JPH01124723A - 分光器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は分光器に関し、さらに詳細にいえば、光源か
らの照射光又は被観測試料からの反射光若しくは透過光
等のサンプル光を分散光学系に導き、分散光を出射させ
る分光器に関する。

〈従来の技術〉 上記の分光器は、サンプル光を分散させ、特定の波長の
分散光を取り出す目的で使用される。また、分散光を電
気信号に変換することにより分光光度計としても利用さ
れふ。すなわち、分光光度計は、被観測試料からの反射
光や透過光の測光、あるいは潤色をする目的のために用
いられるものであり、照射光源から出た白色光を被観測
試料に照射し、その反射光又は透過光を分散光学系を有
する分光器に導いて分散光を得、分散光のうち特定の波
長成分を有する光を選択的に光電変換素子に導き、電気
信号に変換するものである。

ところで、上記分光器から出射された分散光は、波長に
依存した偏光特性を有する場合がある。したがって、あ
る特定の波長の光をサンプル光として用いると、この偏
光のために−様な照射ができないことがある。これは、
分散光学系には通常回折格子やプリズムが用いられてお
り、出射強度が偏光面の相違に応じて変化するからであ
る。

また、分光光度計の光電変換素子等にも偏光選択性があ
ることが多く、上記分散光が偏光性を有している場合、
その偏光方向に応じて観測データのレベルが異なってく
ることとなる。したがって、サンプル光や分散光学系や
光電変換素子等の偏光特性が波長に依存する場合、本来
のスペクトル波形が上記偏光性で変調された形となり、
正確なスペクトルデータを得ることができない。

そこで、従来の分光器では、光の偏光性の影響を極力低
減するために、当該偏光を解消する光学素子を分散光学
系の前段又は後段に配置するようにしていた。上記偏光
を解消する光学素子とは、例えば偏光解消子や、光ファ
イバ等の投光手段によって球内に光を投射し内壁で何回
も反射させ再び疎外に取り出す積分球のことをいい、い
ずれも、光の偏光を特定の成分に偏らせることなく、あ
らゆる方向にほぼ均一に分布させることができるもので
ある。したがって、偏光解消子や積分球を通過させれば
、光の偏光性にかかわらず本来の光強度を得ることがで
きる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところが、１枚だけの偏光解消子では偏光が充分解消さ
れず、数枚を重ねて用いる必要がある。

しかし、偏光解消子は水晶を材料としており、高価なの
で何枚も使用することが難しい。

また、積分球を使用した場合、受光用光ファイバによっ
て積分球内に閉じこめられた光を取り出す必要があるが
、積分球の内壁に塗布している硫酸バリウム等の反射層
は反射率の波長依存性が大きく、特に紫外領域に近くな
ると反射率が低くなり（第５図参照）、光量の損失が増
える。また、積分球は完全な球形ではないことも損失が
増える原因となる。したがって、損失の分だけ光量が低
下するので、測定データのＳ／Ｎが低下する。これを補
うため、投光量を大きくする必要がある。

そのため、照射光源を大容量のものとする必要があるが
、照射光源の消費電力が大きくなり、発熱が多く故障も
しやすくなるという問題がある。

く目的〉 この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、サ
ンプル光を分散光学系に導いて分散光を出射させる分光
器において、精度よく測光、潤色あるいは分光を行える
分光器を提供することを目的としている。

く問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するためのこの発明の分光器は、サン
プル光を分散させる分散光学系の入射側若しくは出射側
又はその両方に、迂回路を有する光導波路を設置したこ
とを特徴とする。

上記屈曲した迂回路を有する形状とは、光導波路を通し
て光を迂回させ多数回内部反射させ得るようにしたもの
であればいかなる形状でもよく、例えばらせん状、渦巻
状、波状のものであってもよい。

〈作用〉 上記構成の分光器によれば、分散光学系への入射光又は
分散光学系からの出射光が特定の偏光性を有していても
、迂回路を有する光導波路を通過することにより多数回
内部反射し、その結果偏光が解消されることになる。

なお、一般に光導波路では、光が伝達途中で何回も内部
反射される時に、光導波路の不整等により伝搬モードが
偏光面の異なるモードに変換されて、偏光性が崩れてし
まうという現象が起こりやすい。そこで、偏光性を保存
することが一つの課題とな９ていたのである。

しかし、この発明では、この現象を積極的に活用した。

すなわち、光導波路をらせん状、渦巻状、波状等に屈曲
させ、これに光を通すことによって、多数回内部反射さ
せ（第２図（ａ）参照。図では反射回数は４回となって
いる）、積極的にモード変換を起こし、結果的には、一
つの方向に偏光していた光を偏光のない状態に変換する
ことができる。

〈実施例〉 次いで、この発明の実施例について図を参照しながら以
下に説明する。

第１図は、この発明の分光器の一例を示す概略図であり
、照射光源（４）から発したビームを投光用光ファイバ
■によって被観測試料（Ｓ）に照射し、観測試料（Ｓ）
からの反射光を受光用光ファイバ（１）により集めて分
散光学系（５）に導いている。

受光用光ファイバ（１）は図示のように棒（６）を中心
にして螺旋状に数回巻かれており、この巻かれた部分が
迂回路を有する光導波路に相当する部分となる。なお、
（７）は棒（６）を固定するスタンドである。

上記の構成により、観測試料（Ｓ）から出た偏光した反
射光は、受光用光ファイバ（１）を通るときに何回も内
部反射し、そのたびに伝搬光の一部が別のモードに変換
され、偏光面の異なるモード成分が増加していく。つま
り、観測試料（Ｓ）から出た反射光の偏光面は、受光用
光ファイバ（１）を通ることにより、特定の方向に偏る
ことなく平均化されていく。このようにして、分散光学
系に偏光選択性があっても精度よく測光、測色あるいは
分光をすることができる。

しかも、この実施例では屈曲した光導波路として、細長
い線状の光導波路、すなわち光ファイバを使用している
ので、容易に形状を変えて迂回させることができ、上記
のように棒（６）等に簡単に巻き付けることができる。

また、偏光解消度を増加させようとすれば、光ファイバ
の巻数や曲率半径を多くすればよく、このとき別設のス
ペースが必要となることもない。

したがって、全体として非常にコンパクトに装置を構成
することができる。

なお、この発明は上記の実施例に限定されるものではな
く、例えば、分散光学系（５）の出射側に屈曲した光フ
ァイバを設置してもよい。また、光ファイバを使わなく
とも、円筒基板の側面上に光導波路をらせん状に形成し
たり、平板基板上に光導波路を波状、あるいは渦巻き状
に形成して使用してもよい。その他この発明の要旨を変
更しない範囲内において、種々の設計変更を施すことが
可能である。

なお、光導波路内で偏光解消を起こすものは必ずしも屈
曲した光導波路に限られる訳でなく、直線状の光導波路
であってもよい。この場合、単位長さあたりの偏光解消
率が低下するが、相当な長さの直線状光導波路を用意す
れば（第２図（ｂ）参照。同図では、第２図（ａ）と比
べて反射回数は２回に減っている）、偏光を解消させる
ことができる。

く実験例〉 次に、屈曲した光ファイバの偏光解消特性を測定する実
験例を説明する。

第３図は実験に用゛いた光学系を示し、２ｍＷのＨｅ−
Ｎｅレーザ（１１）から出た照射光を偏光板（１２）、
（１３）に通し、光電変換素子（１３）により受光して
電気信号に変換し、表示器（１５）に表示している。偏
光板（１３）は光軸を中心として１８０＠回転可能とな
っている。

第３図（ａ）は両偏光版（１２）　（１３）の間に何も
置かない場合、第３図（ｂ）は長さ８００１の直線状光
ファイバを挿入した場合、第３図（ｃ）は螺旋状に屈曲
された状態の長さが８０ｃｍの光ファイバを挿入した場
合をそれぞれ示す。

Ｈｅ−Ｎ　ｅレーザ（１１）からコヒーレント光を照射
して、まず、両偏光版（１２）　（１３）の間に何も置
かない状態で測定した。偏光板（１３）を、偏光板（１
２）の偏光方向に対して一９０″から＋９０＠まで回転
させていくと、表示器（１５）の表示レベルは、第４図
の曲線ａに示すような曲線となった。

次に、長さ８０ｃｍの直線状光ファイバを挿入した状態
で同様に測定したところ、第４図の曲線すに示すように
、極小点で必ずしも０にならず、最大レベルから最少レ
ベルまでのレベル差は、最大レベルを１と正規化すると
、０．６程度となった。

最後に、螺旋状に屈曲された状態の長さが８０ｃｍの光
ファイバを挿入した状態で測定したところ、第４図の曲
線Ｃに示すように、最大レベルがら最少レベルまでのレ
ベル差は、最大レベルを１と正規化すると、０．４程度
となった。

以上から明らかなように、直線状光ファイバを挿入した
場合でも、偏光性は解消されること、螺旋状に屈曲され
た光ファイバを挿入した場合は、直線状光ファイバを挿
入した場合よりもより偏光解消の効果が大きくなってい
ることが分かる。

〈発明の効果〉 以上のように、この発明の分光器によれば、屈曲した迂
回路を有する光導波路を分散光学系の入射側若しくは出
射側又はその両方に設置したので、特定の偏光性を有す
る光が屈曲した光導波路を迂回することにより多数回内
部反射し、その結果偏光が解消される。しかも、従来の
ように積分球等を用いた場合と比べて光量の損失が少な
く、照射光源の消費電力も少なくて済む。したがって、
分散光学系が偏光選択性を有していても、当該偏光選択
性に影響されない−様な出射光を得ることができる。ま
た、分光光度計として使用した場合でも、偏光特性に影
響されない測光、潤色することが可能になり、測定の精
度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の分光器の一実施例を示す概略図、 第２図（ａ）は光導波路を屈曲させ、これに光を通すこ
とによって、多数回内部反射させた状態を示す説明図、 第２図（ｂ）は直線状の光導波路に光を通し、内部反射
させる状態を示す説明図、 第３図は屈曲した光ファイバの偏光解消特性を実測した
実験装置を示す概略図、 第４図は同実験データを示すグラフ、 第５図は従来の積分球内壁に塗布した硫酸バリウム反射
率を示すグラフであり、折れ線Ａは最も良好な反射特性
を有するもの、折れ線Ｂはあまり良好でない反射特性を
有するものを表す。 （１）・・・光導波路、（５）・・・分散光学系、（Ｓ
）・・・被観測試料 特許出願人　　大塚電子株式会社 （ほか２名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光を分散光学系に入射して分散光を出 射させる分光器において、分散光学系の 入射側若しくは出射側又はその両方に、 屈曲した迂回路を有する光導波路を設置 したことを特徴とする分光器。 ２、光導波路が光ファイバ型のものである 上記特許請求の範囲第１項記載の分光器。