(57)【要約】【課題】  均一な角度分布を有する分光された光を取り出すことが可能な分光装置を提供する。【解決手段】  光源１からの光は、楕円鏡３に入射する。楕円鏡３の第１焦点は光源１の位置に位置している。楕円鏡３で反射された光は、楕円鏡４で再び反射される。楕円鏡３の第２焦点位置は、楕円鏡４の第１焦点位置に一致している。そして、楕円鏡４の第２焦点位置は、分光装置の入側スリット５の位置に一致するようにされている。よって、光源１からの光は、入側スリット５上に集光される。この光学系においては、楕円鏡３と楕円鏡４が、いわゆる「軸外し」となっており、楕円鏡３と楕円鏡４で反射された光は、光源１で遮られることなく入側スリット５上に集光される。又、このように、軸外し楕円鏡を２つ使用することにより、入側スリット５に入射する光の強さの角度分布を均一にすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、当該光源位置又はそれと共役な位置に第１の焦点を有し、前記光源からの光を反射して第２の焦点位置に集光する第１の楕円鏡と、第１の楕円鏡の第２の焦点位置又はそれと共役な位置に第１の焦点を有し、第１の楕円鏡からの光を反射して第２の焦点位置に集光する第２の楕円鏡と、第２の楕円鏡の第２の焦点位置、又はそれと共役な位置に設けられたスリットと、前記スリットを透過した光を分光する分光光学素子を有し、第１の楕円鏡と第２の楕円鏡で反射されて前記スリットに到達する光が前記光源で遮られないように、第１の楕円鏡と第２の楕円鏡の反射面が構成されていることを特徴とする分光装置。
【請求項２】
前記光源がキセノンランプであることを特徴とする請求項１に記載の分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光を波長毎に分光して出力する分光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
広いスペクトル分布を有する光源からの光を回折格子やプリズム等の分光光学素子に入射させて波長毎に異なる方向に出射させることにより分光を行う分光装置においては、光源からの光をスリット（入側スリット）上に集光し、入側スリットを２次光源として、入側スリットから放出される線状光源（分光方向については点光源とみなされるもの）を、凹面鏡等の光学素子を介して平行光束とし、分光光学素子に入射させる方法が採用されている。
【０００３】
特に、分光光学素子で分光された光を、再びスリット（出側スリット）を通して、出側スリットを透過した特定波長の光（分光光学素子の回転により、特定波長を変化させることができる）を取り出す場合には、２次光源を構成するスリットから放出される光の、放出角に対する強度分布が、分光されて出側スリットから放出される光の、放出角に対する強度分布に反映されることになる。
【０００４】
光源からの光を入側スリットに集光する光学系として、最も簡単な光学系は、図３に示すようなものである。すなわち、光源ランプ２１の背面に楕円鏡２２を設けて、その第１焦点位置に光源ランプ２１を位置させ、その第２焦点位置に分光装置の入側スリット２３を配置する方法である。
【０００５】
しかし、この方法では、光源ランプ２１に自身による、楕円鏡２２からの反射光の遮蔽が問題となる。すなわち、楕円鏡２２からの反射光のうち、遮蔽部２４の部分が光源ランプにより遮られる。この部分には、光源ランプ２１からの光しか届かず、この光は集光性がないので弱いものとなる。従って、入側スリット２３から放出される光は、その中心部分で強度の弱いものとなる。
【０００６】
このような問題点を解決するために、従来の分光装置においては、図４に示すような光学系が使用されていた。光源２１からの光は、背面に設けられた球面ミラー２５により反射され、光源２１が発する光と共に楕円鏡２６に入射する。楕円鏡２６の第１焦点は光源２１の位置に位置し、第２焦点は、分光装置の入側スリット２３の位置に位置するようにされている。
【０００７】
よって、光源２１からの光は、入側スリット２３上に集光されるが、この光学系においては、楕円鏡２６が、いわゆる「軸外し」となっており、楕円鏡２６で反射された光は、光源２１で遮られることなく入側スリット２３上に集光するように、楕円鏡２６の反射面が形成されている。よって、図３に示したような、光源２１による遮蔽の問題が起こらない。
【０００８】
入側スリット２３から放出された光は、平面鏡２７で反射された後、凹面鏡２８で平行光線に変えられ、回折格子２９に入射する。回折格子２９で分光された光のうち、特定方向に出射するものは、凹面鏡３０、平面鏡３１を通って集光光束に変えられ、出側スリット３２に集光されて、出側スリット３２から放出される。回折格子２９を回転させることにより、出側スリット３２から放出される光の波長を変えることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図４によるような、軸外し楕円鏡２６を使用した場合でも、入側スリット２３に入射する光の強度が入射角に応じて分布（以下、入射角、出射角に応じた強度分布を「角度分布」ということがある）を有することが避けられない。すなわち、図４において、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点で反射される光の強度を比較すると、Ａ点で反射される光の強度が最も強く、Ｃ点で反射される光の強度が最も弱い。
【００１０】
このことを図５を用いて説明する。図５において、光源２１から放出される光を示す線の内、実線は、楕円鏡２６の開口数（ＮＡ）で決まる有効範囲の境界を通る光線であり、破線で示される光線は、それから所定角度内側の光線である。光源２１から放出される光のうち、Ａ点で反射される光とＣ点で反射される光を比較すると、同じ角度範囲内（実線と破線の間）の光でも、Ａ点で反射される光は、狭い角度範囲内に収まって入側スリット２３に入射するのに対して、Ｃ点で反射される光は、広い角度範囲で入側スリット２３に入射している。よって、入側スリット２３に入射する光は、Ａ点で反射された光の方が、Ｃ点で反射された光よりも強い強度を有することになる。
【００１１】
このような入側スリット２３への入射光の角度分布は、図４において凹面鏡２８によって平行光線に変えられ回折格子２９を照明する光の、回折格子２９上での強度ムラとなって現れ、さらに、出側スリット３２から放出される光の角度分布となって現れるので、分光された光を使用する光学系にとって好ましくない影響を与える。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、均一な角度分布を有する分光された光を取り出すことが可能な分光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するための第１の手段は、光源と、当該光源位置又はそれと共役な位置に第１の焦点を有し、前記光源からの光を反射して第２の焦点位置に集光する第１の楕円鏡と、第１の楕円鏡の第２の焦点位置又はそれと共役な位置に第１の焦点を有し、第１の楕円鏡からの光を反射して第２の焦点位置に集光する第２の楕円鏡と、第２の楕円鏡の第２の焦点位置、又はそれと共役な位置に設けられたスリットと、前記スリットを透過した光を分光する分光光学素子を有し、第１の楕円鏡と第２の楕円鏡で反射されて前記スリットに到達する光が前記光源で遮られないように、第１の楕円鏡と第２の楕円鏡の反射面が構成されていることを特徴とする分光装置である。
【００１４】
本手段においては、第１の楕円鏡と第２の楕円鏡で反射されて前記スリットに到達する光が前記光源で遮られないように、第１の楕円鏡と第２の楕円鏡の反射面が構成されているので、スリットに集光される光の一部が光源により遮られてスリットに入射する光の角度分布が不均一になることを防止できる。又、光源からの光が２つの楕円鏡で反射されてスリットに集光されるようになっているので、２つの楕円鏡の角度特性が相殺し合い、楕円鏡により発生する光の角度分布の不均一が軽減される。よって、分光光学素子に均一な強度分布の光を照射することができ、その結果、均一な角度分布を有する分光された光を取り出すことが可能となる。
【００１５】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記光源がキセノンランプであることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１６】
キセノンランプは、約300〜1200nmの波長においてパワーのある光を発する。特に約300〜700nmの範囲においてはフラットなパワースペクトルを有する光を発するので、可視光用の分光装置の光源として有効である。さらに、放電で発光し、発光部は電極先端位置にあり、ほとんど点光源に近いと考えることができるので、光学系において取り扱いが容易である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、均一な角度分布を有する分光された光を取り出すことが可能な分光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である分光装置の光学系の概要を示す図である。光源１からの光は、背面に設けられた球面ミラー２により反射され、光源１が発する光と共に楕円鏡３に入射する。楕円鏡３の第１焦点は光源１の位置に位置している。楕円鏡３で反射された光は、楕円鏡４で再び反射される。楕円鏡３の第２焦点位置は、楕円鏡４の第１焦点位置に一致している。そして、楕円鏡４の第２焦点位置は、分光装置の入側スリット５の位置に一致するようにされている。
【００１９】
よって、光源１からの光は、入側スリット５上に集光されるが、この光学系においては、楕円鏡３と楕円鏡４が、いわゆる「軸外し」となっており、楕円鏡３と楕円鏡４で反射された光は、光源１で遮られることなく入側スリット５上に集光するように、楕円鏡３と楕円鏡４の反射面が形成されている。よって、図３に示したような、光源２１による遮蔽の問題が起こらない。
【００２０】
入側スリット５から放出された光は、平面鏡６で反射された後、凹面鏡７で平行光線に変えられ、回折格子８に入射する。回折格子８で分光された光のうち、特定方向に出射するものは、凹面鏡９、平面鏡１０を通って集光光束に変えられ、出側スリット１１に集光されて、出側スリット１１から放出される。回折格子８を回転させることにより、出側スリット１１から放出される光の波長を変えることができる。
【００２１】
このように、軸外し楕円鏡を２つ使用することにより、入側スリット５に入射する光の強さの角度分布を均一にすることができる。その理由を図２を用いて説明する。図２において、光源１から放出される光を示す線の内、実線は、楕円鏡３と楕円鏡４の開口数（ＮＡ）で決まる有効範囲の境界を通る光線であり、破線で示される光線は、それから所定角度内側の光線である。
【００２２】
光源１から放出される光のうち、Ａ点で反射される光とＣ点で反射される光を比較すると、同じ角度範囲内（実線と破線の間）の光でも、Ａ点で反射される光は、狭い角度範囲内に収まって楕円鏡４のＡ’点に入射するのに対して、Ｃ点で反射される光は、広い角度範囲で楕円鏡４に入射している。よって、楕円鏡４に入射する光は、Ａ点で反射された光の方が、Ｃ点で反射された光よりも強い強度を有することになる。これは、光源１から点Ａまでの距離が、光源１から点Ｃまでの距離より短いからである。
【００２３】
しかし、楕円鏡４で反射された結果、図に示すように、入側スリット５に入射する段階では、Ａ点で反射された光とＣ点で反射された光について、実線と破線のなす角はほぼ同じとなっている。これは、楕円鏡４で反射されることにより、入側スリット５に入射する段階では、光の角度分布が均一化されていることを示す。このような、光の角度分布の均一化は、図２に示すような場合、Ａ’点と楕円鏡４の第１焦点０との距離を、Ｂ’点と楕円鏡４の第１焦点Ｏとの距離よりも大きくしておくことにより実現できる。すなわち、楕円鏡４の反射面において、Ａ’点とＣ’点における実線と破線の間隔が等しくなるように楕円鏡４の反射面を選べばよい。
【００２４】
なお、本実施の形態においては、光源１としてキセノンランプを使用している。前述のようにキセノンランプの発光源は非常に小さいので、実質的に点光源として扱って、光学系を設計することができる。
【００２５】
勿論、本発明は、キセノンランプ以外の光源を使用する場合にも適用可能であり、分光光学素子としてプリズム等を使用する場合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態の１例である分光装置の光学系の概要を示す図である。
【図２】軸外し楕円鏡を２つ使用することにより、入側スリットに入射する光の強さの角度分布を均一にすることができる理由を説明するための図である。
【図３】光源からの光を入側スリットに集光する光学系の例を示す図である。
【図４】従来の分光装置に使用されている光学系の例を示す図である。
【図５】従来の光学系において入射光の強度の角度分布が均一でなくなる理由を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…光源、２…球面ミラー、３…楕円鏡、４…楕円鏡、５…入側スリット、６…平面鏡、７…凹面鏡、８…回折格子、９…凹面鏡、１０…平面鏡、１１…出側スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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