(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形の対角線方向に第１の結晶光学軸が存在する厚みを連続的に変化させた第１のウエッジ板と、矩形の対角線方向に前記第１の結晶光学軸と直交する第２の結晶光学軸が存在する厚みを連続的に変化させた第２のウエッジ板を、前記第１の結晶光学軸と第２の結晶光学軸とが直交するように張り合わせ、入射光を常光線と異常光線に分離する偏光解消板において、
前記張り合わせによって形成される前記ウエッジ板の接合部の斜面の角度及び向きは、前記分離される２本の光線が、前記ウエッジ板の結晶光学軸に対して４５度の角度で配置されたスリットを長手方向と平行に通過するように形成されていることを特徴とする偏光解消板。
【請求項２】
入射光を入射スリットを介して平行光に変換して出射する第１の凹面鏡と、前記凹面鏡から出射された平行光を回折する平面回折格子と、前記平面回折格子で回折された回折光を集光する第２の凹面鏡と、特定な波長の光のみを選択する出射スリットと、前記入射スリットと前記第１の凹面鏡との間に配置された偏光解消板とで構成されたモノクロメータにおいて、
前記偏光解消板として請求項１に記載の偏光解消板を用いたことを特徴とするモノクロメータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、偏光依存性を解消するために用いられる偏光解消板及び、その偏光解消板を使用した分光器及び光スペクトラムアナライザ等の光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の偏光解消板としては、図２に記載のものがあった。
図２において、13a及び13bは、それぞれ水晶板等の複屈折材料で構成されるウエッジ板である。
【０００３】
そして、それぞれの複屈折材料で構成されるウエッジ板の結晶光学軸は図２に示す如く、13aに対しては実線の矢印、13bに対しては点線矢印で示す如く、ウエッジ板に対して４５度の角度になっている。また、それぞれのウエッジ板13a及び13bは、垂直方向に厚みが変化するように切断され、それぞれの結晶光学軸が直交するように張り合わされている。したがって、それぞれのウエッジ板は、その結晶光学軸に対して４５度の方向にその厚みが連続して変化している。
【０００４】
複屈折材料は、通過する光の内の、結晶光学軸に平行に振動する成分と、結晶光学軸に垂直に振動する成分との間に位相差を与える性質を有しており、与える位相差は複屈折材料の厚みに比例する。
図２の偏光解消板では、ウエッジ板の厚味が結晶光学軸に４５度の方向である垂直方向に対してその厚みが変化しているので、光が透過する場所により、与えられる位相差がそれぞれ異なり、通過した光は空間的に多くの偏光状態が混ざった状態となる。
【０００５】
図２の従来の偏光解消板を通過した入射光は、ウエッジ部で２本の光線に分離する。
この光の分離を図５を用いて説明する。
ウエッジ板13aでの常光線は、ウエッジ板13bの異常光線であり、ウエッジ板13aでの異常光線は、ウエッジ板13bでの常光線であるため、材料の持つ屈折率差によりウエッジ部で屈折が生じるが、その方向が異なり分離が生じる。
【０００６】
分離した光は以下の関係を有している。
α＝２(ne-no）tanθ0
α：分離した２光線のなす角
θ0：ウエッジ角
ne：常光線の屈折率
no：異常光線の屈折率
【０００７】
このような、図２に示すような従来の偏光解消板13を、入射光１を入射スリット２を介して平行光に変換して出射する凹面鏡３と、この凹面鏡から出射された平行光を回折する平面回折格子４と、この平面回折格子で回折された回折光を集光する凹面鏡５と、特定な波長の光のみを選択する出射スリット６を有する図３に示す如き、従来のモノクロメータ（分光器）に適用した場合について説明する。
【０００８】
図３において、入射光１は、入射スリット２を介して偏光解消板に入射され、２本に分離した光線が、平面回折格子に入射する状態を図６を用いて説明する。偏光解消板13で分離された２本の光線（14a、14b）は、第１の凹面鏡３で平行光線にされて、平面回折格子４へ入射して、各々回折させる。
この状態を、図６を用いて説明する。
【０００９】
平面回折格子４の入射角と回折角の関係は以下の式で記述される。
ｍλ＝ｄcosθ（sinα１+sinα２）
ｍ：回折次数
ｄ：格子定数
λ：波長
θ：入射光と溝の深さ方向とがなす角
α１：回折格子への入射光に入射角
α２：回折格子からの出射光の出射角
【００１０】
前述の２本の光線は、上式において、同一の入射角α１を持つ。
しかし、前記偏光解消板13で生じた２本の光線の分離角αのために、平面回折格子４への入射角と、平面回折格子の溝の深さ方向とがなす角θは、前記凹面鏡３への入射光の入射高さ位置が凹面鏡の中心軸と一致した場合を除き、各々異なった値を持つことになる。
【００１１】
即ち、２本の光線は、異なった出射角α２を持つことになる。
このため、図４の(a)に黒点で示すように、出射スリット６の矩形開口部の長手方向に対して斜めに分離することになる。
したがって、一方の光線は出射スリットを通過できない。
【００１２】
しかし、出射スリットは集光された光の内の特定波長成分の光を選択する必要がある。
この２点に集光された光は、同一波長であるので、２点の光の全てが出射スリット６から出射される必要があるので、この２点の光を出射スリット６から全て出射させるために下記の如き調整が必要になる。
【００１３】
分離された２点の光を、狭い出射スリット６を全て通過させるためには、分離された入射光が凹面鏡３により平行光にされ、平面回折格子４へ入射する際に、その入射角と平行回折格子の溝の深さとがなす角θを同一にする必要がある。
【００１４】
即ち、入射光の入射高さ位置は、凹面鏡の中心軸と一致させることになる。
このことは、モノクロメータの部品配置に制約が付くことになり、装置の設計が困難になる。
また、モノクロメータの高分解能化や高近傍ダイナミックレンジ化の手段として、入射光を２回、またはそれ以上の回数平面回折格子をパスさせる場合には、複数回折した後の光のみ出射スリットを通過させるのはより設計が困難になる。
【００１５】
また、２点に集光された光のズレを、出射スリットの傾きを調整することによって合わせることが考えられるが、温度変化等の外乱により光の通過高さが変化した場合には、平面回折格子の設定角度と出射光の波長にズレが生じて、分光特性が悪くなるという問題がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、モノクロメータに図２に示す如き従来の偏光解消板を使用した場合には、偏光解消板によって分離した２本の光線が、平面回折格子による回折によって、出射スリットの矩形開口部の長手方向に対して斜め方向に分離して、分離した２本の光線が出射スリットを通過できないという問題があった。
本発明の課題
（目的）は、偏光解消板は、出射スリットの矩形開口部の長手方向に分離させて、２本の光線を共に出射スリットを通過させることのできる新規な偏光解消板を提供することにある。
また、その偏光解消板を使用した精度の高いモノクロメータ及び光スペクトラムアナライザを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、矩形の対角線方向に第１の結晶光学軸が存在する厚みを連続的に変化させた第１のウエッジ板と、矩形の対角線方向に前記第１の結晶光学軸と直交する第２の結晶光学軸が存在する厚みを連続的に変化させた第２のウエッジ板を、前記第１の結晶光学軸と第２の結晶光学軸とが直交するように張り合わせ、入射光を常光線と異常光線に分離する偏光解消板において、
前記張り合わせによって形成される前記ウエッジ板の接合部の斜面の角度及び向きは、前記分離される２本の光線が、前記ウエッジ板の結晶光学軸に対して４５度の角度で配置されたスリットを長手方向と平行に通過するように形成されていることを特徴とする。（請求項１）
【００１８】
また、入射光を入射スリットを介して平行光に変換して出射する第１の凹面鏡と、前記凹面鏡から出射された平行光を回折する平面回折格子と、前記平面回折格子で回折された回折光を集光する第２の凹面鏡と、特定な波長の光のみを選択する出射スリットと、前記入射スリットと前記第１の凹面鏡との間に配置された偏光解消板とで構成されたモノクロメータにおいて、前記偏光解消板として請求項１に記載の偏光解消板を用いたことを特徴とする。（請求項２）
【００１９】
また、本発明のモノクロメータに、前記第２の凹面鏡の反射光を反射させる反射手段を設け、前記平面回折格子に複数回光を入射する。
また、前記請求項３に記載のモノクロメータに、前記平面回折格子４を格子と平行な軸を回転軸として回転させる平面回折格子回転機構と、受光器１０、制御部１１及び表示器１２とを付加して、光スペクトラムアナライザを構成する。
また、前記第２の凹面鏡の反射光を反射させる反射手段を設け、前記平面回折格子に複数回光を入射するようにして、マルチパス光スペクトラムアナライザを構成する。
【００２０】
また、前記偏光解消板が、矩形の対角線方向に第１の結晶光学軸が存在するウエッジ板の水平方向及び垂直方向の厚味を、前記第１の結晶光学軸の４５度の方向に対して連続的に変化させた第１のウエッジ板と、矩形の対角線方向に前記第１の結晶光学軸と直交する第２の結晶光学軸が存在するウエッジ板の水平方向及び垂直方向の厚味を、前記第２の結晶光学軸の４５度の方向に対して連続的に変化させた第２のウエッジ板と、を前記第１の結晶光学軸と第２の結晶光学軸とが直交する位置で張り合わせた偏光解消板とすることにより、よりモノクロメータの精度を高めることができる。
【００２１】
また、本発明のモノクロメータに、前記第２の凹面鏡の反射光を反射させる反射手段を設け、前記平面回折格子に複数回光を入射して、マルチパスモノクロメータを構成した場合には、より精度の高い分光が可能になり、本発明の偏光解消板を用いた効果がより得られる。
また、本発明のモノクロメータに、前記平面回折格子４を格子と平行な軸を回転軸として回転させる平面回折格子回転機構と、受光器１０、制御部１１及び表示器１２とを付加して、光スペクトラムアナライザを構成することができる。
また、前記第２の凹面鏡の反射光を反射させる反射手段を設け、前記平面回折格子に複数回光を入射させるマルチパス光スペクトラムアナライザを構成することもできる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の偏光解消板について、図１を用いて説明する。
図１において、７ａ及び７ｂは、それぞれ水晶板等の複屈折材料で構成されるウエッジ板である。
本発明の偏光解消板では、偏光解消板を構成するウエッジ板13a及び13bと同様に、７ａ及び７ｂの光学軸方向は＋４５°と−４５°のままで、第１のウエッジ板７ａと第２のウエッジ板７ｂの接合部を、従来の垂直方向に厚みが変化していくような斜面を、入射光の進行方向を回転軸として図１のｐの如く回転させた構成としている。
【００２３】
この本発明における偏光解消板を通過した入射光は、図１の場合と同様にウエッジ部で２本の光線に分離する。
この光の分離を図５を用いて説明する。
ウエッジ板13aでの常光線は、ウエッジ板13bの異常光線であり、ウエッジ板13aでの異常光線は、ウエッジ板13bでの常光線であるため、材料の持つ屈折率差により生じる。
【００２４】
分離した光は以下の関係を有している。
α＝２(ne-no）tanθ0
α：分離した２光線のなす角
θ0：ウエッジ角
ne：常光線の屈折率
no：異常光線の屈折率
【００２５】
このような、図１に示すような本発明の偏光解消板７を、入射光１を入射スリット２を介して平行光に変換して出射する凹面鏡３と、この凹面鏡から出射された平行光を回折する平面回折格子４と、この平面回折格子で回折された回折光を集光する凹面鏡５と、特定な波長の光のみを選択する出射スリット６を有する図７に示す如き、本発明のモノクロメータ（分光器）に適用した場合について説明する。
【００２６】
図７において、入射光１は、入射スリット２を介して偏光解消板に入射され、２本に分離した光線が、平面回折格子に入射する状態を図６を用いて説明する。偏光解消板13で分離された２本の光線（14a、14b）は、第１の凹面鏡３で平行光線にされて、平面回折格子４へ入射して、各々回折させる。
この状態を、図６を用いて説明する。
【００２７】
平面回折格子４の入射角と回折角の関係は以下の式で記述される。
ｍλ＝ｄcosθ（sinα１+sinα２）
ｍ：回折次数
ｄ：格子定数
λ：波長
θ：入射光と溝の深さ方向とがなす角
α１：回折格子への入射光に入射角
α２：回折格子からの出射光の出射角
【００２８】
２本の光線は、分離角αのために、溝の深さ方向となす角θは各々異なった値を持つが、本発明の偏光解消板では、第１のウエッジ板７ａと第２のウエッジ板７ｂ間斜面を、入射光線の進行方向を回転軸として回転しているために、２本の分離された光線は各々異なった値の入射角α１を持って平面回折格子に入射することになる。
したがって、２本の光線は、平面回折格子７から同一の出射角α２で出射することが可能になる。
【００２９】
平面回折格子７から出射される２本の光線は、同一の出射角になるので、出射スリット６における集光状態は図４の（ｂ）に示す如く、矩形開口部の長手方向に分離した２つの焦点となる。このことにより、従来の偏光解消板では、分離した２本の光線が両方同時に出射スリットを通過できなかったという問題が解決できる。
【００３０】
次に、図１に示す本発明の偏光解消板７を、入射光１を入射スリット２を介して平行光に変換して出射する凹面鏡３と、この凹面鏡から出射された平行光を回折する平面回折格子４と、この平面回折格子で回折された回折光を集光する凹面鏡５と、特定な波長の光のみを選択する出射スリット６を有し、平面回折格子４を格子と平行な軸を回転軸として回転させる平面回折格子回転機構９、受光器１０、制御部１１及び表示器１２を備えた光スペクトラムアナライザに適用した場合について図８を用いて説明する。
【００３１】
この光スペクトラムアナライザは、制御部１１からの出力により平面回折格子回転機構９を調整することによって、入射された光の内の選択された波長の光の強度を測定して、表示器１2の画面に、そのスペクトルを表示する際の測定精度を改善することができる。
【００３２】
図９は、本発明の偏光解消板をマルチパスモノクロメータに適用した例を示している。
図９において、１は入射光、２，６，１３及び１５はスリット、３及び５は凹面鏡、４は平面回折格子、１４Ａはレンズ、１４Ｂは平面鏡である。
７は平面回折格子４の偏光依存性を解消するための偏光解消板であり、入射光は平面鏡１４Ｂで反射されて、平面回折格子４に２回入射することによって、より精度の高い波長に分離が可能になる。
【００３３】
この実施例では、入射光を遮ることなく、２回目の回折光を取り出すために、入射位置と回折光の出射位置の高さをずらす手段が用いられている。このようなマルチパスモノクロメータの場合には、偏光解消板により分離した光の平面回折格子への入射する角度θが異なるため、出射スリット上の２点の光の位置にズレが生じるので、本発明の偏光解消板が特に有効である。
【００３４】
なお、本実施例のマルチパスモノクロメータは、光が平面回折格子を２回通過するダブルパスモノクロメータであるが、光が２回以上の多数回通過するものでも良いことはいうまでもない。
また、本発明の用途は、発明の説明に用いたツェルニ・ターナー型モノクロメータだけに限定されるものではなく、リトロー型モノクロメータ等の種々の変形型モノクロメータへの適用が可能である。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明では、矩形の対角線方向に第１の結晶光学軸が存在する厚みを連続的に変化させた第１のウエッジ板と、矩形の対角線方向に前記第１の結晶光学軸と直交する第２の結晶光学軸が存在する厚みを連続的に変化させた第２のウエッジ板を、前記第１の結晶光学軸と第２の結晶光学軸とが直交するように張り合わせ、入射光を常光線と異常光線に分離する偏光解消板において、
前記張り合わせによって形成される前記ウエッジ板の接合部の斜面の角度及び向きは、前記分離される２本の光線が、前記ウエッジ板の結晶光学軸に対して４５度の角度で配置されたスリットを長手方向と平行に通過するように形成されていることによって、新規な偏光解消板を得ることができる。
【００３６】
また、請求項２に記載の発明では、入射光を入射スリットを介して平行光に変換して出射する第１の凹面鏡と、前記凹面鏡から出射された平行光を回折する平面回折格子と、前記平面回折格子で回折された回折光を集光する第２の凹面鏡と、特定な波長の光のみを選択する出射スリットと、前記入射スリットと前記第１の凹面鏡との間に配置された偏光解消板とで構成されたモノクロメータにおいて、前記偏光解消板として請求項１に記載の偏光解消板を用いたことにより、入射光の偏光状態に依存しないモノクロメータを得ることができる。
【００３７】
また、請求項２に記載の発明では、前記偏光解消板によって分離された光線が、前記出射スリット上の矩形開口部を同時に通過できるように、前記偏光解消板の張り合わせによって形成される斜面を入射光線の進行方向を回転軸として回転させることにより、出射スリットの矩形開口部を分離した光線を同時に通過させることができる。
また、請求項２に記載の発明では、前記第２の凹面鏡の反射光を反射させる反射手段を設け、前記平面回折格子に複数回光を入射するようにして、より精度の高いモノクロメータを得ることができる。
【００３８】
また、請求項２に記載の発明では、前記平面回折格子を格子と平行な軸を回転軸として回転させる平面回折格子回転機構と、受光器、制御部及び表示器とを付加して、光スペクトラムアナライザを構成することによって、より精度の高い測定が可能になる。
また、請求項２に記載の発明では、前記第２の凹面鏡の反射光を反射させる反射手段を設け、前記平面回折格子に複数回光を入射するようにして、マルチパス光スペクトラムアナライザを構成することにより、本発明の偏光解消板を用いたことによる効果を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏光解消板の構成を示す図である。
【図２】従来の偏光解消板の構成を示す図である。
【図３】従来のモノクロメータの構成を示す図である。
【図４】モノクロメータの出射スリットの集光状況を示す図である。
【図５】偏光解消板による光線の分離を説明するための図である。
【図６】平面回折格子によって分光される光の状況を示す図でる。
【図７】本発明のモノクロメータの構成を示す図である。
【図８】本発明の光スペクトラムアナライザの構成を示す図である。
【図９】本発明のマルチパスモノクロメータの構成を示す図である。
【符号の説明】
１          光源
２          入射スリット
３，５      凹面鏡
４          平面回折格子
６          出射スリット
７          偏光解消板
８          モノクロメータ
９          平面回折格子回転機構
１０        受光部
１１        制御部
１２        表示器
【図１】
0004340833.tif 000002
【図２】
0004340833.tif 000003
【図３】
0004340833.tif 000004
【図４】
0004340833.tif 000005
【図５】
0004340833.tif 000006
【図６】
0004340833.tif 000007
【図７】
0004340833.tif 000008
【図８】
0004340833.tif 000009
【図９】
0004340833.tif 000010