JPH0778451B2 - 平面回折格子分光器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は分析機器、波長多重伝送機器等において光源の
光から所要波長の光を分離する分光器，分波器，異なる
波長の光を１本のファイバ等に導入する合波器等に適し
た分光器に関するものである。

（ロ）従来技術 従来のエバート、或はエバート・ファスティマウンティ
ングの分光系では、主（エバート）鏡に球面鏡を軸外し
状態で用いており、そのためスリット長さ方向の非点収
差が生じるものであった。分光光度計のような細長いス
リットを用いている場合は非点収差は問題としなくても
よかったが、特に入口，出口スリットに光ファイバ等を
接続する場合、断面が円形で非点収差像の長さ方向への
拡がりがないので、出口スリットでの光量の損失が生じ
るなどの問題があった。

（ハ）目的 本発明の目的は非点収差のないエバートおよびエバート
・ファスティ分光器を提供することにある。

（ニ）構成 本発明は主鏡に縦横方向に曲率が異なる非球面鏡を用い
ることにより、非点収差の発生を防止できるようにした
ものである。

（ホ）実施例 以下、図面に基いて本発明実施例を説明する。第１図は
エバートマウンティングの分光系を示す図、第２図はエ
バート・ファスティマウンティングの分光系をそれぞれ
示す図である。入口スリット１から入射した光は主鏡２
によりほぼ平行光となり、回折格子３に入射角αで入射
する。所要波長λの光は、回折角βで回折格子を出て再
び主鏡２で反射され、出口スリット４に結像する。所要
波長λとの関係は、エバートマウンティングの場合 sin
α＋ sinβ＝ mλ/d,α＋β＝2K,エバート・ファスティ
マウンティングの場合α＝β,2 sinα＝ｍλ/d cosKで
ある。ここでｍは回折次数、ｄは格子定数、Ｋは主光線
が回折格子に張る角の半角で、各要素間の角度，距離等
の符号を第１図，第２図に示すように規定し、Ｒを回折
格子３による光分散方向に沿う面即ち第１図A,第２図Ａ
における図の紙面における主鏡２の曲率半径（横方向の
曲率半径と云うことにする）、ρを上記面と直交する面
における主鏡２の曲率半径（縦方向の曲率半径と云うこ
とにする）とするとき、Ｋは である。そしてγ，γ′,D,D′，θ，θ′の間には非点
収差のない結像条件としてエバートマウンティングの場
合、 Ｄ（Ｄ−2R cosθ）＝Ｄ′（Ｄ′−2R cosθ′） ……
（３） またエバート・ファスティマウンティングの場合は、 Ｄ（Ｄ−２ρ cosθ）＝Ｄ′（Ｄ′−２ρ cosθ′）…
…（６） の３式を満たす必要がある。

しかし従来はＲ＝ρの球面鏡を主鏡としていたので、
γ，γ′,D,D′，θ，θ′を（２），（３）式あるいは
（５），（６）式により定めた場合、（１）式あるいは
（４）式を満たすことができず、その結果が非点収差と
して現れていたのである。

しかしR,ρを相互独立に決めることにすれば（１），
（２），（３）式等を同時に成立させることは可能であ
り、本発明はＲ≠ρの非球面鏡を主鏡として用い、エバ
ートマウンティングの場合（１），（２），（３）式、
エバート・ファスティマウンティングの場合（４），
（５），（６）式を同時に満たすようにR,ρを決めるこ
とによって非点収差をなくすることができた。

次に具体例について説明する。エバートマウンティング
の場合、Ｒ＝500（mm）、ρ＝484.9（mm）、2K＝20
（°）、θ＝θ′＝10（°）、γ＝γ′＝246.2（m
m）、Ｄ＝Ｄ′＝253.9（mm）。

エバート・ファスティマウンティングの場合、Ｒ＝500
（mm）、ρ＝515.5（mm）、2K＝20（°）、θ＝θ′＝1
0（°）、γ＝γ′＝253.9（mm）、Ｄ＝Ｄ′＝246.2（m
m）である。

なお設計上はR,K,θ，θ′等を予め決め、それによって
γ，γ′,D,D′等を計算で決め、これで決められた諸元
を用いてρを計算で決めるが、計算結果は分光器として
外形上望まれる値と適合しないことがあるが、エバート
マウンティングの場合、ρは計算値の±８％の範囲であ
れば非点収差解消の目的が達成される。同様にエバート
・ファスティマウンティングの場合、ρは計算値の±10
％の範囲に収めればよいものである。

（ヘ）効果 本発明によれば、主鏡２の縦横の曲率を異ならせること
で前記分光系における非点収差をなくすことができ、入
口スリットがピンホールの場合でも鮮鋭な点状回折像が
得られるので、光ファイバを用いる場合のように入口，
出口スリットの縦横比が１或は１に近い場合にこれに係
わる光強度の損失を防ぐことができ、合分波器に適した
分光器が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はエバートマウンティングの構成を示し、Ａは平
面図、Ｂは側面図、第２図はエバート・ファスティマウ
ンティングの構成を示し、Ａは平面図、Ｂは側面図であ
る。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平面回折格子を用いたエバートマウンティ
   ングの分光系に用いる主鏡において、分光系の光分散方
   向に沿う面内の曲率半径Ｒおよびこの面と直交する面内
   の曲率半径ρが、γを分光器の入口スリットから回折格
   子中心に至る主光線上で、入口スリットから凹面鏡まで
   の距離、Ｄを凹面鏡から回折格子中心までの距離、θを
   この光線の凹面鏡上での入射角，反射角とし、同様に
   γ′を回折格子から出口スリット中心に至る主光線上
   で、凹面鏡から出口スリットまでの距離、Ｄ′を回折格
   子から凹面鏡までの距離、θ′はこの光線の凹面鏡上で
   の入射角，反射角とするとき、 の３式を同時に満足する値になっていることを特徴とす
   る平面回折格子分光器。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のものにおい
   て、前記ρの値を前記等式から定まる理論値から±８％
   以内の範囲に定めた平面回折格子分光器。
3. 【請求項３】平面回折格子を用いたエバート・ファステ
   ィマウンティングの分光系に用いる主鏡において分光系
   の光分散方向に沿う面内の曲率半径Ｒおよびこの面と直
   交する面内の曲率半径ρが、γを分光器の入口スリット
   から回折格子中心に至る主光線上で、入口スリットから
   凹面鏡までの距離、Ｄを凹面鏡から回折格子中心までの
   距離、θをこの光線の凹面鏡上での入射角，反射角と
   し、同様にγ′を回折格子から出口スリット中心に至る
   主光線上で、凹面鏡から出口スリットまでの距離、Ｄ′
   を回折格子から凹面鏡までの距離、θ′はこの光線の凹
   面鏡上での入射角，反射角とするとき、 の３式を同時に満足する値になっていることを特徴とす
   る平面回折格子分光器。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第３項記載のものにおいて
   前記ρの値を前記式から定まる理論値から±10％以内の
   範囲に定めた平面回折格子分光器。