JP4556620B2 - Spectrometer - Google Patents
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Description
本発明は、反射型の複数の回折格子と、複数の該回折格子を一体的に回転させて、複数の該回折格子のいずれかを分光可能位置に位置させる回転機構と、を備えている分光装置に関する。 The present invention provides a spectroscopic device comprising: a plurality of reflective diffraction gratings; and a rotation mechanism that integrally rotates the plurality of diffraction gratings to position any one of the plurality of diffraction gratings at a spectroscopic position. Relates to the device.
従来の分光装置としては、例えば、図10に示すものがある。 An example of a conventional spectroscopic device is shown in FIG.
この分光装置は、反射型の2枚の回折格子11a,11bと、2枚の回折格子11a,11bを一体的に回転させる回転機構12と、外部からの光をコリメートするコリメートミラー15と、2枚の回折格子11a,11bのいずれかからの光を集光する集光ミラー16と、を備えている。
The spectroscopic device includes two reflection
回折格子は、一般的に、ある波長域の光に関する回折効率と、他の波長域の光に対する回折効率とが異なっている。そこで、広い波長域に渡って高い回折効率で分光するために、例えば、短波長域で回折効率が高い回折格子11aと、長波長域で回折効率が高い回折格子11bとを設けると供に、各回折格子11a,11bの回折面後方に回転軸を設けて、各回折格子11a,11bを切替えて使用できるようにしている。このような分光装置では、回折された光のうち所望の波長域を取り出すために、回転軸を基準とした回折格子の角度を調整し、所望の波長光がスリットから射出するようにしている。 In general, a diffraction grating differs in diffraction efficiency for light in a certain wavelength range and diffraction efficiency for light in other wavelength ranges. Therefore, in order to perform spectroscopy with a high diffraction efficiency over a wide wavelength range, for example, by providing a diffraction grating 11a having a high diffraction efficiency in a short wavelength range and a diffraction grating 11b having a high diffraction efficiency in a long wavelength range, A rotation axis is provided behind the diffraction surface of each diffraction grating 11a, 11b so that each diffraction grating 11a, 11b can be switched and used. In such a spectroscopic device, in order to extract a desired wavelength range from the diffracted light, the angle of the diffraction grating with reference to the rotation axis is adjusted so that the desired wavelength light is emitted from the slit.
なお、この分光装置と同種の分光装置としては、例えば、以下の特許文献1に記載されているもののように、2枚の反射型回折格子の裏面相互を接着しているものもある。
In addition, as a spectroscopic device of the same type as this spectroscopic device, for example, there is a device in which the back surfaces of two reflective diffraction gratings are bonded to each other as described in
しかしながら、図10に示す分光装置では、回転軸が回折格子の回折面上にないため、回折格子を回転すると、回折格子へ入射する光の入射角だけでなく、回折格子面の位置も変動し、この分光装置からの光を受ける面での入射位置及び入射角度が変わってしまうという問題点がある。このように、分光装置からの光を受ける面での入射位置及び入射角度が変わってしまうと、この分光装置からの光で、所望の場所をケラー照明しようとすると、使用回折格子が変わると照明位置が動いてしまう等の不都合が生じる。 However, in the spectroscopic apparatus shown in FIG. 10, since the rotation axis is not on the diffraction surface of the diffraction grating, when the diffraction grating is rotated, not only the incident angle of light incident on the diffraction grating but also the position of the diffraction grating surface changes. There is a problem that the incident position and the incident angle on the surface that receives light from the spectroscopic device change. As described above, if the incident position and the incident angle on the surface that receives light from the spectroscopic device change, the illumination from the spectroscopic device changes when the used diffraction grating changes when trying to Keller illuminate a desired location. Inconveniences such as position movement occur.
また、特許文献1に記載の分光装置では、回折格子の搭載数量が2枚に限られ、3枚以上の回折格子を用いることができないという問題点もある。
In addition, the spectroscopic device described in
本発明は、このような従来技術の問題点に着目してなされたもので、分光装置からの光を受ける面での光の入射位置や入射角度の変化をなくす、または最小限に抑えることができる上に、3枚以上の回折格子を搭載することができる分光装置を提供する。 The present invention has been made paying attention to such problems of the prior art, and can eliminate or minimize changes in the incident position and angle of light on the surface that receives light from the spectroscopic device. A spectroscopic device capable of mounting three or more diffraction gratings is also provided.
前記問題点を解決するための請求項1に係る発明の分光装置は、
反射型の複数の回折格子と、複数の該回折格子を一体的に回転させて、複数の該回折格子のいずれかをそれぞれの分光可能位置に位置させる回転機構と、該分光可能位置に位置している該回折格子からの光を集光する集光光学系と、を備えている分光装置において、
前記分光可能位置に位置している一の回折格子からの光束に対して、前記回転機構の駆動により分光可能位置に位置した他の回折格子からの光束のシフト量が無くなるよう、及び/又は該他の回折格子からの光束の向きが同じになるよう、前記集光光学系からの光の光路を変更する光路変更手段を備えていることを特徴とする。
The spectroscopic device of the invention according to
A plurality of reflection-type diffraction gratings, a rotation mechanism that rotates the plurality of diffraction gratings integrally, and positions one of the plurality of diffraction gratings at each spectroscopic position; and A light collecting optical system for collecting light from the diffraction grating, and a spectroscopic device comprising:
With respect to the light beam from one diffraction grating located at the spectroscopic position, there is no shift amount of the light flux from another diffraction grating located at the spectroscopic position by driving the rotation mechanism, and / or An optical path changing means for changing the optical path of the light from the condensing optical system is provided so that the directions of the light beams from other diffraction gratings are the same.
請求項2に係る発明の分光装置は、
請求項1に記載の分光装置において、
前記光路変更手段は、前記集光光学系による結像位置又は該結像位置近傍に配置されたミラーと、複数の前記回折格子の回転軸と平行な回転軸回りに該ミラーを回転させるミラー回転機構と、を有することを特徴とする。
The spectroscopic device of the invention according to
The spectroscopic device according to
The optical path changing means includes a mirror disposed at or near the imaging position by the condensing optical system, and a mirror rotation for rotating the mirror around a rotation axis parallel to a rotation axis of the plurality of diffraction gratings. And a mechanism.
請求項3に係る発明の分光装置は、
請求項2に記載の分光装置において、
前記ミラーは、前記集光光学系による結像位置に配置され、該ミラーの前記回折格子による分光方向の幅は、目的の波長幅内の光を反射できる幅であることを特徴とする。
The spectroscopic device of the invention according to claim 3 is:
The spectroscopic device according to
The mirror is disposed at an image forming position by the condensing optical system, and the width of the spectroscopic direction of the mirror by the diffraction grating is a width capable of reflecting light within a target wavelength width.
請求項4に係る発明の分光装置は、
請求項1に記載の分光装置において、
前記光路変更手段は、前記集光光学系で集光された光を再度集光する2次集光光学系と、該2次集光光学系による結像位置に配置されたミラーと、複数の前記回折格子の回転軸と平行な回転軸回りに該ミラーを回転させるミラー回転機構と、を有することを特徴とする。
The spectroscopic device of the invention according to claim 4 is:
The spectroscopic device according to
The optical path changing means includes a secondary condensing optical system that condenses the light collected by the condensing optical system, a mirror disposed at an image forming position by the secondary condensing optical system, A mirror rotation mechanism for rotating the mirror around a rotation axis parallel to the rotation axis of the diffraction grating.
請求項5に係る発明の分光装置は、
請求項2から4のいずれか一項に記載の分光装置において、
前記光路変更手段は、複数の前記回折格子の前記回転機構の駆動に連動して、前記ミラー回転機構を駆動させる制御手段を備えていることを特徴とする。
The spectroscopic device of the invention according to claim 5 is:
In the spectroscopic device according to any one of
The optical path changing means includes control means for driving the mirror rotating mechanism in conjunction with driving of the rotating mechanisms of a plurality of the diffraction gratings.
請求項6に係る発明の分光装置は、
請求項1に記載の分光装置において、
前記光路変更手段は、前記集光光学系からの光をコリメートするコリメート光学系と、入射面と出射面とが互いに平行で、該コリメート光学系でコリメートされた光が入射する透明平行平板と、を有することを特徴とする。
The spectroscopic device of the invention according to claim 6 is:
The spectroscopic device according to
The optical path changing means includes a collimating optical system for collimating light from the condensing optical system, a transparent parallel plate on which an incident surface and an output surface are parallel to each other, and light collimated by the collimating optical system is incident thereon, It is characterized by having.
請求項7に係る発明の分光装置は、
請求項1に記載の分光装置において、
前記光路変更手段は、前記集光光学系からの光が入射するプリズムを有することを特徴とする。
The spectroscopic device of the invention according to claim 7 is:
The spectroscopic device according to
The optical path changing means includes a prism on which light from the condensing optical system is incident.
本発明によれば、集光光学系からの光の光路を変更する光路変更手段を備えているので、簡易な構成でありながら、回転軸が回折面から外れた回折格子であっても、波長切替え時に分光装置からの光を受ける面での光の入射位置や入射角度の変化を無くす、又は最小限に抑えることができる。また、3枚以上の回折格子を搭載することもできる。 According to the present invention, since the optical path changing means for changing the optical path of the light from the condensing optical system is provided, the wavelength of the diffraction grating with the rotation axis deviating from the diffractive surface can be reduced even though the configuration is simple. It is possible to eliminate or minimize the change in the incident position and incident angle of light on the surface that receives light from the spectroscopic device at the time of switching. Three or more diffraction gratings can also be mounted.
以下、本発明に係る分光装置の各種実施形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, various embodiments of a spectroscopic device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、図1を用いて、本発明に係る第1の実施形態としての分光装置について説明する。 First, a spectroscopic device as a first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
本実施形態の分光装置は、分光装置本体10と、この分光装置本体10から出射された光の光路を変更する光路変更機構20と、を備えている。
The spectroscopic device of the present embodiment includes a
分光装置本体10は、反射型の2枚の回折格子11a,11bと、2枚の回折格子11a,11bを一体的に回転させる回転機構12と、外部からの光をコリメートするコリメートミラー15と、2枚の回折格子11a,11bのいずれかからの光を集光する集光ミラー16と、これらを覆うケーシング17と、を備えている。
The
2枚の回折格子11a,11bのうち、第1の回折格子11aは、例えば、長波長域の光に対して回折効率が良く、第2の回折格子11bは、例えば、短波長域の光に対して回折効率が良い。
Of the two
回転機構12は、各回折格子11a,11bの回折面の中間地点に設けられている回転軸13と、この回転軸13を中心として2枚の回折格子11a,11bを回転させる駆動源14とを有している。
The
ケーシング17には、外部からの光が入射する入射スリット18と、外部に光を出射する出射スリット19とが形成されている。コリメートミラー15は、この入射スリット18からの光を後述の分光可能位置に位置している回折格子の方向へ反射できる位置に配置され、集光ミラー16は、分光可能位置に位置している回折格子からの光を出射スリット19の方向へ反射できる位置に配置されている。
The
光路変更機構20は、出射スリット19の近傍に配置されている平面ミラー21と、これを回転させるミラー回転機構22と、このミラー回転機構22の動作を制御する制御器25と、を備えている。ミラー回転機構22は、回折格子回転機構12の回転軸13と平行な回転軸23と、この回転軸23を中心として平面ミラー21を回転させる駆動源24とを有している。制御器25は、このミラー回転機構22の駆動を制御すると供に、回折格子回転機構12の駆動も制御する。
The optical
次に、本実施形態の分光装置の動作について説明する。 Next, the operation of the spectroscopic device of this embodiment will be described.
まず、第1の回折格子11aを用いて、白色光Lから波長α1の光を分光する際の動作について説明する。 First, the operation at the time of splitting light of wavelength α1 from white light L using the first diffraction grating 11a will be described.
まず、制御器25に指示を与えて回転機構12を駆動させて、波長α1の光の分光可能位置に、第1の回折格子11aの角度を調整する。
First, the
この状態で、入射スリット18から白色光Lを入射させると、この白色光Lは、コリメートミラー15により、コリメートされた後、分光可能位置に位置している第1の回折格子11aで各波長域の光に分光される。第1の回折格子11aで分光された各波長域の光は、集光ミラー16で反射されて、出射スリット19に向い、この出射スリット19の近傍にスペクトル像を形成する。このスペクトル像のうち、波長α1の中心とする一定波長領域の光のみが出射スリット19から出射する。なお、前述の第1の回折格子11aに関する波長α1の分光可能位置とは、コリメートミラー15からの白色光Lを分光できる位置であって、分光の結果得られた各波長域の光のうち、波長α1を中心とする一定波長領域の光のみが出射スリット19から出射できる位置のことである。
In this state, when white light L is incident from the
出射スリット19から出射した波長α1を中心とする一定波長領域の光は、この出射スリット19の近傍に配置されている平面ミラー21に反射されて、目的の位置に向う。
The light in the constant wavelength region centered on the wavelength α1 emitted from the
次に、同じ回折格子11aを用いて、白色光Lから波長α2の光を分光する際の動作について説明する。 Next, an operation when the light having the wavelength α2 is split from the white light L using the same diffraction grating 11a will be described.
まず、制御器25に指示を与えて回転機構12を駆動させて、波長α2の光の分光可能位置に、第1の回折格子11aの角度を調整する。この回転機構12の駆動の際、この駆動に連動してミラー回転機構22も駆動するが、この駆動については後述する。
First, an instruction is given to the
以上の状態で、前述と同様、入射スリット18から白色光Lを入射させると、この白色光Lは、コリメートミラー15により、コリメートされる。そして、コリメートされた白色光Lは、第1の回折格子11aで各波長域の光に分光される。この第1の回折格子11aで分光された各波長域の光は、集光ミラー16で反射されて、出射スリット19に向い、この出射スリット19の近傍にスペクトル像を形成する。このスペクトル像のうち、波長α2の中心とする一定波長領域の光のみが出射スリット19から出射する。なお、前述の第1の回折格子11aに関する波長α2の分光可能位置とは、コリメートミラー15からの白色光Lを分光できる位置であって、分光の結果得られた各波長域の光のうち、波長α2を中心とする一定波長領域の光のみが出射スリット19から出射できる位置のことである。この第1の回折格子11aに関する波長α2の分光可能位置は、第1の回折格子11aに関する波長α1の分光可能位置とは異なっている。つまり、波長α1の光を分光するときの第1の回折格子11aと、波長α2の光を分光するときの第1の回折格子11aとは、回折面の位置及び角度が互いに異なっている。
In the above state, as described above, when the white light L is incident from the incident slit 18, the white light L is collimated by the
ところで、波長α1の光及び波長α2の光は、いずれも、出射スリット19から出射されるものの、波長α1を分光した第1の回折格子11aと、波長α2を分光した第1の回折格子11aとは、以上で述べたように、回折面の位置及び角度が異なっているため、波長α1の光束に対して、波長α2の光束は、第1の回折格子11aから出射スリップ19までの光路で所定量シフトしている上に、その向きも異なっている。
By the way, although the light of wavelength α1 and the light of wavelength α2 are both emitted from the exit slit 19, the
そこで、本実施形態では、前述したように、回折格子回転機構12の駆動の際に、ミラー回転機構22も駆動させて、平面ミラー21を所定角度回転させ、出射スリット19から出射した波長α1の光束に対して、同じく出射スリット19から出射する波長α2の光束の向きをほぼ一致させている。また、この例では、平面ミラー21を出射スリット19の近くに配置しているので、波長α1の光束に対する波長α2の光束のシフト量を小さくすることができる。これは、出射スリット19の位置、つまり、集光ミラー16による結像位置には、第1の回折格子11aからの波長α1の光及び波長α2の光が結像するので、この結像位置での波長α1の光束に対する波長α2の光束のシフト量がぼほ0で、この結像位置に平面ミラー21を近づければ、波長α1の光束に対する波長α2の光束のシフト量が小さいうちに、波長α2の光束の向きを波長α1の光束の向き合わせられるからである。
Therefore, in the present embodiment, as described above, when the diffraction
以上のように、本実施形態では、光路変更機構20により、当該分光装置からの出射される光を受ける面での、光の入射位置や入射角度を最小限に抑えることができる。なお、以上では、第1の回折格子11aの角度を変えて使用するときについて説明したが、第1の回折格子11aから第2の回折格子11bに切り替えた場合も、光路変更機構20で、出射スリット19からの光束の光路を変更することで、以上と同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
As described above, in this embodiment, the light
また、本実施形態では、集光ミラー16の後段に光路変更機構20を設けたので、その前段には、何ら問題なく、3以上の回折格子を設けることができる。
In the present embodiment, since the optical
次に、図2を用いて、第1の実施形態における分光装置の変形例について説明する。 Next, a modification of the spectroscopic device according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
本変形例は、光路変更機構20aの平面ミラー21aを集光ミラー16の結像位置に配置したものである。このため、第1の実施形態では、出射スリット19の位置が集光ミラー16の結像位置であるが、本変形例では、集光ミラー16の結像位置に平面ミラー21aを配置しているので、第1の実施形態の出射スリット19に相当する出射開口19aは、この出射スリット19よりも集光ミラー16の近くに位置し、しかも、その開口幅が大きい。このため、この出射開口19aは、スリットとして十分に機能しない。そこで、本変形例では、平面ミラー21aの幅を第1の実施形態よりも狭くして、この平面ミラー21aにスリット機能を持たせている。具体的には、この平面ミラー21aにおける回折格子の分光方向の幅は、目的の波長幅内の光を反射できる幅である。なお、回折格子の分光方向とは、回折面に平行な方向であって、回折格子の溝が伸びている方向に対して垂直な方向のことである。
In this modification, the
以上、本変形例では、波長α1の光束に対して波長α2の光束の向きを合わせる平面ミラー21aを、波長α1の光束に対する波長α2の光束のシフト量がぼほ0の結像位置に配置したので、波長α1の光束に対して波長α2の光束の向きを合わせることができると供に、波長α1の光束に対する波長α2の光束のシフト量を最小限に抑えることができる。
As described above, in this modification, the
次に、図3を用いて、本発明に係る第2の実施形態としての分光装置について説明する。 Next, a spectroscopic device as a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
本実施形態の分光装置は、第1の実施形態と同じ分光装置本体10と、この分光装置本体10から出射された光の光路を変更する光路変更機構20bと、を備えている。
The spectroscopic device of the present embodiment includes the same spectroscopic
光路変更機構20bは、分光装置本体10の集光ミラー16で結像された光を再度結像する集光レンズ26と、この集光レンズ26の結像位置に配置されている平面ミラー21と、これを回転させるミラー回転機構22と、このミラー回転機構22の動作を制御する制御器25と、を備えている。
The optical
光路変更機構20bの平面ミラー21は、集光レンズ26の結像位置、つまり、前述の変形例の平面ミラー21aと光学的に共役な位置、さらに言い換えると、波長α1の光束に対する波長α2の光束のシフト量がぼほ0の結像位置に配置されているので、前述の変形例と同様に、波長α1の光束に対して波長α2の光束の向きを合わせることができると供に、波長α1の光束に対する波長α2の光束のシフト量を最小限に抑えることができる。
The
なお、本実施形態では、前述の変形例と異なり、ケーシング17の出射用の開口19を、図6に示す従来の分光装置と同様に、出射スリットとして機能させているので、この従来の分光装置に、本実施形態の光路変更機構20bを追加することで、簡単に、本実施形態と同様の効果を得ることができる。つまり、従来の分光装置を改良する場合、本実施形態に示す構成を採用することで、簡単に、各波長α1,α2の光束の向き等を揃えることができる。
In this embodiment, unlike the above-described modification, the exit opening 19 of the
次に、図4及び図5を用いて、本発明に係る第3の実施形態としての分光装置について説明する。 Next, a spectroscopic device as a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態の分光装置は、図4に示すように、第1の実施形態と同じ分光装置本体10と、この分光装置本体10から出射された光の光路を変更する光路変更機構20cと、を備えている。
As shown in FIG. 4, the spectroscopic device of the present embodiment includes the same
光路変更機構20cは、分光装置本体10の集光ミラー16で結像された光をコリメートするコリメートレンズ28と、コリメートレンズ28でコリメートされた光が入射する透明平行平板29と、を備えている。
The optical
光路変更機構20cの透明平行平板29は、コリメートレンズ28でコリメートされた光が入射する入射面と、この入射面から入射した光が出射する出射面とは互いに平行である。この透明平行平板29の互いに平行な入射面及び出射面の法線は、コリメートレンズ28の光軸に対して傾いている。
In the transparent parallel
分光装置本体10の出射スリット19から出射された波長α1の光と、同じく出射スリット19から出射された波長α2の光は、コリメートレンズ28でコリメートされて、互いに平行な光束となる。互いに平行な波長α1,α2の光は、透明平行板29の入射面に入射し、出射面から出射する。このとき、これら波長α1,α2の光は、透明平行板29の入射面及び出射面を境にして屈折するものの、入射面に対する光の入射角度と、出射面に対する光の出射角度は同じであるため、入射光と出射光とは平行である。したがって、互いに平行な波長α1の光と波長α2の光とは、透明平行平板29から出射した後も、互いに平行である。このため、これら波長α1,α2の光とを同じ位置から出射させることができれば、波長α1,α2の光の向きを揃えつつ、波長α1の光に対する波長α2の光のシフト量を0にすることができる。すなわち、本実施形態では、平行平板に入射する光の波長に応じて、この平行平板に入射する光の屈折角が異なることを利用している。
The light of wavelength α1 emitted from the exit slit 19 of the
例えば、図5に示すように、入射面29iにおける波長α1の光の入射点O1と波長α2の光の入射点O2との間隔、つまり波長α1の光に対する波長α2の光のシフト量がδで、波長α1,α2の光の屈折角がそれぞれθ1,θ2で、波長α1の光と波長α2の光とが出射面29oの同じ位置O3から出射するときの透明平行平板29の厚さがdとすると、以下の(数1)で示される関係が成立する。
For example, as shown in FIG. 5, the distance between the incident point O1 of the light having the wavelength α1 and the incident point O2 of the light having the wavelength α2 on the incident surface 29i, that is, the shift amount of the light having the wavelength α2 with respect to the light having the wavelength α1 is δ. The thicknesses of the transparent
d=δ/(tanθ2−tanθ1) ・・・・・・・・・・(数1)
したがって、波長α1,α2の光の屈折角がそれぞれθ1,θ2の材料で透明平行平板29を形成するときに、波長α1の光に対する波長α2の光のシフト量がδの場合、(数1)で示される厚さdの透明平行平板29を形成すると、波長α1の光と波長α2の光とを同じ位置O3から出射させることができる。
d = δ / (tan θ2−tan θ1) (Equation 1)
Therefore, when the transparent parallel
また、透明平行平板29のコリメートレンズ28の光軸に対する傾きは、以下のように求める。一般的に、光が物体に入射したときの屈折率は、光の波長が短くなるほど大きくなり、逆に波長が長くなるほど小さくなることが知られている。この波長と屈折率との関係は完全に線形性を満たすものではないが、回折格子によって分光可能な所定の波長域に限れば、略線形であると見なせる。従って、透明平行平板29の入射面での所定の波長差によるシフト量が、それぞれの波長での屈折角の正接の差分と透明平行平板29の厚みdとの積になるように、透明平行平板29のコリメートレンズ28の光軸に対する傾ける。
Further, the inclination of the transparent
本実施形態では、このように、透明平行平板29の厚さを、波長α1の光に対する波長α2の光のシフト量を相殺できる厚さdに設定することで、波長α1,α2の光の向きを揃えつつ、波長α1の光に対する波長α2の光のシフト量を0にしている。
In the present embodiment, the thickness of the transparent
以上のように、本実施形態では、透明平行平板29により、任意の波長α1,α2の光の向きを揃えつつ、波長α1の光に対する波長α2の光のシフト量を0にすることができるので、駆動機構やその制御機構が不要で、構造が簡単になり、製造コストを抑えることができる。
As described above, in the present embodiment, the amount of shift of the light with the wavelength α2 with respect to the light with the wavelength α1 can be made zero while aligning the direction of the light with the arbitrary wavelengths α1 and α2 by the transparent
次に、図6〜図9を用いて、本発明に係る第4の実施形態としての分光装置について説明する。 Next, a spectroscopic device as a fourth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態の分光装置は、図6に示すように、第1の実施形態と同じ分光装置本体10と、この分光装置本体10から出射された光の光路を変更する光路変更機構としてのプリズム20dと、を備えている。
As shown in FIG. 6, the spectroscopic device of this embodiment includes the same
本実施形態の回折格子付近(=図10に示す従来の回折格子付近)を拡大した図である。一般的に市販されている回折格子には幾つかのサイズがあるが、有効エリアが50mm角のものが比較的よく用いられるので、ここでは、50mm角の回折格子11を例にしている。この分光装置においては、分光装置の中心軸C(分光装置本体10を入射側と射出側に分割する線、入射スリット18と出射スリット19との中間の線)に対して、例えば、17°傾いた角度で回折格子11に光が入射し、回折光もこの中心軸Cに対して17°の角度で射出していくとする。このときの回折格子面の法線Nと分光装置の中心軸Cとの角度をθとし、出射スリットから出力される波長をλとすると、このθの値は以下の数2によって与えられる。
It is the figure which expanded the diffraction grating vicinity (= vicinity of the conventional diffraction grating shown in FIG. 10) of this embodiment. In general, there are several sizes of commercially available diffraction gratings, but those having an effective area of 50 mm square are relatively often used. Therefore, here, the
この数2より、回折格子の溝本数Nを一般的な1200本/mmとし、波長λを400nmとすると、θは14.8°となる。また、波長λを800nmとすると、θは30°となる。従って、400nmの波長光を出射スリット19から取り出す場合の回折格子の角度と、800nmの波長光を取り出す場合の回折面の角度には15.2°の角度差がある。
From this
本実施形態及び図10の従来技術のような二枚切替方式の場合、図8に示すように、二枚の回折格子の間に回折格子の切替えおよび波長選択のために回折格子の角度を調整する軸Aがある。本実施形態では、回折格子の大きさ(50mm角)を考慮して、回転軸Aから回折格子の回折面までの距離を16.7mmに設定した。なお、この図8中、N400は400nmの波長光を出射させるときの回折格子11の法線、N800は800nmの波長光を出射させるときの回折格子11の法線である。
In the case of the two-sheet switching method as in this embodiment and the prior art in FIG. 10, as shown in FIG. 8, the angle of the diffraction grating is adjusted for switching the diffraction grating and selecting the wavelength between the two diffraction gratings. There is an axis A. In this embodiment, considering the size (50 mm square) of the diffraction grating, the distance from the rotation axis A to the diffraction surface of the diffraction grating is set to 16.7 mm. In FIG. 8, N 400 is a normal line of the
出射スリットから400nmの波長光(同図において実線で示す)を出射させる場合と、出射スリットから800nmの波長光(同図において破線で示す)を出射させる場合とでは、回折面が15.2°回転し、この回折面から回転軸までの距離が16.7mmであるとから、400nmの波長光の主光線Gに対して、800nmの波長光の主光線Hは4.39mmシフトする。つまり、回折格子11の有効エリアの約1割だけ800nmの波長光の主光線Hがシフトする。
The diffraction surface is rotated by 15.2 ° when emitting 400 nm wavelength light from the exit slit (shown by the solid line in the figure) and when emitting 800 nm wavelength light from the exit slit (shown by the dashed line in the figure). Since the distance from the diffraction surface to the rotation axis is 16.7 mm, the chief ray H of the 800 nm wavelength light is shifted by 4.39 mm with respect to the chief ray G of the 400 nm wavelength light. That is, the chief ray H of the wavelength light of 800 nm is shifted by about 10% of the effective area of the
このとき、分光装置本体10から射出する光について考える。回折格子11を出た光は、集光ミラー16で集光されるので、回折格子11を射出する主光線のシフトは集光ミラーで反された後、この主光線の傾きになる。一般の分光装置のFナンバーは5程度のものが多く、本実施形態の分光装置本体のFナンバーも5とする。この場合、回折格子上でのシフト量は前述のように有効エリアの約1割なので、Fナンバーが5のときの光束の開き角11.4°の1割の角度である1.1°だけ出射主光線が傾くことになる。
At this time, the light emitted from the
ところで、本実施形態では、分光器本体10の出射スリット19の後に、プリズム20dが設けられている。このプリズム20dの頂角は約35°で、プリズム20dへは、出射スリット19から出射された光のうち、波長400nmの光が入射角を30°で入射するようになっている。
By the way, in this embodiment, the
仮に、図9(a)に示すように、400nmと800nmの波長光が同じ入射角(30°)で入射したときのプリズム射出後の400nmの主光線と800nmの主光線とのなす角を計算すると、約0.94°となる。なお、ここでは、プリズム20dのガラスにショット社のLAFN7を用い、波長光400nmの屈折率が1.789888で、波長光800nmの屈折率が1.734781である、として計算している。
As shown in FIG. 9 (a), the angle between the 400 nm chief ray and the 800 nm chief ray after the prism exits when 400 nm and 800 nm wavelength light is incident at the same incident angle (30 °) is calculated. Then, it becomes about 0.94 °. Here, calculation is performed assuming that LAFN7 manufactured by Schott is used for the glass of the
従って、このプリズム20dに0.94°の入射角度差を有して入射した波長400nmの光及び波長800nmの光は、このプリズムdから射出角度が揃って射出されることになる。そこで、図9(b)に示すように、分光装置本体10の出射スリット19から出射し、約30°の入射角でこのプリズム20dに入射した400nm波長光λ2と、この400nm波長光λ2の主光線に対して入射角差が約1.1°の800nm波長光λ1とは、射出角度が略揃った状態で(僅か0.16°の角度差で)、このプリズム20dを射出する。
Therefore, the light having a wavelength of 400 nm and the light having a wavelength of 800 nm incident on the
このように、本実施形態では、集光光学系で光軸の傾きに変換された、回折格子11を射出する光束の主光線のシフトを、集光光学系の後側に配置されたプリズム22dを用いて、補正することができるので、波長の違いによる入射位置および入射角度のずれを最小限に抑えることができる。また、本実施形態では、プリズム20dを出射スリット19の後側、すなわち集光ミラー19の結像位置の後側に配置したが、もちろん、結像位置の前側であってもよく、プリズム20dによってその射出角度を揃えることができれば、どの位置に配置してもよい。また、結像位置の前側であっても、後ろ側であっても、プリズムの分散特性に応じて、互いに異なる波長の光束同志のシフト量を最小限に抑えるよう、最適位置にプリズムを配置することが好ましい。
As described above, in this embodiment, the shift of the principal ray of the light beam emitted from the
以上のように、本実施形態によれば、集光光学系の後側にプリズムを配置するだけの非常に簡易な構成で、回転軸が回折格子面上にない分光装置でも、受光面での各波長光入射角度、入射位置、又は入射角度と入射位置を揃えることができる。 As described above, according to the present embodiment, even in a spectroscopic device in which the rotation axis is not on the diffraction grating surface with a very simple configuration in which a prism is arranged on the rear side of the condensing optical system, Each wavelength light incident angle, incident position, or incident angle and incident position can be aligned.
なお、以上の各実施形態及び変形例は、いずれも、2枚の回折格子11a,11bを備えているものであるが、第1の実施形態で説明したように、3以上の回折格子を搭載できることは言うまでもない。
Each of the above embodiments and modifications includes two
10:分光装置本体 11a,11b:回折格子
12:回転機構 15:コリメートミラー
16:集光ミラー
20,20a,20b,20c:光路変更機構
20d:プリズム
21,21a:平面ミラー 22,22a:ミラー回転機構
25:制御器 26:集光レンズ
28:コリメートレンズ 29:透明平行平板
10: Spectrometer
Claims (7)
前記分光可能位置に位置している一の回折格子からの光束に対して、前記回転機構の駆動により該分光可能位置に位置した他の回折格子からの光束のシフト量が無くなるよう、及び/又は該他の回折格子からの光束の向きが同じになるよう、前記集光光学系からの光の光路を変更する光路変更手段を備えている、
ことを特徴とする分光装置。 A plurality of reflection-type diffraction gratings, a rotation mechanism that rotates the plurality of diffraction gratings integrally, and positions one of the plurality of diffraction gratings at each spectroscopic position; and A condensing optical system that condenses the light from the diffraction grating,
With respect to the light beam from one diffraction grating located at the spectroscopic position, the shift amount of the light beam from another diffraction grating located at the spectroscopic position is eliminated by driving the rotation mechanism, and / or An optical path changing means for changing the optical path of the light from the condensing optical system so that the directions of the light beams from the other diffraction gratings are the same;
A spectroscopic device characterized by that.
前記光路変更手段は、前記集光光学系による結像位置又は該結像位置近傍に配置されたミラーと、複数の前記回折格子の回転軸と平行な回転軸回りに該ミラーを回転させるミラー回転機構と、を有する、
ことを特徴とする分光装置。 The spectroscopic device according to claim 1,
The optical path changing means includes a mirror disposed at or near the imaging position by the condensing optical system, and a mirror rotation for rotating the mirror around a rotation axis parallel to a rotation axis of the plurality of diffraction gratings. Having a mechanism,
A spectroscopic device characterized by that.
前記ミラーは、前記集光光学系による結像位置に配置され、該ミラーの前記回折格子による分光方向の幅は、目的の波長幅内の光を反射できる幅である、
ことを特徴とする分光装置。 The spectroscopic device according to claim 2,
The mirror is disposed at an image forming position by the condensing optical system, and the width of the spectroscopic direction of the mirror by the diffraction grating is a width capable of reflecting light within a target wavelength width.
A spectroscopic device characterized by that.
前記光路変更手段は、前記集光光学系で集光された光を再度集光する2次集光光学系と、該2次集光光学系による結像位置に配置されたミラーと、複数の前記回折格子の回転軸と平行な回転軸回りに該ミラーを回転させるミラー回転機構と、を有する、
ことを特徴とする分光装置。 The spectroscopic device according to claim 1,
The optical path changing means includes a secondary condensing optical system that condenses the light collected by the condensing optical system, a mirror disposed at an image forming position by the secondary condensing optical system, A mirror rotation mechanism for rotating the mirror around a rotation axis parallel to the rotation axis of the diffraction grating,
A spectroscopic device characterized by that.
前記光路変更手段は、複数の前記回折格子の前記回転機構の駆動に連動して、前記ミラー回転機構を駆動させる制御手段を備えている、
ことを特徴とする分光装置。 In the spectroscopic device according to any one of claims 2 to 4,
The optical path changing means includes control means for driving the mirror rotating mechanism in conjunction with driving of the rotating mechanisms of the plurality of diffraction gratings.
A spectroscopic device characterized by that.
前記光路変更手段は、前記集光光学系からの光をコリメートするコリメート光学系と、入射面と出射面とが互いに平行で、該コリメート光学系でコリメートされた光が入射する透明平行平板と、を有する、
ことを特徴とする分光装置。 The spectroscopic device according to claim 1,
The optical path changing means includes a collimating optical system for collimating light from the condensing optical system, a transparent parallel plate on which an incident surface and an output surface are parallel to each other, and light collimated by the collimating optical system is incident thereon, Having
A spectroscopic device characterized by that.
前記光路変更手段は、前記集光光学系からの光が入射するプリズムを有する、
ことを特徴とする分光装置。 The spectroscopic device according to claim 1,
The optical path changing means has a prism on which light from the condensing optical system is incident.
A spectroscopic device characterized by that.
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