分光装置

【課題】小型化が可能であって安価且つ組み立て調整が容易な分光装置を提供する。
【解決手段】分光装置１０は、回折格子１３と反射光学系１５とを備えており、入射スリット１１からの被測定光を回折格子１３に入射させて得られた光を反射光学系１５で反射させ、この反射光を再度回折格子１３に入射させて被測定光を分光する。反射光学系１５は、凸面鏡と凹面鏡とを含み、被測定光を回折格子１３に入射させて得られた光を凸面鏡と凹面鏡との間で複数回反射させる。凸面鏡と凹面鏡との間の反射回数が奇数回である場合には、反射光学系１５は入射した光の分散方向を逆向きにして射出する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折格子等の波長分散素子を用いて被測定光を分光する分光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、波長分散素子に対して被測定光を往復させることにより、分解能を向上させるとともにダイナミックレンジを拡大させたダブルパス型の分光装置が開発されている。図１０は、従来のダブルパス型の分光装置の構成を示す斜視図である。尚、図１０に示す分光装置は、ツェルニー・ターナー型の光学系を有するダブルパス型の分光装置である。図１０に示す通り、分光装置１００は、入射スリット１０１、凹面鏡１０２、回折格子１０３、凹面鏡１０４、反射光学系１０５、及び射出スリット１０６を含んで構成される。
【０００３】
分光装置１００内に入射した被測定光は分光装置１００内を往復して外部に射出される。つまり、往路では、入射スリット１０１から入射した被測定光が、凹面鏡１０２、回折格子１０３、及び凹面鏡１０４を順に介して反射光学系１０５に入射し、復路では反射光学系１０５から射出された被測定光が、凹面鏡１０４、回折格子１０３、及び凹面鏡１０２を順に介して射出スリット１０６から射出される。
【０００４】
入射スリット１０１は、分光装置１００に入射する被測定光の強度を制限する。凹面鏡１０２は、入射スリット１０１から入射された往路を進む被測定光を平行光にして回折格子１０３に入射させるとともに、回折格子１０３で回折された復路を進む被測定光を射出スリット１０６に集光する。回折格子１０３は、多数の溝が形成された回折面１０３ａを有しており、凹面鏡１０２からの往路を進む平行光及び凹面鏡１０４からの復路を進む平行光を波長毎に異なる角度で回折させる。
【０００５】
尚、回折格子１０３は、回折面１０３ａに含まれる回転軸ＲＸの周りで回動可能に構成されている。これにより、回折格子１０３によって回折されて凹面鏡１０４に入射される往路を進む被測定光、及び、回折格子１０３によって回折されて凹面鏡１０２に入射される復路を進む被測定光の波長を可変することができる。
【０００６】
凹面鏡１０４は、回折格子１０３によって回折された往路を進む被測定光のうち、凹面鏡１０４に入射した被測定光のみを反射光学系１０５に集光させるとともに、反射光学系１０５から射出される復路を進む被測定光を平行光にして回折格子１０３に入射させる。反射光学系１０５は、凹面鏡１０４からの被測定光の分散方向を逆向きにして（反転して）再度凹面鏡１０４に入射させる。射出スリット１０６は、凹面鏡１０２によって集光される復路を進む被測定光の波長帯域を制限する。
【０００７】
次に、反射光学系１０５について説明する。図１１は反射光学系１０５を拡大した斜視図であり、図１２は反射光学系１０５の平面図である。図１１，図１２に示す通り、反射光学系１０５は、第１平面ミラー１１０、第２平面ミラー１１１、第３平面ミラー１１２、中間スリット１１３、リフレクタ１１４、及び第４平面ミラー１１５を含んで構成され、反射光学系１０５に入射した被測定光は、これらの光学部材を順に介して反射光学系１０５から射出される。
【０００８】
図１２に示す通り、反射光学系１０５を平面的に見た場合には、反射光学系１０５はほぼ対称に構成されている。つまり、反射光学系１０５を平面的に見ると、第１平面ミラー１１０（第４平面ミラー１１５）で反射される被測定光の光軸ＯＸの延長線上に中間スリット１１３が配置されているとともに、この光軸ＯＸに関して第２平面ミラー１１１と第４平面ミラー１１５とが対称に配置されており、光軸ＯＸに関して第３平面ミラー１１２とリフレクタ１１４とが対称に配置されている。尚、反射光学系１０５は、図１０に示す凹面鏡１０４の焦点位置が中間スリット１１３の位置になるよう各光学部材が配置されている。また、リフレクタ１１４は、中間スリット１１３を透過した被測定光の光路を上方向にずらすため（シフトさせるため）に設けられている。
【０００９】
以上の構成の反射光学系１０５は、凹面鏡１０４からの被測定光の分散方向を逆向きにする。ここで、図１１，図１２に示す通り、凹面鏡１０４から反射光学系１０５に入射する被測定光の分散方向を符号Ｄ１１を付した矢印で示す。尚、符号Ｄ１１を付した矢印の先側が波長が短く、矢印の根本側が波長が長いとする。この被測定光が反射光学系１０５に入射すると、第１平面ミラー１１０、第２平面ミラー１１１、及び第３平面ミラー１１２で順に反射された後に中間スリット１１３に入射する。ここで、被測定光は中間スリット１１３のスリット幅に応じた波長選択がなされる。
【００１０】
中間スリット１１３を透過した被測定光は、リフレクタ１１４で上方向に反射された後に第４平面ミラー１１５及び第１平面ミラー１１０で反射されて反射光学系１０５から射出される。ここで、反射光学系１０５から射出される被測定光の分散方向は、符号Ｄ１２を付した矢印で示す通り、反射光学系１０５に入射する被測定光の分散方向とは逆向きになる。反射光学系１０５によって、復路を進む被測定光の分散方向を往路を進む被測定光の分散方向とは逆向きにすることにより、復路を進む被測定光は回折格子１０３によって更に回折されるため、波長の分解能を向上させることができる。
【００１１】
次に、従来の分光装置の他の例について説明する。図１３は、従来のダブルパス型の分光装置の他の構成を示す斜視図である。尚、図１３においては、図１０に示した構成に相当する構成には同一の符号を付しており、これらについては説明を省略する。図１３に示す分光装置１２０は、図１０に示す分光装置１００が備える反射光学系１０５に代えて反射光学系１２５を備えている。この反射光学系１２５は、反射光学系１０５と同様に、凹面鏡１０４からの被測定光の分散方向を逆向きにする。
【００１２】
図１４は、反射光学系１２５を拡大した斜視図である。図１４に示す通り、反射光学系１２５は、スリット１３１、レンズ群１３２、及び平面ミラー１３３を含んで構成される。スリット１３１及び平面ミラー１３３は、その中心がレンズ群１３２の光軸上に位置するよう配置されている。スリット１３１は、凹面鏡１０４の焦点位置に配置されている。尚、スリット１３１は、凹面鏡１０４からの被測定光がスリット開口の下部に集光されるよう配置されている。レンズ群１３２は、スリット１３１を介した被測定光を平行光にするとともに、平面ミラー１３３で反射された平行光をスリット１３１に集光させる。平面ミラー１３３は、レンズ群１３２からの平行光を反射してレンズ群１３２に入射させる。
【００１３】
上記構成において、スリット１３１のスリット開口の下部に集光された被測定光のうち、スリット１３１を透過した被測定光は、レンズ群１３２の光軸よりも下側の部分を通過してレンズ群１３２から平行光として射出される。ここで、レンズ群１３２から射出される平行光は上方に向けてある角度で射出される。レンズ群１３２から射出された平行光は、平面鏡１３３で上方に反射されてレンズ群１３２の上部に入射し、レンズ群１３２の光軸よりも上側の部分を通過してレンズ群１３２から射出されてスリット１３１のスリット開口の上部に集光される。図１４に示す反射光学系１２５では、平面ミラー１３３で被測定光が反射される前後で被測定光の分散方向が逆向きになる。このため、分光装置１２０においても波長の分解能を向上させることができる。
【００１４】
尚、以上説明した従来技術の詳細については、以下の特許文献１〜３を参照されたい。
【特許文献１】特開２０００−８８６４７号公報
【特許文献２】特開平６−２２１９２２号公報
【特許文献３】特開２００３−１３９６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、図１０〜図１２を用いて説明した分光装置１００においては、反射光学系１０５が４枚の平面ミラーと１つのリフレクタとから構成されており、反射光学系１０５を構成する光学部材が多いため小型化に向かず、組み立て調整が困難になるという問題がある。また、図１３，図１４を用いて説明した分光装置１２０では、反射光学系１２５にレンズ群１３２を用いているため波長分散が生じ、分光装置１２０の十分な性能を得ることができる波長範囲が限られてしまうという問題がある。ここで、波長分散が少ないレンズ（色消しレンズ）を用いることも考えられるが、このようなレンズは高価であるため分光装置１２０のコスト上昇を招いてしまうという問題がある。
【００１６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、小型化が可能であって安価且つ組み立て調整が容易な分光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の分光装置は、波長分散素子（１３）と、被測定光を前記波長分散素子に入射させて得られた光を反射する反射光学系（１５、３５）とを備え、前記反射光学系で反射した光を再度前記波長分散素子に入射させて前記被測定光を分光する分光装置（１０）において、前記反射光学系は、凸面鏡（２３、２６、２７、４３２２、４２）と凹面鏡とを含み、前記被測定光を前記波長分散素子に入射させて得られた光を前記凸面鏡と前記凹面鏡との間で複数回反射させることを特徴としている。
この発明によると、被測定光を前記波長分散素子に入射させて得られた光は、反射光学系が備える凸面鏡と凹面鏡との間で複数回反射されて反射光学系から射出された後に、再度波長分散素子に入射する。
また、本発明の分光装置は、前記凸面鏡及び前記凹面鏡が同心に配置されていることを特徴としている。
更に、本発明の分光装置は、前記凸面鏡と前記凹面鏡との曲率半径の比が、ｎ対ｎ＋１（ｎは正の整数）であることを特徴としている。
ここで、本発明の分光装置は、前記反射光学系が、前記被測定光を前記波長分散素子に入射させて得られた光を前記凸面鏡と前記凹面鏡との間で奇数回反射させることが好ましい。
具体的には、前記凸面鏡での反射回数はｎ回であり、前記凹面鏡での反射回数はｎ＋１回であることを特徴としている。
また、本発明の分光装置は、前記反射光学系が、前記被測定光を前記波長分散素子に入射させて得られた光を、前記凸面鏡と前記凹面鏡との間で複数回反射させることにより分散方向を反転することが望ましい。
或いは、本発明の分光装置は、前記反射光学系が、前記凸面鏡と前記凹面鏡との間で複数回反射された光を反射して、再度前記凸面鏡と前記凹面鏡との間で複数回反射させる反射部材を備えていることを特徴としている。
ここで、前記凸面鏡での合計の反射回数は２ｎ回であり、前記凹面鏡での合計の反射回数は２（ｎ＋１）回であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、被測定光を前記波長分散素子に入射させて得られた光を、反射光学系が備える凸面鏡と凹面鏡との間で複数回反射させることにより反射しているため、分光装置を小型化することができるとともに安価にすることができ、更に組み立て調整を容易に行うことができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による分光装置について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による分光装置の構成を示す斜視図である。尚、図１に示す分光装置は、ツェルニー・ターナー型の光学系を有するダブルパス型の分光装置である。図１に示す通り、本実施形態の分光装置１０は、入射スリット１１、凹面鏡１２、波長分散素子としての回折格子１３、凹面鏡１４、反射光学系１５、及び射出スリット１６を含んで構成される。
【００２０】
分光装置１０内に入射した被測定光は分光装置１０内を往復して外部に射出される。つまり、往路では、入射スリット１１から入射した被測定光が、凹面鏡１２、回折格子１３、及び凹面鏡１４を順に介して反射光学系１５に入射し、復路では反射光学系１５から射出された被測定光が、凹面鏡１４、回折格子１３、及び凹面鏡１２を順に介して射出スリット１６から射出される。
【００２１】
入射スリット１１は、分光装置１０に入射する被測定光の強度を制限する。凹面鏡１２は、入射スリット１１から入射された往路を進む被測定光を平行光にして回折格子１３に入射させるとともに、回折格子１３で回折された復路を進む被測定光を射出スリット１６に集光する。回折格子１３は、多数の溝が形成された回折面１３ａを有しており、凹面鏡１２からの往路を進む平行光及び凹面鏡１４からの復路を進む平行光を波長毎に異なる角度で回折させる。
【００２２】
尚、回折格子１３は、回折面１３ａに含まれる回転軸ＲＸの周りで回動可能に構成されている。これにより、回折格子１３によって回折されて凹面鏡１４に入射される往路を進む被測定光、及び、回折格子１３によって回折されて凹面鏡１２に入射される復路を進む被測定光の波長を可変することができる。
【００２３】
凹面鏡１４は、回折格子１３によって回折された往路を進む被測定光のうち、凹面鏡１４に入射した被測定光のみを反射光学系１５に集光させるとともに、反射光学系１５から射出される復路を進む被測定光を平行光にして回折格子１３に入射させる。反射光学系１５は、凹面鏡１４からの被測定光の分散方向を逆向きにして（反転して）再度凹面鏡１４に入射させる。射出スリット１６は、凹面鏡１２によって集光される復路を進む被測定光の波長帯域を制限する。
【００２４】
次に、反射光学系１５について説明する。図２は反射光学系１５を拡大した斜視図であり、図３は反射光学系１５の平面図であり、図４は反射光学系１５の側面図である。尚、図２では、凹面鏡１４からの往路を進む被測定光が反射光学系１５に入射する側から見た状態を図示している。図２〜図４に示す通り、反射光学系１５は、スリット２１、凹面鏡２２、及び凸面鏡２３を含んで構成され、反射光学系１５に入射した被測定光は、これらの光学部材を順に介して反射光学系１５から射出される。
【００２５】
スリット２１は、凹面鏡１４の焦点位置に配置されている。従って、凹面鏡１４によって集光された往路を進む被測定光は、スリット２１のスリット開口の位置に集光される。また、図３に示す通り、反射光学系１５を平面的に見た場合には、スリット２１、凹面鏡２２、及び凸面鏡２３は同一直線上に配置されている。一方、図４に示す通り、反射光学系１５を側面から見た場合には、反射光学系１５内の光路が上下対称となるようにスリット２１、凹面鏡２２、及び凸面鏡２３が配置されている。即ち、反射光学系１５をなす各光学部材は、反射光学系１５に対する被測定光の入射位置Ｐ１（スリット２１のスリット開口の位置）と反射光学系１５からの被測定光の射出位置Ｐ２とは、凹面鏡２２及び凸面鏡２３の中心を通る中心線に関して対称になるよう配置されている。
【００２６】
凹面鏡２２と凸面鏡２３とは同心に配置されており、これらの曲率中心は被測定光の入射位置Ｐ１（スリット２１）、被測定光の射出位置Ｐ２を通る直線上に設定されている。即ち、凹面鏡２２及び凸面鏡２３の曲率中心は、凹面鏡２２及び凸面鏡２３の中心を通る中心線と、被測定光の入射位置Ｐ１及び被測定光の射出位置Ｐ２を通る直線との交点に設定されている。図３及び図４に示す例では、凹面鏡２２と凸面鏡２３との曲率半径の比は２：１に設定されている。
【００２７】
上記構成において、凹面鏡１４によってスリット２１上に集光した被測定光は、スリット２１に入射する。ここで、被測定光はスリット２１のスリット幅に応じた波長選択がなされる。スリット２１のスリット開口を透過した被測定光は、まず凹面鏡２２に入射する。この被測定光は凹面鏡２２によって反射された後で凸面鏡２３に入射する。凸面鏡２３に入射した被測定光は凸面鏡２３によって反射された後で再度凹面鏡２２に入射する。但し、先に入射した位置とは異なる位置に入射する。再度凹面鏡２２に入射した被測定光は凹面鏡２２によって反射された後で射出位置Ｐ２に集光され、反射光学系１５から射出される。
【００２８】
以上の通り、図３及び図４に示す構成では、スリット２１を透過した被測定光を凹面鏡２２で２回反射させるとともに凸面鏡２３で１回反射させて、凹面鏡２２と凸面鏡２３との間で合計３回反射させている。よって、凹面鏡２２での反射回数と凸面鏡２３での反射回数との比は、凹面鏡２２と凸面鏡２３との曲率半径の比と同じ２：１である。
【００２９】
反射光学系１５は、凹面鏡２２と凸面鏡２３との間で被測定光を奇数回反射させることにより、凹面鏡１４からの被測定光の分散方向を逆向きにする。ここで、図２に示す通り、凹面鏡１４から反射光学系１５に入射する被測定光の分散方向を符号Ｄ１を付した矢印で示す。尚、符号Ｄ１を付した矢印の先側が波長が短く、矢印の根本側が波長が長いとする。この被測定光が反射光学系１５に入射すると、上述した通り、凹面鏡２２と凸面鏡２３との間で奇数回反射した後に反射光学系１５から射出される。
【００３０】
ここで、反射光学系１５から射出される被測定光の分散方向は、符号Ｄ２を付した矢印で示す通り、反射光学系１５に入射する被測定光の分散方向とは逆向きになる。反射光学系１５によって、復路を進む被測定光の分散方向を往路を進む被測定光の分散方向とは逆向きにすることにより、復路を進む被測定光は回折格子１３によって更に回折されるため、波長の分解能を向上させることができる。
【００３１】
次に、反射光学系１５の変形例について説明する。図５は、反射光学系１５の第１変形例を示す側面図である。尚、図５においては、図４に示した光学部材と同一のものについては同一の符号を付してある。図５に示す通り、この第１変形例に係る反射光学系１５は、スリット２１、凹面鏡２２、及び凸面鏡２６を含んで構成され、反射光学系１５に入射した被測定光は、これらの光学部材を順に介して反射光学系１５から射出される。
【００３２】
図５に示す第１変形例に係る反射光学系１５は、図４に示す凸面鏡２３に代えて曲率半径の異なる凸面鏡２６が設けられており、且つ被測定光の入射位置Ｐ１と被測定光の射出位置Ｐ２との間隔が広げられている点が相違する。図５に示す第１変形例に係る反射光学系１５は、図４に示す反射光学系１５と同様に、凹面鏡２２と凸面鏡２６とは同心に配置されており、これらの曲率中心は被測定光の入射位置Ｐ１（スリット２１）、被測定光の射出位置Ｐ２を通る直線上に設定されている。しかしながら、図５に示す第１変形例に係る反射光学系１５は、凹面鏡２２と凸面鏡２６との曲率半径の比が３：２に設定されている点が相違する。この相違に応じて被測定光の入射位置Ｐ１と被測定光の射出位置Ｐ２との間隔が広げられている。
【００３３】
上記構成の第１変形例に係る反射光学系１５では、スリット２１を透過した被測定光を凹面鏡２２で３回反射させるとともに凸面鏡２６で２回反射させて、凹面鏡２２と凸面鏡２６との間で合計５回反射させている。よって、凹面鏡２２での反射回数と凸面鏡２６での反射回数との比は、凹面鏡２２と凸面鏡２６との曲率半径の比と同じ３：２である。このように、第１変形例に係る反射光学系１５においても、凹面鏡２２と凸面鏡２６との間で被測定光を奇数回反射させて、凹面鏡１４からの被測定光の分散方向を逆向きにしていおり、波長の分解能を向上させることができる。
【００３４】
図６は、反射光学系１５の第２変形例を示す側面図である。尚、図６においても、図４に示した光学部材と同一のものについては同一の符号を付してある。図６に示す通り、この第２変形例に係る反射光学系１５は、スリット２１、凹面鏡２２、及び凸面鏡２７を含んで構成され、反射光学系１５に入射した被測定光は、これらの光学部材を順に介して反射光学系１５から射出される。
【００３５】
図６に示す第２変形例に係る反射光学系１５は、図４に示す凸面鏡２３に代えて曲率半径の異なる凸面鏡２７が設けられており、且つ被測定光の入射位置Ｐ１と被測定光の射出位置Ｐ２との間隔が広げられている点が相違する。図６に示す第２変形例に係る反射光学系１５は、図４に示す反射光学系１５と同様に、凹面鏡２２と凸面鏡２６とは同心に配置されており、これらの曲率中心は被測定光の入射位置Ｐ１（スリット２１）、被測定光の射出位置Ｐ２を通る直線上に設定されている。しかしながら、図６に示す第２変形例に係る反射光学系１５は、凹面鏡２２と凸面鏡２７との曲率半径の比は４：３に設定されている点が相違する。この相違に応じて被測定光の入射位置Ｐ１と被測定光の射出位置Ｐ２との間隔が広げられている。
【００３６】
上記構成の第２変形例に係る反射光学系１５では、スリット２１を透過した被測定光を凹面鏡２２で４回反射させるとともに凸面鏡２６で３回反射させて、凹面鏡２２と凸面鏡２６との間で合計７回反射させている。よって、凹面鏡２２での反射回数と凸面鏡２６での反射回数との比は、凹面鏡２２と凸面鏡２６との曲率半径の比と同じ４：３である。このように、第２変形例に係る反射光学系１５においても、凹面鏡２２と凸面鏡２７との間で被測定光を奇数回反射させて、凹面鏡１４からの被測定光の分散方向を逆向きにしていおり、波長の分解能を向上させることができる。
【００３７】
以上の通り、反射光学系１
５の凸面鏡及び凹面鏡の組み合わせとしては、同心であって、凸面鏡と凹面鏡の曲率半径の比がｎ：ｎ＋１（ｎは正の整数）である凸面鏡及び凹面鏡を用いることができる。かかる関係にある凸面鏡及び凹面鏡を用いた場合には、反射光学系１５に入射した被測定光が凹面鏡でｎ＋１回で反射されるとともに、凸面鏡でｎ回反射された後で、反射光学系１５から射出される。上記のｎの値を適宜変更することにより、被測定光の入射位置Ｐ１と被測定光の射出位置Ｐ２との間隔（オフセット）を容易に調整することができる。
【００３８】
次に、分光装置１０に設けられる反射光学系の他の構成例について説明する。図７は、反射光学系の他の構成例を示す斜視図である。尚、図７に示す反射光学系は、図２に示す反射光学系１５と同様に、凹面鏡１４からの往路を進む被測定光が反射光学系に入射する側から見た状態を図示している。また、図８は図７に示す他の構成例に係る反射光学系の平面図であり、図９は同反射光学系の側面図である。
【００３９】
図７〜図９に示す通り、反射光学系３５は、スリット４１、凹面鏡４２、凸面鏡４３、及びリフレクタ４４を含んで構成され、反射光学系３５に入射した被測定光は、これらの光学部材を介して反射光学系３５から射出される。スリット４１は、凹面鏡１４の焦点位置に配置されている。従って、凹面鏡１４によって集光された往路を進む被測定光は、スリット４１のスリット開口の位置に集光される。また、スリット４１は、図８，図９に示す通り、凹面鏡４２及び凸面鏡４３の中心を通る中心線からずれた位置に配置されている。
【００４０】
また、反射光学系３５を平面的に見た場合及び側面から見た場合の何れの場合であっても、反射光学系３５内の光路が凹面鏡４２及び凸面鏡４３の中心を通る中心線に関してほぼ対称となるようにスリット４１、凹面鏡４２、凸面鏡４３、及びリフレクタ４４が配置されている。リフレクタ４４は、反射光学系３５を平面的に見た場合に、凹面鏡４２及び凸面鏡４３の中心を通る中心線に関してスリット４１と対称に配置されている。また、図９に示す通り、リフレクタ４４は互いに直交する反射面４４ａ，４４ｂを備えており、反射面４４ａ，４４ｂの各々が、凹面鏡４２及び凸面鏡４３の中心を通る中心線に対して４５°の角度をなすよう配置されている。
【００４１】
反射光学系３５が備える凹面鏡４２及び凸面鏡４３は、図２〜図３を用いて説明した凹面鏡２２及び凸面鏡２３と同様に同心に配置されており、これらの曲率中心は被測定光の入射位置Ｐ１（スリット４１）及び被測定光の射出位置Ｐ２を通り、凹面鏡４２及び凸面鏡４３の中心を通る中心線に垂直な面内に設定されている。尚、図８及び図９に示す例では、凹面鏡４２と凸面鏡４３との曲率半径の比が２：１に設定されている場合を例示して図示しているが、図５，図６を用いて説明した場合と同様に、他の比率にすることも可能である。被測定光の射出位置Ｐ２は、図８，図９に示す通り、被測定光の入射位置Ｐ１の上方に設定されている。
【００４２】
上記構成において、凹面鏡１４によってスリット４１上に集光した被測定光は、スリット４１に入射する。ここで、被測定光はスリット４１のスリット幅に応じた波長選択がなされる。スリット４１のスリット開口を透過した被測定光は、まず凹面鏡４２に入射する。この被測定光は凹面鏡４２によって反射された後で凸面鏡４３に入射し、凸面鏡４３で反射された後で凹面鏡４２に再度入射する。
【００４３】
ここで、図７〜図９に示す通り、スリット４１を通過した被測定光の光軸は、凹面鏡４２及び凸面鏡４３の中心を通る中心線から斜め下方向にずれている。このため、被測定光が凹面鏡４２及び凸面鏡４３によってそれぞれ１回反射されることにより、被測定光は凹面鏡４２の中心から斜め上方向の位置に入射する。より具体的には、前述した通り、反射光学系３５を平面的に見た場合及び側面から見た場合の何れの場合であっても、反射光学系３５内の光路が凹面鏡４２及び凸面鏡４３の中心を通る中心線に関してほぼ対称となるように設定されているため、凹面鏡４２に対する第１回目の入射位置と第２回目の入射位置とは、凹面鏡４２及び凸面鏡４３の中心を通る中心線に関して対称である。
【００４４】
凹面鏡４２に再度入射した被測定光は、リフレクタ４４に入射して下方に反射された後、凹面鏡４２側に反射されて凹面鏡４２に入射する。ここで、図７〜図９に示す通り、リフレクタ４４で反射された被測定光は、凹面鏡４２の中心から斜め下側に入射する。より具体的には、リフレクタ４４で反射された被測定光は、凹面鏡４２及び凸面鏡４３の中心を通る中心線を含む垂直な面に関して、スリット４１を通過した被測定光が凹面鏡４２に最初に入射される入射位置と対称な位置に入射する。
【００４５】
この被測定光は凹面鏡４２によって反射された後で凸面鏡４３に入射し、凸面鏡４３で反射された後で凹面鏡４２に再度入射する。即ち、被測定光はスリット４１を通過した後で凹面鏡４２による３回目の反射及び凸面鏡４３による２回目の反射がなされた後で凹面鏡４２に再度入射する（４回目の入射）。ここで、前述した通り、反射光学系３５内の光路は凹面鏡４２及び凸面鏡４３の中心を通る中心線に関してほぼ対称であるため、凹面鏡４２に対する第３回目の入射位置と第４回目の入射位置とは、凹面鏡４２及び凸面鏡４３の中心を通る中心線に関して対称である。凹面鏡４２による４回目の反射がなされた被測定光は、被測定光の射出位置Ｐ２で集光された後で凹面鏡１４に向けて射出される。
【００４６】
以上の通り、図７〜図９に示す他の構成例に係る反射光学系３５は、スリット４１を透過した被測定光を凹面鏡４２で２回反射させるとともに凸面鏡４３で１回反射させ、その後でリフレクタ４４で反射させることにより再度凹面鏡４２で２回反射させるとともに凸面鏡４３で１回反射させている。つまり、反射光学系３５は、スリット４１を透過した被測定光が射出位置Ｐ２に至るまでに、被測定光を凹面鏡４２で計４回反射するとともに凸面鏡４で計２回反射して、凹面鏡４２と凸面鏡４３との間で合計６回反射させている。
【００４７】
反射光学系３５は、凹面鏡４２と凸面鏡４３との間で被測定光を偶数回反射させているため、図１〜図６に示す反射光学系１５のように入射した被測定光の分散方向を逆向きにはせず、被測定光の分散方向を変えずに射出している。かかる反射光学系３５は、分散方向が逆方向にはならないため波長の分解能が向上しないが、ダイナミックレンジの向上を図ることができる。
【００４８】
尚、図７〜図９に示す反射光学系３５においても、反射光学系３５の凸面鏡及び凹面鏡の組み合わせとしては、同心であって、凸面鏡と凹面鏡の曲率半径の比がｎ：ｎ＋１（ｎは正の整数）である凸面鏡及び凹面鏡を用いることができる。かかる関係にある凸面鏡及び凹面鏡を用いた場合には、反射光学系３５に入射した被測定光が凹面鏡で２（ｎ＋１）回反射されるとともに、凸面鏡で２ｎ回反射された後で、反射光学系３５から射出される。上記のｎの値を適宜変更することにより、被測定光の入射位置Ｐ１と被測定光の射出位置Ｐ２との間隔（オフセット）を容易に調整することができる。
【００４９】
以上説明した本実施形態による分光装置は、反射光学系１５，３５の光学部材の数を従来の反射光学系よりも少なくすることができる。このため、装置のコストを安価にすることができるとともに小型化が可能である。また、光学部品の数が少なく、且つ凹面鏡と凸面鏡との間の被測定光の反射回数を変えることで上記のオフセットを調整することができるため、組み立て調整を容易に行うことができる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態による分光装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限される訳ではなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した反射光学系１５，３５の凹面鏡及び凸面鏡は個別の光学部材としてもよいが、凸面鏡と凹面鏡との位置調整を省くためにこれらを一体的に形成することが望ましい。例えば、円筒形状のガラス部材の上面を凹形状にするとともに底面を凸形状にし、上面及び底面にクロム（Ｃｒ）等の金属を蒸着すれば、上面が凸面鏡であり底面が凹面鏡である光学部材とすることができる。尚、かかる光学部材を形成する場合にも、凸面鏡及び凹面鏡を同心とし、凸面鏡と凹面鏡の曲率半径の比をｎ：ｎ＋１（ｎは正の整数）にする必要がある。
【００５１】
更に、凸面鏡及び凹面鏡以外に、スリットも一体化することが望ましい。スリットを一体化する場合には、同じく円筒形状のガラス部材の上面にクロム（Ｃｒ）等の金属を蒸着してスリットを形成し、このガラス部材の底面と、凸面鏡及び凹面鏡が形成された光学部材の上面とを接着すれば、スリット、凸面鏡、及び凹面鏡が一体的に形成された光学部材を得ることができる。また更に、図７に示す反射光学系３５の場合には、上面にスリットが形成されたガラス部材の上面にリフレクタ４４を接着するか、或いはガラス部材の上面の一部をリフレクタ４４の形状に成形すれば、スリット、凸面鏡、凹面鏡、及びリフレクタが一体化された光学部材を得ることができる。尚、ガラス部材を使用することにより屈折率の波長依存性の影響が生ずると考えられるが、スリットにより反射光学系に入射する波長領域が制限されるため屈折率の波長依存性による影響は少ない。以上説明した本実施形態の分光装置を用いれば、可視光領域から光通信に用いられる赤外光領域の広範囲に亘る波長領域の測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態による分光装置の構成を示す斜視図である。
【図２】反射光学系１５を拡大した斜視図である。
【図３】反射光学系１５の平面図である。
【図４】反射光学系１５の側面図である。
【図５】反射光学系１５の第１変形例を示す側面図である。
【図６】反射光学系１５の第２変形例を示す側面図である。
【図７】反射光学系の他の構成例を示す斜視図である。
【図８】図７に示す他の構成例に係る反射光学系の平面図である。
【図９】図７に示す他の構成例に係る反射光学系の側面図である。
【図１０】従来のダブルパス型の分光装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】反射光学系１０５を拡大した斜視図である。
【図１２】反射光学系１０５の平面図である。
【図１３】従来のダブルパス型の分光装置の他の構成を示す斜視図である。
【図１４】反射光学系１２５を拡大した斜視図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０分光装置
１３回折格子
１５反射光学系
２２凹面鏡
２３，２６，２７凸面鏡
３５反射光学系
４２凹面鏡
４３凸面鏡
４４リフレクタ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長分散素子と、被測定光を前記波長分散素子に入射させて得られた光を反射する反射光学系とを備え、前記反射光学系で反射した光を再度前記波長分散素子に入射させて前記被測定光を分光する分光装置において、
前記反射光学系は、凸面鏡と凹面鏡とを含み、前記被測定光を前記波長分散素子に入射させて得られた光を前記凸面鏡と前記凹面鏡との間で複数回反射させることを特徴とする分光装置。
【請求項２】
前記凸面鏡及び前記凹面鏡は同心に配置されていることを特徴とする請求項１記載の分光装置。
【請求項３】
前記凸面鏡と前記凹面鏡との曲率半径の比は、ｎ対ｎ＋１（ｎは正の整数）であることを特徴とする請求項２記載の分光装置。
【請求項４】
前記反射光学系は、前記被測定光を前記波長分散素子に入射させて得られた光を前記凸面鏡と前記凹面鏡との間で奇数回反射させることを特徴とする請求項３記載の分光装置。
【請求項５】
前記凸面鏡での反射回数はｎ回であり、前記凹面鏡での反射回数はｎ＋１回であることを特徴とする請求項４記載の分光装置。
【請求項６】
前記反射光学系は、前記被測定光を前記波長分散素子に入射させて得られた光を、前記凸面鏡と前記凹面鏡との間で複数回反射させることにより分散方向を反転することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の分光装置。
【請求項７】
前記反射光学系は、前記凸面鏡と前記凹面鏡との間で複数回反射された光を反射して、再度前記凸面鏡と前記凹面鏡との間で複数回反射させる反射部材を備えていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の分光装置。
【請求項８】
前記凸面鏡での合計の反射回数は２ｎ回であり、前記凹面鏡での合計の反射回数は２（ｎ＋１）回であることを特徴とする請求項７記載の分光装置。

【図１】