JPH10293062A - 改良型コンセントリックスペクトログラフ、光を分散する方法および２本の光ビームを回折する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非点収差が無く、迷光排除率の高い、光を回
折する改良型コンセントリックスペクトログラフおよび
光を分散する方法を提供する。 【解決手段】 改良型スペクトログラフは、格子と、レ
ンズと、少なくとも１つの入射ポートおよび１つの出射
ポートとを有する。格子は、凹面と、第１のサイドおよ
び第２のサイドを持つメリジアン平面とを有する。レン
ズは、実質的に平坦な面と、凸面とを有する。好ましく
は、凸面および凹面が実質的に同心である。入射および
出射ポートは、スペクトログラフの焦点面近傍におい
て、実質的にメリジアン平面の異なるサイド上にそれぞ
れ配置される。反射面を持つ光透過性三角プリズムと、
光透過性ブロックとを用いて、焦点面の位置を改変する
ことができる。１つ以上の光透過性プレートを用いて、
焦点面の位置をさらに改変することができる。このスペ
クトログラフの使用方法も提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回折格子スペクト
ログラフに関する。より具体的には、本発明は、光学部
品の構成が改良されたコンセントリック回折格子スペク
トログラフに関する。

【０００２】

【従来の技術】光学スペクトログラフは、入射スリット
において光を集光し、その光源中に存在する波長につい
て、出射平面内に入射スリットの像を形成する。回折格
子スペクトログラフは１つ以上の回折格子を用いて、光
を複数の特定波長に回折し、その光に存在する複数の波
長の中から所定の一部分を選択する。

【０００３】コンセントリックスペクトログラフは、鮮
鋭な(sharp)スペクトルおよび空間的像形成(spatial im
aging)が要求される用途に特に適している。あるタイプ
のコンセントリックスペクトログラフは、入射ポート
と、出射ポートと、半球視野レンズと、１組の実質的に
平行な格子線(grating lines)あるいは溝(grooves)を持
つ凹面回折格子とを有する。凹面格子は、反射格子面を
有する。反射格子面は格子線を有し、凹面上に形成され
(ruled)、通常球面状であり、光を分散し(disperse)、
スペクトルを集中させる(focus)。このような格子の利
点の１つは、コリメーション光学系(collimating optic
s)を別に設けなくても使用できることである。凹面格子
は、格子面の曲率中心を通って対称的に延びる線である
固有の光学軸、およびメリジアン平面を有する。メリジ
アン平面は、格子光学軸を含む、格子線に対して実質的
に垂直な平面である。従来のコンセントリックスペクト
ログラフの入射ポートおよび出射ポートは、実質的に、
格子のメリジアン平面内に配置される。

【０００４】従来のコンセントリックスペクトログラフ
は、以下のように動作する。先ず、光ビームが、実質的
に格子のメリジアン平面内にある入射ポートを通ってス
ペクトログラフに入射する。入射ポートを通過した後、
光ビームは半球レンズを通過する。この半球レンズによ
って、ビームは発散して、次第に拡がる光円錐(expandi
ng light cone)を形成する。次第に拡がる光円錐の長手
方向の軸は、格子のメリジアン平面内に存在する。次
に、光ビームは格子面によって反射回折し(reflectivel
y diffracted)、次第に収束する光円錐(contracting li
ght cone)となってレンズに向かう。次第に収束する光
円錐の長手方向の軸も、メリジアン平面内に存在する。
光がレンズの表面に入射すると、そのほとんどがレンズ
を透過して出射ポートに集光され、これによって、スペ
クトル分析が行われる。

【０００５】コンセントリックスペクトログラフ構成に
は、チェルニー−ターナー構成(Czerny-Turner configu
ration)のような他の公知の構成にはない複数の利点が
ある。第１に、元来、コンセントリックスペクトログラ
フにはザイデル収差が無いので、鮮鋭な像が形成され
る。第２に、コンセントリックスペクトログラフは、比
較的大きな開口数（例えば、０．７より大きな開口数）
を用いて設計可能である。第３に、コンセントリックス
ペクトログラフは、無非点収差のフラットフィールド装
置(flat field device)であり、その線形分散は溝密度
(groove density)および波長の関数である。第４に、コ
ンセントリックスペクトログラフは、拡散方向および直
行方向において(along and across the dispersion)等
しい倍率を与える。これは、コンボリューション用途(c
onvolution applications)において重要である。最後
に、コンセントリックスペクトログラフでは、比較的高
価な非球面光学面を用いる必要がない。

【０００６】しかし、従来のコンセントリックスペクト
ログラフには、複数の欠点がある。第１に、コンセント
リックスペクトログラフでは、その出射ポートにおいて
迷光が所望のスペクトルに混入する(contaminate)のを
防ぐことが困難である。迷光が発生する原因は複数ある
が、特に懸念されるのは、２回反射回折された後の光で
ある。このような光の一部は出射ポートに向けられ、微
かな不要なスペクトルとして所望のスペクトルにオーバ
ーラップして現れる。この現象は、スペクトルオーバー
ラップ(spectral overlap)と呼ばれる。

【０００７】従来のコンセントリックスペクトログラフ
の出射ポートに検出器が配置されている場合、所望のス
ペクトルおよび不要なスペクトルの両方が、検出器によ
って記録される。従って、所望のスペクトルの強度を、
不要なスペクトルから独立して測定することができな
い。不要なスペクトルが所望のスペクトルを汚染するの
を防ぐために、光ビームの光路に沿って（特に、スペク
トログラフの出射ポートと検出器との間に）、１つ以上
のフィルタが配置され得る。しかし、フィルタリング(f
iltering)は、迷光の特性（波長または偏光状態など）
が所望の光と異なる場合にのみ有効である。迷光および
スペクトル光の波長が同じである場合、従来の波長フィ
ルタリング技術は有効ではない。いずれにしても、フィ
ルタリングによって、所望のスペクトルの強度が低下
し、これにより、スペクトログラフのスループット(thr
oughput)が低下する。従って、フィルタを用いなくても
迷光の排除率(rejection)が高い、高スループットのコ
ンセントリックスペクトログラフを提供することが望ま
れる。

【０００８】従来のコンセントリックスペクトログラフ
に共通するもう１つの欠点は、Ｆナンバーが比較的大き
いことである。本願において、用語「Ｆナンバー」は、
レンズの入射ひとみ径に対する等価焦点距離である。ス
ペクトログラフのＦナンバーが大きくなると、そのスペ
クトログラフに光が入射できる立体角(solid angle)が
小さくなり、これにより、スペクトログラフのスループ
ットが制限される。また、スペクトロメータのＦナンバ
ーが大きくなると、必要な焦点距離が長くなるため、装
置が大型になる。

【０００９】従って、製造コストが比較的低く、誤較正
(miscalibration)の影響を受けにくい小型のコンセント
リックスペクトログラフを提供することも望まれる。

【００１０】迷光を低減しつつ、出射ポートに無非点収
差像(anastigmatic image)を与える経済的なコンセント
リックスペクトログラフを提供することも望まれる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みてなされたものであり、その目的は、（１）出射ポ
ートにおける迷光の排除率が高められた、多色光を分散
する改良型コンセントリックスペクトログラフを提供す
ること、（２）１つ以上の多色光源からの光を同時に分
散する際に使用できる改良型コンセントリックスペクト
ログラフを提供すること、（３）製造コストが比較的低
く、誤較正の影響を受けにくい小型の改良型コンセント
リックスペクトログラフを提供すること、（４）Ｆナン
バーが小さい改良型コンセントリックスペクトログラフ
を提供すること、および（５）従来の光学部品を用いて
構成できる改良されたコンセントリックスペクトログラ
フを提供することである。また、このスペクトログラフ
の使用方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、迷光が低減さ
れた改良型コンセントリックスペクトログラフを提供す
る。このスペクトログラフは、回折格子と、レンズと、
入射ポートと、出射ポートとを有する。上記のように、
格子は凹面型の回折格子であり、（１）凹面格子面を有
するとともに、（２）光学軸およびその光学軸を含むメ
リジアン平面を規定する。メリジアン平面は、第１のサ
イドおよび第２のサイドを有する。レンズは、実質的に
平坦な面(planar surface)と、凸面と、光学軸とを有す
る。レンズは、その凸面が格子の凹面に対向するととも
に、その光学軸が格子の光学軸と実質的に共軸(coaxia
l)になるように配置される。入射ポートは、実質的にメ
リジアン平面の第１のサイド上に配置され、出射ポート
は、実質的にメリジアン平面の第２のサイド上に配置さ
れる。好ましくは、これらのポートの少なくとも１つ
が、レンズの平坦面に対向して、焦点面近傍にある。焦
点面の位置は、レンズおよび格子の曲率半径を含む様々
なファクタによって決まる。

【００１３】本発明は、改良型スペクトログラフの動作
方法をも提供する。第１の行程においては、メリジアン
平面から所与の垂直距離をおいて配置された入射ポート
を多色光が通過する。第２の行程においては、光が格子
面に入射するように、光を、レンズを通して格子面に向
ける。第３の行程においては、光を格子面によって反射
回折し、これにより、光を分散する。第４の行程におい
ては、分散した光がレンズによって、実質的にメリジア
ン平面外に配置された出射ポートにおいて結像する。

【００１４】複数の入射ポートおよび出射ポートを有す
る改良型コンセントリックスペクトログラフと、その使
用方法も提供される。

【００１５】本発明による改良型コンセントリックスペ
クトログラフは、光学軸、メリジアン平面および凹面を
持つ格子であって、該メリジアン平面が第１のサイドお
よび第２のサイドを有する格子と、実質的に平坦な面、
凸面および光学軸を持つレンズであって、該凸面が該凹
面に対向するとともに、該光学軸が実質的に共軸である
レンズと、実質的に該メリジアン平面外の該第１のサイ
ド側に配置される一次入射ポート(primary entrance po
rt)と、実質的に該メリジアン平面外の該第２のサイド
側に配置される一次出射ポート(primary exit port)と
を備えており、これにより、上記目的が達成される。

【００１６】前記一次ポートの少なくとも１つが前記レ
ンズの前記平坦面近傍にあってもよい。

【００１７】前記一次入射ポートが所与の断面積を有
し、該断面積の大部分が前記メリジアン平面の前記第１
のサイド側にあってもよい。

【００１８】前記一次入射ポートが中心を有し、該中心
が前記メリジアン平面の前記第１のサイド側にあっても
よい。

【００１９】前記一次出射ポートが所与の断面積を有
し、該断面積の大部分が前記メリジアン平面の前記第２
のサイド側にあってもよい。

【００２０】前記一次出射ポートが中心を有し、該中心
が前記メリジアン平面の前記第２のサイド側にあっても
よい。

【００２１】前記一次入射ポートおよび前記一次出射ポ
ートが、前記メリジアン平面から実質的に同じ垂直距離
をおいて配置されてもよい。

【００２２】前記入射ポートが光源から多色光を受光
し、前記スペクトログラフが、ハウジングであって、該
ハウジング内において迷光が該多色光に混入するのを防
ぐハウジングをさらに備えていてもよい。

【００２３】前記スペクトログラフが、前記ポートの近
傍に配置される少なくとも１つの光学フィルタをさらに
備えていてもよい。

【００２４】前記スペクトログラフが、前記ポートの１
つと前記レンズの前記平坦面との間に配置される少なく
とも１つの光学フィルタをさらに備えていてもよい。

【００２５】前記スペクトログラフが、二次入射ポート
と、前記一次入射ポートと前記レンズとの間にある反射
面とをさらに備えていてもよい。

【００２６】前記反射面が、平坦であるとともに該反射
面に対して法線方向の軸を有し、該軸が前記格子光学軸
に対してある角度をなし、該角度が約４５゜であっても
よい。

【００２７】前記スペクトログラフが、二次出射ポート
と、前記一次出射ポートと前記レンズとの間にある反射
面とをさらに備えていてもよい。

【００２８】前記反射面が、平坦であるとともに該反射
面に対して法線方向の軸を有し、該軸が前記格子光学軸
に対してある角度をなし、該角度が約４５゜であっても
よい。

【００２９】本発明による別の改良型コンセントリック
スペクトログラフは、光学軸、メリジアン平面および凹
面を持つ格子と、実質的に平坦な面、凸面および光学軸
を持つレンズであって、該凸面が該凹面に対向し、該レ
ンズ光学軸が該格子光学軸と実質的に共軸であり、該レ
ンズの該平坦面に対向して、該光学軸に対して垂直に一
次焦点面が形成されている、レンズと、該一次焦点面の
近傍の、第１の軸と第２の軸との交点にある一次入射ポ
ートであって、該第１の軸が該メリジアン平面に対して
平行且つ該メリジアン平面に対して第１の方向にオフセ
ットしており、該第２の軸が該メリジアン平面に対して
垂直且つ該光学軸に対してオフセットしている、一次入
射ポートと、該一次焦点面近傍で、該第１の方向とは反
対の第２の方向に該メリジアン平面から第２の垂直距離
をおいて配置される一次出射ポートとを備えており、こ
れにより、上記目的が達成される。

【００３０】前記入射ポートが光を受光し、前記格子が
該光を少なくとも１つの非０次回折に回折し、前記出射
ポートが、該非０次回折の一部分を受光するように前記
第１の軸に沿って配置されてもよい。

【００３１】前記非０次数が、前記光学軸の最も近傍で
結像する次数であってもよい。

【００３２】前記非０次数が負の１次であってもよい。

【００３３】前記出射ポートが、前記第１の軸の方向に
延びていてもよい。

【００３４】前記スペクトログラフが、前記ポートの１
つと前記レンズとの間に配置される少なくとも１つの光
学フィルタをさらに備えていてもよい。

【００３５】前記入射ポートが一次光源から光を受光
し、前記スペクトログラフが、該光源と該入射ポートと
の間に少なくとも１つの光学フィルタをさらに備えてい
てもよい。

【００３６】前記入射ポートが一次光源から光を受光
し、前記スペクトログラフが、ハウジングであって、該
ハウジングの外部の二次光源からの光が、該ハウジング
内の該一次光源からの該光に混入することを防ぐハウジ
ングをさらに備えていてもよい。

【００３７】前記ポートの少なくとも１つが前記ハウジ
ングに配設されていてもよい。

【００３８】前記スペクトログラフが、二次入射ポート
と、前記一次入射ポートと前記レンズとの間にある反射
面であって、該二次入射ポートが配置される改変焦点面
(modified focal plane)を形成する反射面とをさらに備
えていてもよい。

【００３９】光透過性材料を備える第１のボディであっ
て、該透過性材料がある屈折率を有し、該第１のボディ
が少なくとも３つの平坦面を有し、該平坦面の交線が実
質的に平行であり、該第１のボディの第１の平坦面が、
少なくとも部分的に前記一次入射ポートと前記レンズと
の間に配置されるとともに、該第１の平面上に改変焦点
面を形成する反射面を有し、該第１のボディの第２の平
坦面が該レンズの前記平坦面に対向し、該第１のボディ
の第３の平坦面が該改変焦点面に対向する、第１のボデ
ィを、前記スペクトログラフがさらに備えていてもよ
い。

【００４０】前記光透過性材料を備える第２のボディで
あって、該第２のボディが少なくとも２つの実質的に平
行な平坦面を有し、第１の該平行な平坦面が前記一次出
射ポートに対向し、第２の該平行な平坦面が前記レンズ
に対向する、第２のボディを、前記スペクトログラフが
さらに備えていてもよい。

【００４１】前記格子の前記光学軸と前記第１のボディ
の前記第１の平坦面に対して法線方向の軸との間の角度
が約４５゜であってもよい。

【００４２】前記第１のボディの前記第２の面が、前記
レンズの前記平坦面に固定的に取り付けられてもよい。

【００４３】前記スペクトログラフが、前記レンズと前
記第１のボディとの間に配置される少なくとも１つの光
学フィルタをさらに備えていてもよい。

【００４４】前記スペクトログラフが、前記レンズと前
記第２のボディとの間に配置される少なくとも１つの光
学フィルタをさらに備えていてもよい。

【００４５】前記第２のボディの前記第２の面が、前記
レンズの前記平坦面に固定的に取り付けられてもよい。

【００４６】前記第２のボディの屈折率と実質的に同じ
屈折率を有する、該第２のボディを前記レンズに固定的
に取り付けるための接着剤を、前記スペクトログラフが
さらに備えていてもよい。

【００４７】前記第２のボディの前記第２の面と前記レ
ンズとが一体であってもよい。

【００４８】二次出射ポートと、前記一次出射ポートと
前記レンズとの間にある反射面とを前記スペクトログラ
フがさらに備え、該反射面が改変焦点面を形成してもよ
い。

【００４９】光透過性材料を備える第１のボディであっ
て、該透過性材料が所与の屈折率を有し、該第１のボデ
ィが少なくとも３つの平坦面を有し、該平坦面の交線が
実質的に平行であり、第１の該平面が、前記一次出射ポ
ートと前記レンズとの間に配置されるとともに、該第１
の平坦面上に配された反射面を有することにより、改変
焦点面を形成し、該第１のボディの第２の平坦面が前記
レンズ平坦面に対向し、該第１のボディの第３の平坦面
が該改変焦点面に対向する、第１のボディを、前記スペ
クトログラフがさらに備えていてもよい。

【００５０】前記光透過性材料を備える第２のボディで
あって、該第２のボディが少なくとも２つの実質的に平
行な平坦面を有し、第１の該平行な平坦面が前記一次入
射ポートに対向し、第２の該平行な平坦面が前記レンズ
に対向する、第２のボディを、前記スペクトログラフが
さらに備えていてもよい。

【００５１】前記格子の前記光学軸と前記第１の反射面
に対して法線方向の軸との間の角度が約４５゜であって
もよい。

【００５２】前記第１のボディの前記第２の面が、前記
レンズの前記平坦面に固定的に取り付けられてもよい。

【００５３】前記スペクトログラフが、前記レンズと前
記第１のボディとの間に配置される少なくとも１つの光
学フィルタをさらに備えていてもよい。

【００５４】前記スペクトログラフが、前記レンズと前
記第２のボディとの間に配置される少なくとも１つの光
学フィルタをさらに備えていてもよい。

【００５５】前記第２のボディの前記第２の面が、前記
レンズの前記平坦面に固定的に取り付けられてもよい。

【００５６】前記第２のボディの屈折率と実質的に同じ
屈折率を有する、該第２のボディを前記レンズに固定的
に取り付けるための接着剤を、前記スペクトログラフが
さらに備えていてもよい。

【００５７】前記第２のボディと前記レンズとが一体で
あってもよい。

【００５８】前記ポートの少なくとも１つが、実質的
に、前記焦点面の中の１つの面内にあってもよい。

【００５９】前記凸面が曲率中心を有し、前記凹面が曲
率中心を有し、該曲率中心が実質的に同心であってもよ
い。

【００６０】本発明による迷光が低減された改良型コン
セントリックスペクトログラフは、光学軸、メリジアン
平面および凹面を持つ、光を分散する凹面格子と、光学
軸、平坦面および凸面を持つレンズであって、該光学軸
が実質的に共軸であり、該凸面が該凹面に対向し、該レ
ンズの該平坦面に対向して一次焦点面が形成されてい
る、レンズと、光路に沿って該スペクトログラフに光を
入射させる、該焦点面近傍の入射ポートであって、該入
射ポートが、実質的に、該メリジアン平面から第１の方
向に所与の距離をおいて配置され、該レンズが、該光を
該入射ポートから該メリジアン平面および該格子面に向
けることによって回折する、入射ポートと、該光が該格
子によって回折された後に、該光の一部分を該スペクト
ログラフから出射させる、該焦点面近傍に配置される出
射ポートであって、該出射ポートにおいて該レンズが該
光の該部分を結像する、出射ポートとを備えており、こ
れにより、上記目的が達成される。

【００６１】前記入射ポートと前記出射ポートとが光路
によって光学的に接続されていてもよい。

【００６２】前記光の前記部分の少なくともいくつか
が、非０次回折光であってもよい。

【００６３】前記回折光の非０次数が、前記焦点面にお
いて前記格子光学軸の最も近傍で結像する次数であって
もよい。

【００６４】前記非０次数が負の１次であってもよい。

【００６５】前記出射ポートが、前記第１の方向とは反
対の方向に前記メリジアン平面から前記垂直をおいたと
ころにあってもよい。

【００６６】前記レンズが、前記格子光学軸に対して平
行且つオフセットしている光学軸を有してもよく、これ
により、前記出射ポートにおいて画像品質を向上すると
ともに迷光を低減する。

【００６７】前記レンズおよび前記格子が配置されるハ
ウジングであって、該ハウジング外のあらゆる二次光源
からの光が該ハウジング内の前記光に混入することを防
ぐハウジングを、前記スペクトログラフがさらに備えて
いてもよい。

【００６８】前記入射ポートと前記レンズとの間にあ
り、改変焦点面を形成する反射面と、光源からの光を受
光する、該改変焦点面近傍の二次入射ポートとを、前記
スペクトログラフがさらに備えていてもよい。

【００６９】前記出射ポートと前記レンズとの間にあ
り、改変焦点面を形成する反射面と、分散した光を前記
スペクトログラフから出射させる、該改変焦点面近傍の
二次出射ポートとを、前記スペクトログラフがさらに備
えていてもよい。

【００７０】前記一次入射ポートと前記一次出射ポート
とが、前記レンズの前記平坦面近傍の一次焦点面の近傍
に配置されてもよい。

【００７１】前記凸面が曲率中心を有し、前記凹面が、
該凸面中心と実質的に同心である曲率中心を有していて
もよい。

【００７２】本発明による別の改良型コンセントリック
スペクトログラフは、光学軸、メリジアン平面および凹
面を持つ格子と、実質的に平坦な面、凸面および光学軸
を持つレンズであって、該凸面が該凹面に対向し、該光
学軸が実質的に同一線上にあり、該面が実質的に同心で
あり、該レンズの該平坦面に対向して、該光学軸に対し
て垂直に一次焦点面が形成されている、レンズと、該一
次焦点面の近傍の、第１の一次軸と第２の一次軸との交
点にある一次入射ポートであって、該第１の一次軸が該
メリジアン平面に対して平行且つオフセットしており、
該第２の一次軸が該メリジアン平面に対して垂直且つ該
格子光学軸に対してオフセットしている、一次入射ポー
トと、該一次焦点面の近傍で、該メリジアン平面から第
１の垂直距離をおいて配置される一次出射ポートであっ
て、該第１の垂直距離が、該第１の方向とは反対の第２
の方向にある、一次出射ポートと、該一次焦点面の近傍
の、第１の二次軸と第２の二次軸との交点にある二次入
射ポートであって、該第１の二次軸が該メリジアン平面
に対して平行且つオフセットしており、該第２の二次軸
が該メリジアン平面に対して垂直且つ該格子光学軸に対
してオフセットしている、二次入射ポートと、該一次焦
点面の近傍で、該メリジアン平面から該第２の方向に第
２の垂直距離をおいて配置される二次出射ポートとを備
えており、これにより、上記目的が達成される。

【００７３】前記一次入射ポートが多色光を受光するよ
うに配置され、前記格子が該光を少なくとも１つの非０
次回折に回折し、該一次出射ポートが該非０次回折の一
部分を受光するように配置されてもよい。

【００７４】前記非０次数が、前記格子の前記光学軸の
最も近傍で結像する次数であってもよい。

【００７５】前記非０次数が負の１次であってもよい。

【００７６】前記一次入射ポートが一次光源から光を受
光し、前記スペクトログラフが、前記格子および前記レ
ンズが配置されるハウジングを前記スペクトログラフの
周囲にさらに備えていてもよい。

【００７７】前記ポートの少なくとも１つが、前記一次
焦点面内にあってもよい。

【００７８】本発明による別の改良型コンセントリック
スペクトログラフは、光学軸、メリジアン平面および凹
面を持つ格子と、実質的に平坦な面、凸面および光学軸
を持つレンズであって、該凸面が該凹面に対向し、該光
学軸が実質的に同一線上にあり、該平坦面に対向して、
該光学軸に対して垂直に一次焦点面が形成されている、
レンズと、光透過性材料を備える第１のボディであっ
て、実質的に平行である交線を持つ少なくとも３つの平
坦面を該第１のボディが有し、第１の該平面が該一次焦
点面と該レンズの該平坦面との間に配置されるととも
に、該第１の平面上に配された反射面を有し、該第１の
ボディの第２の平坦面が該レンズの該平坦面に対向し、
該第１のボディの第３の平坦面が改変焦点面に対向し、
該反射面が、該平坦レンズ面から所与の光学的長さをお
いたところに該改変焦点面を形成する、第１のボディ
と、該改変焦点面の近傍の、第１の軸と第２の軸との交
点にある一次入射ポートであって、該第１の軸が該メリ
ジアン平面に対して平行且つ第１の方向にオフセットし
ており、該第２の軸が該メリジアン平面に対して垂直で
ある、一次入射ポートと、該一次焦点面の近傍で、該メ
リジアン平面から第１の垂直距離をおいて配置される一
次出射ポートであって、該第１の垂直距離が、該第１の
方向とは反対の第２の方向にある、一次出射ポートとを
備えており、これにより、上記目的が達成される。

【００７９】前記光透過性材料を備える第２のボディで
あって、該第２のボディが少なくとも２つの実質的に平
行な平坦面を有し、第１の該平行な平坦面が前記一次出
射ポートに対向し、第２の該平行な平坦面が前記レンズ
に対向する、第２のボディを、前記スペクトログラフが
さらに備えていてもよい。

【００８０】本発明による光を分散する方法は、凹面回
折格子のメリジアン平面から所与の垂直距離をおいて配
置された入射ポートに多色光を通過させる行程と、少な
くとも該メリジアン平面において該光が該格子に入射す
るように、レンズを用いて該多色光を該格子に向ける行
程と、該回折格子を用いて該光を回折し、これにより、
該光を分散する行程と、該分散した光を、該レンズを用
いて該メリジアン平面外に配置された出射ポートにおい
て結像する行程とを包含し、これにより、上記目的が達
成される。

【００８１】本発明による多色光を分散する方法は、実
質的に格子のメリジアン平面の第１のサイド上に配置さ
れる一次入射ポートに光を通過させる行程であって、該
格子が光学軸および凹面を有する行程と、実質的に平坦
な面、凸面および光学軸を持つレンズに該光を向ける行
程であって、該凸面が該凹面に対向し、該光学軸が実質
的に共軸である、行程と、該格子を用いて該光の少なく
とも一部分を回折する行程と、実質的に該メリジアン平
面の該第２のサイド上に配置される出射ポートにおい
て、該光の部分を結像する行程とを包含し、これによ
り、上記目的が達成される。

【００８２】前記結像行程が、前記レンズの前記平坦面
近傍で結像する行程を包含してもよい。

【００８３】本発明による、改良型コンセントリックス
ペクトログラフを用いて２本の光ビームを回折する方法
においては、該スペクトログラフが、光学軸、第１のサ
イドおよび第２のサイドを持つメリジアン平面、ならび
に凹面を有する格子と、実質的に平坦な面、凸面および
光学軸を持つレンズであって、該凸面が該凹面に対向
し、該光学軸が実質的に共軸であるレンズと、実質的に
該メリジアン平面の該第１のサイド上に配置される一次
入射ポートと、実質的に該メリジアン平面の該第２のサ
イド上に配置される一次出射ポートと、実質的に該メリ
ジアン平面の該第１のサイド上に配置される二次入射ポ
ートと、実質的に該メリジアン平面の該第２のサイド上
に配置される二次出射ポートとを備えていてもよく、該
方法は、第１のビームを該一次入射ポートに提供する行
程、該第１のビームの少なくとも一部分が該格子面上に
入射するように、該レンズを用いて該第１のビームを該
格子に向ける行程、該格子を用いて該第１のビームを反
射回折し、これにより、第１の回折ビームを形成する行
程、および該レンズを用いて該一次出射ポートにおいて
該第１の回折ビームを結像する行程を含む、第１の光ビ
ームを回折する行程と、第２のビームを該二次入射ポー
トに提供する行程、該第２のビームの少なくとも一部分
が該格子面上に入射するように、該レンズを用いて該第
２のビームを該格子に向ける行程、該格子を用いて該第
２のビームを反射回折し、これにより、第２の回折ビー
ムを形成する行程、および該レンズを用いて該二次出射
ポートにおいて該第２の回折ビームを結像する行程を含
む、第２の光ビームを回折する行程とを包含し、これに
より、上記目的が達成される。

【００８４】本発明による別の、改良型コンセントリッ
クスペクトログラフを用いて２本の光ビームを回折する
方法においては、該スペクトログラフが、光学軸、第１
のサイドおよび第２のサイドを持つメリジアン平面、な
らびに凹面を有する格子と、実質的に平坦な面、凸面お
よび光学軸を持つレンズであって、該凸面が該凹面に対
向し、該光学軸が実質的に共軸であるレンズと、実質的
に該メリジアン平面の該第１のサイド上に配置される一
次入射ポートと、実質的に該メリジアン平面の該第２の
サイド上に配置される一次出射ポートと、実質的に該メ
リジアン平面の該第２のサイド上に配置される二次入射
ポートと、実質的に該メリジアン平面の該第１のサイド
上に配置される二次出射ポートとを備えていてもよく、
該方法は、第１のビームを該一次入射ポートに提供する
行程、該第１のビームの少なくとも一部分が該格子面上
に入射するように、該レンズを用いて該第１のビームを
該格子に向ける行程、該格子を用いて該第１のビームを
反射回折し、これにより、第１の回折ビームを形成する
行程、および該レンズを用いて該一次出射ポートにおい
て該第１の回折ビームを結像する行程を含む、第１の光
ビームを回折する行程と、第２のビームを該二次入射ポ
ートに提供する行程、該第２のビームの少なくとも一部
分が該格子面上に入射するように、該レンズを用いて該
第２のビームを該格子に向ける行程、該格子を用いて該
第２のビームを反射回折し、これにより、第２の回折ビ
ームを形成する行程、および該レンズを用いて該二次出
射ポートにおいて該第２の回折ビームを結像する行程を
含む、第２の光ビームを回折する行程とを包含し、これ
により、上記目的が達成される。

【００８５】本発明による、多色光をスペクトル的に分
散するためのコンセントリックスペクトログラフは、凹
面および光学軸を持つ格子と、実質的に平坦な面、凸面
および光学軸を持つレンズであって、該凸面が該凹面に
対向し、該光学軸が実質的に共軸であり、該凸面および
該凹面が実質的に同心であり、一次焦点面を形成するよ
うに該レンズおよび該格子が所与の距離をおいて配置さ
れる、レンズと、該レンズの該平坦面に対向する第１の
ポートと、光透過性材料を備える第１のボディであっ
て、該第１のボディが少なくとも３つの平坦面を有し、
該平坦面の交線が実質的に平行であり、該第１のボディ
の第１の該平坦面が少なくとも部分的に該第１のポート
と該レンズとの間に配置されるとともに、該第１の平面
上に改変焦点面を形成する反射面を有し、該第１のボデ
ィの第２の該平坦面が該レンズの該平坦面に対向し、該
第１のボディの第３の該平坦面が該改変焦点面に対向す
る、第１のボディと、該レンズの該平坦面に対向し、該
一次焦点面近傍に配置される第２のポートとを備えてお
り、これにより、上記目的が達成される。

【００８６】前記光透過性材料を備える第２のボディで
あって、該第２のボディが少なくとも２つの実質的に平
行な平坦面を有し、第１の該平行な平坦面が前記第２の
ポートに対向し、第２の該平行な平坦面が前記レンズに
対向する、第２のボディを、前記スペクトログラフがさ
らに備えていてもよい。

【００８７】前記格子の前記光学軸と、前記第１のボデ
ィの前記第１の平坦面に対して法線方向の軸との間の角
度が約４５゜であってもよい。

【００８８】前記第１のボディの前記第２の面が前記レ
ンズの前記平坦面に固定的に取り付けられてもよい。

【００８９】前記光透過性材料の屈折率と実質的に同じ
屈折率を有する、該第１のボディを前記レンズに固定的
に取り付けるための接着剤を、前記スペクトログラフが
さらに備えていてもよい。

【００９０】前記第１のボディと前記レンズとが、該第
１のボディの前記第２の面において一体であってもよ
い。

【００９１】前記第２のボディの前記第２の面が、前記
レンズの前記平坦面に固定的に取り付けられてもよい。

【００９２】前記第２のボディの屈折率と実質的に同じ
屈折率を有する、該第２のボディを前記レンズに固定的
に取り付けるための接着剤を、前記スペクトログラフが
さらに備えていてもよい。

【００９３】１つ以上の光透過性プレートであって、前
記多色光が該プレートの少なくとも１つを通過して前記
焦点面の１つの位置を変えるように配置される光透過性
プレートを、前記スペクトログラフがさらに備えていて
もよい。

【００９４】前記プレートの前記少なくとも１つが、前
記ポートの１つと前記レンズとの間に配置されてもよ
い。

【００９５】前記プレートの前記少なくとも１つが、前
記ボディの１つと前記ポートの１つとの間に配置されて
もよい。

【００９６】

【発明の実施の形態】本発明の上記並びに他の目的およ
び利点は、添付の図面と共に、以下の詳細な説明を考慮
することにより明白となるであろう。添付の図面におい
ては、全体を通じて同様の参照符号は、同様の部品を意
味する。

【００９７】本発明によれば、改良型コンセントリック
スペクトログラフを用いて多色光を回折する方法および
装置が提供される。本発明を用いて、多色光は回折さ
れ、高解像度および高い迷光排除率で、出射ポートにお
いて結像される。

【００９８】従来のコンセントリックスペクトログラフ
は、入射ポート、出射ポート、半球面レンズ、およびメ
リジアン平面を有する凹面回折格子を含む。作動の際に
は、光ビームは、入射ポートを通ってスペクトログラフ
に入射し、回折光が出射ポートでスペクトログラフから
出射するまで、実質的に中へとメリジアン平面に沿って
伝搬する。従って、入射および出射ポートは、実質的に
メリジアン平面に配置される。

【００９９】しかし、この構成は、他のスペクトルの内
面反射によって、出射ポートにおいて所望のスペクトル
に迷光が混入されるという重大な不利点を持つ。例え
ば、従来のコンセントリックスペクトログラフは、通常
負の１次または正の１次の光で、出射平面に入射ポート
の像を形成するように設計されている。その理由は、こ
れらの次数が、スループットを最大限にし、像の非点収
差を最小限に抑えるからである。しかし、所望の次数に
よって形成される像に加えて、１つまたは複数の像が、
不要な次数によって出射平面の近くまたは出射平面に形
成され得る。例えば、負の１次光を用いて出射平面に入
射ポートの像を望ましく形成する従来のコンセントリッ
クスペクトログラフにおいて、像は、負の２次光によっ
ても形成される。その理由は、負の２次光の１部が、内
面反射のために格子によって２度回折され、レンズによ
って、１次光と同じ場所に焦点を合わすからである。そ
の結果、これらの次数の光は、出射ポートで混じり合
う。

【０１００】本発明によれば、出射ポートにおいてスペ
クトルオーバーラップ量を低減するが、実質的に高い像
品質を維持する改良型コンセントリックスペクトログラ
フが提供される。本発明の格子およびレンズは、従来の
コンセントリックスペクトログラフに類似の方法で構成
され得るが、入射ポートおよび出射ポートは異って構成
され得る。従来のコンセントリックスペクトログラフの
入射および出射ポートは、実質的に格子のメリジアン平
面の中心に配置される。しかし、従来のコンセントリッ
クスペクトログラフの改良型は、実質的にメリジアン平
面から外れて配置される。この改良型構成の利点は、２
度反射回折される負の２次光がレンズに向けて指向され
ず、出射ポートに焦点を合わせないことである。

【０１０１】本発明の原理によれば、以下の理由によ
り、負の２次光は、実質的に関心のある次数光とオーバ
ーラップして出射ポートで再結像されることはない。格
子によって１度回折された後、負の２次光の第１の部分
は、レンズを通過し、出射ポートから離れた位置に焦点
を合わす。従って、負の２次光の第１の部分は、出射ポ
ートで負の１次光と混じり合わない。しかし、負の２次
光の第２の部分は、レンズの表面によって、格子に向け
て反射し返され、２度目の反射回折を受ける。従来のコ
ンセントリックスペクトログラフにおいては、負の１次
光と同様に、負の２次光の第２の部分は、出射ポートに
焦点を合わせる。しかし、本発明によれば、負の２次光
の第２の部分は、出射ポートに向けて反射され返すこと
はなく、改良型構成は、出射ポートから離れた位置にこ
の第２の部分を指向する。従って、本発明に従って構築
されたスペクトログラフの出射ポートにおいて、負の１
次光と負の２次光との混合が実質的に排除される。

【０１０２】本発明は、格子、レンズ、およびポートの
いずれかを取り付けるハウジングをさらに備え得る。ハ
ウジングが光学的に不透明な材料から成る場合には、迷
光がハウジングに入射することが防止されることによ
り、ハウジングは、不要な迷光が所望のスペクトルに混
入することを減らす。

【０１０３】本発明に従って構築された改良型スペクト
ログラフの一次入射および出射ポートは、格子のメリジ
アン平面から実質的に外れ、メリジアン平面の異なるサ
イド上にある。しかし、ポートは、これらのサイドの多
くの位置において動作可能である。例えば、本発明の１
実施形態においては、入射および出射ポートは、レンズ
の平坦面から所与の光路長をおいて、好ましくはスペク
トログラフの一次焦点面近くに配置される。一次焦点面
の位置は、レンズおよび格子の曲率、相対的位置、およ
びレンズと出射ポートとの間の材料（例えばガラス、空
気など）の屈折率によって決定される。例えば、レンズ
および格子の曲率が高くなると、光路長は大きくなる。
また、光路長は、レンズと出射ポートとの間の媒介物の
屈折率が増すと、大きくなる。

【０１０４】さらに、入射および出射ポートは、二次ま
たは改変された焦点面近くに配置され得る。これらの改
変面は、一次焦点面の位置とは異なり、好ましくは、一
次焦点面から遠く離れている。これにより、光検出器お
よびクリオスタットなどの追加の光学機器を取り付ける
ためのスペースがより広くポートにおいて提供される。

【０１０５】１つのポートを改変焦点面に移動し得る１
つの方法は、一次ポートとレンズとの間に反射面を追加
することによるものである。反射面は、反射面を有する
光学プリズムを加えることにより追加され得る。好まし
くは、反射面は、直角三角形ブロックの斜辺上に配置さ
れる。このような方法で、光は、プリズム中を伝搬し、
反射面から内面に反射する。

【０１０６】しかし、プリズムを追加することにより、
該ポートにおける光路長が変化する。該ポートにおいて
光路長を維持するためには、好ましくは、該ポートにお
けるレンズの厚みを減少させる。また、両方のポートに
おける光路長は、好ましくは、実質的に類似している。
従って、プリズムが１方のポートに配置されると、第２
のプリズム、光学ブロック、またはその組み合わせが、
好ましくは他方のポートに配置される。実際、両方のポ
ートの光路長が、スペクトログラフの設計制限内にある
限り、光透過性体が幾つでも各ポートに配置され得る。
各光学体（例えば、プリズムまたはブロック）を形成す
るために用いられる光透過性材料は、同じであってもよ
いし、異なっていてもよい。大きな屈折率を有する光透
過性材料が、レンズの効果的な焦点距離を長くするのに
用いられ得る。

【０１０７】また、レンズの効果的な焦点距離をさらに
調節するために、光学ブロックおよびプリズムに加え
て、大きな屈折率を有する１つまたは複数の光透過性板
が用いられ得る。もちろん、改変焦点面は、従来の光学
技術を用いて、どのような方向にも配向され得、メリジ
アン平面のどちらかのサイド上にあり得る。

【０１０８】本発明の原理に従って作製されたスペクト
ログラフの使用方法もまた提供される。第１の工程で
は、多色光が、凹面回折格子のメリジアン平面の１方の
サイド上に配置された入射ポートを通過する。第２の工
程では、レンズを用いて、格子の凹面に向けて光を指向
し、それによって、光が少なくともメリジアン平面の格
子面上に入射する。第３の工程では、光は、回折格子に
よって回折される。第４の工程では、回折光は、メリジ
アン平面の他方のサイド上に配置された出射ポートにお
いて、同じレンズを用いて結像される。

【０１０９】また、本発明の原理によれば、複数組の入
射および出射ポートを有する改良型コンセントリックス
ペクトログラフが提供される。このようなスペクトログ
ラフは、少なくとも２組の入射および出射ポートを有す
る。複数組の実施形態を構成する光学部品は、複数組の
実施形態が入射および出射ポートの組を１つ余分に有す
ることを除いては、前記の単一組の実施形態と基本的に
同じである。一次ポートと同様に、二次ポートは、好適
にはスペクトログラフの焦点面近くに配置されるが、一
次ポートに実質的にオーバーラップすべきではない。も
ちろん、このスペクトログラフは、光学部品の幾つかま
たは全てを取り付けるため、そして、出射ポートで迷光
がスペクトルに干渉することを防止するためのハウジン
グを備え得る。

【０１１０】複数のポートを有するスペクトログラフを
用いて２つの光ビームを回折させる方法もまた提供され
る。これらのビームは、同時または代替的（alternativ
ely）に回折され得る。すでに上記したように、この方
法を使用するためのスペクトログラフは、格子、レン
ズ、一次入射ポート、一次出射ポート、二次入射ポー
ト、および二次出射ポートを有する。本発明の原理によ
れば、一次ポートは、メリジアン平面の対向するサイド
上に配置され、二次ポートは、メリジアン平面の対向す
るサイド上に配置される。

【０１１１】第１の工程では、第１多色光ビームが回折
される。第１ビームは、以下のように回折される：
（１）第１ビームを一次入射ポートに与え、（２）レン
ズを用いて第１ビームを格子へと指向し、それによっ
て、第１ビームがメリジアン平面の格子上に入射し、
（３）格子によって第１ビームを反射回折し、それによ
って第１回折ビームを形成し、そして（４）レンズを用
いて第１回折ビームを、一次出射ポートに結像する。

【０１１２】そして、第２の工程では、第２多色光ビー
ムが回折される。第２光ビームは、以下のように回折さ
れる：（１）第２ビームを二次入射ポートに与え、
（２）レンズを用いて第２ビームを格子へと指向し、そ
れによって、第２ビームが格子上に入射し、（３）格子
によって第２ビームを反射回折し、それによって第２回
折ビームを形成し、そして（４）レンズを用いて第２回
折ビームを、二次出射ポートに結像する。

【０１１３】本発明による改良型コンセントリックスペ
クトログラフの好適な実施形態が、幾つかのバリエーシ
ョンで、図５〜図１２に示され、図１〜図４に示される
従来のコンセントリックスペクトログラフと比較され
る。

【０１１４】図１および図２に示されるように、従来の
コンセントリックスペクトログラフ１００は、入射ポー
ト１０５と、出射ポート１１０および１１１と、半球レ
ンズ１１５と、凹面回折格子１２０とを含む。作動の際
には、中心軸を有するビーム形態の光が、入射ポート１
０５を通ってスペクトログラフ１００に入射し、出射ポ
ート１１０でスペクトログラフ１００から出射するま
で、ビームの中心軸がメリジアン平面１２５（すなわち
Ｘ−Ｚ面）において伝搬するように光路に沿って伝搬す
る。レンズ１１５は、ビーム径を大きくし、それによっ
て、ビームが格子面１２１を実質的に覆う。光が、格子
面１２１によって反射回折された後、レンズ１１５は、
回折光を集め、ポート１１１などの出射ポートにその光
を結像する。

【０１１５】図４に最もよく示されるように、入射ポー
ト１０５と、出射ポート１１０および１１１とは、実質
的に、従来のコンセントリックスペクトログラフ１００
のメリジアン平面１２５に配置される。この構成は、ス
ループットを最大限にし、出射ポート１１０および１１
１で回折光の像の質を維持すると信じられていた。しか
し、この構成は、以下により完全に説明されるように、
出射ポート１１０において所望の回折光に迷光が混入さ
れるという重大な不利点を有する。また、出射ポート１
１０および１１１は、正の１次および負の１次の回折光
をそれぞれ受け取るように、メリジアン平面に配置され
る。以下により完全に説明される理由により、以下の記
載は、負の１次光の使用のみに関する。

【０１１６】図１に最もよく示されるように、多色光
は、光路レッグ１５０〜１５５に沿って、従来のコンセ
ントリックスペクトログラフ１００中を伝搬する。光路
は、入射ポート１０５を起点とし、レンズ１１５の平坦
面１１６に延びるレッグ１５０から始まる。すでに上記
したように、入射ポート１０５は、メリジアン平面１２
５に実質的に配置される。次に、光は、平坦面１１６か
ら凸面１１７へ延びるレッグ１５１に沿ってレンズ１１
５中を伝搬する。次に、光は、レンズ１１５の球面１１
７から回折格子１２０の凹面１２１へと延びるレッグ１
５２に沿って伝搬する。

【０１１７】光が格子面１２１上に入射すると、光は、
格子式ｋｎλ＝ｓｉｎα＋ｓｉｎβが満たされる場合に
のみ反射される。（ただし、αは入射角、βは回折角
度、ｋは格子の溝密度、λは入射光の波長、およびｎは
回折光の次数である。（例えば図９を参照））０次光
は、入射ポート１０５に入射する全ての波長を含み、回
折格子が鏡のような役割を果たす場合を表す。０次光
は、地点１０１で結像される。正および負の次数光は、
正および負の整数それぞれに対して格子式を満たす格子
１２０によって回折された光を含む。正の１次光（すな
わちｎ＝１）は、出射ポート１１０で結像され、負の１
次光（すなわちｎ＝−１）は、出射ポート１１１で結像
される。もちろん、これらのポートの位置は、関心のあ
る特定のスペクトル範囲に依存する。

【０１１８】従来のコンセントリックスペクトログラフ
１００は、通常、少なくとも２つの理由で、負のまたは
正の１次光と共に使用される。次数の絶対値が小さい場
合には、この次数の強度は大きく、回折の角度は小さ
い。大きい強度は、より多くの光を後続の検出に提供す
るので望ましい。小さい回折角度は、非点収差が通常最
小限に抑えられるので望ましい。そして、特定の波長に
関しては、負の１次光は、正の１次光と比較して、光学
軸１０３により近い位置で回折されるので、スペクトル
像における収差は、これらの波長に対して最小限に抑え
られる。ある関心のあるスペクトル範囲は、約３５０ｎ
ｍから約８００ｎｍである。従って、本発明の１実施形
態によれば、負の１次光は強度を最大限とし、このスペ
クトル範囲に対する非点収差を最小限に抑える。

【０１１９】格子面１２１によって回折された後、負の
１次光は、レッグ１５３〜１５５に沿って伝搬する。１
次光は、凹面１２１から凸面１１７へと延びるレッグ１
５３に沿って伝搬する。凸面１１７に入射する１次光の
大部分は、凸面１１７から平坦面１１６に延びるレッグ
１５４に沿ってレンズ１１５を透過する。レンズ１１５
の平坦面１１６に到達する１次光のほとんどは、平坦面
１１６と出射ポート１１１との間に延びるレッグ１５５
に沿って、出射ポート１１１に向かってレンズ１１５を
通過する。出射ポート１１１は、スペクトログラフ１０
０の一次焦点面１０２の近くに配置され、それによっ
て、負の１次光は、ポート１１１の近くに焦点が合わさ
れる。

【０１２０】負の１次光に加えて、例えば、負の２次光
の１部は、従来のスペクトログラフにおいて、出射ポー
ト１１１に焦点を合わせる。従って、従来のコンセント
リックスペクトログラフは、迷光のこの部分を不十分に
排除する。迷光のこの部分は、以下の理由から、従来の
コンセントリックスペクトログラフ１００における出射
ポートに焦点を合わせる。

【０１２１】図８は、従来のコンセントリックスペクト
ログラフの光線図を示し、各光線は光ビームの長手方向
の軸(例えば、回析次数)を表す。光は、格子１２０によ
っていくつかの次数に反射回析され、これらの次数の多
くは反射してレンズ１１５に戻る。特に、負の２次数は
レッグ１６０に沿ってレンズ１１５に向かって伝搬す
る。この次数がレンズ１１５の凸面１１７に入射する
と、この次数の第１の部分はレンズ１１５を透過し、第
２の部分はレンズ１１５に反射される。

【０１２２】第１の部分は、レッグ１６１に沿ってレン
ズ１１５を通過し、平坦面１１６に向かう。この第１の
部分は、平坦面１１６から焦点面１０２の点１１２に焦
点を合わせられるまでレッグ１６２に沿って伝搬する。
点１１２は、焦点面１０２にある出射ポート１１１から
特定のスペクトル範囲だけ物理的に分離される。従っ
て、レッグ１５３〜１５５に沿って伝搬する負の１次光
と、レッグ１６１および１６２に沿って伝搬する負の２
次光の第１の部分との間でわずかな混合(mixing)が生じ
る。

【０１２３】しかし、実質的な混合は、出射ポート１１
１において、レッグ１５３〜１５５に沿って伝搬する負
の１次光と、レッグ１６５および１６６に沿って伝搬す
る負の２次光の第２の部分との間で生じる。第２の部分
は反射され、凸面１１７から面１２１上の点１２２まで
延在するレッグ１６５に沿って格子１２１に戻る。図８
に示すように、この第２の部分は、再度格子面１２１で
反射され、レッグ１６６に沿ってレンズ１１５に向か
う。次いで、光は、レッグ１５４に沿ってレンズ１１５
を通過し、レッグ１５５に沿って焦点面１０２に向い、
出射ポート１１１(負の１次数が像を形成する同じ場所)
において像を形成する。従って、負の２次光の第２の部
分と負の１次光は、共に実質的にレッグ１５５に沿って
伝搬し、同じ出射ポート位置において像を形成するた
め、負の２次光の第２の部分は、出射ポート１１１にお
いて負の１次光に混入する。

【０１２４】従来のコンセントリックスペクトログラフ
においては、光源および検出器の面で反射した光もまた
出射ポートにおいて像を形成し得る。例えば、図８に示
す様に、発光サンプル面(luminescing sample surface)
などの光源(図示せず)から派生する(originating)負の
１次光は、レッグ１５０〜１５５に沿って、回析された
光を受ける検出器が実装され得る出射ポート１１１まで
伝搬する。しかし、検出器の面は完全に透過性ではな
く、一部の光を反射する。検出器の面が、光ビームの長
手方向の軸に対して法線方向にあれば、反射された部分
はレッグ１５０〜１５５に沿って、ただし逆方向に、光
路を引き返す(retrace)。この光がサンプル面に到達す
ると、再度反射され、レッグ１５０〜１５５に沿って、
所望でない第２の像を出射ポートにおいて形成するまで
伝搬され戻され得る。従って、従来のコンセントリック
スペクトログラフにおいては、サンプル面で反射された
光もまた出射ポートに混入する。

【０１２５】本発明によれば、出射ポートにおける実質
的に混入をなくし、かつ出射ポートにおいて実質的に高
品質の像を維持する、改良したコンセントリックスペク
トログラフが提供される。図５〜７、および１０に最も
良く示されるように、改良したコンセントリックスペク
トログラフ２００は、少なくとも４つの光学素子(入射
ポート２０５、出射ポート２１１、レンズ２１５、およ
び凸面回析格子２２０)を含む。改良したスペクトログ
ラフ２００の光学素子２０５、２１１、２１５、および
２２０は、従来のコンセントリックスペクトログラフ１
００の光学素子１０５、１１１、１１５、および１２０
と同じであり得る。

【０１２６】第１の素子は、好ましくは反射ホログラフ
ィック型の凹面回析格子２２０(例えば、Instruments
S.A., Inc., Edison, New Jerseyから入手可能)であ
る。格子２２０は、凹面格子面２２１、光学軸２０３、
およびメリジアン平面２２５を有する。メリジアン平面
２２５は、２つのサイドを有する。本明細書において用
いる「サイド」という用語は、メリジアン平面２２５の上
下に存在する体積(volume)を指す。換言すると、メリジ
アン平面の一方のサイドは、正のＹ座標を有する点のセ
ットであり、他方のサイドは負のＹ座標を有する点のセ
ットである。格子２２０の光学軸２０３は，格子２２０
の中心を対称的に通過し、点２２２において格子２２０
の面２２１に対して法線方向にある。図７に最も良く示
されるように、メリジアン平面２２５は、格子光学軸２
０３を含み、格子線２２４の軸２２３に対して実質的に
垂直である。

【０１２７】第２の光学素子は、好ましくは、平坦面２
１６および凸面２１７を含む平坦-凸面の形状を有する
レンズ２１５である。レンズ２１５はまた、その中心を
対称的に通過する光学軸２１８を有する。本発明は、非
球面を有するレンズとの使用に適しているが(すなわ
ち、相補的な(complementary)非球面格子を使用する場
合)、球面を有するレンズが好ましい。

【０１２８】第３および第４の光学素子は、固定または
可変スリット型(例えば、Instruments S.A., Inc., Edi
son, New Jerseyから入手可能)であり得る入射ポート２
０５および出射ポート２１１である。従来のコンセント
リックスペクトログラフ１００と、改良したスペクトロ
グラフ２００とを比べると、格子１２０と２２０、およ
びレンズ１１５と２２５とが類似した様式で配置されて
いることが分かる。しかし、従来のコンセントリックス
ペクトログラフ１００の入射ポート１０５および出射ポ
ート１１１は、入射ポート２０５および出射ポート２１
１が配置された様式とは異なって配置されている。従来
のコンセントリックスペクトログラフ１００の場合、入
射ポート１０５および出射ポート１１１は、実質的にメ
リジアン平面１２５内に配置される(例えば、図１〜４
のＸ−Ｚ面)。しかし、改良したスペクトログラフ２０
０の場合、入射ポート２０５および出射ポート２１１
は、実質的にメリジアン平面２２５の外、かつ異なるサ
イドに配置されている(例えば、図５〜７のＸ−Ｚ面)。

【０１２９】図７に示すように、入射ポート２０５は、
メリジアン平面(Ｘ−Ｚ面)２２５から第１の方向２７３
に垂直距離２７２のところで配置されている。換言すれ
ば、入射ポート２０５は、メリジアン平面２２５の２つ
のサイドの実質的に一方に位置されている。好ましく
は、出射ポート２７５は実質的に、メリジアン平面２２
５から第１の方向２７３と反対の方向に向かって垂直距
離２７２のところで、すなわち平面２２５の他方のサイ
ドに位置されている。

【０１３０】改良したスペクトログラフ２００において
用いるアレンジメントの利点は、出射ポートにおいて、
負の１次数と２次数との間に実質的な混合が生じないこ
とである。この利点を、図８、９、および１２を参照し
ながら説明する。

【０１３１】まず、出射ポートは、スループットを最大
化し、無非点収差を最小化する光の次数を受ける位置に
配置される。次数の絶対値が小さい場合には、その次数
の強度は大きく、回析の角度は小さい。大きい強度は、
その後の検出においてより多くの光を提供するために望
ましい。小さい回析角度は、無非点収差の収差が低減さ
れるために望ましい。従って、検出の目的には高い次数
よりも低い次数がより好ましく、１次数が最も望まし
い。

【０１３２】さらに、負の１次数は、正の１次数よりも
レンズの光学軸により近く結像され、像の無非点収差の
収差をさらに抑制するために、正の１次数よりも負の１
次数がより有利である。異なる回析次数のスペクトルの
位置は、図１２に最も良く示されている。第１の入射ポ
ート４０５(図４の入射ポート２０５に対応する)は、ス
ペクトルグラフ(Ｘ−Ｙ面)の焦点面の軸４３５(Ｚ軸)に
沿って複数の回析次数スペクトルを生成する。これらの
スペクトルは、負の１次数４０６および２次数４０７、
正の１次数４０８および２次数４０９、ならびにゼロ次
数４１０を含む。入射ポート４０５およびそれに対応す
るゼロ回析次数４１０は、一次焦点面の光学軸４０３に
関して反対サイドに対称的に配置される。図１２に示す
スペクトルの重要な特徴は、負の１次スペクトル４０６
が、正の１次スペクトル４０８よりも、実質的に光学軸
４０３の近くで結像されるということである。従って、
負の１次スペクトル４０６は、正の１次スペクトル４０
８よりも、より無非点収差である。このため、改良した
コンセントリックスペクトログラフ２００は、好ましく
は、スペクトログラフの平坦面２０２などの焦点面の近
くに配置された、負の１次光を受ける出射ポートを有す
る。しかし、出射ポートは、本発明の原理に従って、回
析光のあらゆる非ゼロ次数を受けるように位置され得
る。

【０１３３】第２に、図９に示すように、多色光は、好
ましくは、レッグ２５０に沿って入射ポート２０５を通
り、改良したスペクトログラフ２００に入射する。上記
したように、入射ポート２０５は、メリジアン平面２２
５の外に配置されている。次に、光は、平坦面２１６か
ら凸面２１７まで延伸するレッグ２５１に沿ってレンズ
２１５を通過する。レンズ２１５の光学軸２１８は、好
ましくは、格子２２０の光学軸２０３と実質的に共軸で
ある。しかし、光学軸２１８は、像の品質を向上、また
は出射ポート２１１において迷光をより低減する位置で
ある場合には、光学軸２０３に対して平行かつオフセッ
トであり得る。レンズ２１５はまた、好ましくは、格子
２２０の凸面２１７が格子２２０の凹面２２１と実質的
に同心であるように配置される。次に、レンズ２１５
は、光を、凸面２１７から凹面２２１に延伸するレッグ
２５２に沿って凹面２２１に向かって伝搬させる。これ
らの光学コンポーネントが適切に配置された場合、この
光は少なくとも部分的に凹面２２１を埋める。光が、格
子面２２１に入射すると、光はそれにより回析され、複
数の次数の回析光を生成する。

【０１３４】また図９に示されるように、負の１次光
は、従来のコンセントリックスペクトログラフ１００の
レッグ１５３〜１５５と同様の改良したスペクトログラ
フ２００のレッグ２５３〜２５５に沿って伝搬する。回
析後、負の１次光は、レンズ２１５の凹面２２１から凸
面２１７に延伸するレッグ２５３に沿って伝搬する。ほ
とんどの１次光は、凸面２１７から平坦面２１６に延伸
するレッグ２５４に沿ってレンズ２１５を透過する。面
２１６に到達した後、ほとんどの１次光は、レンズ２１
５を通過し、平坦面２１６から出射ポート２１１に延伸
するレッグ２５５に沿って、出射ポート２１１に向う。
出射ポート２１１は、１次光を受けるために好ましくは
焦点面２０２の近くに配置されている。

【０１３５】負の１次光に加えて、負の２次光が、反射
回析され、凹面２２１から凸面２１７に延伸するレッグ
２６０に沿ってレンズ２１５に向かう。凸面２１７に到
達する負の２次光の一部は、レッグ２６１に沿って平坦
面２１６に向かってレンズ２１５を通過する。平坦面２
１６において、負の２次光は、焦点面２０２付近の領域
２１２において焦点が合うまでレッグ２６２に沿って伝
搬する。領域２１２は、出射ポート２１１から物理的に
隔てられている。従って、従来のコンセントリックスペ
クトルグラフのように、負の１次光は、一度反射回析さ
れた負の２次光と実質的に混合しない。

【０１３６】しかし、従来のコンセントリックスペクト
ログラフとは異なり、以下の理由から、負の１次光は、
出射ポートにおいて、２度反射回析された負の２次光と
実質的に混合しない。

【０１３７】(例えば、図８に示す)従来のコンセントリ
ックスペクトログラフ１００においては、すでに上述し
たように、いくらかの負の２次光が、凹面１１７の点１
２２および１２３において二度回析され、出射ポート１
１１に向けられる。しかし、(図９に示すような)改良し
たスペクトログラフ２００においては、二度回析された
負の２次光は、出射ポート２１１に向けられない。つま
り、改良したスペクトログラフ２００においては、格子
２２０によって二度反射回析された負の２次光は、レッ
グ２６６に沿って伝搬するが、その光は、所望のスペク
トルが結像される同じ出射ポートにおいては結像されな
い。実際、二度反射回析された光は、２度目には凸面２
１７にさえも到達し得ない。むしろ、レッグ２６６に沿
って伝搬する光は、例えば、光が出射ポート２１１に向
かって焦点を合わされないようなレンズ２１５の面２１
７の異なる位置、またはハウジングの内面に向かって方
向付けられる。この結果は、格子２２５に向かって延伸
するレッグ２５２、ならびに格子２２５から延伸するレ
ッグ２５３および２６０が、メリジアン平面２２５に対
して非平行、または実質的にメリジアン平面２２５内に
存在する場合に明らかである。この光は、次いで、スペ
クトログラフ２００において内面的に反射されて出射ポ
ート２１１に戻ることがないように、吸収面によって吸
収され得る。

【０１３８】負の２次光のこの部分は、負の２次光のよ
うに凸面２１７の同じ場所には方向付けられないため、
この部分は出射ポート２１１において焦点を合わせられ
ない。従って、改良したスペクトログラフ２００の場
合、負の１次光および２次光は、出射ポート２１１にお
いて実質的に混合しない。

【０１３９】本発明の１つの実施態様を図１０に示す。
格子２２０は、約２５０ｍｍの曲率半径、および約１３
０ｍｍの直径を有する凹球面状格子面２２１を有する。
レンズ２１５は、約９４ｍｍの曲率半径、および約１１
０ｍｍの直径を有する。凸面２１７と凹面２２１との間
の距離２８２は、約１５５ｍｍである。このような実施
態様は、約３５０ｎｍから約８００ｎｍの間で分散した
波長に適しており、約１．３のＦナンバーを有する。当
然、分光学の分野の当業者であれば、これらのパラメー
タを他のスペクトル範囲に合わせて調節し得る。

【０１４０】本発明は、フィルタの必要性を少なくする
が、改良したスペクトログラフ２００において、フィル
タは出射ポート２１１において迷光をさらに低減するた
めに用い得る。１つ以上の光学フィルタ２７０を、レン
ズ２１５とポート２０５または２２０との間に配置し得
る(例えば、図９)。また、入射ポート２０５に入射し得
るあらゆる二次光源を防ぐために、１つ以上の光学フィ
ルタ２７１を光源２７７と入射ポート２０５との間に配
置し得る(例えば、図１０)。さらにまた、１つ以上の光
学フィルタ３７０を、レンズ３１５と光学ブロック３９
０またはプリズム３９１との間に配置し得る(例えば、
図１１)。本発明によれば、両ポートにおける光路長の
変化がスペクトログラフの設計制限内にある限り、フィ
ルタは使用され得る。

【０１４１】入射ポート２０５は、好ましくは、対称的
な形状を有し、かつ小さい。形状は、円形であり得る
が、四角形、多角形、または、伸長した長方形(例え
ば、スリット)等の特定の分光用途に適した他の形状で
あり得る。出射ポート２１１は、好ましくは伸長した形
状、好ましくはメリジアン平面２２５に平行な長手方向
の軸を有する長方形である。入射ポート２０５および出
射ポート２１１の大きさおよび形状も可変であり得、あ
らゆる可変ポートデバイス(例えば、Instruments S.A.,
Inc., Edison, New Jerseyから入手可能なPart No. 22
0ASLN等)を用いることができる。

【０１４２】本発明によるスペクトログラフは、ハウジ
ングをさらに含み得る。図１０に示すように、ハウジン
グ２８０は、格子２２０およびレンズ２１５を囲う。入
射ポート２０５および出射ポート２１１も、ハウジング
２８０に取り付けられ得る。ハウジング２８０は、迷光
がハウジング２８０に入射することを防ぐことによっ
て、望ましくない迷光がハウジング２８０内に多色光を
混入するのを低減する。残念なことに、ハウジング２８
０の内面２８１は、好ましくないことに、出射ポート２
１１に向かって反射光を反射し得るが、この望ましくな
い影響は、面２８１を吸収性のあるものにすることによ
って(例えば、面の色を濃くすることによって)抑制され
得る。面２８１を吸収性のあるものとする他の方法は、
面に溝を形成、または突出させたねじ切りされたテクス
チャとする方法である。

【０１４３】本発明によれば、入射および出射ポート
は、メリジアン平面のそれぞれのサイドにおいて種々の
位置に配置され得る。例えば、図１０は、一次焦点面２
０２が、レンズ２１５の平坦面２１６から光学軸２０３
において配置された本発明の実施態様を示す。この実施
態様においては、入射ポート２０５および出射ポート２
１１は共に一次焦点面２０２付近に配置されている。

【０１４４】しかし、いずれのポートも改変した焦点
面、またはその付近に配置され得る。例えば、図１１
は、焦点面３０２付近の出射ポート３１１および改変し
た焦点面３７２付近の入射ポート３０５を示す。ここで
は、入射ポート３０５は、出射ポート３１１から物理的
により遠隔にされており、これによりポート３０５およ
び３１１において、大きい光学検出器等の追加の光学計
器、クリオスタット等を取り付け得るより広いスペース
が得られる。

【０１４５】入射ポートを、改変した焦点面に追加また
は移動する１つの方法として、通常一次入射ポートおよ
びレンズとの間にある反射面３５０を、一次焦点面３０
２とレンズ３１５との間に追加する方法がある。反射面
３５０は、スペクトログラフに固定、またはユーザが一
次または二次ポートを選択することが可能となるように
移動可能にされ得る。しかし、反射面３５０の追加に一
次ポートの存在が必要ではないことは当業者に理解され
る。反射面３５０は、数多くの方法でで設けられ得る。
そのような方法の１つとして、光学ブロック３９０およ
び光学プリズム３９１を追加するものがある。

【０１４６】光学プリズム３９１は、好ましくは、ガラ
スなどの光学的に透過性の材料から形成され、その平坦
面に反射面３５０を設けられている。光学プリズム３９
１は、好ましくは、角度３９８および３９９の値が約４
５度であるような直角三角形の形状を有する。光学ブロ
ック３９０はまた、好ましくは、光学的に透過性の材
料、可能であれば、光学プリズム３９１およびレンズ３
１５が形成される材料と同じ材料から形成される。光学
プリズム３９１および光学ブロック３９０が同じ材料か
らなる場合、光学長３９２および光学長３９５と３９６
との合計は、物理的な長さが同じであれば実質的に同じ
である。光学的に透過性の材料の屈折率は、レンズおよ
びスペクトログラフの有効焦点長を部分的に決定する。
屈折率が比較的大きい場合、スペクトログラフの入射お
よび出射ポートにおける有効焦点長は延長される。光学
長３９２は、出射ポート３１１と平坦面３１６との間の
距離に対応する。光学長３９５と３９６との合計は、入
射ポート３０５と平坦面３１６との間の距離に対応す
る。光学長３９２、および光学長３９５と３９６との合
計が実質的に同じ場合、改良したスペクトログラフ３０
０は、出射ポート３１１において高品質な像を、高い解
像度、かつ良好な迷光排除率で提供し得る。当然、本発
明によれば、入射ポート２０５および出射ポート２１１
は、１つ以上の反射面を用いて、メリジアン平面２２５
の同じサイドに配置され得る。

【０１４７】本発明の他の局面によれば、レンズの有効
焦点長をさらに調節するために、屈折率の高い１つ以上
の光学的に透過性のプレートを、光学ブロックおよび光
学プリズムに加えて、スペクトログラフの光路に配置し
得る。例えば、図１０に示す実施態様において、光学的
に透過性のプレート２３３は、ポート２０５または２１
１と、レンズ２１５との間に配置される。また、図１１
に示す実施態様においては、光学的に透過性のプレート
３３３は、(１)光学プリズム３９１と、レンズ３１５ま
たは入射ポート３０５との間、また(２)光学ブロック３
９０と、レンズ３１５または出射ポート３１１との間に
配置され得る。屈折率の高い光学的に透過性の材料の１
つにサファイアがある。

【０１４８】さらに本発明の原理によれば、少なくとも
２つの入射ポートおよび２つの出射ポートを有する改良
したコンセントリックスペクトログラフが提供される。
図１２および１３は、２対の入射および出射ポートをそ
れぞれ有するスペクトログラフ４００および５００の
(Ｚ軸に沿った)光学軸方向断面図を示す。以下に詳細に
記載するように、各装置の両方の対のポートは、図７の
スペクトログラフ２００に示す単一の対のポートに類似
している。

【０１４９】例えば、図１２に示す改良したコンセント
リックスペクトログラフ４００は、格子４２０、レンズ
４１５、一次入射ポート４０５、一次出射ポート４１
１、二次入射ポート４７５、および二次出射ポート４８
１を含む。格子４２０は、固有の光学軸４０３、メリジ
アン平面４２５、および実(real)凹面４２１を有する。
好ましくは、格子面４２１は、球面的な形状にされてい
る。格子４２０は、メリジアン平面４２５に実質的に垂
直な方向に配された格子線４３０を有する。レンズ４１
５は、レンズ２１５と同じであり、従って、実質的に平
坦面、凸面、および光学軸４０３を有する。レンズ４１
５の凸面は、格子４２０の凹面に面する。格子４２０お
よびレンズ４１５の光学軸は、実質的に共軸であり、ス
ペクトログラフ４００の一次焦点面は、光学軸４０３に
垂直に形成され、レンズ４１５の平坦面に面する。換言
すれば、スペクトログラフ４００が二次入射ポート４１
１および二次出射ポート４８１もそれぞれ有することを
除けば、スペクトログラフ４００はスペクトログラフ２
００に実質的に類似している。

【０１５０】スペクトログラフ２００と同様に、ポート
の各対は、メリジアン平面の実質的に異なるサイド上に
存在する。先に詳細に記載したように、この改変したア
レンジメントは、入射ポートの断面積の大部分が、メリ
ジアン平面の、相補的な出射ポートとは異なるサイド上
にあることを必要とする。１つの実施態様において、各
ポートの全断面積は、その全体がメリジアン平面の異な
るサイドにある。例えば、図１２に示すように、入射ポ
ート４０５および出射ポート４１１は、メリジアン平面
４２５の異なるサイド上にある。また、入射ポート４７
５および出射ポート４８１は、メリジアン平面４２５の
異なるサイド上にある。

【０１５１】スペクトログラフが２つ以上の対のポート
を有する場合、一方の対の入射ポートは、他方の対の出
射ポートと異なるサイドまたは同じサイド上にあり得
る。例えば、改良したコンセントリックスペクトログラ
フ４００の１つの実施態様を図１２に示す。スペクトロ
グラフ４００は、２つの入射ポート４０５および４７５
を、メリジアン平面４２５の一方のサイド上に有し、対
応する出射ポート４１１および４８１をメリジアン平面
４２５の他方のサイドに有する。改良したコンセントリ
ックスペクトログラフ５００の他の実施態様を図１３に
示す。スペクトログラフ５００は、１つの入射ポート、
および１つの出射ポートをメリジアン平面５２５のそれ
ぞれのサイドに有する。これらの実施態様の両方を以下
に説明する。

【０１５２】スペクトログラフ４００は、概して、スペ
クトログラフ２００に類似した様式で構成され、出射ポ
ート４１１および４８１が、１次光を使用して(ただし
他の次数も使用し得る)、入射ポート４０５および４７
５の像を受けるように配置されている。無非点収差を抑
制するために、好ましい次数は、レンズの光学軸の最も
近くで結像される次数である。負の１次スペクトル４０
６および４７６は、出射ポート４１１および４８１にお
いてそれぞれ結像されて示されている。負の１次スペク
トル４０６および４７６に加えて、入射ポート４０５お
よび４７５にそれぞれ対応する、正の１次スペクトル４
０８および４７８、正の２次スペクトル４０９および４
７９、ならびに負の２次スペクトル４０７および４７７
が図１２に示されている。入射ポート４０５および４７
５のそれぞれのゼロ次像４１０および４８０も示されて
いる。スペクトログラフ４００の１つの利点は、単一の
検出器を、サンプルおよび参照等の２つの異なるインプ
ットのスペクトルをモニターするために使用し得ること
である。単一検出器の使用は、規格化および他の校正処
置に特に有用であり得る。

【０１５３】図１３に示すように、スペクトログラフ５
００は、スペクトログラフ２００および４００に類似し
た様式で構成され、出射ポート５１１および５８１は、
入射ポート５０５および５７５の像をそれぞれ受けるよ
うに配置される。スペクトログラフ４００と、スペクト
ログラフ５００との主な違いは、スペクトログラフ５０
０の入射ポート５０５および５７５がメリジアン平面５
２５の異なるサイドにあることである。スペクトログラ
フ４００を上回るスペクトログラフ５００の利点は、出
射ポート５１１および５８１が互いからより距離を開け
られ、検出器を取り付け、２つの別個の検出器の使用を
可能にする追加スペースを得られることである。図１３
に示すように、負の１次スペクトル５０６および５７６
は、出射ポート５１１および５８１においてそれぞれ焦
点を合わせられる。入射ポート５０５および５７５のゼ
ロ次像５１０および５８０もそれぞれ図１３に示す。ま
た、本発明によれば、ポートの対の数は、実質的に２を
上回り、各スペクトルの幅によってのみ制限される。

【０１５４】スペクトログラフ２００のように、スペク
トログラフ４００は、格子４２０およびレンズ４１５が
内部に配置され、ポート４０５、４７５、４１１、およ
び４８１の少なくとも１つが取り付けられたハウジング
(図示せず)を含み得る。ポートは、好ましくは、スペク
トログラフの焦点面付近に配置される。コンセントリッ
クスペクトログラフは、通常、レンズ４１５の凸面、お
よび格子４２０の凹面が好ましくは実質的に同心であ
る。

【０１５５】本発明の原理によるスペクトログラフの使
用方法も提供する。第１の工程において、多色光は、凹
面回析格子のメリジアン平面から垂直距離に配置された
入射ポートを通過する。第２の工程において、レンズを
使用し、光を、格子の凹格子面に向かって方向付け、少
なくともメリジアン平面内において格子面に入射させ
る。第３の工程において、光は、回析格子によって回析
される。第４の工程において回析された光は、同じレン
ズでメリジアン平面の外に配置された出射ポートにおい
て結像される。

【０１５６】図１２に示すような、マルチポートスペク
トログラフを使用した２つの光ビームの回析方法も提供
する。ビームは、同時または代替的に回析され得る。す
でに記載したように、スペクトログラフは、格子、レン
ズ、一次入射ポート、一次出射ポート、二次入射ポー
ト、および二次出射ポートを含む。

【０１５７】第１の工程において、第１の多色光ビーム
が回析される。第１の多色光ビームは以下の要領で回析
される。(１)第１の多色光ビームを一次入射ポートに与
え、(２)レンズを用いて第１の多色光ビームを格子に向
かって方向づけ、第１の多色ビームがメリジアン平面内
の格子に入射するようにし、(３)第１の多色ビームを格
子を用いて反射して第１の回析されたビームを形成し、
第１の回析されたビームを、レンズを用いて一次出射ポ
ートにおいて結像する。

【０１５８】また、第２の工程において、第１の工程の
間または第１の工程に代わって、第２の多色光ビームを
回析する。第２のビームは以下の要領で回析される。
(１)第２のビームを二次入射ポートに与え、(２)レンズ
を用いて第２のビームを格子に向けて方向づけ、第２の
ビームが格子に入射するようにし、(３)格子を用いて第
２のビームを反射して第２の回析されたビームを形成
し、(４)第２の回析されたビームを、レンズを用いて二
次出射ポートにおいて結像する。

【０１５９】このようにして、改善した迷光排除率を有
する改良したコンセントリックスペクトルグラフが提供
される。当業者であれば、本発明が、限定することなく
例示の目的で記載した実施態様以外の実施態様でも実施
可能であり、本発明が以下の請求の範囲によってのみ限
定されることを理解するであろう。

【０１６０】

【発明の効果】本発明によれば、（１）出射ポートにお
ける迷光の排除率が高められた、多色光を分散する改良
型コンセントリックスペクトログラフを提供すること、
（２）１つ以上の多色光源からの光を同時に分散する際
に使用できる改良型コンセントリックスペクトログラフ
を提供すること、（３）製造コストが比較的低く、誤較
正の影響を受けにくい小型の改良型コンセントリックス
ペクトログラフを提供すること、（４）Ｆナンバーが小
さい改良型コンセントリックスペクトログラフを提供す
ること、および（５）従来の光学部品を用いて構成でき
る改良されたコンセントリックスペクトログラフを提供
することができる。

【０１６１】また、本発明によれば、このスペクトログ
ラフの使用方法も提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 負次数の回折光を示す従来のコンセントリッ
クスペクトログラフの平面図（Ｘ−Ｚ面）である。

【図２】 正次数の回折光を示す、図１の従来のコンセ
ントリックスペクトログラフの別の平面図（Ｘ−Ｚ面）
である。

【図３】 図２の３−３線に沿う、図１および図２の従
来のコンセントリックスペクトログラフの側面図（Ｙ−
Ｚ面）である。

【図４】 図３の４−４線に沿う、図３の従来のコンセ
ントリックスペクトログラフの軸方向断面図（Ｘ−Ｙ
面）である。

【図５】 本発明の好適な実施形態の平面図（Ｘ−Ｚ
面）である。

【図６】 図５に示される本発明の好適な実施形態の側
面図（Ｙ−Ｚ面）である。

【図７】 図６の７−７線に沿う、図６の改良型コンセ
ントリックスペクトログラフの軸方向断面図（Ｘ−Ｙ
面）である。

【図８】 様々な次数の回折光の光路を示す、図１〜図
４の従来のコンセントリックスペクトログラフの平面図
（Ｘ−Ｙ面）である。

【図９】 様々な次数の回折光の光路を示す、図４〜図
７の改良型コンセントリックスペクトログラフの平面図
（Ｘ−Ｙ面）である。

【図１０】 スペクトログラフの１端に配置された入射
ポートを有する本発明の改良型コンセントリックスペク
トログラフの好適な実施形態の平面図（Ｘ−Ｚ面）であ
る。

【図１１】 スペクトログラフの前記１端に配置された
入射ポートを有する本発明の改良型コンセントリックス
ペクトログラフの別の好適な実施形態を示す平面図（Ｘ
−Ｚ面）である。

【図１２】 ２つの入射ポートおよび２つの出射ポート
を有する本発明の改良型コンセントリックスペクトログ
ラフの実施形態を示す軸方向断面図（Ｘ−Ｙ面）であ
る。

【図１３】 ２つの入射ポートおよび２つの出射ポート
を有する本発明の改良型コンセントリックスペクトログ
ラフの別の実施形態を示す軸方向断面図（Ｘ−Ｙ面）で
ある。

【符号の説明】

２００ スペクトログラフ ２０２ 一次焦点面 ２０３ 光学軸 ２０５ 入射ポート ２１１ 出射ポート ２１５ レンズ ２１６ 平坦面 ２１７ 凸面 ２１８ 光学軸 ２２０ 格子 ２２１ 凹面 ２２２ 点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 598027283 3880 Ｐａｒｋ Ａｖｅｎｕｅ， Ｅｄｉ ｓｏｎ， Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ 08820, Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ウー ジャン アメリカ合衆国 ニュージャージー 07080，サウス プレーンフィールド，ジ ャンコスキ コート 1296 (72)発明者 アレイン エフ． アール． セベノン フランス国 ブレティグニー サー オル ジェ 91220，リュ モーリス ボヤウ 14， レジデンス レス チャンプス フ ローリス １ (72)発明者 ビビアン ディー． ミレー フランス国 リナス 91310，リュ パス トール 14 (72)発明者 ジェレミー ジェイ． ゴールドストーン アメリカ合衆国 ニュージャージー 08854， ピスケータウェイ，メープルハ ースト レーン 22

Claims (81)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 改良型コンセントリックスペクトログラ
   フであって、 光学軸、メリジアン平面および凹面を持つ格子であっ
   て、該メリジアン平面が第１のサイドおよび第２のサイ
   ドを有する格子と、 実質的に平坦な面、凸面および光学軸を持つレンズであ
   って、該凸面が該凹面に対向するとともに、該光学軸が
   実質的に共軸であるレンズと、 実質的に該メリジアン平面外の該第１のサイド側に配置
   される一次入射ポート(primary entrance port)と、 実質的に該メリジアン平面外の該第２のサイド側に配置
   される一次出射ポート(primary exit port)と、を備え
   た、スペクトログラフ。
2. 【請求項２】 前記一次ポートの少なくとも１つが前記
   レンズの前記平坦面近傍にある、請求項１に記載のスペ
   クトログラフ。
3. 【請求項３】 前記一次入射ポートが所与の断面積を有
   し、該断面積の大部分が前記メリジアン平面の前記第１
   のサイド側にある、請求項１に記載のスペクトログラ
   フ。
4. 【請求項４】 前記一次入射ポートが中心を有し、該中
   心が前記メリジアン平面の前記第１のサイド側にある、
   請求項１に記載のスペクトログラフ。
5. 【請求項５】 前記一次出射ポートが所与の断面積を有
   し、該断面積の大部分が前記メリジアン平面の前記第２
   のサイド側にある、請求項３に記載のスペクトログラ
   フ。
6. 【請求項６】 前記一次出射ポートが中心を有し、該中
   心が前記メリジアン平面の前記第２のサイド側にある、
   請求項１に記載のスペクトログラフ。
7. 【請求項７】 前記一次入射ポートおよび前記一次出射
   ポートが、前記メリジアン平面から実質的に同じ垂直距
   離をおいて配置される、請求項１に記載のスペクトログ
   ラフ。
8. 【請求項８】 前記入射ポートが光源(source)から多色
   光を受光し、前記スペクトログラフが、 ハウジングであって、該ハウジング内において迷光が該
   多色光に混入するのを防ぐハウジング、をさらに備え
   た、請求項１に記載のスペクトログラフ。
9. 【請求項９】 前記ポートの近傍に配置される少なくと
   も１つの光学フィルタをさらに備えた、請求項１に記載
   のスペクトログラフ。
10. 【請求項１０】 前記ポートの１つと前記レンズの前記
    平坦面との間に配置される少なくとも１つの光学フィル
    タをさらに備えた、請求項１に記載のスペクトログラ
    フ。
11. 【請求項１１】 二次入射ポートと、 前記一次入射ポートと前記レンズとの間にある反射面
    と、をさらに備えた、請求項１に記載のスペクトログラ
    フ。
12. 【請求項１２】 前記反射面が、平坦であるとともに該
    反射面に対して法線方向の軸を有し、該軸が前記格子光
    学軸に対してある角度をなし、該角度が約４５゜であ
    る、請求項１１に記載のスペクトログラフ。
13. 【請求項１３】 二次出射ポートと、 前記一次出射ポートと前記レンズとの間にある反射面
    と、をさらに備えた、請求項１に記載のスペクトログラ
    フ。
14. 【請求項１４】 前記反射面が、平坦であるとともに該
    反射面に対して法線方向の軸を有し、該軸が前記格子光
    学軸に対してある角度をなし、該角度が約４５゜であ
    る、請求項１３に記載のスペクトログラフ。
15. 【請求項１５】 改良型コンセントリックスペクトログ
    ラフであって、 光学軸、メリジアン平面および凹面を持つ格子と、 実質的に平坦な面、凸面および光学軸を持つレンズであ
    って、該凸面が該凹面に対向し、該レンズ光学軸が該格
    子光学軸と実質的に共軸であり、該レンズの該平坦面に
    対向して、該光学軸に対して垂直に一次焦点面が形成さ
    れている、レンズと、 該一次焦点面の近傍の、第１の軸と第２の軸との交点に
    ある一次入射ポートであって、該第１の軸が該メリジア
    ン平面に対して平行且つ該メリジアン平面に対して第１
    の方向にオフセットしており、該第２の軸が該メリジア
    ン平面に対して垂直且つ該光学軸に対してオフセットし
    ている、一次入射ポートと、 該一次焦点面近傍で、該第１の方向とは反対の第２の方
    向に該メリジアン平面から第２の垂直距離をおいて配置
    される一次出射ポートと、を備えた、スペクトログラ
    フ。
16. 【請求項１６】 前記入射ポートが光を受光し、前記格
    子が該光を少なくとも１つの非０次回折に回折し、前記
    出射ポートが、該非０次回折の一部分を受光するように
    前記第１の軸に沿って配置される、請求項１５に記載の
    スペクトログラフ。
17. 【請求項１７】 前記非０次数が、前記光学軸の最も近
    傍で結像する次数である、請求項１６に記載のスペクト
    ログラフ。
18. 【請求項１８】 前記非０次数が負の１次である、請求
    項１６に記載のスペクトログラフ。
19. 【請求項１９】 前記出射ポートが、前記第１の軸の方
    向に延びている、請求項１５に記載のスペクトログラ
    フ。
20. 【請求項２０】 前記ポートの１つと前記レンズとの間
    に配置される少なくとも１つの光学フィルタをさらに備
    えた、請求項１５に記載のスペクトログラフ。
21. 【請求項２１】 前記入射ポートが一次光源(primary l
    ight source)から光を受光し、前記スペクトログラフ
    が、該光源と該入射ポートとの間に少なくとも１つの光
    学フィルタをさらに備えた、請求項１５に記載のスペク
    トログラフ。
22. 【請求項２２】 前記入射ポートが一次光源から光を受
    光し、前記スペクトログラフが、ハウジングであって、
    該ハウジングの外部の二次光源からの光が、該ハウジン
    グ内の該一次光源からの該光に混入することを防ぐハウ
    ジングをさらに備えた、請求項１５に記載のスペクトロ
    グラフ。
23. 【請求項２３】 前記ポートの少なくとも１つが前記ハ
    ウジングに配設されている、請求項２２に記載のスペク
    トログラフ。
24. 【請求項２４】 二次入射ポートと、 前記一次入射ポートと前記レンズとの間にある反射面で
    あって、該二次入射ポートが配置される改変焦点面(mod
    ified focal plane)を形成する反射面と、をさらに備え
    た、請求項１５に記載のスペクトログラフ。
25. 【請求項２５】 光透過性材料を備える第１のボディで
    あって、該透過性材料がある屈折率を有し、該第１のボ
    ディが少なくとも３つの平坦面を有し、該平坦面の交線
    が実質的に平行であり、該第１のボディの第１の平坦面
    が、少なくとも部分的に前記一次入射ポートと前記レン
    ズとの間に配置されるとともに、該第１の平面上に改変
    焦点面を形成する反射面を有し、該第１のボディの第２
    の平坦面が該レンズの前記平坦面に対向し、該第１のボ
    ディの第３の平坦面が該改変焦点面に対向する、第１の
    ボディをさらに備えた、請求項１５に記載のスペクトロ
    グラフ。
26. 【請求項２６】 前記光透過性材料を備える第２のボデ
    ィであって、該第２のボディが少なくとも２つの実質的
    に平行な平坦面を有し、第１の該平行な平坦面が前記一
    次出射ポートに対向し、第２の該平行な平坦面が前記レ
    ンズに対向する、第２のボディをさらに備えた、請求項
    ２５に記載のスペクトログラフ。
27. 【請求項２７】 前記格子の前記光学軸と前記第１のボ
    ディの前記第１の平坦面に対して法線方向の軸との間の
    角度が約４５゜である、請求項２５に記載のスペクトロ
    グラフ。
28. 【請求項２８】 前記第１のボディの前記第２の面が、
    前記レンズの前記平坦面に固定的に取り付けられた、請
    求項２７に記載のスペクトログラフ。
29. 【請求項２９】 前記レンズと前記第１のボディとの間
    に配置される少なくとも１つの光学フィルタをさらに備
    えた、請求項２５に記載のスペクトログラフ。
30. 【請求項３０】 前記レンズと前記第２のボディとの間
    に配置される少なくとも１つの光学フィルタをさらに備
    えた、請求項２６に記載のスペクトログラフ。
31. 【請求項３１】 前記第２のボディの前記第２の面が、
    前記レンズの前記平坦面に固定的に取り付けられた、請
    求項２６に記載のスペクトログラフ。
32. 【請求項３２】 前記第２のボディの屈折率と実質的に
    同じ屈折率を有する、該第２のボディを前記レンズに固
    定的に取り付けるための接着剤をさらに備えた、請求項
    ３１に記載のスペクトログラフ。
33. 【請求項３３】 前記第２のボディの前記第２の面と前
    記レンズとが一体である、請求項２６に記載のスペクト
    ログラフ。
34. 【請求項３４】 二次出射ポートと、前記一次出射ポー
    トと前記レンズとの間にある反射面とをさらに備え、該
    反射面が改変焦点面を形成する、請求項２５に記載のス
    ペクトログラフ。
35. 【請求項３５】 光透過性材料を備える第１のボディで
    あって、該透過性材料が所与の屈折率を有し、該第１の
    ボディが少なくとも３つの平坦面を有し、該平坦面の交
    線が実質的に平行であり、第１の該平面が、前記一次出
    射ポートと前記レンズとの間に配置されるとともに、該
    第１の平坦面上に配された反射面を有することにより、
    改変焦点面を形成し、該第１のボディの第２の平坦面が
    前記レンズ平坦面に対向し、該第１のボディの第３の平
    坦面が該改変焦点面に対向する、第１のボディをさらに
    備えた、請求項１５に記載のスペクトログラフ。
36. 【請求項３６】 前記光透過性材料を備える第２のボデ
    ィであって、該第２のボディが少なくとも２つの実質的
    に平行な平坦面を有し、第１の該平行な平坦面が前記一
    次入射ポートに対向し、第２の該平行な平坦面が前記レ
    ンズに対向する、第２のボディをさらに備えた、請求項
    ３５に記載のスペクトログラフ。
37. 【請求項３７】 前記格子の前記光学軸と前記第１の反
    射面に対して法線方向の軸との間の角度が約４５゜であ
    る、請求項３５に記載のスペクトログラフ。
38. 【請求項３８】 前記第１のボディの前記第２の面が、
    前記レンズの前記平坦面に固定的に取り付けられた、請
    求項３５に記載のスペクトログラフ。
39. 【請求項３９】 前記レンズと前記第１のボディとの間
    に配置される少なくとも１つの光学フィルタをさらに備
    えた、請求項３５に記載のスペクトログラフ。
40. 【請求項４０】 前記レンズと前記第２のボディとの間
    に配置される少なくとも１つの光学フィルタをさらに備
    えた、請求項３６に記載のスペクトログラフ。
41. 【請求項４１】 前記第２のボディの前記第２の面が、
    前記レンズの前記平坦面に固定的に取り付けられた、請
    求項３６に記載のスペクトログラフ。
42. 【請求項４２】 前記第２のボディの屈折率と実質的に
    同じ屈折率を有する、該第２のボディを前記レンズに固
    定的に取り付けるための接着剤をさらに備えた、請求項
    ４１に記載のスペクトログラフ。
43. 【請求項４３】 前記第２のボディと前記レンズとが一
    体である、請求項３５に記載のスペクトログラフ。
44. 【請求項４４】 前記ポートの少なくとも１つが、実質
    的に、前記焦点面の中の１つの面内にある、請求項１５
    に記載のスペクトログラフ。
45. 【請求項４５】 前記凸面が曲率中心を有し、前記凹面
    が曲率中心を有し、該曲率中心が実質的に同心である、
    請求項１５に記載のスペクトログラフ。
46. 【請求項４６】 迷光が低減された改良型コンセントリ
    ックスペクトログラフであって、 光学軸、メリジアン平面および凹面を持つ、光を分散す
    る凹面格子と、 光学軸、平坦面および凸面を持つレンズであって、該光
    学軸が実質的に共軸であり、該凸面が該凹面に対向し、
    該レンズの該平坦面に対向して一次焦点面が形成されて
    いる、レンズと、 光路に沿って該スペクトログラフに光を入射させる、該
    焦点面近傍の入射ポートであって、該入射ポートが、実
    質的に、該メリジアン平面から第１の方向に所与の距離
    をおいて配置され、該レンズが、該光を該入射ポートか
    ら該メリジアン平面および該格子面に向けることによっ
    て回折する、入射ポートと、 該光が該格子によって回折された後に、該光の一部分を
    該スペクトログラフから出射させる、該焦点面近傍に配
    置される出射ポートであって、該出射ポートにおいて該
    レンズが該光の該部分を結像する、出射ポートと、を備
    えた、スペクトログラフ。
47. 【請求項４７】 前記入射ポートと前記出射ポートとが
    光路によって光学的に接続されている、請求項４６に記
    載のスペクトログラフ。
48. 【請求項４８】 前記光の前記部分の少なくとも一部
    が、非０次回折光である、請求項４６に記載のスペクト
    ログラフ。
49. 【請求項４９】 前記回折光の非０次数が、前記焦点面
    において前記格子光学軸の最も近傍で結像する次数であ
    る、請求項４８に記載のスペクトログラフ。
50. 【請求項５０】 前記非０次数が負の１次である、請求
    項４８に記載のスペクトログラフ。
51. 【請求項５１】 前記出射ポートが、前記第１の方向と
    は反対の方向に前記メリジアン平面から前記垂直をおい
    たところにある、請求項４６に記載のスペクトログラ
    フ。
52. 【請求項５２】 前記レンズが、前記格子光学軸に対し
    て平行且つオフセットしている光学軸を有し、これによ
    り、前記出射ポートにおいて画像品質を向上するととも
    に迷光を低減する、請求項４６に記載のスペクトログラ
    フ。
53. 【請求項５３】 前記レンズおよび前記格子が配置され
    るハウジングであって、該ハウジング外のあらゆる二次
    光源からの光が該ハウジング内の前記光に混入すること
    を防ぐハウジングをさらに備えた、請求項４６に記載の
    スペクトログラフ。
54. 【請求項５４】 前記入射ポートと前記レンズとの間に
    あり、改変焦点面を形成する反射面と、 光源からの光を受光する、該改変焦点面近傍の二次入射
    ポートと、をさらに備えた、請求項４６に記載のスペク
    トログラフ。
55. 【請求項５５】 前記出射ポートと前記レンズとの間に
    あり、改変焦点面を形成する反射面と、 分散した光を前記スペクトログラフから出射させる、該
    改変焦点面近傍の二次出射ポートと、をさらに備えた、
    請求項４６に記載のスペクトログラフ。
56. 【請求項５６】 前記一次入射ポートと前記一次出射ポ
    ートとが、前記レンズの前記平坦面近傍の一次焦点面の
    近傍に配置される、請求項４６に記載のスペクトログラ
    フ。
57. 【請求項５７】 前記凸面が曲率中心を有し、前記凹面
    が、該凸面中心と実質的に同心である曲率中心を有す
    る、請求項４６に記載のスペクトログラフ。
58. 【請求項５８】 改良型コンセントリックスペクトログ
    ラフであって、 光学軸、メリジアン平面および凹面を持つ格子と、 実質的に平坦な面、凸面および光学軸を持つレンズであ
    って、該凸面が該凹面に対向し、該光学軸が実質的に同
    一線上にあり、該面が実質的に同心であり、該レンズの
    該平坦面に対向して、該光学軸に対して垂直に一次焦点
    面が形成されている、レンズと、 該一次焦点面の近傍の、第１の一次軸と第２の一次軸と
    の交点にある一次入射ポートであって、該第１の一次軸
    が該メリジアン平面に対して平行且つオフセットしてお
    り、該第２の一次軸が該メリジアン平面に対して垂直且
    つ該格子光学軸に対してオフセットしている、一次入射
    ポートと、 該一次焦点面の近傍で、該メリジアン平面から第１の垂
    直距離をおいて配置される一次出射ポートであって、該
    第１の垂直距離が、該第１の方向とは反対の第２の方向
    にある、一次出射ポートと、 該一次焦点面の近傍の、第１の二次軸と第２の二次軸と
    の交点にある二次入射ポートであって、該第１の二次軸
    が該メリジアン平面に対して平行且つオフセットしてお
    り、該第２の二次軸が該メリジアン平面に対して垂直且
    つ該格子光学軸に対してオフセットしている、二次入射
    ポートと、 該一次焦点面の近傍で、該メリジアン平面から該第２の
    方向に第２の垂直距離をおいて配置される二次出射ポー
    トと、を備えた、スペクトログラフ。
59. 【請求項５９】 前記一次入射ポートが多色光を受光す
    るように配置され、前記格子が該光を少なくとも１つの
    非０次回折に回折し、該一次出射ポートが該非０次回折
    の一部分を受光するように配置される、請求項５８に記
    載のスペクトログラフ。
60. 【請求項６０】 前記非０次数が、前記格子の前記光学
    軸の最も近傍で結像する次数である、請求項５９に記載
    のスペクトログラフ。
61. 【請求項６１】 前記非０次数が負の１次である、請求
    項６０に記載のスペクトログラフ。
62. 【請求項６２】 前記一次入射ポートが一次光源から光
    を受光し、前記格子および前記レンズが配置されるハウ
    ジングを前記スペクトログラフの周囲にさらに備えた、
    請求項５８に記載のスペクトログラフ。
63. 【請求項６３】 前記ポートの少なくとも１つが、前記
    一次焦点面内にある、請求項５８に記載のスペクトログ
    ラフ。
64. 【請求項６４】 改良型コンセントリックスペクトログ
    ラフであって、 光学軸、メリジアン平面および凹面を持つ格子と、 実質的に平坦な面、凸面および光学軸を持つレンズであ
    って、該凸面が該凹面に対向し、該光学軸が実質的に同
    一線上にあり、該平坦面に対向して、該光学軸に対して
    垂直に一次焦点面が形成されている、レンズと、 光透過性材料を備える第１のボディであって、実質的に
    平行である交線を持つ少なくとも３つの平坦面を該第１
    のボディが有し、第１の該平面が該一次焦点面と該レン
    ズの該平坦面との間に配置されるとともに、該第１の平
    面上に配された反射面を有し、該第１のボディの第２の
    平坦面が該レンズの該平坦面に対向し、該第１のボディ
    の第３の平坦面が改変焦点面に対向し、該反射面が、該
    平坦レンズ面から所与の光学的長さをおいたところに該
    改変焦点面を形成する、第１のボディと、 該改変焦点面の近傍の、第１の軸と第２の軸との交点に
    ある一次入射ポートであって、該第１の軸が該メリジア
    ン平面に対して平行且つ第１の方向にオフセットしてお
    り、該第２の軸が該メリジアン平面に対して垂直であ
    る、一次入射ポートと、 該一次焦点面の近傍で、該メリジアン平面から第１の垂
    直距離をおいて配置される一次出射ポートであって、該
    第１の垂直距離が、該第１の方向とは反対の第２の方向
    にある、一次出射ポートと、を備えた、スペクトログラ
    フ。
65. 【請求項６５】 前記光透過性材料を備える第２のボデ
    ィであって、該第２のボディが少なくとも２つの実質的
    に平行な平坦面を有し、第１の該平行な平坦面が前記一
    次出射ポートに対向し、第２の該平行な平坦面が前記レ
    ンズに対向する、第２のボディをさらに備えた、請求項
    ６４に記載のスペクトログラフ。
66. 【請求項６６】 光を分散する方法であって、 凹面回折格子のメリジアン平面から所与の垂直距離をお
    いて配置された入射ポートに多色光を通過させる行程
    と、 少なくとも該メリジアン平面において該光が該格子に入
    射するように、レンズを用いて該多色光を該格子に向け
    る行程と、 該回折格子を用いて該光を回折し、これにより、該光を
    分散する行程と、 該分散した光を、該レンズを用いて該メリジアン平面外
    に配置された出射ポートにおいて結像する行程と、を包
    含する方法。
67. 【請求項６７】 多色光を分散する方法であって、 実質的に格子のメリジアン平面の第１のサイド上に配置
    される一次入射ポートに光を通過させる行程であって、
    該格子が光学軸および凹面を有する行程と、 実質的に平坦な面、凸面および光学軸を持つレンズに該
    光を向ける行程であって、該凸面が該凹面に対向し、該
    光学軸が実質的に共軸である、行程と、 該格子を用いて該光の少なくとも一部分を回折する行程
    と、 実質的に該メリジアン平面の該第２のサイド上に配置さ
    れる出射ポートにおいて、該光の部分を結像する行程
    と、を包含する方法。
68. 【請求項６８】 前記結像行程が、前記レンズの前記平
    坦面近傍で結像する行程を包含する、請求項６７に記載
    の方法。
69. 【請求項６９】 改良型コンセントリックスペクトログ
    ラフを用いて２本の光ビームを回折する方法であって、
    該スペクトログラフが、 光学軸、第１のサイドおよび第２のサイドを持つメリジ
    アン平面、ならびに凹面を有する格子と、 実質的に平坦な面、凸面および光学軸を持つレンズであ
    って、該凸面が該凹面に対向し、該光学軸が実質的に共
    軸であるレンズと、 実質的に該メリジアン平面の該第１のサイド上に配置さ
    れる一次入射ポートと、 実質的に該メリジアン平面の該第２のサイド上に配置さ
    れる一次出射ポートと、 実質的に該メリジアン平面の該第１のサイド上に配置さ
    れる二次入射ポートと、 実質的に該メリジアン平面の該第２のサイド上に配置さ
    れる二次出射ポートとを備えており、該方法が、 第１のビームを該一次入射ポートに提供する行程、 該第１のビームの少なくとも一部分が該格子面上に入射
    するように、該レンズを用いて該第１のビームを該格子
    に向ける行程、 該格子を用いて該第１のビームを反射回折し、これによ
    り、第１の回折ビームを形成する行程、および該レンズ
    を用いて該一次出射ポートにおいて該第１の回折ビーム
    を結像する行程、 を含む、第１の光ビームを回折する行程と、 第２のビームを該二次入射ポートに提供する行程、 該第２のビームの少なくとも一部分が該格子面上に入射
    するように、該レンズを用いて該第２のビームを該格子
    に向ける行程、 該格子を用いて該第２のビームを反射回折し、これによ
    り、第２の回折ビームを形成する行程、および該レンズ
    を用いて該二次出射ポートにおいて該第２の回折ビーム
    を結像する行程、 を含む、第２の光ビームを回折する行程と、を包含する
    方法。
70. 【請求項７０】 改良型コンセントリックスペクトログ
    ラフを用いて２本の光ビームを回折する方法であって、
    該スペクトログラフが、 光学軸、第１のサイドおよび第２のサイドを持つメリジ
    アン平面、ならびに凹面を有する格子と、 実質的に平坦な面、凸面および光学軸を持つレンズであ
    って、該凸面が該凹面に対向し、該光学軸が実質的に共
    軸であるレンズと、 実質的に該メリジアン平面の該第１のサイド上に配置さ
    れる一次入射ポートと、 実質的に該メリジアン平面の該第２のサイド上に配置さ
    れる一次出射ポートと、 実質的に該メリジアン平面の該第２のサイド上に配置さ
    れる二次入射ポートと、 実質的に該メリジアン平面の該第１のサイド上に配置さ
    れる二次出射ポートとを備えており、該方法が、 第１のビームを該一次入射ポートに提供する行程、 該第１のビームの少なくとも一部分が該格子面上に入射
    するように、該レンズを用いて該第１のビームを該格子
    に向ける行程、 該格子を用いて該第１のビームを反射回折し、これによ
    り、第１の回折ビームを形成する行程、および該レンズ
    を用いて該一次出射ポートにおいて該第１の回折ビーム
    を結像する行程、 を含む、第１の光ビームを回折する行程と、 第２のビームを該二次入射ポートに提供する行程、 該第２のビームの少なくとも一部分が該格子面上に入射
    するように、該レンズを用いて該第２のビームを該格子
    に向ける行程、 該格子を用いて該第２のビームを反射回折し、これによ
    り、第２の回折ビームを形成する行程、および該レンズ
    を用いて該二次出射ポートにおいて該第２の回折ビーム
    を結像する行程、 を含む、第２の光ビームを回折する行程と、を包含する
    方法。
71. 【請求項７１】 多色光をスペクトル的に分散するため
    のコンセントリックスペクトログラフであって、 凹面および光学軸を持つ格子と、 実質的に平坦な面、凸面および光学軸を持つレンズであ
    って、該凸面が該凹面に対向し、該光学軸が実質的に共
    軸であり、該凸面および該凹面が実質的に同心であり、
    一次焦点面を形成するように該レンズおよび該格子が所
    与の距離をおいて配置される、レンズと、 該レンズの該平坦面に対向する第１のポートと、 光透過性材料を備える第１のボディであって、該第１の
    ボディが少なくとも３つの平坦面を有し、該平坦面の交
    線が実質的に平行であり、該第１のボディの第１の該平
    坦面が少なくとも部分的に該第１のポートと該レンズと
    の間に配置されるとともに、該第１の平面上に改変焦点
    面を形成する反射面を有し、該第１のボディの第２の該
    平坦面が該レンズの該平坦面に対向し、該第１のボディ
    の第３の該平坦面が該改変焦点面に対向する、第１のボ
    ディと、 該レンズの該平坦面に対向し、該一次焦点面近傍に配置
    される第２のポートと、を備えた、スペクトログラフ。
72. 【請求項７２】 前記光透過性材料を備える第２のボデ
    ィであって、該第２のボディが少なくとも２つの実質的
    に平行な平坦面を有し、第１の該平行な平坦面が前記第
    ２のポートに対向し、第２の該平行な平坦面が前記レン
    ズに対向する、第２のボディをさらに備えた、請求項７
    １に記載のスペクトログラフ。
73. 【請求項７３】 前記格子の前記光学軸と、前記第１の
    ボディの前記第１の平坦面に対して法線方向の軸との間
    の角度が約４５゜である、請求項７１に記載のスペクト
    ログラフ。
74. 【請求項７４】 前記第１のボディの前記第２の面が前
    記レンズの前記平坦面に固定的に取り付けられた、請求
    項７１に記載のスペクトログラフ。
75. 【請求項７５】 前記光透過性材料の屈折率と実質的に
    同じ屈折率を有する、該第１のボディを前記レンズに固
    定的に取り付けるための接着剤をさらに備えた、請求項
    ７４に記載のスペクトログラフ。
76. 【請求項７６】 前記第１のボディと前記レンズとが、
    該第１のボディの前記第２の面において一体である、請
    求項７１に記載のスペクトログラフ。
77. 【請求項７７】 前記第２のボディの前記第２の面が、
    前記レンズの前記平坦面に固定的に取り付けらた、請求
    項７２に記載のスペクトログラフ。
78. 【請求項７８】 前記第２のボディの屈折率と実質的に
    同じ屈折率を有する、該第２のボディを前記レンズに固
    定的に取り付けるための接着剤をさらに備えた、請求項
    ７７に記載のスペクトログラフ。
79. 【請求項７９】 １つ以上の光透過性プレートであっ
    て、前記多色光が該プレートの少なくとも１つを通過し
    て前記焦点面の１つの位置を変えるように配置される光
    透過性プレートをさらに備えた、請求項７１に記載のス
    ペクトログラフ。
80. 【請求項８０】 前記プレートの前記少なくとも１つ
    が、前記ポートの１つと前記レンズとの間に配置され
    る、請求項７９に記載のスペクトログラフ。
81. 【請求項８１】 前記プレートの前記少なくとも１つ
    が、前記ボディの１つと前記ポートの１つとの間に配置
    される、請求項７９に記載のスペクトログラフ。