JPH05281040A - 分光測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 分光スペクトルの分散が大きくても、小型
で、波長λに対するスペクトル位置の直線性を良好にで
きる分光測定装置を得ること。 【構成】 分光する光を入射させる入射スリット１と、
この入射スリット１からの発散光６を平行光に変換する
コリメートレンズ２と、この平行光を回折させるグレー
ティング３と、このグレーティング３からの回折光７を
受光素子５に集光させるための集光光学系４と、１次元
にアレイ状に配置されている受光素子５とから構成され
る分光測定装置において、集光光学系４が、光線入射方
向に対し正のパワーを有するレンズから構成される第１
群と、単レンズより構成される第２群とからなる２群構
成であり、 １．０５＜ｆ₁／ｆ₀＜１．４０ …（条件式１） ０．０８５ｆ₀＜ｒ₂₁＜０．１５ｆ₀ …（条件式２） の条件を満足するものである。（ただし、ｆ₁：集光光
学系４の第１群の焦点距離、ｒ₂₁：集光光学系の第２群
の光線入射方向の曲率半径、ｆ₀：集光光学系の焦点距
離である。）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１次元の受光素子と平
面ルールド・グレーティングを用いて、分光スペクトル
の測定を行なうフラット・フィールド型分光測定装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の平面ルールド・グレーティングを
用いたフラット・フィールド型分光測定装置としては、
例えば、１９８１年７月２５日、株式会社朝倉書店発
行、「光学的測定ハンドブック」、第３４８〜３５１頁
に記載されたツェルニターナー型およびエバート型の分
光測定装置による構成が知られている。

【０００３】従来のツェルニターナー型分光測定装置
は、図８の光路断面図に示すように、入射スリット１を
透過した光線を平行光に変換するコリメーション用球面
反射鏡12と、入射した平行光16を分光波長に応じた回折
角に回折する平面ルールド・グレーティング13と、集光
用球面反射鏡14と、受光素子15とを備えている。

【０００４】入射スリット１を透過した光線は、コリメ
ーション用球面反射鏡12により平行光に変換され、平面
ルールド・グレーティング13に入射する。平面ルールド
・グレーティング13においては、入射した平行光を分光
波長に応じた回折角に回折させ、さらに、この回折され
た回折光は、集光用球面反射鏡14によって受光素子15上
にスペクトル像として結像させられる。

【０００５】このような平面ルールド・グレーティング
13に入射する入射光16と回折光17との間には、図９から ｍλ＝１／ａ・（ｓｉｎα＋ｓｉｎθ）…（式１） なる関係がある。ただし、 ｍ：回折次数 λ：波長（ｍｍ） ａ：グレーティング本数（本／ｍｍ） α：グレーティング法線に対する入射角（ｄｅｇ） θ：グレーティング法線に対する回折角（ｄｅｇ） である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第８図に示す
従来の光学系においては、前記式１および集光用球面反
射鏡14のスペクトル結像位置の公式 Ｙ＝ｆ・ｔａｎθ （ただし、Ｙ：スペクトル結像位置（ｍｍ） ｆ：集光光学系の焦点距離（ｍｍ）） より、スペクトル結像位置の波長に対する直線性 dＹ／
dλは、 dＹ／dλ＝ｆ／ｃｏｓ３θ （ただし、dＹ：スペクトル結像位置変化量（ｍｍ） dλ：波長変化量（ｍｍ）） に示すように、回折角θの余弦の３乗の逆数に比例する
関係があることから、分光波長の分散が大きい場合に
は、回折角θが大きくなり、図１０にスペクトル結像位
置と波長の関係を示すように、波長λに対する分光スペ
クトル結像位置の直線性が悪くなる欠点があり、さら
に、その直線性を良くするためには、グレーティングに
よる分散を小さくして、集光用球面反射鏡14の焦点距離
ｆを大きくする方法が考えられるが、この方法によって
は、分光測定装置全体が大きくなるという欠点があっ
た。

【０００７】そこで、本発明は、分光スペクトルの分散
が大きくても、分光測定装置の大きさを小さくしたま
ま、波長λに対するスペクトル結像位置の直線性を良好
にできる分光測定装置を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成させるた
めに、本発明の分光測定装置は、分光する光を入射させ
る入射スリットと、この入射スリットからの発散光を平
行光に変換するコリメートレンズと、この平行光を回折
させるグレーティングと、このグレーティングからの回
折光を受光素子面に集光させるための集光光学系と、１
次元にアレイ状に配置された受光素子とから構成される
分光測定装置において、集光光学系が、光線入射方向に
対し正のパワーを有するレンズから構成される第１群
と、単レンズより構成される第２群とからなる２群構成
であり、 １．０５＜ｆ₁／ｆ₀＜１．４０ …（条件式１） ０．０８５ｆ₀＜ｒ₂₁＜０．１５ｆ₀ …（条件式２） の条件を満足するものである。

【０００９】ただし、この条件式において、ｆ₁は集光
光学系の第１群の焦点距離、ｒ₂₁は集光光学系の第２群
の光線入射方向の曲率半径、ｆ₀は集光光学系の焦点距
離である。

【００１０】

【作用】本発明の分光測定装置は、グレーティングから
の回折光を２群構成の集光光学系により歪曲収差を適正
に発生させるように構成されているので、スペクトル結
像位置の直線性を良好にし、さらに集光光学系およびコ
リメート光学系を透過型にすることにより非点収差を最
小にし、スペクトル像の収差を良好にすることができ
る。

【００１１】条件式１において、ｆ₁／ｆ₀が１．０５以
下となると、第２群のパワーが小さくなり、歪曲収差が
減少し、１．４以上となると歪曲収差を補正するために
グレーティングから第１群レンズ系までの距離が長くな
ってしまう。

【００１２】また、条件式２において、ｒ₂₁が０．０８
５ｆ₀以下の場合、歪曲収差が過剰となり、０．０１５
ｆ₀以上では歪曲収差が小さくなってしまう。

【００１３】

【実施例】

（第１実施例）本発明の分光測定装置は、図１の光路断
面図に示すように、入射スリット１を透過した発散光６
を平行光に変換するコリメート光学系２と、入射した平
行光を分光波長に応じた回折角に回折するグレーティン
グ３と、１次元アレイ型受光素子５と、回折光７を集光
して１次元アレイ型受光素子５上に結像する集光光学系
４とを備えている。

【００１４】入射スリット１を透過した発散光６は、コ
リメート光学系２により平行光に変換されてグレーティ
ング３に入射し、グレーティング３においては、入射し
た平行光を分光波長に応じた回折角に回折する。この回
折光７は、集光光学系４により１次元アレイ型受光素子
５上に、回折角に応じた位置に結像する。

【００１５】この集光光学系４は、図２の光路断面図に
拡大して示すように、中心部の厚み（間隔）ｄ₁〜ｄ₇、
曲率半径ｒ₁〜ｒ₈、屈折率ｎを有するレンズを使用す
る。ただし、 ｒ₁＝−１１７．０ ｄ₁＝２．６４ ｎ＝
１．７０３５９ ｒ₂＝−３７００．０ ｄ₂＝０．１２ ｒ₃＝−１７３２．０ ｄ₃＝６．００ ｎ＝
１．７３４１８ ｒ₄＝−１７４．０ ｄ₄＝２．５６ ｒ₅＝ ２４５０．０ ｄ₅＝４４３．９ ｎ＝
１．７０８１１ ｒ₆＝−１９８．５ ｄ₆＝２２．０９ ｒ₇＝ ４７．２６ ｄ₇＝２１．５９２ ｎ＝
１．４８３１２ ｒ₈＝ ４０．０００ であり、ｆ₁を集光光学系の第１群の焦点距離、ｒ₂₁を
集光光学系の第２群の光線入射方向の曲率半径、ｆ₀を
集光光学系の焦点距離としたとき、 ｆ₀＝４００．０、Ｆ／８．０、ｆ₁＝４７１．６４ ｆ₁／ｆ₀＝１．１８ ｒ₂₁＝ｒ₇＝４７．２６ グレーティング本数：１２００本／ｍｍ 波長幅：７５３〜７８４ｎｍ を満たす。

【００１６】この第１実施例の構成における各スペクト
ルの非点収差、および、スペクトルの波長と結像位置と
の関係は、図３に示すとおりである。

【００１７】（第２実施例）第１実施例と同様に、入射
スリット１を透過した発散光６を平行光に変換するコリ
メート光学系２と、入射した平行光を分光波長に応じた
回折角に回折するグレーティング３と、１次元アレイ型
受光素子５と、回折光７を集光して１次元アレイ型受光
素子５上に結像する集光光学系４とを備えている。

【００１８】この第２実施例における集光光学系４は、
図４の光路断面図に拡大して示すように、中心部の厚み
（間隔）ｄ₁〜ｄ₅、曲率半径ｒ₁〜ｒ₆、屈折率ｎを有す
るレンズを使用する。ただし、 ｒ₁＝−１２３．１ ｄ₁＝５．６４ ｎ＝
１．７０３５９ ｒ₂＝−１７６．７ ｄ₂＝０．２６ ｒ₃＝ ２５４９．６ ｄ₃＝６．６６ ｎ＝
１．７０８１１ ｒ₄＝−２１３．４８ ｄ₄＝４４１．６７ ｒ₅＝ ５１．８３ ｄ₅＝２５．６６ ｎ＝
１．４８３１２ ｒ₆＝ ４８．０９３ であり、 ｆ＝４００．０、Ｆ／８．０、ｆ₁＝４９１．８６ ｆ₁／ｆ＝１．２３ ｒ₂₁＝ｒ₅＝５１．８３ グレーティング本数：１２００本／ｍｍ 波長幅：７５３〜７８４ｎｍ を満たす。

【００１９】この第２実施例の構成における各スペクト
ルの非点収差、および、スペクトルの波長と結像位置と
の関係は図５に示すとおりである。

【００２０】（第３実施例）第１実施例と同様に、入射
スリット１を透過した発散光６を平行光に変換するコリ
メート光学系２と、入射した平行光を分光波長に応じた
回折角に回折するグレーティング３と、１次元アレイ型
受光素子５と、回折光７を集光して１次元アレイ型受光
素子５上に結像する集光光学系４とを備えている。

【００２１】この第３実施例における集光光学系４は、
図６の光路断面図に拡大して示すように、中心部の厚み
（間隔）ｄ₁〜ｄ₃、曲率半径ｒ₁〜ｒ₄、屈折率ｎを有す
るレンズを使用する。ただし、 ｒ₁＝ ３９０．４４ ｄ₁＝９．７５４ ｎ＝
１．７０３５９ ｒ₂＝−８４４２．７ ｄ₂＝４３２．２６ ｒ₃＝ ５８．９５３ ｄ₃＝２６．０ ｎ＝
１．４８３１２ ｒ₄＝ ６８．９２８ であり、 ｆ＝４００．０、Ｆ／８．０、ｆ₁＝５３０．６５ ｆ₁／ｆ＝１．３３ ｒ₂₁＝ｒ₃＝５８．９５３ グレーティング本数：１２００本／ｍｍ 波長幅：７５３〜７８４ｎｍ を満たす。

【００２２】この第３実施例の構成における各スペクト
ルの非点収差、および、スペクトルの波長と結像位置と
の関係は図７に示すとおりである。

【００２３】

【発明の効果】以上の実施例に基づく説明から明らかな
ように、本発明の分光測定装置は、グレーティング前後
の光学系を透過型とすることにより、集光スペクトルの
非点収差を小さくすることができ、さらに、集光光学系
を２群の構成とし、第２群によって歪曲補正を行なうこ
とにより集光スペクトル結像位置の波長に対する直線性
を良好にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の分光測定装置の第１実施例の光路断面
図、

【図２】本発明の第１実施例における集光光学系の光路
断面図、

【図３】本発明の第１実施例の集光光学系における非点
収差を示す図と、波長とスペクトル結像位置の関係を示
す図、

【図４】本発明の第２実施例における集光光学系の光路
断面図、

【図５】本発明の第２実施例の集光光学系における非点
収差を示す図と、波長とスペクトル結像位置の関係を示
す図、

【図６】本発明の第３実施例における集光光学系の光路
断面図、

【図７】本発明の第３の実施例における集光光学系の非
点収差を示す図、波長とスペクトル角度位置の関係を示
す図、

【図８】従来の分光測定装置の一例を示す光路断面図、

【図９】従来の分光測定装置における分光波長とスペク
トル結像位置との関係を示す図、

【図１０】グレーティングにおける入射光と回折光との
関係を示す光路断面図である。

【符号の説明】

１ 入射スリット ２ コリメート光学系 ３ グレーティング ４ 集光光学系 ５ １次元アレイ型受光素子 ６ 発散光 ７ 回折光

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分光する光を入射させる入射スリット
   と、該入射スリットからの発散光を平行光に変換するコ
   リメートレンズと、前記平行光を回折させるグレーティ
   ングと、該グレーティングからの回折光を受光素子面に
   集光させるための集光光学系と、１次元にアレイ状に配
   置されている受光素子から構成される分光測定装置にお
   いて、前記集光光学系が光線入射方向に対し正のパワー
   を有するレンズから構成される第１群と、単レンズより
   構成される第２群とからなる２群構成であり、 １．０５＜ｆ₁／ｆ₀＜１．４０ …（条件式１） ０．０８５ｆ₀＜ｒ₂₁＜０．１５ｆ₀ …（条件式２） の条件を満足することを特徴とする分光測定装置。ただ
   し、ｆ₁は前記集光光学系の第１群の焦点距離、ｒ₂₁は
   前記集光光学系の第２群の光線入射方向の曲率半径、ｆ
   ₀は前記集光光学系の焦点距離である。