JPH05281041A - Spectroscope - Google Patents

Spectroscope

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JPH05281041A
JPH05281041A JP10861892A JP10861892A JPH05281041A JP H05281041 A JPH05281041 A JP H05281041A JP 10861892 A JP10861892 A JP 10861892A JP 10861892 A JP10861892 A JP 10861892A JP H05281041 A JPH05281041 A JP H05281041A
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JP
Japan
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light
spectroscope
diffraction grating
reflecting mirror
light emitting
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Pending
Application number
JP10861892A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shiro Ogata
司郎 緒方
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a compact spectroscope having a high resolution and a good S/N ratio. CONSTITUTION:A reflecting mirror 3 is positioned parallel and opposite to a Fresnel zone plate 2, and the reflecting mirror 3 is moved in the optical axis direction by a moving mechanism 4. When a collimated light is introduced into the Fresnel zone plate 2, only a light of specified wavelength transmits the Fresnel zone plate 2, and again transmits and returns after it is reflected from the reflecting mirror 3. The intensity of the returned light is measured by a detecting element such as a power meter. Further, spectrum of an incident light can be obtained by measuring the intensity of the light while the reflecting mirror 3 is moved by means of the moving mechanism 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は分光器に関する。具体的
に言うと、例えば、X線や紫外線から赤外線を含む電磁
波(以下、可視領域外も含めて単に光という。)の分
光、検出、計測等を行なうための分光器に関する。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to spectrometers. Specifically, for example, the present invention relates to a spectroscope for performing spectroscopic, detection, measurement, and the like of electromagnetic waves including X-rays and ultraviolet rays to infrared rays (hereinafter, also referred to as light including those outside the visible region).

【0002】[0002]

【従来の技術】分光器は、古くから物質の状態を計測す
る目的で幅広く用いられている。例えば、大気中に含ま
れている窒素酸化物等のガスの成分分析などに用いられ
る。
2. Description of the Related Art Spectrometers have been widely used since ancient times for the purpose of measuring the state of matter. For example, it is used for component analysis of gases such as nitrogen oxides contained in the atmosphere.

【0003】これまでは直線状もしくは曲線状の格子溝
を刻設された回折格子を利用した分光器が主流となって
いる。これらは、回折光の回折角が波長によって異なる
ことを利用しているため、つぎのような欠点があった。
すなわち、 検出分解能を大きくするためには、回折格子と検出
素子との距離(光路長)を長くしなければならないの
で、光学系が大きくて重くなり、そのため持ち運びが困
難であった。 ガラスなどの光学部品を多数使用しており、高価で
あった。 このため、用途が、主として研究用などに限られて
いた。
Up to now, a spectrometer using a diffraction grating having a linear or curved grating groove formed therein has been the mainstream. Since these utilize the fact that the diffraction angle of diffracted light differs depending on the wavelength, they have the following drawbacks.
That is, in order to increase the detection resolution, it is necessary to increase the distance (optical path length) between the diffraction grating and the detection element, which makes the optical system large and heavy, which makes it difficult to carry. It uses a lot of optical parts such as glass and is expensive. For this reason, the application has been limited mainly to research.

【0004】一方、フレネルゾーンプレートに分光特性
があることを利用した分光器も提案されている(例え
ば、特開昭57−138613号公報、特開昭63−2
10631号公報など)。例えば、特開昭57−138
613号公報に開示されている分光器51は、図18に
示すように、透孔52内に試料53を配置された遮蔽板
54と、フレネルゾーンプレート55と、スクリーン5
6のピンホール57の背後に設けられた受光素子58を
光軸に沿って配設し、スクリーン56及び受光素子58
を移動機構59によって光軸方向に移動させるようにし
ている。しかして、移動機構59によって受光素子58
とスクリーン56を移動させながら、試料53から出射
された光をフレネルゾーンプレート55に透過させ、フ
レネルゾーンプレート55によってピンホール57の位
置に集光された光を受光素子58で検出する。
On the other hand, a spectroscope utilizing the fact that the Fresnel zone plate has a spectral characteristic has also been proposed (for example, JP-A-57-138613 and JP-A-63-2).
10631 gazette). For example, JP-A-57-138
As shown in FIG. 18, a spectroscope 51 disclosed in Japanese Patent No. 613 discloses a shield plate 54 in which a sample 53 is arranged in a through hole 52, a Fresnel zone plate 55, and a screen 5.
The light receiving element 58 provided behind the pinhole 57 of No. 6 is arranged along the optical axis, and the screen 56 and the light receiving element 58 are provided.
Are moved in the optical axis direction by the moving mechanism 59. Then, the light receiving element 58 is moved by the moving mechanism 59.
While moving the screen 56, the light emitted from the sample 53 is transmitted to the Fresnel zone plate 55, and the light collected by the Fresnel zone plate 55 at the position of the pinhole 57 is detected by the light receiving element 58.

【0005】しかしながら、このような分光器は、光の
波長によってフレネルゾーンプレートによる集光位置が
異なることを利用して分光するものであるので、分解能
が低いという欠点があった。また、フレネルゾーンプレ
ートの遮光部(輪帯)で光が遮断されるため、光の利用
効率も悪かった。さらに、ミクロンレベルのピンホール
を用いているので、ピンホールが光軸から外れないよう
ミクロン以下の精度で制御しながらピンホールを光軸に
合わせて移動させる必要があり、分光器の製作が困難で
あった。
However, such a spectroscope has a drawback of low resolution because it disperses light by utilizing the fact that the converging position of the Fresnel zone plate varies depending on the wavelength of light. In addition, since the light is blocked by the light-shielding portion (annular zone) of the Fresnel zone plate, the light utilization efficiency is poor. Furthermore, because a pinhole at the micron level is used, it is necessary to move the pinhole along the optical axis while controlling it with a precision of submicron so that the pinhole does not deviate from the optical axis. Met.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の従来例
の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、分解能が高く、光(電磁波)の利用効率が高
く、光学系をコンパクトにまとめることができ、さら
に、スペクトルを得るための移動機構の要求精度の緩や
かな分光器を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the drawbacks of the above-mentioned conventional examples, and its object is to achieve high resolution, high light (electromagnetic wave) utilization efficiency, and optical An object of the present invention is to provide a spectroscope which can be compactly assembled and which has a moderate accuracy required for a moving mechanism for obtaining a spectrum.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の分光器は、同心
円状パターンからなる回折格子と、当該回折格子に対向
する光反射手段と、当該光反射手段と反対側から前記回
折格子へコリメート光を導くための手段と、前記回折格
子と前記光反射手段を光軸方向に沿って相対的に移動さ
せる手段とを備えたことを特徴としている。
The spectroscope of the present invention comprises a diffraction grating having a concentric circular pattern, a light reflecting means facing the diffraction grating, and collimated light from the side opposite to the light reflecting means to the diffraction grating. And a means for relatively moving the diffraction grating and the light reflecting means along the optical axis direction.

【0008】また、本発明の別な分光器は、同心円状パ
ターンからなる回折格子と、当該回折格子に対向する光
反射手段と、当該光反射手段と反対側から前記回折格子
へ発散光ビームを出射する光出射手段と、前記回折格子
と前記光反射手段を光軸方向に沿って相対的に移動させ
る手段とを備えたことを特徴としている。
Another spectroscope of the present invention is a diffraction grating having a concentric circular pattern, a light reflecting means facing the diffraction grating, and a divergent light beam from the side opposite to the light reflecting means to the diffraction grating. Light emitting means for emitting light and means for relatively moving the diffraction grating and the light reflecting means along the optical axis direction are provided.

【0009】上記光出射手段は、光ファイバによって構
成してもよい。
The light emitting means may be composed of an optical fiber.

【0010】また、光出射手段は、半導体発光素子によ
って構成してもよい。この場合には、半導体発光素子の
発光波長を変調させる波長調整手段を備えてもよい。
The light emitting means may be composed of a semiconductor light emitting element. In this case, a wavelength adjusting means for modulating the emission wavelength of the semiconductor light emitting element may be provided.

【0011】上記回折格子は、フレネルレンズでもよ
い。
The diffraction grating may be a Fresnel lens.

【0012】上記光反射手段の光反射領域の面積は、回
折格子の有効面積に比べて十分に小さくすることが好ま
しい。
The area of the light reflecting region of the light reflecting means is preferably sufficiently smaller than the effective area of the diffraction grating.

【0013】上記移動手段は、駆動源に圧電素子を用い
ていたものでもよい。
The moving means may use a piezoelectric element as a drive source.

【0014】さらに、上記回折格子へ導かれる光ビーム
を透過させ、上記光反射手段によって反射され回折格子
を透過した戻り光を反射させる光分岐手段と、上記光分
岐手段によって分離された光を受光する検出手段とを備
えていてもよい。
Further, light branching means for transmitting the light beam guided to the diffraction grating and reflecting return light reflected by the light reflecting means and transmitted through the diffraction grating, and light received by the light branching means are received. It may be provided with a detection means for performing.

【0015】また、この検出手段は、複数個の受光素子
から構成してもよい。
The detecting means may be composed of a plurality of light receiving elements.

【0016】[0016]

【作用】本発明の分光器にあっては、入射光ビーム(コ
リメート光、発散光)を同心円状パターンからなる回折
格子に入射させると、回折格子を透過した光ビームは光
反射手段で反射され、反射した光ビーム(戻り光)は再
び回折格子を透過し、元の方向へ戻る。このとき、回折
格子の分光作用により波長によって戻り光の出射方向
(あるいは、収束位置)が異なる。したがって、特定出
射方向(あるいは、特定収束位置)の戻り光を検出する
ことにより特定波長の光の強度を検出することができ
る。しかも、回折格子と光反射手段とから構成された折
返し光学系を使用し、1つの回折格子に光ビームを往復
させて2度分光作用を及ぼしているので、光ビームの分
解能を向上させることができる。しかも、折返し光学系
を使用しているので、分光器をコンパクト化することが
できる。
In the spectroscope of the present invention, when an incident light beam (collimated light, divergent light) is incident on a diffraction grating having a concentric circular pattern, the light beam transmitted through the diffraction grating is reflected by the light reflecting means. , The reflected light beam (return light) passes through the diffraction grating again and returns to the original direction. At this time, the emission direction (or the convergence position) of the return light differs depending on the wavelength due to the spectral action of the diffraction grating. Therefore, the intensity of the light of the specific wavelength can be detected by detecting the return light in the specific emission direction (or the specific convergence position). In addition, since the folding optical system composed of the diffraction grating and the light reflecting means is used to reciprocate the light beam to one diffraction grating and exert the spectral effect twice, it is possible to improve the resolution of the light beam. it can. Moreover, since the folding optical system is used, the spectroscope can be made compact.

【0017】さらに、光反射手段もしくは回折格子は移
動手段によって平行を保つように移動させればよいの
で、移動手段の要求精度を緩やかにできる。しかも、光
学系等の大部分をコンパクトに一体化することも可能に
なる。
Further, since the light reflecting means or the diffraction grating may be moved by the moving means so as to maintain the parallelism, the required accuracy of the moving means can be moderated. Moreover, most of the optical system and the like can be integrated compactly.

【0018】また、光出射手段を光ファイバによって構
成すれば、光源を小さくでき、回折格子への入射光が低
収差となり、S/N比が向上して測定分解能がより良好
となる。
Further, if the light emitting means is composed of an optical fiber, the light source can be made small, the light incident on the diffraction grating will have a low aberration, the S / N ratio will be improved, and the measurement resolution will be better.

【0019】あるいは、光出射手段を半導体発光素子に
よって構成すれば、遠赤外から可視光までの幅広い発光
波長を有する小型の光源を用いることができ、分光器を
よりコンパクトにできる。
Alternatively, if the light emitting means is constituted by a semiconductor light emitting element, a small light source having a wide emission wavelength from far infrared to visible light can be used, and the spectrometer can be made more compact.

【0020】また、回折格子としてフレネルレンズを用
いれば、光の透過光量が増加するので光の利用効率が向
上し、S/N比をより良好にできる。
If a Fresnel lens is used as the diffraction grating, the amount of transmitted light is increased, so that the light utilization efficiency is improved and the S / N ratio can be improved.

【0021】また、上記光反射手段の光反射領域の面積
を回折格子の有効面積に比べて十分に小さくすれば、不
要な光を光反射手段によって反射させないようにできる
ので、分光器の分解能を高め、よりS/N比を向上させ
ることができる。
Further, if the area of the light reflecting region of the light reflecting means is made sufficiently smaller than the effective area of the diffraction grating, it is possible to prevent unnecessary light from being reflected by the light reflecting means, so that the resolution of the spectroscope is improved. The S / N ratio can be further improved.

【0022】また、移動手段に圧電素子を用いれば、光
反射手段等の面倒れを防ぐことができ、変位制御も正確
に行なえるので、分光器の分解能をより向上させること
ができる。
Further, if a piezoelectric element is used as the moving means, the surface reflection of the light reflecting means and the like can be prevented and the displacement can be controlled accurately, so that the resolution of the spectroscope can be further improved.

【0023】さらに、回折格子へ導かれる光ビームを透
過させ、反射手段によって反射され回折格子を透過した
戻り光を反射させる光分岐手段を用いれば、戻り光を入
射光ビームから分離できるので、検出手段の設置が容易
になり、戻り光を検出し易くなる。
Further, if the light branching means for transmitting the light beam guided to the diffraction grating and for reflecting the return light reflected by the reflecting means and transmitted through the diffraction grating is used, the return light can be separated from the incident light beam, so that the detection can be performed. The means can be easily installed, and the return light can be easily detected.

【0024】さらに、検出手段を複数個の検出素子によ
って構成すれば、波長別に光を個別の検出素子に収束さ
せることができ、さらに分解能を上げることができる。
Further, if the detecting means is composed of a plurality of detecting elements, the light can be converged on the individual detecting elements for each wavelength, and the resolution can be further improved.

【0025】[0025]

【実施例】図1は本発明の第1の実施例による分光器1
を示す概略構成図である。2は使用光に対して極めて大
なる吸収係数を有する遮光部(輪帯)と、使用光に対し
て極めて小なる吸収係数を有する透光部(輪帯)とを不
等間隔の輪帯となるように同心円状に、かつ、交互に配
置して構成されたフレネルゾーンプレートである。フレ
ネルゾーンプレート2には、反射鏡3が平行に対向させ
られており、反射鏡3は移動機構4によってフレネルゾ
ーンプレート2と平行を保ったままで光軸に沿って移動
できる。反射鏡3の移動機構4としては、詳細は図示し
ないが、例えばねじ機構と直流サーボモータ等によって
構成された機械的な精密送り機構等を用いることができ
る。このフレネルゾーンプレート2には、反射鏡3と反
対側からコリメート光が導入される。コリメート光を導
入する手段としては、半導体発光素子等の発散光を出射
する発散光光源と当該発散光をコリメートするコリメー
トレンズ(図13参照)から構成されていてもよく、あ
るいは、太陽光を用いる場合には、分光器1のハウジン
グに開口した1又は2以上のスリットないし受光窓から
太陽光を導入することによりコリメート光を得るように
したもの(図示せず)でもよい。
1 shows a spectrometer 1 according to a first embodiment of the present invention.
It is a schematic block diagram which shows. Reference numeral 2 is a light-shielding portion (annular zone) having an extremely large absorption coefficient with respect to the used light and a light-transmitting portion (annular zone) having an extremely small absorption coefficient with respect to the used light, which are annular zones with unequal intervals The Fresnel zone plates are arranged concentrically and alternately. A reflecting mirror 3 is opposed to the Fresnel zone plate 2 in parallel, and the reflecting mirror 3 can be moved along the optical axis while being kept parallel to the Fresnel zone plate 2 by a moving mechanism 4. Although not shown in detail, as the moving mechanism 4 of the reflecting mirror 3, for example, a mechanical precision feeding mechanism including a screw mechanism and a DC servo motor or the like can be used. Collimated light is introduced into the Fresnel zone plate 2 from the side opposite to the reflecting mirror 3. The means for introducing the collimated light may be composed of a divergent light source that emits divergent light such as a semiconductor light emitting element and a collimator lens (see FIG. 13) that collimates the divergent light, or uses sunlight. In this case, the collimated light may be obtained by introducing sunlight from one or more slits or light receiving windows opened in the housing of the spectroscope 1 (not shown).

【0026】フレネルゾーンプレート2は、X線や紫外
線から赤外線までの電磁波に対して分光特性を有してお
り、光の入射波長λによって焦点距離fが異なり、焦点
距離fが入射波長λと反比例している。このため、フレ
ネルゾーンプレート2から特定波長に対応する焦点距離
fと等しい距離Lに反射鏡3を置けば、フレネルゾーン
プレート2に入射したコリメート光のうち、当該波長の
光だけが反射鏡3で反射され、さらにフレネルゾーンプ
レート2を透過して戻った後、コリメート光となる。一
方、当該特定波長以外の光ビームは、反射鏡3で反射
し、さらにフレネルゾーンプレート2を透過して戻った
後は、発散光となる(あるいは、一旦収束してから発散
光となる)。
The Fresnel zone plate 2 has a spectral characteristic for electromagnetic waves from X-rays and ultraviolet rays to infrared rays. The focal length f differs depending on the incident wavelength λ of light, and the focal length f is inversely proportional to the incident wavelength λ. is doing. Therefore, if the reflecting mirror 3 is placed at a distance L from the Fresnel zone plate 2 that is equal to the focal length f corresponding to the specific wavelength, only the light of that wavelength out of the collimated light entering the Fresnel zone plate 2 is reflected by the reflecting mirror 3. After being reflected, further transmitted through the Fresnel zone plate 2 and returned, it becomes collimated light. On the other hand, the light beam having a wavelength other than the specific wavelength is reflected by the reflecting mirror 3, further passes through the Fresnel zone plate 2 and then returns to become divergent light (or once converged and then become divergent light).

【0027】具体的にいうと、例えば波長λ2の光に対
するフレネルゾーンプレート2の焦点位置に反射鏡3が
位置しているとき、図1に示すように波長λ1,λ2,
λ3(λ1>λ2>λ3)の光を含むコリメート光がフ
レネルゾーンプレート2に入射したとすると、波長λ2
の光はフレネルゾーンプレート2を透過して反射鏡3に
焦点を結び、反射鏡3で反射されて再びフレネルゾーン
プレート2を透過した後、コリメート光となる。これに
対し、波長λ1の光は、フレネルゾーンプレート2を透
過して焦点を結んだ後、さらに発散した状態で反射鏡3
により反射され、再びフレネルゾーンプレート2を透過
して発散光となる。また、波長λ3の光は、フレネルゾ
ーンプレート2を透過して焦点を結ぶ前に反射鏡3で反
射され、再びフレネルゾーンプレート2を透過した後で
収束し、さらに発散する。
Specifically, for example, when the reflecting mirror 3 is located at the focal position of the Fresnel zone plate 2 for the light of wavelength λ2, as shown in FIG.
If collimated light including light of λ3 (λ1>λ2> λ3) enters the Fresnel zone plate 2, the wavelength λ2
Is transmitted through the Fresnel zone plate 2, focused on the reflection mirror 3, reflected by the reflection mirror 3, transmitted through the Fresnel zone plate 2 again, and becomes collimated light. On the other hand, the light of the wavelength λ1 is transmitted through the Fresnel zone plate 2 to form a focus, and then is further diverged in the reflecting mirror 3
Is reflected by the light and is transmitted again through the Fresnel zone plate 2 to become divergent light. Further, the light having the wavelength λ3 is reflected by the reflecting mirror 3 before passing through the Fresnel zone plate 2 and being focused, and after passing through the Fresnel zone plate 2 again, is converged and further diverged.

【0028】このように、特定波長(上記の例ではλ
2)の光だけがコリメート光として一定の強度Iを持っ
て元の方向へ戻り、他の波長の光は最終的には発散して
強度Iが弱くなるので、フレネルゾーンプレート2から
十分に離れた位置では、当該特定波長の光だけを分離す
ることができる。したがって、このコリメート光のみを
パワーメータ等の検出素子(図示せず)へ導くことによ
り、フレネルゾーンプレート2と反射鏡3との距離によ
って決まる特定波長の光の強度Iを測定することができ
る。
Thus, the specific wavelength (λ in the above example)
Only the light of 2) returns to the original direction with a constant intensity I as collimated light, and the light of other wavelengths eventually diverges and the intensity I weakens, so it is sufficiently separated from the Fresnel zone plate 2. At the open position, only the light of the specific wavelength can be separated. Therefore, by guiding only this collimated light to a detection element (not shown) such as a power meter, it is possible to measure the intensity I of light of a specific wavelength determined by the distance between the Fresnel zone plate 2 and the reflecting mirror 3.

【0029】さらに、移動機構4によって反射鏡3を光
軸に沿って移動させると、反射鏡3とフレネルゾーンプ
レート2との距離が連続的に変化し、これによってコリ
メート光として出力される光の波長が連続的に変化する
ので、入射光ビームのスペクトルを計測することができ
る。例えば、図1のように波長λ1,λ2,λ3の光を
含む光ビームが入射している場合には、移動機構4によ
って反射鏡3を移動させながら、戻り光の強度Iを検出
素子で測定すると、図2に示すように、フレネルゾーン
プレート2と反射鏡3との距離Lが各波長λ1,λ2,
λ3に対応するフレネルゾーンプレート2の焦点距離f
1,f2,f3に等しくなったところにスペクトル(明
線)が得られる。また、例えば、大気中のガス等によっ
て波長λ11,λ12,…の波長の光が吸収されている
場合には、当該分光器1でスペクトル分析すると、図3
に示すような吸収スペクトル(暗線)が観測される。
Further, when the reflecting mechanism 3 is moved along the optical axis by the moving mechanism 4, the distance between the reflecting mirror 3 and the Fresnel zone plate 2 continuously changes, whereby the light output as collimated light is changed. Since the wavelength changes continuously, the spectrum of the incident light beam can be measured. For example, when a light beam containing light of wavelengths λ1, λ2 and λ3 is incident as shown in FIG. 1, the intensity I of the returning light is measured by the detection element while moving the reflecting mirror 3 by the moving mechanism 4. Then, as shown in FIG. 2, the distance L between the Fresnel zone plate 2 and the reflecting mirror 3 is set to each wavelength λ1, λ2,
Focal length f of Fresnel zone plate 2 corresponding to λ3
A spectrum (bright line) is obtained when it becomes equal to 1, f2, and f3. Further, for example, when the light having the wavelengths λ11, λ12, ... Is absorbed by the gas in the atmosphere, the spectrum analysis by the spectroscope 1 is as shown in FIG.
An absorption spectrum (dark line) as shown in is observed.

【0030】図4に示すものは本発明の第2の実施例に
よる分光器5を示す概略構成図である。この分光器5に
あっては、不等間隔回折格子としてマイクロフレネルレ
ンズ6を用い、マイクロフレネルレンズ6に反射鏡3を
対向させると共に移動機構4によって反射鏡3を光軸方
向に沿って移動させるようにしている。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope 5 according to a second embodiment of the present invention. In this spectroscope 5, the micro Fresnel lens 6 is used as a non-uniformly spaced diffraction grating, the reflecting mirror 3 is opposed to the micro Fresnel lens 6, and the moving mechanism 4 moves the reflecting mirror 3 along the optical axis direction. I am trying.

【0031】図1の分光器1に用いられているフレネル
ゾーンプレート2は、径方向に向かって透光部と遮光部
のパターンが交互に繰り返す構造となっているので、フ
レネルゾーンプレート2への入射光量のおよそ半分しか
フレネルゾーンプレート2を透過しない。したがって、
分光器1では、微小エネルギーの分光を行なう場合に
は、S/N比が悪くなる可能性がある。
The Fresnel zone plate 2 used in the spectroscope 1 of FIG. 1 has a structure in which the patterns of the light transmitting portions and the light shielding portions are alternately repeated in the radial direction. Only about half the amount of incident light passes through the Fresnel zone plate 2. Therefore,
In the spectroscope 1, there is a possibility that the S / N ratio may be deteriorated when the spectroscopic analysis of minute energy is performed.

【0032】これに対し、光の回折現象と屈折現象を利
用したマイクロフレネルレンズ6は、フレネルゾーンプ
レート2に比べて光の利用効率が良好である。加えて、
マイクロフレネルレンズ6は、フレネルゾーンプレート
2と同様な分光特性を有しているから、回折格子として
マイクロフレネルレンズ6を用いた分光器5にあって
は、フレネルゾーンプレート2を用いた分光器1と同様
な原理により特定波長の光だけを取り出してパワーメー
タのような検出素子で計測することができ、しかも、マ
イクロフレネルレンズ6を用いることでS/N比を向上
させることができる。
On the other hand, the micro Fresnel lens 6 utilizing the light diffraction phenomenon and the refraction phenomenon has a better light utilization efficiency than the Fresnel zone plate 2. in addition,
Since the micro-Fresnel lens 6 has the same spectral characteristics as the Fresnel zone plate 2, the spectroscope 5 using the Fresnel zone plate 2 is a spectroscope 1 using the Fresnel zone plate 2 as the diffraction grating. By the same principle as described above, only the light of a specific wavelength can be extracted and measured by a detection element such as a power meter, and further, the S / N ratio can be improved by using the micro Fresnel lens 6.

【0033】図5に示すものは本発明の第3の実施例に
よる分光器7を示す概略構成図である。この分光器7に
あっては、マイクロフレネルレンズ6に対向させて反射
鏡3を配置し、移動機構4によって反射鏡3を光軸に沿
って移動させるようにしている。しかも、反射鏡3の径
dはマイクロフレネルレンズ6の有効径(パターン領域
の外径)Dに比べて非常に小さくなっており、反射鏡3
をマイクロフレネルレンズ6の光軸に一致させて移動機
構4の縦板部8に固定している。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope 7 according to a third embodiment of the present invention. In this spectroscope 7, the reflecting mirror 3 is arranged so as to face the micro Fresnel lens 6, and the moving mechanism 4 moves the reflecting mirror 3 along the optical axis. Moreover, the diameter d of the reflecting mirror 3 is much smaller than the effective diameter (outer diameter of the pattern area) D of the micro Fresnel lens 6, and the reflecting mirror 3
Is aligned with the optical axis of the micro Fresnel lens 6 and fixed to the vertical plate portion 8 of the moving mechanism 4.

【0034】フレネルゾーンプレート2やマイクロフレ
ネルレンズ6などの回折格子では、一般に、1次回折光
を分光に利用しているが、同時に0次回折光や2次以上
の高次回折光も発生することが知られており、これらの
高次回折光等によりS/N比が悪くなる恐れがある。こ
れに対し、本実施例の分光器7においては、反射鏡3の
面積をマイクロフレネルレンズ6の有効領域の面積に比
べて十分小さくすることにより、高次回折光を反射鏡3
によって元の方向へ反射しないようにしており、S/N
比を向上させることができる。また、反射鏡3の面積を
1次回折光の回折限界値レベルまで小さくすると、反射
鏡3の位置に焦点を結ばない波長の光(特定波長以外の
光)を反射鏡3によって反射しなくなるので、波長の分
解能が向上する。但し、この場合には、反射鏡3の中心
を常にマイクロフレネルレンズ6の光軸に厳密に一致さ
せておく必要がある。このような微小面積の反射鏡3
は、基板の表面にマスクを用いて金属膜等を蒸着させる
ことによって作製することができ、あるいは、反射鏡3
の表面にピンホールをあけた遮蔽板を密着させてピンホ
ール位置でのみ反射鏡3を露出させてもよい。
In the diffraction grating such as the Fresnel zone plate 2 and the micro Fresnel lens 6, generally, the 1st-order diffracted light is used for the spectroscopy, but it is known that the 0th-order diffracted light and the 2nd-order or higher-order diffracted light are simultaneously generated. However, the S / N ratio may be deteriorated due to the high-order diffracted light and the like. On the other hand, in the spectroscope 7 of the present embodiment, the area of the reflecting mirror 3 is made sufficiently smaller than the area of the effective region of the micro-Fresnel lens 6, so that the high-order diffracted light is reflected by the reflecting mirror 3.
It is designed to prevent reflection in the original direction by S / N
The ratio can be improved. Further, if the area of the reflecting mirror 3 is reduced to the diffraction limit value level of the first-order diffracted light, light having a wavelength that does not focus on the position of the reflecting mirror 3 (light other than a specific wavelength) is not reflected by the reflecting mirror 3, The wavelength resolution is improved. However, in this case, the center of the reflecting mirror 3 must always be exactly aligned with the optical axis of the micro Fresnel lens 6. Reflecting mirror 3 with such a small area
Can be produced by vapor-depositing a metal film or the like on the surface of the substrate using a mask, or the reflecting mirror 3
The reflecting mirror 3 may be exposed only at the pinhole position by bringing a shield plate with a pinhole into close contact with the surface of the.

【0035】図6に示すものは本発明の第4の実施例に
よる分光器9を示す概略構成図である。この分光器9
は、マイクロフレネルレンズ6にその有効径よりも小さ
な反射鏡3を対向させ、マイクロフレネルレンズ6の反
射鏡3と反対側(光ビーム入射側)の光軸上にハーフミ
ラー10を配置したものである。このハーフミラー10
は、入射光ビームをマイクロフレネルレンズ6側へ透過
させ、マイクロフレネルレンズ6側からの戻り光を反射
させるように用いられる。
FIG. 6 is a schematic block diagram showing a spectroscope 9 according to a fourth embodiment of the present invention. This spectroscope 9
Is a micro-Fresnel lens 6 facing a reflecting mirror 3 having a smaller effective diameter, and a half mirror 10 is arranged on the optical axis of the micro-Fresnel lens 6 opposite to the reflecting mirror 3 (light beam incident side). is there. This half mirror 10
Is used to transmit the incident light beam to the side of the micro-Fresnel lens 6 and reflect the return light from the side of the micro-Fresnel lens 6.

【0036】しかして、分光計測の対象となる光ビーム
をハーフミラー10に導くと、光ビームはハーフミラー
10及びマイクロフレネルレンズ6を透過して反射鏡3
で反射される。反射光は再びマイクロフレネルレンズ6
を元の方向へ透過し、特定波長の光だけがコリメート光
となって戻り、ハーフミラ10で反射される。この結
果、特定波長の光だけが元の光ビームと異なる方向へ取
り出される。この特定波長の光が出射される方向に検出
素子を設置することにより、分光された光の強度を容易
に測定できる。
When the light beam to be spectroscopically measured is guided to the half mirror 10, the light beam passes through the half mirror 10 and the micro Fresnel lens 6 and the reflecting mirror 3
Is reflected by. The reflected light is again the Micro Fresnel lens 6
In the original direction, only light of a specific wavelength returns as collimated light and is reflected by the half mirror 10. As a result, only the light of the specific wavelength is extracted in the direction different from the original light beam. By installing the detection element in the direction in which the light of this specific wavelength is emitted, the intensity of the dispersed light can be easily measured.

【0037】反射鏡3で反射され、マイクロフレネルレ
ンズ6を透過して戻ってくる光ビームは、入射光ビーム
と同じ光軸上を通るが、この実施例のようにハーフミラ
ー10を用いれば、入射光ビームと戻り光を分離するこ
とができ、戻り光のみを容易に検出することができる。
The light beam reflected by the reflecting mirror 3, transmitted through the micro Fresnel lens 6 and returning returns along the same optical axis as the incident light beam. However, if the half mirror 10 is used as in this embodiment, The incident light beam and the return light can be separated, and only the return light can be easily detected.

【0038】なお、入射光ビームと戻り光との光分岐手
段としては、光の一部を透過させ、一部を屈折させる貼
り合わせプリズム等を用いてもよい。
As a light splitting means for the incident light beam and the return light, a bonded prism or the like which transmits a part of the light and refracts a part thereof may be used.

【0039】図7に示すものは本発明の第5の実施例に
よる分光器11を示す概略構成図である。この分光器1
1では、入射光ビームと戻ってくる光ビームとを効果的
に分離させるための光分岐手段として、偏光子12、偏
光ビームスプリッタ13及び1/4波長(λ/4)板か
らなる光学系を用いており、偏光子12の後ろに偏光ビ
ームスプリッタ13を置き、その後ろに1/4波長板1
4を配置し、その後ろにマイクロフレネルレンズ6及び
反射鏡3を配置している。ここで、偏光ビームスプリッ
タ13は、偏光面が直交する2つの直線偏光を2方向に
分離することができ、例えばP偏光を透過させ、S偏光
を反射させる。
FIG. 7 is a schematic block diagram showing a spectroscope 11 according to a fifth embodiment of the present invention. This spectroscope 1
In 1, the optical system including a polarizer 12, a polarization beam splitter 13, and a quarter wavelength (λ / 4) plate is used as a light branching unit for effectively separating the incident light beam and the returning light beam. The polarizing beam splitter 13 is placed behind the polarizer 12, and the quarter-wave plate 1 is placed behind it.
4 is arranged, and the micro Fresnel lens 6 and the reflecting mirror 3 are arranged behind it. Here, the polarization beam splitter 13 can separate two linearly polarized lights whose polarization planes are orthogonal to each other in two directions. For example, P polarized light is transmitted and S polarized light is reflected.

【0040】しかして、偏光子12に無偏光の光ビーム
が入射すると、偏光子12によって直線偏光(P偏光と
する)に変換された後、偏光ビームスプリッタ13に入
射する。P偏光は偏光ビームスプリッタ13を透過し、
さらに1/4波長板14を透過することによって円偏光
に変換される。この円偏光はマイクロフレネルレンズ6
を透過し、反射鏡3で反射された後、再びマイクロフレ
ネルレンズ6を透過し、特定波長の円偏光のみがコリメ
ート光となる。コリメート光となった特定波長の円偏光
は、1/4波長板14を透過することによって直線偏光
(S偏光)に変換され、S偏光は偏光ビームスプリッタ
13で反射される。したがって、このS偏光の強度を検
出素子によって計測する。
When the unpolarized light beam is incident on the polarizer 12, it is converted into linearly polarized light (P-polarized) by the polarizer 12 and then incident on the polarization beam splitter 13. The P-polarized light passes through the polarization beam splitter 13,
Further, it is converted into circularly polarized light by passing through the quarter-wave plate 14. This circularly polarized light is a micro Fresnel lens 6
After being transmitted through the reflecting mirror 3, the micro Fresnel lens 6 transmits again, and only circularly polarized light of a specific wavelength becomes collimated light. The circularly polarized light of the specific wavelength that has become the collimated light is converted into linearly polarized light (S polarized light) by passing through the quarter-wave plate 14, and the S polarized light is reflected by the polarization beam splitter 13. Therefore, the intensity of this S-polarized light is measured by the detection element.

【0041】光分岐素子としてプリズムを用いる場合に
は、プリズム内部での反射波がS/N比を低下させる原
因となることがあるが、この分光器11のような偏光ビ
ームスプリッタ13等からなる光分岐手段を用いること
によりS/N比の低下を防ぐことができる。なお、偏光
ビームスプリッタ13に代えて偏光プリズムを用いても
よい。
When a prism is used as the light splitting element, the reflected wave inside the prism may cause the S / N ratio to decrease, but it is composed of a polarization beam splitter 13 such as the spectroscope 11. By using the light branching means, it is possible to prevent the S / N ratio from decreasing. A polarization prism may be used instead of the polarization beam splitter 13.

【0042】図8に示すものは本発明の第6の実施例に
よる分光器15であって、図7の分光器11における偏
光子12、偏光ビームスプリッタ13、1/4波長板1
4及びマイクロフレネルレンズ6を一体化している。こ
のような一体化構造を用いることにより、分光器15の
振動や温度変化に対する特性を向上させ、分光器15を
小型化することができる。
FIG. 8 shows a spectroscope 15 according to a sixth embodiment of the present invention. The spectroscope 11 shown in FIG. 7 has a polarizer 12, a polarization beam splitter 13, and a quarter-wave plate 1.
4 and the micro Fresnel lens 6 are integrated. By using such an integrated structure, it is possible to improve the characteristics of the spectroscope 15 against vibrations and temperature changes, and to downsize the spectroscope 15.

【0043】図9は本発明の第7の実施例による分光器
16を示す概略構成図である。この分光器16において
は、入射光の一部を透過させ一部を屈折させる貼り合わ
せプリズム等のプリズム17をマイクロフレネルレンズ
6の前方に配置し、プリズム17の側方にフレネルレン
ズや屈折レンズ等の集光レンズ18と検出素子(受光素
子)19を配置してある。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope 16 according to a seventh embodiment of the present invention. In this spectroscope 16, a prism 17 such as a bonded prism for transmitting a part of incident light and refracting a part of the incident light is arranged in front of the micro Fresnel lens 6, and a Fresnel lens, a refraction lens, etc. are provided on the side of the prism 17. The condenser lens 18 and the detecting element (light receiving element) 19 are arranged.

【0044】しかして、プリズム17を透過した入射光
ビームはマイクロフレネルレンズ6を透過し、反射鏡3
で反射する。また、反射鏡3で反射し、マイクロフレネ
ルレンズ6を透過した後にコリメート光となっている特
定波長の光は、プリズム17で屈折し、集光レンズ18
で集光されて検出素子19に入射し、検出素子19によ
って強度を計測される。
Thus, the incident light beam that has passed through the prism 17 passes through the micro-Fresnel lens 6 and the reflection mirror 3
Reflect on. Further, the light of a specific wavelength, which is reflected by the reflecting mirror 3 and transmitted through the micro Fresnel lens 6 and then becomes collimated light, is refracted by the prism 17 and then condensed by the condenser lens 18.
Then, the light is focused on and enters the detection element 19, and the intensity is measured by the detection element 19.

【0045】なお、集光レンズ18としてフレネルレン
ズを用いる場合には、光の収束位置が波長によって異な
ることを利用し、図10に示す分光器20(第8の実施
例)のように複数の検出素子19a,19b,…を配列
すれば、波長別に光を個別の検出素子19a,19b,
…に収束させることができ、さらに分解能を向上させる
ことができる。
When a Fresnel lens is used as the condenser lens 18, the fact that the converging position of light differs depending on the wavelength is used, and a plurality of spectroscopes 20 (eighth embodiment) shown in FIG. 10 are used. By arranging the detecting elements 19a, 19b, ..., The individual detecting elements 19a, 19b,
Can be converged to ... And the resolution can be further improved.

【0046】図11は本発明の第9の実施例による分光
器21を示す概略構成図である。この分光器21にあっ
ては、マイクロフレネルレンズ6の前方にプリズム17
を配置し、プリズム17の前方に光ファイバ22の端面
を対向させている。プリズム17の側方には受光面積の
小さな検出素子19が固定されている。また、マイクロ
フレネルレンズ6の後ろの反射鏡3も非常に小さなもの
が用いられている。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope 21 according to a ninth embodiment of the present invention. In this spectroscope 21, a prism 17 is provided in front of the micro Fresnel lens 6.
Is disposed, and the end surface of the optical fiber 22 faces the front of the prism 17. A detection element 19 having a small light receiving area is fixed to the side of the prism 17. The reflecting mirror 3 behind the micro Fresnel lens 6 is also very small.

【0047】しかして、光ファイバ22の端面からプリ
ズム17に向けて発散光を出射させると、この光ビーム
はプリズム17を透過し、特定波長の光のみがマイクロ
フレネルレンズ6によって反射鏡3の上に収束させら
れ、反射鏡3で反射される。検出素子19は、反射鏡3
で反射され、マイクロフレネルレンズ6を透過した特定
波長の光のみが、プリズム17で反射された後検出素子
19の上に収束するように配置されている。したがっ
て、検出素子19には特定波長の光だけが集光されるの
で、このような構成により特定波長の光だけを分光する
ことができる。さらに、移動機構4によって反射鏡3を
移動させると、検出素子19で計測した強度から入射光
のスペクトルを得ることができる。
When divergent light is emitted from the end face of the optical fiber 22 toward the prism 17, this light beam passes through the prism 17 and only light of a specific wavelength is reflected by the micro Fresnel lens 6 on the reflecting mirror 3. And is reflected by the reflecting mirror 3. The detection element 19 is the reflection mirror 3
It is arranged so that only the light of a specific wavelength that has been reflected by, and has passed through the micro Fresnel lens 6 is converged on the detection element 19 after being reflected by the prism 17. Therefore, since only the light of the specific wavelength is condensed on the detecting element 19, only the light of the specific wavelength can be dispersed by such a configuration. Further, when the reflecting mirror 3 is moved by the moving mechanism 4, the spectrum of the incident light can be obtained from the intensity measured by the detecting element 19.

【0048】このように光ファイバ22を用いて光源を
小さくすると、マイクロフレネルレンズ6への入射光が
低収差となり、S/N比が向上して測定分解能が良好と
なる。
When the light source is made small by using the optical fiber 22 in this way, the incident light on the micro Fresnel lens 6 has a low aberration, the S / N ratio is improved, and the measurement resolution is improved.

【0049】図12に示すものは本発明の第10の実施
例による分光器23である。この実施例にあっては、光
ファイバ22とプリズム17との間にコリメートレンズ
24を挿入し、光ファイバ22の端面から出射された発
散光をコリメートレンズ24によってコリメート光に変
換した後、プリズム17へ入射させるようにしてある。
また、分離された特定波長のコリメート光は、集光レン
ズ18によって検出素子19に集光されている。このよ
うに、光ファイバ22から出射された光ビームをコリメ
ート光に変換してからプリズム17へ入射させれば、プ
リズム17等による収差をさらに小さくすることができ
る。
FIG. 12 shows a spectroscope 23 according to the tenth embodiment of the present invention. In this embodiment, a collimator lens 24 is inserted between the optical fiber 22 and the prism 17, divergent light emitted from the end face of the optical fiber 22 is converted into collimated light by the collimator lens 24, and then the prism 17 is used. It is incident on.
Further, the separated collimated light of a specific wavelength is condensed on the detection element 19 by the condenser lens 18. As described above, if the light beam emitted from the optical fiber 22 is converted into collimated light and then incident on the prism 17, the aberration due to the prism 17 or the like can be further reduced.

【0050】図13は本発明の第11の実施例による分
光器25を示す概略構成図である。この分光器26にあ
っては、コリメートレンズ24、プリズム17、マイク
ロフレネルレンズ6及び集光レンズ18を一体化してあ
り、振動や温度変化に対して特性を安定させると共に分
光器をよりコンパクト化できる。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope 25 according to an eleventh embodiment of the present invention. In this spectroscope 26, the collimator lens 24, the prism 17, the micro-Fresnel lens 6 and the condenser lens 18 are integrated, and the characteristics can be stabilized against vibration and temperature change, and the spectroscope can be made more compact. ..

【0051】図14は本発明の第12の実施例による分
光器26を示す概略構成図である。この分光器26にあ
っては、光源としてLEDや半導体レーザ等の半導体発
光素子27を用い、発光素子27から出射された発散光
をコリメートレンズ24によってコリメート光に変換
し、このコリメート光をプリズム17に透過させた後、
マイクロフレネルレンズ6及び小さな反射鏡3によって
特定波長の光をコリメート光として取り出し、プリズム
17で反射させた後、集光レンズ18によって検出素子
19に集光させている。
FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope 26 according to a twelfth embodiment of the present invention. In the spectroscope 26, a semiconductor light emitting element 27 such as an LED or a semiconductor laser is used as a light source, divergent light emitted from the light emitting element 27 is converted into collimated light by a collimator lens 24, and the collimated light is converted into a prism 17. After passing through
Light having a specific wavelength is extracted as collimated light by the micro Fresnel lens 6 and the small reflecting mirror 3, reflected by the prism 17, and then condensed by the condenser lens 18 on the detection element 19.

【0052】この分光器26では半導体発光素子27を
光源としているが、発光素子27は微小な発光点を有
し、形状も小型であるから、分光器26の小型化に有用
である。さらに、発光素子27は、遠赤外から可視光ま
での幅広い発光波長を有しているので、分光器用の光源
に適している。
The spectroscope 26 uses the semiconductor light emitting element 27 as a light source, but since the light emitting element 27 has a minute light emitting point and has a small shape, it is useful for downsizing the spectroscope 26. Further, since the light emitting element 27 has a wide emission wavelength from far infrared to visible light, it is suitable as a light source for a spectroscope.

【0053】また、この分光器26は、半導体発光素子
27の駆動電流を変調させることができる発光素子変調
駆動回路28を備えており、駆動電流値を変調させるこ
とによって発光波長を走査できるようになっている。
Further, the spectroscope 26 is provided with a light emitting element modulation drive circuit 28 capable of modulating the drive current of the semiconductor light emitting element 27 so that the emission wavelength can be scanned by modulating the drive current value. Is becoming

【0054】図15は本発明の第13の実施例による分
光器29を示す概略構成図である。この分光器29にあ
っては、半導体発光素子27を発光素子駆動回路30に
よって発光させ、発光素子27を納めているケース31
の温度をヒータ加熱等によって変化させるためのケース
温度制御装置32を備えており、ケース31の温度を変
化させることによって発光素子27の発光波長を走査で
きるようにしている。
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope 29 according to a thirteenth embodiment of the present invention. In this spectroscope 29, the semiconductor light emitting element 27 is caused to emit light by the light emitting element drive circuit 30, and the case 31 in which the light emitting element 27 is housed
A case temperature control device 32 for changing the temperature of the case by heating the heater is provided, and the emission wavelength of the light emitting element 27 can be scanned by changing the temperature of the case 31.

【0055】図16は、マイクロフレネルレンズやフレ
ネルゾーンプレート等の回折格子33と反射鏡3との相
対距離を変化させるための移動機構4の具体的構造を説
明するための実施例であって、積層型圧電素子34を用
いた移動機構4を示している。固定ベース35には1個
又は2個以上の積層型圧電素子34が互いに平行に固定
されており、各積層型圧電素子34の自由端に反射鏡3
の裏面が固定されている。
FIG. 16 shows an embodiment for explaining a specific structure of the moving mechanism 4 for changing the relative distance between the diffraction grating 33 such as a micro Fresnel lens or a Fresnel zone plate and the reflecting mirror 3. The moving mechanism 4 using the laminated piezoelectric element 34 is shown. One or more laminated piezoelectric elements 34 are fixed to the fixed base 35 in parallel with each other, and the reflection mirror 3 is attached to the free end of each laminated piezoelectric element 34.
The back side of is fixed.

【0056】しかして、積層型圧電素子34に駆動電圧
を印加して伸縮させると、積層型圧電素子34に支持さ
れている反射鏡3が変位し、固定されている回折格子3
3と反射鏡3との距離が変化する。積層型圧電素子34
は、入力電圧に比例して形状が変化する小型で精密なア
クチュエータであり、モータ駆動による方法等と比較し
てバックラッシュや面倒れが少なく、可動部も少ないの
で、振動にも強いという特徴がある。したがって、移動
機構4として積層型圧電素子34を用いることにより、
反射鏡3の面倒れを防ぐことができ、変位制御も正確に
行なえるので、分光器の分解能を向上させることができ
る。
When a driving voltage is applied to the laminated piezoelectric element 34 to expand and contract, the reflecting mirror 3 supported by the laminated piezoelectric element 34 is displaced and fixed to the diffraction grating 3.
The distance between 3 and the reflecting mirror 3 changes. Multilayer piezoelectric element 34
Is a small and precise actuator that changes its shape in proportion to the input voltage. It has less backlash and trouble, and has less moving parts than methods such as motor drive, and is characterized by strong vibration. is there. Therefore, by using the laminated piezoelectric element 34 as the moving mechanism 4,
Since the tilt of the reflecting mirror 3 can be prevented and the displacement can be accurately controlled, the resolution of the spectroscope can be improved.

【0057】図17に示すものは、回折格子33と反射
鏡3との相対距離を変化させるための移動機構4の具体
的構造の別な実施例である。この実施例にあっては、積
層型圧電素子34の両端に変位拡大機構36を設け、変
位拡大機構36を両端に備えた積層型圧電素子34を複
数個縦列に接続したものを用いている。この変位拡大機
構36は、ブリッジ形状もしくはドーム形状に形成され
ており、積層型圧電素子34の横方向歪を縦方向歪に変
換及び増幅し、これを積層型圧電素子34の縦方向歪に
重畳させ、積層型圧電素子34から大きな変位量を出力
させるものである。しかして、このような移動機構4を
用いることにより、図16の実施例に比べて反射鏡3を
大きく変位ないし移動させることができる。
FIG. 17 shows another embodiment of the specific structure of the moving mechanism 4 for changing the relative distance between the diffraction grating 33 and the reflecting mirror 3. In this embodiment, a displacement magnifying mechanism 36 is provided at both ends of the laminated piezoelectric element 34, and a plurality of laminated piezoelectric elements 34 having the displacement magnifying mechanism 36 at both ends are connected in cascade. The displacement magnifying mechanism 36 is formed in a bridge shape or a dome shape, converts the lateral strain of the laminated piezoelectric element 34 into a longitudinal strain and amplifies it, and superimposes it on the longitudinal strain of the laminated piezoelectric element 34. Then, a large displacement amount is output from the laminated piezoelectric element 34. By using the moving mechanism 4 as described above, the reflecting mirror 3 can be displaced or moved largely as compared with the embodiment of FIG.

【0058】なお、上記実施例においては、移動機構に
よって反射鏡を移動させるようにしているが、反射鏡を
固定して回折格子を移動機構によって移動させるように
してもよい。あるいは、反射鏡と回折格子を移動機構に
よって同時に移動させて相対距離を変化させるようにし
てもよい。また、上記実施例では、例えば、空気中のガ
ス成分(窒素酸化物等)の分析の場合を念頭において説
明したが、光入射側(例えば、図11の実施例の光ファ
イバの端面近傍など)に透明試料をおけば、当該試料の
分析に用いることができる。
Although the reflecting mechanism is moved by the moving mechanism in the above embodiment, the reflecting mirror may be fixed and the diffraction grating may be moved by the moving mechanism. Alternatively, the relative distance may be changed by simultaneously moving the reflecting mirror and the diffraction grating by the moving mechanism. Further, in the above embodiment, for example, the case of analyzing a gas component (nitrogen oxide, etc.) in the air has been described in mind, but the light incident side (for example, near the end face of the optical fiber in the embodiment of FIG. 11) If a transparent sample is placed on the sample, it can be used for analysis of the sample.

【0059】[0059]

【発明の効果】本発明によれば、戻り光のうち特定の出
射方向(もしくは、特定の収束位置)の光を検出するこ
とにより特定波長の光の強度を検出することができ、し
かも、回折格子と光反射手段とから構成された折返し光
学系を使用し、1つの回折格子に光ビームを往復させて
2度分光作用を及ぼしているので、光ビームの分解能を
向上させることができる。しかも、折返し光学系を使用
しているので、分光器をコンパクト化でき、可搬型の分
光器の製作が可能になり、用途も拡大する。
According to the present invention, the intensity of light of a specific wavelength can be detected by detecting the light in the specific emission direction (or the specific convergence position) of the return light, and the diffraction Since the folding optical system composed of the grating and the light reflecting means is used to reciprocate the light beam to one diffraction grating and exert the spectral effect twice, it is possible to improve the resolution of the light beam. Moreover, since the folding optical system is used, the spectroscope can be made compact, and a portable spectroscope can be manufactured, and the application is expanded.

【0060】さらに、光反射手段もしくは回折格子は移
動手段によって平行を保つように移動させればよいの
で、移動手段の要求精度を緩やかにできる。しかも、光
学系等の大部分をコンパクトに一体化することも可能に
なり、振動や温度変化に対する特性の良好な分光器を製
作することもできる。
Further, since the light reflecting means or the diffraction grating may be moved by the moving means so as to maintain the parallelism, the required accuracy of the moving means can be moderated. Moreover, most of the optical system and the like can be integrated compactly, and a spectroscope having excellent characteristics against vibration and temperature change can be manufactured.

【0061】また、光出射手段に光ファイバや半導体発
光素子を用いて分光器のS/N比を向上させたり、より
コンパクト化を図ったりできる。
Further, by using an optical fiber or a semiconductor light emitting element as the light emitting means, the S / N ratio of the spectroscope can be improved and the spectroscope can be made more compact.

【0062】また、上記光反射手段の光反射領域の面積
を回折格子の有効面積に比べて十分に小さくすれば、不
要な光を光反射手段によって反射させないようにできる
ので、分光器の分解能を高め、よりS/N比を向上させ
ることができる。
Further, if the area of the light reflecting region of the light reflecting means is made sufficiently smaller than the effective area of the diffraction grating, it is possible to prevent unnecessary light from being reflected by the light reflecting means, so that the resolution of the spectroscope is improved. The S / N ratio can be further improved.

【0063】さらに、移動手段には小型、高精度の圧電
素子を用いることもでき、分光器の分解能をより向上さ
せることができる。
Furthermore, a small-sized and highly accurate piezoelectric element can be used as the moving means, and the resolution of the spectroscope can be further improved.

【0064】さらに、回折格子へ導かれる光ビームを透
過させ、反射手段によって反射され回折格子を透過した
戻り光を反射させる光分岐手段を用いれば、戻り光を入
射光ビームから分離できるので、検出手段の設置が容易
になり、戻り光を検出し易くなる。
Further, if the light branching means for transmitting the light beam guided to the diffraction grating and reflecting the return light reflected by the reflecting means and transmitted through the diffraction grating is used, the return light can be separated from the incident light beam. The means can be easily installed, and the return light can be easily detected.

【0065】さらに、検出手段を複数個の検出素子によ
って構成すれば、波長別に光を個別の検出素子に収束さ
せることができ、さらに分解能を上げることができる。
Further, if the detecting means is composed of a plurality of detecting elements, the light can be converged on the individual detecting elements for each wavelength, and the resolution can be further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例による分光器を示す概略
構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同上の分光器によって得られたスペクトルの一
例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a spectrum obtained by the spectroscope of the same.

【図3】別な光ビームの吸収スペクトルを示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing an absorption spectrum of another light beam.

【図4】本発明の第2の実施例による分光器を示す概略
構成図である
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施例による分光器を示す概略
構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施例による分光器を示す概略
構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5の実施例による分光器を示す概略
構成図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第6の実施例による分光器を示す概略
構成図である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope according to a sixth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第7の実施例による分光器を示す概略
構成図である。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope according to a seventh embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第8の実施例による分光器を示す概
略構成図である。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope according to an eighth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第9の実施例による分光器を示す概
略構成図である。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope according to a ninth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第10の実施例による分光器を示す
概略構成図である。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope according to a tenth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第11の実施例による分光器を示す
概略構成図である。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第12の実施例による分光器を示す
概略構成図である。
FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第13の実施例による分光器を示す
概略構成図である。
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope according to a thirteenth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第14の実施例による分光器を示す
概略構成図である。
FIG. 16 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope according to a fourteenth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第15の実施例による分光器を示す
概略構成図である。
FIG. 17 is a schematic configuration diagram showing a spectroscope according to a fifteenth embodiment of the present invention.

【図18】従来例の分光器を示す概略構成図である。FIG. 18 is a schematic configuration diagram showing a conventional spectroscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 フレネルゾーンプレート 3 反射鏡 4 移動機構 6 マイクロフレネルレンズ 10 ハーフミラー 13 偏光ビームスプリッタ 17 プリズム 19 検出素子 22 光ファイバ 27 発光素子 34 積層型圧電素子 2 Fresnel zone plate 3 Reflector 4 Moving mechanism 6 Micro Fresnel lens 10 Half mirror 13 Polarizing beam splitter 17 Prism 19 Detection element 22 Optical fiber 27 Light emitting element 34 Laminated piezoelectric element

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 同心円状パターンからなる回折格子と、 当該回折格子に対向する光反射手段と、 当該光反射手段と反対側から前記回折格子へコリメート
光を導くための手段と、 前記回折格子と前記光反射手
段を光軸方向に沿って相対的に移動させる手段とを備え
た分光器。
1. A diffraction grating having a concentric pattern, a light reflecting means facing the diffraction grating, a means for guiding collimated light from the side opposite to the light reflecting means to the diffraction grating, and the diffraction grating. A spectroscope comprising means for relatively moving the light reflecting means along the optical axis direction.
【請求項2】 同心円状パターンからなる回折格子と、 当該回折格子に対向する光反射手段と、 当該光反射手段と反対側から前記回折格子へ発散光ビー
ムを出射する光出射手段と、 前記回折格子と前記光反射手段を光軸方向に沿って相対
的に移動させる手段とを備えた分光器。
2. A diffraction grating having a concentric pattern, a light reflecting means facing the diffraction grating, a light emitting means for emitting a divergent light beam to the diffraction grating from the side opposite to the light reflecting means, and the diffraction A spectroscope comprising a grating and means for relatively moving the light reflecting means along the optical axis direction.
【請求項3】 前記光出射手段が光ファイバによって構
成されていることを特徴とする請求項2に記載の分光
器。
3. The spectroscope according to claim 2, wherein the light emitting means is constituted by an optical fiber.
【請求項4】 前記光出射手段が半導体発光素子によっ
て構成されていることを特徴とする請求項2に記載の分
光器。
4. The spectroscope according to claim 2, wherein the light emitting means is composed of a semiconductor light emitting element.
【請求項5】 前記光出射手段が、前記半導体発光素子
の発光波長を変調させる波長調整手段を備えていること
を特徴とする請求光4に記載の分光器。
5. The spectroscope according to claim 4, wherein the light emitting unit includes a wavelength adjusting unit that modulates an emission wavelength of the semiconductor light emitting element.
【請求項6】 前記回折格子がフレネルレンズであるこ
とを特徴とする請求項1,2,3,4又は5に記載の分
光器。
6. The spectroscope according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the diffraction grating is a Fresnel lens.
【請求項7】 前記光反射手段の光反射領域の面積が、
前記回折格子の有効面積に比べて十分に小さいことを特
徴とする請求項1,2,3,4,5又は6に記載の分光
器。
7. The area of the light reflecting region of the light reflecting means is
The spectroscope according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, which is sufficiently smaller than the effective area of the diffraction grating.
【請求項8】 前記移動手段が、駆動源に圧電素子を用
いていることを特徴とする請求項1,2,3,4,5,
6又は7に記載の分光器。
8. The moving means uses a piezoelectric element as a driving source, and the moving means uses the piezoelectric element.
6. The spectroscope according to 6 or 7.
【請求項9】 さらに、前記回折格子へ導かれる光ビー
ムを透過させ、前記光反射手段によって反射され回折格
子を透過した戻り光を反射させる光分岐手段と、 前記光分岐手段によって分離された光を受光する検出手
段とを備えた請求項1,2,3,4,5,6,7又は8
に記載の分光器。
9. Light splitting means for transmitting a light beam guided to the diffraction grating and reflecting return light reflected by the light reflecting means and transmitted through the diffraction grating, and light split by the light splitting means. 9. A detecting means for receiving light is included.
The spectroscope described in.
【請求項10】 前記検出手段が複数個の検出素子から
なることを特徴とする請求項9に記載の分光器。
10. The spectroscope according to claim 9, wherein the detection means comprises a plurality of detection elements.
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