(57)【要約】  【課題】  回折格子での回折効率の偏光依存性のために、測定対象について偏光の影響を受ける現象を測定する際には誤差が発生する。  【解決手段】  回折格子を含む分光器２から取り出された単色光の光路に位相板３を挿入する。位相板３の位相差は波長依存性を有するが、この波長依存性を適切に定めることによりＳ偏光及びＰ偏光の出力強度の波長特性を同程度に揃える。これにより、偏光の影響が解消される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長分散素子として回折格子を含む分光器で取り出された単色光の光路上に、透過する光の位相をシフトさせる位相板を挿入し、該位相板が持つＰ偏光とＳ偏光とに対する位相差の波長依存性を利用して、前記回折格子におけるＰ偏光とＳ偏光との回折効率の波長依存性の差を補償するようにしたことを特徴とする分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質に単色光を照射して光と物質との相互作用を測定したり透過・反射特性を測定したりする際に利用される分光装置に関し、更に詳しくは、波長分散素子として回折格子を用いた分光器を搭載した分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質と光との相互作用を測定する場合、特定の波長成分のみを有する単色光が利用されるが、そうした単色光を取り出すために、波長分散素子として回折格子（グレーティング）を用いた分光装置がよく使用される。回折格子は、ガラスなどの基板上に一定の法則に基づいた間隔で多数の溝が刻線された光学素子であり、種々の波長が混じった光を波長毎に分離する機能を有する。回折格子において、入射光のエネルギーのうち回折光としてどの程度のエネルギーを取り出せるかを示す指標が回折効率である。
【０００３】
上述したように回折格子の溝は一方向であるため、入射光の偏光状態によって回折効率に大きな差が生じることがある（非特許文献１参照）。一般的な多くの分光光度計ではこうした回折効率の偏光依存性は問題にならないことが多いが、例えば光通信用光学素子などの測定対象物では偏光の影響を受ける現象が多くあり、単色光をこうした測定対象に照射して相互作用を測定したり反射・透過特性を測定したりする際に上記のような回折効率の偏光依存性が測定誤差の原因となることがある。そこで、分光装置では、従来より様々な方法でこうした偏光に起因する誤差を軽減させるようにしている。
【０００４】
例えば、単色光を取り出す分光器の前又は後の光路上に直線偏光を取り出す偏光子を配置して、或る特定の偏光方向を有する光を取り出して試料に照射するという測定を複数の偏光方向についてそれぞれ行う方法が知られている。しかしながら、こうした方法では、偏光方向を変えた複数回の測定が必要となるため、測定に余分な手間が掛かり非常に面倒で時間も要する。また、偏光子で選択された偏光方向と直交する他の偏光成分はカットされるため、測定対象に照射される光の光量が低下して測定感度を下げる一因となる。
【０００５】
また、分光器の後の光路上に直線偏光を取り出す偏光子を配置し、さらにその後方に１／４波長板を配置することで円偏光を取り出して試料に照射する方法も知られている。しかしながら、この方法でも上記と同様に偏光子の効率の悪さのために光量が低下して測定感度が低下してしまう。また、１／４波長板で直線偏光を円偏光に変換し得る波長範囲はかなり限られるため、広い波長領域に亘った測定を行いたい場合には適さない。
【０００６】
また、分光器の後の光路上にウェッジ型偏光解消子やリオ型偏光解消子を挿入して不特定の偏光方向を持った光に変換して試料に照射する方法がある。ウェッジ型偏光解消子は、照射光束の径範囲の各部位でそれぞれ位相差が異なるようになっており、その異なる位相差でシフトされた光が合成されることで全体として偏光が解消されるものである。したがって、そもそも光束径が或る程度大きい場合にしか使用することができず、光束径を絞りたい用途には不適当である。他方、リオ型偏光解消子は、波長の相違による位相差の相違を利用して偏光を解消するものであるため、或る程度の波長幅を有する光にしか使用できない。そのため、単色光の波長純度を高めたい場合には不適当である。さらにまた、分光器の後の光路上にバビネ・ソレイユ補償板を挿入する方法もあるが、これは構造が複雑であるためコストがかなり高くなる。
【０００７】
【非特許文献１】「グレーティング回折  回折効率・偏光別回折効率」、[online]、島津製作所株式会社、[平成１６年３月１９日検索]、インターネット<URL :  http://www.shimadzu.co.jp/opt/guide/08.html>
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように従来の偏光依存性の解消方法はいずれも問題を有している。本発明はかかる点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で、幅広い波長領域に亘って回折効率の偏光依存性を解消することができる分光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一般に、或る特定の偏光に対し、その光軸に垂直に光学軸が来るように位相板を配置すると、偏光の成分比を変えることができる。従来から使用されている１／４波長板、１／２波長板はこうした原理を利用しており、具体的には光学結晶における両偏光に対する位相差が或る特定の波長近傍で所定値になることを利用している。逆に言えば、広い波長範囲に亘って考えると光学結晶の位相差は波長依存性を有している。一例として、０．０２mm厚さの水晶によって可視・紫外波長域で発生する位相差を図２に示す。図２から分かるように、２００nm〜９００nmの波長範囲で、ほぼ１波長分の位相差の違いが生じている。この位相板は、位相差が０．２５である波長（５５０nm）付近では１／４波長板として機能し、位相差が０．５である波長（４００nm）付近では１／２波長板として機能する。
【００１０】
本願発明者はこうした特性に着目し、この位相差の波長依存性自体を適当に制御・設定することで、回折格子における回折効率の偏光依存性を低減し、Ｐ偏光及びＳ偏光の回折効率の波長依存特性を揃えるという手法に想到した。そして、実際にこうした手法によって偏光に起因する誤差を大幅に低減できることを実験により確認した。
【００１１】
すなわち、上記課題を解決するために成された本発明に係る分光装置は、波長分散素子として回折格子を含む分光器で取り出された単色光の光路上に、透過する光の位相をシフトさせる位相板を挿入し、該位相板が持つＰ偏光とＳ偏光とに対する位相差の波長依存性を利用して、前記回折格子におけるＰ偏光とＳ偏光との回折効率の波長依存性の差を補償するようにしたことを特徴としている。
【００１２】
本発明に係る分光装置を設計する際には、まず、分光器が有する、各偏光毎の回折効率（つまりは出力強度）の波長依存性に基づいて、位相板が有するべき位相差の波長依存性を求める。位相差の波長依存性は光学結晶の種類（水晶、雲母など）や厚み、或いは入射光に対する傾き角などによって変化するから、こうしたパラメータを適当に制御することによって所望の特性に近づけることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る分光装置によれば、分光器の後に単に位相板を挿入すればよいので、非常に構成が簡単であって廉価でありながら、広い波長帯域において分光器の偏光依存性を小さくすることができる。また、位相板は入射光の一部を減光するものではないので、光量の大きな低下も生じない。したがって、本発明に係る分光装置を用いれば、偏光が問題となるような用途においても、物質と光の相互作用における波長依存性や透過・反射特性を高い精度で測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る分光装置の一実施例について図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施例の分光装置では、光源１から出射された白色光を受けて分光器２は所定波長の単色光を取り出す。分光器２は入口スリット、回折格子、出口スリットなどを含む。こうした構成では、入口スリットを通過して来た入射光に対して回折格子の角度を変化させることで、出口スリットを経て取り出す単色光の波長を変化させることができる。こうして分光器２から取り出された単色光の出力強度は偏光依存性を有しているが、位相板３を通過する際に後述するように偏光依存性が解消される。
【００１５】
回折格子として近赤外用回折格子を用いた分光器の偏光依存性の例を図３に示す。ここで使用している回折格子は溝本数が６００本である。図３の結果は光源１からの出射光の光強度の波長依存性と光検出器の検出感度の波長依存性も含むが、これらには偏光依存性は殆どないものと考えられるので、回折格子の溝に平行な偏光面を有するＰ偏光と回折格子の溝に垂直な偏光面を有するＳ偏光との強度差は主として回折格子に起因するものである。
【００１６】
こうした回折格子を持つ分光器２に対し、セルロース系樹脂であるセルロースアセテートブチレート（酪酢酸セルロース）を材料とする位相板３を使用する。セルロースアセテートブチレートは延展の状態に応じて、発生する位相差を変化させることが可能である。こうしてセルロースアセテートブチレートを適宜に延展させて作製した位相板３を、その光学軸を光軸と垂直な面上で回折格子の溝と平行な方向から４５°傾けて設置した。この場合の偏光依存性の実測結果を図４に示す。図４で明らかなようにＰ偏光とＳ偏光との特性がかなり揃っており、実用上充分な程度に偏光特性が補償されている。
【００１７】
以上のように、本実施例の分光装置では、位相差が適当な波長依存性を有するような位相板３を分光器２の後方に設置するだけで、回折格子に起因する出力強度の偏光特性を殆ど解消することができる。位相板３の特性は分光器の偏光特性に応じて変える必要はあるが、同一形状の回折格子の偏光特性はほぼ同一になる（つまり個体差は無視できる程度である）から、分光装置の設計時点で分光器の偏光特性に合わせて位相板３を設計すればよい。したがって、位相板３は量産品とすることができ、その単価は非常に安価なものとなる。
【００１８】
なお、上記実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変形や修正、追加を行ってもよいことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例による分光装置の概略構成図。
【図２】厚さ０．０２mmの水晶で発生する位相差の一例を示す図。
【図３】分光器の偏光依存性の一例を示す図。
【図４】図３の分光器に位相板を適用した場合の偏光依存性を示す図。
【符号の説明】
【００２０】
１…光源
２…分光器
３…位相板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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