JP4715215B2 - 広波長域小型分光器 - Google Patents

Description

本発明は試料からの反射光または試料の透過光等の測定対象となる光（測定光）の波長分布（測定光の波長スペクル）を測定することによって、試料の分析を行うための分光器に関する。

従来の前記種類の分光器では、スリット光を透過した測定光を、コリメート用のミラーまたはレンズ等のコリメータによりコリメート光（平行光）にして、回転可能に支持された回折格子に入射させている。前記コリメート光は、前記回折格子で回折される。前記回折格子で回折した回折光の回折角は回折光の波長により異なっている。したがって、前記回折格子が静止した状態で、ある波長の回折光の通路にレンズまたはミラー等の回折光集束部材を配置して、前記ある波長の回折光を所定の集束位置に集束させると、回折格子が静止した状態のままでは他の波長の回折光は前記集束位置に集束しない。しかしながら、前記回折格子を回転させると、前記集束位置に他の波長の回折光も順次集束する。
前記回折格子の回転角に応じて前記集束位置に集束する回折光の波長が定まるので、前記集束位置に、スリットと集束光の光量を検出する光量検出器とを配置した状態で、前記回折格子を回転させながら前記光量検出器により受光量を検出することにより、回折光の波長に応じた光量分布（測定光の波長スペクトル）を検出することができる。
なお、前記集束位置に配置する光量検出器として、受光面積が非常に小さいものを使用する場合には、前記集束位置の前記スリットは省略することが可能である。

前記回折格子はその回折効率が波長により異なるので、広い波長域を測定するには格子定数の異なるものやブレーズの異なるものを複数個使用する必要がある。また、回折格子は同じ回折角に次数の異なる波長の光が回折する。このため、適当なフィルタを用いて次数の異なる波長の光を分離する必要がある。
前記回折光の集束位置に配置する光量検出器は、入射した光の波長に対する感度に高低があるため、あるいは、感度を有しないものがあるため、ある波長の光に対する感度の良い光量検出器を使用した場合、その光量検出器では、前記ある波長から大きく離れた波長の光を感度良く検出することができない。
前記測定光の波長スペクトルを広い波長範囲に渡って感度良く検出するためには前記波長が離れている複数の回折光の各集束位置に、異なる波長の光に対して高感度に光量を検出することが可能な波長感度特性の異なる複数の光量検出器を配置する必要がある。

前記回折格子で回折された回折光の集束位置を複数として、前記複数の集束位置にそれぞれ、波長感度特性の異なる光量検出器を配置することにより、前記測定光の波長スペクトルを広い波長範囲に渡って感度良く検出することが可能になる。
しかしながら、前記回折格子で回折された回折光の集束位置を複数とするためには、回折格子から出射する複数の異なる波長の回折光の通路にそれぞれレンズまたはミラー等の回折光集束部材を配置して、前記複数の波長の回折光をそれぞれ複数の集束位置に集束させる必要がある。前記複数の集束位置にそれぞれ、フィルタおよび光量検出器を配置することにより、前記測定光の波長スペクトルを広い波長範囲に渡って感度良く検出することが可能になるが、その場合には、複数の回折光集束部材が必要となり、装置が大型化したり、コスト高となる。

また、次のような方法で測定光の広い領域の波長スペクトルを測定する方法がある。例えば、可視光用回折格子、赤外光用回折格子、紫外光用回折格子の３個の格子定数の異なる回折格子を、軸回りに回転可能な３角柱の３つの側面に１個ずつ張り付け、前記３角柱を回転させて３角柱の各側面に張り付けた各回折格子を順次測定位置（コリメートされた測定光の入射位置）に回転させる。そして、測定位置に回転した回折格子を回転させながら前記回折格子から出射した回折光の光路に配置した回折光集束部材により回折光を集束位置に集束させる。前記集束位置に配置したフィルタまたは光量検出器は前記３個の各回折格子の種類に応じて交換可能とし、使用する各回折格子に応じたフィルタまたは光量検出器により、前記集束した回折光の波長スペクトルを測定する。
この波長スペクトルの測定方法では、３個の格子定数の異なる回折格子を順次測定位置（コリメートされた測定光の入射位置）に回転させて測定を行う必要があり、また、測定する波長域に応じて前記集束位置に配置するフィルタまたは光量検出器を交換しなければならないので、測定光の波長スペクトルの測定に要する時間が長くなる。

本発明者は、測定光の広い領域の波長スペクトルの測定に要する時間が短く、構成の簡素な広波長域小型分光器についてを研究した結果、次の結論が得られた。
（１）測定光がコリメートされたコリメート光の通路に垂直な回転軸回りに回転可能に支持した格子定数ｄが異なる複数の回折格子を前記回転軸の軸方向に並べて前記コリメート光の光路中に配置し、且つそれぞれの回折格子に応じて回折光集束部材を配置することにより、前記複数の各回折格子で回折された複数の各回折光を複数の集束位置に集束させることができる。
（２）前記複数の集束位置にそれぞれ透過波長領域の異なるフィルタおよび波長感度特性の異なる光量検出器を配置することにより、回折光集束部材の個数の増加を防止しながら、前記測定光の波長スペクトルを広い波長範囲に渡って感度良く検出することが可能になる。
本発明は前述の研究結果に鑑み、下記（Ｏ01）の記載内容を課題とする。
（Ｏ01）測定光の広い領域の波長スペクトルの測定に要する時間が短く、構成の簡素な広波長域小型分光器を提供すること。

次に、前記課題を解決するために案出した本発明を説明するが、本発明の要素には、後述の実施例の要素との対応を容易にするため、実施例の要素の符号をカッコで囲んだものを付記する。
また、本発明を後述の実施例の符号と対応させて説明する理由は、本発明の理解を容易にするためであり、本発明の範囲を実施例に限定するためではない。

（第１発明）
第１発明の広波長域小型分光器は、
入射スリット（４１）を通過した測定光をコリメート光（Ｌ０）にするコリメータ（４３）と、
前記入射スリット（４１）に平行な回転軸回りに回転可能に支持され且つ前記コリメート光（Ｌ０）の光路中に配置された回折格子（４４ａまたは４５ａ）と、
前記回折格子（４４ａまたは４５ａ）で回折して１個の回折光集束部材（４５ａまたは４５ｂ）の異なる複数の位置にそれぞれ設けられた反射面を有し、各反射面に入射する複数の回折光（Ｌ１，Ｌ２またはＬ３，Ｌ４）をそれぞれ異なる複数の集束位置に集束させる前記１個の回折光集束部材（４５ａまたは４５ｂ）と、
前記複数の各回折光（Ｌ１，Ｌ２またはＬ３，Ｌ４）の集束位置にそれぞれ配置された透過波長領域の異なる複数のフィルタ（Ｆ１，Ｆ２またはＦ３，Ｆ４）および前記複数の各フィルタ（Ｆ１，Ｆ２またはＦ３，Ｆ４）を透過した光量をそれぞれ検出する光量検出器（Ｄ１，Ｄ２またはＤ３，Ｄ４）と、
前記１個の回折光集束部材（４５ａ）により回折光（Ｌ１，Ｌ２）が集束する前記複数の各集束位置の中の１つの集束位置に配置された１次回折光（Ｌ１）を透過させる１次回折光透過フィルタ（Ｆ１）および、他の１つの集束位置に配置された２次回折光（Ｌ２）を透過させる２次回折光透過フィルタ（Ｆ２）を含む前記複数のフィルタ（Ｆ１，Ｆ２）と、
前記入射スリット（４１）に平行な回転軸回りに回転可能に支持され且つ前記回転軸の軸方向に並んで前記コリメート光（Ｌ０）の光路中に配置された格子定数ｄが異なる複数の前記回折格子（４４ａ，４４ｂ）と、
前記複数の各回折格子（４４ａ，４４ｂ）で回折された前記コリメート光（Ｌ０）の複数の各回折光（Ｌ１〜Ｌ４）をそれぞれ集束させる前記回折光集束部材（４５ａ，４５ｂ）であって、前記複数の各回折格子（４４ａ，４４ｂ）に対応してそれぞれ設けられた前記回折光集束部材（４５ａ，４５ｂ）と、
を備え、
前記光量検出器（Ｄ１〜Ｄ４）が、
複数の前記回折格子（４４ａ，４４ｂ）の中の第１の回折格子（４４ａ）で回折され且つ透過波長域が５５０ｎｍ以上の１次回折光透過フィルタ（Ｆ１）を通過した波長領域が６００ｎｍ〜１１００ｎｍの１次回折光を検出可能なシリコン製の光量検出部を有する第１の光量検出器（Ｄ１）と、
前記第１の回折格子（４４ａ）で回折され且つ透過波長域が２５０ｎｍ〜６００ｎｍの前記２次回折光透過フィルタ（Ｆ２）を通過した波長領域が２５０ｎｍ〜６００ｎｍの２次回折光を検出可能なシリコン製の光量検出部を有する第２の光量検出器（Ｄ２）と、
複数の前記回折格子（４４ａ，４４ｂ）の中の第２の回折格子（４４ｂ）で回折され且つ透過波長域が１４００ｎｍ以上の１次回折光透過フィルタ（Ｆ３）を通過した波長領域が１４００ｎｍ〜２６００ｎｍの１次回折光を検出可能なインジウム・ガリウム・ヒ素製の光量検出部を有する第３の光量検出器（Ｄ３）と、
前記第２の回折格子（４４ｂ）で回折され且つ透過波長域が９００ｎｍ以上の１次回折光透過フィルタ（Ｆ４）を通過した波長領域が１０００ｎｍ〜１７００ｎｍの１次回折光を検出可能なインジウム・ガリウム・ヒ素製の光量検出部を有する第４の光量検出器（Ｄ４）と、
を有し、
前記第３の光量検出器が冷却されながら使用される
ことを特徴とする。
なお、前記集束位置に、スリットを配置することが可能である。特に、光量検出器として、受光面積の大きなものを使用する場合には、スリットを設ける必要がある。

（第１発明の作用）
前記構成要件を備えた第１発明の広波長域小型分光器では、コリメータ（４３）は、スリット（４１）を通過した測定光をコリメート光（Ｌ０）にする。前記スリット（４１）に平行な回転軸回りに回転可能に支持された回折格子（４４ａまたは４４ｂ）は、前記コリメート光（Ｌ０）の光路中に配置される。
前記１個の回折光集束部材（４５ａまたは４５ｂ）は、前記回折格子（４４ａ，４４ｂ）で回折して前記１個の回折光集束部材（４５ａまたは４５ｂ）の異なる複数の位置に入射する回折光（Ｌ１，Ｌ２またはＬ３，Ｌ４）をそれぞれ異なる複数の集束位置に集束させる。
前記１個の回折光集束部材（４５ａまたは４５ｂ）により回折光（Ｌ１，Ｌ２またはＬ３，Ｌ４）が集束させられる前記複数の各集束位置の中の１つの集束位置に配置されたフィルタ（Ｆ１，Ｆ３）と他の１つの集束位置に配置されたフィルタ（Ｆ２，Ｆ４）とは、透過波長領域が異なるので、前記各フィルタを透過した回折光（Ｌ１，Ｌ２またはＬ３，Ｌ４）の波長スペクトルの波長領域はそれぞれ異なっている。したがって、前記各フィルタ（Ｆ１，Ｆ２またはＦ３，Ｆ４）を透過した回折光（Ｌ１，Ｌ２またはＬ３，Ｌ４）の波長スペクトルを測定することにより、一度に広い波長領域の波長スペクトルを測定することができる。
したがって、測定光の波長スペクトルの測定に要する時間が短く、構成の簡素な広波長域小型分光器（４）を提供することが可能となる。

また、第１発明の広波長域小型分光器（４）では、前記１個の回折光集束部材（４５ａ）により回折光（Ｌ１，Ｌ２）が集束させられる前記複数の各集束位置の中の１つの集束位置に配置された１次回折光透過フィルタ（Ｆ１）は１次回折光（Ｌ１）を透過させる。また、他の１つの集束位置に配置された２次回折光透過フィルタ（Ｆ２）は２次回折光（Ｌ２）を透過させる。
したがって、前記回折格子（４４ａ）で回折して前記１個の回折光集束部材（４５ａ）の異なる複数の位置に入射する回折光（Ｌ１，Ｌ２）がそれぞれ集束する異なる複数の集束位置の１つの位置では、１次回折光（Ｌ１）の波長スペクトルを測定することができ、他の１つの位置では、２次回折光（Ｌ２）の波長スペクトルを測定することができる。、したがって、回折格子（４４ａ）の１回のスキャンにより測定光（Ｌ）の広い波長領域の波長スペクトルを測定することが可能となる。
したがって、測定光（Ｌ）の波長スペクトルの測定に要する時間が短く、構成の簡素な広波長域小型分光器（４）を提供することが可能となる。

また、第１発明の広波長域小型分光器では、前記入射スリット（４１）に平行な回転軸回りに回転可能に支持された格子定数ｄが異なる複数の回折格子（４４ａ，４４ｂ）は、前記回転軸の軸方向に並んで前記コリメート光（Ｌ０）の光路中に配置される。
前記格子定数ｄが異なる複数の各回折格子（４４ａ，４４ｂ）に対応してそれぞれ設けられた回折光集束部材（４５ａ，４５ｂ）は、前記格子定数ｄが異なる複数の各回折格子（４４ａ，４４ｂ）で回折された前記コリメート光（Ｌ０）の複数の各回折光（Ｌ１〜Ｌ４）をそれぞれ集束させる。
前記格子定数ｄが異なる複数の各回折格子（４４ａ，４４ｂ）に対応してそれぞれ設けられた複数の回折光集束部材（４５ａ，４５ｂ）により複数の各回折光（Ｌ１〜Ｌ４）が集束する位置に波長領域特性の異なる光量検出器（Ｄ１〜Ｄ４）を配置することにより、前記回折格子（４４ａ，４４ｂ）の１回のスキャンにより、複数の波長領域の回折光（Ｌ１〜Ｌ４）の光量を検出することができる。
したがって、回折格子（４４ａ，４４ｂ）の１回のスキャンにより測定光（Ｌ）の広い波長領域の波長スペクトルを測定することが可能となる。
したがって、測定光（Ｌ）の波長スペクトルの測定に要する時間が短く、構成の簡素な広波長域小型分光器（４）を提供することが可能となる。

また、第１発明の広波長域小型分光器では、第１の回折格子（４４ａ）で回折され且つ透過波長域が５５０ｎｍ以上の１次回折光透過フィルタ（Ｆ１）を通過した波長領域が６００ｎｍ〜１１００ｎｍの１次回折光は、シリコン製の光量検出部を有する第１の光量検出器（Ｄ１）により検出可能である。また、前記第１の回折格子（４４ａ）で回折され且つ透過波長域が２５０ｎｍ〜６００ｎｍの前記２次回折光透過フィルタ（Ｆ２）を通過した波長領域が２５０ｎｍ〜６００ｎｍの２次回折光は、シリコン製の光量検出部を有する第２の光量検出器（Ｄ２）により検出可能である。さらに、第２の回折格子（４４ｂ）で回折され且つ透過波長域が１４００ｎｍ以上の１次回折光透過フィルタ（Ｆ３）を通過した波長領域が１４００ｎｍ〜２６００ｎｍの１次回折光は、インジウム・ガリウム・ヒ素製の光量検出部を有する第３の光量検出器（Ｄ３）により検出可能である。また、前記第２の回折格子（４４ｂ）で回折され且つ透過波長域が９００ｎｍ以上の１次回折光透過フィルタ（Ｆ４）を通過した波長領域が１０００ｎｍ〜１７００ｎｍの１次回折光は、インジウム・ガリウム・ヒ素製の光量検出部を有する第４の光量検出器（Ｄ４）により検出可能である。
したがって、４つの光量検出器（Ｄ１〜Ｄ４）により、波長領域が２５０ｎｍ〜２６００ｎｍの範囲の波長スペクトルを１台の分光器（Ａ）により検出できる。

前述の本発明の広波長域小型分光器は、次の効果（Ｅ01）を奏する。
（Ｅ01）測定光の波長スペクトルの測定に要する時間が短く、構成の簡素な広波長域小型分光器を提供することができる。

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の広波長域小型分光器の具体例（実施例）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

図１は本発明の広波長域小型分光器を備えた分光器の実施例１の全体説明図である。
図１において、分光器Ａは、分光器本体１を有しており、分光器本体１は、ケース２と、ケース２内部に収容した光源部３、広波長域小型分光器４、Ａ／Ｄコンバータ５、および制御部６を有している。また、分光器本体１は、ケース２の外側面に装着したシャッタスイッチ１１、光量調整ダイヤル１２、ＳＣＳＩ（スカジー）接続端子１３、検査光出力端子１４、および測定光入力端子１５を有している。また、分光器本体１は、前記ケース２内部の部品に電力を供給する電源コード１７を有している。
分光器Ａの使用時には、前記ＳＣＳＩ端子１３にはコンピュータ１９が着脱可能に接続され、前記電源コード１７は電源コンセント（図示せず）に接続される。

前記分光器Ａは、プローブユニット２１を有しており、プローブユニット２１は、プローブ２２と、前記プローブ２２に光ファイバ２３を介して接続された検査光入力端子２４と、前記プローブ２２に光ファイバ２６を接続された測定光出力端子２７とを有している。前記検査光入力端子２４は前記検査光出力端子１４に着脱可能に接続され、前記測定光出力端子２７は前記測定光入力端子１５に着脱可能に接続されるように構成されている。
前記プローブユニット２１の検査光入力端子２４および測定光出力端子２７を前記検査光出力端子１４および測定光入力端子１５に接続することにより、前記プローブユニット２１は分光器本体１に接続される。

プローブユニット２１を分光器本体１に接続した状態で、前記光源部３から出射した検査光を、検査光出力端子１４、検査光入力端子２４、光ファイバ２３を介してプローブ２２先端から出射する。前記プローブ２２先端に接近して配置した試料に前記検査光を照射し、前記試料から反射した測定光を、プローブ２２の先端から、光フアイバ２６、測定光出力端子２７、測定光入力端子１５を介して前記広波長域小型分光器４に入射させることができる。
なお、リファレンス測定ホルダ３０は、前記プローブ２２に着脱可能に構成されており、内部には白色の光散乱反射板が収容されている。リファレンス測定ホルダ３０をプローブ２２に装着した状態では、プローブ２２の先端から所定距離離れた位置に前記白色の光散乱反射板が配置されるように構成されている。リファレンス測定ホルダ３０にプローブ２２を装着した状態で、光源部３から出射した光を光ファイバ２３を介してプローブ２２の先端から出射すると、前記リファレンス測定ホルダ３０の前記白色の光散乱反射板で反射された反射光がプローブ２２から光ファイバ２６、測定光出力端子２７、測定光入力端子１５を介して前記広波長域小型分光器４に入射する。この入射光の検出強度を測定して測定光の基準強度とする。
そして、実際の測定対称物の反射光または透過光の回折光の測定時には、検出強度を、前記基準強度で割った値を測定値として使用する。

図２は前記図１に示す広波長域小型分光器の説明図で、図２Ａは実施例１の広波長域小型分光器の概略平面図、図２Ｂは前記図２Ａに示す実施例１の広波長域小型分光器の変更例を示す図である。
図２Ａ、図３において、スリット４１から入射した測定光Ｌはミラー４２で反射してコリメータ（コリメート用反射鏡）４３に入射する。コリメータ４３でコリメート（平行化）された測定光（コリメート光）Ｌ０は回折格子部４４に入射する。回折格子部４４は前記スリット４１の長手方向に平行な図示しない回転軸回りに回転可能に支持されている。したがって、前記回折格子部４４は前記図示しない回転軸回り回転可能である。
前記回折格子部４４で回折された回折光Ｌ１〜Ｌ４はそれぞれ凹面鏡により構成された回折光集束部４５で集束されて測定光検出部４６で検出される。

図３は実施例１の前記図２Ａに示す広波長域小型分光器の概略斜視図である。
図３において、前記回折格子部４４は前記回転軸に沿って格子定数ｄ（ｄ＝１／Ｎ、但しＮは１ｍｍ当たりの溝本数）の異なる上側の回折格子４４ａおよび下側の回折格子４４ｂ（図３参照）を有しており、前記回折格子４４ａおよび４４ｂは前記スリット４１の長手方向に平行な回転軸に並んで配置されている。
前記回折光集束部４５は、前記スリット４１の長手方向に沿って配置された上側の回折光集束部材４５ａと下側の回折光集束部材４５ｂとを有している。前記上側および下側の回折光集束部材４５ａおよび４５ｂは凹面鏡により構成されている。
前記測定光検出部４６は、透過波長領域の異なる４個のフィルタＦ１〜Ｆ４と、波長感度特性の異なる４個の光量検出器Ｄ１〜Ｄ４を有している。

図３において、前記回折格子部４４の上側の回折格子４４ａで回折された回折光Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ前記上側の回折光集束部材４５ａで集束されてフィルタＦ１，Ｆ２を透過して光量検出器Ｄ１，Ｄ２で検出される。前記回折格子部４４の下側の回折格子４４ｂで回折された回折光Ｌ３，Ｌ４はそれぞれ前記下側の回折光集束部材４５ｂで集束されてフィルタＦ３，Ｆ４を透過して光量検出器Ｄ３，Ｄ４で検出される。
この実施例１では光量検出器Ｄ１〜Ｄ４は直径１ｍｍ程度の小さいものを使用しているので、各検出器Ｄ１〜Ｄ４の直前にはスリットまたは絞り孔等が設けられていないが、前記スリットまたは絞り孔等を設けることも可能である。

図４は前記図３に示す上側および下側の回折格子４４ａおよび４４ｂ、光量検出器Ｄ１〜Ｄ４、およびフィルタＦ１〜Ｆ４の詳細を示す図表である。
図３、図４において、フィルタＦ１を透過して光量検出器Ｄ１により検出される回折光Ｌ１は、上側の回折格子４４ａで回折され、且つ上側の回折光集束部材４５ａで集束される（図３参照）。
図４において、前記回折格子４４ａは、溝数１２００本／ｍｍで、ブレーズ波長（回折格子４４ａの回折効率の最大値における波長）は７５０ｎｍである。
前記フィルタＦ１の透過波長域は５５０ｎｍ以上であり、光量検出器Ｄ１の光量検出部にはＳiが使用されている。
前記光量検出器Ｄ１により回折次数が１で検出波長領域が約６００〜１１００ｎｍの波長スペクトルを検出可能である。

図３、図４において、フィルタＦ２を透過して光量検出器Ｄ２により検出される回折光Ｌ２は、上側の回折格子４４ａで回折され、且つ上側の回折光集束部材４５ａで集束される（図３参照）。
図４において、前記フィルタＦ２の透過波長域は２５０〜６００ｎｍ、好ましくは３００〜６００ｎｍであり、光量検出器Ｄ２の光量検出部にはＳiが使用されている。
前記光量検出器Ｄ２により回折次数が２で検出波長領域が２５０〜６００ｎｍ、好ましくは３００〜６００ｎｍの波長スペクトルを検出可能である。

図３、図４において、フィルタＦ３を透過して光量検出器Ｄ３により検出される回折光Ｌ３は、下側の回折格子４４ｂで回折され、且つ下側の回折光集束部材４５ｂで集束される（図３参照）。
図４において、前記回折格子４４ｂは、溝数６５０本／ｍｍで、ブレーズ波長（回折格子４４ｂの回折効率の最大値における波長）は１２５０ｎｍである。前記フィルタＦ３の透過波長域は１４００ｎｍ以上であり、光量検出器Ｄ３の光量検出器Ｄ３にはＩｎＧａＡｓが使用されており、一段電子冷却装置で冷却しながら使用される。この場合の有効な検出波長領域の上限値は２６００ｎｍである。
前記光量検出器Ｄ３により回折次数が１で検出波長領域が約１４００〜２６００ｎｍの波長スペクトルを検出可能である。

図３、図４において、フィルタＦ４を透過して光量検出器Ｄ４により検出される回折光Ｌ４は、下側の回折格子４４ｂで回折され、且つ下側の回折光集束部材４５ｂで集束される（図３参照）。
前記フィルタＦ４の透過波長域は９００ｎｍ以上であり、光量検出器Ｄ４の光量検出部にはＩｎＧａＡｓが使用されている。この場合の有効な検出波長領域の上限値は１７００ｎｍである。
前記光量検出器Ｄ４により回折次数が１で検出波長領域が約１０００〜１７００ｎｍの波長スペクトルを検出可能である。
前記光量検出器Ｄ１〜Ｄ４により、検出波長領域が２５０〜２６００ｎｍの範囲の波長のスペクトルを１台の分光器Ａにより検出可能である。

（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１の広波長域小型分光器４では、コリメータ４３は、スリット４１を通過した測定光Ｌをコリメート光Ｌ０にする。
前記スリット４１に平行な回転軸回りに回転可能に支持された格子定数ｄが異なる複数の回折格子４４ａ，４４ｂは、前記回転軸の軸方向に並んで前記コリメート光Ｌ０の光路中に配置される。
前記上側の回折光集束部材４５ａは、前記上側の回折格子４４ａで回折して前記上側の回折光集束部材４５ａの異なる複数の位置に入射する回折光Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ異なる複数の集束位置に集束させる。
また、前記下側の回折光集束部材４５ｂは、前記下側の回折格子４４ｂで回折して前記下側の回折光集束部材４５ｂの異なる複数の位置に入射する回折光Ｌ３，Ｌ４をそれぞれ異なる複数の集束位置に集束させる。

前記上側の回折光集束部材４５ａにより回折光が集束させられる前記複数の各集束位置の中の１つの集束位置に配置されたフィルタＦ１と他の１つの集束位置に配置されたフィルタＦ２とは、透過波長領域が異なるので、前記各フィルタＦ１，Ｆ２を透過した回折光Ｌ１，Ｌ２の波長スペクトルの波長領域はそれぞれ異なっている。したがって、前記各フィルタＦ１，Ｆ２を透過した回折光Ｌ１，Ｌ２の波長スペクトルを測定することにより、一度に広い波長領域の波長スペクトルを測定することができる。したがって、１つの回折格子４４ａおよび１つの回折光集束部材４５ａ使用することにより、前記２つの集束位置に配置された各フィルタＦ１，Ｆ２を透過した回折光Ｌ１，Ｌ２の波長スペクトルを一度に測定することができるので、一度に（一回のスキャンで）広い波長領域の波長スペクトルを測定することができる。

また、前記下側の回折光集束部材４５ｂにより回折光が集束させられる前記複数の各集束位置の中の１つの集束位置に配置されたフィルタＦ３と他の１つの集束位置に配置されたフィルタＦ４とは、透過波長領域が異なるので、前記各フィルタＦ３，Ｆ４を透過した回折光Ｌ３，Ｌ４の波長スペクトルの波長領域はそれぞれ異なっている。したがって、１つの回折格子４４ｂおよび１つの回折光集束部材４５ｂ使用することにより、前記２つの集束位置に配置された各フィルタＦ３，Ｆ４を透過した回折光Ｌ３，Ｌ４の波長スペクトルを一度に測定することができるので、一度に（一回のスキャンで）広い波長領域の波長スペクトルを測定することができる。

したがって、本実施例１では、前記複数の各回折格子４４ａ，４４ｂに対応してそれぞれ設けられた回折光集束部材４５ａ，４５ｂは、前記複数の各回折格子４４ａ，４４ｂで回折された前記コリメート光Ｌ０の複数の各回折光Ｌ１〜Ｌ４をそれぞれ集束させる。
前記複数の各回折格子４４ａ，４４ｂに対応してそれぞれ設けられた複数の回折光集束部材４５ａ，４５ｂにより複数の各回折光Ｌ１〜Ｌ４が集束する位置に波長領域特性の異なる光量検出器Ｄ１〜Ｄ４が配置されているので、前記回折格子４４ａ，４４ｂの１回のスキャンにより、複数の波長領域の回折光Ｌ１〜Ｌ４の光量を検出することができる。
したがって、回折格子部４４の１回のスキャンにより測定光の広い波長領域の波長スペクトルを測定することができる。したがって、測定光Ｌの波長スペクトルの測定に要する時間が短くなる。また、本実施例１では回折格子４４ａ，４４ｂまたは回折光集束部材４５ａ，４５ｂの個数が、前記フィルタＦ１〜Ｆ４または光量検出器Ｄ１〜Ｄ４個数よりも少なく、且つ、前記フィルタＦ１〜Ｆ４または光量検出器Ｄ１〜Ｄ４を順次集束位置に移動させる構成を必要としないので、構成の簡素な広波長域小型分光器４を提供することができる。

また、前記上側回折光集束部材４５ａにより回折光が集束させられる前記複数の各集束位置の中の１つの集束位置に配置された１次回折光透過フィルタＦ１は１次回折光を透過させる。また、他の１つの集束位置に配置された２次回折光透過フィルタＦ２は２次回折光を透過させる。
したがって、前記回折格子部４４の上側回折格子４４ａで回折して前記上側回折光集束部材４５ａの異なる複数の位置に入射する回折光Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ異なる集束位置に集束する。前記回折光Ｌ１が集束する位置では、１次回折光の波長スペクトルを測定することができ、前記回折光Ｌ２が集束する位置では、２次回折光の波長スペクトルを測定することができる。したがって、回折格子の１回のスキャンにより測定光の広い波長領域の波長スペクトルを測定することができる。

（図２Ｂに示す実施例１の変更例）
図２は前記図１に示す広波長域小型分光器の説明図で、図２Ａは実施例１の広波長域小型分光器の概略平面図、図２Ｂは前記図２Ａに示す実施例１の広波長域小型分光器の変更例を示す図である。
図２Ｂに示す実施例１の広波長域小型分光器の変更例は、下記の点で前記実施例１と相違しているが、その他の点では前記実施例１と同一である。
図２Ｂにおいて、回折格子部４４で回折され、回折光集束部４５で集束された回折光Ｌ１〜Ｌ４は、ミラー４７およびスリット４８を通って測定光検出部４６に入射している。すなわち、図２Ｂに示す実施例１の変更例の回折格子部４４、回折光集束部４５および測定光検出部４６等の構成は前記図２Ａに示す実施例１と同一である。すなわち、回折格子部４４は複数の各回折格子４４ａ，４４ｂを有しており、回折光集束部４５は回折光集束部材４５ａ，４５ｂを有しており、測定光検出部４６は４個のフィルタＦ１〜Ｆ４および光量検出器Ｄ１〜Ｄ４を有している。
但し、図２Ｂに示す実施例１の変更例の広波長域小型分光器４は、回折光集束部４５と測定光検出部４６との間にミラー４７およびスリット４８が設けられている。なお、スリット４８は４個のスリットにより構成されており、前記４個の各スリットは測定光検出部４６の各フィルタＦ１〜Ｆ４および光量検出器Ｄ１〜Ｄ４に対応して配置されている。

前記図２Ｂに示す広波長域小型分光器４を備えた分光器１は、前記図２Ａに示す実施例１の分光器１と同様に、前記複数の各回折格子４４ａ，４４ｂに対応してそれぞれ設けられた複数の回折光集束部材４５ａ，４５ｂにより複数の各回折光Ｌ１〜Ｌ４が集束する位置に波長領域特性の異なる光量検出器Ｄ１〜Ｄ４が配置されているので、前記回折格子４４ａ，４４ｂの１回のスキャンにより、複数の波長領域の回折光Ｌ１〜Ｌ４の光量を検出することができる。
したがって、回折格子部４４の１回のスキャンにより測定光Ｌの広い波長領域の波長スペクトルを測定することができる。したがって、測定光Ｌの波長スペクトルの測定に要する時間が短くなる。また、図２に示す本実施例１の変更例では回折格子４４ａ，４４ｂまたは回折光集束部材４５ａ，４５ｂの個数が、前記フィルタＦ１〜Ｆ４または光量検出器Ｄ１〜Ｄ４個数よりも少なく、且つ、前記フィルタＦ１〜Ｆ４または光量検出器Ｄ１〜Ｄ４を順次集束位置に移動させる構成を必要としないので、構成の簡素な広波長域小型分光器４を提供することができる。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例を下記に例示する。
（Ｈ01）本発明の広波長域小型分光器では、ブレーズド回折格子およびホログラフィ回折格子のいずれも使用可能である。
（Ｈ02）回転軸に沿って配置する回折格子の数は３以上とすることが可能である。
（Ｈ03）１つの回折格子４４ａ（または４４ｂ）で回折して１つの回折光集束部材４５ａ（または４５ｂ）の異なる複数の位置に入射する２つの回折光Ｌ１，Ｌ２（またはＬ３，Ｌ４）をそれぞれ異なる集束位置に集束させる代わりに、１つの回折格子４４ａ（または４４ｂ）で回折して１つの回折光集束部材４５ａ（または４５ｂ）の異なる３以上の複数の位置に入射する３以上の複数の回折光をそれぞれ異なる集束位置に集束させるように構成することが可能である。

図１は本発明の広波長域小型分光器を備えた分光器の実施例１の全体説明図である。 図２は前記図１に示す広波長域小型分光器の説明図で、図２Ａは実施例１の広波長域小型分光器の概略平面図、図２Ｂは前記図２Ａに示す実施例１の広波長域小型分光器の変更例を示す図である。 図３は実施例１の前記図２Ａに示す広波長域小型分光器の概略斜視図である。 図４は前記図３に示す上側および下側の回折格子４４ａおよび４４ｂ、光量検出器Ｄ１〜Ｄ４、およびフィルタＦ１〜Ｆ４の詳細を示す図表である。

Ｌ…測定光、
Ｌ０…コリメート光、
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…回折光
Ｌ１…１次回折光
Ｌ２…２次回折光
４１…スリット、
４３…コリメータ、
４４ａ，４４ｂ…回折格子、
４５ａ，４５ｂ…回折光集束部材、
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４…フィルタ、
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４…光量検出器。

Claims (1)

1. 入射スリットを通過した測定光をコリメート光にするコリメータと、
   前記入射スリットに平行な回転軸回りに回転可能に支持され且つ前記コリメート光の光路中に配置された回折格子と、
   前記回折格子で回折して１個の回折光集束部材の異なる複数の位置にそれぞれ設けられた反射面を有し、各反射面に入射する複数の回折光をそれぞれ異なる複数の集束位置に集束させる前記１個の回折光集束部材と、
   前記複数の各回折光の集束位置にそれぞれ配置された透過波長領域の異なる複数のフィルタおよび前記複数の各フィルタを透過した光量をそれぞれ検出する光量検出器と、
   前記１個の回折光集束部材により回折光が集束する前記複数の各集束位置の中の１つの集束位置に配置された１次回折光を透過させる１次回折光透過フィルタおよび、他の１つの集束位置に配置された２次回折光を透過させる２次回折光透過フィルタを含む前記複数のフィルタと、
   前記入射スリットに平行な回転軸回りに回転可能に支持され且つ前記回転軸の軸方向に並んで前記コリメート光の光路中に配置された格子定数ｄが異なる複数の前記回折格子と、
   前記複数の各回折格子で回折された前記コリメート光の複数の各回折光をそれぞれ集束させる前記回折光集束部材であって、前記複数の各回折格子に対応してそれぞれ設けられた前記回折光集束部材と、
   を備え、
   前記光量検出器が、
   複数の前記回折格子の中の第１の回折格子で回折され且つ透過波長域が５５０ｎｍ以上の１次回折光透過フィルタを通過した波長領域が６００ｎｍ〜１１００ｎｍの１次回折光を検出可能なシリコン製の光量検出部を有する第１の光量検出器と、
   前記第１の回折格子で回折され且つ透過波長域が２５０ｎｍ〜６００ｎｍの前記２次回折光透過フィルタを通過した波長領域が２５０ｎｍ〜６００ｎｍの２次回折光を検出可能なシリコン製の光量検出部を有する第２の光量検出器と、
   複数の前記回折格子の中の第２の回折格子で回折され且つ透過波長域が１４００ｎｍ以上の１次回折光透過フィルタを通過した波長領域が１４００ｎｍ〜２６００ｎｍの１次回折光を検出可能なインジウム・ガリウム・ヒ素製の光量検出部を有する第３の光量検出器と、
   前記第２の回折格子で回折され且つ透過波長域が９００ｎｍ以上の１次回折光透過フィルタを通過した波長領域が１０００ｎｍ〜１７００ｎｍの１次回折光を検出可能なインジウム・ガリウム・ヒ素製の光量検出部を有する第４の光量検出器と、
   を有し、
   前記第３の光量検出器が冷却されながら使用される
   ことを特徴とする広波長域小型分光器。

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