JPS5854310A - Optical system for littrow spectroscope - Google Patents
Optical system for littrow spectroscopeInfo
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- G01—MEASURING; TESTING
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はりドロー型分光器、特にその光学系の改良に関
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a beam-draw type spectrometer, particularly to improvements in its optical system.
リトロ−型分光器は、基本的には回折格子やプリズム等
の分散素子の反射形成のものとコリメーターレンズ系と
の組合せからなり、入口スリットからの光はコリメータ
ーレンズ系によって平行光束となって分散素子へ入射し
、分散素子からの反射回折光が再びフリメーターレンズ
系を通って出口スリット上にスペクトル像を形成するも
のである。この種の分光器はレンズ系の画角が小さいた
め収差軸止が容易であり、また1つのレンズ系で所望の
スペクトルを得ることができるため簡単な構成である等
の利点を持つものではあるが、レンズ表面での反射光が
迷光となってスペクトル像のコントラストを損うという
重大な欠点を有する。すなわち、波長分解能及び空間分
解能(スリット長手方向の分解能)を高めしかも明るい
レンズ系とするために、コリメーターレンズのレンズ枚
数を増すと、レンズ面数が増すだけ各レンズ面での反射
光が多くなって迷光が増大し、却って分光器としての性
能が低下する恐れがあった。A Littrow-type spectrometer basically consists of a combination of a reflective dispersion element such as a diffraction grating or prism and a collimator lens system, and the light from the entrance slit is converted into a parallel beam by the collimator lens system. The reflected and diffracted light from the dispersive element passes through the frimeter lens system again to form a spectral image on the exit slit. This type of spectrometer has the advantages of being easy to fix aberrations because the angle of view of the lens system is small, and having a simple configuration because a desired spectrum can be obtained with a single lens system. However, it has a serious drawback that the reflected light on the lens surface becomes stray light and impairs the contrast of the spectral image. In other words, if you increase the number of lenses in the collimator lens in order to improve the wavelength resolution and spatial resolution (resolution in the longitudinal direction of the slit) and create a bright lens system, the amount of light reflected from each lens surface increases as the number of lens surfaces increases. As a result, stray light increases, and there is a fear that the performance of the spectrometer may deteriorate.
本発明の目的は、リトロ−型分光器の利点をそのまま有
しつつ、明るく、高い波長分所能及び空間分解能を維持
し得る優れたりドロー型分光器用光学系を提供すること
にある。An object of the present invention is to provide an excellent optical system for a draw-type spectrometer that can maintain brightness, high wavelength resolution, and spatial resolution while retaining the advantages of a draw-type spectrometer.
本発明によるリトロ−型分光器用光学系は、コリメータ
ーレンズを少なくとも3個のレンズで構成するとともに
、コリメーターレンズと入口スリットとの距離をd。と
じ、コリメーターレンズの任意の面で反射される光によ
って形成される入口スリットの像と出口スリットとの距
離を!、出口スリットの面積をSとするとき、
の関係を満たす構成としたものである。In the optical system for a Littrow type spectrometer according to the present invention, the collimator lens is composed of at least three lenses, and the distance between the collimator lens and the entrance slit is d. Closing, the distance between the entrance slit image formed by the light reflected from any surface of the collimator lens and the exit slit! , where S is the area of the exit slit, the configuration satisfies the following relationship.
ここで、出口スリットの面積とは必ずしもスリット面全
体をさすのではなく、スペクトル像面を分割する場合に
は分割された開口面積をいう。Here, the area of the exit slit does not necessarily refer to the entire slit surface, but when the spectral image plane is divided, it refers to the divided aperture area.
このような本発明について以下に詳述する。The present invention will be described in detail below.
分光器の性能を低下させる各レンズ面からの迷光は、量
的には以下の如く評価することができる。まず、リトロ
−型分光器では入口スリット及び出口スリットがコリメ
ーターレンズの光軸から外れて配置されるのが一般的で
あるが、画角が小さいため薄肉レンズ系の近軸領域計算
でほぼ完全に対応させることが可能である。いま、41
図に示すごとくコリメーターレンズ系(L)が多数個の
レンズで構成されているとして、入口スリット(S、)
側から第j番目のレンズ面における反射光について考え
る。第1図においては、入口スリット(S、)からの光
束がコリメーターレンズ(L)を通シ平行光束となって
反射型回折格子(G)に達し、反射された回折光はコリ
メーターレンズ(L)によって出口スリット(S2)上
に集光されここにスペクトル像が形成される。図中には
コリメーターレンズ(L)の第1面で反射される光線の
みの光路を示した。ここで、コリメーターレンズ系の焦
点距離をfとし、コリメーターレンズ系と入口スリット
及び出口スリットとの距離をd。とすると、doはコリ
メーターレンズ系のバックフォーカスであり、fとd。Stray light from each lens surface, which degrades the performance of the spectrometer, can be quantitatively evaluated as follows. First, in Littrow-type spectrometers, the entrance slit and exit slit are generally placed off the optical axis of the collimator lens, but because the angle of view is small, it is almost impossible to calculate the paraxial region of a thin lens system. It is possible to make it correspond to Now 41
As shown in the figure, the collimator lens system (L) is composed of multiple lenses, and the entrance slit (S,)
Consider the reflected light at the j-th lens surface from the side. In Fig. 1, the light flux from the entrance slit (S,) passes through the collimator lens (L), becomes a parallel light flux, and reaches the reflective diffraction grating (G), and the reflected diffracted light is transmitted through the collimator lens (L). L) is focused onto the exit slit (S2) where a spectral image is formed. In the figure, only the optical path of the light beam reflected by the first surface of the collimator lens (L) is shown. Here, the focal length of the collimator lens system is f, and the distance between the collimator lens system and the entrance slit and exit slit is d. Then, do is the back focus of the collimator lens system, and f and d.
はほぼ等しくなる。そして、入射立体角をΩ01人ロス
リットの面積をSO%出ロメロスリット積をSとし、第
1面での反射光による入口スリットの像が出口スリット
から距離lの位置に形成されるものとするっスペクトル
1象面において像面分割する場合には分割された1つの
開口面積をSとする。are almost equal. Then, assume that the solid angle of incidence is Ω0, the area of the Ross slit is SO%, and the Romero slit product is S, and the image of the entrance slit by the light reflected on the first surface is formed at a distance l from the exit slit. When the image plane is divided in one spectral plane, let S be the area of one divided aperture.
第1面の反射光による入ロスリッ゛トの像は第1面〜第
(j−1)面で屈折され、第1面での反射、そして第(
J −,1)面〜第1面での屈折を順次経過することに
より形成されるから、第1〜第(j−1)面を1つのレ
ンズ系と見做すことができ、このレンズ系の焦点距離を
f、とすると
なるJだけ出口スリットから離れた位置に入口スリット
の反射像ができる。この時結像倍率βは
O
である。The image of the incident loss slit due to the reflected light from the first surface is refracted from the first surface to the (j-1)th surface, reflected by the first surface, and reflected by the (j-1)th surface.
Since it is formed by sequentially passing through refraction from the J −,1) surface to the first surface, the first to (j−1) surfaces can be regarded as one lens system, and this lens system If the focal length of is f, then a reflected image of the entrance slit is formed at a position J away from the exit slit. At this time, the imaging magnification β is O2.
入口スリットから入射する光量と、出口スリットに達す
る第1面での反射光量の割合は表面反射率をRとして
出口スリットに達する反射光量
入口スリットからの入射光量
f入口スリット 78°″0
(3)
ΩO
S
い方であるが通常は −である。)
2
で与えられる。The ratio of the amount of light incident from the entrance slit to the amount of reflected light on the first surface that reaches the exit slit is given by the surface reflectance R, the amount of reflected light that reaches the exit slit, the amount of incident light from the entrance slit, f entrance slit 78°″0 (3) ΩO S is usually negative, but it is usually -.) It is given by 2.
通常の分光器での迷光の量は10−4〜lO′−5であ
るので反射光の迷光が10−5以下 −になれば、表面
反射による迷光の悪化はないとしてよい。Since the amount of stray light in a normal spectrometer is 10-4 to 1O'-5, if the amount of stray light in the reflected light is 10-5 or less, it can be assumed that there is no deterioration of stray light due to surface reflection.
Ω0 を満足する必要がある。Ω0 need to be satisfied.
さて、本発明においては明るくしかも優れた分解能を維
持することをも目的としており、このためにはリレーレ
ンズ系のFナンバーを3程度に保つことが望まれる。そ
こでF3の時を基準とするとこの入射立体角はΩ。=0
.0855 strである。そして、レンズ面の反射率
Rは広い波長域にわたってほぼ0.005以下である。Now, the purpose of the present invention is to maintain brightness and excellent resolution, and for this purpose, it is desirable to maintain the F number of the relay lens system at about 3. Therefore, if F3 is used as a reference, this solid angle of incidence is Ω. =0
.. 0855 str. The reflectance R of the lens surface is approximately 0.005 or less over a wide wavelength range.
従って(4)式より、
となり、(2)式により、
と与えられる。従って、この関係を満足する構成とする
ことによって、第5面での反射による迷光を実質的に除
去することができ、同様に全てのレンズ面による迷光を
除くことができる。Therefore, from equation (4), it becomes, and from equation (2), it is given as follows. Therefore, by adopting a configuration that satisfies this relationship, stray light due to reflection on the fifth surface can be substantially eliminated, and similarly stray light due to all lens surfaces can be eliminated.
出口スリットが巾0.1 frrrn、長さ10++a
の場合にはS=1であり、この場合のコリメーターレン
ズの各レンズ面の満すべき構成は(5)式より求められ
る。多重反射する光も迷光成分となり得るが、その強度
はRのベキ乗になるので1回反射に比べて無視すること
ができる。Exit slit has a width of 0.1 frrrn and a length of 10++a.
In this case, S=1, and the configuration that should be satisfied by each lens surface of the collimator lens in this case can be obtained from equation (5). Multiple reflected light can also be a stray light component, but since its intensity is a power of R, it can be ignored compared to single reflection.
そこで、いまコリメーターレンズ系の最も入口スリット
側のレンズについてその第1番目と第2番目のレンズ面
についてみると、それぞれの面の曲率半径をrl 、r
2とすれば、第1面での反射光については、球面鏡と同
じであるから、
となり、
この条件(6)と前記(2) (5)式よfi rlの
条件が求まる。Now, if we look at the first and second lens surfaces of the lens closest to the entrance slit in the collimator lens system, the radius of curvature of each surface is rl, r
2, since the reflected light on the first surface is the same as that of a spherical mirror, the following equation is obtained. From this condition (6) and the above-mentioned equations (2) and (5), the conditions for fi rl can be found.
また、第2面での反射については、裏面で反射するレン
ズの合成焦点距離fl、はレンズの屈折率をnとして、
1 n−12n
□= 2 ・□ −□
f 1 p rI
であるから、
(1)式に代入して
dociO+1
である。Regarding reflection on the second surface, the composite focal length fl of the lens reflecting on the back surface is 1 n-12n □= 2 ・□ −□ f 1 p rI, where n is the refractive index of the lens. By substituting into equation (1), we get dociO+1.
従って、迷光除去の条件(5)式とく7)式とを満たす
ようにrl + ”2を決めてやればよい。Therefore, rl+''2 may be determined so as to satisfy the stray light removal conditions (5) and 7).
伺、(1)式の1は符号を有しくト)は出ロスリツ、ト
よりレンズと反対側に入口スリットの反射像ができるこ
とを意味し、(→は出口スリットよりレンズ側に反射像
ができることを意味する。1 in Equation (1) has a sign.) means that a reflected image of the entrance slit is formed on the side opposite to the lens from the exit slit, and (→ means that a reflected image is formed on the side of the lens from the exit slit) means.
又、1枚目のレンズの焦点距離f、は、レンズ全体のパ
ワー配置から決定されるのであるf 、
rl r2をも、同時に満すrl
、r2 とすればよい。そして、全体の収差補正をし
なからrl’+r2は決定される。同様に、後続のレン
ズについても曲率半径の満足すべき条件が決まる。Also, the focal length f of the first lens is determined from the power arrangement of the entire lens.
rl that also satisfies r2 at the same time
, r2. Then, rl'+r2 is determined without performing overall aberration correction. Similarly, the conditions to be satisfied for the radius of curvature of the subsequent lenses are determined.
以下、本発明による実施例について説明する。上述のご
とき本発明によって得られたコリメーターレンズ系の諸
元を下表に示す。表において、rI 、r2.r3.・
・・は入口スリット側からの各レンズ面の曲率半径、d
l+’2+・・・は各レンズの中心厚及び空気間隔、n
d。Examples according to the present invention will be described below. The specifications of the collimator lens system obtained by the present invention as described above are shown in the table below. In the table, rI, r2. r3.・
... is the radius of curvature of each lens surface from the entrance slit side, d
l+'2+... is the center thickness and air spacing of each lens, n
d.
νdはそれぞれ屈折率及びアラへ数を表わす。νd represents a refractive index and a number, respectively.
do =347.8+a+ 、、I
J βr、= 489.76mm d、=1
7.5ma nd=1.62041603−491m
O,413r、、−−697,98=28.7
=1.0 122 0.659rs=317.
01 =17.5 =1.62041603−
641 0.6421.− の =33
=1.0 −181 0.551rs= 1
53.09 =25.4 =1.620416
03 591 0.450r6−−1963.9
=23.0 = 1.7495035.2 33
0 0.235rt= ncigs
660 0.44Of=300椙
また、表中、1は各面の反射像の出口スリットからの距
離であり、βは反射像の結像倍率であり、J、βはそれ
ぞれ光線追跡により求めたものである。(→符号は出口
スリットよりレンズ側にあることを示す。第2図に本実
施例を用いたリトロ−型分光器の光路図を示した。do =347.8+a+ ,,I
J βr, = 489.76mm d, = 1
7.5mand=1.62041603-491m
O,413r,,--697,98=28.7
=1.0 122 0.659rs=317.
01 =17.5 =1.62041603-
641 0.6421. - of =33
=1.0 -181 0.551rs= 1
53.09 =25.4 =1.620416
03 591 0.450r6--1963.9
=23.0 = 1.7495035.2 33
0 0.235rt= ncigs
660 0.44Of=300 In the table, 1 is the distance from the exit slit of the reflected image of each surface, β is the imaging magnification of the reflected image, and J and β are each obtained by ray tracing. It is. (The symbol → indicates that the lens is located closer to the lens than the exit slit.) FIG. 2 shows an optical path diagram of a Littrow-type spectrometer using this embodiment.
本実施例は図示のごとく、コリメーターレンズは入射ス
リット側から順に、2個の両凸レンズ成分と、正レンズ
と負レンズとの貼合せからなり入射スリット側に凸面を
向けたメニスカスレンズ成分珍鳥らなっている。In this embodiment, as shown in the figure, the collimator lens is composed of two biconvex lens components, a positive lens and a negative lens, and a meniscus lens component with the convex surface facing the entrance slit side, in order from the entrance slit side. It is becoming more and more.
ここで、do”347.8の時、(5)式の条件は、j
<−63,0又はj)98.76であるから本実施例は
本発明の条件を十分に満たしていることが明らかである
。FM、(3)式により、各レンズ面についての迷光量
を具体的に計算すると、Fナンバー3に対して、Ω0=
0.0855 strであり、S = 0. I X
10 +mn2として次の如くであり、十分率さい値で
ある。Here, when do''347.8, the condition of equation (5) is j
<-63.0 or j)98.76, so it is clear that this example fully satisfies the conditions of the present invention. FM, when calculating the amount of stray light for each lens surface using equation (3), for F number 3, Ω0=
0.0855 str, and S = 0. IX
10 + mn2 is as follows, which is a sufficiently small value.
父、実際の測定においても上記の値程度の迷光量であっ
て、上記実施例のレンズはコリメーターレンズとしての
性能は満足されるべく、十分に収差補正されていて、分
解能は1200本肩の回折格子を用いて0.05 nm
と良好な値が得られている。In actual measurements, the amount of stray light was about the above value, and the lens of the above example had sufficient aberration correction to satisfy the performance as a collimator lens, and the resolution was around 1200. 0.05 nm using a diffraction grating
A good value has been obtained.
以上のように、本発明の光学系の構成によれば、表面反
射による迷光は実質的に十分除去され、レンズ系を多数
枚構成とすることによって、広画角に亘って収差補正が
可能であり、又、明るい分光器を得ることができる。As described above, according to the configuration of the optical system of the present invention, stray light due to surface reflection is substantially sufficiently removed, and by configuring the lens system with multiple lenses, it is possible to correct aberrations over a wide angle of view. In addition, a bright spectrometer can be obtained.
従って、広い波長範囲を同時に測光可能であり、スリッ
ト長さも長ぐすることができ、上記実施例においては、
スリット長さを70fiにまで長くすること塀できる。Therefore, it is possible to photometer a wide wavelength range at the same time, and the slit length can be increased.
The slit length can be increased to 70fi.
スリット長さ方向の解像力もよいことから、長さ方向に
分割することができ、波長方向と二次元的に分割して、
波長分解能、空間分解能を共に良好な状態で分光測光す
ることができる等、従来のリトロ−型分光器では得られ
なかった優れた性能を得ることができる。Since the resolution in the slit length direction is also good, it can be divided in the length direction and two-dimensionally in the wavelength direction.
It is possible to obtain excellent performance that cannot be obtained with conventional Retro-type spectrometers, such as being able to perform spectrophotometry with good wavelength resolution and spatial resolution.
第1図は本発明のりドロー型分光器のコリメーターレン
ズの第1面で反射される光線のみの光路図を示し、
第2図は本発明の実施例を用いたりドロー型分光器の光
路図を示す。
〔主要部分の符号の説明〕
SI・・・・・ 入口スリット
S2・・・・・ 出口スリット
G・・・・・・ 反射型回折格子
L・・・・・・ コリメーターレンズFig. 1 shows an optical path diagram of only the rays reflected by the first surface of the collimator lens of the glue-draw type spectrometer of the present invention, and Fig. 2 shows an optical path diagram of a draw-type spectrometer using the embodiment of the present invention. shows. [Explanation of symbols of main parts] SI... Entrance slit S2... Exit slit G... Reflection type diffraction grating L... Collimator lens
Claims (1)
リメーターレンズを有するリトロ−型分光器において、
該コリメーターレンズを少なくとも3個のレンズで構成
するとともに該コリメーターレンズと該入口スリットと
+7)距11[Iヲd。、該コリメーターレンズの任意
のレンズ面で反射される光によって形成される入口スリ
ットの像と該出口スリットとの距離を11該出ロスリツ
トの面積をSとするとを満たすごとく構成したことを特
徴とするりドロー型分光器用光学系。In a Littrow spectrometer having an entrance slit, an exit slit, a reflective dispersion element and a collimator lens,
The collimator lens is composed of at least three lenses, and the distance between the collimator lens and the entrance slit is 11 [Iwod. , characterized in that the distance between the image of the entrance slit formed by the light reflected by an arbitrary lens surface of the collimator lens and the exit slit satisfies 11, where S is the area of the exit loss slit. Optical system for suri-draw type spectrometer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15140381A JPS5854310A (en) | 1981-09-26 | 1981-09-26 | Optical system for littrow spectroscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15140381A JPS5854310A (en) | 1981-09-26 | 1981-09-26 | Optical system for littrow spectroscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5854310A true JPS5854310A (en) | 1983-03-31 |
Family
ID=15517822
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15140381A Pending JPS5854310A (en) | 1981-09-26 | 1981-09-26 | Optical system for littrow spectroscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5854310A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0372226A (en) * | 1989-08-12 | 1991-03-27 | Res Dev Corp Of Japan | Highly sensitive multi-wavelength spectroscope |
JPH0530910U (en) * | 1991-07-29 | 1993-04-23 | 日本炭酸瓦斯株式会社 | Safety device in small gas pressure regulator |
CN106066307A (en) * | 2016-01-13 | 2016-11-02 | 中国科学院上海技术物理研究所 | A kind of compact high-resolution wide visual field spectrum imaging system |
-
1981
- 1981-09-26 JP JP15140381A patent/JPS5854310A/en active Pending
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CN106066307A (en) * | 2016-01-13 | 2016-11-02 | 中国科学院上海技术物理研究所 | A kind of compact high-resolution wide visual field spectrum imaging system |
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