JP2607185Y2 - 分光装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、回折格子により光の
波長スペクトルを測定する分光装置において、波長スペ
クトル分解能の向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３の従来の分光装置の構成図の一例
と、図２（ａ）、（ｂ）の図を参照して、各構成要素の
説明をする。

【０００３】全体の動作原理を説明すると。外部から光
ファイバケーブルにより入力された光は、光ファイバ１
１から入射する。次に、入射光線は、放物面鏡１２によ
り並行光線にされて次の回折格子１４に入射する。ここ
で、入射した並行光線は、図２（ａ）の回折格子に入射
するビーム形状のように、Ｘ方向、Ｙ方向とも同様なガ
ウシアン特性曲線のビーム形状になっている。この並行
光線は、回折格子１４により分光されて放物面鏡１６に
出力する。

【０００４】分光された光線は、放物面鏡１６によって
特定の波長成分のみが回折集光されて光検出器１８に出
力される。ここで、当該光検出器の前には、焦点位置に
スリット１７が設けてあり、当該スリット幅の波長のみ
をここで通過させている。そして当該スリットの後にあ
る光検出器１８により光の強さに応じた電気信号に変換
され測定に供される。

【０００５】上記説明の中で、当該回折格子の受光面に
は、スペクトル分解能を向上するために開口器１３が設
けてある。この開口器の形状は、鋸歯状の遮蔽スリット
であり、Ｙ軸方向の辺を鋸歯状にしたギザギザ形状にな
っている。この当該開口器を通過した後、光スリット１
７上に投影する光線のスポット形状は、図２（ｂ）のよ
うに変換される。

【０００６】ここで、図２（ｂ）のスポット形状は、単
一波長を入射して当該開口器を通過した後のスリット１
７上におけるスポット形状の例を示している。この形状
変換は、上記説明の当該開口器による効果である。この
結果、図２（ａ）よりもＸ軸方向のスポットの広がりが
著しく減っていることがわかる。これは、Ｘ方向のスポ
ット広がりが抑制されているスポット形状である為、ス
ペクトル分解能を向上させるようにしている。

【０００７】また、この当該回折格子は、この回折格子
を回動するための回転機構１５の上に設けてある。この
回転機構は、回折格子の中央のＹ軸上を軸として任意に
回動する構造になっている。そして、目的とする波長範
囲のスペクトルを測定しようとする時は、この当該回転
機構を制御して測定波長範囲に応じた所定回転角度の範
囲を回動させる。この結果、目的とする分光された光成
分が、光検出器１８に集光されて読み取り測定される。
つまり、この回転機構１５により任意の波長スペクトル
の測定が実現される。

【０００８】また、スペクトル分解能は、スリット１７
のスリット幅を変えることで実現している。この為、ス
リットの一片を可動にする機構を設けて、ステッピング
・モータにより高精度にスリット間隔を設定制御できる
機構をもっている。これによるスペクトル分解能は、例
えば０．１ｎｍから５．０ｎｍの可変幅の範囲を有して
いる。通常、ＬＥＤ等のスペクトル幅の広い光を測定す
るときは、スリットを広くして測定し、逆にレーザーダ
イオードではスリットを狭くして測定する。また両スリ
ット先端部の厚みは、光の通過の妨げにならにないよう
にするために、例えば２０ｕｍ厚程度に薄くしてある。

【０００９】本考案は、現状の分光装置の構造を大きく
変えることなく、光のスペクトル分解能をさらに向上す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本考案の分光装置の構成では、回動する回析格子に
より、入射光線の波長掃引する方向をＸ軸方向とし、光
スペクトルを測定する分光装置において、Ｘ軸方向のビ
ームスポット形状を変換させる窓を光路中に設け、波長
掃引するＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸
方向の窓辺の遮蔽形状がＹ軸と平行でない鋸歯形状であ
り、窓内の部分の透過率が１、窓の外側部分の透過率が
０である開口器１３を具備し、光スペクトルの分解能を
設定するスリット部に、当該開口器がビームスポット形
状を変換する際に現れた、スリット１７の辺方向に回折
するビームスポットを遮蔽する縦スリット１９を具備し
て分光装置を実現している。すなわち、従来のスリット
位置に、Ｙ軸方向の光線を遮蔽する為の第２スリットと
して、縦スリット１９を設ける。また、Ｙ軸方向の辺を
鋸歯状形状の遮蔽を設けてビームスポット形状を変換さ
せる開口器１３を設ける。そして、開口器１３により変
換された光線のスポット形状の中で、図２（ｂ）のスポ
ット３２と３３の領域の光線を当該縦スリットにより遮
蔽する構造手段をとる。

【００１１】当該縦スリットの配置構造において、スリ
ット幅は、例えば０．１〜０．５ｍｍ程度で遮蔽削除し
たいビームスポット部分を効果的にできる幅に設定す
る。また、当該縦スリットの配置位置は、従来のスリッ
ト１７の前（又は後ろ）に隣接した配置構造とする。

【００１２】また、当該縦スリットは、焦点距離の位置
から少し外れた位置に設置する配置構造になる。これ
は、焦点位置には従来のスリット１７を配置しなければ
ならない為である。しかし、当該縦スリット幅がスポッ
ト形状に比べて十分広い為、遮光性能の低下影響は少な
い。

【００１３】

【作用】縦スリット１９は、開口器１３によりＹ軸上に
離散したスポット成分（図２（ｂ））で、従来では性能
低下要因となっていたスポット領域（３２、３３）を削
除する働きを持つ。これにより、従来より一層スペクト
ル分解能の向上する役割がある。すなわち、図２（ｄ）
のように縦スリット１９によりＹ軸上のスリット範囲が
３６の範囲に制限される。これによって図２（ｂ）の３
２、３３の領域が遮蔽されて３１の領域のみを通過させ
る働きがある。

【００１４】開口器１３は、入射したガウシアン特性曲
線のビーム形状（図２（ａ））を、Ｘ軸方向のビームス
ポットの広がりを効果的に制限するスポット形状（図２
（ｂ））に変換する作用がある。つまり、Ｘ軸上のビー
ム成分を抑制して、これを上下のＹ軸方向に移動させる
作用を有する。

【００１５】

【実施例】本考案の実施例について、図１の本考案の分
光装置の構成図の一例と、図２（ｃ）の従来スリット形
状の光線通過範囲と、図２（ｄ）の本考案スリット形状
の光線通過範囲と、図２（ｅ）の分光器出力スペクトル
例の図を参照して説明する。

【００１６】本考案での実施概要を述べる。スリット１
７の位置にＹ軸方向の光線を制限し削除する為の縦スリ
ット１９を設ける。これによって、当該縦スリットは、
図２（ｂ）スポット形状の中で、スポット３２、３３の
領域の光スポットを遮蔽削除する。この結果、光検出器
１８で電気信号に変換された光のスペクトル分解能特性
は、一層改善される。

【００１７】図２（ｂ）のスポット形状は、先にも説明
したように、単一波長を入射して当該開口器を通過した
後のスリット１７上におけるスポット形状の例を示して
いる。

【００１８】従来においては、図２（ｂ）の全部のビー
ム形状の光線をスリット１７を通過させた後光検出器１
８にて電気信号に変換していた。しかし図２（ｂ）のビ
ームスポットの図を見ると、光スポット３２、３３の領
域を削除できればスペクトル分解能が更に良くなること
がわかる。そこで、本考案では、この、Ｙ軸上から離散
している３２、３３領域の光スポットを削除する為の縦
スリット１９を新たに設けることにした。

【００１９】つまり、従来スリットでは、図２（ｃ）の
Ｙ軸上のスリット範囲３５のようにＹ軸上の全部の光を
通過させていた。この為中心波長よりわずかにずれたΔ
λの位置でも光のスポットが検出される。つまり図２
（ｂ）の３２、３３領域の光スポットが、Δλ点でもス
リット１７を通過する。この為に当該光検出器で検出出
力されていた。

【００２０】これに対して、本考案では、図２（ｄ）の
ように縦スリット１９によりＹ軸上のスリット範囲が３
６のように制限した。これは、図２（ｂ）の３２、３３
の領域が削除されて、３１のみの領域の光線を通過させ
ることである。つまり、Δλ点では３２、３３の光スポ
ットが遮蔽された為、当該光検出器では検出されなくな
る。この結果、図２（ｅ）のスペクトル波形のように両
サイドの減衰量が著しく改善される。

【００２１】例えば、従来はスペクトル波形４１であっ
たものが、本考案によりスペクトル波形４２になった。
この改善量は、約５ｄｂ以上の改善である。これは、中
心波長での出力レベルは、当該縦スリットで遮蔽される
スポット部分がないので同じ光出力レベルである。しか
し、中心波長から外れた位置での光出力レベルは、３２
と３３の領域の光スポットが削除された光出力のみとな
る。この結果、中心波長の両サイドの隣接スペクトル波
形が、５ｄｂ以上の減衰が実現されている。

【００２２】上記の効果は、回折格子に開口器１３を設
けてスポット形状を図２（ｂ）のように変換し、かつ当
該縦スリットを設けることの２つの連携作用により、始
めてこのような性能改善が実現可能となった。

【００２３】ここで、この当該縦スリットの配置構造に
ついて説明すると。スリット幅は、例えば０．１〜０．
５ｍｍ程度にする。また、焦点距離の位置から少し外れ
た位置に設置しても焦点ぼけによる遮光性能の低下影響
は少ないので、当該スリット１７の全面又は後面に隣接
して設置できる。この為、当該縦スリットは、新たな光
学レンズを追加することなく容易に設けることができ
る。

【００２４】図１の例では、分光装置を小型化するため
に、放物面鏡を用いて光線を反射させたり、また、縦ス
リット１９を従来スリット１７に隣接して設置した構成
にしているが、以下に示す構成手段でも上記説明と同様
の機能及び効果が得られる。

【００２５】第一の例は、図４（ａ）のレンズで構成し
た分光装置例に示すように、放物面鏡の代わりにレンズ
を用いて分光装置を構成しても良いことは明らかであ
る。すなわち、放物面鏡１２を用いる代わりにレンズ１
２ａを用いて入射光線を並行光線に変換しても良い。ま
た放物面鏡１６の代わりにレンズ１６ａを用いて分光し
た並行光線を集光させて焦点を結ぶようにしても良い。

【００２６】第二の例は、縦スリット１９を従来スリッ
ト１７に隣接して設けていたが、図４（ｂ）のレンズを
追加して焦点位置に縦スリットを設けた例に示すように
して構成しても良い。つまり、スリット１７後に新たな
レンズ２１を設けて焦点を結ばせる。そして、その焦点
位置に縦スリット１９を設ける。その後に光検出器を置
く配置構造にする。

【００２７】第三の例は、図４（ｃ）の光検出器に縦ス
リットを密着配置した例に示すように、縦スリット１９
を光検出器自体に密着させて構成する。これは縦スリッ
トの材料として板を使う必要がなくなり、光検出器の検
出面に、例えば遮光フィルムや遮光テープを接着した
り、遮光塗料を塗布することで縦スリットの役割を実現
できる。これが利用できる条件は、光検出器１８の位置
がスリット１７に近く焦点距離からのずれが大きくない
場合は、このように構成しても良い。また図４（ｂ）の
場合でも光検出器と縦スリットを密着配置させて良いこ
とは明らかである。

【００２８】

【考案の効果】本考案は、以上説明したように構成され
ているので、下記に記載されるような効果を奏する。第
２のスリットとして設けた縦スリット１９によって、ス
リット上のスポット形状のうちでＹ軸上の上下に離散し
ているビームスポット領域３２、３３の光スポットが、
遮蔽され除去される。この結果、スリットを通過して光
検出器で電気信号に変換されるスペクトルの分解能が、
一層改善される。

【００２９】中心波長での出力レベルは、当該縦スリッ
トで遮蔽されないので低下しない。一方、中心波長から
外れた位置での光出力レベルは、３２と３３の領域の光
スポットが削除された３１の領域の光出力のみとなる。
この結果、中心波長の両サイドの隣接スペクトル波形
は、５ｄｂ以上の減衰効果が得られる。

【００３０】回折格子に開口器１３を設けてスポット形
状を図２（ｂ）のように変換し、かつ当該縦スリットを
設けることの２つの連携作用により、上記の性能改善効
果が実現される利点が得られる。

【００３１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の分光装置の構成図の一例である。

【図２】回折格子に入射するビーム形状（ａ）と、スリ
ット上のスポット形状（ｂ）と、従来スリット形状の光
線通過範囲（ｃ）と、本考案スリット形状の光線通過範
囲（ｄ）と、分光器出力スペクトル例（ｆ）の図であ
る。

【図３】従来の分光装置の構成図の一例である。

【図４】レンズで構成した分光装置の例（ａ）と、レン
ズを追加して焦点位置に縦スリットを設けた例（ｂ）
と、光検出器に縦スリットを密着配置した例（ｃ）の図
である。

【符号の説明】

１１ 光ファイバ １２、１６ 放物面鏡 １３ 開口器 １４ 回折格子 １５ 回転機構 １７ スリット １８ 光検出器 １９ 縦スリット

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 回動する回析格子により、入射光線の
   波長掃引する方向をＸ軸方向とし、光スペクトルを測定
   する分光装置において、Ｘ軸方向のビームスポット形状を変換させる窓を光路中
   に設け、波長掃引するＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方
   向とし、 Ｙ軸方向の窓辺の遮蔽形状がＹ軸と平行でない
   鋸歯形状であり、窓内の部分の透過率が１、窓の外側部
   分の透過率が０である開口器（１３）と、 光スペクトルの分解能を設定するスリット部に、当該開
   口器がビームスポット形状を変換する際に現れた、スリ
   ット（１７）の辺方向に回折するビームスポットを遮蔽
   する縦スリット（１９）と、 以上を具備していることを特徴とした分光装置。