特許 6097412 光学装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6097412

(24)【登録日】2017年2月24日

(45)【発行日】2017年3月15日

(54)【発明の名称】光学装置

(51)【国際特許分類】

   G01J 3/18 20060101AFI20170306BHJP

   G02B 27/28 20060101ALI20170306BHJP

【ＦＩ】

   G01J3/18

   G02B27/28 Z

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-570(P2016-570)

(22)【出願日】2016年1月5日

(65)【公開番号】特開2016-130732(P2016-130732A)

(43)【公開日】2016年7月21日

【審査請求日】2016年1月22日

(31)【優先権主張番号】特願2015-1400(P2015-1400)

(32)【優先日】2015年1月7日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】596157780

【氏名又は名称】横河メータ＆インスツルメンツ株式会社

(74)【上記1名の代理人】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】金子 力

(72)【発明者】

【氏名】小島 学

【審査官】 横尾 雅一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−３６５５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０８８６４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６１６６８０５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１３９６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００８１２０８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭６３−１３９２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０２９８８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｊ ３／００−３／５２

Ｇ０２Ｂ ２７／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回折格子と、
前記回折格子の偏光依存性を解消するための、複屈折材料を含む偏光解消板と、
前記回折格子での回折に起因する、回折光における回折角のずれを光学的に補正する光学補正器とを備え、
前記光学補正器は、前記回折格子で回折された回折光を折り返して、前記回折格子に再び出射するように構成されていることを特徴とする光学装置。

【請求項2】

前記光学補正器は、前記偏光解消板により分離され、前記回折格子で回折された２本の回折光が、前記回折格子に再び入射するときに、前記２本の回折光の非分散方向の角度の関係が反転しているように構成されている、請求項１に記載の光学装置。

【請求項3】

前記光学補正器は、
前記回折格子で回折された回折光を集光する第１のレンズと、
前記第１のレンズによって集光された後に、拡散する光を平行光にする第２のレンズと、
前記第２のレンズからの出射光を、その光路を直角に曲げるように反射する第１のミラーと、
前記第１のミラーからの反射光を、その光路を直角に曲げるように反射する第２のミラーと、
前記第２のミラーからの反射光を集光する第３のレンズと、
前記第３のレンズによって集光された後に、拡散する光を平行光にして、前記回折格子に出射する第４のレンズと、
を含む請求項１または請求項２に記載の光学装置。

【請求項4】

前記光学補正器は、
入射光を平行光に変換して、前記回折格子に出射するとともに、前記回折格子で回折された回折光を反射および集光する凹面鏡と、
この凹面鏡からの反射光を平行光に変換する第５のレンズと、
前記第５のレンズからの出射光を、その光路を直角に曲げるように反射する第３のミラーと、
前記第３のミラーからの反射光を、その光路を直角に曲げるように反射する第４のミラーと、
前記第４のミラーからの反射光を集光し、前記凹面鏡に出射する第６のレンズと、
を含む請求項１または請求項２に記載の光学装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学装置に関し、詳しくは、複屈折材料を用いた偏光解消板を備えた分光器やその分光器を用いた光スペクトラムアナライザなどの光学装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

光測定にあたっては、偏光状態にある光を、偏光状態が解消された非偏光状態の光に変換させる場合がある。偏光状態は、時間、場所および波長のうち、いずれかの要素を変えることで、非偏光状態に変化する。

【0003】

たとえば分光器に使用される回折格子の回折効率は、回折格子の溝の方向と、入射光の偏光状態との関係に応じて変わる。

【0004】

そこで、入射光の偏光状態に依存することなく、波長のレベル測定を正確に実施したい場合には、溝の方向と入射光の偏光状態との関係に基づく差の影響を解消するために、たとえば特許文献１に記載されているように、分光器の入射部に偏光解消板を設けるという対応がとられている。

【0005】

図７は、特許文献１に記載されている従来の分光器の一例を示す構成説明図である。この分光器では、入射部に偏光解消板が設けられている。図７に示すように、入射光１は、入射スリット２を介して、偏光解消板３に入射される。なお、図７においては光路を１本の線で示しているが、実際には、偏光解消板３によって光は２本に分離される。

【0006】

偏光解消板３による分離によって得られた２本の光線は、第１の凹面鏡４で平行光線にされて平面回折格子５へ入射され、各々回折される。

【0007】

平面回折格子５で回折された回折光は第２の凹面鏡６で集光され、出射スリット７を介して出射される。

【0008】

図８は、偏光解消板３の構成説明図である。図７に示す偏光解消板３は、たとえば、２枚のウェッジ板３ａ、３ｂを有する。２枚のウェッジ板３ａ、３ｂは、各々の結晶光学軸が、互いに直交するように貼り合わされている。また、２枚のウェッジ板３ａ、３ｂは、たとえば水晶板などの複屈折材料からなり、その厚さが、所定の形状に応じて変化するように切断されているものが用いられている。

【0009】

図８に示す偏光解消板３では、ウェッジ板３ａの常光線はウェッジ板３ｂの異常光線であり、ウェッジ板３ａの異常光線はウェッジ板３ｂの常光線である。このため、材料の持つ屈折率差により、偏光解消板３で屈折が生じる。そして、屈折の方向が異なることにより、ｙ軸方向（後述する平面回折格子５における溝の方向）に、光の分離が生じる。分離した光は、以下の関係を有している。

【0010】

α＝２（ｎ_e−ｎ_o）ｔａｎθ₀ （１）
α：「分離された２本の光線」のなす角
θ₀：ウェッジ角
ｎ_e：常光線の屈折率
ｎ_o：異常光線の屈折率
図６（ａ）〜（ｃ）は、光が平面回折格子に入射し回折される様子を模式的に示したものである。図６（ａ）は、偏光解消板で分離された光の一方が、平面回折格子に入射し回折される様子を三次元的に示している。また、図６（ｂ）は、光が平面回折格子に入射し回折される様子を、ｚｘ平面で二次元的に示しており、図６（ｃ）はｙｚ平面で二次元的に示している。

【0011】

このように、光の入射角および回折角は、ｚｘ成分とｙｚ成分とに分解されることができる。すなわち、ｚｘ平面における光の入射角をα₁、ｚｘ平面における光の回折角をα₂と定義することができる。そして、ｙｚ平面における光の入射角と反射角は同じ角度であるため、これらをθと定義することができる。この場合、平面回折格子に対する、光の入射角と回折角との関係は、一般に、以下の（２）式で表される。

【0012】

ｍλ＝ｄｃｏｓθ（ｓｉｎα₁＋ｓｉｎα₂） （２）
ｍ：回折次数
ｄ：格子定数
λ：波長
θ：入射光と溝の深さ方向とがなす角
α₁：回折格子への入射光の入射角
α₂：回折格子からの回折光の回折角

【0013】

これを踏まえ、再び図７を参照すると、平面回折格子５の入射角と回折角との関係もまた、（２）式で表される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】特開２００２−３６５５９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

図７および図８の構成では、２本の光線は、（２）式において、同一の入射角α₁を持つ。ここで、偏光解消板３によって生じた２本の光線は、分離角αを有する。このため、一方の光線における平面回折格子５への入射角と平面回折格子５の溝の深さ方向とがなす角度θと、他方の光線における同様の角度θとは、前記凹面鏡４への入射光の入射高さ位置が凹面鏡４の中心軸と一致した場合を除き、各々異なった値を持つことになる。

【0016】

図９は、図７における出射スリット７の動作説明図である。前述の２本の光線は、異なる回折角α₂を持つ。このため、２本の光線は、図９に黒点で示すように、出射スリット７では、その矩形開口部の長手方向に対して斜め方向に分離される。したがって、一方の光線を、出射スリット７の矩形開口部を通過させようとすると、他方の光線が、出射スリット７の矩形開口部を通過することが困難になるためレベルが不正確になり、その結果、波長測定性能が低下する。

【0017】

出射スリット７は、集光された光のうち、特定波長成分の光を選択する。この２点に集光された光は、同一の波長を有するとともに、出射スリット７を通過することが好ましい。

【0018】

偏光解消板３によって分離された２本の光は、凹面鏡４により平行光にされ、平面回折格子５へ入射する。各光線における平面回折格子５への入射角と、平面回折格子５の溝の深さとのなす角度θが、同一あるいはほぼ同一にされれば、２本の光は、狭い出射スリット７を通過することが可能となる。

【0019】

これは、凹面鏡４への入射光の入射高さ位置が、凹面鏡４の中心軸と一致している場合において実現可能である。しかし、この場合、分光器（モノクロメータ）の部品配置に制約が付くことになるので、分光器の設計が困難になるという課題が生じる。

【0020】

また、モノクロメータの高分解能化および高近傍ダイナミックレンジ化を図るために、入射光を、平面回折格子５で複数回回折させることが考えられる。しかし、複数回回折された後の光のみが出射スリット７を通過するようにモノクロメータを設計することは、より困難である。

【0021】

また、出射スリット７の角度と光の分離方向とを合わせることで、狭い出射スリット７を使用可能とすることにより、モノクロメータの性能を上げることもできる。しかし、広い波長範囲で、出射スリット７の角度と光の分離方向とを合わせることは困難であり、通常、２つの光の分離方向と出射スリット７の角度とには、ずれが生じることとなる。

【0022】

さらに、前述の２つの光線の中心の入射位置を、凹面鏡４および６の中心軸と一致させることによって２本の回折光の回折角は互いに一致するが、このとき、回折光は、入射光と同じ光路を戻ってくることとなる。したがって、この場合には、「重なっている光から、回折光だけを取り出す」ために、追加の部品を用いる必要が生じる。このため、結果として、性能および価格面で不利になる。

【0023】

本発明は、これらの課題を解決するものであり、その目的は、広い波長範囲において分離された２つの光とスリットの角度とにずれが生じることを抑制すること、および、向上された波長分解能および波長精度を有することができる光学装置を実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0024】

このような課題を解決するために、請求項１の発明は、
回折格子と、
前記回折格子の偏光依存性を解消するための、複屈折材料を含む偏光解消板と、
前記回折格子での回折に起因する、回折光における回折角のずれを光学的に補正する光学補正器とを備え、
前記光学補正器は、前記回折格子で回折された回折光を折り返して、前記回折格子に再び出射するように構成されていることを特徴とする光学装置である。

【0026】

請求項２の発明は、請求項１に記載の光学装置において、
前記光学補正器は、前記偏光解消板により分離され、前記回折格子で回折された２本の回折光が、前記回折格子に再び入射するときに、前記２本の回折光の非分散方向の角度の関係が反転しているように構成されている。

【0027】

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の光学装置において、
前記光学補正器は、
前記回折格子で回折された回折光を集光する第１のレンズと、
前記第１のレンズによって集光された後に、拡散する光を平行光にする第２のレンズと、
前記第２のレンズからの出射光を、その光路を直角に曲げるように反射する第１のミラーと、
前記第１のミラーからの反射光を、その光路を直角に曲げるように反射する第２のミラーと、
前記第２のミラーからの反射光を集光する第３のレンズと、
前記第３のレンズによって集光された後に、拡散する光を平行光にして、前記回折格子に出射する第４のレンズと、
を含む。

【0028】

請求項４の発明は、請求項１または請求項２に記載の光学装置において、
前記光学補正器は、
入射光を平行光に変換して、前記回折格子に出射するとともに、前記回折格子で回折された回折光を反射および集光する凹面鏡と、
この凹面鏡からの反射光を平行光に変換する第５のレンズと、
前記第５のレンズからの出射光を、その光路を直角に曲げるように反射する第３のミラーと、
前記第３のミラーからの反射光を、その光路を直角に曲げるように反射する第４のミラーと、
前記第４のミラーからの反射光を集光し、前記凹面鏡に出射する第６のレンズと、
を含む。

【発明の効果】

【0029】

これらの構成により、本光学装置では、前半の回折で発生する回折角の違いを、後半の回折で補正することができるので、回折格子が有する波長に応じた回折角の違いの影響を受けにくい。したがって、本光学装置は、広い波長範囲で、波長分解能および波長精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の一実施形態にかかる分光器を示す構成説明図である（光路は１本の線で示されている）。

【図2】図１に示した分光器の主要部の動作説明図である（光路は１本の線で示されている）。

【図3】出射スリットの動作説明図である。

【図4】本発明の他の実施形態にかかる分光器を示す構成説明図である（光路は１本の線で示されている）。

【図5】本発明の一実施形態にかかる分光器を示すブロック図である。

【図6】光が平面回折格子に入射し回折される様子を模式的に示した図であり、（ａ）は三次元的に示した図、（ｂ）はｚｘ平面から二次元的に示した図、（ｃ）はｙｚ平面から二次元的に示した図である。

【図7】従来の分光器の一例を示す構成説明図である（光路は１本の線で示されている）。

【図8】偏光解消板の構成説明図である。

【図9】従来の構成における出射スリットの動作説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる分光器（光学装置の一例）を示す構成説明図である。図１に示すように、入射光１１は、複屈折性材料を含む偏光解消板１２を通り、凹面鏡１３に入射する。偏光解消板１２は、平面回折格子１４の偏光依存性を解消するための部材であり、複屈折材料を含む。

【0032】

偏光解消板１２は、たとえば、２枚のウェッジ板を有する。２枚のウェッジ板は、たとえば、各々の結晶光学軸が互いに直交するように貼り合わされている。２枚のウェッジ板は、水晶板などの複屈折材料を含む。２枚のウェッジ板は、たとえば、その厚さが所定の形状に応じて変化するように切断される。

【0033】

凹面鏡１３は、非偏光状態と偏光状態が混ざった状態の入射光を平行光に変換し、回転可能に設けられている平面回折格子１４へ出射する。

【0034】

レンズ１５（第１のレンズ）は、平面回折格子１４で回折された１回目の回折光を集光する。

【0035】

レンズ（第２のレンズ）１６は、レンズ１５によって集光された後に拡散する光を平行光にする。すなわち、レンズ１６は、レンズ１５によって集光された光を平行光に変換し、この平行光を平面ミラー１７に向けて出射する。平面ミラー１７は、光を折り返すために、平面ミラー１７からの反射光の方向が、レンズ１６の光軸に対してほぼ直角になるように配置されている。すなわち、平面ミラー１７は、レンズ１６からの出射光をその光路を直角（ほぼ直角）に曲げるように反射する。

【0036】

平面ミラー（第１のミラー）１７は、平面ミラー（第２のミラー）１８に向けて反射光を出射する。平面ミラー１８は、平面ミラー１８からの反射光の方向が、平面ミラー１７からの反射光の方向に対してほぼ直角になるように配置されている。すなわち、平面ミラー１８は、平面ミラー１７からの反射光を、その光路を直角（ほぼ直角）に曲げるように反射する。

【0037】

平面ミラー１８は、レンズ１９に向けて反射光を出射する。レンズ（第３のレンズ）１９は、レンズ１９の光軸が、平面ミラー１８からの反射光の方向に対してほぼ一致するように配置されている。

【0038】

レンズ１９は、平面ミラー１８で反射されて折り返された光を集光する。
このように、光は、レンズ１６に入射し、平面ミラー１７および平面ミラー１８を経て、レンズ１９から出射される。これによって、光の分散方向の位置関係（並び）が反転される。他方、光の非分散方向の位置関係（並び）は変わらない。

【0039】

レンズ２０（第４のレンズ）は、レンズ１９によって集光された光を平行光に変換する。レンズ２０は、この平行光を、１回目の回折光とほぼ同じ角度で平面回折格子１４に入射されるように出射する。すなわち、レンズ２０はレンズ１９によって集光された後に拡散する光を、平行光にして、平面回折格子１４に出射する。

【0040】

すなわち、平面回折格子１４によって回折されたそれぞれの波長の光が、再び平面回折格子１４に入射する際、特定の波長の光を基準とすると、その特定の波長の光と、それ以外の波長の光との、分散方向における相対的な角度の関係は反転されていることになるといえる。

【0041】

平面回折格子１４で回折された２回目の回折光は、凹面鏡１３に向けて出射される。

【0042】

凹面鏡１３により集光される２回目の回折光の焦点位置近傍には、出射スリット２１が設けられている。出射スリット２１は、分光対象である所定の波長の光を取り出す。

【0043】

凹面鏡１３は、「平面回折格子１４で回折された、２回目の回折光」を平行光に変換し、この平行光を出射スリット２１に向けて出射する。

【0044】

図１のように構成される分光器では、入射光１１は、偏光解消板１２の斜面で屈折し、２つの方向に分離される。そして、これらの光は凹面鏡１３で反射されて平行光となり、回転可能な平面回折格子１４に入射される。

【0045】

平面回折格子１４による２本の回折光は、平面回折格子１４に関する入射光の波長、入射角および回折角の関係式である、前述の（２）式で表される。

【0046】

ここで、平面回折格子１４による２本の回折光は、入射角α₁が同じである一方、角度θが異なる。このため、これらの回折光では、波長が同一であっても、回折角α₂の値に違いが生じることとなる。そして、異なる回折角α₂を有する回折光をレンズにより集光させると、焦点位置では、前述の図８と同様に、２つの光がずれた状態で集光することとなる。

【0047】

このことは、たとえば、ミラーによって、１回目の回折光を２回目の入射光として回折格子に出射する場合でも同様である。この場合、回折角α₂の差が大きくなり、回折角α₂が一致しないという関係は変わらない。

【0048】

本実施形態では、１回目の回折光を、レンズ１５によって一旦集光する。そして、集光後の光が拡散する位置にレンズ１６が設けられている。１回目の回折光は、レンズ１６によって平行光とされた後、光がほぼ直角に曲がるように配置された２枚のミラー１７および１８によって折り返される。これにより、１回目の回折光の、上下関係の角度が反転する。

【0049】

図２は、図１の主要部の動作説明図である。図２では、図１と共通する部分に同一の符号を付けている。ミラー１７および１８によって折り返された平行光は、レンズ１９により集光される。そして図２ではさらに、焦点に着目したときの、その位置（焦点位置）の並びを示している。この図では、レンズ１６に入射する直前の光における焦点位置の並び、および、レンズ２０に入射する直前の光における焦点位置の並びを示している。このように、ミラー１７および１８による光の折り返しによって、１回目の回折光の非分散方向の焦点位置２２ａおよび２２ｃの位置関係は変わらない一方で、分散方向の焦点位置２２ｂおよび２２ｄが反転される。なお、レンズ１５に入射する前およびレンズ２０を出射した後の光は、ともにさまざまな波長の光を含んだ平行光となっており、焦点は当然存在しない。しかしながら、平行光における特定の波長を基準としたときの、その特定の波長の光とそれ以外の波長の光とによって形成されるそれぞれの角度の関係は、レンズ１６に入射する直前の光における焦点位置の並び、および、レンズ２０に入射する直前の光における焦点位置の並びの関係が反転されるのと同じように、反転されることとなる。

【0050】

つまり、ずれの生じた焦点の位置関係は逆転される。１回目の回折光は、この状態から拡散されて、レンズ２０により、前述のように再び平行光とされる。これらの平行光は、２回目の入射光として、１回目の回折光とほぼ同じ角度で回折格子に入射される。このとき、レンズ２０の光学的中心軸と焦点との位置関係を、レンズ１５の光学的中心軸と焦点との位置関係（最初の入力時における位置関係）と合わせることで、レンズ２０からの平行光の、平面回折格子１４への入射角が同じあるいはほぼ同じとなる。

【0051】

このようにして、２回目の回折が行われる。２回目の回折光についても、（２）式のθが異なるため、回折角α₂も異なる。３回目の回折を行うための構成（反射部材等）が設けられている場合、３回目の回折も同様に実施される。

【0052】

本実施形態では、２回目の回折における平面回折格子１４に入射される２本の光の角度θが、１回目の回折における平面回折格子１４に入射される２本の光の角度θと、ほぼ同じ大きさのまま反転している。このため、２回目の回折における２本の回折光の回折角α₂の違いは、１回目の回折で発生した２本の回折光の回折角α₂の違いと、同じ大きさであって、反対の方向（反対の符号）を有する（反転方向にずれる）。この結果、２回目の回折により、先の回折（１回目の回折）で発生した、回折角α₂の違いが打ち消されるという補正機能が得られる。

【0053】

すなわち、本実施形態にかかる分光器は、平面回折格子１４での回折に起因する、回折光（たとえば２本の回折光）における回折角のずれを光学的に補正する光学補正器を有している。光学補正器は、平面回折格子１４で回折された回折光を折り返して、平面回折格子１４に再び出射するように構成されている。光学補正器は、回折光の非分散方向の位置関係（たとえば、焦点位置の関係）を変えず、回折光の分散方向の位置関係（たとえば、焦点位置の関係）を反転するように構成されている。光学補正器は、たとえば、レンズ１５、レンズ１６、平面ミラー１７、平面ミラー１８、レンズ１９、およびレンズ２０を含む。

【0054】

一般に、光が平面回折格子に入射し回折されるとき、その回折角は、光の波長に依存する。すなわち、光の波長が異なる場合、得られる回折角も異なる。光学補正器を有しない分光器は、光の分散方向の位置関係に何ら影響を及ぼさない。このため、２回目に平面回折格子に入射し回折された光は、１回目に回折される前の状態に戻る。一方、光学補正器を有する分光器は、回折光の分散方向の位置関係（平行光の状態においては各波長の相対的な角度の関係、集光される状態においては焦点の位置関係）を反転することができる。このため、光は、再び平面回折格子に入射すると、光の波長の違いによる回折角の差がさらに大きくなるように回折される。この効果を利用することにより、光学補正器を有する分光器の波長分解能を高めることが可能となる。

【0055】

図３は、図１における出射スリット２１の動作説明図である。出射スリット２１上では、図３に示すように、２つに分かれた光が出射スリット２１の矩形開口部に沿って直線的に並ぶ。これにより、出射スリット２１として、狭い矩形開口部を有するスリットを使用できる。

【0056】

本実施形態にかかる分光器では、狭いスリットを使用して波長選択をすることにより、波長分解能および波長精度を上げることができる。このため、本実施形態により、波長分解能および精度を高めることができる。

【0057】

また、本実施形態にかかる分光器は、前半の回折（たとえば１回目の回折）で発生する、回折角の違いを、後半の回折（たとえば２回目の回折）で補正するように構成されている。このため、本実施形態にかかる分光器は、回折格子が有する、波長に応じた回折角の違いの影響を受けにくい。したがって、本実施形態にかかる分光器は、広い波長範囲における回折角の補正器としても用いることができる。

【0058】

図４は、本発明の他の実施形態を示す構成説明図である。図４では、図１と共通する部分に同一の符号を付けている。図４に示す構成では、入射光１１は、偏光解消板１２を通って凹面鏡１３に入射され、平行光に変換される。平行光は、回転可能に設けられている平面回折格子１４に入射される。これにより、１回目の回折が行われる。

【0059】

平面回折格子１４は、１回目の回折光を反射器２２に出射する。反射器２２は、１回目の回折光を反射して、２回目の入射光として平面回折格子１４に出射する。

【0060】

平面回折格子１４は、２回目の回折を行い、２回目の回折光をレンズ２０に向けて出射する。２回目の回折光は、レンズ２０→レンズ１９→平面ミラー１８→平面ミラー１７→レンズ１６→レンズ１５の光路を経て、３回目の入射光として平面回折格子１４に入射される。

【0061】

平面回折格子１４は、３回目の回折を行い、３回目の回折光は反射器２２に入射する。反射器２２は、３回目の回折光を反射して、４回目の入射光として平面回折格子１４に出射する。

【0062】

平面回折格子１４は、４回目の回折を行い、４回目の回折光を凹面鏡２３に出射する。

【0063】

凹面鏡２３は、平面回折格子１４により回折された、４回目の回折光を集光し、出射スリット２１に出射する。出射スリット２１は、特定波長の光を取り出すように構成されており、凹面鏡２３により集光される光の焦点位置近傍に設けられている。

【0064】

図４の構成における、２本の回折光の回折角も、前述の（２）式のθが異なるため、回折角α₂は異なる。しかし、２回目の回折における平面回折格子１４に入射される２本の光の角度θは、１回目の回折における平面回折格子１４に入射される２本の光の角度θとほぼ同じ大きさで反転することとなる。このため、２回目の回折における２本の回折光の回折角α₂の違いは、１回目の回折で発生した２本の回折光の回折角α₂の違いと同じ大きさであって、反対の方向（反対の符号）を有する（反転方向）にずれる。

【0065】

さらに、４回目の回折における平面回折格子１４に入射される２本の光の角度θは、３回目の回折における平面回折格子１４に入射される２本の光の角度θとほぼ同じ大きさのまま反転している。このため、４回目の回折における２本の回折光の回折角α₂の違いは、３回目の回折で発生した２本の回折光の回折角α₂の違いと同じ大きさであって、反対の方向（反対の符号）を有する（反転方向）にずれる。

【0066】

このように、図４の構成は、図１の構成と同様の補正機能（光学補正器）を有する。本実施形態にかかる光学補正器は、たとえば、レンズ１５、レンズ１６、平面ミラー１７、平面ミラー１８、レンズ１９、およびレンズ２０を含む。

【0067】

これにより、前述の図３に示すように、出射スリット２１上では、２つに分かれた光が出射スリット２１の矩形開口部に沿って直線的に並ぶ。これにより、出射スリット２１として、狭い矩形開口部を有するスリットを使用することができる。

【0068】

図５も、本発明の他の実施形態を示す構成説明図である。図５では、図１と共通する部分に同一の符号を付けている。図５に示す構成では、入射光１１は、偏光解消板１２を通って第１の凹面鏡１３に入射され、平行光に変換される。平行光は、回転可能に設けられている平面回折格子１４に入射される。これにより、１回目の回折が行われる。

【0069】

平面回折格子１４は、１回目の回折光を第１の凹面鏡１３に出射する。第１の凹面鏡１３は、１回目の回折光を反射および集光して、レンズ（第５のレンズ）１６に出射する。すなわち、第１の凹面鏡１３は、第１の凹面鏡１３への入射光（入射光１１を含む）を平行光に変換して平面回折格子１４に出射するとともに、平面回折格子１４で回折された回折光を反射および集光する。

【0070】

１回目の回折光は、レンズ１６によって平行光に変換される。平行光は、平面ミラー１７および平面ミラー１８を介して折り返される。平面ミラー（第３のミラー）１７は、レンズ１６からの出射光を、その光路を直角に曲げるように反射する。平面ミラー（第４のミラー）１８は、平面ミラー１７からの反射光を、その光路を直角に曲げるように反射する。

【0071】

レンズ（第６のレンズ）１９は、平面ミラー１８で反射されて折り返された光を集光し、第２の凹面鏡２３に出射する。第２の凹面鏡２３は、入射された光を平行光とし、２回目の入射光として平面回折格子１４に出射する。

【0072】

平面回折格子１４は２回目の回折を行い、２回目の回折光を第２の凹面鏡２３に向けて出射する。

【0073】

第２の凹面鏡２３は、平面回折格子１４により回折された、２回目の回折光を反射および集光し、出射スリット２１に出射する。すなわち、第２の凹面鏡２３は、第２の凹面鏡２３への入射光を平行光に変換して平面回折格子１４に出射するとともに、平面回折格子１４で回折された回折光を反射および集光する。出射スリット２１は、特定波長の光を取り出すように構成されており、第２の凹面鏡２３により集光される光の焦点位置近傍に設けられている。

【0074】

図５の構成によれば、図１の構成と同様の補正機能（光学補正器）を有する。本実施形態にかかる光学補正器は、たとえば、第１の凹面鏡１３、第２の凹面鏡２３、レンズ１６、平面ミラー１７、平面ミラー１８、およびレンズ１９を含む。

【0075】

さらに、図５の構成によれば、入射光を平行光に変換して出射するレンズの機能と、１回目の回折光を集光するレンズの機能とが、同じ１枚の第１の凹面鏡１３を用いて実現されている。さらに、折り返された光を平行光に変換して平面回折格子１４に出射するレンズの機能と、２回目の回折光を集光する凹面鏡の機能とが、同じ１枚の第２の凹面鏡２３を用いて実現されている。このため、部品点数を減らすことができるので、価格（製造コスト）を抑えることができる。なお、第１の凹面鏡１３と第２の凹面鏡２３は、同一の凹面鏡であってもよい。これにより、部品点数をさらに減らすことができるので、価格（製造コスト）をさらに抑えることができる。

【0076】

以上説明したように、本発明によれば、広い波長範囲で波長分解能および波長精度を向上させることができる光学装置を実現できる。

【符号の説明】

【0077】

１１ 入射光
１２ 偏光解消板
１３ 凹面鏡
１４ 平面回折格子
１５、１６、１９、２０ レンズ
１７、１８ 平面ミラー
２１ 出射スリット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】