JP5169897B2

JP5169897B2 - 回折効率測定器及び回折効率測定方法

Info

Publication number: JP5169897B2
Application number: JP2009033154A
Authority: JP
Inventors: 敦子中島; 智光小林
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2029-02-16
Also published as: JP2010190621A

Description

本発明は、波長分散素子としての回折格子を搭載した回折格子分光器を用いた効率測定器及びこのような効率測定器における回折格子の溝方向調整方法に関する。

回折格子の製品性能を表す指標の一つに回折効率がある。回折効率は、回折格子において、入射光のエネルギーのうち回折光としてどの程度のエネルギーを取り出せるかを示す値である（非特許文献１参照）。
回折効率を測定する効率測定器は、通常、単色光を測定対象の回折格子に入射させ、その回折光を検出器に集光して光強度を検出している。回折格子は、ガラスなどの基板上に一定方向に延びる多数の溝が刻線された光学素子であり、回折効率を測定する前に回折格子の溝方向や回折光の光軸を調整する必要がある。

回折格子の溝方向等の調整は、例えば、検出器における回折光の入射位置と共役な位置に調整用の的部材（まとぶざい）を配置し、その的部材に回折光を合わせることにより行う方法が知られている。具体的には、視感度の高い５５０ｎｍの単色光を回折格子に入射したときに得られる回折光が的部材の水平軸や垂直軸の上に位置するように回折格子の水平方向や垂直方向の傾き等を調整する。
ところが、回折効率が低い回折格子の場合や回折格子の照射域を絞った場合は回折光の強度が小さく、的部材に現れる回折光を視認し難い。このため、的部材の水平軸や垂直軸に回折光を合わせることが難しかった。

「グレーティング回折回折効率・偏光別回折効率」、[online]、株式会社島津製作所、[平成２１年２月５日検索]、インターネット<URL:http://www.shimadzu.co.jp/products/opt/guide/08.html>

本発明が解決しようとする課題は、回折格子の溝方向を容易に且つ精度良く調整することができる効率測定器及び回折格子の溝方向調整方法を提供することである。

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、回折格子分光器からの光を測定対象である回折格子に入射したときに得られる回折光を検出器で受光することにより当該回折光の強度を検出して前記回折格子の回折効率を測定する効率測定器であって、
a) 前記回折格子分光器に多色光を入射する多色光源と、
b) 前記回折格子分光器からの０次回折光が前記回折格子に入射するように該回折格子を保持するホルダーと、
c) 前記検出器と光学的に共役な位置に配置された、回折格子の溝方向調整用のマークを有する的部材と、
d) 前記ホルダーに保持された前記回折格子の姿勢を調整して、前記測定対象回折格子に０次回折光が入射したときに得られる帯状の回折光の前記的部材における照射位置を前記マークに合わせることにより、前記回折格子の溝方向を調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする。

また、本発明は、回折格子分光器からの光を、測定対象である回折格子に入射したときに得られる前記回折格子からの回折光の強度を、検出器で検出することにより前記回折格子の回折効率を測定する効率測定器において、
多色光が前記回折格子分光器に入射したときに得られる０次回折光を前記回折格子に入射させ、
前記回折格子に０次回折光が入射したときに得られる前記回折格子からの帯状の回折光を、前記検出器と光学的に共役な位置に配置された溝方向調整用のマークを有する的部材に照射し、
前記測定対象回折格子の姿勢を調整して、前記的部材における前記帯状回折光の照射位置を前記マークに合わせることにより、前記回折格子の溝方向を調整する方法である。

０次回折光には光源からの光の全ての波長成分が含まれているため、１次回折光や２次回折光等の高次回折光に比べると光強度が高い。本発明では、回折格子分光器からの０次回折光を測定対象の回折格子に入射させるようにしたので、効率測定器の既存の構造をそのまま利用しつつ、回折格子への入射光強度及び回折格子に０次回折光が入射したときに得られる帯状の回折光の強度を上げることができる。このため、的部材に照射される帯状の回折光を視認しやすくなり、帯状の回折光の照射位置を溝調整用のマークに容易に且つ精度良く合わせることができる。従って、回折格子の溝方向を高い精度で調整することができる。
尚、本発明の「帯状の回折光」とは、回折格子により分光された各分光が一列に並んだものを指し、白色光が回折格子に入射したときには虹色の帯状の回折光が得られる。

本発明の一実施例による効率測定装置の概略構成図。回折格子の回転方向を説明するための図。反射光を用いた回折格子或いは参照ミラーの水平軸方向の調整の説明図。回折格子或いは参照ミラーの水平軸方向の調整により的上に現れる反射光の位置の変化を示す図。回折光を用いた回折格子の水平軸方向の調整の説明図。回折光を用いた回折格子の溝方向の調整の説明図。回折格子の溝方向の垂直調整の説明図。

以下、図面を参照して本発明に係る効率測定器の一実施例を説明する。
図１に示すように、本実施例の効率測定器１は、多色光、例えば白色光を出射する光源１０とその光路上に配置された分光器１２、分光器１２の光路上に配置されたスリット１４及び測定対象の回折格子１６等を保持するホルダー１８、前記回折格子１６からの回折光等の光強度（エネルギー）を検出する検出器２０、検出器２０における光入射位置と光学的に共役な位置に配置された的部材２２とを備えている。分光器１２は、波長分散素子としての回折格子（図示せず）を有している。

的部材２２は、測定対象の回折格子１６の光軸及び溝方向を調整するためのもので、その表面にマークとしての水平軸Ｍ１及び垂直軸Ｍ２が描かれている（図４参照）。
検出器２０は、回折格子１６や後述する参照ミラー（図示せず）からの反射光、或いは、回折格子１６により波長毎に分光された各分光を受光するようになっており、例えば集光レンズと積分球とを含む。

ホルダー１８には測定対象の回折格子１６及び参照ミラーが保持される。ホルダー１８は三軸駆動装置２４により互いに直交する三軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）周りに回転駆動される。具体的には、図２に示すように、三軸駆動装置２４はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を中心にホルダー１８を回転駆動する。これにより、分光器１２からの入射光に対する回折格子１６の垂直方向（あおり方向）の傾き（Ｘ軸）、水平方向の傾き（Ｙ軸）、回折格子の溝方向の傾き（Ｚ軸）を調整することができる。
回折格子１６は、ガラス基板上に樹脂にて溝が形成されたもので、その表面にＡｌ等の反射膜がコーティングされている。参照ミラーは回折格子１６の反射膜の反射率を求めるためのもので、回折格子１６と同じ材質の反射膜が反射面にコーティングされている。

このような効率測定器１では、回折格子１６の回折効率の測定は次のように行われる。
（１）参照ミラーの反射強度の測定
まず、ホルダー１８に参照ミラーを取り付ける。続いて、参照ミラーに分光器１２からの０次光（白色光）を入射させ、得られる反射光が的部材２２の水平軸Ｍ１と垂直軸Ｍ２の交点に位置するように、ホルダー１８をＸ軸及びＹ軸周りに回転し、参照ミラーの水平方向及びあおり方向の傾きを調整する（図３、図４参照）。そして、参照ミラーの反射光が的部材２２の水平軸Ｍ１と垂直軸Ｍ２の交点に位置したときの参照ミラーの反射強度（Ref）を測定する。

（２）回折格子の回折光強度の測定
（2-1）回折格子の水平方向及びあおり方向の調整
ホルダー１８に回折格子１６を取り付ける。そして、回折格子１６に分光器１２からの０次光（白色光）を入射させ、得られる反射光（点状の白色光）が的部材２２の垂直軸Ｍ２上に位置するように、ホルダー１８をＹ軸周りに回転する。このとき、反射光が的部材２２の垂直軸Ｍ２付近に現れる角度を予め計算で求め、ホルダー１８を大きくＹ軸周りに回転させた後、的部材２２上に実際に現れる反射光を見ながら該反射光が垂直軸Ｍ２上に位置するまでホルダー１８をゆっくりＹ軸周りに回転させるとよい。
続いて、反射光が的部材２２の水平軸Ｍ１上に位置するように、ホルダー１８をＸ軸周りに回転する（図３，図４）。

（2-2）回折格子の溝方向の調整
ここでは、回折格子１６に分光器１２からの０次光（白色光）を入射させ、回折格子１６により波長毎に分光された各分光からなる帯状の回折光（虹色の回折光）を用いて回折格子１６の溝方向を調整する。
具体的には、的部材２２上に現れる回折格子１６からの帯状の回折光の中心波長が550nmとなる角度を予め計算で求め、ホルダー１８をＹ軸周りに回転させる（図５参照）。続いて、帯状の回折光の全体が的部材２２の水平軸と重なるようにホルダー１８をＺ軸周りに回転させる（図６参照）。この結果、回折格子１６の溝方向が垂直方向に調整される（図７参照）。

（2-3）回折光の強度測定及び相対回折効率の計算
帯状の回折光が的部材２２の水平軸に重なった状態における回折光強度（Sam）を測定する。この回折光強度（Sam）を上述の参照ミラーの反射強度（Ref）で除し、相対回折効率（Sam/Ref）を求める。

このように、本実施例の効率測定器１では、分光器１２からの０次光（白色光）を回折格子１６に入射させ、その反射光を用いて回折格子１６の水平方向及びあおり方向を調整すると共に、帯状の回折光を用いて回折格子１６の溝方向を調整した。分光器１２により波長分散されて得られる分光（単色光）に比べると０次光（白色光）の方が光強度が大きいから、的部材２２に現れる反射光も従来に比べて明るくなり、的の水平軸や垂直軸に反射光を容易に合わせることができる。また、点状の回折光を水平軸に合わせる作業よりも帯状の回折光を水平軸に重ねる作業の方が容易であり、回折格子１６の溝方向を精度良く調整することができる。

なお、上記実施例は一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正が可能である。例えば、帯状の回折光の中心波長は視感度が高い波長であれば良く、550nmに限定されない。

１０…光源
１２…分光器
１６…回折格子
１８…ホルダー
２０…検出器
２２…調整部材

Claims

回折格子分光器からの光を測定対象である回折格子に入射したときに得られる回折光を検出器で受光することにより当該回折光の強度を検出して前記回折格子の回折効率を測定する効率測定器において、
a) 前記回折格子分光器に多色光を入射する多色光源と、
b) 前記回折格子分光器からの０次回折光が前記回折格子に入射するように該回折格子を保持するホルダーと、
c) 前記検出器と光学的に共役な位置に配置された、回折格子の溝方向調整用のマークを有する的部材と、
d) 前記ホルダーに保持された前記回折格子の姿勢を調整して、前記測定対象回折格子に０次回折光が入射したときに得られる帯状の回折光の前記的部材における照射位置を前記マークに合わせることにより、前記回折格子の溝方向を調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする効率測定器。
前記調整手段が、ホルダーを互いに直交する三軸周りにそれぞれ回転させることにより前記回折格子の姿勢を調整するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の効率測定器。
回折格子分光器からの光を、測定対象である回折格子に入射したときに得られる前記回折格子からの回折光の強度を、検出器で検出することにより前記回折格子の回折効率を測定する効率測定器における、前記回折格子の溝方向を調整する方法であって、
多色光が前記回折格子分光器に入射したときに得られる０次回折光を前記回折格子に入射させ、
前記回折格子に０次回折光が入射したときに得られる前記回折格子からの帯状の回折光を、前記検出器と光学的に共役な位置に配置された溝方向調整用のマークを有する的部材に照射し、
前記測定対象回折格子の姿勢を調整して、前記的部材における前記帯状回折光の照射位置を前記マークに合わせることにより、前記回折格子の溝方向を調整する方法。