JPS58225321A - 凹面回折格子分光器 - Google Patents
凹面回折格子分光器Info
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- JPS58225321A JPS58225321A JP57108337A JP10833782A JPS58225321A JP S58225321 A JPS58225321 A JP S58225321A JP 57108337 A JP57108337 A JP 57108337A JP 10833782 A JP10833782 A JP 10833782A JP S58225321 A JPS58225321 A JP S58225321A
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- JP
- Japan
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- grating
- spherical surface
- diffraction grating
- concave
- line
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- Pending
Links
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- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 abstract description 14
- 101700004678 SLIT3 Proteins 0.000 abstract description 4
- 102100027339 Slit homolog 3 protein Human genes 0.000 abstract description 4
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は被測定光を波長に応じて分散させ結像させる凹
面回折格子分光器に係り、特に、半導体の光検知器アレ
イを用いる多波長分光光度３１に採用して好適な非点収
差のないスペクトル像か得られる凹面回折格子分光器に
関する。
面回折格子分光器に係り、特に、半導体の光検知器アレ
イを用いる多波長分光光度３１に採用して好適な非点収
差のないスペクトル像か得られる凹面回折格子分光器に
関する。
ｊｉＬ来、多波長分光光度８１などに使用する分光器と
しでは種々の態様のものが採用されているが、中でも凹
面回折格子分光器が、球面鏡などの結像素子が一切不要
で光学系が極めて簡単なため、最も普及している。
しでは種々の態様のものが採用されているが、中でも凹
面回折格子分光器が、球面鏡などの結像素子が一切不要
で光学系が極めて簡単なため、最も普及している。
一方、分光器により波長に応じて分散、結像されたスペ
クトル像を検出する光検出器としては、写真乾板とか複
数個の光電子増倍管あるいは太陽電池などを各スペクト
ル結像位置に配置する方式が採用されているが、最近、
複数の微小なＣＣＩ）（電荷結合素子）やホトダイオー
ドなどの゛１６導体光検出素子を等間隔に並べた光検知
器アレイが実用化されてきた。この光検知器アレイは＋
ｉｉｆ記の半導体光検出素子を数百個−列に並べて一体
化するものであり、取り扱いが容易であるばかりでな（
、極めて短時間で多波長の被測定光の光強（章を測定で
きる利点がある。従って、光検知器アレイと前記凹面回
伍格ｒ・を組み合せれば、簡１１ｔなＩＲ成て高速測光
が６エ能な多波長分光光度計が実現できることになる。
クトル像を検出する光検出器としては、写真乾板とか複
数個の光電子増倍管あるいは太陽電池などを各スペクト
ル結像位置に配置する方式が採用されているが、最近、
複数の微小なＣＣＩ）（電荷結合素子）やホトダイオー
ドなどの゛１６導体光検出素子を等間隔に並べた光検知
器アレイが実用化されてきた。この光検知器アレイは＋
ｉｉｆ記の半導体光検出素子を数百個−列に並べて一体
化するものであり、取り扱いが容易であるばかりでな（
、極めて短時間で多波長の被測定光の光強（章を測定で
きる利点がある。従って、光検知器アレイと前記凹面回
伍格ｒ・を組み合せれば、簡１１ｔなＩＲ成て高速測光
が６エ能な多波長分光光度計が実現できることになる。
しかしながら、光検知器アレイは現状では光倹出素子を
゛ト１ｒ＋目二に並べたものしか製造できないため、光
量り、１１器アレイを用いるには、スペクト７；像が同
一゛ト面一にに結像する光学系を分光器に備えることが
必要条件になる。第１図に示すように凹面球面にに等間
隔直線状格子溝を形成した従来型の凹部間（ｈ格子１で
は、スペクトル結像面は、球面の半径を直径とするロー
ランド円２を含む紙面と直角な円筒部であり、」二記し
た条件を満足しない。
゛ト１ｒ＋目二に並べたものしか製造できないため、光
量り、１１器アレイを用いるには、スペクト７；像が同
一゛ト面一にに結像する光学系を分光器に備えることが
必要条件になる。第１図に示すように凹面球面にに等間
隔直線状格子溝を形成した従来型の凹部間（ｈ格子１で
は、スペクトル結像面は、球面の半径を直径とするロー
ランド円２を含む紙面と直角な円筒部であり、」二記し
た条件を満足しない。
なお１．ＪＳ １図の３は人１−１スリット、４は被測
定光、５は１１１１Ｊｉ格子面の法線、６は分散光、Ａ
は球面の曲率中心点を示す。
定光、５は１１１１Ｊｉ格子面の法線、６は分散光、Ａ
は球面の曲率中心点を示す。
これに対処して、レーザ光の干渉を利用したホログラフ
ィックな手法とか、本発明者らが先に提案した、格子溝
を不等間隔楕円状にすることによりレムニスケートと呼
ばれる水゛ト焦線を持つ凹面回折格ｒ・を用い、その水
平焦線のうちの直線に近い部分を利１１１シて近似的に
ｆ面となる像面を用いる手法が採用される。この手法に
よれば、平面結像の条件は満足するが、なお、スペクト
ル像に非点収差が残存するという問題点がある。
ィックな手法とか、本発明者らが先に提案した、格子溝
を不等間隔楕円状にすることによりレムニスケートと呼
ばれる水゛ト焦線を持つ凹面回折格ｒ・を用い、その水
平焦線のうちの直線に近い部分を利１１１シて近似的に
ｆ面となる像面を用いる手法が採用される。この手法に
よれば、平面結像の条件は満足するが、なお、スペクト
ル像に非点収差が残存するという問題点がある。
光検出器の受光部が、写真乾板とか光、電子増倍管のよ
うにスペクトル像の高さ方向にも１−公人きい場合は、
非点収差は実用上問題とならないが、光検知器アレイで
は、各光検出素子の高さ方向はそれほど大きくないため
、非点収差があると光量が光検出素子からあふれて相当
量の光量損失を生じる。また、光検出素子をたて方向に
も並べた２次元光検知器アレイを用いて入目スリットの
高さ方向における空間的な光強度分布を測定する場合１
こは、非点収差があると相互干渉して正しい測定が行な
われないなどの問題が生じる。
うにスペクトル像の高さ方向にも１−公人きい場合は、
非点収差は実用上問題とならないが、光検知器アレイで
は、各光検出素子の高さ方向はそれほど大きくないため
、非点収差があると光量が光検出素子からあふれて相当
量の光量損失を生じる。また、光検出素子をたて方向に
も並べた２次元光検知器アレイを用いて入目スリットの
高さ方向における空間的な光強度分布を測定する場合１
こは、非点収差があると相互干渉して正しい測定が行な
われないなどの問題が生じる。
本発明の目的は、従来技術での−に記した問題点を解決
し、広い波長範囲で非点収差を完全に除去したスペクト
ル像を一平面」二に結像させることのできる凹面回折格
子分光器を提供することにある。
し、広い波長範囲で非点収差を完全に除去したスペクト
ル像を一平面」二に結像させることのできる凹面回折格
子分光器を提供することにある。
本発明は、凹型球面上に不等間隔楕円状格子溝を形成し
た凹面回折格子分光器においては、入射角を特定の角度
に設定することにより、球面中心点を通る水平焦線と垂
直焦線（この垂直焦線上Ｃは非点収差は零となる）とが
近似的に一致する条件が必ず存在することを確認し、球
面中心点を通る１ｌｉ２直焦線にで、かつ、上記条件か
ら決まる入射角となる位置に人］」スリットを配置し、
そして上記球面中心点を通る垂直焦線」二に結像を得る
構成とすることを特徴とするものである。
た凹面回折格子分光器においては、入射角を特定の角度
に設定することにより、球面中心点を通る水平焦線と垂
直焦線（この垂直焦線上Ｃは非点収差は零となる）とが
近似的に一致する条件が必ず存在することを確認し、球
面中心点を通る１ｌｉ２直焦線にで、かつ、上記条件か
ら決まる入射角となる位置に人］」スリットを配置し、
そして上記球面中心点を通る垂直焦線」二に結像を得る
構成とすることを特徴とするものである。
以Ｆ図面により本発明を説明する。
第２図は不等間隔楕円状格子溝を持つ凹面回折格子の製
作手法を説明する図で、ダイヤモンドツール７は素材球
面８の中心０における法線４に対しである角度θだけ傾
斜した線を含み紙面に垂直な・Ｆ ＋ｒｔｉ内に拘束さ
れて往復動し、一方、素材球面８は矢印方向の不等間隔
送りを与えられており、己れにより、正面から見た場合
、図のようにθたけ傾斜した不等間隔直線状の格子溝９
が形成される。この格子ＩＩ’ｌは、法線に沿って投影
した場合、θと球面の曲率半径とで決まる一定の楕円率
を持つ楕円状となる。
作手法を説明する図で、ダイヤモンドツール７は素材球
面８の中心０における法線４に対しである角度θだけ傾
斜した線を含み紙面に垂直な・Ｆ ＋ｒｔｉ内に拘束さ
れて往復動し、一方、素材球面８は矢印方向の不等間隔
送りを与えられており、己れにより、正面から見た場合
、図のようにθたけ傾斜した不等間隔直線状の格子溝９
が形成される。この格子ＩＩ’ｌは、法線に沿って投影
した場合、θと球面の曲率半径とで決まる一定の楕円率
を持つ楕円状となる。
このようにして製作された凹面回折格子の水平焦線及び
垂直焦線はそれぞれ次の（１）式及び（２）式でり、え
られる。
垂直焦線はそれぞれ次の（１）式及び（２）式でり、え
られる。
ｔ ｃｏｓ２α ＣＯ５α ｌ Ｃ０８２β ｃｏ
ｓβ （ｓｉｎα−１−ｓｉ ｎβ）−（−−−−−−
）＋ −（−−−）＋−−〜−Ｒ−−−２ｒ Ｒ
２１’（（Ｒ ｔａｎθ （ｋ−−）−〇 ・・・・・・・・
・・・・（１）＋ Ｉ ＣＯ３α Ｉ Ｉ
ＣＯ３β （ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）−（−−−ｍ−）
＋ −（−−−−）−−一躯−丑−−−２ｒ Ｒ２γ
／ｖＲ Ｅａｎθ−〇 ・・・・・・
・・・・・・＋２１ここで、αは入射角、βは回折角、
ｒは人［１スリツトと凹面回折格子間の距離、γ′Ｉは
水平焦点距離、γ′Ｖは垂直焦点距離、Ｒは球面の曲率
半径、θは第２図で説明した回折格子球面に形成された
格子溝の傾斜角、ｋは同じ（格子溝の不等間隔条件を決
める定数である。
ｓβ （ｓｉｎα−１−ｓｉ ｎβ）−（−−−−−−
）＋ −（−−−）＋−−〜−Ｒ−−−２ｒ Ｒ
２１’（（Ｒ ｔａｎθ （ｋ−−）−〇 ・・・・・・・・
・・・・（１）＋ Ｉ ＣＯ３α Ｉ Ｉ
ＣＯ３β （ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）−（−−−ｍ−）
＋ −（−−−−）−−一躯−丑−−−２ｒ Ｒ２γ
／ｖＲ Ｅａｎθ−〇 ・・・・・・
・・・・・・＋２１ここで、αは入射角、βは回折角、
ｒは人［１スリツトと凹面回折格子間の距離、γ′Ｉは
水平焦点距離、γ′Ｖは垂直焦点距離、Ｒは球面の曲率
半径、θは第２図で説明した回折格子球面に形成された
格子溝の傾斜角、ｋは同じ（格子溝の不等間隔条件を決
める定数である。
（１）式から得られる水平焦線の一例を第３図に１０と
して、またＰ（２）式から得られる垂直焦線の一例を第
３図に１１として示す。なお、第３図において、１２は
本発明の構成をｕｊｉえた凹面回折格子、Ａはその球面
の曲率中心点を示す。図に示すように、水平焦線１０は
曲線、垂直焦線】１は直線であり、Ａ点Ｂ点などの特定
の点を除いて両者は一致しない。
して、またＰ（２）式から得られる垂直焦線の一例を第
３図に１１として示す。なお、第３図において、１２は
本発明の構成をｕｊｉえた凹面回折格子、Ａはその球面
の曲率中心点を示す。図に示すように、水平焦線１０は
曲線、垂直焦線】１は直線であり、Ａ点Ｂ点などの特定
の点を除いて両者は一致しない。
分光器では、一般に、分解能の関係から垂直方向よりも
水・１乙方向の焦点を重視するため、実際の分光器の組
Ｎ°してにおいては、光検出器は水平焦線上に配置され
、従ってスペクトル像には非点収差が生じる。
水・１乙方向の焦点を重視するため、実際の分光器の組
Ｎ°してにおいては、光検出器は水平焦線上に配置され
、従ってスペクトル像には非点収差が生じる。
しかし、光検知器アレイのように受光面が平面の場合は
、」−記問題点にさらに、曲線状の水平焦線のどの位置
に配置するのが最適であるかという問題も加わる。そこ
で、本発明者らは、水平焦線の近似線として垂直焦線を
使うことができれば、非点収差の問題も同時に解決でき
て好都合であるとの着眼から、その可能性を詳細に検討
した。第４図は、格子溝本数３００本／／ｎ、、曲率半
径５０咽、θ＝８°、１重用波長範囲２５０〜７５０ｎ
ｍの仕様で、各波長における垂直と水平の各焦点距離の
差（ｒ’ｙ−ｒｌ、θの２乗和Ｑ−Σけ′、−γ’Ｉ＋
）２を、入射角αと、前記定数にとをパラメータとして
ｄｌ算した結果であり、いうまでもなくＱの値が小さい
ほど良い。第４図から判るように、どの入射角度におい
てもそれぞれ２乗和Ｑには最小値が存在し、また２乗和
Ｑの値は入射角度によっても変化し、その包絡線にも最
小値がある。図に示したＱの最小値近辺で、αとｋに対
してさらに厳密に計算して、α−−５６度、ｋ ＝ ０
．２４４８でＱが最小値となる。このときの各波長にお
けるけ′、−γ′１．）、即ち水平方向の焦点誤差、は
６５図に実線で示す通りであり、使用波長範囲内でてき
るだけ直線に近い水゛１ン焦線となるように不等間隔刻
線定数ｋを選択してその水１勺、に線を直線で近似する
方式での、第５図に破線で示す、焦点誤差とほとんど差
異がない結果が得られた。
、」−記問題点にさらに、曲線状の水平焦線のどの位置
に配置するのが最適であるかという問題も加わる。そこ
で、本発明者らは、水平焦線の近似線として垂直焦線を
使うことができれば、非点収差の問題も同時に解決でき
て好都合であるとの着眼から、その可能性を詳細に検討
した。第４図は、格子溝本数３００本／／ｎ、、曲率半
径５０咽、θ＝８°、１重用波長範囲２５０〜７５０ｎ
ｍの仕様で、各波長における垂直と水平の各焦点距離の
差（ｒ’ｙ−ｒｌ、θの２乗和Ｑ−Σけ′、−γ’Ｉ＋
）２を、入射角αと、前記定数にとをパラメータとして
ｄｌ算した結果であり、いうまでもなくＱの値が小さい
ほど良い。第４図から判るように、どの入射角度におい
てもそれぞれ２乗和Ｑには最小値が存在し、また２乗和
Ｑの値は入射角度によっても変化し、その包絡線にも最
小値がある。図に示したＱの最小値近辺で、αとｋに対
してさらに厳密に計算して、α−−５６度、ｋ ＝ ０
．２４４８でＱが最小値となる。このときの各波長にお
けるけ′、−γ′１．）、即ち水平方向の焦点誤差、は
６５図に実線で示す通りであり、使用波長範囲内でてき
るだけ直線に近い水゛１ン焦線となるように不等間隔刻
線定数ｋを選択してその水１勺、に線を直線で近似する
方式での、第５図に破線で示す、焦点誤差とほとんど差
異がない結果が得られた。
他の例でも同様であり、特定の入射角度を選択すること
により、水平焦線を垂直焦線の直線て近似できる条件が
一つではあるが必ず存在することが確認された。
により、水平焦線を垂直焦線の直線て近似できる条件が
一つではあるが必ず存在することが確認された。
第６図は本発明の一実施例を説明する図で、本発明での
凹面回折格子分光器と光検知器アレイとを組み合せた、
２５０〜７５０ ｎｍの波長範囲を測定ｔ＝ｒ ！ｉＲ
′″ｔｌ：％ｍ−１１ｊ＊３ｔ＞ｔＪ＆ｉ１°０） ’
ｌ’ｆｆｆｉ ｌ＊１ ＠ ；ｒ”： Ｌ、・１′″１
（面回折格子と各光学素子配置の諸元は次の通りで
ある。
凹面回折格子分光器と光検知器アレイとを組み合せた、
２５０〜７５０ ｎｍの波長範囲を測定ｔ＝ｒ ！ｉＲ
′″ｔｌ：％ｍ−１１ｊ＊３ｔ＞ｔＪ＆ｉ１°０） ’
ｌ’ｆｆｆｉ ｌ＊１ ＠ ；ｒ”： Ｌ、・１′″１
（面回折格子と各光学素子配置の諸元は次の通りで
ある。
Ｎｌ’−均格子溝本数＝３００本、４． 曲率半径−
５０ｍ入射角（ニー−５，６１髪、 ｋ＝０．２４４
８θ：８度、 γ＝ ５０．９４人１］スリ
ツト３と光検知器アレイ１３は、凹面回折格子１２の球
面の曲率中心点へを通る直線、即ち先に述べたように近
似水ｆ焦線であると同時に垂直焦線てもある直線ＩＬ４
二に配置される。被測定光４は人１１スリット３より凹
面回折格子１２に入射し、ここで波長に応じて分散され
た光６は、結像面に設けられた光検知器アレイ１３の所
定の光検知器素子−にに、非点収差のないスペクトル像
として焦点を結ぶ。
５０ｍ入射角（ニー−５，６１髪、 ｋ＝０．２４４
８θ：８度、 γ＝ ５０．９４人１］スリ
ツト３と光検知器アレイ１３は、凹面回折格子１２の球
面の曲率中心点へを通る直線、即ち先に述べたように近
似水ｆ焦線であると同時に垂直焦線てもある直線ＩＬ４
二に配置される。被測定光４は人１１スリット３より凹
面回折格子１２に入射し、ここで波長に応じて分散され
た光６は、結像面に設けられた光検知器アレイ１３の所
定の光検知器素子−にに、非点収差のないスペクトル像
として焦点を結ぶ。
第６図実施例によれば、スペクトル像に非点収差は現わ
れず、このため、被測定光を効率よく測定できるように
なり、また、人１−１スリットの代りに複数個のピンホ
ールをたて方向にりρべ、光検知２ｇとして２次元光検
知器アレイを用いることにより、空間的な波長強度分布
の正確な測定もＩｉ丁能となる。
れず、このため、被測定光を効率よく測定できるように
なり、また、人１−１スリットの代りに複数個のピンホ
ールをたて方向にりρべ、光検知２ｇとして２次元光検
知器アレイを用いることにより、空間的な波長強度分布
の正確な測定もＩｉ丁能となる。
以１−のように、本発明によれば、非点収差のないスペ
クトル像が平面の像面−１−に結像する凹部間、折格子
分光器か得られ、光検知器アレイと組み合せることによ
り、描造が極めて簡単でかつ高性能の多波長分光光度計
が実現可能となる効果がある。
クトル像が平面の像面−１−に結像する凹部間、折格子
分光器か得られ、光検知器アレイと組み合せることによ
り、描造が極めて簡単でかつ高性能の多波長分光光度計
が実現可能となる効果がある。
第１図は従来技術の説明図、第２図は本発明で使用する
不等間隔楕円状格子１１ｔを持つ凹面回折格子の製作手
法説明図、第３図は不等間隔楕円状格子ｌ＃を持つ凹面
回折格子の水平焦線と垂直焦線を示す図、第４図は水平
と垂直の焦点距離の差の自乗用の変化を示す図、第５図
は直線近似による水′１尺焦点距離の誤差を示す図、第
６図は本発明の・実施例の平面図である。 符号の説明 １．１２・・・凹面回折格子 ２・・・ローランド円３
・・・人「１スリット４・・・被測定光７・・・ダイヤ
モンドツール ８・・・素材球面 ９・・・格子溝１０・・・水
平焦線 １１・・・垂直焦線１３・・・光検知器
アレイ ｌ’１図 １２図 ＩＰ４ 図
不等間隔楕円状格子１１ｔを持つ凹面回折格子の製作手
法説明図、第３図は不等間隔楕円状格子ｌ＃を持つ凹面
回折格子の水平焦線と垂直焦線を示す図、第４図は水平
と垂直の焦点距離の差の自乗用の変化を示す図、第５図
は直線近似による水′１尺焦点距離の誤差を示す図、第
６図は本発明の・実施例の平面図である。 符号の説明 １．１２・・・凹面回折格子 ２・・・ローランド円３
・・・人「１スリット４・・・被測定光７・・・ダイヤ
モンドツール ８・・・素材球面 ９・・・格子溝１０・・・水
平焦線 １１・・・垂直焦線１３・・・光検知器
アレイ ｌ’１図 １２図 ＩＰ４ 図
Claims (1)
- 人１−１スリッ！・から入射した被測定光を波長に応じ
て分散させスペクトル像を得る凹面回折格子分光器にお
いて、凹型球面」二に不等間隔楕円状格子溝を形成して
凹面回折格子とし、この回折格子球面の中心点を通る垂
直焦線−１−で、かつ、水平焦線が１−記垂直焦線に一
致する入射角度となる位置に人１１スリットを配置し、
−１−記回折格子球面中心点を通る−１−記垂直焦線−
にに結像を得ることを特徴とする凹面回折格子分光器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57108337A JPS58225321A (ja) | 1982-06-25 | 1982-06-25 | 凹面回折格子分光器 |
| US06/504,437 US4568187A (en) | 1982-06-25 | 1983-06-15 | Concave grating spectrometer |
| DE3322639A DE3322639C2 (de) | 1982-06-25 | 1983-06-23 | Konkavgitterspektrometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57108337A JPS58225321A (ja) | 1982-06-25 | 1982-06-25 | 凹面回折格子分光器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58225321A true JPS58225321A (ja) | 1983-12-27 |
Family
ID=14482127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57108337A Pending JPS58225321A (ja) | 1982-06-25 | 1982-06-25 | 凹面回折格子分光器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4568187A (ja) |
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| DE3322639A1 (de) | 1984-01-05 |
| US4568187A (en) | 1986-02-04 |
| DE3322639C2 (de) | 1986-11-13 |
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