(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024085272
(43)【公開日】2024-06-26
(54)【発明の名称】モノクロメータ
(51)【国際特許分類】
G01J 3/18 20060101AFI20240619BHJP
【FI】
G01J3/18
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022199716
(22)【出願日】2022-12-14
(71)【出願人】
【識別番号】000000572
【氏名又は名称】アンリツ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】伴野 元洋
(72)【発明者】
【氏名】森本 晋司
(72)【発明者】
【氏名】湯田 怜央奈
【テーマコード(参考)】
2G020
【Fターム(参考)】
2G020CB05
2G020CC09
2G020CC43
2G020CC47
2G020CC49
(57)【要約】
【課題】光学系のサイズを大きくすることなく、複数の入射光を1つの光学系に入射することができるモノクロメータを提供する。
【解決手段】コリメータ4が、入射部2から出射された入射光LA,LBを平行光に変換し出射する。回動可能な回折格子5が、コリメータ4から出射された平行光を分散分光して回折光を出射する。入射部2において、2つの光ファイバ21A,21Bが、入射光LA,LBをそれぞれ出射する。複数のトロイダルミラー22A,22Bが、光ファイバ21A,21Bから出射された入射光LA,LBをそれぞれ集光し、プリズムミラー23A,23Bが、複数のトロイダルミラー22A,22Bで集光された入射光LA,LBをそれぞれコリメータ4に入射するように反射する。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
入射光(LA,LB)を出射する入射部(2)と、該入射部(2)から出射された入射光(LA,LB)を平行光に変換し出射するコリメータ(4)と、該コリメータ(4)から出射された前記平行光を分散分光して回折光を出射する回動可能な回折格子(5)と、を備えたモノクロメータ(1)において、
前記入射部(2)は、
前記入射光(LA,LB)をそれぞれ出射する複数の入射手段(21A,21B)と、
複数の前記入射手段(21A,21B)から出射された前記入射光(LA,LB)をそれぞれ集光する複数の集光部(22A,22B)と、
複数の前記集光部(22A,22B)で集光された前記入射光(LA,LB)をそれぞれ前記コリメータ(4)に入射するように反射する複数の第1の反射部(23A,23B)と、を有する
モノクロメータ(1)。
【請求項2】
請求項1に記載のモノクロメータ(1)において、
前記回折格子(5)から出射された前記回折光が前記コリメータ(4)で集光される位置に配置された第1のスリット(7)と、
前記コリメータ(4)で集光された前記回折光を前記第1のスリット(7)に向けて反射する第2の反射部(6)と、
前記第1のスリット(7)を通過した前記回折光を前記コリメータ(4)に向けて反射する第3の反射部(8)と、
前記第3の反射部(8)で反射された前記回折光が前記コリメータ(4)で平行光に変更され再び前記回折格子(5)で回折された後、前記コリメータ(4)で再び集光される位置に配置された第2のスリット(9)と、をさらに備えた、
モノクロメータ(1)。
【請求項3】
請求項1に記載のモノクロメータ(1)において、
複数の前記集光部(22A,22B)が、トロイダルミラーから構成されている、
モノクロメータ(1)。
【請求項4】
請求項1~3の何れか1項に記載のモノクロメータ(1)において、
前記入射手段(21A,21B)、前記集光部(22A,22B)及び前記第1の反射部(23A,23B)はそれぞれ、2つ設けられ、
2つの前記入射手段(21A,21B)の並び方向において、2つの前記入射手段(21A)と前記入射手段(21B)との間に2つの前記第1の反射部(23A,23B)が、前記並び方向に並んで配置されている、
モノクロメータ(1)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、モノクロメータ、に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、回折格子を含む光学系に入射光を入射して、回折格子により入射光を分散分光させた回折光の中から、ある特定の波長の回折光のみをスリットで取り出すモノクロメータが提案されている(特許文献1)。
【0003】
近年、上述したモノクロメータにおいて、2つの光ファイバ(入射手段)から出射される2つの入射光を一つの光学系に入射したいという要望があった。2つの光ファイバを近づけるには限界があるため、2つの入射光の入射位置を近づけるには限界があった。このため、2つの入射光の光学系への入射範囲がそれぞれ大きく異なるため、光学系を大きくする必要がある、という課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、光学系のサイズを大きくすることなく、複数の入射光を1つの光学系に入射することができるモノクロメータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前述した目的を達成するために、本発明に係るモノクロメータは、下記[1]~[4]を特徴としている。
[1]
入射光(LA,LB)を出射する入射部(2)と、該入射部(2)から出射された入射光(LA,LB)を平行光に変換し出射するコリメータ(4)と、該コリメータ(4)から出射された前記平行光を分散分光して回折光を出射する回動可能な回折格子(5)と、を備えたモノクロメータ(1)において、
前記入射部(2)は、
前記入射光(LA,LB)をそれぞれ出射する複数の入射手段(21A,21B)と、
複数の前記入射手段(21A,21B)から出射された前記入射光(LA,LB)をそれぞれ集光する複数の集光部(22A,22B)と、
複数の前記集光部(22A,22B)で集光された前記入射光(LA,LB)をそれぞれ前記コリメータ(4)に入射するように反射する複数の第1の反射部(23A,23B)と、を有する
モノクロメータ(1)であること。
[2]
[1]に記載のモノクロメータ(1)において、
前記回折格子(5)から出射された前記回折光が前記コリメータ(4)で集光される位置に配置された第1のスリット(7)と、
前記コリメータ(4)で集光された前記回折光を前記第1のスリット(7)に向けて反射する第2の反射部(6)と、
前記第1のスリット(7)を通過した前記回折光を前記コリメータ(4)に向けて反射する第3の反射部(8)と、
前記第3の反射部(8)で反射された前記回折光が前記コリメータ(4)で平行光に変更され再び前記回折格子(5)で回折された後、前記コリメータ(4)で再び集光される位置に配置された第2のスリット(9)と、をさらに備えた、
モノクロメータ(1)であること。
[3]
[1]に記載のモノクロメータ(1)において、
複数の前記集光部(22A,22B)が、トロイダルミラーから構成されている、
モノクロメータ(1)であること。
[4]
[1]~[3]の何れか1項に記載のモノクロメータ(1)において、
前記入射手段(21A,21B)、前記集光部(22A,22B)及び前記第1の反射部(23A,23B)はそれぞれ、2つ設けられ、
2つの前記入射手段(21A,21B)の並び方向において、2つの前記入射手段(21A)と前記入射手段(21B)との間に2つの前記第1の反射部(23A,23B)が、前記並び方向に並んで配置されている、
モノクロメータ(1)であること。
【0007】
上記[1]の構成のモノクロメータによれば、複数の集光部が入射光をそれぞれ集光して、複数の第1の反射部で反射してコリメータに入射する。これにより、第1の反射部への集光部により集光した入射光の入射位置を互いに近づければ、入射光の入射範囲をほぼ同じにすることができ、光学系のサイズを大きくすることなく、複数の入射光を1つの光学系に入射することができる。
上記[2]の構成のモノクロメータによれば、入射光を回折格子に2回反射させることができ、波長選択性を高めて、広いダイナミックレンジを得ることができる。
上記[3]の構成のモノクロメータによれば、集光部をトロイダルミラーから構成することにより、入射光を精度よく集光することができる。
上記[4]の構成のモノクロメータによれば、第1の反射部への集光部により集光した入射光の入射位置を近づけることができる。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、光学系のサイズを大きくすることなく、複数の入射光を1つの光学系に入射することができるモノクロメータを提供することができる。
【0009】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という。)を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】本発明のモノクロメータの一実施形態を示す構成図である。
【
図2】
図1に示すモノクロメータの入力部の概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
【0012】
以下、説明の便宜上、
図1及び
図2に示すように、「前」、「後」、「上」、「下」、「右」及び「左」を定義する。「前後方向」、「上下方向」及び「左右方向」は互いに直交している。なお、左右方向は、本発明の「並び方向」に対応する。
【0013】
図1に示すように、モノクロメータ1は、2つの光ファイバ21A,21Bから出射される2つの入射光LA,LBを1つの光学系に入力して、入射光LA,LBを分散させた光の中から、ある特定の波長の光のみを選択して第1のスリット7,第2のスリット9で取り出す装置である。
【0014】
モノクロメータ1は、入射部2と、平面鏡3と、コリメータ4と、回折格子5と、第1の反射部としての平面鏡6と、第1のスリット7と、第2の反射部としての平面鏡8と、第2のスリット9と、を備えている。入射部2は、入射光LA,LBを出射する。入射部2についての詳細は後述する。平面鏡3は、入射部2から出射された入射光LA,LBをコリメータ4に向けて反射する。
【0015】
本実施形態ではコリメータ4は、放物面鏡から構成される。コリメータ4は、入射部2からの入射光LA,LBを平行光に変換して、回折格子5に向けて反射(出射)する。本実施形態では回折格子5は、左右方向(刻線方向)に沿った微細な溝が複数並べて形成され、コリメータ4からの平行光が入射されると、分散分光した回折光を出射する。回折光は、回折現象によって波長ごとに異なる方向に強められた光である。回折格子5は、回折格子5を通り、刻線方向に沿った回転軸S1を中心に回転自在に設けられている。回折格子5から出射された回折光は、再びコリメータ4に入射される。
【0016】
コリメータ4は、入射された回折光を反射して集光する。コリメータ4で反射された回折光は平面鏡6に入射される。平面鏡6は、コリメータ4で反射された回折光を第1のスリット7に向けて反射する。第1のスリットは、回折格子5から出射された回折光がコリメータ4で反射されて集光する位置に配置されている。回折格子5の回転によって選択された波長の回折光が、第1のスリット7を通過する。
【0017】
第1のスリット7を通過した回折光は、平面鏡8に入射される。平面鏡8は、第1のスリット7を通過した回折光を再びコリメータ4に向けて反射する。コリメータ4は、第1のスリット7を通過した回折光を再び平行光に変換して、回折格子5に向けて反射する。第2のスリット9は、回折格子5から出射された回折光がコリメータ4で再び反射されて集光する位置に配置されている。回折格子5の回転によって選択された波長の回折光が、第2のスリット9を通過する。第2のスリット9を通過した回折光が図示しない受光部に受光される。
【0018】
以上の構成によれば、入射光LA,LBを回折格子5に2回反射させることができ、波長選択制を高めて、高い波長分解能と広いダイナミックレンジを得ることができる。
【0019】
次に、入射部2の詳細について説明する。入射部2は、2つの光ファイバ21A,21Bと、2つの集光部としてのトロイダルミラー22A,22Bと、2つの第1の反射部としてのプリズムミラー23A,23Bと、を備えている。本実施形態では、
図2に示すように、2つの光ファイバ21A,21Bは、左右方向に並べて配置され、下側に向けて入射光LA,LBを出射する。2つの光ファイバ21A,21Bは、上下方向に沿った軸S2を中心に線対称に配置されている。光ファイバ21A,21Bは、入射光LA,LBを同時に出射してもよいし、別々に出射してもよい。
【0020】
トロイダルミラー22Aは、光ファイバ21Aの下側に配置され、トロイダルミラー22Bは、光ファイバ21Bの下側に配置されている。トロイダルミラー22A,22Bは、左右方向に並べて配置されている。トロイダルミラー22A,22Bは、軸S2を中心に線対称となる形状、位置に設けられている。光ファイバ21Aからの入射光LAは、トロイダルミラー22Aに入射される。光ファイバ21Bからの入射光LBは、トロイダルミラー22Bに入射される。
【0021】
プリズムミラー23A,23Bは、左右方向において光ファイバ21Aと光ファイバ21Bとの間に左右方向に並んで配置されている。プリズムミラー23A,23Bは、トロイダルミラー22A,22Bよりも上側に配置されている。プリズムミラー23A,23Bは、軸S2を中心に線対称となる形状、位置に設けられている。トロイダルミラー22Aは、光ファイバ21Aからの入射光LAを反射して、プリズムミラー23Aの反射面231Aに向けて集光する。トロイダルミラー22Bは、光ファイバ21Bからの入射光LBを反射して、プリズムミラー23Bの反射面231Bに向けて集光する。プリズムミラー23A,23Bの反射面231A,231Bは、下側に配置された平面鏡3に向かうに従って互いに近づく傾斜面に設けられている。本実施形態では、プリズムミラー23A,23Bの反射面231A,231Bが軸S2で接するように設けられている。
【0022】
トロイダルミラー22A,22Bから反射された入射光LA,LBは、反射面231A,231Bにおいて軸S2側の位置(軸S2に近い位置)に集光する。プリズムミラー23Aは、トロイダルミラー22Aによって集光された光を平面鏡3に向けて反射し、コリメータ4に入射させる。プリズムミラー23Bは、トロイダルミラー22Bによって集光された光を平面鏡3に向けて反射し、コリメータ4に入射させる。
【0023】
トロイダルミラー22A,22Bで集光され、プリズムミラー23A,23Bの反射面231A,231Bに入射される入射位置が近いため、あたかも近い位置から平面鏡3に向けて入射光LA,LBが出射されるようにすることができる。これにより、光ファイバ21A,21Bからの入射光LA,LBが平面鏡3に入射される入射範囲がほぼ同じとなり、平面鏡3、コリメータ4などの光学系のサイズを大きくする必要がなく、2つの入射光LA,LBを1つの光学系に入射することができる。
【0024】
上述した実施形態によれば、集光部がトロイダルミラー22A,22Bから構成されている。このため、入射光LA,LBを精度よく集光することができる。
【0025】
上述した実施形態によれば、左右方向において、光ファイバ21Aと光ファイバ21Bとの間に2つのプリズムミラー23A,23Bを左右方向に並べて配置されている。これにより、プリズムミラー23A,23Bへのトロイダルミラー22A,22Bで集光した入射光LA,LBの入射位置を近づけることができる。
【0026】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【0027】
上述した実施形態によれば、モノクロメータ1は、入射光LA,LBを回折格子5で2回反射させる所謂ダブルパス方式であったが、回折格子5に反射させる回数は限定されない。例えば、モノクロメータ1としては、回折格子5に1回反射させるシングルパス方式であってもよい。
【0028】
上述した実施形態によれば、集光部がトライダルミラー22A,22Bから構成されていたが、これに限ったものではない。集光部としては、入射光LA,LBを集光できればよく、球面ミラーから構成されていてもよい。
【0029】
上述した実施形態によれば、第1の反射部として、プリズムミラー23A,23Bを用いていたが、これに限ったものではない。第1の反射面としては、平面鏡を用いてもよい。
【0030】
上述した実施形態によれば、2つの第1の反射部は、2つのプリズムミラー23A,23Bから構成されていたが、これに限ったものではない。2つの第1反射部は、1つのプリズムミラーから構成されていてもよい。
【0031】
ここで、上述した本発明に係るモノクロメータの実施形態の特徴をそれぞれ以下[1]~[4]に簡潔に纏めて列記する。
[1]
入射光(LA,LB)を出射する入射部(2)と、該入射部(2)から出射された入射光(LA,LB)を平行光に変換し出射するコリメータ(4)と、該コリメータ(4)から出射された前記平行光を分散分光して回折光を出射する回動可能な回折格子(5)と、を備えたモノクロメータ(1)において、
前記入射部(2)は、
前記入射光(LA,LB)をそれぞれ出射する複数の入射手段(21A,21B)と、
複数の前記入射手段(21A,21B)から出射された前記入射光(LA,LB)をそれぞれ集光する複数の集光部(22A,22B)と、
複数の前記集光部(22A,22B)で集光された前記入射光(LA,LB)をそれぞれ前記コリメータ(4)に入射するように反射する複数の第1の反射部(23A,23B)と、を有する
モノクロメータ(1)。
[2]
[1]に記載のモノクロメータ(1)において、
前記回折格子(5)から出射された前記回折光が前記コリメータ(4)で集光される位置に配置された第1のスリット(7)と、
前記コリメータ(4)で集光された前記回折光を前記第1のスリット(7)に向けて反射する第2の反射部(6)と、
前記第1のスリット(7)を通過した前記回折光を前記コリメータ(4)に向けて反射する第3の反射部(8)と、
前記第3の反射部(8)で反射された前記回折光が前記コリメータ(4)で平行光に変更され再び前記回折格子(5)で回折された後、前記コリメータ(4)で再び集光される位置に配置された第2のスリット(9)と、をさらに備えた、
モノクロメータ(1)。
[3]
[1]に記載のモノクロメータ(1)において、
複数の前記集光部(22A,22B)が、トロイダルミラーから構成されている、
モノクロメータ(1)であること。
[4]
[1]~[3]の何れか1項に記載のモノクロメータ(1)において、
前記入射手段(21A,21B)、前記集光部(22A,22B)及び前記第1の反射部(23A,23B)はそれぞれ、2つ設けられ、
2つの前記入射手段(21A,21B)の並び方向において、2つの前記入射手段(21A)と前記入射手段(21B)との間に2つの前記第1の反射部(23A,23B)が、前記並び方向に並んで配置されている、
モノクロメータ(1)。
【符号の説明】
【0032】
1 モノクロメータ
2 入射部
4 コリメータ
5 回折格子
6 平面鏡(第2の反射部)
7 第1のスリット
8 平面鏡(第3の反射部)
9 第2のスリット
21A,21B 光ファイバ
22A,22B トロイダルミラー(集光部)
23A,23B プリズムミラー(第1の反射部)
LA,LB 入射光