JPS62203024A

JPS62203024A - フアブリ・ペロ−分光装置

Info

Publication number: JPS62203024A
Application number: JP4529586A
Authority: JP
Inventors: Minokichi Ban; 箕吉伴; Osamu Konouchi; 此内　修
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-03-04
Filing date: 1986-03-04
Publication date: 1987-09-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はファブリ・ペロー干渉板を用いた分光装置に関
し、詳しくは、同一ファプリ・（ロー干渉板に入射角あ
るいは屈折角の異なる光束を複数回入射式せることを特
徴としたファブリ・ペロー分光装置に関する。

〔従来の技術〕

各種の分光装置の中でファブリ・ペロー分光装置は、波
長分解能の高い分光装置として古くからよく知られてい
る。

第４図はファブリ・ペロー分光装置の基本原理の説明図
である。

同図において、１，３はそれぞれ高反射膜、２゜４はそ
れぞれガラス板、５は入射光、６は透過光でめる。ファ
ブリ・ペロー分光装置においては、高反射［１の設けら
れたガラス板２と同様の高反射膜３の設けられたガラス
板４が間隔りをもって平行に対向してなるファブリ・ペ
ロー干渉板が使用される。

このファブリ・ペロー干渉板にある所定の入射角で、色
々な波長をもつ入射光５を入射させた時、透過光６は次
式で与えられる。ある波長λＧの入射光強度工（１）に
対する透過光強度！（ｔ）の比、透過率Ｔは。

となる。ここでｎ′は媒体の屈折率、ｈはガラス板４の
間隔、θ′は媒体ｎ′内での屈折角、Ｒは高反射膜１及
び２の反射率である。（参照：“Ｐｒ１ｎｃｉｐｌ＠ｓ
ｏｆ　Ｏｐｔｉｃｍ”３ｒｄ　Ｅｄｉｔｉｏｎ、Ｍ、　
Ｂｏｒｎ　ａｎｄ　Ｅ、Ｗｏｌｆ。

Ｐｅｒｇａｍｏｎ　Ｐｒ＠ｓ＠ｅ　１９６５年、３２７
頁）間隔りと屈折角θ′を一定とした時、波長λに対す
る透過率では第５図のようになる。すなわち複数の波長
が透過する。上記（１）式よシ、Ｔはδの周期関数とな
ってお！Ｄ、（２）式においてδ＝２πＮ（但しＮは整
数）の時、Ｔは最大となシ、その時の波長λＮが透過す
る。

いま、媒質ｎ′＝１とすると、（２）式よシとなシ、透
過光λＮは次のようになる。

劇具体的にｈ＝１０ｍ、θ′＝Ｏとした時は表１に示すよ
うになる。

（表１）また、ｈ＝１．６Ｘ１０””露、θ′＝０６とした時は
表２に示すようになる。

（表２）すなわち間隔りによって隣接波長間隔が大きく異なる。

波長間隔は表１の場合では、０．００００１２５／ｊｍ　＝　０．０１２５ｎｍに対
して、表２の場合では０．０７６１９μｍ（Ｎ＝６とＮ
＝７の時の波長差）となる。

波長分解能として第５図に示すように、隣接波長差に対
する半値巾ΔλＮの比フィネスＦで表現する。フィネス
Ｆは次式で求められる。

すなわち、フィネスＦは（３）式のＦで決まり、Ｆは反
射率８で決まることから、フィネスＦは反射率Ｒで決ま
る０例えばＲ＝０．９５とすると７’＝６１．２となシ、波長分解能は前記の間隔ｈ　＝　１０　ｍの時
０．０１２５（μｍ）７６１．２　＝０．０００２　ｎ
ｍで、間隔ｈ＝１．６Ｘ１０−’ｍの時０．０７６１９
（μｍ）７６１．２　＝０．００１２μｍ　”　１．２
ｎｍとなシ非常に高い分解能をもっている。しかし他方
、前述した例のように隣接波長の間隔が小さく、分光法
あるいは分光器としては波長域の狭い欠点をもりている
。

第６図は上記問題点に対拠するために、他の分光器（″
；Ｉｍリズム分光器）と組み合せることによシ、める特
定波長を高分解能で測定する装置を示したものでるる（
参照：Ｐｒ１ｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　０ｐｔｉｃｓ”。

３ｒｄ　Ｅｄｉ　ｔｌｏｎｓ　Ｍ、　Ｂｏｒｎ　＆　Ｅ
＠　Ｗｏｌｆ　＋　Ｐｅｒｇａｍｏｎ　Ｐｒｅｓｓ。

１９６５年、３３６頁）。

同図において、７は光源、８はコリメーターレンズ、９
はファブリ・ペロー干渉板、１０は結像レンズ、１１は
ピンホール、１２はコリメーターレンズ、１３はプリズ
ム、１４は結像レンズ、１５は観測面である。

光源から発せられた光はコリメーターレンズ８で平行光
にされた後、ファブリ・ペロー干渉板９で分光され、結
像レンズ１０によってピンホール１１上に結像する。ピ
ンホール１１より光軸上の光取外をカットされた光は、
コリメーターレンズ１２によシ再度平行光とされ、プリ
ズム１３によシ各波長に出射角変化を起こさせた後、結
像レンズ１４によって観察面１５上に各波長の集光点を
位置的に分離される。このようにして前述の隣接波長を
分離することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のような分光装置では他の分光器で
あるプリズム分光器を使うことが必要不可欠となり、両
分光器のマツチング（光軸合せ、収差の補正等）が必要
であることや、コン）Ｊ？タクトが失われる問題点がめ
りた。

よって、主に実用となっているファプリ・ベロー光装置
は分光域の狭いレーデ光の縦モード測定用に限られてい
るのが現状でめった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、他の
分光装置等を併用することなく、広い分光波長域を有す
るファブリ・ペロー分光装置を提供することにろる。

以上のような目的を達成する１本発明のファプリ・ベロ
ー分光装置は、ファブリ・ペロー干渉板と、該ファブリ
・ペロー干渉板の間隔を変化せしめる制御手段と、前記
ファブリ・ペロー干渉板に第１の屈折角で光束を入射せ
しめる第１光学手段と、前記ファブリ・ペロー干渉板を
通過した光束を前記第１の屈折角とは異なる第２の屈折
角で再び前記ファブリ・ペロー干渉板に入射せしめる第
２光学手段とを有することを特徴としている。

〔作用〕

上記の如き装置によれば、ファブリ・ペロー干渉板の間
隔りと例えば、２回入射嘔せるときは、第１の屈折角θ
′１および第２の屈折角θ′２とを適当に選んでやるこ
とによって、干渉が起こシ強められる波長が特定される
ので、特定波長のみの分光ができることになり、使用波
長域が拡大する。

〔実施例〕

以下、本発明に係るファプリ・ベロー分光装置について
、図面に基づき詳細に説明する。

第１図は本発明の原理図を示したものである。

同図において、１７はファブリ・ペロー干渉板、４０は
第１人射光、４１は第２人射光、４２゜４３はそれぞれ
反射ミラーである。

本発明のファブリ・ペロー分光装置は、ファブリ・ペロ
ー干渉板１７に複数回、異った屈折角で光を入射させ、
所定の波長のみ透過させることを特徴とする分光装置で
おる。つまシ、光束（第１人射光４０）を間隔りのファ
ブリ・ペロー干渉板１７に第１の屈折角θ′１になるよ
うに入射させ、その透過光を反射ミラー４２．４３によ
シ再度ファブリ・ペロー干渉板１７に第２の屈折角θ′
２になるように入射させる（第２人射光４１を示す）こ
とにより、隣接波長を除去できる。

例えば、間隔りが１．６μｍでるり、第１屈折角θ／　
１＝＝　Ｏ’とした時、前述の表１より、０６４〜０．
８μｍの波長域で５つの波長が透過する。そこで第２人
射光４１の第２屈折角θ’２ｔ−３６，８７°となるよ
うに光を入射させると、０．４〜０，８μｍの波長域で
次の表３の波長が透過する。

（表３）ここで１表２と比較すると明らかなように、一致してい
るのは０．６４μｍの波長だけである。従って０．４〜
０．８μｍの波長域における特定波長のみが分光できる
ことになり、使用波長域が拡大する。

第３図は屈折角θ′１＝０９の時の次数Ｎ１（実線）と
屈折角θ’１＝３６．８７°の時の次数Ｎ２（点線）を
パラメータにとシ、透過波長λ（横軸）と干渉板１７の
間隔ｈ（縦軸）との関係を表したグラフである。

間隔りが１゜０〜２．０ｐｍの範囲で、かつ０．４〜０
．８μｍの波長域で点線と実線が一致しているのは、Ｎ
１；５、Ｎ２＝４の時のみである。

従って、間隔りをピエゾ素子等で微小に１．０μｍ〜２
．０μｍまで連続的に変化させると、０．４μｍから０
．８μｍの光を連続的に分光することができる。

第２図は本発明の分光装置をよシ具体的に説明するため
の図でるる。

同図において、２０は分光しようとする光束を発する光
源、２１はコリメーターレンズ、２２はピエゾ素子等の
微小距離移動手段、１７はファブリーペロー干渉板、２
３．２４．２５はそれぞれ反射ミラー、２６は集光レン
ズ、２７は発光ダイオード等の光源、２８はコリメータ
ーレンズ、２９は集光レンズ、３０は光電変換素子でめ
る。

光源２０から発せられた光をコリメーターレンズ２１に
よって平行光束にした後、ファブリ・ペロー干渉板１７
に所定の屈折角θ′１例えば前述の３６．８７°になる
ように入射させる。ファブリ・ペロー干渉板１７は２板
の平面で高反射率の半透鏡をピエゾ素子等によシ所定の
間隔で平行に保持されると共に、しかも間隔を例えば、
１．０μｍから２．０μｍに変化できるようになってい
る。ファブリ・ペロー干渉板１７を透過した光束は反射
ミラー２３．２４．２５によシ再度ファブリ・ペロー干
渉板１７に所定の屈折角θ′２、例えば前述の００で入
射される。そして、分光された透過光を集光レンズ２６
で集光することによシ、光源２０を分光することができ
る。

ここで、特に重要なことはファブリ・ペロー干渉板１７
の間隔の管理、保守である。この管理。

保守のために、ファブリ・ペロー干渉板１７の間隔がる
る値においてのみ、所定の屈折角で入射したときに透過
するような波長を持つ光源とその光学系、検出系からな
る基準間隔検出のための光学系２７．２８，２９．３０
を設けた。すなわち、光源、例えば発光ダイオード２７
から発せられた光をコリメーターレンズ２８で平行光束
とした後、ファブリ・ペロー干渉板１７に所定の屈折角
となるように入射させ、透過した光束を集光レンズ２９
によシ光電変換素子３０上に集光てせることによシ、光
電変換素子３０からの出力からファプリ・（ロー干渉板
１７の間隔を管理することができる。

例えば、発光ダイオード２７の中心波長０．６５μｍ、
屈折角を４５°とした時、間隔２．２９８μｍ（次数５
）。

１．８３８μｍ（次数４）、１．３７９μｍ（次数３）
。

０．９１９μｍ（次数２）で透過することになる。従っ
て、これらの間隔において、間隔りを管理、保守するこ
とによシ、常に正確に分光することができる。

東に、本発明の方法の長所として、７丁ブリ・ペロー干
渉板１７に少なくとも２回入射することにより、従来の
方法に比べ波長分解能が格段に向上することが挙げられ
る。これは、２回入射することによシ半値巾ΔλＮが小
名くなり、隣接波長差と半値巾ΔλＮの大小で決まる分
解能も同様に小゛石な値まで検出できることによる。

本発明の方法は前記実施例に限らず、種々の変形が可能
である。

例えば、前記実施例ではファブリ・ペロー干渉板に異な
る屈折角で２回入射させたが、２回以上でも可能である
。

例えば、第３図に示した様に、更に屈折角５１．１３゜
になるようにファブリ・ペロー干渉板に人射名せること
によって、次数３で屈折角θ０．３６．８７°の時の次
数５．４に重′ｆｋシ合う場合においては、２回入射の
ときに比べてさらに条件が厳しくなり、他の次数は一致
しないことからよシ波長の混入を防ぐことができる。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、ファブリ・ペロー干渉板に屈折
角の異なる光束を複ａ回入射させることのできる本発明
の分光装置によれば、隣接波長をカットし、分光波長域
を広くすることができる。

更には複数回入射することによシ、波長分解能を向上式
せる効果もめる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るファブリ・ペロー分光装置の原理
を示す図、第２図はその具体的な実施例を示す概略構成
図で６る。第３図は透過波長λと干渉板の間隔りとの関係を示した
グラフである。第４図は従来の７アプリ・ぺ四−分光装置の基本原理を
示す図でるる、第５図は波長λと透過率Ｔの関係を示す
グラフ、第６図は従来のファプリ・ベロー分光装置の欠
点を補う分光装置を示す構格図でおる。１７・・・ファプリ・ベロー干渉板、４０・・・第１入
射光、４１・・・第２人射光、４２．４３，２３゜２４
．１５・・・反射ミラー、２０．２７・・・光源、２１
．２８・・・コリメーターレンズ、２６．２９・・・集
光レンズ、２２・・・微小距離移動手段、３０・・・光
電変換素子。代理人　弁理士　山　下　穣　平第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ファブリ・ペロー干渉板と、該ファブリ・ペロー干渉板の間隔を変化せしめる制御手
段と、前記ファブリ・ペロー干渉板に第１の屈折角で光束を入
射せしめる第１光学手段と、前記ファブリ・ペロー干渉
板を通過した光束を前記第１の屈折角とは異なる第２の
屈折角で再び前記ファブリ・ペロー干渉板に入射せしめ
る第２光学手段とを有するファブリ・ペロー分光装置。