JPH11132847A

JPH11132847A - 光スペクトラムアナライザ

Info

Publication number: JPH11132847A
Application number: JP9295294A
Authority: JP
Inventors: Makoto Komiyama; 誠小宮山
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1997-10-28
Filing date: 1997-10-28
Publication date: 1999-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化、低価格で高速測定が可能な光スペク
トラムアナライザを実現する。【解決手段】入射光を回折させて波長毎の回折光を検
出する光スペクトラムアナライザにおいて、入射光を平
行光にして反射するコリメータミラーと、このコリメー
タミラーからの反射光を回折させる回折格子と、この回
折格子からの波長毎の回折光を収束光として反射させる
集光ミラーと、集光ミラーからの各々の収束光の反射角
を変化させることにより回折光を走査する走査ミラー
と、この走査ミラーからの反射光のうちでスリットを通
過した回折光を検出する光検出器とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射光を回折させ
て波長毎の回折光を検出する光スペクトラムアナライザ
に関し、特に回折光の走査方法を改良した光スペクトラ
ムアナライザに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光スペクトラムアナライザは回折
格子により入射光を回折させ、波長毎の回折光を検出す
ることによりスペクトル分析を行っている。

【０００３】図４はこのような従来の光スペクトラムア
ナライザの一例を示す構成図である。図４において１は
コリメータミラー、２は回折格子、３は集光ミラー、４
はミラー、５はスリット、６はフォトダイオード等の光
検出器、１００は入射光である。

【０００４】入射光１００はコリメータミラー１により
平行光になり回折格子２に入射され、回折格子２からの
回折光は集光ミラー３及びミラー４を介してスリット５
に入射される。また、スリット５を通過した回折光は光
検出器６に入射される。

【０００５】ここで、図４に示す従来例の動作を図５及
び図６を用いて説明する。図５は波長毎の回折光の様子
を例示した説明図であり、図６は回折格子２での回折の
状態を説明する説明図であり、図５及び図６共に図４と
同一符号を付してある。

【０００６】平行光にされた入射光１００は回折格子２
においてその波長毎に応じて図５中”イ”及び”ロ”に
示すような角度に回折され、集光ミラー３でそれぞれの
波長毎の回折光は収束光となり反射されミラー４を介し
てスリット５に入射される。

【０００７】このため、集光ミラー３によりスリット５
上に集光される回折光はその波長によりそれぞれの集光
位置が異なる。

【０００８】例えば、図５中”イ”に示す回折光はスリ
ット５上の図５中”ハ”に示す位置に集光され、図５
中”ロ”に示す回折光はスリット５上の図５中”ニ”に
示す位置に集光される。

【０００９】このため、図５中”イ”に示す回折光はス
リット５を通過して光検出器６で検出されるが、一方、
図５中”ロ”に示す回折光はスリット５により遮断され
て光検出器６には入射されない。

【００１０】また、図６において回折格子２の法線と入
射光及び回折光とのなす角度を”θ１”及び”θ２”、
入射光の波長を”λ”、回折格子２のピッチを”ｄ”と
した場合、ｄ（sinθ１＋sinθ２）＝λ （１）が成り立つ。

【００１１】また、式（１）を変形することにより、 θ２＝sin−１（λ／ｄ−sinθ１）（２）となる。

【００１２】例えば、”θ１＝３０度”、”λ＝１．５
μｍ”及び”ｄ＝１．２μｍ”とすれば、式（２）か
ら”θ２＝４８．６度”となり、入射角と回折角の角度
差”θ３”は、 θ３＝４８．６−３０．０＝１８．６度（３）となる。

【００１３】同様に、”θ１＝３３．２度”、”λ＝
１．６μｍ”及び”ｄ＝１．２μｍ”とすれば、式
（２）から”θ２＝５１．８度”となり、入射角と回折
角の角度差”θ３’”は、 θ３’＝５１．８−３３．２＝１８．６度（４）となる。

【００１４】すなわち、回折格子２を回転させ”θ１”
を”３０度”若しくは”３３．２度”にすることによ
り、波長”１．５μｍ”若しくは”１．６μｍ”の波長
の回折光の回折格子２から出射される角度が”１８．６
度”と同じになる。

【００１５】ここで、回折格子２からの出射角が”１
８．６度”の回折光がスリット５を通過するように光学
系を調整すれば、波長”１．５μｍ”及び”１．６μ
ｍ”の回折光を選択することができる。

【００１６】言い換えれば、回折格子２を”３０度〜３
３．２度”回転させることにより、波長”１．５μｍ〜
１．６μｍ”の回折光を光検出器６で検出することが可
能になる。

【００１７】従って、回折格子２を回転させてスリット
５上の集光位置を変化させることにより、特定波長の回
折光を選択的に光検出器６に入射させることができる。

【００１８】また、回折格子２を回転させる方法として
は図７及び図８に示すような方法がある。図７及び図８
は回折格子２を回転させる手段を示す構成図である。

【００１９】図７において２は図５と同一符号を付して
あり、７は回折格子２が固定される固定手段、８は駆動
手段である。

【００２０】固定手段７はその一点が図７中”イ”に示
す回転中心に固定されると共に前記回転中心に対して左
右対称に回折格子２が固定される。また、固定手段７の
一端には駆動手段８が接続される。

【００２１】例えば、駆動手段８が図７中”ロ”の方向
に固定手段７の一端を移動させると、それに伴い回折格
子２は図７中”イ”に示す回転中心を中心にして図７
中”ハ”の方向に回転する。

【００２２】同様に、駆動手段８が図７中”ニ”の方向
に固定手段７の一端を移動させると、それに伴い回折格
子２は図７中”イ”に示す回転中心を中心にして図７
中”ホ”の方向に回転する。

【００２３】一方、図８において２は図５と同一符号を
付してあり、９は回転軸、１０はモータ、１１は角度検
出器である。

【００２４】回折格子２は回転軸９に直接固定され、回
転軸９はモータ１０に接続されると共に角度検出器１１
に接続される。

【００２５】この方法では回折格子２をモータ１０によ
り直接回転させ、回折格子２の回転角度を角度検出器で
検出する。

【００２６】この結果、回折格子２の回転角度と光検出
器６からの出力信号である回折光の強度を得ることによ
り、入射光１００の波長と強度を調べることが可能にな
る。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、回折格子２は
重量が重いのでこの回折格子２を精密に回転させるため
の手段は大きく高価になり、また、高速で回転させるこ
とが困難であるので高速測定が出来ないと言った問題点
があった。従って本発明が解決しようとする課題は、小
型化、低価格で高速測定が可能な光スペクトラムアナラ
イザを実現することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明の第１では、入射光を回折させて波長
毎の回折光を検出する光スペクトラムアナライザにおい
て、前記入射光を平行光にして反射するコリメータミラ
ーと、このコリメータミラーからの反射光を回折させる
回折格子と、この回折格子からの波長毎の回折光を収束
光として反射させる集光ミラーと、前記集光ミラーから
の各々の収束光の反射角を変化させることにより前記回
折光を走査する走査ミラーと、この走査ミラーからの反
射光のうちでスリットを通過した回折光を検出する光検
出器とを備えたことを特徴とするものである。

【００２９】本発明の第２では、本発明の第１におい
て、前記走査ミラーを往復回転させることにより前記回
折光を走査することを特徴とするものである。

【００３０】本発明の第３では、本発明の第１におい
て、前記走査ミラーを一定方向に連続回転させることに
より前記回折光を走査することを特徴とするものであ
る。

【００３１】本発明の第４では、本発明の第１におい
て、前記走査ミラーを前記回折格子と前記集光ミラーと
の間若しくは前記コリメータミラーと回折格子との間に
配置したことを特徴とするものである。

【００３２】本発明の第５では、本発明の第３におい
て、前記走査ミラーとして多面鏡を用いたことを特徴と
するものである。

【００３３】本発明の第６では、本発明の第１におい
て、前記回折格子の固定角度の変更を可能にしたことを
特徴とするものである。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に
説明する。図１は本発明に係る光スペクトラムアナライ
ザの一実施例を示す構成図である。ここで、１，３，
５，６及び１００は図５と同一符号を付してあり、２ａ
は回折格子、１２は走査ミラーである。

【００３５】入射光１００はコリメータミラー１により
平行光になり回折格子２ａに入射され、回折格子２ａか
らの回折光は集光ミラー３及び走査ミラー１２を介して
スリット５に入射される。また、スリット５を通過した
回折光は光検出器６に入射される。

【００３６】ここで、図１に示す実施例の動作を図２を
用いて説明する。図２は波長毎の回折光の様子を例示し
た説明図であり、図１と同一符号を付してある。

【００３７】平行光にされた入射光１００は回折格子２
ａにおいてその波長毎に応じて図２中”イ”及び”ロ”
に示すような角度に回折され、集光ミラー３でそれぞれ
の波長毎の回折光は収束光になり走査ミラー１２を介し
てスリット５に入射される。

【００３８】このため、集光ミラー３によりスリット５
上に集光される回折光はその波長によりそれぞれの集光
位置が異なる。

【００３９】例えば、図２中”イ”に示す回折光はスリ
ット５上の図２中”ハ”に示す位置に集光され、図２
中”ロ”に示す回折光はスリット５上の図２中”ニ”に
示す位置に集光される。

【００４０】このため、図２中”イ”に示す回折光はス
リット５を通過して光検出器６で検出されるが、一方、
図２中”ロ”に示す回折光はスリット５により遮断され
て光検出器６には入射されない。

【００４１】この状態で、回折格子２ａを固定して走査
ミラー１２を回転させてスリット５上の集光位置を変化
させることにより、特定波長の回折光を選択的に光検出
器６に入射させることができる。

【００４２】例えば、図６における”θ１”を”３１．
６度（＝（３０＋３３．２）／２）に固定した場合、波
長”１．５μｍ”若しくは”１．６μｍ”の波長の回折
光に対する”θ２”は式（２）から”４６．６度”若し
くは”５４．０度”になる。

【００４３】従って、波長”１．５μｍ”若しくは”
１．６μｍ”の波長の回折光の回折格子２ａから出射さ
れる角度”θ３”は前記角度から”３１．６度”を引い
た”１５．０度”若しくは”２２．４度”となる。

【００４４】走査ミラー１２を回転させてこのような角
度で出射される回折光がスリット５に入射するようにす
れば、波長”１．５μｍ〜１．６μｍ”の回折光を光検
出器６で検出することが可能になる。

【００４５】ここで、光検出器６と走査ミラー１２との
距離が十分長ければ回折光の回折格子２ａから出射され
る角度差”９，２度（＝（１５．０＋２２．４）／
２）”の半分である”４．６度”の回転を走査ミラー１
２でさせれば良い。

【００４６】但し、光検出器６と走査ミラー１２との距
離が短くなると走査ミラー１２の回転角度は大きくなる
ので前記”４．６度”は上記条件下における走査ミラー
１２の最小の回転角度である。

【００４７】すなわち、走査ミラー１２の回転角度と光
検出器６からの出力信号である回折光の強度を得ること
により、入射光１００の波長と強度を調べることが可能
になる。

【００４８】この結果、回折格子２ａと比較して小型な
走査ミラー１２を回転させることにより、小型化、低価
格で高速測定が可能になる。

【００４９】また、従来例のように回折格子２を回転さ
せる角度と比較して走査ミラー１２を回転させる角度は
大きい場合が多いので、回転する角度分解能に対する波
長分解能が向上する。

【００５０】例えば、従来例では回折格子２を回転させ
る角度が”３．２度（＝３３．２−３０）”であるのに
対して実施例では最小”４．６度”であり、角度分解能
に対する波長分解能が”約１．４倍”向上することにな
る。

【００５１】なお、走査ミラー１２の回転動作に関して
は、様々な角度で出射される回折光をスリット５に入射
させるのに必要な角度、例えば、上述の”４．６度”の
範囲で往復回転動作させるか、或いは、一定方向に連続
回転動作させれば良い。また、走査ミラー１２の駆動方
法について図８等に示す方法を用いれば良い。

【００５２】また、図１の実施例の説明に際して例示し
た回折格子２ａの固定角度及びピッチ、回折光の波長等
の数値に関しては、勿論、これに限定される訳ではな
い。

【００５３】また、走査ミラー１２は集光ミラー３とス
リット５との間に配置したが、これに限定される訳では
ない。例えば、回折格子２ａと集光ミラー３との間、若
しくは、コリメータミラー１と回折格子２ａとの間に走
査ミラー１２を配置しても構わない。

【００５４】この場合には光検出器６と走査ミラー１２
との距離が十分長くなるので、回転角度が小さくでき
る。

【００５５】また、走査ミラー１２としてポリゴンミラ
ー等の多面鏡を用いることにより、さらに高速測定が可
能になる。

【００５６】図３はポリゴンミラーの一例を示す正面図
及び平面図である。ポリゴンミラーは図３中”イ”に示
す中心に点対称に”ロ”，”ハ”，”ニ”，”ホ”，”
ヘ”及び”ト”に示す鏡が配置された構成になってい
る。

【００５７】従って、走査ミラー１２として図３中”
イ”を回転中心としてポリゴンミラーを連続回転させる
ことにより、回折光が高速に走査されて走査ミラーが１
枚の場合と比較して高速測定が可能になる。

【００５８】例えば、５面鏡の多面鏡を”３０００ｒｐ
ｍ”で回転させた場合、走査周期”Ｔ”は、Ｔ＝１／｛（５×３０００）／６０｝＝４ｍｓｅｃ（５）となる。

【００５９】図１において回折格子２ａの固定角度が回
転可能な構成にすることにより、走査可能波長範囲を選
択することが可能になる。

【００６０】例えば、図１の実施例の説明では回折格子
２ａを”３１．６度”に固定することにより、波長が”
１．５μｍ〜１．６μｍ”の回折光の検出を可能にした
が、回折格子２ａを回転させてその固定角度を変化させ
ることにより、スリット５を通過して光検出器６で検出
される回折光の波長が変化することになる。

【００６１】すなわち、回折格子２ａの固定角度を変え
ることにより、光検出器６で検出される回折光の波長を
適宜選択することが可能になる。

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。請求項１乃至請
求項４の発明によれば、回折格子と比較して小型な走査
ミラーを回転させることにより、小型化、低価格で高速
測定が可能な光スペクトラムアナライザが実現できる。

【００６２】また、請求項５の発明によれば、走査ミラ
ーとして多面鏡を用いることにより、さらに高速測定が
可能になる。

【００６３】また、請求項６の発明によれば、回折格子
の固定角度の変更を可能にすることにより、走査可能波
長範囲を選択することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光スペクトラムアナライザの一実
施例を示す構成図である。

【図２】波長毎の回折光の様子を例示した説明図であ
る。

【図３】ポリゴンミラーの一例を示す正面図及び平面図
である。

【図４】従来の光スペクトラムアナライザの一例を示す
構成図である。

【図５】波長毎の回折光の様子を例示した説明図であ
る。

【図６】回折格子での回折の状態を説明する説明図であ
る。

【図７】回折格子を回転させる手段を示す構成図であ
る。

【図８】回折格子を回転させる手段を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１コリメータミラー２，２ａ回折格子３集光ミラー４ミラー５スリット６光検出器７固定手段８駆動手段９回転軸１０モータ１１角度検出器１２走査ミラー１００入射光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光を回折させて波長毎の回折光を検出
する光スペクトラムアナライザにおいて、前記入射光を平行光にして反射するコリメータミラー
と、このコリメータミラーからの反射光を回折させる回折格
子と、この回折格子からの波長毎の回折光を収束光として反射
させる集光ミラーと、前記集光ミラーからの各々の収束光の反射角を変化させ
ることにより前記回折光を走査する走査ミラーと、この走査ミラーからの反射光のうちでスリットを通過し
た回折光を検出する光検出器とを備えたことを特徴とす
る光スペクトラムアナライザ。
【請求項２】前記走査ミラーを往復回転させることによ
り前記回折光を走査することを特徴とする特許請求の範
囲請求項１記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項３】前記走査ミラーを一定方向に連続回転させ
ることにより前記回折光を走査することを特徴とする特
許請求の範囲請求項１記載の光スペクトラムアナライ
ザ。
【請求項４】前記走査ミラーを前記回折格子と前記集光
ミラーとの間若しくは前記コリメータミラーと回折格子
との間に配置したことを特徴とする特許請求の範囲請求
項１記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項５】前記走査ミラーとして多面鏡を用いたこと
を特徴とする特許請求の範囲請求項３記載の光スペクト
ラムアナライザ。
【請求項６】前記回折格子の固定角度の変更を可能にし
たことを特徴とする特許請求の範囲請求項１記載の光ス
ペクトラムアナライザ。