of the highly directional optical element array paralleled in the column direction. The spectrometer according to claim 2 or 3 is arranged at the output end of the multi-beam high-directivity optical system, and the two-dimensional object is arranged at the input end of the multi-beam high-directivity optical system. A spectroscopic device for a two-dimensional object, characterized in that a two-dimensional object is arranged.
(6)マイケルソン干渉系の集光レンズの前側焦点に2
次元物体を配置するように構成し、マイケルソン干渉系
の結像レンズの後側焦点に2次元光検出器を配置し、マ
イケルソン干渉系の移動鏡を移動させた時に2次元光検
出器の検出面の所定の複数のサンプリング位置から得ら
れるインターフェログラム信号各々をフーリエ変換して
サンプリング位置に対応する2次元物体の位置からの光
のスペクトルを求める手段を設けたことを特徴とする2
次元物体の分光装置。
(6) 2 at the front focal point of the condensing lens of the Michelson interference system
A two-dimensional photodetector is placed at the back focus of the imaging lens of the Michelson interference system, and when the movable mirror of the Michelson interference system is moved, the two-dimensional photodetector is 2, characterized in that a means is provided for Fourier-transforming each interferogram signal obtained from a plurality of predetermined sampling positions on the detection surface to obtain a spectrum of light from the position of the two-dimensional object corresponding to the sampling position.
Spectroscopic device for dimensional objects.
(7)マイケルソン干渉系の集光レンズの代わりに、入
射端に所定方向から入射する平面波のみを出射端に伝達
して平面波として出射する高指向性光学素子を複数本2
次元方向に並列して束ねた2次元多光束高指向性光学系
を配置し、前記2次元多光束高指向性光学系の入射端に
2次元物体を配置するように構成し、マイケルソン干渉
系の結像レンズを省いてその代わりにマイケルソン干渉
系の出射側に2次元光検出器を配置し、マイケルソン干
渉系の移動鏡を移動させた時に2次元光検出器の検出面
の所定の複数のサンプリング位置から得られるインター
フェログラム信号各々をフーリエ変換してサンプリング
位置に対応する2次元物体の位置からの光のスペクトル
を求める手段を設けたことを特徴とする2次元物体の分
光装置。
(7) Instead of the condensing lens of the Michelson interference system, two or more highly directional optical elements are used to transmit only the plane wave that enters the input end from a predetermined direction to the output end and output it as a plane wave.
A two-dimensional multi-beam high-directivity optical system bundled in parallel in the dimensional direction is arranged, a two-dimensional object is arranged at the input end of the two-dimensional multi-beam high-directivity optical system, and a Michelson interference system is constructed. The imaging lens is omitted, and instead a two-dimensional photodetector is placed on the output side of the Michelson interference system, and when the movable mirror of the Michelson interference system is moved, the detection surface of the two-dimensional photodetector is A spectroscopic device for a two-dimensional object, comprising means for Fourier transforming each interferogram signal obtained from a plurality of sampling positions to obtain a spectrum of light from a position of the two-dimensional object corresponding to the sampling position.
(8)2次元物体から所定方向に出る平面波を拡大して
平面波として出射する拡大光学系を備え、前記拡大光学
系の出射側に請求項1から7の何れか1項記載の分光装
置を設けたことを特徴とする2次元顕微分光装置。
(8) A magnifying optical system that magnifies a plane wave emitted from a two-dimensional object in a predetermined direction and emits it as a plane wave, and the spectroscopic device according to any one of claims 1 to 7 is provided on the output side of the magnifying optical system. A two-dimensional microspectroscopy device characterized by:
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