JP6445814B2 - 分光器およびスペクトル測定方法 - Google Patents
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Description
上述したように、分散型の分散素子によるスペクトルの測定では、撮像デバイスの画素の大きさによって分解能の向上が制限されるため、測定精度を向上させることが難しい。そこで、発明者は、分散デバイスを用いて入力光の波長に対応する複数の位置に複数のビームを出力し、その複数のビームを副尺として利用することにより、測定精度の向上を図る技術を考え出した。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
まず、実施の形態1について図面を参照しながら具体的に説明する。ここでは、主尺の分解能によって定まる測定帯域内の波長の光のみを入力光が含む場合について説明する。
図5は、実施の形態1に係る分光器100の構成を示す図である。この分光器100は、入力光101のスペクトルを測定する。ここでは、入力光101は、例えば、数百〜千数百ナノメールの波長を有する。図5に示すように、分光器100は、分散素子110と、干渉計120と、スリットアレイ130とを備える。
次に、以上のように構成された分光器100を用いた入力光101のスペクトルの測定方法について説明する。図6は、実施の形態1に係るスペクトル測定方法における処理を示すフローチャートである。
以上のように、本実施の形態に係る分光器100によれば、分散素子110によって分散された入力光101の干渉によって生成された第1ピッチの第1縞(干渉縞125)と第2ピッチの第2縞(スリットアレイ130)との重ね合わせによって生じるモアレ縞を検出することにより、入力光101のスペクトルを測定することができる。したがって、第2縞および第1縞をそれぞれ主尺および副尺として機能させることができ、副尺効果によってスペクトルの分解能を向上させることができる。また、干渉縞125を副尺として用いることができるので、図1のようにスリットアレイが副尺として用いられるときのように光学系の結像限界によって副尺のピッチの精度が制限されない。したがって、主尺と副尺との間のより微細なピッチ差を実現することができ、さらにスペクトルの分解能を向上させることが可能となる。
次に、実施の形態2について図面を参照しながら具体的に説明する。本実施の形態では、さらに高い分解能を得るために、複数の干渉縞を重ね合わせて、高輝度領域の幅(面積)に対する低輝度領域の幅(面積)の比であるアスペクト比が高い第1縞(副尺)を生成する点が、実施の形態1と異なる。
まず、2つのスリットアレイを用いて主尺および副尺を実現する場合における2つのスリットアレイのアスペクト比と分解能との関係について説明する。図7は、第1スリットアレイのアスペクト比および第2スリットアレイのアスペクト比と分解能との関係を説明するための図である。なお、スリットアレイのアスペクト比は、スリット領域(光透過領域)の幅(面積)に対する非スリット領域(非光透過領域)の幅(面積)の比に相当する。
図8は、実施の形態2に係る分光器200の構成を示す図である。図8において、図5と同一または類似の構成要素については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
以上のように、本実施の形態に係る分光器200によれば、同一の波長から生成された複数の干渉縞の各々よりもアスペクト比が高い干渉縞225を第1縞として生成することができる。したがって、モアレ縞において、高輝度領域の幅を小さくすることができ、低輝度領域を広げることができる。その結果、スペクトルの分解能を向上させることが可能となる。
以上、1つまたは複数の態様に係る分光器およびスペクトル測定方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、1つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
11、101 入力光
12 第1スリットアレイ
13 第1レンズ
14 回折格子
15 第2レンズ
16、16a、16b、16c 第1スリットアレイの像
17、17c 第2スリットアレイ
18 モアレ縞
19 画素
110 分散素子
120、220 干渉計
121 第1ミラー
122 第2ミラー
125、225 干渉縞
130、230 スリットアレイ
140 測定器
Claims (7)
- 入力光のスペクトルを測定する分光器であって、
前記入力光を分散する分散素子と、
前記分散素子によって分散された前記入力光を干渉させることにより、第1ピッチの干渉縞である第1縞を生成する第1干渉計と、
前記第1縞が観測される観測面上に、前記第1ピッチとは異なる第2ピッチの第2縞を形成する縞形成器と、
前記第1縞および前記第2縞の重ね合わせによって生じるモアレ縞を検出し、検出された前記モアレ縞の位置に対応する波長の強度を特定することにより、前記入力光のスペクトルを測定する測定器と、を備える
分光器。 - 前記第1干渉計は、前記分散素子によって分散された前記入力光の干渉によって得られる複数の第1干渉縞を重ね合わせることにより、高輝度領域の幅に対する低輝度領域の幅の比であるアスペクト比が前記複数の第1干渉縞の各々よりも高い干渉縞を前記第1縞として生成する
請求項1に記載の分光器。 - 前記縞形成器は、前記観測面上に配置された、前記第2ピッチで並ぶ複数のスリットを有するスリットアレイである
請求項1または2に記載の分光器。 - 前記縞形成器は、前記入力光を干渉させることにより、前記第2ピッチの干渉縞を前記第2縞として生成する第2干渉計である
請求項1または2に記載の分光器。 - 前記第2干渉計は、前記入力光の干渉によって得られる複数の第2干渉縞を重ね合わせることにより、高輝度領域の幅に対する低輝度領域の幅の比であるアスペクト比が前記複数の第2干渉縞の各々よりも高い干渉縞を前記第2縞として生成する
請求項4に記載の分光器。 - 入力光のスペクトルを測定するスペクトル測定方法であって、
前記入力光を分散する分散ステップと、
前記分散ステップにおいて分散された前記入力光を干渉させることにより、第1ピッチの干渉縞である第1縞を生成する干渉ステップと、
前記第1縞と、前記第1縞が観測される観測面上に形成された第2縞であって前記第1ピッチとは異なる第2ピッチの第2縞と、の重ね合わせによって生じるモアレ縞を検出し、検出された前記モアレ縞の位置に対応する波長の強度を特定することにより、前記入力光のスペクトルを測定する測定ステップと、を含む
スペクトル測定方法。 - 入力光の波長を測定する光波長測定方法であって、
前記入力光の波長に対応する複数の位置であって、予め定められた波長の分解能に対応する目盛りを有する主尺の目盛りとは異なる間隔を有する複数の位置に、複数のビームを出力する分散デバイスに前記入力光を入力するステップと、
前記分散デバイスから出力された前記複数のビームの間隔を、前記主尺によって特定される波長の範囲内で前記入力光の波長を測定するための副尺の目盛りとして用いて、前記主尺の目盛りと前記副尺の目盛りとの位置関係に基づいて前記入力光の波長を測定するステップとを含み、
前記分散デバイスが、前記入力光を前記複数のビームに分離するデバイスと、前記入力光の波長に対応する位置に光を出力するデバイスとを含み、
前記入力光の波長を測定するステップでは、
前記主尺の目盛り間隔に対応する大きさの波長の範囲ごとに、前記分散デバイスから出力された前記複数のビームのうち前記主尺の目盛りに対応する位置に出力されたビームの強度を測定することにより、前記入力光に含まれる各成分の波長および強度を測定する
光波長測定方法。
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