JP7472637B2 - 分光器 - Google Patents
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Description
入口及び出口を有する筐体と、
前記筐体内に配置された、前記入口から入射した光を波長分散して目的波長の光を前記出口から出射させる波長分散素子と、
前記波長分散素子を回転する回転駆動機構と、
前記目的波長に対応する前記波長分散素子の回転角度位置を算出するための演算式を記憶する記憶部と、
前記演算式から算出された回転角度位置に前記波長分散素子が位置するように前記回転駆動機構に該波長分散素子を回転させる制御部とを備え、
第1の波長を前記目的波長として前記演算式から算出された回転角度位置に前記波長分散素子が位置する状態において、前記第1の波長の光を含む光を前記入口から入射させたときに前記波長分散素子から前記出口に向かう光の光軸が該出口の中央の所定範囲を通過し、且つ、前記第1の波長とは異なる波長である第2の波長を前記目的波長として前記演算式から算出された回転角度位置に前記波長分散素子が位置する状態において、前記第2の波長の光を含む光を前記入口から入射させたときに前記波長分散素子から前記出口に向かう光の光軸が該出口の前記所定範囲を通過するように、前記筐体内に前記波長分散素子及び回転駆動機構が設定されているものである。
製品を工場から出荷する前の光軸調整において、まずは、第1の波長を目的波長として設定する。これにより、回転駆動機構は、演算式から算出された第1の波長に対応する回転角度位置に波長分散素子が位置するように該波長分散素子を回転させる。そして、この状態で前記第1の波長の光を含む光を前記入口から入射させると、その光は前記波長分散素子によって波長分散され、その分散された光の一部である第1の波長の光が前記波長分散素子から前記出口に向かって進行するため、その光の光軸が該出口の中央の所定範囲を通過するように、波長分散素子及び回転駆動機構の配置を調整する。続いて、第2の波長についても、第1の波長と同じ手順で、波長分散素子から出口に向かう第2の波長の光の光軸が該出口の中央の所定範囲を通過するように、波長分散素子及び回転駆動機構の配置を調整する。このとき、波長分散素子及び回転駆動機構の配置を変更しなくても、波長分散素子によって分散されて出口に向かう第2の波長の光の光軸が該出口の中央の所定範囲を通過する場合は、光軸調整作業を終了する。一方、第2の波長を目的波長に設定したときに波長分散素子及び回転駆動機構の配置を変更した場合は、再度、第1の波長を目的波長に設定して上述した作業を行い、第1の波長が波長分散素子によって分散されて出口に向かう光の光軸が出口の所定範囲を通過するか否かを確認する。そして、その光の光軸が出口の所定範囲を通過した場合は、光軸調整作業を終了する。要するに、第1及び第2の波長の光が波長分散素子によって分散されて出口に向かう光の両方が該出口の中央の所定範囲を通過したことが確認された時点で光軸調整作業は終了する。
図1は、本実施例の分光器100の概略構成図である。分光器100は、入口11及び出口12を備える筐体1と、該筐体1の内部に配置された波長分散素子としての回折格子2、第1反射面33及び第2反射面34を有するミラー3、前記回折格子2を回転させる回転駆動機構5、前記回折格子の回転位置が機械原点位置にあることを検出する原点センサ6、制御部7、入力部8を備えている。
P=θ/Res ・・・ (1)
式(1)において、Pは駆動パルス数を、θ(deg)は目的波長に対応する回折格子2の回転角を、Res(deg/pulse)は回折格子2の角度分解能を表している。
θ={arcsin(K ×(1+C2)× W1)/π × 180}×C3 ・・・(2)
式(2)中、Kは光学マウント定数を、W1は目的波長を表している。光学マウント定数Kは、回折格子2の偏角、溝本数等によって決まる、装置固有の値である。また、式(2)中、C2、C3は、それぞれ上述した光学マウント補正係数、フィルタ補正係数を表している。
まず、筐体1の入口11の取付マウント13から入口スリット131を取り外し、ハロゲンランプ等の白色光源を単芯光ファイバを介して取付マウント13に接続する。そして、前記白色光源が出射する光を単芯光ファイバを通して筐体1内に入射させる。また、筐体1の出口12の取付マウント14から出口スリット141を取り外し、代わりにフォトダイオードアレイセンサ(以下「フォトセンサ」という)を設置する。そして、光源から出射可能な光の波長範囲内の複数の波長を目的波長として設定し、回転駆動機構5を制御して回折格子2を回転させながら、複数の目的波長のそれぞれについて、その1次回折光の前記フォトセンサの受光面におけるスポットの画像を得る(ステップ101)。次に、スポットの画像から該スポットの大きさを求める(ステップ102)。スポットの大きさは、フォトセンサの受光面におけるスポットの画像を二値化処理等してスポットの形状を確定し、確定された形状から自動的に算出してもよく、前記スポットの画像を表示画面に表示させ、該画像の大きさを手動で測定してもよい。
第1工程において光軸調整用の波長として選択された2個の波長を目的波長として設定する(ステップ103)。そして、回転駆動機構5を制御して回折格子2を回転させながら、2個の目的波長の各々について、その1次回折光が前記フォトセンサの受光面の所定範囲に入射した光量を検出する(ステップ104)。ステップ104の処理は、目的波長に対応する回転角度位置に回折格子2を位置させた状態で、回折格子2及び回転駆動機構5の配置を変更しつつ繰り返し行われる。これにより、フォトセンサの検出光量が最大となるように回折格子2の溝方向の傾きが調整される。この場合、光軸調整用の2個の波長のいずれにおいてもフォトセンサの検出光量が最大となることが好ましいが、2個の波長について得られたフォトセンサの検出光量の合計値が最大となれば、一方、あるいは両方の波長における検出光量は最大値でなくてもよい。
また、光軸調整作業では、回折格子2と回転駆動機構5の配置だけでなく、ミラー3の姿勢(第1及び第2反射面33、34の傾き)を調整しても良い。
上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
入口及び出口を有する筐体と、
前記筐体内に配置された、前記入口から入射した光を波長分散して目的波長の光を前記出口から出射させる波長分散素子と、
前記波長分散素子を回転する回転駆動機構と、
前記目的波長に対応する前記波長分散素子の回転角度位置を算出するための演算式を記憶する記憶部と、
前記演算式から算出された回転角度位置に前記波長分散素子が位置するように前記回転駆動機構に該波長分散素子を回転させる制御部とを備え、
第1の波長を前記目的波長として前記演算式から算出された回転角度位置に前記波長分散素子が位置する状態において、前記第1の波長の光を含む光を前記入口から入射させたときに前記波長分散素子から前記出口に向かう光の光軸が該出口の中央の所定範囲を通過し、且つ、前記第1の波長とは異なる波長である第2の波長を前記目的波長として前記演算式から算出された回転角度位置に前記波長分散素子が位置する状態において、前記第2の波長の光を含む光を前記入口から入射させたときに前記波長分散素子から前記出口に向かう光の光軸が該出口の前記所定範囲を通過するように、前記筐体内に前記波長分散素子及び回転駆動機構が設定されている。
11…入口
12…出口
13a…入口スリット
14a…出口スリット
2…回折格子
5…回転駆動機構
7…制御部
74…係数記憶部
75…演算式記憶部
8…入力部
100…分光器
Claims (3)
- 入口及び出口を有する筐体と、
前記筐体内に配置された、前記入口から入射した光を波長分散して目的波長の光を前記出口から出射させる波長分散素子と、
前記波長分散素子を回転する回転駆動機構と、
前記目的波長に対応する前記波長分散素子の回転角度位置を算出するための演算式を記憶する記憶部と、
前記演算式から算出された回転角度位置に前記波長分散素子が位置するように前記回転駆動機構に該波長分散素子を回転させる制御部とを備え、
第1の波長を前記目的波長として前記演算式から算出された回転角度位置に前記波長分散素子が位置する状態において、前記第1の波長の光を含む光を前記入口から入射させたときに前記波長分散素子から前記出口に向かう光の光軸が該出口の中央の所定範囲を通過し、且つ、前記第1の波長とは異なる波長である第2の波長を前記目的波長として前記演算式から算出された回転角度位置に前記波長分散素子が位置する状態において、前記第2の波長の光を含む光を前記入口から入射させたときに前記波長分散素子から前記出口に向かう光の光軸が該出口の前記所定範囲を通過するように、前記筐体内に前記波長分散素子及び回転駆動機構が設定されている、分光器。 - 請求項1に記載の分光器において、
前記波長分散素子が回折格子であり、
前記第1の波長が、該第1の波長の光を含む多波長光の波長範囲内の複数の波長のそれぞれを目的波長として前記演算式から算出された回転角度位置に前記回折格子が位置する状態で、前記多波長光を前記入口から入射させたときに、前記回折格子から前記出口に向かう1次回折光の該出口における断面の面積が最小となるときの波長である、分光器。 - 請求項1に記載の分光器において、
前記波長分散素子が回折格子であり、
前記第1の波長及び前記第2の波長が、該第1の波長の光及び該第2の波長の光を含む多波長光の波長範囲内の3個以上の波長のそれぞれを目的波長として前記演算式から算出された回転角度位置に前記回折格子が位置する状態で、前記多波長光を前記入口から入射させたときに前記回折格子から前記出口に向かう1次回折光の該出口における断面の面積が、1番目及び2番目に小さいときの波長である、分光器。
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