JPH09257576A - 結像型分光器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非点収差がなく、縦横の像の結像位置を一致
させることのできる結像型分光器を提供すること 【構成】 水平平面内に配置された第１，第２の凹面鏡
Ｍ１，Ｍ２並びに第１の回折格子Ｇ１からなる光学系１
０は、中間スリットＳ５の横方向の像が出射スリットＳ
６で結像し、縦方向の像がそれよりも距離ｄだけ後側で
結像する。この光学系の入射側前段に、収差補正用光学
系１１を配置する。収差補正用光学系は、垂直平面内に
配置された第３，第４の凹面鏡Ｍ３，Ｍ４を備え、入射
スリットＳ３の横方向の像が中間スリットＳ５で結像
し、縦方向の像がそれよりも距離ｄだけ前側の位置Ｋ２
で結像する。よって、光学系１０で発生する結像位置ず
れ分を、収差補正用光学系内で逆方向に結像位置ずれを
生じさせて相殺し、全体として非点収差がなく、入射ス
リットの縦横の像が、出射スリット上で結像される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回折格子を備えた
モノクロメータ，ポリクロメータ等の結像型分光器に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の回折格子を含む光学系として図６
に示すようなモノクロメータがある。すなわち、光源１
から出射された光は、スリットＳ１′を介して第１の凹
面鏡Ｍ１′に照射され、そこにおいて反射されて平行光
束となり第１の回折格子Ｇ１′に照射される。そして、
第１の回折格子Ｇ１′にて回折された光が第２の凹面鏡
Ｍ２′にてさらに反射されてスリットＳ２′で結像され
るようになっている。そして、それら各光学部品は、水
平平面上に配置している。また、そのスリットＳ２′の
出射側の所定位置に、ＣＣＤ等の検出器を配置する。

【０００３】ところで、各凹面鏡Ｍ１′，Ｍ２′に入射
される光は、その光軸から所定角度θだけ傾斜させた状
態となっているため、非点収差を生じ水平（横）方向の
光の焦点距離と垂直（縦）方向の光の焦点距離がずれて
しまい、スリット位置Ｓ２′で結像されずに像がぼけて
しまう。すると、正確な測定ができなくなる。そこで、
シリンドリカルレンズを用いたり、トロイダル鏡を用い
て非点収差を補正していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の光学系（光学回路）では、以下に示す種々の問
題を有していた。すなわち、まずシリンドリカルレンズ
の場合には、係るレンズという別部材の光学素子を付加
するため、そのレンズを通過する際にエネルギーロスを
生じるとともに、その通過時に色収差の影響という新た
な問題を生じる。そして、レンズを追加することにより
部点数が増加し装置の大型化並びにコスト高を招く。さ
らに、各部品間の位置調整も煩雑となる。

【０００５】また、トロイダル鏡を使用したポリクロメ
ータでは、光軸の回りの回転という光学調整作業が増
え、また、非点収差はとれるものの、光軸からはずれた
高さ方向の収差が増大するため、十分な効果が得られな
い。また係る光学素子が高価であり、装置全体のコスト
高を招くという問題も有する。

【０００６】さらに、いずれの方式をとったとしても十
分な非点収差を除去できないので、通常は、各凹面鏡Ｍ
１′，Ｍ２′等の光学部品が、水平方向の焦点距離を基
準にその分解能を高めるように光学系が組まれる。する
と、たとえ点光源であっても、その光源から出射される
光は所定の幅を有し、またスリット幅も有限であるの
で、垂直平面状を進む光は焦点からずれてしまい、縦方
向での非点収差をもち、縦長に結像されてしまう。する
と、後段の検知器，ファイバー等に全光束を入射させる
ことが困難で光の利用率が低下するばかりでなく、係る
収差のために画質が著しく悪くなるため、出射された光
に所定の画像データが含まれるような場合に係る画像情
報を得ることができない。

【０００７】さらに、ポリクロメータの検出器として２
次元ＣＣＤ等の面検出器を使用すると、縦方向に延びた
光のすべてを受光することはできるものの、検出器面上
での像の混合（縦方向に延びた隣接する光同士が干渉を
生じる）が起こり、位置分解のよい信号を得ることが困
難となり、高感度測定ができなくなる。さらに、面受光
をすると、受光面が大きいので、宇宙線等のノイズが受
光される確率が高くなり、そうすると、光強度の弱い測
定対象の光が信号強度の強い宇宙線等のノイズにより正
確に検出することができなくなるおそれもある。

【０００８】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、非点収差を極力なくすことにより、水平，垂直方向
の光を共に集束させてほぼ同位置に結像させることので
き、光の有効利用並びに高精度な測定を行えるととも
に、測定対象波長・波数の変更にともない回折格子の回
転処理を容易かつ正確に行える結像型分光器を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る結像型分光器では、第１の凹面鏡
と、その第１の凹面鏡の反射光が照射される回折格子
と、その回折格子による回折光を受ける第２凹面鏡とを
備え、それら両凹面鏡と回折格子は同一平面上に配置さ
れてなる光学系の前段に、以下の条件，を備えた収
差補正用光学系を配置した。

【００１０】前記両凹面鏡と回折格子が配置された前
記同一平面と異なる平面上に、少なくとも２つの凹面鏡
を適宜位置に配置する。

【００１１】前記光学系で生じる縦横の結像位置ずれ
量と、収差補正用光学系で生じる縦横の結像ずれ量が逆
方向に発生し、全体として相殺されるようにする（請求
項１）。

【００１２】光学系は、従来から一般に用いられる平面
配置のものである。したがって、その光学系単体で見る
と、縦横で結像位置ずれ（非点収差）が生じる。一方、
収差補正用光学系側は、の条件を具備させることによ
り、各凹面鏡の配置平面を光学系と異ならせているの
で、縦横の結像位置ずれが逆方向に発生する。さらに
の条件を具備すると、光学系で生じる位置ずれを予め収
差補正用光学系で逆方向に積極的に発生させるため、全
体としては縦横の結像位置は一致する。

【００１３】なお、通常は光学系は水平配置されている
ため、収差補正用光学系は、水平と異なる平面になり、
好ましくは垂直平面に配置することである。

【００１４】また、別の解決手段としては、請求項１に
記載の構造を有する第１の分光器部分（実施の形態では
第１の実施の形態に示すモノクロメータ部分に相当）
と、以下に示す要件を具備する第２の分光器部分（実施
の形態では、図５に示すモノクロメータ部分に相当）と
を、それぞれ少なくとも１つずつ用意（実施の形態で
は、第１の分光器部分を１個用い、第２の分光器部分を
２個用いている）し、それらを光学的に縦列接続した。

【００１５】さらに、一方の凹面鏡の反射光が回折格子
に入射するとともに、その回折格子からの回折光が他方
の凹面鏡に入射するようにする。そして、各光学部品の
配置を、一方の凹面鏡の入射光と反射光の存在平面と前
記他方の凹面鏡の入射光と反射光の存在平面とを直交配
置し、前記一方の凹面鏡で発生する縦横の結像位置ずれ
量と、前記他方の凹面鏡で発生する縦横の結像ずれ量を
逆方向に発生させて相殺されるようにする（請求項
２）。

【００１６】第１の分光器部分は、請求項１に示したよ
うに、非点収差が解消されている。また、第２の分光器
部分も、各凹面鏡で発生する縦横の結像位置ずれを逆向
きにしているので２つの凹面鏡を反射することにより、
第２の分光器部分全体では非点収差が解消される。した
がって、各分光器部分でそれぞれ非点収差が解消されて
いるので、それらを任意数縦列接続しても、得られる結
像型分光器全体でも非点収差が解消され、縦横の結像位
置が一致する。よって、入射スリットの像は、出射スリ
ット位置で縦・横方向に広がる（ぼける）ことなく結像
する。

【００１７】そして、好ましくは、各分光器部分に実装
される回折格子を、同軸上に装着し、同時に回転可能と
することである（請求項３）。このようにすると、測定
対象の波数を変更するためにすべての回折格子を所定角
度回転させる処理が、その同軸を回転させるだけで行え
るので、簡単に行える。しかも、複数の回折格子を適宜
構成の動力伝達機構を用いて同期して回転させるのでは
ないので、各回折格子の回転角度を高精度に制御でき
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施の形態
を示しており、本例ではシングルモノクロメータに適用
した例を示している。同図に示すように、２つの凹面鏡
Ｍ１，Ｍ２及び回折格子Ｇ１からなる光学系１０は従来
と同様であるが、本発明では、その前段に収差補正用光
学系１１を設置している。

【００１９】収差補正用光学系１１は、垂直平面内に配
置された第３，第４の凹面鏡Ｍ３，Ｍ４を基本とし、そ
れら２つの凹面鏡Ｍ３，Ｍ４で反射させることにより、
縦方向の結像位置と横方向の結像位置を所定距離だけず
らすようにしている。具体的には、光源１から出射され
た光は、入射スリットＳ３を介して光学回路（分光器）
内の収差補正用光学系１１を構成する第３の凹面鏡Ｍ３
に対し入射角がαで照射されるようにしている。そし
て、その第３の凹面鏡Ｍ３での反射光が、第４の凹面鏡
Ｍ４に入射角βで照射されるようになっている。

【００２０】但し、装置内に効率よく収納するために、
第３の凹面鏡Ｍ３から第４の凹面鏡Ｍ４に至る光路上に
２つの平面鏡Ｍ５，Ｍ６を光路に対して所定角度傾斜さ
せて配置し、第３の凹面鏡Ｍ３からの反射光の光路が真
上に向くようにしている。さらに、平面鏡Ｍ６で斜め上
方に光路を変更し、上記したように第３の凹面鏡Ｍ３に
対して入射角βで照射させるようにしている。

【００２１】さらに、本例では、両平面鏡Ｍ５，Ｍ６の
中間に中間スリットＳ４を配置し、第３の凹面鏡Ｍ３等
で反射されて広がった光束を絞りこむようにしている。
そして、この中間スリットＳ４の設置位置を、第３の凹
面鏡Ｍ３で反射された光の縦方向の結像位置に一致させ
ている。したがって、横方向の結像位置（Ｋ１）は、中
間スリットＳ４よりも上方にずれた位置となる。

【００２２】さらに、第４の凹面鏡Ｍ４の反射光は、水
平平面上を進むように収差補正用光学系１１の各光学部
品の配置レイアウト（設置位置及び角度・姿勢）を適宜
に設定している。そして、その第４の凹面鏡Ｍ４の反射
光の光路上に、中間スリットＳ５を配置している。この
中間スリットＳ５は、従来の装置の入射スリットに対応
するもので、光学系１０の入射口となる。そして、その
中間スリットＳ５が、第４の凹面鏡Ｍ４の反射光の横方
向の結像位置にくるように設定する。これにより、縦方
向の結像位置Ｋ２は、図示するように中間スリットＳ５
の手前側の距離ｄだけ離れた位置になる。

【００２３】光学系１０は、従来のものと同様で、中間
スリットＳ３を介して光学系１０内に侵入して来た第４
の凹面鏡Ｍ４の反射光の光路上に第１の凹面鏡Ｍ１を配
置する。この時、第１の凹面鏡Ｍ１に対する入射角がα
になるようにその角度が調整されている。そして、その
第１の凹面鏡Ｍ１での反射光が第１の回折格子Ｇ１に照
射されるようになっている。

【００２４】この時、本例では第１の凹面鏡Ｍ１と第１
の回折格子Ｇ１との位置関係は、第１の凹面鏡Ｍ１への
入射光及び反射光が、共に水平平面内に位置するように
角度が調整され、さらに第１の回折格子Ｇ１における入
射光並びに回折された光も同一の水平平面内に位置する
ようにしている（同図（Ａ）参照）。そして、中間スリ
ットＳ５が、第１の凹面鏡Ｍ１の横方向の焦点位置にな
るようにしている。これにより、中間スリットＳ５で一
旦結像（横方向）された像が、第１の凹面鏡Ｍ１で反射
されるとともに、平行光束にされて上記第１の回折格子
Ｇ１に照射される。

【００２５】また、その第１の回折格子Ｇ１で反射され
た反射光の光路上に第２の凹面鏡Ｍ２を配置する。そし
て、その第２の凹面鏡Ｍ２における反射光の光路上に出
射スリットＳ６（マルチ検出器・ＣＣＤの受光面の中央
位置に相当する）を配置する。これら第１の回折格子Ｇ
１，第２の凹面鏡Ｍ２並びに出射スリットＳ６も、第１
の凹面鏡Ｍ１と同一の水平平面に位置しており、第２の
凹面鏡Ｍ２への入射角がβになるように各光学部品の配
置レイアウトを調整している。さらに、第２の凹面鏡Ｍ
２の反射光の横方向の結像位置に、出射スリットＳ６が
位置するようにしている。

【００２６】係る構成にすると、この光学系１０のみで
見ると、中間スリットＳ５の位置で横方向の像が結像し
ているので、横方向の像に着目すると、出射スリットＳ
６で結像する。そして、「発明が解決しようとする課
題」の欄でも記載したように、中間スリットＳ５の位置
に縦方向の像（縦像）が結像されているとすると、その
縦像が結像される距離は、横方向の像（横像）に比べて
所定距離だけ長くなるので、出射スリットＳ６の後側
（外側）に所定距離だけおいた位置に結像することな
る。そこで、出射スリットＳ６から係る仮想の結像位置
までの距離をｄとすると、上記した収差補正用光学系１
１内での縦像の結像位置Ｋ２を、中間スリット５の手前
側の距離ｄになるようにしている。

【００２７】つまり、本発明では、収差補正用光学系１
１では、凹面鏡を垂直平面内に配置することにより縦方
向と横方向の結像のずれの発生方向を光学系１０と逆に
し、しかも、そのずれ量の絶対値を光学系１０で発生す
る縦方向と横方向の結像位置のずれ量の絶対値と等しく
することにより相殺させ、入射スリットＳ３から入射さ
れる光を、出射スリットＳ６上で、縦横方向を共に結像
させるようにしている。

【００２８】ところで、図１に示す収差補正用光学系１
１を等価的に置き換えると、平面鏡Ｍ５，Ｍ６は光路を
変更するだけであるので無視でき、図２に示すように記
載することができる。そして、図示するように、入射ス
リットＳ３（スリットＳ３の物点位置）から第３の凹面
鏡Ｍ３までの距離をｒ１とし、第３の凹面鏡Ｍ３から中
間スリットＳ４までの距離をｒ″とする。この距離ｒ″
は、第３の凹面鏡Ｍ３からスリットＳ３の縦像（縦方向
の結像位置）までの距離となる。また、第３の凹面鏡Ｍ
３からスリットＳ３の横像（横方向の結像位置Ｋ１）ま
での距離はｒ１′とする。

【００２９】そして、第３の凹面鏡Ｍ３による縦像（第
４の凹面鏡Ｍ４にとっては物点となる）から第４の凹面
鏡Ｍ４までの距離をｒ２^P とし、同横像から第４の凹面
鏡Ｍ４までの距離をｒ２^S とする。さらに、第４の凹面
鏡Ｍ４から中間スリットＳ５までの距離、すなわちスリ
ットＳ３の第４の凹面鏡Ｍ４における横像までの距離を
ｒ２′とし、同様に第４の凹面鏡Ｍ４から、その第４の
凹面鏡Ｍ４で結像されるスリットＳ３の横像までの距離
をｒ２″とする。

【００３０】一方、光学系１０を等価的に置き換える
と、第１の凹面鏡Ｍ１から第２の凹面鏡Ｍ２までは第１
の回折格子Ｇ１により回折させながら向きが変えられる
ものの平行光束であるので、像の状態はそのまま保持さ
れ、図３に示すように現すことができる。ここでＫ３
は、第１の凹面鏡Ｍ１で結像される横方向の像点位置で
あり、またＫ４は同縦方向の像点位置である。

【００３１】収差補正用光学系１１で結像された入射ス
リットＳ３の縦像と横像がそれぞれ第１の凹面鏡Ｍ１に
対する物点となるので、係る横像（中間スリットＳ５）
から第１の凹面鏡Ｍ１までの距離をｒ３とし、縦像（Ｋ
２）から第１の凹面鏡Ｍ１までの距離をｒ３^P とする。
すると、縦像（Ｋ２）と横像の位置は距離ｄだけはなれ
ているので、ｒ３＋ｄ＝ｒ３^P が成り立つ。

【００３２】また、第１凹面鏡Ｍ１で結像される横像ま
での距離をｒ３′とし、縦像までの距離をｒ３″とす
る。そして、それら各像点位置Ｋ３，Ｋ４は、第２の凹
面鏡Ｍ２にとっては物点位置となり、各位置Ｋ３，Ｋ４
から第２の凹面鏡Ｍ２までの距離をそれぞれｒ４^S ，ｒ
４^P とする。さらに、第２の凹面鏡Ｍ２で結像される横
像及び縦像までの距離をそれぞれｒ４′，ｒ４″とす
る。

【００３３】さらにまた、第３，第４の凹面鏡Ｍ３，Ｍ
４の曲率半径をＲ１とし、第１，第２の凹面鏡Ｍ１，Ｍ
２の曲率半径をＲ２とする。さらに、第１の凹面鏡Ｍ１
から第２の凹面鏡Ｍ２までの光学的距離をＤとする。

【００３４】上記のように各距離をおくと、各凹面鏡の
物点と像点の関係式からスリットＳ３の横像について、
下記式が成り立つ。

【００３５】

【数１】 同様に、スリットＳ３の縦像については、下記式が成り
立つ。

【００３６】

【数２】 さらに、収差補正用光学系１１で生じる縦像と横像のず
れ量ｄについては、下記式が成り立つ。

【００３７】ｒ２′−ｒ２″＝ｄ …（１１） ｒ３＋ｄ＝ｒ３^P …（１２） 従って実際に設計する際には、上記各式にそれぞれの値
を代入し、最終的にｒ４″とｒ４′が近似的に等価にな
るように設定すると出射スリットＳ６上で縦像と横像が
それぞれ結象し、収差が補正されるようになる。

【００３８】尚、上記した例では各光学系で入射側の凹
面鏡への入射角をαとし、出射側の凹面鏡への入射角を
βとして夫々等しくしたが、すべての角度を異ならせて
ももちろんよい。

【００３９】図４は、本発明の第２の実施の形態を示し
ている。この形態では、３つの回折格子を備えたトリプ
ルモノクロメータに適用した例であり、上記した第１の
実施の形態に示した収差補正用光学系を備えたモノクロ
メータ部分と、図５に示すモノクロメータ部分を適宜組
み合わせたものである。まず、本実施の形態を説明する
前に、その一部を構成する図５のモノクロメータ部分の
構成を説明する。

【００４０】図５に示すように、このモノクロメータ部
分も、基本的に使用する各光学部品は従来のものと同様
である。すなわち、スリットＳ７を介して入射された光
が、第５の凹面鏡Ｍ７に対し入射角がθで照射されるよ
うにしている。そして、その第５の凹面鏡Ｍ７での反射
光が第２の回折格子Ｇ２に照射されるようになってい
る。

【００４１】この時、本例では第５の凹面鏡Ｍ７と第２
の回折格子Ｇ２との位置関係は、第５の凹面鏡Ｍ７への
入射光及び反射光が、共に水平平面内に位置するように
角度が調整され、さらに第２の回折格子Ｇ２における入
射光並びに回折された光も同一の水平平面内に位置する
ようにしている（同図（Ａ）参照）。そして、スリット
Ｓ７は、第５の凹面鏡Ｍ７の横方向の焦点位置に配置さ
せている。これにより、スリットＳ７を介して第５の凹
面鏡Ｍ７に入射された光は、そこにおいて反射されると
ともに平行光束にされて上記第２の回折格子Ｇ２に照射
される。

【００４２】また、その第２の回折格子Ｇ２で反射され
た反射光の光路上に第６の凹面鏡Ｍ８を配置する。そし
て、その第６の凹面鏡Ｍ８における反射光の光路上にス
リットＳ８を配置する。ここで本発明では、それら第６
の凹面鏡Ｍ８とスリットＳ８の配置レイアウトを従来の
ものと異ならせ、非点収差を補正するようにしている。

【００４３】すなわち、第６の凹面鏡Ｍ８への入射光及
び反射光が、共に垂直平面内に位置するように角度が調
整している（同図（Ｂ）参照）。また、スリットＳ８
は、第６の凹面鏡Ｍ８の焦点位置に配置させている。な
お、この第６の凹面鏡Ｍ８における入射角及び反射角
は、共にθとしている。そして、上記したように第６の
凹面鏡Ｍ８は、スリットＳ７，第５の凹面鏡Ｍ７並びに
第２の回折格子Ｇ２と同一平面上に位置するため、結局
従来の光学系に比し、第６の凹面鏡Ｍ８の反射面をやや
上向きになるようにするとともに、スリットＳ８を上方
に位置させるようになる。

【００４４】さらに、本例では、第５，第６の凹面鏡Ｍ
７，Ｍ８は同一の曲率半径Ｒのものを用いている。これ
により、第５の凹面鏡Ｍ７の横方向の焦点距離と第６の
凹面鏡Ｍ８の縦方向の焦点距離は同じ（ｆｓ）となり、
第５の凹面鏡Ｍ７の縦方向の焦点距離と第６の凹面鏡Ｍ
８の横方向の焦点距離は同じ（ｆｔ）となる。よって、
近似的に収差がなくなりスリットＳ７の縦像及び横像
は、スリット８の位置で結像する。

【００４５】すなわち、スリット幅（横像）について
は、凹面鏡の曲率半径をＲとし、物点（スリットＳ７）
から第５の凹面鏡Ｍ７までの距離をｒ１とし、第５の凹
面鏡Ｍ７から像点までの距離をｒ１′とすると、スリッ
トＳ７のスリット幅像の一次近似結像式は、

【００４６】

【数３】 が成り立つ。

【００４７】また、第６の凹面鏡Ｍ８におけるスリット
Ｓ７の横像の結像は、第５の凹面鏡Ｍ７によるスリット
幅の結像が回折格子Ｇ２上で行われるので、その回折格
子Ｇ２上で一旦結像された像が、スリットＳ８上でどの
様に結像されるかを考えればよい。さらに、第５の凹面
鏡Ｍ７における入射光・反射光の存在平面と第６の凹面
鏡Ｍ８における入射光・反射光の存在平面は直交してい
るため、第５の凹面鏡Ｍ７における垂直方向の光は第６
の凹面鏡Ｍ８では水平方向の光となり、また、第５の凹
面鏡Ｍ７における水平方向の光は第６の凹面鏡Ｍ８では
垂直方向の光となる。よって、スリット幅は、第６の凹
面鏡Ｍ８では、垂直方向の光となるので、物点から第６
の凹面鏡Ｍ８までの距離をｒ２^S とし、第６の凹面鏡Ｍ
８から像点までの距離をｒ２′とすると、

【００４８】

【数４】 が成り立つ。

【００４９】そして、ツェルニターナ配置に対し、

【００５０】

【数５】 となる。

【００５１】一方、スリットＳ７の縦像の第５の凹面鏡
Ｍ７における結像式は、物点（スリットＳ７）から第５
の凹面鏡Ｍ７までの距離は上記と同様にｒ１で、第５の
凹面鏡Ｍ７から像点までの距離をｒ１″とすると、

【００５２】

【数６】 が成り立つ。

【００５３】また、縦像の物点から第６の凹面鏡Ｍ８ま
での距離をｒ２^P とし、第６の凹面鏡Ｍ８から像点まで
の距離をｒ２″とすると、

【００５４】

【数７】

【００５５】

【数８】 そして、上記した式（１３）と（１４）を比較すると明
らかなように、ｒ２′とｒ２″とが近似的に等価とな
り、スリットＳ８上で縦像及び横像がそれぞれ結像する
ことになり、収差が補正されることが確認できる。

【００５６】そして、図４に示した第２の実施の形態で
は、図５に示したモノクロメータ部分を２段に配置し、
さらに第１の実施の形態のモノクロメータを１段設け、
トリプルモノクロメータを構成している。より具体的に
は、１本の回転軸１５に対して、３つの回折格子Ｇ１，
Ｇ２，Ｇ２′を適宜の姿勢に適宜間隔で取り付ける。そ
して、入射スリットＳ７を介して入射される光が第５の
凹面鏡Ｍ７に照射され、その反射光が第２の回折格子Ｇ
２で反射されさらに第６の凹面鏡Ｍ８に照射されるよう
にしている。そして、この１段目のモノクロメータ部分
では、最初（回折格子の前）に水平平面内で光を反射さ
せ、回折格子で反射された光を垂直平面で反射されるよ
うしている。したがって、第６の凹面鏡Ｍ８での反射光
は、回折格子Ｇ２の上方所定位置を通過するようにな
る。

【００５７】そして、その光を光路変換機構１７でさら
に上方に向けて反射させるようしている。この光路変換
機構１７は、少なくとも２枚の平面鏡とその中間に配置
されたスリットから構成され、第１の実施の形態におけ
る収差補正用光学系１０内の第１，第２の平面鏡とその
間に配置される中間スリットをコンパクトに配置したも
のとほほ同様の構成を採ることができる。

【００５８】そして、この光路変換機構１７での入射光
と反射光も垂直平面内に位置するようにし、その反射光
が、２段目のモノクロメータ部分を構成する第８の凹面
鏡Ｍ８′に照射されるようになっている。さらに、その
第８の凹面鏡Ｍ８′での反射光が第３の回折格子Ｇ２′
に照射され、さらに第７の凹面鏡Ｍ７′で再度反射され
てスリットＳ３を介して第３の凹面鏡Ｍ３に照射される
ようにしている。

【００５９】すなわち、図から明らかなように、２段目
のモノクロメータ部分では、１段目のそれとは逆に、最
初に垂直平面内で光を反射させ、第３の回折格子Ｇ２′
の後段側で水平平面内で光を反射させるようにしてい
る。このように、１段目と２段目を逆に配置することに
より、単純な光学系で、第２，第３の回折格子Ｇ２，Ｇ
２′を１本の回転軸１５に取り付けることができるとと
もに、各凹面鏡を上下方向に整列配置することができる
ようになる。さらに、この２つのモノクロメータ部分全
体の縦方向と横方向のそれぞれの第１主要点と第２主要
点が一致することになるので、スリットＳ３の位置で
は、スリットＳ７の像がより高精度に収差が補正され、
縦像と横像とがほぼ一致するようになる。

【００６０】そして、スリットＳ３の後段が、第１の実
施の形態で示したのと同様の構成を採り（同一部材に同
一符号を付し、詳細な説明を省略する）、最終的に第２
の凹面鏡Ｍ２で反射された光が、検出器１８で受光され
る。

【００６１】そして、スリットＳ３の位置では、収差が
なく、また、第１の実施の形態で詳述したように、第１
〜第４の凹面鏡を適宜位置に配置した光学系でも収差は
発生しない。よって、スリットＳ７の像が、広がる（ぼ
ける）ことなく縦像と横像が検出器１８上で結像され
る。

【００６２】したがって、ポリクロメータの検出器とし
て２次元ＣＣＤ等の面検出器を使用しても、縦方向に延
びないので検出器面上での像の混合（縦方向に延びた隣
接する光同士が干渉を生じる）が起こることがなく、位
置分解のよい信号を得ることができ、高感度測定が可能
となる。また、このように縦方向の広がりがないので、
１次元配列の検出器で高精度な検出ができ、係る検出器
は、受光面が小さいので、宇宙線等のノイズが受光され
る確率が可及的に抑制される。

【００６３】また、トリプルモノクロメータでは、３つ
の回折格子を同期させながら回転させる必要があり、従
来は複雑な連動機構を用いて各回折格子を所定角度回転
させるようしたが本形態では、１本の回転軸１５に取り
付けているので、回転軸１５を回転させるだけで３つの
回折格子を同時に所定角度ずつ回転させることができ、
連動機構も不要となる。よって、構成が簡潔になるとと
もに、高精度な制御ができる。

【００６４】なお、上記した各実施の形態では、第１，
第３の凹面鏡Ｍ１，Ｍ３の入射角を共にαとし、第２，
第４の凹面鏡Ｍ２，Ｍ４の入射角を共にβとし、第５〜
第８の凹面鏡Ｍ７，Ｍ８，Ｍ７′Ｍ８′の入射角をθと
したが、実施の形態で同一入射角度にした凹面鏡の入射
角を異ならせてももちろんよい。

【００６５】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る結像型分光
器では、請求項１，請求項２のいずれの構成のもので
も、全体としては非点収差を解消でき、縦方向と横方向
の結像位置を一致させることができる。その結果、後段
の検知器，ファイバー等に全光束を入射させることがで
き、光の利用率が向上する。さらに、像がぼけないの
で、画質が高品質となり、出射された光に所定の画像デ
ータが含まれるような場合に係る画像情報を得ることが
できる。

【００６６】さらに、ポリクロメータの検出器として２
次元ＣＣＤ等の面検出器を使用した場合であっても、検
出器面上での像の混合が発生しないので、位置分解のよ
い信号を得ることができ、高感度測定が可能となる。ま
た、像の広がりがないので、像に応じて受光面を最小限
に設定できるため、宇宙線等のノイズが受光される確率
が可及的に抑制され、光強度の弱い測定対象の光が、光
り強度の強い宇宙線等のノイズにより消されてしまうこ
とがなく、確実に測定対象の光を検出することができ
る。

【００６７】そして、請求項３のように構成すると、測
定波長・波数の変更にともない行う各回折格子の回転を
容易に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る結像型分光器の第１の実施の形態
を示す図である。

【図２】動作原理を説明するための図である。

【図３】動作原理を説明するための図である。

【図４】本発明に係る結像型分光器の第２の実施の形態
を示す図である。

【図５】その一部の構成を示す図である。

【図６】従来のモノクロメータの一例を示す図である。

【符号の説明】

１０ 光学系 １１ 収差補正用光学系 １５ 回転軸（同軸） Ｇ１，Ｇ２，Ｇ２′ 回折格子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の凹面鏡と、その第１の凹面鏡の反
   射光が照射される回折格子と、その回折格子による回折
   光を受ける第２凹面鏡とを備え、それら両凹面鏡と回折
   格子は同一平面上に配置されてなる光学系の前段に、以
   下の条件，を備えた収差補正用光学系を配置してな
   ることを特徴とする結像型分光器。 前記両凹面鏡と回折格子が配置された前記同一平面と
   異なる平面上に、少なくとも２つの凹面鏡を適宜位置に
   配置する。 前記光学系で生じる縦横の結像位置ずれ量と、収差補
   正用光学系で生じる縦横の結像ずれ量が逆方向に発生
   し、全体として相殺されるようにする。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の構造を有する第１の分
   光器部分と、 一方の凹面鏡の反射光が回折格子に入射するとともに、
   その回折格子からの回折光が他方の凹面鏡に入射するよ
   うにし、かつ前記一方の凹面鏡の入射光と反射光の存在
   平面と前記他方の凹面鏡の入射光と反射光の存在平面と
   を直交配置し、前記一方の凹面鏡で発生する縦横の結像
   位置ずれ量と、前記他方の凹面鏡で発生する縦横の結像
   ずれ量を逆方向に発生させて相殺されるようにした第２
   の分光器部分とを、それぞれ少なくとも１つ備え、 それら選択された各分光器部分を光学的に縦列接続した
   ことを特徴とする結像型分光器。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の結像型分光器におい
   て、各分光器部分に実装される回折格子を同軸上に装着
   し、その回折格子を同時に回転可能としたことを特徴と
   する結像型分光器。