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JP2011257140A - Spectrograph - Google Patents

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JP2011257140A JP2010128990A JP2010128990A JP2011257140A JP 2011257140 A JP2011257140 A JP 2011257140A JP 2010128990 A JP2010128990 A JP 2010128990A JP 2010128990 A JP2010128990 A JP 2010128990A JP 2011257140 A JP2011257140 A JP 2011257140A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spectrograph that is small and high resolution.SOLUTION: The spectrograph has a spectroscopic optical system that splits incident light into light rays in directions that are different according to wavelengths. The spectroscopic optical system includes: a mirror 13 serving as a deflecting element disposed on a first focusing planar surface 200 and able to change the direction of emission of light made incident on the first focal planar surface 200; a confocal optical system 10 for condensing light, emitted from the mirror 13, on a second focal planar surface 201; a transmission type diffraction grating 16 serving as a dispersive element that splits light passed through the confocal optical system 10, in directions that are different according to wavelengths; and a slit 18 for passing only certain wavelength light of the light rays into which incident light is split by the transmission type diffraction grating 16.

Description

本発明は、所定の波長の光を測定することが可能な分光器に関するものである。   The present invention relates to a spectrometer capable of measuring light of a predetermined wavelength.

入射光を波長ごとに異なる方向に分波させる分光光学系は、分光器として用いられる。従来の一般的な分光器の構成を図10に示す。レンズ2は、光ファイバ1から出射した光をコリメート光に変換する。回折格子3等からなる分散素子は、レンズ2を通過した光を波長ごとに分光する。レンズ4は、分散素子によって分光された光を集光する。スリット5は、レンズ4によって集光された光のうち単一波長の光のみを通過させる。PD(フォトダイオード)6は、スリット5を通過した光を受光して電気信号に変換する。この分光器においては、分散素子を回動させることで、PD6で受光する光の波長を変更することができる(例えば特許文献1参照)。このような分光器で、分解能を示す式は以下のようになる。   A spectroscopic optical system that splits incident light in different directions for each wavelength is used as a spectroscope. The configuration of a conventional general spectrometer is shown in FIG. The lens 2 converts light emitted from the optical fiber 1 into collimated light. The dispersive element including the diffraction grating 3 and the like separates the light that has passed through the lens 2 for each wavelength. The lens 4 collects the light dispersed by the dispersive element. The slit 5 allows only light of a single wavelength among the light collected by the lens 4 to pass. The PD (photodiode) 6 receives the light that has passed through the slit 5 and converts it into an electrical signal. In this spectroscope, the wavelength of light received by the PD 6 can be changed by rotating the dispersive element (see, for example, Patent Document 1). In such a spectroscope, the equation indicating the resolution is as follows.

Figure 2011257140
Figure 2011257140

ここで、Δλは分解能、λは光の波長、ωはビーム半径、つまり分散素子の最小半径、dθ/dλは分散素子の分散能力、kは定数である。分光器の高分解能を実現する(すなわちΔλを小さくする)ためには、分散素子のサイズを拡大する(すなわちωを大きくする)か、もしくは分散素子の分散能力dθ/dλを高める必要がある。しかしながら、大型の分散素子を使用すると、分散素子の重量、面積が大きくなるので、分散素子を回動させるために駆動速度が遅く、出力の大きな大型の駆動系を用いる必要がある。あるいは、高分散能を有する分散素子として、回折格子にプリズムを貼り合わせたイマージョングレーティング(Immersion grating、例えば非特許文献1参照)を用いる場合、イマージョングレーティングは回折格子に比べて、大型になるため、やはり、駆動系に同様の問題が生じる。   Here, Δλ is the resolution, λ is the wavelength of light, ω is the beam radius, that is, the minimum radius of the dispersion element, dθ / dλ is the dispersion capability of the dispersion element, and k is a constant. In order to realize a high resolution of the spectroscope (that is, to reduce Δλ), it is necessary to increase the size of the dispersive element (that is, increase ω) or to increase the dispersive ability dθ / dλ of the dispersive element. However, when a large dispersion element is used, the weight and area of the dispersion element increase. Therefore, in order to rotate the dispersion element, it is necessary to use a large drive system with a low driving speed and a large output. Alternatively, when an immersion grating having a prism attached to a diffraction grating (Immersion grating, see, for example, Non-Patent Document 1) is used as a dispersive element having high dispersibility, the immersion grating is larger than the diffraction grating. Again, similar problems occur in the drive system.

このように、従来の分光器の構成では、高分解能化しようとすると、分散素子を使う波長掃引のために必要な駆動系が大型になるため、分光器が大型化してしまうという問題点があった。
そこで、分散素子の前に、回動可能な反射ミラーを配置した分光器も提案されている。このような分光器の構成を図11に示す。レンズ322は、光ファイバ321から出射した光をコリメート光に変換する。回動可能なミラー323は、レンズ322を通過した光を反射する。分散素子324は、ミラー323からの反射光を波長ごとに分光する。レンズ325は、分散素子324によって分光された光を集光する。スリット326は、レンズ325によって集光された光のうち単一波長の光のみを通過させる。PD327は、スリット326を通過した光を受光して電気信号に変換する。
As described above, the conventional spectrometer configuration has a problem that if the resolution is increased, the drive system necessary for the wavelength sweep using the dispersive element becomes large, and the spectrometer becomes large. It was.
Thus, a spectroscope in which a rotatable reflecting mirror is arranged in front of the dispersive element has also been proposed. The configuration of such a spectroscope is shown in FIG. The lens 322 converts light emitted from the optical fiber 321 into collimated light. The rotatable mirror 323 reflects the light that has passed through the lens 322. The dispersive element 324 separates the reflected light from the mirror 323 for each wavelength. The lens 325 collects the light separated by the dispersive element 324. The slit 326 passes only light having a single wavelength among the light collected by the lens 325. The PD 327 receives the light that has passed through the slit 326 and converts it into an electrical signal.

図11に示した分光器の構成の場合、分散素子324は固定の素子なので、重くても問題ないが、ミラー323で光を偏向し、波長掃引すると、分散素子324の面上で、光入射位置が変化するため、分散素子324の有効サイズを大きくしなければならない。分散素子324のサイズが大きくなると、分散素子324の面内均一性を担保するのが難しくなり、また反りなどの影響がでてくるため、分光器の分解能が劣化してしまうという問題がある。   In the case of the configuration of the spectroscope shown in FIG. 11, since the dispersion element 324 is a fixed element, there is no problem even if it is heavy. However, when light is deflected by the mirror 323 and wavelength swept, light is incident on the surface of the dispersion element 324. Because the position changes, the effective size of the dispersive element 324 must be increased. When the size of the dispersive element 324 is increased, it becomes difficult to ensure the in-plane uniformity of the dispersive element 324, and there is a problem that the resolution of the spectroscope is deteriorated due to the influence of warpage or the like.

特開平11−183249号公報JP-A-11-183249

Gunter Wiedemann and Donald E.Jennings,“Immersion grating for infrared astronomy”,Applied Optics,vol.32,no.7,1993Gunter Wiedemann and Donald E. Jennings, “Immersion grating for infrared astronomy”, Applied Optics, vol.32, no.7, 1993

以上のように、図10に示した分光器の構成では、高分解能化しようとすると、分光器が大型化してしまうという問題点があった。
また、図11に示した分光器の構成では、分解能が劣化してしまうという問題点があった。
As described above, the configuration of the spectrometer shown in FIG. 10 has a problem that the spectrometer becomes large in order to increase the resolution.
Further, the configuration of the spectrometer shown in FIG. 11 has a problem that the resolution deteriorates.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、小型で高分解能な分光器を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a compact and high-resolution spectrometer.

本発明の分光器は、入射光を波長ごとに異なる方向へ分光する分光光学系を有し、前記分光光学系は、第1焦平面に配置され、この第1焦平面に入射した光の出射方向を変化させることが可能な偏向素子と、この偏向素子から出射した光を第2焦平面に集光する共焦点光学系と、前記第2焦平面に配置され、前記共焦点光学系を通過した光を波長ごとに異なる方向へ分光する分散素子と、この分散素子によって分光された光のうち一部の波長の光のみを通過させるスリットとを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の分光器(第1、第2の実施の形態)の1構成例において、前記分光光学系は、さらに、前記分散素子と前記スリットとの間に、前側焦点が前記分散素子の分散面と一致し、後側焦点が前記スリットの中心と一致するように配置された第1のレンズもしくは第1の曲面ミラーを備え、前記共焦点光学系は、少なくとも第2、第3の2つのレンズもしくは第2、第3の2つの曲面ミラーで構成されることを特徴とするものである。
The spectroscope according to the present invention includes a spectroscopic optical system that splits incident light in different directions for each wavelength, and the spectroscopic optical system is disposed on a first focal plane and emits light incident on the first focal plane. A deflecting element capable of changing the direction, a confocal optical system for condensing the light emitted from the deflecting element on a second focal plane, and disposed on the second focal plane and passing through the confocal optical system It is characterized by comprising a dispersive element that disperses the emitted light in a different direction for each wavelength, and a slit that allows passage of only light having a part of the wavelength of the light dispersed by the dispersive element.
Moreover, in one configuration example of the spectroscope (first and second embodiments) of the present invention, the spectroscopic optical system further includes a front focal point between the dispersive element and the slit. The first lens or the first curved mirror is disposed so as to coincide with the dispersion surface and the rear focal point coincides with the center of the slit, and the confocal optical system includes at least second and third 2 It is characterized by comprising two lenses or second and third curved mirrors.

また、本発明の分光器(第5の実施の形態)の1構成例において、前記分散素子は、反射型回折格子であり、前記共焦点光学系は、少なくとも第1、第2の2つのレンズもしくは第1、第2の2つの曲面ミラーで構成され、前記スリットは、前記第1、第2のレンズの間もしくは第1、第2の曲面ミラーの間にある、これら2つのレンズもしくは2つの曲面ミラーの焦点面上に配置され、前記偏向素子から前記第1のレンズもしくは第1の曲面ミラーに入射する光と、前記第2のレンズもしくは第2の曲面ミラーから前記分散素子に入射する光の各々は、前記共焦点光学系の光軸に対して位置または角度がオフセットされていることを特徴とするものである。
また、本発明の分光器(第6の実施の形態)の1構成例において、前記スリットは、ミラーの中の一部の領域に設けられ、前記偏向素子からの光は、前記ミラーによって反射されて前記分散素子に入射し、前記分散素子によって分光された光のうち一部の波長の光のみが前記スリットを通過することを特徴とするものである。
In one configuration example of the spectroscope (fifth embodiment) of the present invention, the dispersive element is a reflective diffraction grating, and the confocal optical system includes at least first and second lenses. Alternatively, the first and second curved mirrors are used, and the slit is located between the first and second lenses or between the first and second curved mirrors. Light that is disposed on the focal plane of the curved mirror and that enters the first lens or the first curved mirror from the deflection element, and light that enters the dispersion element from the second lens or the second curved mirror Each is characterized in that the position or angle is offset with respect to the optical axis of the confocal optical system.
In one configuration example of the spectroscope of the present invention (sixth embodiment), the slit is provided in a partial region of the mirror, and the light from the deflection element is reflected by the mirror. In this case, only light having a part of the wavelength of the light incident on the dispersion element and dispersed by the dispersion element passes through the slit.

また、本発明の分光器(第7の実施の形態)の1構成例において、前記分光光学系は、さらに、前記分散素子と前記スリットとの間に、前側焦点が前記分散素子の分散面と一致し、後側焦点が前記スリットの中心と一致するように配置された第1のレンズもしくは第1の曲面ミラーを備え、前記共焦点光学系は、少なくとも第2、第3の2つのレンズもしくは第2、第3の2つの曲面ミラーで構成され、前記偏向素子に入射する光は、前記第2、第3のレンズもしくは第2、第3の曲面ミラーの間にある、これら2つのレンズもしくは2つの曲面ミラーの焦点面上に光出射端が配置されたファイバから出射し、前記第2のレンズもしくは第2の曲面ミラーから前記偏向素子に入射する光は、前記共焦点光学系の光軸に対して位置または角度がオフセットされていることを特徴とするものである。
また、本発明の分光器(第8、第9の実施の形態)の1構成例において、前記共焦点光学系は、1つのレンズもしくは曲面ミラーと、前記偏向素子によって反射され前記レンズもしくは曲面ミラーを通過した光を、前記レンズもしくは曲面ミラーの方向に反射して前記分散素子に入射させるミラーとから構成され、前記分散素子は、反射型回折格子であり、前記偏向素子と前記分散素子とは、前記レンズもしくは曲面ミラーの一方の焦点面上に配置され、前記ミラーと前記スリットとは、前記レンズもしくは曲面ミラーの他方の焦点面上に配置され、前記レンズもしくは曲面ミラーを通過して前記偏向素子に入射する光は、前記レンズもしくは曲面ミラーの他方の焦点面上に光出射端が配置されたファイバから出射することを特徴とするものである。
In one configuration example of the spectroscope of the present invention (seventh embodiment), the spectroscopic optical system further includes a front focal point between the dispersion element and the slit, and a dispersion surface of the dispersion element. The first lens or the first curved mirror is arranged so that the rear focal point coincides with the center of the slit, and the confocal optical system includes at least the second and third lenses or The second and third curved mirrors are used, and the light incident on the deflecting element is located between the second and third curved lenses or the second and third curved mirrors. Light emitted from a fiber having a light exit end disposed on the focal planes of two curved mirrors and incident on the deflection element from the second lens or second curved mirror is an optical axis of the confocal optical system. With respect to position or angle And it is characterized in that it is offset.
In one configuration example of the spectroscope of the present invention (eighth and ninth embodiments), the confocal optical system includes one lens or a curved mirror and the lens or curved mirror reflected by the deflecting element. Is reflected in the direction of the lens or curved mirror and is incident on the dispersive element. The dispersive element is a reflective diffraction grating, and the deflection element and the dispersive element are: The mirror or the slit is disposed on the other focal plane of the lens or curved mirror, passes through the lens or curved mirror, and is deflected. The light incident on the element is emitted from a fiber having a light exit end disposed on the other focal plane of the lens or curved mirror. A.

また、本発明の分光器(第3の実施の形態)の1構成例において、前記共焦点光学系を構成する2つのレンズもしくは2つの曲面ミラーのうち、前記偏向素子に近い側の第2のレンズもしくは第2の曲面ミラーの焦点距離よりも前記分散素子に近い側の第3のレンズもしくは第3の曲面ミラーの焦点距離は長く、前記偏向素子は、MEMSミラーであることを特徴とするものである。
また、本発明の分光器(第4の実施の形態)の1構成例において、前記共焦点光学系を構成する2つのレンズもしくは2つの曲面ミラーのうち、前記偏向素子に近い側の第2のレンズもしくは第2の曲面ミラーの焦点距離よりも前記分散素子に近い側の第3のレンズもしくは第3の曲面ミラーの焦点距離は短く、前記偏向素子は、液晶またはLCOSであることを特徴とするものである。
In one configuration example of the spectroscope (third embodiment) of the present invention, the second lens closer to the deflection element among the two lenses or two curved mirrors constituting the confocal optical system. The focal length of the third lens or the third curved mirror closer to the dispersion element is longer than the focal length of the lens or the second curved mirror, and the deflection element is a MEMS mirror. It is.
In one configuration example of the spectroscope (fourth embodiment) of the present invention, the second lens or the second curved mirror on the side close to the deflection element of the two confocal optical systems. The focal length of the third lens or third curved mirror closer to the dispersive element is shorter than the focal length of the lens or second curved mirror, and the deflecting element is liquid crystal or LCOS. Is.

本発明によれば、分光光学系を、第1焦平面に配置され、第1焦平面に入射した光の出射方向を変化させることが可能な偏向素子と、偏向素子から出射した光を第2焦平面に集光する共焦点光学系と、第2焦平面に配置され、共焦点光学系を通過した光を波長ごとに異なる方向へ分光する分散素子とから構成することにより、分散素子に入射する光の照射位置変化を小さくすることができ、分散素子を大きくすることなく、分光器の分解能を高めることができる。また、本発明では、偏向素子によって分散素子への光の入射角度を変えて、分散波長を変化させることで、大型の分散素子を回す必要がなくなる。その結果、本発明では、分散素子の有効径の大型化を抑えつつ、分散素子の駆動装置が不要な分光光学系を実現することができ、小型で高分解能、かつ低コストな分光器を実現することができる。   According to the present invention, the spectroscopic optical system is disposed on the first focal plane, the deflection element capable of changing the emission direction of the light incident on the first focal plane, and the second light emitted from the deflection element. Consists of a confocal optical system that focuses light on the focal plane and a dispersive element that is arranged on the second focal plane and separates the light that has passed through the confocal optical system in different directions for each wavelength. The change in the irradiation position of the light can be reduced, and the resolution of the spectrometer can be increased without increasing the dispersive element. In the present invention, it is not necessary to turn a large dispersion element by changing the dispersion wavelength by changing the incident angle of light to the dispersion element by the deflecting element. As a result, in the present invention, it is possible to realize a spectroscopic optical system that does not require a dispersive element driving device while suppressing an increase in effective diameter of the dispersive element, and realizes a small, high-resolution and low-cost spectroscope. can do.

また、本発明では、分散素子を反射型回折格子とし、共焦点光学系を少なくとも第1、第2の2つのレンズもしくは第1、第2の2つの曲面ミラーで構成し、スリットを第1、第2のレンズもしくは第1、第2の曲面ミラーの焦点面上に配置し、偏向素子から第1のレンズもしくは第1の曲面ミラーに入射する光と第2のレンズもしくは第2の曲面ミラーから分散素子に入射する光の各々を、共焦点光学系の光軸に対して位置または角度をずらすことにより、分光器を更に小型化することができる。   In the present invention, the dispersive element is a reflective diffraction grating, the confocal optical system is composed of at least first and second lenses or first and second curved mirrors, and the slits are first, From the second lens or the second curved mirror disposed on the focal plane of the second lens or the first and second curved mirrors, the light incident on the first lens or the first curved mirror from the deflecting element and the second lens or the second curved mirror The spectroscope can be further miniaturized by shifting the position or angle of each light incident on the dispersive element with respect to the optical axis of the confocal optical system.

また、本発明では、スリットをミラーの中の一部の領域に設け、偏向素子からの光を、ミラーによって反射して分散素子に入射させ、分散素子によって分光された光のうち一部の波長の光のみをスリットを通過させることにより、分光器を更に小型化することができる。   In the present invention, a slit is provided in a part of the mirror, and the light from the deflecting element is reflected by the mirror and incident on the dispersive element. The spectroscope can be further miniaturized by allowing only the light of the light to pass through the slit.

また、本発明では、共焦点光学系を少なくとも第2、第3の2つのレンズもしくは第2、第3の2つの曲面ミラーで構成し、偏向素子に入射する光を、第2、第3のレンズもしくは第2、第3の曲面ミラーの焦点面上に光出射端が配置されたファイバから出射させ、第2のレンズもしくは第2の曲面ミラーから偏向素子に入射する光を、共焦点光学系の光軸に対して位置または角度をずらすことにより、分光器を更に小型化することができる。   In the present invention, the confocal optical system is configured by at least the second and third lenses or the second and third curved mirrors, and the light incident on the deflecting element is converted into the second and third lenses. A confocal optical system emits light that is emitted from a lens or a fiber having a light exit end disposed on the focal plane of the second and third curved mirrors and is incident on the deflection element from the second lens or second curved mirror. The spectroscope can be further miniaturized by shifting the position or angle with respect to the optical axis.

また、本発明では、共焦点光学系を、1つのレンズもしくは曲面ミラーと、偏向素子によって反射されレンズもしくは曲面ミラーを通過した光をレンズもしくは曲面ミラーの方向に反射して分散素子に入射させるミラーとから構成し、分散素子を反射型回折格子とし、偏向素子と分散素子とをレンズもしくは曲面ミラーの一方の焦点面上に配置し、ミラーとスリットとをレンズもしくは曲面ミラーの他方の焦点面上に配置し、レンズもしくは曲面ミラーを通過して偏向素子に入射する光を、レンズもしくは曲面ミラーの他方の焦点面上に光出射端が配置されたファイバから出射させることにより、分光器を更に小型化することができる。   In the present invention, the confocal optical system includes a single lens or curved mirror, and a mirror that reflects the light reflected by the deflection element and passed through the lens or curved mirror in the direction of the lens or curved mirror and enters the dispersion element. The dispersive element is a reflective diffraction grating, the deflecting element and the dispersive element are arranged on one focal plane of the lens or curved mirror, and the mirror and slit are arranged on the other focal plane of the lens or curved mirror The spectroscope is further reduced in size by emitting light that passes through the lens or curved mirror and enters the deflecting element from a fiber that has a light exit end on the other focal plane of the lens or curved mirror. Can be

また、本発明では、共焦点光学系を構成する2つのレンズもしくは2つの曲面ミラーのうち、偏向素子に近い側の第2のレンズもしくは第2の曲面ミラーの焦点距離よりも分散素子に近い側の第3のレンズもしくは第3の曲面ミラーの焦点距離を長くすることにより、分散素子面のビーム径を維持したまま、偏向素子上のビーム径を小さくすることができるので、偏向素子として面積が小さいMEMSミラーを利用することができる。   In the present invention, of the two lenses or two curved mirrors constituting the confocal optical system, the second lens closer to the deflecting element or the side closer to the dispersive element than the focal length of the second curved mirror By increasing the focal length of the third lens or the third curved mirror, it is possible to reduce the beam diameter on the deflecting element while maintaining the beam diameter on the dispersive element surface. Small MEMS mirrors can be used.

また、本発明では、共焦点光学系を構成する2つのレンズもしくは2つの曲面ミラーのうち、偏向素子に近い側の第2のレンズもしくは第2の曲面ミラーの焦点距離よりも分散素子に近い側の第3のレンズもしくは第3の曲面ミラーの焦点距離を短くすることにより、分散素子面の偏向角の幅を維持したまま、偏向素子の偏向角の幅を小さくすることができるので、偏向素子として液晶やLCOSを利用することができる。   In the present invention, of the two lenses or two curved mirrors constituting the confocal optical system, the second lens closer to the deflecting element or the side closer to the dispersive element than the focal length of the second curved mirror By shortening the focal length of the third lens or the third curved mirror, the deflection angle width of the deflection element can be reduced while maintaining the deflection angle width of the dispersion element surface. A liquid crystal or LCOS can be used.

本発明の第1の実施の形態に係る分光器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the spectrometer which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る分光器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the spectrometer which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る分光器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the spectrometer which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る分光器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the spectrometer which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態に係る分光器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the spectrometer which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態に係る分光器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the spectrometer which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施の形態に係る分光器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the spectrometer which concerns on the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施の形態に係る分光器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the spectrometer which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第9の実施の形態に係る分光器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the spectrometer which concerns on the 9th Embodiment of this invention. 従来の分光器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional spectrometer. 従来の他の分光器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the other conventional spectrometer.

[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る分光器の構成を示すブロック図である。本実施の形態の分光器は、ファイバ11と、第1レンズ12と、偏向素子となる回動可能なミラー13と、第2レンズ14と、第3レンズ15と、分散素子となる透過型回折格子16と、第4レンズ17と、スリット18と、受光素子となるPD(フォトダイオード)19とから構成されている。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the spectrometer according to the first embodiment of the present invention. The spectroscope according to the present embodiment includes a fiber 11, a first lens 12, a rotatable mirror 13 that serves as a deflection element, a second lens 14, a third lens 15, and a transmission diffraction that serves as a dispersion element. It comprises a grating 16, a fourth lens 17, a slit 18, and a PD (photodiode) 19 serving as a light receiving element.

第1レンズ12は、前側焦点がファイバ11の光出射端f11と一致し、後側焦点がミラー13の反射面f12と一致するように配置されている。第2レンズ14は、前側焦点がミラー13の反射面f12と一致し、後側焦点がレンズ14と15の中間点f13と一致するように配置されている。第3レンズ15は、前側焦点がレンズ14と15の中間点f13と一致し、後側焦点が透過型回折格子16の回折面f14と一致するように配置されている。第4レンズ17は、前側焦点が透過型回折格子16の回折面f14と一致し、後側焦点がスリット18の中心点f15と一致するように配置されている。   The first lens 12 is disposed so that the front focal point coincides with the light emitting end f <b> 11 of the fiber 11 and the rear focal point coincides with the reflecting surface f <b> 12 of the mirror 13. The second lens 14 is disposed such that the front focal point coincides with the reflecting surface f12 of the mirror 13 and the rear focal point coincides with the intermediate point f13 between the lenses 14 and 15. The third lens 15 is arranged so that the front focal point coincides with the intermediate point f13 between the lenses 14 and 15, and the rear focal point coincides with the diffraction surface f14 of the transmissive diffraction grating 16. The fourth lens 17 is arranged such that the front focal point coincides with the diffraction surface f14 of the transmission diffraction grating 16 and the rear focal point coincides with the center point f15 of the slit 18.

第1レンズ12は、光出射端となるファイバ11からの光をコリメート光に変換する。ファイバ11からミラー13に向かう方向に対して垂直かつ後述する共焦点光学系の光軸に対して垂直な軸(図1の紙面に垂直な軸)を回動軸20として回動可能なミラー13は、第1レンズ12を通過した光を反射する。第2、第3レンズ14,15は、ミラー13からの反射光を集光する。   The first lens 12 converts light from the fiber 11 serving as a light emitting end into collimated light. A mirror 13 that is rotatable about a rotation axis 20 that is perpendicular to the direction from the fiber 11 toward the mirror 13 and perpendicular to the optical axis of a confocal optical system (to be described later). Reflects light that has passed through the first lens 12. The second and third lenses 14 and 15 collect the reflected light from the mirror 13.

透過型回折格子16は、第2、第3レンズ14,15によって集光された光を波長ごとに異なる方向へ分光する。第4レンズ17は、透過型回折格子16によって分光された光を集光する。スリット18は、第4レンズ17によって集光された光のうち単一波長の光のみを通過させる。PD19は、スリット18を通過した光を受光して電気信号に変換する。   The transmissive diffraction grating 16 splits the light collected by the second and third lenses 14 and 15 in different directions for each wavelength. The fourth lens 17 condenses the light separated by the transmissive diffraction grating 16. The slit 18 allows only light of a single wavelength out of the light collected by the fourth lens 17. The PD 19 receives the light that has passed through the slit 18 and converts it into an electrical signal.

以上のような構成において、第2レンズ14と第3レンズ15とは、第1焦平面200(ミラー13の反射面f12)を通過した光を第2焦平面201(透過型回折格子16の回折面f14)に集光する共焦点光学系10を構成している。本実施の形態の分光器は、入射光を、分散素子である透過型回折格子16で分散させた光のうち、スリット18を通過する波長の光のみをPD19で受光するモノクロメータである。   In the configuration as described above, the second lens 14 and the third lens 15 cause the light that has passed through the first focal plane 200 (the reflection surface f12 of the mirror 13) to pass through the second focal plane 201 (diffracted by the transmission diffraction grating 16). A confocal optical system 10 for condensing light on the surface f14) is formed. The spectroscope of the present embodiment is a monochromator that receives only light having a wavelength that passes through the slit 18 among the light in which incident light is dispersed by the transmission diffraction grating 16 that is a dispersive element, by the PD 19.

本実施の形態では、透過型回折格子16を第4レンズ17の前側焦平面に配置し、スリット18を第4レンズ17の後側焦平面に配置した。第1焦平面200に配置した偏向素子であるミラー13を図示しない駆動機構によって回動させることで、第1焦平面200を通過する光の光軸方向を変化させることができ、第2焦平面201に配置した分散素子である透過型回折格子16へ入射する光の角度を変化させることができるので、スリット18を通過する光の波長を変化させることができる。   In the present embodiment, the transmissive diffraction grating 16 is disposed on the front focal plane of the fourth lens 17, and the slit 18 is disposed on the rear focal plane of the fourth lens 17. The optical axis direction of the light passing through the first focal plane 200 can be changed by rotating the mirror 13 which is a deflection element arranged on the first focal plane 200 by a driving mechanism (not shown), and the second focal plane Since the angle of light incident on the transmissive diffraction grating 16, which is a dispersive element arranged at 201, can be changed, the wavelength of light passing through the slit 18 can be changed.

本実施の形態では、透過型回折格子16を共焦点光学系10の焦点位置に配置することにより、ミラー13の回動によって透過型回折格子16の回折面への光の入射角が変化しても、透過型回折格子16の回折面上での光の入射位置は変化しないため、透過型回折格子16を大きくすることなく、分光器の分解能を高めることができる。   In the present embodiment, by arranging the transmission type diffraction grating 16 at the focal position of the confocal optical system 10, the angle of light incident on the diffraction surface of the transmission type diffraction grating 16 is changed by the rotation of the mirror 13. However, since the incident position of the light on the diffraction surface of the transmission type diffraction grating 16 does not change, the resolution of the spectrometer can be increased without increasing the size of the transmission type diffraction grating 16.

なお、本実施の形態では、分散素子として透過型回折格子16を用いているが、反射型回折格子を用いてもよい。また、ファイバ11の代わりにファイバコリメータを用いれば、第1レンズ12は不要である。また、本実施の形態では、共焦点光学系10を2枚のレンズ14,15で構成したが、2枚のレンズに限定されず、2枚の曲面ミラー、複数枚のレンズ、複数枚の曲面ミラーで構成してもよい。また、レンズ17の代わりに曲面ミラーを用いてもよい。   In the present embodiment, the transmissive diffraction grating 16 is used as the dispersive element, but a reflective diffraction grating may be used. If a fiber collimator is used instead of the fiber 11, the first lens 12 is not necessary. In the present embodiment, the confocal optical system 10 is configured by the two lenses 14 and 15. However, the confocal optical system 10 is not limited to the two lenses, but includes two curved mirrors, a plurality of lenses, and a plurality of curved surfaces. You may comprise with a mirror. A curved mirror may be used instead of the lens 17.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は第1の実施の形態の変形例を示すものである。図2は本実施の形態に係る分光器の構成を示すブロック図である。本実施の形態の分光器は、ファイバ121と、第1曲面ミラー122と、偏向素子となる回動可能なミラー123と、第2曲面ミラー124と、第3曲面ミラー125と、回折格子とプリズムとが一体化された高分散素子であるイマージョングレーティング(Immersion grating)126と、第4曲面ミラー127と、スリット128と、PD129とから構成されている。なお、イマージョングレーティングは反射型回折格子の一種である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment shows a modification of the first embodiment. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the spectrometer according to the present embodiment. The spectroscope of the present embodiment includes a fiber 121, a first curved mirror 122, a rotatable mirror 123 serving as a deflecting element, a second curved mirror 124, a third curved mirror 125, a diffraction grating, and a prism. Are composed of an immersion grating 126, a fourth curved mirror 127, a slit 128, and a PD 129. The immersion grating is a kind of reflection type diffraction grating.

第1曲面ミラー122は、前側焦点がファイバ121の光出射端f121と一致し、後側焦点がミラー123の反射面f122と一致するように配置されている。第2曲面ミラー124は、前側焦点がミラー123の反射面f122と一致し、後側焦点が曲面ミラー124と125の中間点f123と一致するように配置されている。第3曲面ミラー125は、前側焦点が曲面ミラー124と125の中間点f123と一致し、後側焦点がイマージョングレーティング126の回折面f124と一致するように配置されている。第4曲面ミラー127は、前側焦点がイマージョングレーティング126の回折面f124と一致し、後側焦点がスリット128の中間点f125と一致するように配置されている。   The first curved mirror 122 is arranged such that the front focal point coincides with the light emitting end f 121 of the fiber 121 and the rear focal point coincides with the reflecting surface f 122 of the mirror 123. The second curved mirror 124 is arranged such that the front focal point coincides with the reflecting surface f122 of the mirror 123 and the rear focal point coincides with the intermediate point f123 between the curved mirrors 124 and 125. The third curved mirror 125 is arranged such that the front focal point coincides with the intermediate point f123 between the curved mirrors 124 and 125, and the rear focal point coincides with the diffraction surface f124 of the immersion grating 126. The fourth curved mirror 127 is arranged such that the front focal point coincides with the diffraction surface f124 of the immersion grating 126 and the rear focal point coincides with the intermediate point f125 of the slit 128.

第1曲面ミラー122は、光出射端となるファイバ121からの光を反射する。ファイバ121から第1曲面ミラー122に向かう方向に対して垂直かつ後述する共焦点光学系の光軸に対して垂直な軸(図2の紙面に垂直な軸)を回動軸130として回動可能なミラー123は、第1曲面ミラー122からの反射光を反射する。第2曲面ミラー124は、ミラー123からの反射光を反射し、第3曲面ミラー125は、第2曲面ミラー124からの反射光を反射する。   The first curved mirror 122 reflects light from the fiber 121 serving as a light emitting end. An axis perpendicular to the direction from the fiber 121 toward the first curved mirror 122 and perpendicular to the optical axis of a confocal optical system (to be described later) (axis perpendicular to the paper surface of FIG. 2) can be rotated as a rotation axis 130. The mirror 123 reflects the reflected light from the first curved mirror 122. The second curved mirror 124 reflects the reflected light from the mirror 123, and the third curved mirror 125 reflects the reflected light from the second curved mirror 124.

イマージョングレーティング126は、第3曲面ミラー125からの反射光を波長ごとに異なる方向へ分光する。第4曲面ミラー127は、イマージョングレーティング126によって分光された光を反射する。スリット128は、第4曲面ミラー127からの反射光のうち単一波長の光のみを通過させる。PD129は、スリット128を通過した光を受光して電気信号に変換する。   The immersion grating 126 splits the reflected light from the third curved mirror 125 in different directions for each wavelength. The fourth curved mirror 127 reflects the light dispersed by the immersion grating 126. The slit 128 allows only light having a single wavelength out of the reflected light from the fourth curved mirror 127. The PD 129 receives the light that has passed through the slit 128 and converts it into an electrical signal.

以上のような構成において、第2曲面ミラー124と第3曲面ミラー125とは、第1焦平面(ミラー123の反射面f122)を通過した光を第2焦平面(イマージョングレーティング126の回折面f124)に集光する共焦点光学系を構成している。本実施の形態の分光器は、入射光を、分散素子であるイマージョングレーティング126で分散させた光のうち、スリット128を通過する波長の光のみをPD129で受光するモノクロメータである。   In the configuration as described above, the second curved mirror 124 and the third curved mirror 125 allow the light that has passed through the first focal plane (the reflection surface f122 of the mirror 123) to pass through the second focal plane (the diffraction plane f124 of the immersion grating 126). ) Is a confocal optical system. The spectroscope of the present embodiment is a monochromator that receives only light having a wavelength that passes through the slit 128 among the light in which incident light is dispersed by the immersion grating 126 that is a dispersive element, by the PD 129.

本実施の形態では、第1焦平面に配置した偏向素子であるミラー123を図示しない駆動機構によって回動させることで、第1焦平面を通過する光の光軸方向を変化させることができ、第2焦平面に配置した分散素子であるイマージョングレーティング126へ入射する光の角度を変化させることができるので、スリット128を通過する光の波長を変化させることができる。このため、本実施の形態では、イマージョングレーティング126を大きくすることなく、分光器の分解能を高めることができる。   In the present embodiment, the optical axis direction of the light passing through the first focal plane can be changed by rotating the mirror 123, which is a deflection element arranged on the first focal plane, by a drive mechanism (not shown). Since the angle of light incident on the immersion grating 126 which is a dispersive element disposed on the second focal plane can be changed, the wavelength of light passing through the slit 128 can be changed. For this reason, in this embodiment, the resolution of the spectrometer can be increased without increasing the immersion grating 126.

[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図3は本発明の第3の実施の形態に係る分光器の構成を示すブロック図であり、図1と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の分光器は、ファイバ11と、第1レンズ12と、偏向素子となる回動可能なミラー13と、第2レンズ14aと、第3レンズ15aと、分散素子となる透過型回折格子16と、第4レンズ17と、スリット18と、PD19とから構成されている。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a spectrometer according to the third embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the same configurations as those in FIG. The spectroscope according to the present embodiment includes a fiber 11, a first lens 12, a rotatable mirror 13 serving as a deflection element, a second lens 14a, a third lens 15a, and a transmission type diffraction serving as a dispersion element. The grating 16, the fourth lens 17, the slit 18, and the PD 19 are included.

本実施の形態の分光器の構成は第1の実施の形態と同様であるが、共焦点光学系10を構成する第2レンズ14aおよび第3レンズ15aの焦点距離が第1の実施の形態と異なる。第1の実施の形態では、第2レンズ14と第3レンズ15の焦点距離は同一である。これに対して、本実施の形態では、第2レンズ14aは、前側焦点がミラー13の反射面f12と一致し、後側焦点がf13よりも前側の点f130と一致するように配置され、第3レンズ15aは、前側焦点が点f130と一致し、後側焦点が透過型回折格子16の回折面f14と一致するように配置されている。   The configuration of the spectrometer of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but the focal lengths of the second lens 14a and the third lens 15a constituting the confocal optical system 10 are the same as those of the first embodiment. Different. In the first embodiment, the focal lengths of the second lens 14 and the third lens 15 are the same. On the other hand, in the present embodiment, the second lens 14a is disposed such that the front focal point coincides with the reflecting surface f12 of the mirror 13, and the rear focal point coincides with the point f130 on the front side of f13. The three lenses 15a are arranged such that the front focal point coincides with the point f130 and the rear focal point coincides with the diffraction surface f14 of the transmissive diffraction grating 16.

すなわち、第2レンズ14aの焦点距離をf134とし、第3レンズ15aの焦点距離をf135とすると、f134<f135となり、焦点距離の比(f134/f135)は1より小さい値となっている。このとき、ミラー13上でのビーム径をω133とし、透過型回折格子16上でのビーム径をω136とすると、ビーム径ω133とω136との関係は、次式のようになる。   That is, if the focal length of the second lens 14a is f134 and the focal length of the third lens 15a is f135, f134 <f135, and the focal length ratio (f134 / f135) is a value smaller than 1. At this time, assuming that the beam diameter on the mirror 13 is ω133 and the beam diameter on the transmissive diffraction grating 16 is ω136, the relationship between the beam diameters ω133 and ω136 is as follows.

Figure 2011257140
Figure 2011257140

式(2)から明らかなように、本実施の形態では、焦点距離の比(f134/f135)を1より小さい値とすることにより、分解能で決まる分散素子面のビーム径を維持したまま、ミラー13上のビーム径を小さくすることができるため、偏向素子として、偏向角は大きいが面積が小さなミラー(例えばMEMS(Microelectro-Mechanical Systems)ミラー)を利用することができる。   As is apparent from the equation (2), in this embodiment, the focal length ratio (f134 / f135) is set to a value smaller than 1, so that the beam diameter of the dispersion element surface determined by the resolution is maintained and the mirror is maintained. Since the beam diameter on 13 can be reduced, a mirror (for example, a MEMS (Microelectro-Mechanical Systems) mirror) having a large deflection angle but a small area can be used as the deflecting element.

[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。図4は本発明の第4の実施の形態に係る分光器の構成を示すブロック図であり、図1と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の分光器は、ファイバ11と、第1レンズ12と、偏向素子となる回動可能なミラー13と、第2レンズ14bと、第3レンズ15bと、分散素子となる透過型回折格子16と、第4レンズ17と、スリット18と、PD19とから構成されている。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a spectrometer according to the fourth embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the same configurations as those in FIG. The spectroscope according to the present embodiment includes a fiber 11, a first lens 12, a rotatable mirror 13 serving as a deflection element, a second lens 14b, a third lens 15b, and a transmission type diffraction serving as a dispersion element. The grating 16, the fourth lens 17, the slit 18, and the PD 19 are included.

本実施の形態の分光器の構成は第1の実施の形態と同様であるが、共焦点光学系10を構成する第2レンズ14bおよび第3レンズ15bの焦点距離が第1の実施の形態と異なる。第2レンズ14bは、前側焦点がミラー13の反射面f12と一致し、後側焦点がf13よりも後側の点f140と一致するように配置され、第3レンズ15bは、前側焦点が点f140と一致し、後側焦点が透過型回折格子16の回折面f14と一致するように配置されている。   The configuration of the spectrometer of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but the focal lengths of the second lens 14b and the third lens 15b constituting the confocal optical system 10 are the same as those of the first embodiment. Different. The second lens 14b is arranged so that the front focal point coincides with the reflection surface f12 of the mirror 13, the rear focal point coincides with the point f140 on the rear side of f13, and the third lens 15b has the front focal point at the point f140. And the rear focal point coincides with the diffraction surface f14 of the transmissive diffraction grating 16.

すなわち、第2レンズ14bの焦点距離をf144とし、第3レンズ15bの焦点距離をf145とすると、f144>f145となり、焦点距離の比(f144/f145)は1より大きい値となっている。このとき、ミラー13上でのビーム径をω143、ビームの偏向角をΔθ143とし、透過型回折格子16上でのビーム径をω146、ビームの偏向角をΔθ146とすると、ビーム径ω143とω146、ビームの偏向角Δθ143とΔθ146との関係は、それぞれ次式のようになる。   That is, if the focal length of the second lens 14b is f144 and the focal length of the third lens 15b is f145, then f144> f145, and the focal length ratio (f144 / f145) is a value larger than 1. At this time, assuming that the beam diameter on the mirror 13 is ω143, the beam deflection angle is Δθ143, the beam diameter on the transmission diffraction grating 16 is ω146, and the beam deflection angle is Δθ146, the beam diameters ω143 and ω146 The relationship between the deflection angles Δθ143 and Δθ146 is as shown in the following equations.

Figure 2011257140
Figure 2011257140

本実施の形態では、焦点距離の比(f145/f144)を1より小さい値とすることにより、波長掃引幅で決まる分散素子面の偏向角の幅を維持したまま、ミラー13の偏向角の幅を小さくすることができるため、偏向素子として、偏向角の小さなミラー(例えば液晶やLCOS(Liquid Crystal On Silicon)など)を利用することができる。本実施の形態では、式(3)から分かるとおり、第1の実施の形態に比べてミラー13上でのビーム径ω143が大きくなるが、LCOSは小さな駆動素子が大面積にアレイ化されている薄いデバイスであるため、ビーム径ω143が大きくなっても、問題ない。   In the present embodiment, by setting the focal length ratio (f145 / f144) to a value smaller than 1, the deflection angle width of the mirror 13 is maintained while maintaining the deflection angle width of the dispersion element surface determined by the wavelength sweep width. Therefore, a mirror having a small deflection angle (for example, liquid crystal or LCOS (Liquid Crystal On Silicon)) can be used as the deflecting element. In this embodiment, as can be seen from Equation (3), the beam diameter ω143 on the mirror 13 is larger than in the first embodiment, but in LCOS, small drive elements are arrayed in a large area. Since it is a thin device, there is no problem even if the beam diameter ω143 is increased.

本実施の形態から明らかなように、ミラー13上でのビーム径と偏向角の幅にはトレードオフの関係があり、LCOS等の駆動素子により焦点距離の比(f145/f144)、つまり共焦点光学系の倍率を最適な値とする必要がある。   As is clear from the present embodiment, there is a trade-off relationship between the beam diameter on the mirror 13 and the width of the deflection angle, and the focal length ratio (f145 / f144), that is, confocal, depends on the driving element such as LCOS. It is necessary to set the optical system magnification to an optimum value.

[第5の実施の形態]
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。図5(A)、図5(B)は本発明の第5の実施の形態に係る分光器の構成を示すブロック図であり、図5(A)は分光器を上から見た図、図5(B)は分光器を横から見た図である。本実施の形態の分光器は、ファイバ21と、第1レンズ22と、偏向素子となる回動可能なミラー23と、第2レンズ24と、第3レンズ25と、反射型回折格子などの分散素子26と、スリット27と、PD28とから構成されている。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIGS. 5A and 5B are block diagrams showing the configuration of the spectrometer according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 5A is a diagram of the spectrometer as viewed from above, FIG. FIG. 5B is a view of the spectroscope as viewed from the side. The spectroscope according to the present embodiment includes a fiber 21, a first lens 22, a rotatable mirror 23 serving as a deflection element, a second lens 24, a third lens 25, and a dispersion of a reflection type diffraction grating. It is comprised from the element 26, the slit 27, and PD28.

第1レンズ22は、前側焦点がファイバ21の光出射端f21と一致し、後側焦点がミラー23の反射面f22と一致するように配置されている。第2レンズ24は、前側焦点がミラー23の反射面f22と一致し、後側焦点がスリット27の中心点f23と一致するように配置されている。第3レンズ25は、前側焦点がスリット27の中心点f23と一致し、後側焦点が分散素子26の分散面f24と一致するように配置されている。   The first lens 22 is arranged so that the front focal point coincides with the light emitting end f <b> 21 of the fiber 21 and the rear focal point coincides with the reflecting surface f <b> 22 of the mirror 23. The second lens 24 is arranged such that the front focal point coincides with the reflection surface f22 of the mirror 23 and the rear focal point coincides with the center point f23 of the slit 27. The third lens 25 is arranged such that the front focal point coincides with the center point f23 of the slit 27 and the rear focal point coincides with the dispersion surface f24 of the dispersion element 26.

第1レンズ22は、光出射端となるファイバ21からの光をコリメート光に変換する。ファイバ21からミラー23に向かう方向に対して垂直かつ後述する共焦点光学系の光軸に対して垂直な軸(図5(A)の紙面に垂直な軸)を回動軸30として回動可能なミラー23は、第1レンズ22を通過した光を反射する。第2、第3レンズ24,25は、ミラー23からの反射光を集光する。   The first lens 22 converts light from the fiber 21 serving as a light emitting end into collimated light. An axis perpendicular to the direction from the fiber 21 to the mirror 23 and perpendicular to the optical axis of the confocal optical system (to be described later) (axis perpendicular to the paper surface of FIG. 5A) can be rotated as the rotation axis 30. The mirror 23 reflects the light that has passed through the first lens 22. The second and third lenses 24 and 25 collect the reflected light from the mirror 23.

分散素子26は、第2、第3レンズ24,25によって集光された光を波長ごとに異なる方向へ分光する。ここでは、分散素子26として例えば反射型回折格子を用いているので、分散素子26は、入射光を波長ごとに異なる方向へ反射する。第3レンズ25は、分散素子26によって分光された光を集光する。スリット27は、第3レンズ25によって集光された光のうち単一波長の光のみを通過させる。PD28は、スリット27を通過した光を受光して電気信号に変換する。   The dispersive element 26 separates the light collected by the second and third lenses 24 and 25 in different directions for each wavelength. Here, for example, since a reflection type diffraction grating is used as the dispersion element 26, the dispersion element 26 reflects incident light in different directions for each wavelength. The third lens 25 condenses the light separated by the dispersive element 26. The slit 27 allows only light of a single wavelength among the light collected by the third lens 25 to pass. The PD 28 receives the light that has passed through the slit 27 and converts it into an electrical signal.

本実施の形態では、第2レンズ24と第3レンズ25とは、第1焦平面(ミラー23の反射面f22)を通過した光を第2焦平面(分散素子26の分散面f24)に集光する共焦点光学系を構成している。そして、図5(B)から分かるとおり、第2レンズ24と第3レンズ25との間で、第3レンズ25に入射する光と出射する光とが重ならないように、平行にオフセットされており、第3レンズ25に入射する光と出射する光とは、共焦点光学系の光軸29に対して非平行になっている。   In the present embodiment, the second lens 24 and the third lens 25 collect light that has passed through the first focal plane (the reflection surface f22 of the mirror 23) on the second focal plane (the dispersion surface f24 of the dispersion element 26). A confocal optical system that emits light is formed. 5B, the second lens 24 and the third lens 25 are offset in parallel so that the light incident on the third lens 25 and the emitted light do not overlap. The light incident on the third lens 25 and the light emitted are not parallel to the optical axis 29 of the confocal optical system.

このオフセットは、ミラー23から第2レンズ24に入射する光と、第3レンズ25から分散素子26に入射する光のそれぞれを共焦点光学系の光軸29に対して非平行にすることで実現することができる。ミラー23の中心および分散素子26の中心が共焦点光学系の光軸29からずれていても、第2レンズ24と第3レンズ25との間で、第3レンズ25に入射する光と出射する光とが軸29に対して非平行になるだけで、構成上問題ない。スリット27とPD28とは、第2レンズ24と第3レンズ25の焦点面上に配置される。   This offset is realized by making the light incident on the second lens 24 from the mirror 23 and the light incident on the dispersion element 26 from the third lens 25 non-parallel to the optical axis 29 of the confocal optical system. can do. Even if the center of the mirror 23 and the center of the dispersive element 26 are displaced from the optical axis 29 of the confocal optical system, the light incident on the third lens 25 is emitted between the second lens 24 and the third lens 25. There is no problem in configuration, just that the light is not parallel to the axis 29. The slit 27 and the PD 28 are disposed on the focal planes of the second lens 24 and the third lens 25.

本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、第1焦平面に配置した偏向素子であるミラー23を図示しない駆動機構によって回動させることで、第1焦平面を通過する光の光軸方向を変化させることができ、第2焦平面に配置した分散素子26へ入射する光の角度を変化させることができるので、スリット27を通過する光の波長を変化させることができる。   In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the mirror 23 which is a deflection element arranged on the first focal plane is rotated by a driving mechanism (not shown), so that the light passing through the first focal plane is reflected. The direction of the optical axis can be changed, and the angle of light incident on the dispersion element 26 disposed on the second focal plane can be changed, so that the wavelength of light passing through the slit 27 can be changed.

本実施の形態の特徴は、第1の実施の形態と比べて、レンズ数を減らすことができ、各素子を密集して配置できる点にある。その結果、本実施の形態では、分光器を更に小型化することができる。本実施の形態では、共焦点光学系を2枚のレンズ24,25で構成したが、2枚のレンズに限定されず、2枚の曲面ミラー、複数枚のレンズ、複数枚の曲面ミラーで構成してもよい。   The feature of this embodiment is that the number of lenses can be reduced and each element can be densely arranged as compared with the first embodiment. As a result, in this embodiment, the spectrometer can be further downsized. In the present embodiment, the confocal optical system is configured with two lenses 24 and 25, but is not limited to two lenses, and is configured with two curved mirrors, a plurality of lenses, and a plurality of curved mirrors. May be.

[第6の実施の形態]
次に、本発明の第6の実施の形態について説明する。図6(A)、図6(B)は本発明の第6の実施の形態に係る分光器の構成を示すブロック図であり、図6(A)は分光器を上から見た図、図6(B)は分光器を横から見た図である。本実施の形態の分光器は、ファイバコリメータ221と、偏向素子となる回動可能なミラー222と、第1レンズ223と、スリット付きミラー224と、第2レンズ225と、反射型回折格子などの分散素子226と、PD227とから構成されている。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIGS. 6A and 6B are block diagrams showing the configuration of a spectrometer according to the sixth embodiment of the present invention, and FIG. 6A is a diagram of the spectrometer as viewed from above, FIG. 6 (B) is a view of the spectroscope viewed from the side. The spectroscope according to the present embodiment includes a fiber collimator 221, a rotatable mirror 222 serving as a deflecting element, a first lens 223, a mirror with slit 224, a second lens 225, a reflective diffraction grating, and the like. The dispersion element 226 and the PD 227 are included.

第1レンズ223は、前側焦点がミラー222の反射面f221と一致し、後側焦点がスリット付きミラー224の反射面f222と一致するように配置されている。第2レンズ225は、前側焦点がスリット付きミラー224の反射面f222と一致し、後側焦点が分散素子226の分散面f223と一致するように配置されている。   The first lens 223 is disposed such that the front focal point coincides with the reflecting surface f221 of the mirror 222 and the rear focal point coincides with the reflecting surface f222 of the mirror with slit 224. The second lens 225 is disposed such that the front focal point coincides with the reflecting surface f222 of the mirror with slit 224 and the rear focal point coincides with the dispersion surface f223 of the dispersion element 226.

ファイバコリメータ221からミラー222に向かう方向に対して垂直かつ後述する共焦点光学系の光軸に対して垂直な軸(図6(A)の紙面に垂直な軸)を回動軸230として回動可能なミラー222は、ファイバコリメータ221から出射したコリメート光を反射する。第1レンズ223は、ミラー222からの反射光を集光する。スリット付きミラー224は、第1レンズ223によって集光された光を反射する。第2レンズ225は、スリット付きミラー224からの反射光を集光する。   A rotation axis 230 is an axis that is perpendicular to the direction from the fiber collimator 221 to the mirror 222 and perpendicular to the optical axis of the confocal optical system described later (an axis perpendicular to the paper surface of FIG. 6A). A possible mirror 222 reflects the collimated light emitted from the fiber collimator 221. The first lens 223 collects the reflected light from the mirror 222. The slit mirror 224 reflects the light collected by the first lens 223. The second lens 225 collects the reflected light from the slit mirror 224.

分散素子226は、第2レンズ225によって集光された光を波長ごとに異なる方向へ分光する。ここでは、分散素子226として例えば反射型回折格子を用いているので、分散素子226は、入射光を波長ごとに異なる方向へ反射する。第2レンズ225は、分散素子226によって分光された光を集光する。スリット付きミラー224は、第2レンズ225によって集光された光のうち単一波長の光のみを通過させる。PD227は、スリット付きミラー224を通過した光を受光して電気信号に変換する。   The dispersive element 226 separates the light collected by the second lens 225 in different directions for each wavelength. Here, for example, since a reflection type diffraction grating is used as the dispersion element 226, the dispersion element 226 reflects incident light in different directions for each wavelength. The second lens 225 collects the light dispersed by the dispersive element 226. The slit mirror 224 passes only light having a single wavelength among the light collected by the second lens 225. The PD 227 receives the light that has passed through the slit mirror 224 and converts it into an electrical signal.

本実施の形態では、第1レンズ223と第2レンズ225とは、第1焦平面(ミラー222の反射面f221)を通過した光を第2焦平面(分散素子226の分散面f223)に集光する共焦点光学系を構成している。そして、第2レンズ225とスリット付きミラー224との間で、第2レンズ225に入射する光と出射する光とが重ならないように、平行にオフセットされている。このオフセットは、ミラー222から第1レンズ223に入射する光と、第2レンズ225から分散素子226に入射する光のそれぞれを共焦点光学系の光軸228に対して非平行にすることで実現できる。   In the present embodiment, the first lens 223 and the second lens 225 collect light that has passed through the first focal plane (the reflection surface f221 of the mirror 222) on the second focal plane (the dispersion surface f223 of the dispersion element 226). A confocal optical system that emits light is formed. And between the 2nd lens 225 and the mirror 224 with a slit, it is offset in parallel so that the light which injects into the 2nd lens 225, and the emitted light may not overlap. This offset is realized by making the light incident on the first lens 223 from the mirror 222 and the light incident on the dispersion element 226 from the second lens 225 non-parallel to the optical axis 228 of the confocal optical system. it can.

本実施の形態の光学系の特徴は、スリット付きミラー224を用いていることであり、分散素子226に入射する前はミラー222からの光がスリット付きミラー224の反射面に入射し、分散素子226に入射した後は分散素子226からの光のうち特定波長の光がスリット付きミラー224のスリットを通過するように構成されている。スリット付きミラー224とPD227とは、第2レンズ225の焦点面上に配置される。   A feature of the optical system according to the present embodiment is that a slit mirror 224 is used. Before entering the dispersion element 226, light from the mirror 222 enters the reflection surface of the slit mirror 224, and the dispersion element. After entering the H.226, the light having a specific wavelength out of the light from the dispersive element 226 passes through the slit of the slit mirror 224. The slit mirror 224 and the PD 227 are disposed on the focal plane of the second lens 225.

本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、第1焦平面に配置した偏向素子であるミラー222を図示しない駆動機構によって回動させることで、第1焦平面を通過する光の光軸方向を変化させることができ、第2焦平面に配置した分散素子226へ入射する光の角度を変化させることができるので、スリット227を通過する光の波長を変化させることができる。   In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the mirror 222, which is a deflection element arranged on the first focal plane, is rotated by a driving mechanism (not shown) so that the light passing through the first focal plane is reflected. The optical axis direction can be changed, and the angle of light incident on the dispersive element 226 disposed on the second focal plane can be changed, so that the wavelength of light passing through the slit 227 can be changed.

本実施の形態の特徴は、第1の実施の形態と比べて、レンズ数を減らし、折り曲げミラーであるスリット付きミラー224を用いて光学素子を配置している点にある。その結果、本実施の形態では、分光器を更に小型化することができる。なお、ファイバコリメータ221の代わりに、ファイバとコリメートレンズを用いてもよい。   The feature of this embodiment is that the number of lenses is reduced compared to the first embodiment, and an optical element is arranged using a mirror with slit 224 which is a bending mirror. As a result, in this embodiment, the spectrometer can be further downsized. Instead of the fiber collimator 221, a fiber and a collimator lens may be used.

[第7の実施の形態]
次に、本発明の第7の実施の形態について説明する。図7(A)、図7(B)は本発明の第7の実施の形態に係る分光器の構成を示すブロック図であり、図7(A)は分光器を上から見た図、図7(B)は分光器を横から見た図である。本実施の形態の分光器は、ファイバ31と、第1レンズ32と、偏向素子となる回動可能なミラー33と、第2レンズ34と、透過型回折格子などの分散素子35と、第3レンズ36と、スリット37と、PD38とから構成されている。
[Seventh Embodiment]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. FIGS. 7A and 7B are block diagrams showing the configuration of a spectrometer according to the seventh embodiment of the present invention, and FIG. 7A is a diagram of the spectrometer as viewed from above, FIG. 7 (B) is a view of the spectroscope from the side. The spectroscope of this embodiment includes a fiber 31, a first lens 32, a rotatable mirror 33 serving as a deflection element, a second lens 34, a dispersion element 35 such as a transmission diffraction grating, and a third element. The lens 36, the slit 37, and the PD 38 are included.

第1レンズ32は、一方の焦点がレンズ32と34の中間点f31と一致し、他方の焦点がミラー33の反射面f32と一致するように配置されている。第2レンズ34は、前側焦点がレンズ32と34の中間点f31と一致し、後側焦点が分散素子35の分散面f33と一致するように配置されている。第3レンズ36は、前側焦点が分散素子35の分散面f33と一致し、後側焦点がスリット37の中心点f34と一致するように配置されている。   The first lens 32 is arranged such that one focal point coincides with the intermediate point f31 between the lenses 32 and 34 and the other focal point coincides with the reflecting surface f32 of the mirror 33. The second lens 34 is arranged such that the front focal point coincides with the intermediate point f31 between the lenses 32 and 34 and the rear focal point coincides with the dispersion surface f33 of the dispersion element 35. The third lens 36 is disposed so that the front focal point coincides with the dispersion surface f33 of the dispersive element 35 and the rear focal point coincides with the center point f34 of the slit 37.

ファイバ31から出射して第1レンズ32を通過した光は、ミラー33に入射する。回動可能なミラー33は、第1レンズ32を通過した光を反射する。なお、本実施の形態のミラー33の回動軸40は共焦点光学系の光軸に対して傾いている。第2レンズ34は、ミラー33によって反射され第1レンズ32を通過した光を集光する。この第2レンズ34は、コリメートレンズを兼ねている。   The light emitted from the fiber 31 and passing through the first lens 32 enters the mirror 33. The rotatable mirror 33 reflects the light that has passed through the first lens 32. Note that the rotation axis 40 of the mirror 33 of the present embodiment is inclined with respect to the optical axis of the confocal optical system. The second lens 34 collects the light reflected by the mirror 33 and passed through the first lens 32. The second lens 34 also serves as a collimating lens.

分散素子35は、第2レンズ34によって集光された光を波長ごとに異なる方向へ分光する。第3レンズ36は、分散素子35によって分光された光を集光する。スリット37は、第3レンズ36によって集光された光のうち単一波長の光のみを通過させる。PD38は、スリット37を通過した光を受光して電気信号に変換する。   The dispersive element 35 separates the light collected by the second lens 34 in different directions for each wavelength. The third lens 36 condenses the light separated by the dispersive element 35. The slit 37 allows only light having a single wavelength to pass through the light collected by the third lens 36. The PD 38 receives the light that has passed through the slit 37 and converts it into an electrical signal.

本実施の形態では、第1レンズ32と第2レンズ34とは、第1焦平面(ミラー33の反射面f32)を通過した光を第2焦平面(分散素子35の分散面f33)に集光する共焦点光学系を構成している。そして、図7(B)から分かるとおり、ファイバ31は、第1レンズ32と第2レンズ34の焦点面上に配置され、ミラー33と分散素子35とを結ぶ直線からずれた位置に配置される。第1レンズ32と第2レンズ34との間で、第1レンズ32に入射する光と出射する光とが重ならないように、平行にオフセットされている。このオフセットは、第1レンズ32からミラー33に入射する光を共焦点光学系の光軸39に対して非平行にすることで実現できる。   In the present embodiment, the first lens 32 and the second lens 34 collect light that has passed through the first focal plane (the reflection surface f32 of the mirror 33) on the second focal plane (the dispersion surface f33 of the dispersion element 35). A confocal optical system that emits light is formed. 7B, the fiber 31 is disposed on the focal planes of the first lens 32 and the second lens 34, and is disposed at a position deviated from the straight line connecting the mirror 33 and the dispersion element 35. . The first lens 32 and the second lens 34 are offset in parallel so that the light incident on the first lens 32 and the emitted light do not overlap. This offset can be realized by making light incident on the mirror 33 from the first lens 32 non-parallel to the optical axis 39 of the confocal optical system.

本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、第1焦平面に配置した偏向素子であるミラー33を図示しない駆動機構によって回動させることで、第1焦平面を通過する光の光軸方向を変化させることができ、第2焦平面に配置した分散素子35へ入射する光の角度を変化させることができるので、スリット37を通過する光の波長を変化させることができる。本実施の形態の特徴は、第1の実施の形態と比べて、レンズ数を減らしている点にある。その結果、本実施の形態では、分光器を更に小型化することができる。本実施の形態では、共焦点光学系を2枚のレンズ32,34で構成したが、2枚のレンズに限定されず、2枚の曲面ミラー、複数枚のレンズ、複数枚の曲面ミラーで構成してもよい。また、レンズ36の代わりに曲面ミラーを用いてもよい。   In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the mirror 33, which is a deflection element arranged on the first focal plane, is rotated by a driving mechanism (not shown) so that the light passing through the first focal plane is reflected. The optical axis direction can be changed, and the angle of light incident on the dispersion element 35 disposed on the second focal plane can be changed, so that the wavelength of light passing through the slit 37 can be changed. The feature of this embodiment is that the number of lenses is reduced as compared to the first embodiment. As a result, in this embodiment, the spectrometer can be further downsized. In the present embodiment, the confocal optical system is configured by the two lenses 32 and 34, but is not limited to the two lenses, and is configured by two curved mirrors, a plurality of lenses, and a plurality of curved mirrors. May be. A curved mirror may be used instead of the lens 36.

[第8の実施の形態]
次に、本発明の第8の実施の形態について説明する。図8(A)、図8(B)は本発明の第8の実施の形態に係る分光器の構成を示すブロック図であり、図8(A)は分光器を上から見た図、図8(B)は分光器を横から見た図である。本実施の形態の分光器は、ファイバ41と、第1レンズ42と、偏向素子となる回動可能なミラー43と、ミラー44と、反射型回折格子などの分散素子45と、スリット46と、PD47とから構成されている。
[Eighth Embodiment]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. FIGS. 8A and 8B are block diagrams showing the configuration of the spectrometer according to the eighth embodiment of the present invention, and FIG. 8A is a diagram of the spectrometer viewed from above, FIG. 8 (B) is a view of the spectroscope as viewed from the side. The spectroscope of the present embodiment includes a fiber 41, a first lens 42, a rotatable mirror 43 serving as a deflection element, a mirror 44, a dispersion element 45 such as a reflective diffraction grating, a slit 46, It consists of PD47.

第1レンズ42は、一方の焦点がファイバ41の光出射端f41と一致し、他方の焦点がミラー43の反射面f42と一致するように配置されている。
ファイバ41から出射して第1レンズ42を通過した光は、ミラー43に入射する。後述する共焦点光学系の光軸に対して垂直な軸(図8(A)の紙面に垂直な軸)を回動軸50として回動可能なミラー43は、第1レンズ42を通過した光を反射する。ミラー44は、ミラー43によって反射され第1レンズ42を通過した光を反射する。
The first lens 42 is arranged such that one focal point coincides with the light emitting end f41 of the fiber 41 and the other focal point coincides with the reflecting surface f42 of the mirror 43.
The light emitted from the fiber 41 and passing through the first lens 42 enters the mirror 43. The mirror 43 that can be rotated about an axis perpendicular to the optical axis of a confocal optical system (to be described later) (an axis perpendicular to the paper surface of FIG. To reflect. The mirror 44 reflects the light reflected by the mirror 43 and passed through the first lens 42.

分散素子45は、ミラー44によって反射され第1レンズ42を通過した光を波長ごとに異なる方向へ分光する。ここでは、分散素子45として例えば反射型回折格子を用いているので、分散素子45は、入射光を波長ごとに異なる方向へ反射する。スリット46は、分散素子45によって反射され第1レンズ42を通過した光のうち単一波長の光のみを通過させる。PD47は、スリット46を通過した光を受光して電気信号に変換する。   The dispersive element 45 separates the light reflected by the mirror 44 and passed through the first lens 42 in different directions for each wavelength. Here, for example, a reflective diffraction grating is used as the dispersive element 45, so the dispersive element 45 reflects incident light in different directions for each wavelength. The slit 46 transmits only light having a single wavelength out of the light reflected by the dispersion element 45 and passing through the first lens 42. The PD 47 receives the light that has passed through the slit 46 and converts it into an electrical signal.

本実施の形態では、第1レンズ42とミラー44とは、第1焦平面(ミラー43の反射面f42)を通過した光を第2焦平面(分散素子45の分散面)に集光する共焦点光学系を構成している。そして、ミラー43に入射する光と出射する光とを共焦点光学系の光軸48に対して角度オフセットすることで、ファイバ41から第1レンズ42に向かう光と第1レンズ42からミラー44に向かう光とを平行にオフセットさせている。また、分散素子45に入射する光と出射する光とを共焦点光学系の光軸48に対して角度オフセットすることで、ミラー44から第1レンズ42に向かう光と第1レンズ42からスリット46に向かう光とを平行にオフセットさせている。これら2つの角度オフセットは、方向が直交していてもよい。   In the present embodiment, the first lens 42 and the mirror 44 are configured to condense light that has passed through the first focal plane (the reflection surface f42 of the mirror 43) onto the second focal plane (the dispersion surface of the dispersion element 45). A focusing optical system is configured. Then, the light that enters the mirror 43 and the light that exits are angularly offset with respect to the optical axis 48 of the confocal optical system, so that the light traveling from the fiber 41 to the first lens 42 and the first lens 42 to the mirror 44 are offset. The incoming light is offset in parallel. Further, the light entering the dispersion element 45 and the outgoing light are angularly offset with respect to the optical axis 48 of the confocal optical system, so that the light traveling from the mirror 44 toward the first lens 42 and the slit 46 from the first lens 42 are obtained. The light heading toward is offset in parallel. These two angular offsets may be orthogonal in direction.

ファイバ41とミラー44とスリット46とPD47とは、第1レンズ42の一方の焦点面上に配置され、分散素子45とミラー43とは、第1レンズ42のもう一方の焦点面上に配置される。   The fiber 41, the mirror 44, the slit 46, and the PD 47 are disposed on one focal plane of the first lens 42, and the dispersion element 45 and the mirror 43 are disposed on the other focal plane of the first lens 42. The

本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、偏向素子であるミラー43を図示しない駆動機構によって回動させることで、光の光軸方向を変化させることができ、分散素子45へ入射する光の角度を変化させることができるので、スリット46を通過する光の波長を変化させることができる。本実施の形態の特徴は、第1の実施の形態と比べて、レンズ数を減らしている点にある。その結果、本実施の形態では、分光器を更に小型化することができる。本実施の形態では、共焦点光学系をレンズ42とミラー44で構成したが、レンズ42の代わりに曲面ミラーを用いてもよい。   In the present embodiment, as in the first embodiment, the optical axis direction of the light can be changed by rotating the mirror 43 that is a deflection element by a drive mechanism (not shown), and the dispersion element 45 can be changed. Since the angle of the incident light can be changed, the wavelength of the light passing through the slit 46 can be changed. The feature of this embodiment is that the number of lenses is reduced as compared to the first embodiment. As a result, in this embodiment, the spectrometer can be further downsized. In this embodiment, the confocal optical system is configured by the lens 42 and the mirror 44, but a curved mirror may be used instead of the lens 42.

[第9の実施の形態]
次に、本発明の第9の実施の形態について説明する。図9(A)、図9(B)は本発明の第9の実施の形態に係る分光器の構成を示すブロック図であり、図9(A)は分光器を上から見た図、図9(B)は分光器を横から見た図である。本実施の形態の分光器は、ファイバ51と、第1レンズ52と、偏向素子となる回動可能なミラー53と、ミラー54と、反射型回折格子などの分散素子55と、スリット56と、PD57とから構成されている。本実施の形態では、第8の実施の形態に対してミラー53と分散素子55の位置が入れ替わっている。
[Ninth Embodiment]
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. 9A and 9B are block diagrams showing the configuration of a spectrometer according to the ninth embodiment of the present invention, and FIG. 9A is a diagram of the spectrometer viewed from above, FIG. 9B is a diagram of the spectroscope as viewed from the side. The spectroscope of the present embodiment includes a fiber 51, a first lens 52, a rotatable mirror 53 serving as a deflecting element, a mirror 54, a dispersion element 55 such as a reflective diffraction grating, a slit 56, It is comprised from PD57. In the present embodiment, the positions of the mirror 53 and the dispersion element 55 are interchanged with respect to the eighth embodiment.

本実施の形態では、第1レンズ52とミラー54とは、第1焦平面(ミラー53の反射面)を通過した光を第2焦平面(分散素子55の分散面)に集光する共焦点光学系を構成している。
第1レンズ52は、一方の焦点が、ミラー54の反射面と共焦点光学系の光軸58との交点f51と一致し、他方の焦点が、第1、第2焦平面を含む平面と共焦点光学系の光軸58との交点f52と一致するように配置されている。
In the present embodiment, the first lens 52 and the mirror 54 confocalize the light that has passed through the first focal plane (the reflective surface of the mirror 53) onto the second focal plane (the dispersion surface of the dispersion element 55). An optical system is configured.
The first lens 52 has one focal point that coincides with the intersection f51 between the reflecting surface of the mirror 54 and the optical axis 58 of the confocal optical system, and the other focal point is in common with a plane including the first and second focal planes. They are arranged so as to coincide with the intersection f52 with the optical axis 58 of the focus optical system.

ファイバ51から出射して第1レンズ52を通過した光は、ミラー53に入射する。後述する共焦点光学系の光軸に対して垂直な軸(図9(A)の紙面に垂直な軸)を回動軸60として回動可能なミラー53は、第1レンズ52を通過した光を反射する。ミラー54は、ミラー53によって反射され第1レンズ52を通過した光を反射する。   The light emitted from the fiber 51 and passing through the first lens 52 enters the mirror 53. The mirror 53 that can rotate about an axis perpendicular to the optical axis of a confocal optical system (to be described later) (axis perpendicular to the paper surface of FIG. 9A) as the rotation axis 60 is light that has passed through the first lens 52. To reflect. The mirror 54 reflects the light reflected by the mirror 53 and passed through the first lens 52.

分散素子55は、ミラー54によって反射され第1レンズ52を通過した光を波長ごとに異なる方向へ分光する。ここでは、分散素子55として例えば反射型回折格子を用いているので、分散素子55は、入射光を波長ごとに異なる方向へ反射する。スリット56は、分散素子55によって反射され第1レンズ52を通過した光のうち単一波長の光のみを通過させる。PD57は、スリット56を通過した光を受光して電気信号に変換する。   The dispersive element 55 disperses the light reflected by the mirror 54 and passed through the first lens 52 in different directions for each wavelength. Here, for example, a reflective diffraction grating is used as the dispersive element 55, so that the dispersive element 55 reflects incident light in different directions for each wavelength. The slit 56 passes only light having a single wavelength among the light reflected by the dispersion element 55 and passed through the first lens 52. The PD 57 receives the light that has passed through the slit 56 and converts it into an electrical signal.

本実施の形態では、ミラー53に入射する光と出射する光とを角度オフセットさせることで、ファイバ51から第1レンズ52に向かう光と第1レンズ52からミラー54に向かう光とを平行にオフセットさせている。ミラー53の中心が共焦点光学系の光軸58からずれていても、ファイバ51から第1レンズ52に向かう光と第1レンズ52からミラー54に向かう光とが、光軸58に対して非平行になるだけである。また、分散素子55に入射する光と出射する光とを角度オフセットすることで、ミラー54から第1レンズ52に向かう光と第1レンズ52からスリット56に向かう光とを平行にオフセットさせている。分散素子55の中心が共焦点光学系の光軸58からずれていても、ミラー54から第1レンズ52に向かう光と、第1レンズ52からスリット56に向かう光とが、光軸58に対して非平行になるだけである。   In the present embodiment, the light that enters the mirror 53 and the light that exits are angularly offset so that the light traveling from the fiber 51 toward the first lens 52 and the light traveling from the first lens 52 toward the mirror 54 are offset in parallel. I am letting. Even if the center of the mirror 53 is deviated from the optical axis 58 of the confocal optical system, the light traveling from the fiber 51 toward the first lens 52 and the light traveling from the first lens 52 toward the mirror 54 are not relative to the optical axis 58. It just becomes parallel. Further, the light entering the dispersive element 55 and the outgoing light are angularly offset, so that the light traveling from the mirror 54 toward the first lens 52 and the light traveling from the first lens 52 toward the slit 56 are offset in parallel. . Even if the center of the dispersive element 55 is shifted from the optical axis 58 of the confocal optical system, the light traveling from the mirror 54 toward the first lens 52 and the light traveling from the first lens 52 toward the slit 56 are It just becomes non-parallel.

本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、偏向素子であるミラー53を図示しない駆動機構によって回動させることで、光の光軸方向を変化させることができ、分散素子55へ入射する光の角度を変化させることができるので、スリット56を通過する光の波長を変化させることができる。本実施の形態によれば、第8の実施の形態と同様の効果を得ることができる。本実施の形態では、共焦点光学系をレンズ52とミラー54で構成したが、レンズ52の代わりに曲面ミラーを用いてもよい。   In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the optical axis direction of the light can be changed by rotating the mirror 53 that is a deflection element by a drive mechanism (not shown), and the dispersion element 55 can be changed. Since the angle of the incident light can be changed, the wavelength of the light passing through the slit 56 can be changed. According to the present embodiment, the same effect as in the eighth embodiment can be obtained. In the present embodiment, the confocal optical system is configured by the lens 52 and the mirror 54, but a curved mirror may be used instead of the lens 52.

本発明は、光を分光する技術に適用することができる。   The present invention can be applied to a technique for splitting light.

11,21,31,41,51,121…ファイバ、12,14,14a,14b,15,15a,15b,17,22,24,25,32,34,36,42,52,223,225…レンズ、13,23,33,43,44,53,54,123,222…ミラー、16…透過型回折格子、18,27,37,46,56,128…スリット、19,28,38,47,57,129,227…フォトダイオード、26,35,45,55,226…分散素子、122,124,125,127…曲面ミラー、126…イマージョングレーティング、221…ファイバコリメータ、224…スリット付きミラー。   11, 21, 31, 41, 51, 121 ... fiber, 12, 14, 14a, 14b, 15, 15a, 15b, 17, 22, 24, 25, 32, 34, 36, 42, 52, 223, 225 ... Lens, 13, 23, 33, 43, 44, 53, 54, 123, 222 ... mirror, 16 ... transmission diffraction grating, 18, 27, 37, 46, 56, 128 ... slit, 19, 28, 38, 47 , 57, 129, 227 ... photodiodes, 26, 35, 45, 55, 226 ... dispersion elements, 122, 124, 125, 127 ... curved mirrors, 126 ... immersion gratings, 221 ... fiber collimators, 224 ... mirrors with slits.

Claims (8)

入射光を波長ごとに異なる方向へ分光する分光光学系を有し、
前記分光光学系は、
第1焦平面に配置され、この第1焦平面に入射した光の出射方向を変化させることが可能な偏向素子と、
この偏向素子から出射した光を第2焦平面に集光する共焦点光学系と、
前記第2焦平面に配置され、前記共焦点光学系を通過した光を波長ごとに異なる方向へ分光する分散素子と、
この分散素子によって分光された光のうち一部の波長の光のみを通過させるスリットとを備えることを特徴とする分光器。
Has a spectroscopic system that splits incident light in different directions for each wavelength,
The spectroscopic optical system is
A deflection element disposed on the first focal plane and capable of changing the exit direction of the light incident on the first focal plane;
A confocal optical system for condensing the light emitted from the deflecting element on the second focal plane;
A dispersive element that is disposed on the second focal plane and separates light that has passed through the confocal optical system in different directions for each wavelength;
A spectroscope comprising: a slit that allows passage of only light having a part of the wavelength of light dispersed by the dispersive element.
請求項1記載の分光器において、
前記分光光学系は、さらに、前記分散素子と前記スリットとの間に、前側焦点が前記分散素子の分散面と一致し、後側焦点が前記スリットの中心と一致するように配置された第1のレンズもしくは第1の曲面ミラーを備え、
前記共焦点光学系は、少なくとも第2、第3の2つのレンズもしくは第2、第3の2つの曲面ミラーで構成されることを特徴とする分光器。
The spectrometer of claim 1, wherein
The spectroscopic optical system is further arranged between the dispersive element and the slit such that a front focal point coincides with a dispersive surface of the dispersive element and a rear focal point coincides with the center of the slit. Lens or first curved mirror,
The confocal optical system is constituted by at least a second and a third lens or a second and a third curved mirror.
請求項1記載の分光器において、
前記分散素子は、反射型回折格子であり、
前記共焦点光学系は、少なくとも第1、第2の2つのレンズもしくは第1、第2の2つの曲面ミラーで構成され、
前記スリットは、前記第1、第2のレンズの間もしくは第1、第2の曲面ミラーの間にある、これら2つのレンズもしくは2つの曲面ミラーの焦点面上に配置され、
前記偏向素子から前記第1のレンズもしくは第1の曲面ミラーに入射する光と、前記第2のレンズもしくは第2の曲面ミラーから前記分散素子に入射する光の各々は、前記共焦点光学系の光軸に対して位置または角度がオフセットされていることを特徴とする分光器。
The spectrometer of claim 1, wherein
The dispersive element is a reflective diffraction grating,
The confocal optical system is composed of at least first and second two lenses or first and second curved mirrors,
The slit is disposed on the focal plane of these two lenses or two curved mirrors, which is between the first and second lenses or between the first and second curved mirrors,
Each of the light incident on the first lens or the first curved mirror from the deflection element and the light incident on the dispersion element from the second lens or the second curved mirror are each of the confocal optical system. A spectroscope characterized in that its position or angle is offset with respect to the optical axis.
請求項3記載の分光器において、
前記スリットは、ミラーの中の一部の領域に設けられ、
前記偏向素子からの光は、前記ミラーによって反射されて前記分散素子に入射し、
前記分散素子によって分光された光のうち一部の波長の光のみが前記スリットを通過することを特徴とする分光器。
The spectrometer according to claim 3, wherein
The slit is provided in a partial region in the mirror,
The light from the deflection element is reflected by the mirror and enters the dispersion element,
A spectroscope characterized in that only light having a part of the wavelength of light dispersed by the dispersive element passes through the slit.
請求項1記載の分光器において、
前記分光光学系は、さらに、前記分散素子と前記スリットとの間に、前側焦点が前記分散素子の分散面と一致し、後側焦点が前記スリットの中心と一致するように配置された第1のレンズもしくは第1の曲面ミラーを備え、
前記共焦点光学系は、少なくとも第2、第3の2つのレンズもしくは第2、第3の2つの曲面ミラーで構成され、
前記偏向素子に入射する光は、前記第2、第3のレンズもしくは第2、第3の曲面ミラーの間にある、これら2つのレンズもしくは2つの曲面ミラーの焦点面上に光出射端が配置されたファイバから出射し、
前記第2のレンズもしくは第2の曲面ミラーから前記偏向素子に入射する光は、前記共焦点光学系の光軸に対して位置または角度がオフセットされていることを特徴とする分光器。
The spectrometer of claim 1, wherein
The spectroscopic optical system is further arranged between the dispersive element and the slit such that a front focal point coincides with a dispersive surface of the dispersive element and a rear focal point coincides with the center of the slit. Lens or first curved mirror,
The confocal optical system is composed of at least second and third two lenses or second and third curved mirrors,
The light incident on the deflecting element is located between the second and third lenses or the second and third curved mirrors, and the light exit end is disposed on the focal plane of these two lenses or two curved mirrors. Emitted from the fiber,
The spectroscope characterized in that the position or angle of light incident on the deflection element from the second lens or second curved mirror is offset with respect to the optical axis of the confocal optical system.
請求項1記載の分光器において、
前記共焦点光学系は、1つのレンズもしくは曲面ミラーと、前記偏向素子によって反射され前記レンズもしくは曲面ミラーを通過した光を、前記レンズもしくは曲面ミラーの方向に反射して前記分散素子に入射させるミラーとから構成され、
前記分散素子は、反射型回折格子であり、
前記偏向素子と前記分散素子とは、前記レンズもしくは曲面ミラーの一方の焦点面上に配置され、
前記ミラーと前記スリットとは、前記レンズもしくは曲面ミラーの他方の焦点面上に配置され、
前記レンズもしくは曲面ミラーを通過して前記偏向素子に入射する光は、前記レンズもしくは曲面ミラーの他方の焦点面上に光出射端が配置されたファイバから出射することを特徴とする分光器。
The spectrometer of claim 1, wherein
The confocal optical system includes a single lens or curved mirror, and a mirror that reflects the light reflected by the deflection element and passed through the lens or curved mirror in the direction of the lens or curved mirror and enters the dispersion element And consists of
The dispersive element is a reflective diffraction grating,
The deflection element and the dispersion element are arranged on one focal plane of the lens or the curved mirror,
The mirror and the slit are disposed on the other focal plane of the lens or curved mirror,
The spectroscope characterized in that light that passes through the lens or curved mirror and enters the deflection element is emitted from a fiber having a light exit end disposed on the other focal plane of the lens or curved mirror.
請求項2記載の分光器において、
前記共焦点光学系を構成する2つのレンズもしくは2つの曲面ミラーのうち、前記偏向素子に近い側の第2のレンズもしくは第2の曲面ミラーの焦点距離よりも前記分散素子に近い側の第3のレンズもしくは第3の曲面ミラーの焦点距離は長く、
前記偏向素子は、MEMSミラーであることを特徴とする分光器。
The spectrometer according to claim 2, wherein
Of the two lenses or two curved mirrors constituting the confocal optical system, the third lens closer to the dispersive element than the focal length of the second lens or second curved mirror closer to the deflecting element. The focal length of this lens or the third curved mirror is long,
The spectroscope, wherein the deflecting element is a MEMS mirror.
請求項2記載の分光器において、
前記共焦点光学系を構成する2つのレンズもしくは2つの曲面ミラーのうち、前記偏向素子に近い側の第2のレンズもしくは第2の曲面ミラーの焦点距離よりも前記分散素子に近い側の第3のレンズもしくは第3の曲面ミラーの焦点距離は短く、
前記偏向素子は、液晶またはLCOSであることを特徴とする分光器。
The spectrometer according to claim 2, wherein
Of the two lenses or two curved mirrors constituting the confocal optical system, the third lens closer to the dispersive element than the focal length of the second lens or second curved mirror closer to the deflecting element. The focal length of this lens or the third curved mirror is short,
The spectroscope, wherein the deflecting element is a liquid crystal or LCOS.
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