JPH09166489A - 分光装置 - Google Patents
分光装置Info
- Publication number
- JPH09166489A JPH09166489A JP32905995A JP32905995A JPH09166489A JP H09166489 A JPH09166489 A JP H09166489A JP 32905995 A JP32905995 A JP 32905995A JP 32905995 A JP32905995 A JP 32905995A JP H09166489 A JPH09166489 A JP H09166489A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- array element
- image
- focusing lens
- wavelength dispersion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】コリメーティングミラー、フォーカシングミラ
ーの代わりにそれぞれレンズを用いると共に、ビーム形
状を変形して結像形状を楕円形とすることにより、特性
劣化がなく薄型化の可能な分光装置を実現する。 【解決手段】入射光を波長分散素子により分光し、複数
の光検出素子が配列されたアレイ素子で波長分散素子か
らの光を検出するようにした分光装置において、前記波
長分散素子により分光された光を集束し前記アレイ素子
面に結像させるフォーカシングレンズと、このフォーカ
シングレンズへの入射光のビームの領域を制約し前記ア
レイ素子面の結像形状を制御できるスペイシャルフィル
タを備える。
ーの代わりにそれぞれレンズを用いると共に、ビーム形
状を変形して結像形状を楕円形とすることにより、特性
劣化がなく薄型化の可能な分光装置を実現する。 【解決手段】入射光を波長分散素子により分光し、複数
の光検出素子が配列されたアレイ素子で波長分散素子か
らの光を検出するようにした分光装置において、前記波
長分散素子により分光された光を集束し前記アレイ素子
面に結像させるフォーカシングレンズと、このフォーカ
シングレンズへの入射光のビームの領域を制約し前記ア
レイ素子面の結像形状を制御できるスペイシャルフィル
タを備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信や光計測、分光
分析等に利用される分光装置に関し、詳しくは、波長分
解能等の特性を劣化させることなく薄型化を実現するた
めの改善に関するものである。
分析等に利用される分光装置に関し、詳しくは、波長分
解能等の特性を劣化させることなく薄型化を実現するた
めの改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】複数の光検出素子（エレメント）を一次
元方向に配列してなるアレイ素子を利用した分光器いわ
ゆるポリクロメータは、波長分散素子（例えば回折格
子）を回転させる代わりに波長に応じて回折する光を、
エレメントを空間的に配列してなるアレイ素子で同時に
検出する分光装置である。図４にポリクロメータの基本
構成を示す。
元方向に配列してなるアレイ素子を利用した分光器いわ
ゆるポリクロメータは、波長分散素子（例えば回折格
子）を回転させる代わりに波長に応じて回折する光を、
エレメントを空間的に配列してなるアレイ素子で同時に
検出する分光装置である。図４にポリクロメータの基本
構成を示す。
【０００３】光ファイバ１の出射端２から出射された光
はコリメーティングミラー３で平行光となって回折格子
４に入射する。回折格子４で回折した光はフォーカシン
グミラー５により集束され、アレイ素子６面に結像す
る。
はコリメーティングミラー３で平行光となって回折格子
４に入射する。回折格子４で回折した光はフォーカシン
グミラー５により集束され、アレイ素子６面に結像す
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところでこの場合、波
長分解能と測定波長範囲は、アレイ素子の素子数、ピッ
チあるいはフォーカシングミラーの焦点距離等で決ま
り、かつトレードオフの関係にある。つまり一方を改善
すれば他方は犠牲になり、両方を同時に改善することは
できないという問題があった。
長分解能と測定波長範囲は、アレイ素子の素子数、ピッ
チあるいはフォーカシングミラーの焦点距離等で決ま
り、かつトレードオフの関係にある。つまり一方を改善
すれば他方は犠牲になり、両方を同時に改善することは
できないという問題があった。
【０００５】なお、コリメーティングミラー３およびフ
ォーカシングミラー５には、球面または放物面の凹面鏡
が用いられる。特に高分解能を要求すると精度のよい放
物面ミラーが必要になるが、これは高価になるという欠
点がある。
ォーカシングミラー５には、球面または放物面の凹面鏡
が用いられる。特に高分解能を要求すると精度のよい放
物面ミラーが必要になるが、これは高価になるという欠
点がある。
【０００６】また、アレイ素子の表面での結像は、入射
に光ファイバを用いるため円形となる。波長分解能を高
めるため高精度の放物面ミラーを用いると、結像は明瞭
であるが、光学形が変形した場合小さなアレイ素子表面
から像が外れてしまうことがある。そのため分光器の基
板の機械的強度を高める必要があるが、そうすると分光
器部分の薄型化の妨げになるという問題がある。他方球
面鏡を用いて楕円の結像を得ることは可能であるが、反
面、波長分解能等の劣化は避けられないという難点があ
る。
に光ファイバを用いるため円形となる。波長分解能を高
めるため高精度の放物面ミラーを用いると、結像は明瞭
であるが、光学形が変形した場合小さなアレイ素子表面
から像が外れてしまうことがある。そのため分光器の基
板の機械的強度を高める必要があるが、そうすると分光
器部分の薄型化の妨げになるという問題がある。他方球
面鏡を用いて楕円の結像を得ることは可能であるが、反
面、波長分解能等の劣化は避けられないという難点があ
る。
【０００７】本発明の目的は、このような点に鑑み、コ
リメーティングミラー、フォーカシングミラーの代わり
にそれぞれレンズを用いると共に、ビーム形状を変形し
て結像形状を楕円形にすることにより、特性劣化がなく
薄型化の可能な分光装置を実現することにある。
リメーティングミラー、フォーカシングミラーの代わり
にそれぞれレンズを用いると共に、ビーム形状を変形し
て結像形状を楕円形にすることにより、特性劣化がなく
薄型化の可能な分光装置を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本願の第１の発明では、入射光を波長分散素子
により分光し、複数の光検出素子が配列されたアレイ素
子で波長分散素子からの光を検出するようにした分光装
置において、前記波長分散素子により分光された光を集
束し前記アレイ素子面に結像させるフォーカシングレン
ズと、このフォーカシングレンズへの入射光のビームの
領域を制約し前記アレイ素子面の結像形状を制御できる
スペイシャルフィルタを備えたことを特徴とする。
るために本願の第１の発明では、入射光を波長分散素子
により分光し、複数の光検出素子が配列されたアレイ素
子で波長分散素子からの光を検出するようにした分光装
置において、前記波長分散素子により分光された光を集
束し前記アレイ素子面に結像させるフォーカシングレン
ズと、このフォーカシングレンズへの入射光のビームの
領域を制約し前記アレイ素子面の結像形状を制御できる
スペイシャルフィルタを備えたことを特徴とする。
【０００９】第２の発明では、入射光を波長分散素子に
より分光し、アレイ素子で結像を検出するようにした分
光装置において、前記入射光を平行光にして前記波長分
散素子に入射するためのコリメーティングレンズと、前
記波長分散素子からの出射光を集束して前記アレイ素子
面に結像するためのフォーカシングレンズを備え、前記
コリメーティングレンズと波長分散素子とフォーカシン
グレンズの少なくともいずれか１つを、前記波長分散素
子の分散方向に直交する方向の空間領域を制限するよう
に形成し、光学系を薄型化したことを特徴とする。
より分光し、アレイ素子で結像を検出するようにした分
光装置において、前記入射光を平行光にして前記波長分
散素子に入射するためのコリメーティングレンズと、前
記波長分散素子からの出射光を集束して前記アレイ素子
面に結像するためのフォーカシングレンズを備え、前記
コリメーティングレンズと波長分散素子とフォーカシン
グレンズの少なくともいずれか１つを、前記波長分散素
子の分散方向に直交する方向の空間領域を制限するよう
に形成し、光学系を薄型化したことを特徴とする。
【００１０】
【作用】波長分散素子の分散方向に直交する方向の空間
領域を制限し、この制限された光ビームをフォーカシン
グレンズによりアレイ素子面に結像させる。これによ
り、結像形状がアレイ素子のエレメントの形状に整合さ
れ、特性劣化を招くことなく分光装置の薄型化が可能と
なる。
領域を制限し、この制限された光ビームをフォーカシン
グレンズによりアレイ素子面に結像させる。これによ
り、結像形状がアレイ素子のエレメントの形状に整合さ
れ、特性劣化を招くことなく分光装置の薄型化が可能と
なる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図１は本発明に係る分光装置の一実施例を示
す要部構成図である。なお、図４と同等部分には同一符
号を付し、その部分の説明は省略する。
説明する。図１は本発明に係る分光装置の一実施例を示
す要部構成図である。なお、図４と同等部分には同一符
号を付し、その部分の説明は省略する。
【００１２】図１において、１１はコリメーティングレ
ンズ、１２はスペイシャルフィルタ、１３はフォーカシ
ングレンズ、１４は平面ミラーである。コリメーティン
グレンズ１１は光ファイバ１の出射端２からの光を平行
光にする。スペイシャルフィルタ１２は結像形状を制御
することのできるフィルタであり、コリメーティングレ
ンズ１１と回折格子４の間に配置されている。
ンズ、１２はスペイシャルフィルタ、１３はフォーカシ
ングレンズ、１４は平面ミラーである。コリメーティン
グレンズ１１は光ファイバ１の出射端２からの光を平行
光にする。スペイシャルフィルタ１２は結像形状を制御
することのできるフィルタであり、コリメーティングレ
ンズ１１と回折格子４の間に配置されている。
【００１３】フォーカシングレンズ１３は回折格子４か
らの光を集束してアレイ素子６面に結像させるためのも
のである。平面ミラー１４はフォーカシングレンズ１３
とアレイ素子６の間に配置され、単に光を反射するもの
である。
らの光を集束してアレイ素子６面に結像させるためのも
のである。平面ミラー１４はフォーカシングレンズ１３
とアレイ素子６の間に配置され、単に光を反射するもの
である。
【００１４】このような構成においては、光ファイバ１
から出射された光はコリメーティングレンズ１１により
平行光となり、スペイシャルフィルタ１２を透過した後
回折格子４に入射する。回折格子４では波長に応じた回
折角で反射し、フォーカシングレンズ１３によりアレイ
素子６面に結像する。平面ミラー１４は光軸を曲げ分光
装置全体の形状を整えるために用いられるもので、省略
しても動作上問題となることはない。
から出射された光はコリメーティングレンズ１１により
平行光となり、スペイシャルフィルタ１２を透過した後
回折格子４に入射する。回折格子４では波長に応じた回
折角で反射し、フォーカシングレンズ１３によりアレイ
素子６面に結像する。平面ミラー１４は光軸を曲げ分光
装置全体の形状を整えるために用いられるもので、省略
しても動作上問題となることはない。
【００１５】なお、コリメーティングレンズ１１とフォ
ーカシングレンズ１３は収差の影響が小さくなるよう
に、共に軸上に配置するのが望ましい。スペイシャルフ
ィルタ１２についてはその形状を調整することにより光
学系のどの箇所に配置しても差し支えない。平面ミラー
１４についても同様である。
ーカシングレンズ１３は収差の影響が小さくなるよう
に、共に軸上に配置するのが望ましい。スペイシャルフ
ィルタ１２についてはその形状を調整することにより光
学系のどの箇所に配置しても差し支えない。平面ミラー
１４についても同様である。
【００１６】スペイシャルフィルタ１２による結像の制
御について次に説明する。ある光ビームをレンズにより
集束した場合のビームウェスト直径（２ω）は以下の式
で近似的に求められる。 ガウシアンビームの場合 ２ω＝１．７×（λ・ｆ／Ｄ） ……(1) 一様分布の場合 ２ω＝２．４４×（λ・ｆ／Ｄ） ……(2) ただし、λ：波長 ｆ：レンズの焦点距離 Ｄ：入射ビーム直径
御について次に説明する。ある光ビームをレンズにより
集束した場合のビームウェスト直径（２ω）は以下の式
で近似的に求められる。 ガウシアンビームの場合 ２ω＝１．７×（λ・ｆ／Ｄ） ……(1) 一様分布の場合 ２ω＝２．４４×（λ・ｆ／Ｄ） ……(2) ただし、λ：波長 ｆ：レンズの焦点距離 Ｄ：入射ビーム直径
【００１７】したがって、図２に示すようにフォーカシ
ングレンズ１３の前方（光ファイバ側）にスペイシャル
フィルタ１２を挿入し、ビーム径を変更（円形から矩形
に変更）することにより、アレイ素子６面の結像形状を
制御することができる。
ングレンズ１３の前方（光ファイバ側）にスペイシャル
フィルタ１２を挿入し、ビーム径を変更（円形から矩形
に変更）することにより、アレイ素子６面の結像形状を
制御することができる。
【００１８】高波長分解能の分光器ではフォーカシング
レンズ１３の焦点距離ｆが長いため光学系が大きくな
り、機械的強度を保つのが難しくなる。機械的な変形が
あると結像が移動するのでアレイ素子６の検出出力に変
動を生ずるが、図２に示すようにアレイ素子６の素子配
列方向すなわち分光器の波長分散方向に直交する方向に
結像を伸ばすことにより、この変動を緩和することがで
きる。
レンズ１３の焦点距離ｆが長いため光学系が大きくな
り、機械的強度を保つのが難しくなる。機械的な変形が
あると結像が移動するのでアレイ素子６の検出出力に変
動を生ずるが、図２に示すようにアレイ素子６の素子配
列方向すなわち分光器の波長分散方向に直交する方向に
結像を伸ばすことにより、この変動を緩和することがで
きる。
【００１９】スペイシャルフィルタ１２としては、上記
式(1) および(2) より、波長分散方向に長く延びた形状
のものを用いればよいことが分かる。この方向で入射ビ
ーム径以上であれば波長分解能に対する影響は少ない。
このような構成のスペイシャルフィルタ１２をフォーカ
シングレンズ１３より前方に配置することにより分光器
の高さが低くなり、その分だけ薄型にできる。
式(1) および(2) より、波長分散方向に長く延びた形状
のものを用いればよいことが分かる。この方向で入射ビ
ーム径以上であれば波長分解能に対する影響は少ない。
このような構成のスペイシャルフィルタ１２をフォーカ
シングレンズ１３より前方に配置することにより分光器
の高さが低くなり、その分だけ薄型にできる。
【００２０】図３は本発明の他の実施例を示す斜視図で
あり、高さを制限した部品により構成した分光装置の例
である。高さ方向は回折格子４の波長分散方向に直交す
る方向である。光ファイバ１の出射端２から出射した光
はコリメーティングレンズ１１の部分で空間的（高さ方
向）に制限されるため、この部分がスペイシャルフィル
タとしても機能することになる。分光装置内の光ビーム
の高さはこれにより決まるので、その他の光学部品も高
さ制限できる。したがって、分光装置全体が薄型に構成
できる。なお、コリメーティングレンズ１１に限らず、
回折格子４やフォーカシングレンズ１３にスペイシャル
フィルタの機能を持たせるようにすることもできる。
あり、高さを制限した部品により構成した分光装置の例
である。高さ方向は回折格子４の波長分散方向に直交す
る方向である。光ファイバ１の出射端２から出射した光
はコリメーティングレンズ１１の部分で空間的（高さ方
向）に制限されるため、この部分がスペイシャルフィル
タとしても機能することになる。分光装置内の光ビーム
の高さはこれにより決まるので、その他の光学部品も高
さ制限できる。したがって、分光装置全体が薄型に構成
できる。なお、コリメーティングレンズ１１に限らず、
回折格子４やフォーカシングレンズ１３にスペイシャル
フィルタの機能を持たせるようにすることもできる。
【００２１】なお、本発明の以上の説明は、説明および
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの
変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの
変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ミ
ラーではなくレンズを軸上で用い、スペイシャルフィル
タにより結像形状を最適化することにより、波長分解能
等の特性の劣化がなく薄型で安価な分光装置を実現する
ことができる。
ラーではなくレンズを軸上で用い、スペイシャルフィル
タにより結像形状を最適化することにより、波長分解能
等の特性の劣化がなく薄型で安価な分光装置を実現する
ことができる。
【図１】本発明に係る分光装置の一実施例を示す要部構
成図
成図
【図２】スペイシャルフィルタによる結像形状の制御の
様子を示す図
様子を示す図
【図３】本発明の他の実施例を示す構成図
【図４】従来の分光装置の一例を示す構成図である。
１ 光ファイバ ２ 出射端 ４ 回折格子 ６ アレイ素子 １１ コリメーティングレンズ １２ スペイシャルフィルタ １３ フォーカシングレンズ １４ 平面ミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 皆川 恭之 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】入射光を波長分散素子により分光し、複数
の光検出素子が配列されたアレイ素子で波長分散素子か
らの光を検出するようにした分光装置において、 前記波長分散素子により分光された光を集束し前記アレ
イ素子面に結像させるフォーカシングレンズと、 このフォーカシングレンズへの入射光のビームの領域を
制約し前記アレイ素子面の結像形状を制御できるスペイ
シャルフィルタを備えたことを特徴とする分光装置。 - 【請求項２】前記結像形状がアレイ素子の光検出素子の
形状に整合するようにしたことを特徴とする請求項１記
載の分光装置。 - 【請求項３】入射光を波長分散素子により分光し、アレ
イ素子で結像を検出するようにした分光装置において、 前記入射光を平行光にして前記波長分散素子に入射する
ためのコリメーティングレンズと、 前記波長分散素子からの出射光を集束して前記アレイ素
子面に結像するためのフォーカシングレンズを備え、 前記コリメーティングレンズと波長分散素子とフォーカ
シングレンズの少なくともいずれか１つを、前記波長分
散素子の分散方向に直交する方向の空間領域を制限する
ように形成したことを特徴とする分光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32905995A JPH09166489A (ja) | 1995-12-18 | 1995-12-18 | 分光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32905995A JPH09166489A (ja) | 1995-12-18 | 1995-12-18 | 分光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09166489A true JPH09166489A (ja) | 1997-06-24 |
Family
ID=18217157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32905995A Pending JPH09166489A (ja) | 1995-12-18 | 1995-12-18 | 分光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09166489A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009257998A (ja) * | 2008-04-18 | 2009-11-05 | Yokogawa Electric Corp | 分光器 |
| WO2023248572A1 (ja) * | 2022-06-24 | 2023-12-28 | 英弘精機株式会社 | ライダー用受光装置、ライダー、及び気象観測ライダー |
-
1995
- 1995-12-18 JP JP32905995A patent/JPH09166489A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009257998A (ja) * | 2008-04-18 | 2009-11-05 | Yokogawa Electric Corp | 分光器 |
| WO2023248572A1 (ja) * | 2022-06-24 | 2023-12-28 | 英弘精機株式会社 | ライダー用受光装置、ライダー、及び気象観測ライダー |
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