(57)【要約】【課題】偏光依存性の影響を低減することが可能な分光光学系及び分光測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】第１ミラー部及び第２ミラー部は、入射光の第１の偏光成分に対する反射率Ｒ１ｐ、入射光の第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分に対する反射率Ｒ１ｓ、第２ミラー部に入射する第１ミラー部からの光の第１の偏光成分に対する反射率Ｒ２ｐ、第２ミラー部に入射する第１ミラー部からの光の第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分に対する反射率Ｒ２ｓがＲ１ｐ＞Ｒ１ｓ且つＲ２ｐ＞Ｒ２ｓ（Ｒ１ｐ＜Ｒ１ｓ且つＲ２ｐ＜Ｒ２ｓ）を満たすよう形成される。第１ミラー部及び第２ミラー部は、第１ミラー部において反射率Ｒ１ｐで反射した光を第２ミラー部において反射率Ｒ２ｓで反射し、第１ミラー部において反射率Ｒ１ｓで反射した光を第２ミラー部において反射率Ｒ２ｐで反射するよう配置される。【選択図】図２
2014115233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの入射光を反射する第１ミラー部と、
前記第１ミラー部からの光を波長毎に分離して出射する分光素子と、
前記分光素子から出射された光を反射する第２ミラー部と、
前記第２ミラー部で反射された光を波長毎に受光する受光部と、
を有し、
前記第１ミラー部及び前記第２ミラー部の少なくとも一方は、入射する光の発散角を拡大させる拡大ミラーであり、
前記第１ミラー部及び前記第２ミラー部は、前記入射光の第１の偏光成分に対する反射率Ｒ１ｐ、前記入射光の第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分に対する反射率Ｒ１ｓ、前記第２ミラー部に入射する前記第１ミラー部からの光の第１の偏光成分に対する反射率Ｒ２ｐ、前記第２ミラー部に入射する前記第１ミラー部からの光の第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分に対する反射率Ｒ２ｓが以下の式（１）を満たすよう形成され、
前記第１ミラー部及び前記第２ミラー部は、前記第１ミラー部において前記反射率Ｒ１ｐで反射した光を前記第２ミラー部において前記反射率Ｒ２ｓで反射し、且つ前記第１ミラー部において前記反射率Ｒ１ｓで反射した光を前記第２ミラー部において前記反射率Ｒ２ｐで反射するよう配置されることを特徴とする分光光学系。
Ｒ１ｐ＞Ｒ１ｓ、且つＲ２ｐ＞Ｒ２ｓ
若しくは、
Ｒ１ｐ＜Ｒ１ｓ、且つＲ２ｐ＜Ｒ２ｓ・・・・（１）
【請求項２】
前記第１ミラー部及び前記第２ミラー部の反射率は、前記光のうち、前記受光部の一端に入射する第１の光線と他端に入射する第２の光線とが以下の式（２）を満たすよう形成されることを特徴とする請求項１記載の分光光学系。
第１の光線の反射率がＲ１ｐ×Ｒ２ｓ＞Ｒ１ｓ×Ｒ２ｐの場合、
第２の光線の反射率はＲ１ｐ×Ｒ２ｓ＜Ｒ１ｓ×Ｒ２ｐ
若しくは、
第１の光線の反射率がＲ１ｐ×Ｒ２ｓ＜Ｒ１ｓ×Ｒ２ｐの場合、
第２の光線の反射率はＲ１ｐ×Ｒ２ｓ＞Ｒ１ｓ×Ｒ２ｐ・・・・・（２）
【請求項３】
前記第１ミラー部及び前記第２ミラー部の反射率は以下の式（３）を満たすよう形成されることを特徴とする請求項１記載の分光光学系。
Ｒ１ｐ×Ｒ２ｓ＝Ｒ１ｓ×Ｒ２ｐ・・・・（３）
【請求項４】
前記分光光学系は、前記式（３）を満たす反射率で反射された光が前記受光部の中心に入射するよう構成されていることを特徴とする請求項３記載の分光光学系。
【請求項５】
前記分光光学系は、前記受光部の中心に入射する光が前記光源から出射された光の強度中心と一致するよう構成されていることを特徴とする請求項４記載の分光光学系。
【請求項６】
前記拡大ミラーは、前記第１の偏光成分を含む断面及び前記第２の偏光成分を含む断面のうち、いずれか一方の断面における光のみの発散角を拡大させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の分光光学系。
【請求項７】
前記第２ミラー部の反射面は、自由曲面形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の分光光学系。
【請求項８】
前記第１ミラー部及び前記第２ミラー部の少なくとも一方の反射面は、光の入射位置によって反射率の偏光依存性が異なる反射膜により形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の分光光学系。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかひとつに記載の分光光学系と、
前記受光部で受光された光に基づく信号から前記入射光の波長分布を算出する信号処理部と、
を有することを特徴とする分光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光光学系及び分光光学系を含む分光測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定試料のスペクトル解析や光通信など、光を用いる様々な分野において分光測定装置が用いられる。分光測定装置は、複数の波長を含む光を波長毎に分離し、光の波長分布を測定する。
【０００３】
光通信の分野においては、複数の波長を含む光を同時に伝送する光波長多重通信（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ。以下、「ＷＤＭ」と記述する）により、一本の光ファイバで大量の情報を伝送することが可能となっている。複数の波長に対しては、それぞれ異なる信号が対応付けられている。
【０００４】
この場合、分光測定装置は、ＷＤＭにより伝送された複数の波長を含む光の波長分布を測定するために用いられる。測定された波長分布は、特定の波長の光が確実に伝送されているかを確認するために用いられる。
【０００５】
分光測定装置として、たとえば、ラインセンサ、ＬＶＦ（ｌｉｎｅａｒ  ｖａｒｉａｂｌｅ  ｆｉｌｔｅｒ：線形可変波長フィルタ）及び拡大レンズを設ける構成がある（特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００６】
このような分光測定装置は、光源からの光を拡大レンズで拡大させ、ＬＶＦに入射させる。ＬＶＦを透過した光は、波長毎に分離される。分離された光は、ラインセンサの各素子で波長毎に受光される。ラインセンサの各素子の出力に基づいて、入射する光の波長分布（分光特性）を求めることができる。
【０００７】
ここで、光源からの光を拡大するために拡大レンズを用いる場合、拡大レンズの面間反射による干渉ノイズの影響により、各波長の強度を正確に検出することができない。すなわち、拡大レンズを用いる場合には、正確な波長分布を測定できない場合がある。
【０００８】
この干渉ノイズの影響を排除するためには、拡大レンズの代わりにミラーを用いることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００４−５３２４０２号公報
【特許文献２】米国特許第６７００６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、ミラーを用いる場合には、偏光依存性の影響により、検出される波長の強度にずれが生じるという問題がある。そして、一般的には、光ファイバ等を伝搬してきた光の偏光状態は一定でないため、ミラーを含む分光測定装置に偏光依存性があると、検出強度の誤差が発生してしまう。なお、偏光依存性とは、ミラーに入射する光の偏光成分（ｓ偏光成分、ｐ偏光成分）により反射率が異なる（反射率に差が生じる）ことをいう。また、偏光依存性は、光の入射角度の影響を受ける。たとえば、図８は、金属ミラー（アルミニウム）の反射率と入射角度の関係を示すグラフである。図８は、光の波長が１．５５μｍの例を示す。図８の波線はｓ偏光成分の反射率を示し、実線はｐ偏光成分の反射率を示す。
【００１１】
図８から明らかなように、金属ミラーでは、ｓ偏光成分の反射率に比べ、ｐ偏光成分の反射率のほうが常に小さくなる。更に、金属ミラーに対する光の入射角度が大きくなるにつれ、ｓ偏光成分とｐ偏光成分との反射率の差も大きくなる。よって、金属ミラーで反射された光を受光した場合、光の偏光成分によって受光される光の強度が異なるため（偏光依存性の影響を受けるため）、正確な波長分布を測定できない可能性がある。
【００１２】
本発明においては、上記課題を解決するために、偏光依存性の影響を低減することが可能な分光光学系及び分光測定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】
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の分光光学系は、第１ミラー部と、分光素子と、第２ミラー部と、受光部とを有する。第１ミラー部は、光源からの入射光を反射する。分光素子は、第１ミラー部からの光を波長毎に分離して出射する。第２ミラー部は、分光素子から出射された光を反射する。受光部は、第２ミラー部で反射された光を波長毎に受光する。第１ミラー部及び第２ミラー部の少なくとも一方は、入射する光の発散角を拡大させる拡大ミラーである。第１ミラー部及び第２ミラー部は、入射光の第１の偏光成分に対する反射率Ｒ１ｐ、入射光の第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分に対する反射率Ｒ１ｓ、第２ミラー部に入射する第１ミラー部からの光の第１の偏光成分に対する反射率Ｒ２ｐ、第２ミラー部に入射する第１ミラー部からの光の第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分に対する反射率Ｒ２ｓがＲ１ｐ＞Ｒ１ｓ且つＲ２ｐ＞Ｒ２ｓ、若しくは、Ｒ１ｐ＜Ｒ１ｓ且つＲ２ｐ＜Ｒ２ｓ（式（１））を満たすよう形成される。第１ミラー部及び第２ミラー部は、第１ミラー部において反射率Ｒ１ｐで反射した光を第２ミラー部において反射率Ｒ２ｓで反射し、且つ第１ミラー部において反射率Ｒ１ｓで反射した光を第２ミラー部において反射率Ｒ２ｐで反射するよう配置される。
また、上記課題を解決するために、請求項２に記載の分光光学系は、請求項１記載の分光光学系であって、第１ミラー部及び第２ミラー部の反射率は、光のうち、受光部の一端に入射する第１の光線と他端に入射する第２の光線とが、第１の光線の反射率がＲ１ｐ×Ｒ２ｓ＞Ｒ１ｓ×Ｒ２ｐの場合、第２の光線の反射率はＲ１ｐ×Ｒ２ｓ＜Ｒ１ｓ×Ｒ２ｐ、若しくは、第１の光線の反射率がＲ１ｐ×Ｒ２ｓ＜Ｒ１ｓ×Ｒ２ｐの場合、第２の光線の反射率はＲ１ｐ×Ｒ２ｓ＞Ｒ１ｓ×Ｒ２ｐ（式（２））を満たすよう形成される。
また、上記課題を解決するために、請求項３に記載の分光光学系は、請求項１記載の分光光学系であって、第１ミラー部及び第２ミラー部の反射率はＲ１ｐ×Ｒ２ｓ＝Ｒ１ｓ×Ｒ２ｐ（式（３））を満たすよう形成される。
また、上記課題を解決するために、請求項４に記載の分光光学系は、請求項３記載の分光光学系であって、式（３）を満たす反射率で反射された光が受光部の中心に入射するよう構成されている。
また、上記課題を解決するために、請求項５に記載の分光光学系は、請求項４記載の分光光学系であって、受光部の中心に入射する光が光源から出射された光の強度中心と一致するよう構成されている。
また、上記課題を解決するために、請求項６に記載の分光光学系は、請求項１〜５のいずれか一つに記載の分光光学系であって、拡大ミラーは、第１の偏光成分を含む断面及び第２の偏光成分を含む断面のうち、いずれか一方の断面における光のみの発散角を拡大させる。
また、上記課題を解決するために、請求項７に記載の分光光学系は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の分光光学系であって、第２ミラー部の反射面は、自由曲面形状に形成されている。
また、上記課題を解決するために、請求項８に記載の分光光学系は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の分光光学系であって、第１ミラー部及び第２ミラー部の少なくとも一方の反射面は、光の入射位置によって反射率の偏光依存性が異なる反射膜により形成されている。
また、上記課題を解決するために、請求項９に記載の分光測定装置は、請求項１〜８のいずれかひとつに記載の分光光学系と、信号処理部とを有する。信号処理部は、受光部で受光された光に基づく信号から入射光の波長分布を算出する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明における分光光学系は、第１ミラー部及び第２ミラー部の反射率がＲ１ｐ＞Ｒ１ｓ且つＲ２ｐ＞Ｒ２ｓ（若しくは、Ｒ１ｐ＜Ｒ１ｓ且つＲ２ｐ＜Ｒ２ｓ）を満たすように形成されている。そして、第１ミラー部及び第２ミラー部は、第１ミラー部において反射率Ｒ１ｐで反射した光を第２ミラー部において反射率Ｒ２ｓで反射し、且つ第１ミラー部において反射率Ｒ１ｓで反射した光を第２ミラー部において反射率Ｒ２ｐで反射するよう配置される。従って、第１ミラー部において反射したｐ偏光成分の光を第２ミラー部でｓ偏光成分として反射した場合と、第１ミラー部において反射したｓ偏光成分の光を第２ミラー部でｐ偏光成分として反射した場合とで、反射率の差を小さくすることができる。すなわち、本発明における分光光学系によれば、偏光依存性の影響を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係る分光測定装置を示す図である。
【図２】実施形態に係る分光光学系を示す図である。
【図３Ａ】実施形態に係る分光光学系の説明を補足する図である。
【図３Ｂ】実施形態に係る分光光学系の説明を補足する図である。
【図３Ｃ】実施形態に係る分光光学系の説明を補足する図である。
【図３Ｄ】実施形態に係る分光光学系の説明を補足する図である。
【図４】実施形態に係る分光光学系の説明を補足する図である。
【図５Ａ】実施形態に係る分光光学系における偏光依存性の説明を補足する図である。
【図５Ｂ】実施形態に係る分光光学系における偏光依存性の説明を補足する図である。
【図６】実施形態に係る処理・制御系を示す図である。
【図７】実施形態に係る分光測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】金属ミラーにおける反射率の偏光依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜実施形態＞
図１から図７を参照して、実施形態に係る分光測定装置１について説明を行う。
【００１７】
図１は、分光測定装置１を示すブロック図である。分光測定装置１は、分光光学系１０及び処理・制御系２０を有する。分光測定装置１の外部には、光源ＬＳが配置されている。光源ＬＳは、単一波長の光、或いは複数の波長λｋ（ｋ＝１〜ｎ）を含む光を発生させる。一般には、光源ＬＳから出射される光に含まれる波長は不明である（光源ＬＳは、未知の信号源である）。また、光源ＬＳは光ファイバとコリメートレンズから構成されており、光源ＬＳから出射される光はコリメート光となっている。
【００１８】
［分光光学系］
図２〜図５Ｂを参照して、本実施形態に係る分光光学系１０の構成について説明する。
【００１９】
図２は、分光光学系１０の概略を示す斜視図である。光源ＬＳからの光の出射方向をＹ方向とし、Ｙ方向に直交する方向をそれぞれＸ方向、Ｚ方向とする。分光光学系１０は、第１ミラー部１１と、投射光学系１２と、分光素子１３と、第２ミラー部１４と、受光部１５とを有する。
【００２０】
（第１ミラー部）
第１ミラー部１１は、光源ＬＳから出射された光が入射する。光源ＬＳからの光は、光ファイバ等の導光手段を用いて第１ミラー部１１へ送られる。第１ミラー部１１に入射した光は、第１ミラー部１１の反射面ＲＳ１で反射する。すなわち、第１ミラー部１１は、光源ＬＳからの入射光を反射する。
【００２１】
第１ミラー部１１は、たとえば、円筒形状のミラーにより構成される。第１ミラー部１１の反射面ＲＳ１は、誘電体多層膜や金属膜により形成される。膜の構成を調整することにより、反射面ＲＳ１におけるｐ偏光成分の反射率Ｒ１ｐ（後述）及びｓ偏光成分の反射率Ｒ１ｓ（後述）を所望の値に設定することが可能である。
【００２２】
また、本実施形態において、第１ミラー部１１は、入射光の発散角を拡大させる拡大ミラーにより構成されている。すなわち、第１ミラー部１１は、入射光を反射する際、その光束を拡大させる機能を有している。
【００２３】
図３Ａは、図２における第１ミラー部１１をＺ方向から見た概略図である。図３Ｂは、Ｘ方向から第１ミラー部１１を見た概略図である。
【００２４】
本実施形態において、反射面ＲＳ１の法線ベクトルＮ１と第１ミラー部１１への入射光のベクトルとを含む断面を第１断面Ｓ１とする（図３Ａ参照）。また、第１断面Ｓ１に直交する断面（反射面ＲＳ１と平行な断面）を第２断面Ｓ２とする（図３Ｂ参照）。また、第１断面Ｓ１における入射光のベクトルと法線ベクトルＮ１がなす角度を入射角度θ１ｐとする（図３Ａ参照）。また、第２断面Ｓ２における入射光のベクトルと法線ベクトルＮ１がなす角度を入射角度θ１ｓとする（図３Ｂ参照）。また、入射光のｐ偏光成分に対する反射率を反射率Ｒ１ｐとし、ｓ偏光成分に対する反射率を反射率Ｒ１ｓとする。
【００２５】
たとえば、光源ＬＳの電場ベクトルがＸ方向の光で偏光しているとする。この場合、第１断面Ｓ１内の反射はｐ偏光成分として反射し、第２断面Ｓ２内での反射はｓ偏光成分として反射する。合計の反射率はこの２つの反射成分を合成したものとなる（（s偏光成分の割合×s偏光成分の反射率）＋（p偏光成分の割合×偏光成分の反射率））。入射光のｐ偏光成分は、入射角度θ１ｐで反射面ＲＳ１に入射し、反射率Ｒ１ｐで反射する。入射光のｓ偏光成分は、入射角度θ１ｓで反射面ＲＳ１に入射し、反射率Ｒ１ｓで反射する。θ１ｓが０度の場合は、第１ミラー部１１に入射する偏光はｐ偏光成分のみとなる。また同様に、光源ＬＳの電場ベクトルがＹ方向の光で偏光しているとすると、第１断面Ｓ１内の光の反射はｓ偏光成分として反射し、第２断面Ｓ２内での反射はｐ偏光成分として反射する。本実施形態において、ｐ偏光成分は、「第１の偏光成分」の一例であり、ｓ偏光成分は、「第２の偏光成分」の一例である。
【００２６】
（投射光学系）
投射光学系１２は、第１ミラー部１１からの光（発散光）を分光素子１３に対して投射する光学系である。投射光学系１２は、たとえば、分光素子１３の入射角度依存性（所謂、ブルーシフト）の影響を抑えるため、分光素子１３の長辺方向（Ｙ方向）に対して平行光が入射するように第１ミラー部からの光をコリメートする。一方、投射光学系１２は、分光素子１３の短辺方向（Ｚ方向）に対しては、光の損失を少なくするため集光させる。なお、図２において、投射光学系１２は、１枚のレンズからなる構成を示しているが、複数枚のレンズを組み合わせたレンズ群であってもよい。
【００２７】
（分光素子）
分光素子１３は、投射光学系１２により投射された光（第１ミラー部１１からの光）を波長毎に分離して出射する。分光素子１３としては、ＬＶＦや回折格子を用いることができる。たとえば、ＬＶＦは、第１ミラー部１１からの光を波長が所定方向に連続して変化する透過光として出射する。「所定方向」とは、透過光の波長が変化する方向である（図２におけるＹ方向）。複数の波長λｋを含む光が入射する場合、分光素子１３は、光の入射位置によって透過する波長λｋが異なっている。すなわち、分光素子１３は、複数の波長λｋを含む光を波長毎に分離することができる。
【００２８】
（第２ミラー部）
第２ミラー部１４は、分光素子１３から出射された光（透過光）が入射する。第２ミラー部１４に入射した光は、第２ミラー部１４の反射面ＲＳ２で反射する。すなわち、第２ミラー部１４は、分光素子１３から出射された光を反射する。
【００２９】
第２ミラー部１４は、たとえば、平面ミラーにより構成される。第２ミラー部１４の反射面ＲＳ２は、第１ミラー部１１と同様、誘電体多層膜や金属膜により形成される。膜の構成を調整することにより、反射面ＲＳ２におけるｐ偏光成分の反射率Ｒ２ｐ（後述）及びｓ偏光成分の反射率Ｒ２ｓ（後述）を所望の値に設定することが可能である。なお、第２ミラー部１４の前面にＬＶＦを付加したり、回折構造を付加することで、分光素子１３と第２ミラー部１４を一体素子として構成してもよい。
【００３０】
図３Ｃは、図２における第２ミラー部１４をＹ方向から見た概略図である。図３Ｄは、Ｚ方向から第２ミラー部１４を見た概略図である。
【００３１】
本実施形態において、反射面ＲＳ２の法線ベクトルＮ２と第２ミラー部１４へ入射する光（分光素子１３から出射された光）のベクトルとを含む断面を第３断面Ｓ３とする（図３Ｃ参照）。また、第３断面Ｓ３に直交する断面（反射面ＲＳ２と平行な断面）を第４断面Ｓ４とする（図３Ｄ参照）。また、第３断面Ｓ３に入射する光のベクトルと法線ベクトルＮ２がなす角度を入射角度θ２ｐとする（図３Ｃ参照）。また、第４断面Ｓ４に入射する光のベクトルと法線ベクトルＮ２がなす角度を入射角度θ２ｓとする（図３Ｄ参照）。また、入射する光のｐ偏光成分に対する反射率を反射率Ｒ２ｐとし、ｓ偏光成分に対する反射率を反射率Ｒ２ｓとする。
【００３２】
たとえば、第２ミラー部１４に入射する光の電場ベクトルがＺ方向の光で偏光しているとする。この場合、第３断面Ｓ３内の反射はｐ偏光成分として反射し、第４断面Ｓ４内での反射はｓ偏光成分として反射する。第２ミラー部１４に入射する光のｐ偏光成分は、入射角度θ２ｐで反射面ＲＳ２に入射し、反射率Ｒ２ｐで反射する。第２ミラー部１４に入射する光のｓ偏光成分は、入射角度θ２ｓで反射面ＲＳ２に入射し、反射率Ｒ２ｓで反射する。合計の反射率はこの２つの反射成分を合成したものとなる。θ２ｓが０度の場合は、第２ミラー部１４に入射する偏光はｐ偏光成分のみとなる。また同様に、第２ミラー部１４に入射する光の電場ベクトルがＹ方向に偏光しているとすると、第３断面Ｓ３内の光の反射はｓ偏光成分として反射し、第４断面Ｓ４内での反射はｐ偏光成分として反射する。
【００３３】
なお、第２ミラー部１４は、第１ミラー部１１と同様、入射する光の発散角を拡大させる拡大ミラーにより構成されていてもよい。この場合、第２ミラー部１４と受光部１５との間に第２ミラー部１４で発散した光を受光部１５に入射させるための光学系（たとえば、コリメートレンズ）を設けることが望ましい。
【００３４】
また、第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４の少なくとも一方が拡大ミラーで構成されている場合、拡大ミラーは、ｐ偏光成分を含む断面及びｓ偏光成分を含む断面のうち、いずれか一方の断面における光のみの発散角を拡大させることでよい。一方の断面における光のみの発散角を拡大させることにより、他方の断面における光の入射角度の差は小さくなる。よって、入射角度による偏光依存性の影響を低減することが可能となる。
【００３５】
また、第１ミラー部１１を拡大ミラーで構成した場合、第１ミラー部１１へ入射する光（光束）に含まれる各光線の入射角度が異なるため、光の発散角に応じて偏光依存性が異なることになる。このような場合、第２ミラー部１４の反射面ＲＳ２は、自由曲面形状に形成されていることが望ましい。具体的に、反射面ＲＳ２は、光の発散角が拡大する方向において自由曲面形状に形成されている。反射面ＲＳ２を自由曲面形状とすることで、第１ミラー部１１で発散された光の発散角（入射角度）に応じた偏光依存性の影響を低減することが可能となる。なお、反射面ＲＳ２を自由曲面形状にすることで、受光部１５へ入射する光の発散角が拡大する方向の光線密度が不均一になるため、波長検出ピッチが不均一になる可能性がある。この場合、信号処理部２２（後述）によって信号処理を行い、波長検出を等間隔に補正することが可能である。
【００３６】
また、第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４の少なくとも一方の反射面（反射面ＲＳ１及び反射面ＲＳ２の少なくとも一方）は、光の入射位置によって反射率の偏光依存性が異なる反射膜により形成されていることでもよい。反射面をこのような反射膜で形成することにより、光の入射位置に応じた偏光依存性の影響を低減することが可能となる。
【００３７】
（第１ミラー部及び第２ミラー部の反射率及び配置）
ここで、本実施形態における第１ミラー部１１（反射面ＲＳ１）及び第２ミラー部１４（反射面ＲＳ２）は、その反射率Ｒ１ｐ、反射率Ｒ１ｓ、反射率Ｒ２ｐ、及び反射率Ｒ２ｓが以下の式（１）を満たすよう形成されている。
【００３８】
【数１】
2014115233.tif 000003
【００３９】
また、第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４は、第１ミラー部１１において反射率Ｒ１ｐで反射した光を第２ミラー部１４において反射率Ｒ２ｓで反射し、且つ第１ミラー部１１において反射率Ｒ１ｓで反射した光を第２ミラー部１４において反射率Ｒ２ｐで反射するよう配置される。
【００４０】
具体例としては、図４に示す構成がある。図４は、分光光学系１０のうち、第１ミラー部１１（反射面ＲＳ１）及び第２ミラー部１４（反射面ＲＳ２）のみを示す斜視図である。矢印は入射する光を示す。図４に示すように、第１ミラー部１１の入射面Ｅ１（反射面ＲＳ１に垂直且つ入射光線と反射光線を含むＸＹ平面）と第２ミラー部１４の入射面Ｅ２（反射面ＲＳ２に垂直且つ入射光線と反射光線を含むＸＺ平面）が直交するように第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４を配置した光学系であるとよい。
【００４１】
この場合、第１ミラー部１１に入射する光源ＬＳからの光（入射光）のｐ偏光成分は、反射面ＲＳ１において反射率Ｒ１ｐで反射される。このｐ偏光成分は、反射面ＲＳ２ではｓ偏光成分となるため、反射面ＲＳ２においては反射率Ｒ２ｓで反射される。すなわち、光源ＬＳからの光（入射光）のうち、第１ミラー部１１に入射するｐ偏光成分は、反射率Ｒ１ｐ×反射率Ｒ２ｓの強度になる。一方、第１ミラー部１１に入射するｓ偏光成分は、反射面ＲＳ１において反射率Ｒ１ｓで反射される。このｓ偏光成分は、反射面ＲＳ２ではｐ偏光成分となるため、反射面ＲＳ２においては反射率Ｒ２ｐで反射される。すなわち、光源ＬＳからの光（入射光）のうち、第１ミラー部１１に入射するｓ偏光成分は、反射率Ｒ１ｓ×反射率Ｒ２ｐの強度になる。
【００４２】
ここで、図５Ａは、図８に示したグラフの一部を拡大した図である。図５Ａの縦軸は、光を発散させる効果を有する（パワーを持つ）一のミラーの反射率、横軸は、一のミラーに入射する光線の入射角度を示す。図５Ｂの縦軸は、第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４の反射率を掛け合わせた値、横軸は、第１ミラー部１１へ入射する各光線の入射角度を示す。なお、第２ミラー部１４へ入射する光線の入射角度は４５ｄｅｇとなっている。
【００４３】
図５Ａに示すように、光を発散させる効果を有する（パワーを持つ）一のミラーのみを用いる場合は、ｐ偏光成分とｓ偏光成分で反射率の差が異なる（常に、ｓ偏光成分の反射率に比べ、ｐ偏光成分の反射率のほうが小さくなる。）。反射率の差は、ミラーに対する光の入射角度が大きくなるにつれて大きくなる。よって、受光部１５に入射する光の偏光成分により偏光依存性の影響を大きく受け、受光する光の強度に差が生じる。
【００４４】
一方、図５Ｂに示すように、二つのミラー（第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４）を用いる場合、第１ミラー部１１でｐ偏光成分（ｓ偏光成分）として反射された光は、第２ミラー部１４でｓ偏光成分（ｐ偏光成分）として反射される。よって、入射する光がいずれの偏光成分であっても、反射率の差を小さくすることができる。つまり、受光部１５に入射する光の偏光成分によらず、偏光依存性の影響をキャンセルすることができ、受光する光の強度の差を抑えることができる。また、図５Ｂから明らかなように、第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４を用いる場合には、ｐ偏光成分とｓ偏光成分で入射角度による反射率の差が小さい。すなわち、入射角度による偏光依存性の影響が少ない。
【００４５】
なお、受光部１５の両端で反射率の偏光依存性が異なるよう第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４の反射率を設定してもよい。すなわち、第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４の反射率は、入射する光のうち、受光部１５の一端に入射する第１の光線と他端に入射する第２の光線とが以下の式（２）を満たすよう形成することが可能である。
【００４６】
【数２】
2014115233.tif 000004
【００４７】
更に、反射率が以下の式（３）の関係を示す場合には、ｐ偏光成分とｓ偏光成分で反射率が等しくなる。すなわち、式（３）の関係を満たすように、たとえば、反射面ＲＳ１及び反射面ＲＳ２を同じ偏光依存性を有する膜で構成することにより、受光部１５に入射する光の強度をｐ偏光成分とｓ偏光成分とで等しくすることができる。よって、偏光依存性の影響をより低減させることが可能となる。
【００４８】
【数３】
2014115233.tif 000005
【００４９】
なお、たとえば、第１ミラー部１１が円筒形状の場合等、発散角に応じて反射率Ｒ１ｐ及び反射率Ｒ１ｓが変化することがある。この場合、発散角に応じた光の少なくとも一部が式（３）を満たすようになることが望ましい。
【００５０】
また、入射角度がθ１ｐ＞θ１ｓ、且つθ２ｐ＞θ２ｓ、若しくは、θ１ｐ＜θ１ｓ、且つθ２ｐ＜θ２ｓの関係を満たすように第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４を配置することにより、入射角度による偏光依存性の影響を低減することも可能である。
【００５１】
（受光部）
受光部１５は、第２ミラー部１４で反射された光を波長毎に受光する。受光部１５は、複数の受光素子を有する。受光素子は、たとえばＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を用いることができる。
【００５２】
受光素子は、分光素子１３の形状に対応する配置が可能である。たとえば、分光素子１３がライン状の場合、受光部１５としては、受光素子が分光素子１３の形状に沿って一列に配置されたラインセンサを用いることができる。また、分光素子１３が２次元状の場合、受光部１５としては、受光素子が平面上に配置された２次元センサを用いることができる。すなわち、受光部１５はエリアセンサとして構成することが可能である。
【００５３】
なお、分光光学系１０は、式（２）を満たす反射率で反射された光が受光部１５の中心に入射するよう構成することが可能である。この場合、受光部１５の中心で偏光依存性を０（ｐ偏光成分とｓ偏光成分で同じ反射率）にすることができるため、受光部１５全体での偏光依存性をより低減することが可能となる。
【００５４】
更に、分光光学系１０は、受光部１５の中心に入射する光が光源ＬＳから出射された光の強度中心と一致するよう構成されていることが望ましい。光源ＬＳからの光の強度は所定のガウス分布を有する。従って、ガウス分布における最大強度の光を受光部１５の中心に入射させることで、受光部１５に入射する光の強度を稼ぐことができるため、波長分布を示す情報が含まれる光の検出を確実に行うことが可能となる。
【００５５】
［処理・制御系］
図６は、本実施形態に係る処理・制御系２０を示す概略図である。図６において、分光光学系１０の一部の構成は記載を省略している。処理・制御系２０は、読み出し部２１と、信号処理部２２とを有する。
【００５６】
読み出し部２１は、受光部１５で受光された光に基づく信号を読み出す。たとえば、読み出し部２１は、受光部１５が光源ＬＳからの光を受光したタイミングで読み出しを行う。なお、受光部１５で受光された光に基づく信号は、受光された光の波長、及び当該波長に対応する受光素子の出力信号の大きさ（強度）の関係を示す（スペクトラムデータ）。
【００５７】
信号処理部２２は、受光部１５で受光された光に基づく信号から入射光Ｌの波長分布を算出する。信号処理部２２による算出結果は、外部の表示デバイス等に表示される。なお、分光測定装置１が信号処理部２２による算出結果を表示する表示部を有する構成も可能である。
【００５８】
［動作］
次に図７を参照して、本実施形態に係る分光測定装置１の動作について説明を行う。
【００５９】
光源ＬＳからの複数波長を含む光が分光測定装置１の分光光学系１０に入射する。第１ミラー部１１は、分光光学系１０に入射した入射光を反射する（Ｓ１０）。このとき、第１ミラー部１１に入射するｐ偏光成分は、反射率Ｒ１ｐで反射される。第１ミラー部１１に入射するｓ偏光成分は、反射率Ｒ１ｓで反射される。
【００６０】
分光素子１３は、Ｓ１０で反射され投射光学系１２でコリメートされた光を波長が所定方向に連続して変化する透過光として出射する（Ｓ１１）。
【００６１】
第２ミラー部１４は、Ｓ１１で出射された透過光を反射する（Ｓ１２）。具体的には、第２ミラー部１４は、反射率Ｒ１ｐで反射された入射光のｐ偏光成分をｓ偏光成分として反射率Ｒ２ｓで反射する。第２ミラー部１４は、反射率Ｒ１ｓで反射された入射光のｓ偏光成分をｐ偏光成分として反射率Ｒ２ｐで反射する。
【００６２】
受光部１５は、Ｓ１２で反射された光を波長毎に受光素子で受光する（Ｓ１３）。
【００６３】
読み出し部２１は、Ｓ１３で受光された透過光に基づく信号を読み出す（Ｓ１４）。
【００６４】
信号処理部２２は、Ｓ１４で読み出された信号に基づいて、光源ＬＳからの光に含まれる波長分布を算出する（Ｓ１５）。
【００６５】
＜実施形態の作用・効果＞
本実施形態に係る分光光学系及び分光測定装置の作用及び効果について説明する。
【００６６】
実施形態に係る分光光学系１０は、第１ミラー部１１と、分光素子１３と、第２ミラー部１４と、受光部１５とを有する。第１ミラー部１１は、光源ＬＳからの入射光を反射する。分光素子１３は、第１ミラー部１１からの光を波長毎に分離して出射する。第２ミラー部１４は、分光素子１３から出射された光を反射する。受光部１５は、第２ミラー部１４で反射された光を波長毎に受光する。第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４の少なくとも一方は、入射する光の発散角を拡大させる拡大ミラーである。第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４は、入射光の第１の偏光成分に対する反射率Ｒ１ｐ、入射光の第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分に対する反射率Ｒ１ｓ、第２ミラー部１４に入射する第１ミラー部１１からの光の第１の偏光成分に対する反射率Ｒ２ｐ、第２ミラー部１４に入射する第１ミラー部１１からの光の第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分に対する反射率Ｒ２ｓがＲ１ｐ＞Ｒ１ｓ且つＲ２ｐ＞Ｒ２ｓ、若しくは、Ｒ１ｐ＜Ｒ１ｓ且つＲ２ｐ＜Ｒ２ｓ（式（１））を満たすよう形成される。第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４は、第１ミラー部１１において反射率Ｒ１ｐで反射した光を第２ミラー部１４において反射率Ｒ２ｓで反射し、且つ第１ミラー部１１において反射率Ｒ１ｓで反射した光を第２ミラー部１４において反射率Ｒ２ｐで反射するよう配置される。
【００６７】
このように、本実施形態における分光光学系１０は、第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４の反射率がＲ１ｐ＞Ｒ１ｓ且つＲ２ｐ＞Ｒ２ｓ（若しくは、Ｒ１ｐ＜Ｒ１ｓ且つＲ２ｐ＜Ｒ２ｓ）を満たすように形成する。そして、第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４は、第１ミラー部１１において反射率Ｒ１ｐで反射した光を第２ミラー部１４において反射率Ｒ２ｓで反射し、且つ第１ミラー部１１において反射率Ｒ１ｓで反射した光を第２ミラー部１４において反射率Ｒ２ｐで反射するよう配置される。従って、第１ミラー部１１において反射したｐ偏光成分の光を第２ミラー部１４でｓ偏光成分として反射した場合と、第１ミラー部１１において反射したｓ偏光成分の光を第２ミラー部１４でｐ偏光成分として反射した場合とで、反射率の差を小さくすることができる。従って、受光部１５で受光される光の強度の差が小さくなるため、偏光依存性の影響によらず、正確な波長分布の測定が可能となる。すなわち、本実施形態における分光光学系１０によれば、偏光依存性を低減することが可能となる。
【００６８】
また、本実施形態に係る分光光学系１０における第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４の反射率は、光のうち、受光部１５の一端に入射する第１の光線と他端に入射する第２の光線とが、第１の光線の反射率がＲ１ｐ×Ｒ２ｓ＞Ｒ１ｓ×Ｒ２ｐの場合、第２の光線の反射率はＲ１ｐ×Ｒ２ｓ＜Ｒ１ｓ×Ｒ２ｐ、若しくは、第１の光線の反射率がＲ１ｐ×Ｒ２ｓ＜Ｒ１ｓ×Ｒ２ｐの場合、第２の光線の反射率はＲ１ｐ×Ｒ２ｓ＞Ｒ１ｓ×Ｒ２ｐ（式（２））を満たすよう形成される。
【００６９】
このように、式（２）の関係を満たすように第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４を形成する。従って、受光部１５の両端で反射率の偏光依存性が逆転し、反射率の差を小さくすることができる。すなわち、受光部１５で受光される光の強度の差が小さくなるため、偏光依存性の影響によらず、正確な波長分布の測定が可能となる。
【００７０】
また、本実施形態に係る分光光学系１０は、第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４の反射率はＲ１ｐ×Ｒ２ｓ＝Ｒ１ｓ×Ｒ２ｐ（式（３））を満たすよう形成される。
【００７１】
式（３）の関係を満たすように反射率を設定することにより、ｓ偏光成分とｐ偏光成分で反射率の差を０とすることができる。従って、受光部１５で受光される光の強度を等しくすることができるため、偏光依存性の影響をより低減させ、正確な波長分布の測定が可能となる。
【００７２】
また、本実施形態に係る分光光学系１０は、式（３）を満たす反射率で反射された光が受光部１５の中心に入射するよう構成されている。また、本実施形態に係る分光光学系１０は、受光部１５の中心に入射する光が光源ＬＳから出射された光の強度中心と一致するよう構成されている。
【００７３】
分光光学系１０をこのように構成することにより、受光部１５の中心で偏光依存性を０（ｐ偏光成分とｓ偏光成分で同じ反射率）にすることができる。従って、本実施形態における分光光学系１０は、受光部１５全体での偏光依存性をより低減することが可能となる。また、光の強度中心を受光部１５の中心に入射させることで、受光部１５に入射する光の強度を稼ぐことができるため、波長分布を示す情報が含まれる光の検出を確実に行うことが可能となる。
【００７４】
また、本実施形態に係る分光光学系１０における拡大ミラー（第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４の少なくとも一方）は、第１の偏光成分を含む断面及び第２の偏光成分を含む断面のうち、いずれか一方の断面における光のみの発散角を拡大させる。
【００７５】
このように、一方の断面における光のみの発散角を拡大させることにより、他方の断面における光の入射角度の差は小さくなる。よって、入射角度による偏光依存性の影響を低減させることが可能となる。
【００７６】
また、本実施形態に係る分光光学系１０における第２ミラー部１４の反射面ＲＳ２は、自由曲面形状に形成されている。或いは、第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４の少なくとも一方の反射面は、光の入射位置によって反射率の偏光依存性が異なる反射膜により形成されている。
【００７７】
このように反射面を構成することで、発散角や入射位置による偏光依存性の影響を低減することが可能となる。
【００７８】
また、上記の分光光学系１０を分光測定装置１に用いることも可能である。分光測定装置１は、上述の分光光学系１０と、信号処理部２２とを有する。信号処理部２２は、受光部１５で受光された光に基づく信号から入射光の波長分布を算出する。
【００７９】
このような分光測定装置１であっても、第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４の反射率がＲ１ｐ＞Ｒ１ｓ且つＲ２ｐ＞Ｒ２ｓ（若しくは、Ｒ１ｐ＜Ｒ１ｓ且つＲ２ｐ＜Ｒ２ｓ）を満たすように形成する。そして、第１ミラー部１１及び第２ミラー部１４は、第１ミラー部１１において反射率Ｒ１ｐで反射した光を第２ミラー部１４において反射率Ｒ２ｓで反射し、且つ第１ミラー部１１において反射率Ｒ１ｓで反射した光を第２ミラー部１４において反射率Ｒ２ｐで反射するよう配置される。従って、第１ミラー部１１において反射したｐ偏光成分の光を第２ミラー部１４でｓ偏光成分として反射した場合と、第１ミラー部１１において反射したｓ偏光成分の光を第２ミラー部１４でｐ偏光成分として反射した場合とで、反射率の差を小さくすることができる。従って、受光部１５で受光される光の強度の差が小さくなるため、偏光依存性の影響によらず、正確な波長分布の測定が可能となる。よって、信号処理部２２は、測定結果に基づいて、入射光の波長分布を正確に算出することができる。すなわち、本実施形態における分光測定装置１によれば、偏光依存性を低減し、入射光の波長分布を正確に算出することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１  分光測定装置
１０  分光光学系
１１  第１ミラー部
１２  投射光学系
１３  分光素子
１４  第２ミラー部
１５  受光部
２０  処理・制御系
２１  読み出し部
２２  信号処理部
【図１】
2014115233.tif 000006
【図２】
2014115233.tif 000007
【図３Ａ】
2014115233.tif 000008
【図３Ｂ】
2014115233.tif 000009
【図３Ｃ】
2014115233.tif 000010
【図３Ｄ】
2014115233.tif 000011
【図４】
2014115233.tif 000012
【図５Ａ】
2014115233.tif 000013
【図５Ｂ】
2014115233.tif 000014
【図６】
2014115233.tif 000015
【図７】
2014115233.tif 000016
【図８】
2014115233.tif 000017