JPS62277526A - 結像分光器 - Google Patents
結像分光器Info
- Publication number
- JPS62277526A JPS62277526A JP62104880A JP10488087A JPS62277526A JP S62277526 A JPS62277526 A JP S62277526A JP 62104880 A JP62104880 A JP 62104880A JP 10488087 A JP10488087 A JP 10488087A JP S62277526 A JPS62277526 A JP S62277526A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- slit
- collimator
- imaging
- image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/2823—Imaging spectrometer
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
３、発明の詳細な説明
この発明は対物レンズ、スリット、コリメータレンズ、
回折格子及び結像レンズを有する結像スペクトロメータ
に関する。
回折格子及び結像レンズを有する結像スペクトロメータ
に関する。
この種のスペクトロメータはよく知られている。このス
ペクトロメータを使用して、分析したい光線を対物レン
ズでスリット上に集光し、コリメータレンズで再び平行
にし、回折格子に向け、そこで回折させ、最後に結像レ
ンズにょ特に人工衛星及び飛行物体中で使用するには、
その種のスペクトロメータは小型で、軽量で、しかも頑
丈に作製する必要がある。更に、このスペクトルメータ
が可携光以外の他のスペクトル領域にも適合すると望ま
しい。
ペクトロメータを使用して、分析したい光線を対物レン
ズでスリット上に集光し、コリメータレンズで再び平行
にし、回折格子に向け、そこで回折させ、最後に結像レ
ンズにょ特に人工衛星及び飛行物体中で使用するには、
その種のスペクトロメータは小型で、軽量で、しかも頑
丈に作製する必要がある。更に、このスペクトルメータ
が可携光以外の他のスペクトル領域にも適合すると望ま
しい。
この発明では、これ等のことは対物レンズ、コリメータ
レンズ、及び結像レンズを非球面碗で形成することによ
って達成されている。
レンズ、及び結像レンズを非球面碗で形成することによ
って達成されている。
この場合、コリメータレンズと結像レンズが同じ鏡で形
成され、光線をそれぞれ２回反射すると有利である。
成され、光線をそれぞれ２回反射すると有利である。
有利な実施形状によると、対物レンズは第１凸面鏡と第
２凹面鏡で形成しである。分析したい光線は光軸に対し
である角度で斜めに凹面鏡を通シ過ぎて凸面鏡上に、そ
してそこから凹面鏡に導入され、前記凹面鏡から凸面鏡
を通シ過ぎ像面にスリットの湾曲した線条像の形にして
結像される。コリメータレンズは凹面鏡と凸面鏡から成
り、これ等の鏡はスリットから出た光を平行にし回折格
子に向ける。この回折格子によって反射され、回折され
た光は、以後結像レンズとして使用される同じ鏡を介し
てスリットの回折像として再結像される。
２凹面鏡で形成しである。分析したい光線は光軸に対し
である角度で斜めに凹面鏡を通シ過ぎて凸面鏡上に、そ
してそこから凹面鏡に導入され、前記凹面鏡から凸面鏡
を通シ過ぎ像面にスリットの湾曲した線条像の形にして
結像される。コリメータレンズは凹面鏡と凸面鏡から成
り、これ等の鏡はスリットから出た光を平行にし回折格
子に向ける。この回折格子によって反射され、回折され
た光は、以後結像レンズとして使用される同じ鏡を介し
てスリットの回折像として再結像される。
対物レンズとコリメータレンズないしは結像レンズとの
光軸を互に平行からずらしであると合理的である。
光軸を互に平行からずらしであると合理的である。
スリットの回折像の曲がシを補償するためには、対物レ
ンズとコリメータレンズとの焦点距離の関係を１＝１か
ら１：１０にする。
ンズとコリメータレンズとの焦点距離の関係を１＝１か
ら１：１０にする。
このようにすると、機械的可動部及び高価な部品、を使
用しなくても、場所及び重量の節約ができる。
用しなくても、場所及び重量の節約ができる。
この発明の他の独自性は実施態様項及び詳細な説明の欄
に記載されている。こ＼で、この発明を図面に基き詳し
く説明する。
に記載されている。こ＼で、この発明を図面に基き詳し
く説明する。
第１図には長い間伝統的になりている結像スペクトロメ
ータの原理図が示しである。分析したい光線りを対物レ
ンズＯによりてスリットＳ上に集束し、コリメータレン
ズにで再び平行にし回折格子Ｇに向け、そこで回折させ
、最後に結像レンズエによって再びスペクトルにして像
面に結像する。
ータの原理図が示しである。分析したい光線りを対物レ
ンズＯによりてスリットＳ上に集束し、コリメータレン
ズにで再び平行にし回折格子Ｇに向け、そこで回折させ
、最後に結像レンズエによって再びスペクトルにして像
面に結像する。
一体の光学系になっている対物レンズ、コリメータレン
ズレンズ及び結像レンズは、この発明では４個の鏡で実
現されている。これ等の鏡は全て非球面形状で、例えば
回転楕円の形状にしである。結像スペクトロメータ全体
には互にずれている２つの光軸がある。次節に上記の一
体光学系の構成方法を記述する。
ズレンズ及び結像レンズは、この発明では４個の鏡で実
現されている。これ等の鏡は全て非球面形状で、例えば
回転楕円の形状にしである。結像スペクトロメータ全体
には互にずれている２つの光軸がある。次節に上記の一
体光学系の構成方法を記述する。
対物レンズは第２ａ及び２ｂ図による２面鏡の配置にな
っている。物点（無限遠にある）の光りはこの鏡システ
ムの光軸ＯＡＩに対して斜めに入射する。線条物体の像
Ｂは第２ａ図で紙面に対して垂直になっている。この場
合、直線状の物体配置は像面上に湾曲して結像される。
っている。物点（無限遠にある）の光りはこの鏡システ
ムの光軸ＯＡＩに対して斜めに入射する。線条物体の像
Ｂは第２ａ図で紙面に対して垂直になっている。この場
合、直線状の物体配置は像面上に湾曲して結像される。
コリメータ及び結像レンズの光学的な構造を第２Ｃ図に
示す。入射スリン）Ｂは紙面に垂直である。光は先ず鏡
Ｓ３と８４で２回反射するコリメータレンズを通過し、
平面状の反射回折れる。スリン）Ｂの回折像はＢとなり
、そこで適当な検出器を使用して分析される。
示す。入射スリン）Ｂは紙面に垂直である。光は先ず鏡
Ｓ３と８４で２回反射するコリメータレンズを通過し、
平面状の反射回折れる。スリン）Ｂの回折像はＢとなり
、そこで適当な検出器を使用して分析される。
コリメータ及び結像レンズ系は、このように一体の光学
配置（鏡Ｓ３と８４を有する２面鏡系）によって実現す
る。光はこの光学系を２回通過する。コリメータ、結像
レンズ系はテレセントリックである。鏡Ｓ３と８４は回
転楕円体であって、系のスリットはＢＬである。
配置（鏡Ｓ３と８４を有する２面鏡系）によって実現す
る。光はこの光学系を２回通過する。コリメータ、結像
レンズ系はテレセントリックである。鏡Ｓ３と８４は回
転楕円体であって、系のスリットはＢＬである。
図示した配置では、回折格子はスリットの位置に存在し
ていない。このことは量適なテレセントリックな結像に
対して望ましい値になる。
ていない。このことは量適なテレセントリックな結像に
対して望ましい値になる。
直線状の入射スリットＢは、像面Ｂ′では湾曲した線と
なって結像する。コリメータ、結像レンズ系でのこの効
果に対する原因ないしは影響値は以下のことにある： ａ）回折格子がスリットの位置にない。
なって結像する。コリメータ、結像レンズ系でのこの効
果に対する原因ないしは影響値は以下のことにある： ａ）回折格子がスリットの位置にない。
ｂ）光がこの系を斜めに通過（光軸に関して）する。
Ｃ）直線が回折格子で曲げられる。
ａ）とｂ）から生じる影響は波長には無関係であるが、
Ｃ）は波長に依存する。同じことは、湾曲したスリット
Ｂは像面Ｂ′で直線に結像される。
Ｃ）は波長に依存する。同じことは、湾曲したスリット
Ｂは像面Ｂ′で直線に結像される。
全光学系を第３図に示す。記述したように、対物レンズ
系Ｏ及びコリメータ結像系に／Ｉは湾曲した線条像を発
生する。両方の系を適切に組み合わせると、この湾曲を
補償させることができる。第３図に示しである系では、
焦点距離のにするとバランスがとれる。
系Ｏ及びコリメータ結像系に／Ｉは湾曲した線条像を発
生する。両方の系を適切に組み合わせると、この湾曲を
補償させることができる。第３図に示しである系では、
焦点距離のにするとバランスがとれる。
回折格子の湾曲を考慮せずに、即ち回折格子が平面鏡の
ように作用すると仮定して、（地球表面上の）直線状線
条物体を再び直線状の線条像Ｂに結像する。
ように作用すると仮定して、（地球表面上の）直線状線
条物体を再び直線状の線条像Ｂに結像する。
たソ、スリット面Ｂでの中間線像は湾曲している。しか
し、回折格子Ｇによるスリット像の曲りの効果はそのま
＼維持される。
し、回折格子Ｇによるスリット像の曲りの効果はそのま
＼維持される。
回折格子によるスリット像の湾曲は、波長依存性があり
、波長が長くなるとそれに応じて著しくなる。湾曲を補
償することが対物レンズとコリメータ・結像レンズ間で
完全に行われないときには、回折格子によるスリット湾
曲ＫＧはある波長に対して補償することができる。他の
波長に対して残っている湾曲は少ない。
、波長が長くなるとそれに応じて著しくなる。湾曲を補
償することが対物レンズとコリメータ・結像レンズ間で
完全に行われないときには、回折格子によるスリット湾
曲ＫＧはある波長に対して補償することができる。他の
波長に対して残っている湾曲は少ない。
第４図には第３図の全光学系に対する像面Ｂ′でのいろ
いろな湾曲効果と残った湾曲が示しである。この場合、
直線状のスリットが回折格子によって像面で生じる湾曲
をＫＧで示しである。
いろな湾曲効果と残った湾曲が示しである。この場合、
直線状のスリットが回折格子によって像面で生じる湾曲
をＫＧで示しである。
この図で、波長依存性もよみとれる。ＫＯは全光学子、
対物レンズ／コリメータレンズ／結像レンズ、のスリッ
トの像面での湾曲を示している。ＲＦｉＫＣ及びＫＯか
ら生じるスリットの湾曲である。
対物レンズ／コリメータレンズ／結像レンズ、のスリッ
トの像面での湾曲を示している。ＲＦｉＫＣ及びＫＯか
ら生じるスリットの湾曲である。
Ｆ’Ｋｏｌｌ はコリメータレンズ／結像レンズ系の
焦点距離で、特別な場合には９０ｍｍになる。
焦点距離で、特別な場合には９０ｍｍになる。
第５図には、回折格子に関する幾何学的な制約が示しで
ある。この場合、 ｍ・λ 、。
ある。この場合、 ｍ・λ 、。
５ｌｎ１ｏ＝８−３１ｎｌｏ（１）
ｓｉｎ ｉ、’ ＝ ｓｉｎ １ｏ（ｃｏｓψ−１）
＋ ｃｏｓψｓｉｎ １１０（２）であって、こ＼に ｍ＝湾曲度 λ＝波長 ａ＝線条間隔 である。
＋ ｃｏｓψｓｉｎ １１０（２）であって、こ＼に ｍ＝湾曲度 λ＝波長 ａ＝線条間隔 である。
等式（１）と（２）により、回折格子のスリット湾曲は
次のパラメータに関係する： ａ）湾曲度ｍ ｂ）格子定数１／ａ ＝ Ｎ Ｃ）波長λ 選んだスペクトル分解能によって、いろいろな格子定数
Ｎが必要になシ、この定数が再びいろいろなスリットの
湾曲を作り出す。この補償は対物レンズとコリメータ／
結像レンズの焦点を調節して行われる。
次のパラメータに関係する： ａ）湾曲度ｍ ｂ）格子定数１／ａ ＝ Ｎ Ｃ）波長λ 選んだスペクトル分解能によって、いろいろな格子定数
Ｎが必要になシ、この定数が再びいろいろなスリットの
湾曲を作り出す。この補償は対物レンズとコリメータ／
結像レンズの焦点を調節して行われる。
使用例に応じて、この焦点距離の比は以下の範囲で変え
ることができる： 実施例： 以下に例示として第３図に示す系のデータが使用されて
いる。これ等の値は可変するもので重要なことは格子定
数Ｎで定まっていることである。それ等は、必要とする
焦点距離の比の範囲に適合させることができる。
ることができる： 実施例： 以下に例示として第３図に示す系のデータが使用されて
いる。これ等の値は可変するもので重要なことは格子定
数Ｎで定まっていることである。それ等は、必要とする
焦点距離の比の範囲に適合させることができる。
焦点距離： −，３１，５０６１９（団〕面 ＤＸ
、 ＤＹ Ｙ傾斜 ε１ ０
．００ ０．００ ０．００００
６．５００００２ ０．００ ０．００
０．００００ １．１９３００４
０．００ −２１．６８ ０．００００
１．１９３００５ ０．００ −２１．６
８ ０．００００ ６．５００００６
０．００ −７０．００ −２４．００００
１．０００００７ ０．００ −２１．６８
０．００００ ６．５００００８
０．００ −２１．６８ ０．００００
１．１９８００
、 ＤＹ Ｙ傾斜 ε１ ０
．００ ０．００ ０．００００
６．５００００２ ０．００ ０．００
０．００００ １．１９３００４
０．００ −２１．６８ ０．００００
１．１９３００５ ０．００ −２１．６
８ ０．００００ ６．５００００６
０．００ −７０．００ −２４．００００
１．０００００７ ０．００ −２１．６８
０．００００ ６．５００００８
０．００ −２１．６８ ０．００００
１．１９８００
第１図は、結像スペクトロメータの原理図である。第２
ａ及び２ｂ図は、２面鏡対物レンズの模式的なＹ／Ｚ及
びＸ／Ｚに対する断面図である。 第２Ｃ図はコリメータ／結像レンズ系の光学構成の模式
図で、第８図は全光学系である。第４図は、全光学系又
は回折格子及びそれ等によって生ずる湾曲による線状物
体のゆがみを示す図面である。第５図は、平面状回折格
子における幾何学的制約の詳細図である。 引用記号： ０・・・対物レンズ Ｓ・・拳スリット に・、・コリメータレンズ Ｇ−嗜・回折格子 工・・φ結像レンズ Ｂ・・・像面 Ｌ・・・光
ａ及び２ｂ図は、２面鏡対物レンズの模式的なＹ／Ｚ及
びＸ／Ｚに対する断面図である。 第２Ｃ図はコリメータ／結像レンズ系の光学構成の模式
図で、第８図は全光学系である。第４図は、全光学系又
は回折格子及びそれ等によって生ずる湾曲による線状物
体のゆがみを示す図面である。第５図は、平面状回折格
子における幾何学的制約の詳細図である。 引用記号： ０・・・対物レンズ Ｓ・・拳スリット に・、・コリメータレンズ Ｇ−嗜・回折格子 工・・φ結像レンズ Ｂ・・・像面 Ｌ・・・光
Claims (6)
- （１）対物レンズ、スリット、コリメータレンズ、回折
格子及び結像レンズを有する結像スペクトロメータにお
いて、対物レンズ、コリメータレンズ及び結像レンズが
非球面鏡によつて形成されていることを特徴とする結像
スペクトロメータ。 - （２）コリメータレンズ及び結像レンズは同じ鏡の配置
によつて形成され、光線がそれぞれ２回ずつ反射される
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のスペクト
ロメータ。 - （３）対物レンズは第１凸面鏡（Ｓ１）と第２凹面鏡（
Ｓ２）から成り、分析したい光線を光軸（ＯＡ１）に斜
めに一定の角度（Ｗ）で凹面鏡（Ｓ１）に至り、そこか
ら凹面鏡（Ｓ２）に導入し、この凹面鏡（Ｓ２）から凸
面鏡（Ｓ１）を通つて像面（Ｂ）でスリットに線条の湾
曲像の形にして結像し、コリメータレンズは、凹面鏡（
Ｓ３）と凸面鏡（Ｓ４）から成り、これ等の鏡はスリッ
ト（Ｓ）から出射した光を平行にし、回折格子（Ｇ）に
方向を向け、回折格子によつて反射回折された光を、今
度は結像レンズとして使用される同じ鏡（Ｓ４、Ｓ３）
を経由してスリット面にスリットの回折像（Ｂ′）とし
て再結像することを特徴とする特許請求の範囲第２項記
載のスペクトロメータ。 - （４）対物レンズの光軸（ＯＡ１）とコリメータ／結像
レンズの光軸（ＯＡ２）は互に平行からずれていること
を特徴とする特許請求の範囲第３項記載のスペクトロメ
ータ。 - （５）対物レンズとコリメータレンズは１：１から１：
１０の焦点距離の比を有することを特徴とする特許請求
の範囲第４項記載のスペクトロメータ。 - （６）入射スリット（Ｂ）と回折像（Ｂ′）は一平面内
にあることを特徴とする特許請求の範囲第１〜５項のい
ずれか１項に記載のスペクトロメータ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3614639.0 | 1986-04-30 | ||
| DE19863614639 DE3614639A1 (de) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | Abbildendes spektrometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62277526A true JPS62277526A (ja) | 1987-12-02 |
| JPH0810160B2 JPH0810160B2 (ja) | 1996-01-31 |
Family
ID=6299866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62104880A Expired - Lifetime JPH0810160B2 (ja) | 1986-04-30 | 1987-04-30 | 結像分光器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4773756A (ja) |
| JP (1) | JPH0810160B2 (ja) |
| DE (1) | DE3614639A1 (ja) |
| FR (1) | FR2598224B1 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69025807T2 (de) * | 1989-06-29 | 1996-10-24 | Dainippon Screen Mfg | Beleuchtungssystem |
| US5166755A (en) * | 1990-05-23 | 1992-11-24 | Nahum Gat | Spectrometer apparatus |
| US5260767A (en) * | 1991-12-16 | 1993-11-09 | Hughes Aircraft Company | Compact all-reflective imaging spectrometer |
| US5305082A (en) * | 1992-01-08 | 1994-04-19 | Chromax, Inc. | High spatial resolution imaging spectrograph |
| US5420681A (en) * | 1993-08-03 | 1995-05-30 | Ball Corporation | Modular multiple spectral imager and spectral imager |
| US5608521A (en) * | 1995-09-18 | 1997-03-04 | Trw Inc. | Polarization compensated imaging spectrometer |
| NL1001952C2 (nl) * | 1995-12-21 | 1997-06-24 | Tno | Telescoop met groot gezichtsveld. |
| JP2001108523A (ja) * | 1999-10-14 | 2001-04-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 分光測定装置 |
| US6636305B2 (en) * | 2001-09-13 | 2003-10-21 | New Chromex, Inc. | Apparatus and method for producing a substantially straight instrument image |
| US7315371B2 (en) * | 2004-01-23 | 2008-01-01 | P&P Optica Inc. | Multi-channel spectrum analyzer |
| US7075082B2 (en) * | 2004-06-22 | 2006-07-11 | Wilmington Infrared Technology, Inc. | Compact infrared spectrometer, and methods and systems for manufacture and assembly of components used in same |
| US7345760B2 (en) * | 2006-01-13 | 2008-03-18 | Thermo Electron Scientific Instruments Llc | Grating monochromator/spectrograph |
| RU2409862C2 (ru) * | 2006-04-12 | 2011-01-20 | Гизеке Унд Девриент Гмбх | Устройство и способ для оптического исследования ценных документов |
| DE102006045624A1 (de) * | 2006-09-27 | 2008-04-03 | Giesecke & Devrient Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur optischen Untersuchung von Wertdokumenten |
| EP2857810A1 (en) * | 2013-10-02 | 2015-04-08 | Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO | Monolith spectrometer |
| CN112461365B (zh) * | 2020-11-20 | 2021-09-07 | 苏州大学 | 弯曲狭缝成像光谱仪 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1085691B (de) * | 1956-09-21 | 1960-07-21 | Parsons & Co Sir Howard G | Gitterspektrometer oder -analysator |
| US3015984A (en) * | 1956-09-21 | 1962-01-09 | Parsons & Co Sir Howard G | Grating spectrometers or analysers |
| GB1438631A (en) * | 1972-08-04 | 1976-06-09 | Parsons & Co Sir Howard G | Analysis of emulsions and suspensions |
| DE2758141C2 (de) * | 1977-12-27 | 1982-11-18 | Ibm Deutschland Gmbh, 7000 Stuttgart | Spektrophotometer |
| DE2940325A1 (de) * | 1979-10-04 | 1981-04-09 | Original Hanau Heraeus Gmbh | Strahlungsmengenmesser |
| DE3304110C2 (de) * | 1983-02-08 | 1986-09-25 | Shimadzu Corp., Kyoto | Spektralphotometer zum gleichzeitigen Untersuchen mehrerer Proben |
-
1986
- 1986-04-30 DE DE19863614639 patent/DE3614639A1/de active Granted
-
1987
- 1987-04-29 FR FR878706134A patent/FR2598224B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1987-04-30 JP JP62104880A patent/JPH0810160B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1987-04-30 US US07/044,597 patent/US4773756A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3614639A1 (de) | 1987-11-05 |
| FR2598224B1 (fr) | 1990-11-30 |
| FR2598224A1 (fr) | 1987-11-06 |
| US4773756A (en) | 1988-09-27 |
| DE3614639C2 (ja) | 1990-10-04 |
| JPH0810160B2 (ja) | 1996-01-31 |
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