JPWO2017212522A1 - 回折格子及び分光装置 - Google Patents

Abstract

回折格子２の照射領域２１には、第１照射領域２１Ａと第２照射領域２１Ｂとが含まれる。回折格子２において、第１照射領域２１Ａの溝２２のブレーズ波長は、第２照射領域２１Ｂの溝２３のブレーズ波長と異なっている。すなわち、第１照射領域２１Ａと第２照射領域２１Ｂとで、分光される光の波長と回折効率との関係が異なっている。そのため、分光装置では、回折格子２の第２照射領域２１Ｂで反射する光のうち短波長側の光は、回折されず、検出器では受光されない。そして、分光装置１では、短波長側の収差が補正される。このように、回折格子２では、第１照射領域２１Ａと第２照射領域２１Ｂとで、ブレーズ波長が異なるように溝２２，２３を形成するという簡易な構成で、収差を補正できる。

Description

本発明は、照射領域に照射された光を回折させて、波長ごとの光に分光する回折格子、及び、これを備えた分光装置に関するものである。

従来より、回折格子を備える分光装置が利用されている。分光装置では、回折格子の照射領域に向けて光が照射される。そして、回折格子において、照射された光が回折されて、波長ごとの光に分光される（例えば、下記特許文献１参照）。

このような分光装置では、一般的に、様々な収差が発生しやすい。例えば、分光装置では、球面収差、コマ収差、非点収差及び色収差などの収差が発生しやすい。これらの収差は、光学系における部材の形状や、光における波長ごとでの屈折率の違いなどに起因しており、波長ごとの分解能に悪影響を与える。

特許文献１に記載の分光装置（分光器）では、所定条件のもとで回折格子を製造（露光）し、また、所定条件のもとで光学系を配置することで、上記のような分光装置で発生する収差を補正している。

特許第２５１８５０５号公報

上記のような従来の分光装置では、回折格子を製造（構成）するための条件が複雑である（限定されている）。そのため、簡易な構成で収差を補正することが難しいという不具合がある。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、収差を補正できる回折格子及び分光装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る回折格子は、照射領域に照射された光を回折させて、波長ごとの光に分光する。前記回折格子は、前記照射領域には光を回折させる複数の溝が形成されており、前記複数の溝のうち少なくとも一部の溝について、回折効率がピークとなる波長であるブレーズ波長が他の溝とは異なる。

通常、回折格子には、溝が形成されている。そして、回折格子に形成される溝の形状によって、分光される光の波長と回折効率との関係（分光後の光における波長ごとでの回折効率）が異なる。また、回折格子において、分光された光のうち、回折効率がピークとなる波長をブレーズ波長という。このように、ブレーズ波長は、回折格子（回折格子に形成される溝の形状）に固有の値である。回折格子のブレーズ波長が異なれば、分光後の光において、どの波長で回折効率が高くなり、どの波長で回折効率が低くなるかという、波長と回折効率との関係が異なる。

上記した構成によれば、回折格子では、照射領域に形成される複数の溝のうち、少なくとも一部の溝については、ブレーズ波長が他の溝と異なるように形成される。例えば、回折格子の照射領域において、収差が発生しやすい部分は、回折効率が低くなるように溝を形成し、収差が発生しにくい部分は、回折効率が高くなるように溝を形成すれば、回折格子で発生する収差を補正できる。

そのため、回折格子の照射領域の少なくとも一部と、回折格子の照射領域の他の部分とで、ブレーズ波長が異なるように溝を形成するという簡易な構成で、回折格子で発生する収差を補正できる。

（２）また、前記複数の溝のうち前記照射領域の中心部に位置する溝のブレーズ波長が、外側に位置する溝のブレーズ波長よりも小さくてもよい。

このような構成によれば、回折格子の中心部に位置する溝のブレーズ波長を、外側に位置する溝のブレーズ波長よりも小さくするという簡易な構成で、回折格子で発生する収差を補正できる。

（３）また、前記複数の溝のうち光の分散方向の中心部に位置する溝のブレーズ波長が、前記分散方向の外側に位置する溝のブレーズ波長よりも小さくてもよい。

このような構成によれば、簡易な構成で、回折格子における分散方向での位置（反射位置）の違いに起因する収差（球面収差やコマ収差など）を補正できる。

（４）また、前記複数の溝のうち光の分散方向に直交する非分散方向の中心部に位置する溝のブレーズ波長が、前記非分散方向の外側に位置する溝のブレーズ波長よりも小さくてもよい。

このような構成によれば、簡易な構成で、回折格子における非分散方向での位置の違いに起因する収差（非点収差など）を補正できる。

（５）また、前記少なくとも一部の溝の深さが他の溝の深さとは異なることにより、前記少なくとも一部の溝と他の溝とでブレーズ波長が異なってもよい。

このような構成によれば、回折格子の照射領域の少なくとも一部と、回折格子の照射領域の他の部分とで、深さが異なるように溝を形成するという簡易な構成で、回折格子で発生する収差を補正できる。

（６）また、前記照射領域が凹面により形成されていてもよい。

このような構成によれば、簡易な構成で、照射領域が凹面であることに起因する収差（球面収差など）を補正できる。

（７）また、前記照射領域は、波長ごとで回折効率が異なるように光を回折させるものであり、かつ、照射部分ごとで回折させる光の集光分布が異なるものであってもよい。前記照射領域の複数の溝のうち少なくとも一部の溝について、ブレーズ波長を他の溝と異ならせることで、使用する波長範囲内で分解能を高くしてもよい。

このような構成によれば、照射領域の特性を利用して、分解能を高くできる。

（８）また、前記少なくとも一部の溝のブレーズ波長は、短波長側の第１ブレーズ波長であってもよい。前記他の溝のブレーズ波長は、前記第１ブレーズ波長よりも長波長側の第２ブレーズ波長であってもよい。前記照射領域で回折される光のうち、前記第２ブレーズ波長よりも短波長側に表れる収差を補正してもよい。

このような構成によれば、回折される光のうち、短波長側に表れる収差を効率的に補正できる。

（９）また、前記少なくとも一部の溝のブレーズ波長は、短波長側の第１ブレーズ波長であってもよい。前記他の溝のブレーズ波長は、前記第１ブレーズ波長よりも長波長側の第２ブレーズ波長であってもよい。前記第１ブレーズ波長に対する前記第２ブレーズ波長の比率は、１．５〜２．５であってもよい。

このような構成によれば、照射領域において、収差を補正するため最適なブレーズ波長の溝を形成できる。

（１０）本発明に係る分光装置は、前記回折格子と、検出器とを備える。前記検出器は、前記回折格子により分光された光を検出する。

本発明によれば、回折格子の照射領域の少なくとも一部と、回折格子の照射領域の他の部分とで、ブレーズ波長が異なるように溝を形成する。そのため、簡易な構成で、回折格子で発生する収差を補正できる。

本発明の第１実施形態に係る分光装置の構成例を示した概略図である。 図１の分光装置の回折格子を概略的に示した正面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図２の回折格子の第１照射領域及び第２照射領域における回折効率と波長との関係を示したグラフである。 従来の回折格子の全照射領域で分光された光の波長ごとでの光の見え方及び信号強度を示した図である。 従来の回折格子の中心部領域で分光された光の波長ごとでの光の見え方及び信号強度を示した図である。 従来の回折格子の端部領域で分光された光の波長ごとでの光の見え方及び信号強度を示した図である。 図２の回折格子で分光された光の波長ごとでの光の見え方及び信号強度を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る回折格子を概略的に示した正面図である。 本発明の第３実施形態に係る回折格子を概略的に示した正面図である。

１．分光装置の全体構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る分光装置１の構成例を示した概略図である。
分光装置１は、照射された光を波長ごとの光に分光するための装置であって、回折格子２と、入射スリット３と、検出器４とを備えている。

回折格子２は、入射する光を反射して分光するいわゆる反射型の回折格子であって、照射領域２１に照射された光を回折させて、波長ごとの光に分光する。回折格子２の反射面である照射領域２１は、凹面により形成されている。

入射スリット３は、回折格子２と、光源（図示せず）との間に配置されている。入射スリット３には、所定幅のスリット（図示せず）が形成されており、光源からの光は、このスリットを通過して、回折格子２に入射する。

検出器４は、回折格子２の照射領域２１と対向するように配置されている。検出器４は、分光された光を検出するためのものであり、例えば、フォトダイオードアレイにより構成される。検出器４は、例えば、複数の受光素子４１を配置することにより構成されている。各受光素子４１には、それぞれの位置に応じた波長の光が入射される。

光源から出射された光は、入射スリット３を通過して、回折格子２の照射領域２１に入射する。このとき、光は、回折格子２の照射領域２１のほぼ全領域に入射する。なお、図１では、便宜上、回折格子２の照射領域２１に入射した光の一部のみを示している。そして、回折格子２に入射した光は、回折格子２の照射領域２１で反射するときに波長ごとの光に分光される。分光された光は、検出器４により受光される。

検出器４は、各受光素子４１における受光強度に基づく検出信号を出力する。その後は、例えば、検出器４から出力された検出信号に基づいて、各種データ処理が行われる。そして、データ処理の結果が、図示しない表示部などに表示される。

２．回折格子の詳細構成
図２は、回折格子２を概略的に示した正面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
回折格子２の反射面である照射領域２１は、上記したように凹面により形成されており、回折格子２の正面を構成している。なお、図３では、説明の便宜上、凹面状の照射領域２１を平面状に示している。照射領域２１は、正面視矩形状（正面視正方形状）に形成されている。照射領域２１は、第１照射領域２１Ａと、第２照射領域２１Ｂとを含んでいる。

第１照射領域２１Ａは、照射領域２１の中心部に位置している。具体的には、第１照射領域２１Ａは、回折格子２における光の分散方向の中心部に位置している。なお、分散方向とは、回折格子２において反射する光が分散する方向である。図２では、左右方向を分散方向として示しており、上下方向を分散方向と直交する方向である非分散方向として示している。第１照射領域２１Ａは、非分散方向においては、照射領域２１の全域に位置している。

図３に示すように、第１照射領域２１Ａには、光を回折させる複数の溝２２が形成されている。複数の溝２２は、鋸歯状であって、第１照射領域２１Ａにおいて、非分散方向に沿って延びるように形成されている。複数の溝２２は、分散方向において、ほぼ等間隔ごとに配置されている。各溝２２の深さ（高さ）Ｄ１は、例えば、溝本数３００本／ｍｍ、ブレーズ波長２００ｎｍの場合には、約１００ｎｍである。また、各溝２２の斜面と分散方向とがなす角度（各溝２２の傾き）α１は、例えば、１°〜２°であり、好ましくは、約１．７°である。なお、第１照射領域２１Ａの溝２２が、少なくとも一部の溝の一例である。

図２及び図３に示すように、第２照射領域２１Ｂは、分散方向において、照射領域２１の外側（中心部以外の領域）に位置しており、非分散方向において、照射領域２１の全域に位置している。すなわち、第２照射領域２１Ｂは、分散方向において、第１照射領域２１Ａを挟むようにして、第１照射領域２１Ａの外側に位置している。

図３に示すように、第２照射領域２１Ｂには、光を回折させる複数の溝２３が形成されている。複数の溝２３は、鋸歯状であって、第２照射領域２１Ｂにおいて、非分散方向に沿って延びるように形成されている。複数の溝２３は、分散方向において、ほぼ等間隔ごとに配置されている。各溝２３の深さＤ２は、第１照射領域２１Ａの溝２２の深さＤ１よりも深い。深さＤ２は、例えば、溝本数３００本／ｍｍ、ブレーズ波長４００ｎｍの場合には、約２００ｎｍである。また、各溝２３の斜面と分散方向とがなす角度（各溝２３の傾き）α２は、第１照射領域２１Ａの溝２２の傾きα１よりも大きい。角度α２（傾きα２）は、例えば、３°〜４°であり、好ましくは、約３．４°である。なお、第２照射領域２１Ｂの溝２３が、他の溝の一例である。

また、この例では、照射領域２１の分散方向の寸法は、約２５ｍｍであり、照射領域２１の非分散方向の寸法は、約２５ｍｍである。また、第１照射領域２１Ａの分散方向の寸法は、約１２．５ｍｍである。また、第１照射領域２１Ａに対して分散方向一方側（図２における右側）に配置される第２照射領域２１Ｂの分散方向の寸法、及び、第１照射領域２１Ａに対して分散方向他方側（図２における左側）に配置される第２照射領域２１Ｂの分散方向の寸法は、それぞれ、約６．２５ｍｍである。また、照射領域２１の曲率半径は、約１００ｍｍである。また、第１照射領域２１Ａにおいて、単位寸法に形成される溝２２の本数、及び、第２照射領域２１Ｂにおいて、単位寸法に形成される溝２３の本数は、それぞれ、約３００本／ｍｍである。なお、図３では、説明を分かりやすくするために、溝２２，２３の本数を実際の本数よりも少なく示している。

３．回折格子における回折効率
回折格子では、一般的に、光が回折される度合いが回折効率として表される。回折効率とは、回折格子に入射される光のエネルギーのうち、回折光としてどの程度エネルギーを取り出せるかを示す値である。すなわち、回折効率の高い回折格子に光を入射させると、高いエネルギーで光が反射され、回折効率の低い回折格子に光を入射させると、低いエネルギーで光が反射される。回折格子では、分光される光の波長ごとで回折効率が定まっており、波長が異なれば回折効率も異なるようになっている。そして、この回折効率は、回折格子に形成された溝の形状に対応している。

図４は、回折格子２の第１照射領域２１Ａび第２照射領域２１Ｂにおける回折効率と波長との関係を示したグラフである。具体的には、図４では、回折格子２の第１照射領域２１Ａにおける回折効率と波長との関係をグラフＡで示しており、回折格子２の第２照射領域２１Ｂにおける回折効率と波長との関係をグラフＢで示している。

回折格子２では、第１照射領域２１Ａに形成される溝２２と、第２照射領域２１Ｂに形成される溝２３とで、その形状（深さ）が異なっている。そのため、グラフＡ及びＢで示すように、第１照射領域２１Ａと第２照射領域２１Ｂとで、分光される光の波長と回折効率との関係（分光後の光における波長ごとでの回折効率）が異なっている。
具体的には、グラフＡでは、分光する光の波長が２００ｎｍの場合に、回折効率がピークとなっており、その値は約９０％である。

ここで、一般的に、回折効率がピークとなる（回折効率が最大値となる）波長をブレーズ波長という。すなわち、グラフＡで示すように、回折格子２の第１照射領域２１Ａのブレーズ波長（第１照射領域２１Ａの溝２２のブレーズ波長）は、２００ｎｍである。なお、第１照射領域２１Ａのブレーズ波長が、第１ブレーズ波長の一例である。

また、一般的に、回折格子では、分光される光の波長がブレーズ波長よりも長くなると、回折効率が緩やかに減少し、分光される光の波長がブレーズ波長よりも短くなると、回折効率が急激に減少し、ブレーズ波長の２分の１の波長で、回折効率はほぼ０となる。すなわち、グラフＡで示すように、回折格子２の第１照射領域２１Ａでは、分光される光の波長が、ブレーズ波長である２００ｎｍよりも長くなると、回折効率が緩やかに減少する。また、グラフＡでは示されていないが、回折格子２の第１照射領域２１Ａでは、分光される光の波長が、ブレーズ波長である２００ｎｍよりも短くなると、回折効率が急激に減少する。

グラフＢでは、分光する光の波長が４００ｎｍの場合に、回折効率がピークとなっており、その値は約９０％である。すなわち、グラフＢで示すように、回折格子２の第２照射領域２１Ｂのブレーズ波長（第２照射領域２１Ｂの溝２３のブレーズ波長）は、４００ｎｍである。なお、第２照射領域２１Ｂのブレーズ波長が、第２ブレーズ波長の一例である。

第１照射領域２１Ａのブレーズ波長（第１ブレーズ波長）に対する第２照射領域２１Ｂのブレーズ波長（第２ブレーズ波長）の比率は、２である。なお、本実施形態では、この比率は２であるが、他の値とすることも可能である。例えば、第１照射領域２１Ａのブレーズ波長（第１ブレーズ波長）に対する第２照射領域２１Ｂのブレーズ波長（第２ブレーズ波長）の比率は、１．５〜２．５であってもよい。

回折格子２の第２照射領域２１Ｂでは、分光される光の波長が、ブレーズ波長である４００ｎｍよりも長くなると、回折効率が緩やかに減少し、分光される光の波長が、ブレーズ波長である４００ｎｍよりも短くなると、回折効率が急激に減少する。グラフＢで示すように、回折格子２の第２照射領域２１Ｂでは、分光される光の波長が２００ｎｍになると、回折効率が約０％となる。

このように、回折格子２の照射領域２１では、波長ごとに回折効率が異なるように光が回折される。また、回折格子２では、第１照射領域２１Ａと第２照射領域２１Ｂとで（第１照射領域２１Ａの溝２２と第２照射領域２１Ｂの溝２３とで）、そのブレーズ波長が異なっている。具体的には、第１照射領域２１Ａ（第１照射領域２１Ａの溝２２）のブレーズ波長は、第２照射領域２１Ｂ（第２照射領域２１Ｂの溝２３）のブレーズ波長よりも小さい（短い）。すなわち、第１照射領域２１Ａのブレーズ波長は、短波長側のブレーズ波長であり、第２照射領域２１Ｂのブレーズ波長は、第１照射領域２１Ａのブレーズ波長よりも長波長側のブレーズ波長である。

４．従来の回折格子における波長ごとでの光の見え方及び信号強度
図５は、従来の回折格子の全照射領域で分光された光の波長ごとでの光の見え方及び信号強度を示した図である。図６は、従来の回折格子の中心部領域で分光された光の波長ごとでの光の見え方及び信号強度を示した図である。図７は、従来の回折格子の端部領域で分光された光の波長ごとでの光の見え方及び信号強度を示した図である。なお、各図で表れている波長範囲（２００ｎｍ〜８００ｎｍ）は、検出器４（図１参照）で検出される光の波長範囲に対応しており、分光装置１において使用する波長範囲である。

具体的には、図５は、分光装置１（図１参照）において、回折格子２に代えて、照射領域の全ての溝の深さが同一となる回折格子を配置した場合に、その回折格子の全照射領域で分光された光の波長ごとでの光の見え方及び信号強度を示している。また、図６は、図５に示す結果が得られる従来の回折格子において、照射領域の中心部（回折格子２の第１照射領域２１Ａに対応する領域）にのみ光を照射した場合での、波長ごとでの光の見え方及び信号強度を示している。また、図７は、図５に示す結果が得られる従来の回折格子において、照射領域の中心部以外（回折格子２の第２照射領域２１Ｂの対応する領域）にのみ光を照射した場合での、波長ごとでの光の見え方及び信号強度を示している。

また、図５〜図７では、上側に波長ごとでの光の見え方が示されており、下側に波長ごとでの信号強度が示されている。また、各図において、上側では、横軸が分散方向における位置を示しており、縦軸が非分散方向における位置を示している。また、各図において、下側では、横軸が分散方向における位置を示しており、縦軸が信号強度を示している。

図５〜図７から、図６の結果に図７の結果を重ねると、図５の結果が得られることが確認できる。また、照射部分ごとで（照射領域における外側部分と中心部分とで）、回折される光の集光分布（光の見え方）が異なることが確認できる。なお、この照射部分ごとで集光分布が異なる点については、主に回折格子の照射領域が凹面であることに起因しているため、回折格子２の照射領域２１についても、同様に言える。

また、図５に着目すると、分光装置１において、回折格子２に代えて従来の回折格子を用いた場合には、短波長側で収差が発生していることが確認できる。具体的には、図５に着目すると、２００ｎｍの波長の光において、光の輪郭がぼやけており、信号強度も低いことが確認できる。そして、これより、２００ｎｍの波長の光において収差が発生していることが確認できる。

また、図６及び図７のそれぞれにおいて、２００ｎｍの波長の光に着目すると、図６では、光の輪郭が比較的はっきりしており、信号強度も比較的高いことが確認できる。一方、図７では、光が２つに分かれて、光の輪郭がぼやけており、２つのピークを有する信号強度の波形が表れていることが確認できる。すなわち、図７では、２００ｎｍの光において、収差が発生していることが確認できる。
これより、図５で表れる収差は、図７で表れる収差に起因していることが推測される。

５．分光装置の回折格子における波長ごとでの光の見え方及び信号強度
上記したように、回折格子２において、第１照射領域２１Ａ（第１照射領域２１Ａの溝２２）のブレーズ波長は、第２照射領域２１Ｂ（第２照射領域２１Ｂの溝２３）のブレーズ波長よりも小さい。

また、図４に示すように、ブレーズ波長が大きい領域（ブレーズ波長が４００ｎｍの領域）である第２照射領域２１Ｂの回折効率に着目すると（グラフＢに着目すると）、分光された後の光の波長が２００ｎｍである場合には、回折効率が約０％となっている。

そのため、分光装置１では、回折格子２の第２照射領域２１Ｂで反射する光のうち、光の波長が２００ｎｍとなる光（図７で表れる収差に対応する光）は、回折されず、検出器４では受光されない。

図８は、回折格子２で分光された光の波長ごとでの光の見え方及び信号強度を示した図である。
図８では、図５に比べて、短波長側において、光の輪郭がはっきりしており、信号強度も比較的高いことが確認できる。換言すれば、分光装置１（回折格子２）では、使用する波長範囲内で分解能が高くなっていることが確認できる。すなわち、分光装置１（回折格子２）では、第２照射領域２１Ｂにおいて、ブレーズ波長が４００ｎｍとなるように溝２３を形成して、図７で表れる収差に対応する光の回折効率を０％にした結果、第２照射領域２１Ｂのブレーズ波長（第２ブレーズ波長）よりも短波長側に表れる収差が補正されていることが確認できる。

６．作用効果
（１）本実施形態では、回折格子２において、第１照射領域２１Ａ（第１照射領域２１Ａの溝２２）のブレーズ波長は、第２照射領域２１Ｂ（第２照射領域２１Ｂの溝２３）のブレーズ波長と異なっている。すなわち、図４に示すように、第１照射領域２１Ａと第２照射領域２１Ｂとで、分光される光の波長と回折効率との関係（分光後の光における波長ごとでの回折効率）が異なっている。

そのため、分光装置１では、回折格子２の第２照射領域２１Ｂで反射する光のうち、光の波長が２００ｎｍとなる光（図７で表れる収差に対応する光）は、回折されず、検出器４では受光されない。すなわち、分光装置１では、短波長側の収差が補正される。

このように、回折格子２では、第１照射領域２１Ａと第２照射領域２１Ｂとで、ブレーズ波長が異なるように溝２２，２３を形成するという簡易な構成で、収差を補正できる。

（２）また、本実施形態では、回折格子２において、第１照射領域２１Ａ（第１照射領域２１Ａの溝２２）のブレーズ波長は、第２照射領域２１Ｂ（第２照射領域２１Ｂの溝２３）のブレーズ波長よりも小さくなっている。具体的には、第１照射領域２１Ａ（第１照射領域２１Ａの溝２２）のブレーズ波長は、２００ｎｍであり、第２照射領域２１Ｂ（第２照射領域２１Ｂの溝２３）のブレーズ波長は、４００ｎｍである。

そのため、第１照射領域２１Ａ（第１照射領域２１Ａの溝２２）のブレーズ波長を、第２照射領域２１Ｂ（第２照射領域２１Ｂの溝２３）のブレーズ波長よりも小さくするという簡易な構成で、回折格子２で発生する収差を補正できる。

（３）また、本実施形態では、回折格子２において、第１照射領域２１Ａは、分散方向の中心部に位置しており、第２照射領域２１Ｂは、分散方向の外側に位置している。そして、分散方向において中心部に位置する第１照射領域２１Ａ（第１照射領域２１Ａの溝２２）のブレーズ波長は、分散方向において外側に位置する第２照射領域２１Ｂ（第２照射領域２１Ｂの溝２３）のブレーズ波長よりも小さくなっている。
そのため、簡易な構成で、回折格子２における分散方向での位置（反射位置）の違いに起因する収差（球面収差やコマ収差など）を補正できる。

（４）また、本実施形態では、図３に示すように、回折格子２において、第２照射領域２１Ｂの溝２３の深さＤ２は、第１照射領域２１Ａの溝２２の深さＤ１と異なっている。具体的には、第２照射領域２１Ｂの溝２３の深さＤ２は、第１照射領域２１Ａの溝２２の深さＤ１よりも深い。

そのため、回折格子２において、第２照射領域２１Ｂの溝２３の深さＤ２を、第１照射領域２１Ａの溝２２の深さＤ１よりも深く形成するという簡易な構成で、収差を補正できる。

（５）また、本実施形態では、図１に示すように、回折格子２の照射領域２１は、凹面により形成される。
そのため、簡易な構成で、回折格子２の照射領域２１が凹面であることに起因する収差（球面収差など）を補正できる。

（６）また、本実施形態では、回折格子２の照射領域２１は、波長ごとで回折効率が異なるように光を回折させるものであり、かつ、照射部分ごとで回折させる光の集光分布が異なるものである。そして、照射領域２１において、第１照射領域２１Ａと、第２照射領域２１Ｂとでブレーズ波長を異ならせることで、使用する波長範囲内で分解能を高くしている。
そのため、照射領域２１の特性を利用して、分解能を高くできる。

（７）また、本実施形態では、照射領域２１で回折される光のうち、第２照射領域２１Ｂのブレーズ波長（第２ブレーズ波長）よりも短波長側に表れる収差を補正する。
すなわち、回折格子２では、回折される光のうち、短波長側に表れる収差を効率的に補正できる。

（８）また、本実施形態では、第１照射領域２１Ａのブレーズ波長（第１ブレーズ波長）に対する第２照射領域２１Ｂのブレーズ波長（第２ブレーズ波長）の比率は、１．５〜２．５であり、好ましくは、２である。
そのため、照射領域２１において、収差を補正するため最適なブレーズ波長の溝を形成できる。

７．第２実施形態
図９及び図１０を用いて、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下において、上記した第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付することにより説明を省略する。
図９は、本発明の第２実施形態に係る回折格子２を概略的に示した正面図である。

上記した第１実施形態では、回折格子２の照射領域２１では、分散方向において、中心部に第１照射領域２１Ａが位置し、外側に第２照射領域２１Ｂが位置している。
対して、第２実施形態では、非分散方向において、中心部に第１照射領域２１Ａが位置し、外側に第２照射領域２１Ｂが位置している。

詳しくは、第２実施形態では、第１照射領域２１Ａは、非分散方向において、照射領域２１の中心部に位置しており、分散方向において、照射領域２１の全域に位置している。

また、第２照射領域２１Ｂは、非分散方向において、第１照射領域２１Ａを挟むように、照射領域２１の外側に位置しており、分散方向において、照射領域２１の全域に位置している。
なお、図示しないが、第１実施形態と同様に、第１照射領域２１Ａでは、溝２２が形成されており、第２照射領域２１Ｂでは、溝２３が形成されている。

このように第２実施形態では、回折格子２において、非分散方向の中心部に位置する第１照射領域２１Ａ（第１照射領域２１Ａの溝２２）のブレーズ波長が、非分散方向の外側に位置する第２照射領域２１Ｂ（第２照射領域２１Ｂの溝２３）のブレーズ波長よりも小さくなっている。
そのため、簡易な構成で、回折格子２における非分散方向での位置の違いに起因する収差（非点収差など）を補正できる。

８．第３実施形態
図１０は、本発明の第３実施形態に係る回折格子２を概略的に示した正面図である。
上記した第１実施形態では、回折格子２の照射領域２１では、分散方向において、中心部に第１照射領域２１Ａが位置し、外側に第２照射領域２１Ｂが位置している。
対して、第３実施形態では、分散方向及び非分散方向において、中心部に第１照射領域２１Ａが位置し、外側に第２照射領域２１Ｂが位置している。

詳しくは、第３実施形態では、第１照射領域２１Ａは、分散方向において、照射領域２１の中心部に位置しており、かつ、非分散方向において、照射領域２１の中心部に位置している。

また、第２照射領域２１Ｂは、分散方向において、第１照射領域２１Ａを挟むように、照射領域２１の外側に位置しており、かつ、非分散方向において、第１照射領域２１Ａを挟むように、照射領域２１の外側に位置している。すなわち、第２照射領域２１Ｂは、第１照射領域２１Ａの外側を囲んでいる。
なお、図示しないが、第１実施形態と同様に、第１照射領域２１Ａでは、溝２２が形成されており、第２照射領域２１Ｂでは、溝２３が形成されている。

このように第３実施形態では、回折格子２において、分散方向及び非分散方向の中心部に位置する第１照射領域２１Ａ（第１照射領域２１Ａの溝２２）のブレーズ波長が、分散方向及び非分散方向の外側に位置する第２照射領域２１Ｂ（第２照射領域２１Ｂの溝２３）のブレーズ波長よりも小さくなっている。
そのため、簡易な構成で、回折格子２における分散方向での位置の違いに起因する収差、及び、非分散方向での位置の違いに起因する収差の両方を補正できる。

９．変形例
上記の実施形態では、回折格子２の照射領域２１は、凹面により形成されるとして説明した。しかし、回折格子２の照射領域２１は、凹面以外の面により形成されてもよい。例えば、回折格子２の照射領域２１は、平面により形成されてもよい。

また、上記の実施形態では、回折格子２が、鋸歯状の溝２２，２３を有するブレーズ型回折格子である場合について説明した。しかし、本発明は、このようなブレーズ型回折格子に限らず、正弦波状の溝を有するホログラフィック回折格子や、矩形状の溝を有するラミナー回折格子などの他の回折格子にも適用可能である。

また、上記の実施形態では、分光装置１が、各波長の光を複数の受光素子４１で同時に受光するポリクロメータである場合について説明した。しかし、本発明は、回折格子２を回転させて特定の波長の光のみを１つの受光素子で受光するようなモノクロメータにも適用可能である。

また、上記の実施形態では、回折格子２の照射領域２１では、分散方向又は非分散方向において、中心部に第１照射領域２１Ａが位置し、外側に第２照射領域２１Ｂが位置するとして説明した。しかし、分散方向又は非分散方向において、回折格子２の照射領域２１を、ブレーズ波長が異なる２つの領域に２分割することも可能である。この場合、２つの領域の比率は、必ずしも１：１である必要はなく、例えば、２：３や２：１であってもよい。

１ 分光装置
２ 回折格子
４ 検出器
２１ 照射領域
２１Ａ 第１照射領域
２１Ｂ 第２照射領域
２２ 溝
２３ 溝

Claims (10)

1. 照射領域に照射された光を回折させて、波長ごとの光に分光する回折格子であって、
   前記照射領域には光を回折させる複数の溝が形成されており、
   前記複数の溝のうち少なくとも一部の溝について、回折効率がピークとなる波長であるブレーズ波長が他の溝とは異なることを特徴とする回折格子。
2. 前記複数の溝のうち前記照射領域の中心部に位置する溝のブレーズ波長が、外側に位置する溝のブレーズ波長よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の回折格子。
3. 前記複数の溝のうち光の分散方向の中心部に位置する溝のブレーズ波長が、前記分散方向の外側に位置する溝のブレーズ波長よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の回折格子。
4. 前記複数の溝のうち光の分散方向に直交する非分散方向の中心部に位置する溝のブレーズ波長が、前記非分散方向の外側に位置する溝のブレーズ波長よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の回折格子。
5. 前記少なくとも一部の溝の深さが他の溝の深さとは異なることにより、前記少なくとも一部の溝と他の溝とでブレーズ波長が異なることを特徴とする請求項１に記載の回折格子。
6. 前記照射領域が凹面により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回折格子。
7. 前記照射領域は、波長ごとで回折効率が異なるように光を回折させるものであり、かつ、照射部分ごとで回折させる光の集光分布が異なるものであり、
   前記照射領域の複数の溝のうち少なくとも一部の溝について、ブレーズ波長を他の溝と異ならせることで、使用する波長範囲内で分解能を高くしたことを特徴とする請求項１に記載の回折格子。
8. 前記少なくとも一部の溝のブレーズ波長は、短波長側の第１ブレーズ波長であり、
   前記他の溝のブレーズ波長は、前記第１ブレーズ波長よりも長波長側の第２ブレーズ波長であり、
   前記照射領域で回折される光のうち、前記第２ブレーズ波長よりも短波長側に表れる収差を補正することを特徴とする請求項１に記載の回折格子。
9. 前記少なくとも一部の溝のブレーズ波長は、短波長側の第１ブレーズ波長であり、
   前記他の溝のブレーズ波長は、前記第１ブレーズ波長よりも長波長側の第２ブレーズ波長であり、
   前記第１ブレーズ波長に対する前記第２ブレーズ波長の比率は、１．５〜２．５であることを特徴とする請求項１に記載の回折格子。
10. 請求項１に記載の回折格子と、
    前記回折格子により分光された光を検出する検出器とを備えることを特徴とする分光装置。

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