(57)【要約】【課題】被測定光と回折光との角度関係に関わらず当該回折光の広がり角を設定可能とすることで、被測定光と回折光との角度を柔軟に変更可能とする。【解決手段】入出射面４１が、回折面３１に対して、溝５の配列方向（ｙ方向）に傾斜されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面側に複数の溝が所定間隔でかつ平行に配列されて形成される溝形成層と、該溝形成層の反射面を覆いかつ被測定光を透光する透光層とを備える回折光学素子であって、
前記被測定光が入射し、かつ、前記被測定光が前記反射面に入射することによって生じる回折光が出射する前記透光層の入出射面は、前記溝形成層の前記反射面に対して、前記溝の配列方向に傾斜されていることを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】
前記溝の配列方向において、前記入出射面の傾斜方向は、前記入出射面に入射する前の前記被測定光の進行方向に対して平行に近づく方向であることを特徴とする請求項１記載の回折光学素子。
【請求項３】
前記溝の配列方向において、前記入出射面に対する前記被測定光の入射角度が、臨界角より小さく、かつ、前記反射面に到達する被測定光が前記反射面に対して直角となる角度よりも大きくなるように、前記入出射面の傾斜角度が設定されていることを特徴とする請求項２記載の回折光学素子。
【請求項４】
前記入出射面は、さらに前記溝の延在方向に傾斜されていることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の回折光学素子。
【請求項５】
被測定光が波長毎に分光されて生じる回折光を出射する回折光学素子と、該回折光学素子から出射された光を検出する光検出素子と、該光検出素子の検出結果に基づいて各波長の光パワーを求める波長演算手段と、を備える光スペクトラムアナライザであって、
前記回折光学素子として、請求項１〜４いずれかに記載の回折光学素子を用いることを特徴とする光スペクトラムアナライザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折光学素子及び光スペクトラムアナライザに関するものであり、特に反射面が透光層によって保護された回折光学素子及び該回折光学素子を備える光スペクトラムアナライザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の回折光学素子としては、ガラス等からなる母材上に樹脂層が設置され、この樹脂層の露出された表面側に複数の溝を平行に配列して形成したものが知られている。このような回折光学素子によれば、溝が形成された樹脂層の表面側に光が入射した場合に、波長毎に異なる角度の回折が生じ、光が波長毎に分光された回折光が出射される。
ところが、樹脂層の表面側が露出して周辺雰囲気にされされている場合には、周辺雰囲気の温度や湿度等の影響を受けやすく、樹脂層の表面側が劣化し易くなるという問題がある。
【０００３】
このため、例えば特許文献１に示すように、溝が形成された樹脂層の表面側をガラス板等の透光層によって覆うことによって、樹脂層を保護する回折光学素子が提案されている。このような回折光学素子によれば、透光層によって樹脂層の表面側が周辺雰囲気から保護されるため、樹脂層の表面側の劣化を抑制し、回折光学素子の回折特性を維持することができる。
【特許文献１】特開平１０−３０７２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、回折光学素子では、樹脂層の表面（反射面）に光が入射されることによって、上述のように回折光が生じる。例えば、光スペクトラムアナライザ等の光学装置では、回折光学素子から射出される回折光を光検出素子によって検出することで回折光学素子に入射する光（被測定光）の波長毎の光パワーを求めている。
このような光スペクトラムアナライザでは、光検出素子によって回折光を受光する必要があるため、回折光を受光する位置に光検出素子を設置する必要がある。すなわち、被測定光と回折光との角度関係を設定し、この設定に基づいて光検出素子の位置を決定する必要がある。
一方で、被測定光が反射面に入射すると、波長毎に異なる角度の回折が生じる。このため、回折光には、異なる角度に出射される複数の光が含まれている。よって、回折光学素子から出射される回折光は、被測定光がコリメータ光である場合であっても、所定の広がり角を有して出射される。回折光の広がり角が大きい場合には、回折光学素子から等距離に光検出素子を設置した場合であっても、回折光の照射領域が広くなり、より大型の光検出素子が必要となる。したがって、回折光学素子においては、回折光の広がり角を小さくすることが要求されている。
【０００５】
上述のような光スペクトラムアナライザ等の光学装置においては、小型化や軽量化を達成するために、設計の自由度が高いことが好ましい。しかしながら、従来の回折光学素子では、被測定光と回折光との角度関係を変化させた場合には、回折光の広がり角が変化してしまう。また、被測定光と回折光との角度関係を固定とした場合には、回折光の広がり角を変化させることができなかった。したがって、従来の回折光学素子を備える光スペクトラムアナライザ等の光学装置においては、被測定光と回折光との角度関係及び回折光の広がり角に縛られた設計を行わざるを得なかった。
【０００６】
特に、近年は、被測定光の波長範囲がブロード化（例えば数百ｎｍ範囲）してきており、回折光の広がり角が広くなる傾向にある。
さらには、上述の樹脂層の表面側が透光層によって覆われた回折光学素子においては、透光層と周辺雰囲気との界面において回折光が反射される。このため、反射面に複数回反射されることによって加分散された回折光が出射される。このような加分散された回折光は、広がり角がより広いものとなる。
被測定光と回折光との角度関係及び出射光の広がり角に縛られた設計を行わざるを得ない現状においては、このような広がり角がより広い回折光を検出するためには、大型の光検出素子が必要となり、光学装置が大型化してしまう問題が生じる。光検出素子を可動式にする構成も提案されているが、駆動機構を必要とするために耐久性及びメンテナンス性の面において問題がある。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、被測定光と回折光との角度関係に関わらず当該回折光の広がり角を設定可能とすることで、被測定光と回折光との角度を柔軟に変更可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の回折光学素子は、反射面側に複数の溝が所定間隔でかつ平行に配列されて形成される溝形成層と、該溝形成層の反射面を覆いかつ被測定光を透光する透光層とを備える回折光学素子であって、上記被測定光が入射し、かつ、上記被測定光が上記反射面に入射することによって生じる回折光が出射する上記透光層の入出射面は、上記溝形成層の上記反射面に対して、上記溝の配列方向に傾斜されていることを特徴とする。
【０００９】
このような特徴を有する本発明によれば、被測定光が入射及び回折光が出射する透光層の入出射面が、溝形成層に形成される溝の配列方向に傾斜されている。そして、入出射面がこのように傾斜されることによって、入出射面が傾斜されない場合と比較して、被測定光と回折光との角度関係に対する回折光の広がり角が変化される。
【００１０】
また、本発明の回折光学素子においては、上記溝の配列方向において、上記入出射面の傾斜方向は、上記入出射面に入射する前の上記被測定光の進行方向に対して平行に近づく方向であるという構成を採用する。
【００１１】
また、本発明の回折光学素子においては、  上記溝の配列方向において、上記入出射面に対する上記被測定光の入射角度が、臨界角より小さく、かつ、上記反射面に到達する被測定光が上記反射面に対して直角となる角度よりも大きくなるように、上記入出射面の傾斜角度が設定されているという構成を採用する。
【００１２】
また、本発明の回折光学素子においては、上記入出射面は、さらに上記溝の延在方向に傾斜されているという構成を採用する。
【００１３】
次に、本発明の光スペクトラムアナライザは、被測定光が波長毎に分光されて生じる回折光を出射する回折光学素子と、該回折光学素子から出射された光を検出する光検出素子と、該光検出素子の検出結果に基づいて各波長の光パワーを求める波長演算手段と、を備える光スペクトラムアナライザであって、上記回折光学素子として、本発明の回折光学素子を用いることを特徴とする。
【００１４】
このような特徴を有する本発明の光スペクトラムアナライザによれば、回折光学素子として本発明の回折光学素子が用いられる。
【発明の効果】
【００１５】
上述のような特徴を有する本発明の回折光学素子によれば、入出射面が溝の配列方向に傾斜されることによって、入出射面が溝の配列方向に傾斜されない場合と比較して、被測定光と回折光との角度関係に対する回折光の広がり角が変化される。つまり、溝の配列方向における入出射面の傾斜角度に応じて回折光の広がり角が変化する。すなわち、本発明の回折光学素子によれば、溝の配列方向における入出射面の傾斜角度を適切に設定することによって、被測定光と回折光との角度関係に関わらず当該回折光の広がり角を設定可能とすることができる。したがって、被測定光と回折光の角度を柔軟に変更することができる。
また、本発明の光スペクトラムアナライザによれば、回折光学素子として本発明の回折光学素子が用いられる。このため、設計の自由度が高まり小型化及び軽量化を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係る回折光学素子及び光スペクトラムアナライザの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１７】
〔回折光学素子〕
まず、図１〜図４を参照して、本実施形態の回折光学素子について説明する。
図１は、本実施形態の回折光学素子１の斜視図である。なお、図１においては、後述する溝５の配列方向をｙ方向、溝５の延在方向をｚ方向、ｙ方向及びｚ方向に直交する方向（回折光学素子１の高さ方向）をｘ方向としている。
また、図２は、回折光学素子１のｘ−ｙ断面図である。また、図３は、回折光学素子１のｘ−ｚ断面図である。
【００１８】
これらの図に示すように、本実施形態の回折光学素子１は、ガラス母材２と、樹脂層３（溝形成層）と、ガラスプリズム４（透光層）とがｘ方向に積層された構成を有している。
ガラス母材２は、ガラスからなる略直方体形状の土台であり、平坦化された上面２１上に樹脂層３が形成されている。
樹脂層３は、ガラス母材２の上面２１の全面に形成されている。樹脂層の上面３１側には、複数（例えば、５００本/ｍｍ）の溝５が所定間隔（例えば、２μｍピッチ）でかつ平行に配列されて形成されている。溝５は、図１に示すように、ｙ方向に配列されており、かつ、ｚ方向に延在して形成されている。
なお、このように溝５が露出する樹脂層３の上面３１は、光を回折して出射する回折面として機能するため、以下の説明において、樹脂層の上面３１を回折面３１（反射面）と称する場合がある。
【００１９】
ガラスプリズム４は、樹脂層３の上面すなわち回折面３１を覆うものであり、本実施形態の回折光学素子１に入射される被測定光Ｌに対する透光性を有している。なお、本実施形態の回折光学素子１においてガラスプリズム４は、その名称からも分かるように、ガラスによって形成されている。
ガラスプリズム４の上面４１すなわち回折面３１と反対側の面は、被測定光Ｌが入射し、かつ、被測定光Ｌが回折面３１に入射することによって生じる回折光Ｌ１が出射する乳出射面とされている。なお、以下の説明において、ガラスプリズム４の上面４１を入出射面４１と称する場合がある。
【００２０】
そして、入出射面４１は、回折面３１に対して、溝５の配列方向すなわちｙ方向及び溝５の延在方向すなわちｚ方向に傾斜されている。
図２に示すように、入出射面４１は、ｙ方向において、角度θｙにて傾斜されている。ｙ方向における入出射面４１の傾斜方向は、入出射面４１に入射する前の被測定光Ｌの進行方向に対して平行に近づく方向である。また、ｙ方向において、入出射面４１に対する被測定光Ｌの入射角度が、臨界角よりも小さく、かつ、入出射面４１を介して回折面３１に到達する被測定光Ｌが回折面に対して直角となる角度よりも大きくなるように、入出射面４１のｙ方向における角度θｙは設定されている。
また、図３に示すように、入出射面４１は、ｚ方向において角度θｚにて傾斜されている。ｚ方向における入出射面４１の傾斜方向は、入出射面４１に入射する前の被測定光Ｌの進行方向に対して、平行あるいは直交に近づくいずれの方向であっても構わないが、本実施形態においては、平行に近づく方向に傾斜されている。また、ｚ方向において、入出射面４１に対する被測定光Ｌの入射角度が、臨界角よりも小さくなるように、入出射面４１のｚ方向における角度θｚは設定されている。
【００２１】
なお、ガラスプリズム４は、上面４１が下面４２に対して傾斜して形成されており、下面４２が接着層（不図示）を介して回折面３１と対向するように樹脂層３に対して固着されることによって、上面４１すなわち入出射面４１が回折面３１に対して傾斜される構成とされている。
例えば、ガラスプリズム４の替わりに上面と下面が平行なガラス板を用意し、当該ガラス板を接着層の厚みを変化させて樹脂層３に対して固着させることによって、回折面３１に対して傾斜される入出射面を構成しても良い。
いずれの場合であっても、接着層としては、ガラスプリズム４あるいはガラス板と同一の透光性を有しかつ同一の屈折率を有するものが使用される。これによって、ガラスプリズム４あるいはガラス板と接着層とは単一の透光層として機能することとなる。
【００２２】
次に、このように構成された本実施形態の回折光学素子１の動作について説明する。なお、以下の説明おいて、特に断りがない限り、入射角度とは、入射光線と回折面３１の法線とがなす角度を示し、出射角度とは、出射光線と回折面３１の法線とがなす角度を示す。
【００２３】
まず、光線のｙ方向成分について図２を参照して説明する。
図２に示すように、被測定光Ｌがガラスプリズム４の上面すなわち入出射面４１に入射角度θｙｉｎで入射すると、入出射面４１にて屈折された被測定光Ｌが入射角度θｇｉｎ１で回折面３１に入射する。
本実施形態の回折光学素子１においては、入出射面４１が回折面３１に対して角度θｙで傾斜されている。そこで、ガラスプリズム４の屈折率をｎｐ、周辺雰囲気の屈折率をｎＡと定義すれば、スネルの法則により、入射角度θｇｉｎ１は、下式（１）のように示される。
【００２４】
【数１】
2008122770.tif 000003
【００２５】
被測定光Ｌが回折面３１に入射すると、被測定光Ｌが波長毎に分光されて高次の回折光が複数生じる。なお、図３においては、図面の視認性向上のために、１次回折光Ｌ１のみを図示している。そして、回折光の出射角度θｇｏｕｔ１は、グレーティング方程式により下式（２）のように示される。
なお、下式（２）において、Ｎは１ｍｍ間に存在する溝５の本数、ｍは回折光の次数、λはガラスプリズム４内における被測定光Ｌに含まれる光の波長を示している。
【００２６】
【数２】
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【００２７】
回折面３１から射出された回折光（１次回折光Ｌ１）は、ガラスプリズム４内を伝播して、入出射面４１に到達し、一部が再度入出射面４１において屈折した後に外部に射出し、一部が入出射面４１において反射される。
なお、入出射面４１から射出される回折光の出射角度θｙｏｕｔ１は、スネルの法則により、下式（３）のように示される。
【００２８】
【数３】
2008122770.tif 000005
【００２９】
なお、従来の回折光学素子すなわち入出射面が回折面に対して傾斜していない回折光学素子においては、角度θｙの値が０となるため、上記式（１）が下式（４）として示され、上記式（３）が下式（５）として示される。
【００３０】
【数４】
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【００３１】
【数５】
2008122770.tif 000007
【００３２】
ここで、被測定光Ｌとして波長範囲が１２００ｎｍ〜１４００ｎｍの光を用い、被測定光Ｌと１次回折光Ｌ１との角度関係（θｙｉｎ＋θｙｏｕｔ１）を略６０°、略９０°、略１２０°とした場合における、１次回折光Ｌ１の広がり角について、上記式（１）〜（５）を用いて具体的に算出した結果について説明する（図４参照）。
なお、本算出結果を求めるにあたって、本実施形態の回折光学素子１については、入出射面４１がｙ方向において５°傾斜されている、すなわちθｙが５°とされているものとした。また、本実施形態において、被測定光Ｌと１次回折光Ｌ１との角度関係とは、１次回折光Ｌ１に含まれる波長成分のうち、被測定光Ｌの中心波長である１３００ｎｍの波長成分の光と、被測定光Ｌとがなす角度のことである。
【００３３】
図４において、グループＡは、本実施形態の回折光学素子１において、被測定光Ｌの入射角度を４２．００°とし、被測定光Ｌと１次回折光Ｌ１との角度関係を略６０°（正確には、６０．０３°）に設定した場合の算出結果を示すものである。
グループＢは、本実施形態の回折光学素子１において、被測定光Ｌの入射角度を６０．４０°とし、被測定光Ｌと１次回折光Ｌ１との角度関係を略９０°（正確には、９０．０５°）に設定した場合の算出結果を示すものである。
グループＣは、本実施形態の回折光学素子１において、被測定光Ｌの入射角度を８３．９０°とし、被測定光Ｌと１次回折光Ｌ１との角度関係を略１２０°（正確には、１２０．０４°）に設定した場合の算出結果を示すものである。
グループＤは、従来の回折光学素子において、被測定光の入射角度を３８．６０°とし、被測定光と１次回折光との角度関係を略６０°（正確には、５９．９４°）に設定した場合の算出結果を示すものである。
グループＥは、従来の回折光学素子において、被測定光の入射角度を５５．６０°とし、被測定光と１次回折光との角度関係を略９０°（正確には、９０．０２°）に設定した場合の算出結果を示すものである。
グループＦは、従来の回折光学素子において、被測定光の入射角度を７５．１０°とし、被測定光と１次回折光との角度関係を略１２０°（正確には、１２０．０４°）に設定した場合の算出結果を示すものである。
【００３４】
図４に示すように、グループＡにおいては、１次回折光Ｌ１に含まれる波長成分のうち、被測定光Ｌの最も短波長である１２００ｎｍの波長成分の光と、被測定光Ｌとがなす角度が６１．２１°であり、１次回折光Ｌ１に含まれる波長成分のうち、被測定光Ｌの最も長波長である１４００ｎｍの波長成分の光と、被測定光Ｌとがなす角度が５８．８５°である。このため、これらの角度の差は、すなわち１次回折光Ｌ１の広がり角は、２．３６°となる。
【００３５】
グループＢにおいては、１次回折光Ｌ１に含まれる波長成分のうち、被測定光Ｌの最も短波長である１２００ｎｍの波長成分の光と、被測定光Ｌとがなす角度が９１．３４°であり、１次回折光Ｌ１に含まれる波長成分のうち、被測定光Ｌの最も長波長である１４００ｎｍの波長成分の光と、被測定光Ｌとがなす角度が８８．７８°である。このため、これらの角度の差は、すなわち１次回折光Ｌ１の広がり角は、２．５６°となる。
【００３６】
グループＣにおいては、１次回折光Ｌ１に含まれる波長成分のうち、被測定光Ｌの最も短波長である１２００ｎｍの波長成分の光と、被測定光Ｌとがなす角度が１２１．４２°であり、１次回折光Ｌ１に含まれる波長成分のうち、被測定光Ｌの最も長波長である１４００ｎｍの波長成分の光と、被測定光Ｌとがなす角度が１１８．６８°である。このため、これらの角度の差は、すなわち１次回折光Ｌ１の広がり角は、２．７４°となる。
【００３７】
グループＤにおいては、１次回折光に含まれる波長成分のうち、被測定光の最も短波長である１２００ｎｍの波長成分の光と、被測定光とがなす角度が６１．１８°であり、１次回折光に含まれる波長成分のうち、被測定光の最も長波長である１４００ｎｍの波長成分の光と、被測定光とがなす角度が５８．７２°である。このため、これらの角度の差は、すなわち１次回折光の広がり角は、２．４６°となる。
【００３８】
グループＥにおいては、１次回折光に含まれる波長成分のうち、被測定光の最も短波長である１２００ｎｍの波長成分の光と、被測定光とがなす角度が９１．４２°であり、１次回折光に含まれる波長成分のうち、被測定光の最も長波長である１４００ｎｍの波長成分の光と、被測定光とがなす角度が８８．６４°である。このため、これらの角度の差は、すなわち１次回折光の広がり角は、２．７８°となる。
【００３９】
グループＦにおいては、１次回折光に含まれる波長成分のうち、被測定光の最も短波長である１２００ｎｍの波長成分の光と、被測定光とがなす角度が１２１．６９°であり、１次回折光に含まれる波長成分のうち、被測定光の最も長波長である１４００ｎｍの波長成分の光と、被測定光とがなす角度が１１８．４５°である。このため、これらの角度の差は、すなわち１次回折光の広がり角は、３．２４°となる。
【００４０】
グループＡとグループＤとを比較すると、被測定光と１次回折光との角度関係を略６０°に設定した場合には、本実施形態の回折光学素子１における１次回折光の広がり角が、従来の回折光学素子における１次回折光の広がり角よりも狭いことが分かる。
グループＢとグループＥとを比較すると、被測定光と１次回折光との角度関係を略９０°に設定した場合にも、本実施形態の回折光学素子１における１次回折光の広がり角が、従来の回折光学素子における１次回折光の広がり角よりも狭いことが分かる。
グループＣとグループＦとを比較すると、被測定光と１次回折光との角度関係を略１２０°に設定した場合にも、本実施形態の回折光学素子１における１次回折光の広がり角が、従来の回折光学素子における１次回折光の広がり角よりも狭いことが分かる。
【００４１】
これらの算出結果から分かるように、本実施形態の光学回折素子１のようにｙ方向に入出射面４１を傾斜させることによって、１次回折光の広がり角を変化させることができる。
なお、上記式（１）〜（３）から、１次回折光の広がり角は、入出射面４１の回折面３１に対する角度θｙを変化させることによって変化することが理解できる。
すなわち、本実施形態の回折光学素子１によれば、入出射面４１の回折面３１に対する角度θｙを適切に設定することによって、被測定光Ｌと１次回折光Ｌ１との角度関係に関わらず当該１次回折光Ｌ１の広がり角を設定可能とすることができる。したがって、被測定光Ｌと１次回折光Ｌ１の角度を柔軟に変更することができる。
例えば、入出射面４１の回折面３１に対する角度θｙを適切に設定することによって、１次回折光Ｌ１の広がり角を変化させることなく、被測定光Ｌと１次回折光Ｌ１との角度関係を変化させることができる。また、入出射面４１の回折面３１に対する角度θｙを適切に設定することによって、被測定光Ｌと１次回折光Ｌ１との角度関係を変化させることなく１次回折光Ｌ１の広がり角を変化させることができる。
【００４２】
なお、本実施形態の回折光学素子１においては、ｙ方向における入出射面４１の傾斜方向が、入出射面４１に入射する前の被測定光Ｌの進行方向に対して平行に近づく方向とされている。このような条件の下には、式（１）〜（３）から分かるように、入出射面４１の回折面３１に対する傾きを大きくする、すなわち角度θｙの値を大きくすることによって、１次回折光Ｌ１の広がり角を小さくすることができる。
【００４３】
図２に戻り、入出射面４１において反射された１次回折光Ｌ１は、入射角度θｙｇｉｎ２にて再度回折面３１に入射する。なお、入射角度θｙｇｉｎ２は、下式（６）に示すように、１次回折光Ｌ１の回折面３１から出射角度θｙｇｏｕｔ１と関係付けられる。
【００４４】
【数６】
2008122770.tif 000008
【００４５】
そして、１次回折光Ｌ１が再度回折面３１に入射することによって生じた回折光は、出射角度θｙｇｏｕｔ２にて回折面３１から出射する。この出射角度θｙｇｏｕｔ２は、式（２）と同様に、グレーティング方程式によって、下式（７）のように示される。なお、図２においては、このように１次回折光Ｌ１が再度回折面３１に入射することによって生じた回折光のうち、１次回折光Ｌ２のみを図示している。
【００４６】
【数７】
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【００４７】
回折面３１から出射した回折光は、ガラスプリズム４内を伝播して、入出射面４１に到達し、一部が再度入出射面４１において屈折した後に外部に射出し、一部が入出射面４１において反射される。
なお、入出射面４１から射出される回折光の出射角度θｙｏｕｔ２は、式（３）と同様に、スネルの法則により、下式（８）のように示される。
【００４８】
【数８】
2008122770.tif 000010
【００４９】
このように複数回（２回）回折面３１において回折することによって生じた光（１次回折光Ｌ２）は、被測定光Ｌが一度だけ回折することによって生じた１次回折光Ｌ１と比較して、加分散された光となる。つまり、１次回折光Ｌ２を計測することで、より高波長分解能の計測が可能となる。
【００５０】
そして、本実施形態の回折光学素子１によれば、入出射面４１の回折面３１に対する角度θｙを適切に設定することによって、被測定光Ｌと１次回折光Ｌ２との角度関係に関わらず１次回折光Ｌ２の広がり角を設定可能とすることができる。したがって、被測定光Ｌと１次回折光Ｌ２の角度を柔軟に変更することができる。
例えば、入出射面４１の回折面３１に対する角度θｙを適切に設定することによって、１次回折光Ｌ２の広がり角を変化させることなく、被測定光Ｌと１次回折光Ｌ２との角度関係を変化させることができる。また、入出射面４１の回折面３１に対する角度θｙを適切に設定することによって、被測定光Ｌと１次回折光Ｌ２との角度関係を変化させることなく１次回折光Ｌ２の広がり角を変化させることができる。
【００５１】
このように本実施形態の回折光学素子１によれば、回折面３１にて２回回折された１次回折光と被測定光Ｌとの角度を柔軟に変更することができる。また、回折面３１にて３回、４回とさらに回折されることによって生じた１次回折光と被測定光Ｌとの角度関係も柔軟に変化させることができる。
【００５２】
なお、上記説明においては、＋１次の回折光についてのみ説明した。しかしながら、±１、±２、±３……±ｍ次の回折光についても同様な説明ができる。
つまり、本実施形態の回折光学素子１によれば、全ての回折光と被測定光Ｌとの角度関係を柔軟に変化させることができる。
【００５３】
続いて、光線のｚ方向成分について図３を参照して説明する。
図３に示すように、被測定光Ｌがガラスプリズム４の上面すなわち入出射面４１に入射角度θｚｉｎで入射すると、入出射面４１にて屈折された被測定光Ｌが入射角度θｚｇ１で回折面３１に入射する。
本実施形態の回折光学素子１においては、入出射面４１が回折面３１に対して角度θｚで傾斜されている。そこで、ガラスプリズム４の屈折率をｎｐ、周辺雰囲気の屈折率をｎＡと定義すれば、スネルの法則により、入射角度θｚｇ１は、下式（９）のように示される。
【００５４】
【数９】
2008122770.tif 000011
【００５５】
被測定光Ｌのｚ成分は溝５の延在方向と平行な方向であるため、回折面３１にて正反射される。回折面３１にて正反射した反射光Ｌ３は、入出射面４１において一部が屈折されて周辺雰囲気に射出され、一部が反射される。この周辺雰囲気への反射光Ｌ３の出射角度θｚｏｕｔｎは途中式（１０）を介して、下式（１１）にて示される。なお、下式（１０）、（１１）において、αは所定面（入出射面４１あるいは回折面３１）における反射回数を示している。また、ｚｐαは入出射面４１において反射される光の入射角度あるいは反射角を示し、ｚｇαは回折面３１において反射される光の入射角度あるいは反射角を示している。
【００５６】
【数１０】
2008122770.tif 000012
【００５７】
【数１１】
2008122770.tif 000013
【００５８】
式（１１）は、図２で説明したｙ−ｚ面において仮に同じ軌跡をたどる加分散の光があったとしても、反射光Ｌ３は、ｘ−ｚ面では互いに異なる光線軌跡をとることを意味している。つまり、ｘ−ｙ−ｚ空間内において、回折光は互いに軌跡が重なることがない。したがって、入出射面４１が回折面３１に対してｚ方向に傾斜されることによって、迷光を回避することが可能となる。
【００５９】
このように本実施形態の回折光学素子１によれば、入出射面４１が、回折面３１に対して、ｙ方向（溝５の配列方向）に傾斜されているため、回折光学素子１に入射される被測定光Ｌと、回折光学素子１から射出される所望の回折光の角度関係を柔軟に変化させることができる。
【００６０】
また、本実施形態の回折光学素子１によれば、ｙ方向における入出射面４１の傾斜方向が、入出射面４１に入射する前の被測定光Ｌの進行方向に対して平行に近づく方向とされている。このため、入出射面４１の回折面３１に対する傾きを大きくする、すなわち角度θｙの値を大きくすることによって、回折光の広がり角を小さくすることができる。
なお、本発明は、このような構成に限定されるものではなく、回折光の広がり角を大きくする要求がある場合には、角度θｙの値を大きくすることによって回折光の広がり角が大きくなるように、ｙ方向における入出射面４１の傾斜方向が、入出射面４１に入射する前の被測定光Ｌの進行方向に対して直交に近づく方向とすることもできる。
【００６１】
また、本実施形態の回折光学素子１によれば、ｙ方向において、入出射面４１に対する被測定光Ｌの入射角度が、臨界角よりも小さく、かつ、入出射面４１を介して回折面３１に到達する被測定光Ｌが回折面に対して直角となる角度よりも大きくなるように、入出射面４１のｙ方向における角度θｙが設定されている。仮に、入出射面４１に対する被測定光Ｌの入射角度が、臨界角よりも大きい場合には、被測定光がガラスプリズム４の内部に入射できず、回折光を得られない。また、仮に、入出射面４１を介して回折面３１に到達する被測定光Ｌが回折面に対して直角となる場合には、回折面３１に入射する被測定光Ｌのｙ方向成分がなくなり、回折光が得られない。
したがって、上述のような構成を採用する本実施形態の回折光学素子１によれば、確実に回折光を得ることができる。
【００６２】
また、本実施形態の回折光学素子１によれば、入出射面４１が回折面３１に対してｚ方向に傾斜されている。このため、迷光を回避することが可能となる。
なお、本発明において、入出射面４１を回折面３１に対してｚ方向に必ずしも傾斜させる必要はなく、迷光を回避する必要がない場合等には、入射面４１を回折面３１に対してｚ方向に平行な構成とする。
【００６３】
〔光スペクトラムアナライザ〕
次ぎに、上述した回折光学素子１を備える本実施形態の光スペクトラムアナライザについて図５を参照して説明する。
【００６４】
図５は、本実施形態の光スペクトラムアナライザ１０の要部構成を示す図である。この図に示すように、光スペクトラムアナライザ１０は、ポリクロメータ型の分光系を有する光スペクトラムアナライザであり、コリメータレンズ１０１、減偏光子１０２、回折光学素子１、集光レンズ１０３、フォトダイオードアレイモジュール１０４（光検出素子）及び波長演算装置１０５（波長演算手段）を備える。
【００６５】
コリメートレンズ１０１は、外部から入射される被測定光Ｌを平行光に変換するものである。
減偏光子１０２は、コリメートレンズ１０２から射出された被測定光Ｌをランダム偏光（非偏光）にするための素子である。例えば、コリメートレンズ１０１からの被測定光が直線偏光である場合には、ランダム偏光に変換する。
【００６６】
回折光学素子１は、本発明の回折光学素子であり、減偏光子１０２から被測定光Ｌが入射されることによって生じる回折光Ｌ１を射出する。
集光レンズ１０３は、回折光学素子１から射出される回折光の光路上に配置されており、回折光学素子１からの回折光を集光してフォトダイオードアレイモジュール１０４上に結像させる。
【００６７】
フォトダイオードアレイモジュール１０４は、受光素子であるフォトダイオードを複数備えており、集光レンズ１０３によって被測定光が集光される位置にその受光面が配置されている。このフォトダイオードアレイモジュール１０４は、被測定光の光パワーを受光素子によってサンプリングし、サンプリングデータを測定データとして出力する。なお、フォトダイオードアレイモジュール１０４は、受光素子ごとに予め波長が割り当てられている。
波長演算装置１０５は、フォトダイオードアレイモジュール１０４から出力される測定データから被測定光の波長毎の光パワーを求める。
【００６８】
このような構成の光スペクトラムアナライザ１０において、被測定光Ｌは、コリメートレンズ１０１で平行光に変換される。コリメートレンズ１０１を透過した被測定光Ｌは、減偏光子１０２でランダム偏光に変換された後に回折光学素子１に入射し、回折格子１０４によって波長毎に分光されて回折光Ｌ１として射出される。すなわち、波長毎に異なる角度で回折されることにより分光されて回折光Ｌ１として射出される。回折光Ｌ１は、集光レンズ１０３によって集光されてフォトダイオードアレイモジュール１０４の受光面に結像する。このとき、回折光Ｌ１は、波長毎に受光面の異なる位置に結像する。
【００６９】
これにより、フォトダイオードアレイモジュール１０４の各受光素子からは、被測定光の光パワーに対応する電流（光電流）が出力される。なお、図５では図示を省略しているが、フォトダイオードアレイモジュール１０４は電圧変換部及びＡ／Ｄ変換部を備えており、各受光素子から出力された光電流は電圧変換部によって電圧に変換され、Ａ／Ｄ変換部によってディジタル信号に変換される。ディジタル信号に変換された信号（測定データ）は波長演算装置１０５に出力され、波長演算装置１０５において被測定光の波長毎の光パワーが求められる。
【００７０】
具体的には、フォトダイオードアレイモジュール１０４の各受光素子に割り当てられた波長から回折光Ｌ１の波長を求め、この波長とフォトダイオードアレイモジュール１０４からの測定データとを対応付ける。これにより、波長毎の光パワーを示すグラフが求められる。そして、波長演算装置１０５は、このグラフを液晶表示装置等の表示装置（不図示）に表示し、あるいは外部の装置（不図示）に出力する。
【００７１】
上述のように回折光学素子１は、入出射面４１が、回折面３１に対して、ｙ方向（溝５の配列方向）に傾斜されているため、回折光学素子１に入射される被測定光Ｌと、回折光学素子１から射出される回折光Ｌ１の角度関係を柔軟に変化させることができる。
したがって、例えば、従来の光スペクトラムアナライザと同様に回折光Ｌ１の広がり角を維持することによってフォトダイオードアレイモジュール１０４の大型化を防ぎながら、回折光学素子１に入射される被測定光Ｌと、回折光学素子１から射出される回折光Ｌ１の角度関係を任意の角度にすることができる。このため、設計の自由度が高まり装置を小型化等することができる。
また、例えば、回折光学素子１に入射される被測定光Ｌと、回折光学素子１から射出される回折光Ｌ１の角度関係を従来の光スペクトラムアナライザと同様に維持し、回折光Ｌ１の広がり角を小さくすることで、フォトダイオードアレイモジュール１０４の小型化及び軽量化が可能となり、さらには光スペクトラムアナライザ１０の小型化及び軽量化が図れる。
【００７２】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る回折光学素子及び光スペクトラムアナライザの好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００７３】
例えば、上記実施形態の回折光学素子によれば、回折光Ｌ１の広がり角を小さく抑えることができるため、フォトダイオードアレイモジュール１０４を稼動させるための駆動機構を必要としない。しかしながら、本発明は、フォトダイオードアレイモジュール１０４を稼動させるための駆動機構の設置を妨げるものではない。また、例えば、回折面３１をｙ−ｚ面内において回転させる回転機構を設置しても良い。
【００７４】
また、上記実施形態においては、本発明の回折光学素子１を光スペクトラムアナライザ１０に用いる例についてのみ説明した。しかしながら、本発明の回折光学素子１は、光スペクトラムアナライザ１０に限られず、回折光学素子を備える光学装置全般に用いることができる。このような回折光学素子を備える光学装置としては、例えば、分光器や可変波長光源等が挙げられる。
【００７５】
また、上記実施形態においては、ポリクロメータ型の分光系を有する光スペクトラムアナライザについてのみ説明した。しかしながら、本発明は、上記構成に限られるものではなく、他型の分光系（例えば、ツェルニターナ型の分光系）を有する光スペクトラムアナライザに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施形態である回折光学素子の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態である回折光学素子を溝の配列方向に切断した断面図である。
【図３】本発明の一実施形態である回折光学素子を溝の延在方向に切断した断面図である。
【図４】本発明の一実施形態である回折光学素子における１次回折光の広がり角について、算出した結果を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態である光スペクトラムアナライザの要部構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１……回折光学素子、２……ガラス母材、３……樹脂層（溝形成層）、３１……回折面（上面、反射面）、４……ガラスプリズム、４１……入出射面（上面）、５……溝、Ｌ……被測定光、Ｌ１，Ｌ２……１次回折光、Ｌ３……反射光、１０……光スペクトラムアナライザ、１０４……フォトダイオードアレイモジュール（光検出素子）、１０５……波長演算装置（波長演算手段）
【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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