分光装置及びそれを用いた波長選択スイッチ
【課題】 温度変化が生じても分散特性の変化が十分に小さい分光装置などを提供すること。
【解決手段】順方向の光線が入射する順に、第１群の分散素子と、第２群の分散素子を有し、第１の温度Ｔ１における順方向の光線の第１群の分散素子からの出射角をθ４、第１の温度Ｔ１とは異なる第２の温度Ｔ２における順方向の光線の第１群の分散素子からの出射角をθ’４、出射角の差分θ'４−θ４をΔθ４、第１の温度Ｔ１における順方向の光線が第２群の分散素子から出射する光路に沿った光線であって、かつ第２の温度Ｔ２における逆方向の光線の第２群の分散素子からの出射角をθ”５、第１の温度Ｔ１における順方向の光線の第２群の分散素子への入射角をθ５、出射角および入射角の差分θ”５−θ５をΔθ５、とそれぞれするとき、Δθ４とΔθ５が略等しいことを特徴とする。
【解決手段】順方向の光線が入射する順に、第１群の分散素子と、第２群の分散素子を有し、第１の温度Ｔ１における順方向の光線の第１群の分散素子からの出射角をθ４、第１の温度Ｔ１とは異なる第２の温度Ｔ２における順方向の光線の第１群の分散素子からの出射角をθ’４、出射角の差分θ'４−θ４をΔθ４、第１の温度Ｔ１における順方向の光線が第２群の分散素子から出射する光路に沿った光線であって、かつ第２の温度Ｔ２における逆方向の光線の第２群の分散素子からの出射角をθ”５、第１の温度Ｔ１における順方向の光線の第２群の分散素子への入射角をθ５、出射角および入射角の差分θ”５−θ５をΔθ５、とそれぞれするとき、Δθ４とΔθ５が略等しいことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光装置及び該分光装置を用いた波長選択スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、分光技術を用いた装置が数多く提案されている。例えば、特許文献１には回折格子を用いた分光装置が開示されている。また、例えば、特許文献２には回折格子を用いた内視鏡が開示されている。さらに、例えば、特許文献３には、プリズムとデジタルマイクロミラーを用いて分光を行う顕微鏡が開示されている。
【０００３】
また、例えば特許文献４には光アドドロップ多重化装置という名称で、波長選択スイッチの基本的な構成が開示されている。
【０００４】
ここで、波長選択スイッチとは、ＲＯＡＤＭ（大容量ネットワークに用いられる、波長多重化された光信号を、光信号のまま分岐／挿入が行えるシステムや技術）におけるノードに配置されるデバイスである。波長選択スイッチは、波長多重されている光信号の伝送経路の切換えを波長毎に行う光スイッチである。
【０００５】
波長選択スイッチによって、各ノードでは、波長多重された光信号から任意の波長の光信号を取り出すことや、波長多重された光信号に任意の波長の光を混ぜることが可能である。この波長選択スイッチにおいても回折格子が用いられている。
【０００６】
また、例えば特許文献５においては、光分散装置であって、プリズムに隣接して貼り付けられた回折素子を備えている。回折格子の膨張と隣接するプリズムの屈折率変化によって効果が相殺し、出射角度が変化しないものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１８７５５０号公報
【特許文献２】特開２００７−１３５９８９号公報
【特許文献３】特開２０００−１９９８５５号公報
【特許文献４】特許第３９３７４０３号明細書
【特許文献５】特表２００３−５０９７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１〜４に記載の従来技術では、温度が変化した際の出射角度の変化について、まったく記述されていない。
【０００９】
また、例えば、特許文献５に記載の従来技術では、温度変化によって分散特性が変化することを課題として挙げ、その対策を行う構成を提案している。ここでは、温度変化によって分散特性が変化することの主たる原因が、回折格子の基板の熱膨張であるとしている。
しかしながら、分散特性が変化する主原因は、回折格子の基板の熱膨張ではないことがある。大気の屈折率が変化する場合や分散素子内を光線が通る場合は、温度変化による分散素子自身の屈折率の変化が、分散特性の変化の主たる原因となりうる。
【００１０】
特に高い屈折率をもつ材料を分散素子に使用している場合はその変化が大きい。このような理由で、従来の分光器では、温度変化に対する安定した分散特性をもつことは困難であった。
【００１１】
本発明はこの点に着目し、温度変化が生じた場合でも、分散特性の変化が十分に小さい分光装置及びこの分光装置を用いた波長選択スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明係る分光装置は、
順方向の光線が入射する順に、第１群の分散素子と、第２群の分散素子を有し、
第１の温度Ｔ１における前記順方向の光線の前記第１群の分散素子からの出射角をθ４、
前記第１の温度Ｔ１とは異なる第２の温度Ｔ２における前記順方向の光線の前記第１群の分散素子からの出射角をθ’４、
前記出射角の差分θ'４−θ４をΔθ４、
前記第１の温度Ｔ１における前記順方向の光線が前記第２群の分散素子から出射する光路に沿った光線であって、かつ前記第２の温度Ｔ２における逆方向の光線の前記第２群の分散素子からの出射角をθ”５、
前記第１の温度Ｔ１における前記順方向の光線の前記第２群の分散素子への入射角をθ５、
前記出射角および入射角の差分θ”５−θ５をΔθ５、
とそれぞれするとき、
Δθ４とΔθ５が略等しいことを特徴とする。
【００１３】
また、他の側面において本発明に従う波長選択スイッチは、上述の分光装置を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、温度変化が生じた場合においても、分散特性の変化が十分に小さい分光装置、及びこの分光装置を用いた波長選択スイッチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態に係る分光装置の全体的な構成例を概略的に示す図である。
【図２】第１の実施形態及び第２の実施形態に係る分光装置の分光部の詳細構造例を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る分光装置の分光部の詳細構造例を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る波長選択スイッチの全体的な構成例を概略的に示す斜視図である。
【図５】第４の実施形態に係る複数のマイクロミラーを含んで構成されるマイクロミラーアレイの構成例を示す斜視図である。
【図６】第４の実施形態に係る分散した光を導くレンズの構成を説明するための図である。
【図７】各実施形態における分光素子の構造を説明するための図である。
【図８】第４の実施形態において２つのシリンドリカルレンズを有するレンズの構成例を示す斜視図である。
【００１６】
以下に、本発明のある態様に係る実施形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、全図を通して同一の符号は、同一または相当部分を示すものとする。また、この実施の形態により、特許請求の範囲に記載された本発明が限定されるものではない。すなわち、本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、第１実施形態の分光装置の概略構成を示している。
分光装置は、光線が入力する入射スリット１１と、入射スリット１１より入射する複数波長の光線１６を略平行光に変換するレンズ１２と、後述の分光部１３と、分光された光をそれぞれ集光するレンズ１４と、予め分割された、それぞれの波長帯の光を受光するディテクタアレイ１５とを備えている。ディテクタアレイ１５は、複数のディテクタ素子を配列して構成されている。
【００１８】
図２は、分光部１３の構成を示している。分光部１３は、プリズム２６と、分散素子２７とを備えている。プリズム２６は、屈折率ｎ１の媒質からなり、頂角α１である。また、分散素子２７は、屈折率ｎ２の媒質からなり、頂角α２、ピッチｐ、回折次数ｍである。
【００１９】
プリズム２６には、レンズ１２から出射した光が入射する。プリズム２６は、入射光２５が入射、屈折する順に、第１面２１と、第２面２２とを有する。分散素子２７は、プリズム２６を出射した光が入射する位置に配置されている。
【００２０】
プリズム２７に光が入射し、屈折または回折する順に、第１面２３と、回折面である第２面２４と、第１面と共通である第３面２３を有している。分散素子２７の第３面２３を出射した光は、主に第２面２４により分光されていて、図１のレンズ１４に向かう。
【００２１】
なお、プリズム２６、分散素子２７の順に進行する光線を、順方向の光線として考える。逆に、分散素子２７、プリズム２６の順に進行する光線を、逆方向の光線として考える。「順方向」、「逆方向」のより詳細な定義は、後述する。
【００２２】
図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、分散素子２７の構成を示している。図７（a）は、分散素子２７の断面構成の詳細を示している。図７（ｂ）は、第２面（回折面）２４の断面を拡大して示している。図７（ｃ）は、分散素子２７を構成するプリズム７１の断面構成を示している。図７（ｄ）は、分散素子２７を構成するグレーティングチップ７２の断面構成を示している。
【００２３】
プリズム７１とグレーティングチップ７２とは同一の硝材で構成されている。プリズム７１は図２に示すプリズム２６とは、形状が同一である必要はなく、頂角α２を持つ。グレーティングチップ７２は、平行平面板の片側表面に溝がピッチｐで刻まれたものである。図７（ｂ）は、その溝形状を示している。
【００２４】
プリズム２６の媒質と、分散素子２７の媒質とは、同じ材料で構成されており、材料は、光学ガラス、結晶材料、樹脂材料、及び金属材料のうちの何れか一つであることが望ましい。
【００２５】
また、本実施形態では、上述したように、プリズム２６の媒質と、分散素子２７の媒質とは、ともに同じシリコンである。
【００２６】
グレーティングチップ７２の溝は、紙面に対し垂直方向に形成されている。分散素子２７は、プリズム７１の接合面７３と、グレーティングチップ７２の接合面７４とを接合して構成されている。
【００２７】
以上の構成により、複数の波長の光を有し紙面内に含まれる入射光は、第１面２３から入射して、回折面である第２面２４に到達して回折される。これにより、第２面２４で回折された入射光は、複数の波長の光、すなわち分散光に分散される。分散光は、同紙面内に生ずる。
【００２８】
また、第１の温度Ｔ１における順方向の光線について、
プリズム２６の第１面２１の入射角を角度θ１、
プリズム２６の第１面２１の屈折角を角度θ２、
プリズム２６の第２面２２の入射角を角度θ３、
プリズム２６の第２面２２の屈折角を角度θ４、
分散素子２７の第１面２３の入射角を角度θ５、
分散素子２７の第１面２３の屈折角を角度θ６、
分散素子２７の第２面２４の入射角を角度θ７、
分散素子２７の第２面２４の回折角を角度θ８、
分散素子２７の第３面２３の入射角を角度θ９、
分散素子２７の第３面２３の屈折角を角度θ１０、
とそれぞれ定義する。「順方向」の詳細な定義は、後述する。
【００２９】
このとき、プリズム２６の屈折率ｎ１の温度係数ｄｎ１／ｄＴと分散素子２７の屈折率ｎ２の温度係数ｄｎ２／ｄＴの符号が同じであるとする。
プリズム２６の第２面２２と、分散素子２７の第１面２３とは、図２に示す角度γをなす。
【００３０】
例えば、温度Ｔ１＝２０°Ｃにおいて、入射光２５に含まれる波長λと、上述のｎ１、α１、ｎ２、α２、ｐ、ｍ、γとθ１が定められているとき、角度θ２〜角度θ１０は、式（１）から式（９）により一意的に決まる。
【００３１】
このうち式（１）、式（３）、式（５）、式（７）、式（９）は、式（１０）に記載のスネルの法則や回折の式から求められる。式（２）、式（４）、式（６）、式（８）は単なる幾何の関係である。
なお、数式は、まとめて表７に掲げる。
【００３２】
例として、プリズム２６と分散素子２７がともにシリコンからなる場合、ｎ１、α１、ｎ２、α２、ｐ、ｍ、γ、θ１、ｄｎ１／ｄＴ、ｄｎ２／ｄＴが表１で与えられるとする。このとき式（１）から式（９）により角度θ２から角度θ１０が求まる。その結果を表２に掲げる。
【００３３】
次に、温度Ｔ２＝４０℃になった場合を考える。
温度Ｔ１から温度Ｔ２の変化に伴うプリズム２６の媒質の屈折率変化をΔｎ１、
温度Ｔ１から温度Ｔ２の変化に伴う分散素子２７の媒質の屈折率変化をΔｎ２、
とそれぞれする。
温度Ｔ１から温度Ｔ２の間の平均のｄｎ１／ｄＴ、ｄｎ２／ｄＴ用いて、Δｎ１、Δｎ２は式（１２）で求まる。
【００３４】
したがって、温度Ｔ２における各定数は、表１に掲げる値に比較して、屈折率ｎ１、ｎ２のみが表３に掲げるように変化する。このとき式（１）から式（３）における各角度θ１からθ４の記号を、それぞれ引用符「'」（シングルクォーテーション）を付加して解くことにより、角度θ'２からθ'４が求まる。その結果の値を、表４の角度θ’２からθ'４に掲げる。
【００３５】
プリズム２６から角度θ'４にて屈折し出射された光は、分散素子２７で回折される。さらに、その後、表４の角度θ'１０の角度で分散素子２７から出射する。角度θ'１０は分散素子２７の第３面２３から出射する光線の屈折角である。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
【表３】
【００３９】
【表４】
【００４０】
【表５】
【００４１】
【表６】
【００４２】
【表７】
【００４３】
次に、温度Ｔ２における、順方向の光線とは逆方向の光線を仮定する。ここで、「順方向」とは、入射スリット１１からディテクタアレイ１５に向かって進行する方向をいう。また、「順方向の光線とは逆方向」とは、ディテクタアレイ１５から入射スリット１１に向かって進行する方向をいう。
【００４４】
光線の向きが、順方向に対して逆転した場合、例えば、分散素子２７の第３面２３に関して光線は、分散素子２７の外部（空気）側から入射する。このときの入射角を角度θ”１０とする。同様に、温度Ｔ２における、逆方向の光線を仮定した場合、上述で定義した各角度θ５〜θ１０の記号を、それぞれ二重引用符「”」（ダブルクォーテーション）を付加して表すものとする。
【００４５】
温度Ｔ２における角度θ”１０と、温度Ｔ１における角度θ１０と、が等しくなるようにして、逆方向の光線を分散素子２７に入射させる場合を仮定する。このとき、式（５）から式（９）における各角度θ５〜θ１０の記号を、それぞれ二重引用符「”」（ダブルクォーテーション）を付加し、式（９）から逆に解く。これにより、角度θ”９から角度θ”５が求まる。その結果の値を表５に掲げる。
【００４６】
ここで、表２において引用符「'」（シングルクォーテーション）を付していない角度θは、温度Ｔ１の順方向の光線に関する角度を示している。表４において引用符「'」（シングルクォーテーション）を付している角度θ'は、温度Ｔ２の順方向の光線における角度を示している。さらに、表５において二重引用符「”」（ダブルクォーテーション）を付している角度θ"は温度Ｔ２の逆方向の光線に関する角度を示している。
【００４７】
表２の温度Ｔ１における角度θ４と、表４の温度Ｔ２におけるθ’４との差分をΔθ４（＝θ’４−θ４）とする。また、表２の温度Ｔ１におけるθ５と、表５の温度Ｔ２におけるθ”５の差分をΔθ５（＝θ”５−θ５）とする。計算の結果を表６に掲げる。
この値は「角度Δθ４と角度Δθ５が略等しい」を満たしている。
【００４８】
このように、ｎ１、α１、ｎ２、α２、ｐ、ｍ、γ、θ１、ｄｎ１／ｄＴ、ｄｎ２／ｄＴの各パラメータのセットを適切に与えると、角度Δθ４と角度Δθ５を略等しくすることができる。
【００４９】
そして、角度Δθ４と角度Δθ５が略等しい状態では、角度θ'５と角度θ”５が略等しくなる。同様に、角度θ'１０と角度θ”１０が略等しくなる。ここで、上述したとおり、逆方向の光線を分散素子２７に入射させる際、角度θ１０と角度θ”１０が等しいことを仮定している。従って、角度θ１０と角度θ'１０が略等しいこととなる。
【００５０】
以上により、Δθ４とΔθ５を略等しくすることで、温度変化が起こったとしても、順方向の光線について分散素子２７からの出射角を略一定に保つことができる。そして、分散素子２７からの出射角を略一定に維持することで、温度変化が起こったとしても、分光部１３の分散特性の変化を十分に小さくすることができる。
【００５１】
分光部１３から出射される光は、レンズ１４を透過した後、ディテクタアレイ１５上に集光する。上述の特性を備える分光部１３を有する分光装置によれば、波長λの光は、温度Ｔ１の場合及び温度Ｔ２の場合のいずれの場合においても、温度変化に影響を受けることなく、常に同一のアレイに入射する。同様に、波長λとは異なる他の波長の光に関しても、ディテクタアレイ１５における他のアレイにほぼ垂直に入射する。
このように、本実施形態の分光装置によれば、同じ波長λの光の集光位置は、ディテクタアレイ１５において、温度に関わらず、ほぼ変化しないこととなる。
【００５２】
次に、本実施形態について、異なる観点に基づいて説明する。本実施形態において、表２の数値と式（Ｅ）よりｋを算出すると、ｋ＝０.９６１となる。また、Δｎ１／Δｎ２＝１である。本実施形態は、「式（Ｅ）で決定されるｋと|Δｎ１／Δｎ２|の値が略等しい」という条件を満足している。
【００５３】
「式（Ｅ）で決定されるｋと|Δｎ１／Δｎ２|の値が略等しい」という条件を満足すると、順方向の光線について分散素子２７からの出射角θ１０は、たとえ温度Ｔが変化した場合でも、ほぼ変化しなくなる。
【００５４】
すなわち、温度Ｔ１のとき、波長λの光線は、分散素子第３面（＝第１面）から角度θ１０で出射する。そして、出射した光線は、レンズ１４（図１参照）で集光され、ディテクタアレイ１５のうちの何れかのディテクタにより検出される。
【００５５】
また、温度Ｔ２に変化した場合でも、角度θ１０の値はほとんど変わらない。この結果、波長λの光は、温度Ｔ２においても、温度Ｔ１において入射した同じアレイに入射することができる。さらに、波長λとは異なる他の波長の光も、ディテクタアレイの別のアレイにほぼ垂直に集光し、入射する。
【００５６】
また、プリズム２６の第１面２１と第２面２２の交線と、プリズム２６の第２面２２で屈折する光線を含む入射平面（紙面）と、の交点を交点Ａとする。
分散素子２７の第１面２３と第２面２４の交線と、プリズム２６の第２面２２で屈折する光線を含む入射平面（紙面）との交点を交点Ｂとする。
【００５７】
さらに、プリズム２６と分散素子２７との間に存在する光線の光路に沿った直線を考える。
上述の交点Ａと交点Ｂとは、入射平面（紙面）内において、この直線で区切られる２つの領域に関して、互いに異なる領域に存在するように構成されている。
【００５８】
このような構成において、本実施形態では、プリズム２６の屈折率と、分散素子２７の屈折率が等しい。このため、温度変化によって、プリズム２６の第２面２２からの光線の出射角が大きくなると、分散素子２７の第１面２３への入射角も大きくなる。このため、プリズム２６の第２面２２からの光線の出射角を小さくすると、分散素子２７の第１面２３への入射角も小さくすることができる。これにより、角度Δθ４と角度Δθ５とを略等しくすることが容易となる。
【００５９】
また、順方向の光線は、図１のレンズ１２により平行光に変換された光束に含まれる１本の光線とすることができる。
【００６０】
また、プリズム２６の第１面２１に順方向の光線が入射する側（入射スリット１１側）の光路内に図１に示すレンズ１２を配置する構成とすることができる。なお、レンズ１２の代わりに、パワーを持つ反射鏡を配置しても良い。
【００６１】
また、分散素子２７の第３面２３から順方向の光線が射出する側（ディテクタアレイ１５側）の光路内に図１に示すレンズ１４を配置する構成とすることができる。なお、レンズ１４の代わりに、パワーを持つ反射鏡を配置しても良い。
【００６２】
さらに、レンズ１４は、透過した後の各波長の主光線をテレセントリックにすることが望ましい。これによりレンズ１４を透過した後の各波長の光は、ディテクタアレイ１５のそれぞれの波長に対応したアレイにほぼ垂直に入射する構成とすることができる。
【００６３】
本実施形態の構成では、分散素子２７からの出射角を略一定に維持することで、温度変化が起こったとしても、分光部１３の分散特性の変化を十分に小さくすることができる。これにより、温度変化が起こった場合であっても、分散特性の変化を十分に小さくできるという効果を奏する。
さらに、波長λの光は、温度変化によらず同じディテクタアレイに入射する。したがって、所定の波長の光は、温度変化のために隣のディテクタ素子で検出されることがないという更なる効果も奏する。
【００６４】
加えて、本実施形態では、順方向の光線が入射する順に、プリズム２６と、分散素子２７とが配置される構成となっている。このため、波長λの光を含む複数波長の光が順方向に入射するとき、プリズム２６による分散は小さい。このため、プリズム２６から出射して、分散素子２７に入射する光の光束径は、あまり拡がることがない。従って、分散素子２７を小型に構成することができるという更なる効果も奏する。
【００６５】
加えて、本実施形態では、分散素子２７を構成する媒質として、高屈折率材料のシリコンを用いている。このため、分散素子２７の第２面２４において回折、分散された２波長の光に関して、第３面２３から空気中に射出するときの屈折角（＝出射角）の２波長間の差分が大きくなる。これにより、分散素子２７自体は高分散素子となる。そして、分散素子２７を有する分光部１３としては高波長分解能が得られるという更なる効果を奏する。
【００６６】
加えて、本実施形態では、レンズ１２により光量を有効に用いることが可能となる。従って、検出感度の高い分光装置を得られるという更なる効果を奏する。
【００６７】
加えて、本実施形態では、分散素子２７により分散された光は、分光部１３から波長により異なる角度で出射する。レンズ１４は、出射した光を波長ごとに異なる位置に集光する。これにより、波長分解能の高い分光装置が得られるという更なる効果を有する。
【００６８】
加えて、本実施形態では、レンズ１４は、ディテクタアレイ１５上に光をテレセントリックに集光する。このため、ディテクタアレイ１５に対して、各波長の光の主光線が垂直に入射する。ここで、ディテクタアレイ１５の組立時に、組み立て誤差が生じる場合がある。組み立て誤差が生じると、ディテクアレイ１５を構成する各ディテクタの位置が設定値と異なり、例えば光軸方向の位置ずれを招く。
ディテクタアレイ１５に対して、各波長の光の主光線が垂直に入射する構成とすることで、ディテクタアレイ１５の光軸方向の位置ずれが生じている場合でも、その位置ずれの影響を低減できる。このため、検出波長ずれの小さい分光装置を得られるという更なる効果を奏する。
【００６９】
（第１実施形態の変形例）
次に、上述した第１実施形態の変形例について説明する。本変形例では、分散素子として、いわゆる、イマージョングレーティングを用いる。イマージョングレーティングは、プリズムグレーティング、グリズム、カーペンタープリズムとも呼ばれるものである。
【００７０】
また、プリズム２６と分散素子２７との間の光路内に、折り返しミラーを配置しても良い。その場合、図２で示す角度γは、折り返しミラーを光路内に挿入することにより、適切な角度へ変更することが望ましい。
【００７１】
また、グレーティングチップ７２（図７（ｄ）参照）は、断面形状が台形、つまり接合面７４と回折面２４とが非平行であっても良い。この場合においても、分散素子２７の頂角α２は、第１面２３と、回折面である第２面２４とのなす角である。
【００７２】
また、分散素子２７は、一体成型で製造することでも良い。一体成型によれば、母材であるプリズム７１（図７（ｃ）参照）に対して直接溝を形成する。
【００７３】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態にかかる分光装置について説明する。
本実施形態は、上述した第１の実施形態の分光装置に比較して、プリズム２６と分散素子２７を構成する媒質が異なっている点が相違している。第１の実施形態と同じ部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７４】
プリズム２６の媒質と、分散素子２７の媒質とは異なる材料で構成され、材料は、光学ガラス、結晶材料、樹脂材料、及び金属材料のうちの何れか一つであることが望ましい。
【００７５】
プリズム２６の媒質をＦ５（ＳＣＨＯＴＴ社製）、分散素子２７の媒質をＮ−ＢＫ７（ＳＣＨＯＴＴ社製）とする。このとき、温度Ｔ１＝２０°Ｃにおける各パラメータの値は表１に掲げる値である。そして、式（１１）から式（１９）により角度θ２から角度θ１０が求まる。その結果の値を、表２に掲げる。表２の数値と式（Ｅ）よりｋを求めるとｋ＝１.２４４９となっている。
【００７６】
次に、温度Ｔ２＝８０°Ｃになった場合を考える。
温度Ｔ１から温度Ｔ２までの間において、ｄｎ１／ｄＴ、ｄｎ２／ｄＴは大きく変化しないと仮定する。
この温度の変化に伴うプリズム２６の媒質の屈折率変化をΔｎ１、
この温度の変化に伴う分散素子２７の媒質の屈折率変化をΔｎ２、
とそれぞれする。このとき、Δｎ１、Δｎ２ は式（１２）で求まる。
【００７７】
したがって、温度Ｔ２における各定数は、表１に掲げる値に比較して、屈折率ｎ１、ｎ２が変化する。その変化した値を表３に掲げる。
その結果、本実施形態では、ｋ＝１.２４４９、Δｎ１／Δｎ２＝１.２４４９となる。
【００７８】
これにより、本実施形態では、「式（Ｅ）で決定されるｋと|Δｎ１／Δｎ２|の値が略等しい」という条件を満足している。
かかる条件を満たす場合、式（１）から式（９）における各角度θ１からθ１０の記号を、それぞれ引用符「'」（シングルクォーテーション）を付加して解くことにより、温度Ｔ２における角度θ’２から角度θ’１０が求まる。その結果の値を表４に掲げる。
【００７９】
温度Ｔ１のとき、波長λの光線は分散素子の第３面２３(＝第１面)から角度θ１０で出射する。出射した光は、図１のレンズ１４でディテクタアレイ１５上に集光される。そして、集光された光は、ディテクタアレイ１５の何れかのディテクタ素子によって検出される。
【００８０】
このように、本実施形態では、温度がＴ２に変化した場合でも、角度θ１０の値はほとんど変化しない。このため、温度Ｔ２における波長λの光は、温度Ｔ１において入射したディテクタアレイ１５のうちのディテクタ素子と同一のディテクタ素子に入射する。さらに、その他の波長の光に関しても、ディテクタアレイ１５のうちの波長λの光が入射するディテクタ素子とは異なるディテクタ素子に対してほぼ垂直に集光し、入射する。
【００８１】
本実施形態では、「式（Ｅ）で決定されるｋと|Δｎ１／Δｎ２|の値が略等しい」という条件を満足する。このため、温度変化が生じた場合でも、分散素子２７から出射される出射角θ１０の値はほとんど変わらない。これにより、分散素子２７からの出射角を略一定に維持することで、温度変化が起こったとしても、分光部１３の分散特性の変化を十分に小さくすることができる。これにより、温度変化が起こった場合であっても、分散特性の変化を十分に小さくできるという効果を奏する。
【００８２】
また、プリズム２６の媒質Ｆ５(ＳＣＨＯＴＴ社製)の屈折率ｎ１の温度係数ｄｎ１／ｄＴの符号と、
分散素子２７の媒質Ｎ-ＢＫ７(ＳＣＨＯＴＴ社製)の屈折率ｎ２の温度係数ｄｎ２／ｄＴの符号と、は同じである。
【００８３】
さらに、上記第１の実施形態で説明した配置構成と同様に、上述の交点Ａと交点Ｂとは、入射平面（紙面）内において、プリズム２６と分散素子２７との間に存在する光線の光路に沿った直線で区切られる２つの領域に関して、互いに異なる領域に存在するように構成されている。
表２より角度θ１と角度θ４がほぼ等しい角度となっている。また、角度θ５と角度θ１０がほぼ等しい角度となっている。
【００８４】
プリズム２６と分散素子２７との配置は、上述したように、上記第１の実施形態と同一である。この配置のとき、屈折率の温度変化に起因する光線の出射角のずれ方（変化する方向）は、プリズム２６と分散素子２７とで逆方向となる。
【００８５】
また、式（Ｅ）から計算されるｋの値と、Δｎ１／Δｎ２の比の値とは、ほぼ同じである。このため、屈折率の温度変化に起因する光線の出射角のずれ方（変化する方向）は、その大きさも等しくなる。このため、波長λの光は温度変化に関わらず、ディテクタアレイ１５のうちの同一のディテクタ素子に入射する。したがって、一定の波長が温度変化のために隣のディテクタで検出されることがないという更なる効果を奏する。
【００８６】
加えて、本実施形態では、プリズム２６の媒質と、分散素子２７の媒質とがともに光学ガラスであるが異なっている。光学ガラスは、その物理特性が詳細に調べられており安定的に供給される。このため、分光装置を製造するに際して、詳細な設計と、安定的な製造とが可能になるという更なる効果を奏する。
【００８７】
加えて、角度θ１と角度θ４が、ほぼ等しい角度となっている。また、角度θ５と角度θ１０がほぼ等しい角度となっている。このため、プリズム２６の第１面２１と第２面２２に施す反射防止（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ、ＡＲ）コートは１種類で済ますことができる。さらに、分散素子２７の第１面２３に施すＡＲコートも最小限の入射角依存性を考慮したコートで済むという更なる効果を奏する。
【００８８】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態にかかる分光装置について説明する。本実施形態は、第１の実施形態に比較して、図１の分光部１３の構成が異なっている。上記第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８９】
図３は、本実施形態の分光部１３の概略構成を示している。上述の第１の実施形態では、プリズム２６の頂角Ａは紙面右方向を向くように配置されている。また、分散素子２７の頂角Ｂは紙面左方向を向くように配置されている。
これに対して、本実施形態では、プリズム２６の頂角Ａは紙面左方向を向くように配置されている。また、分散素子２７の頂角Ｂは、プリズム２６と同様に、紙面左方向を向くように配置されている。
【００９０】
かかる構成において、第１の実施形態と同じように角度θ１から角度θ１０を定義する。
このとき、屈折率ｎ１の温度係数ｄｎ１／ｄＴと、屈折率ｎ２の温度係数ｄｎ２／ｄＴの符号は異なっている。
プリズム２６の第２面２２と、分散素子２７の第１面２３とが紙面内において角度γ’をなしている。
なお、プリズム２６の媒質はＮ−ＰＫ５１（ＳＣＨＯＴＴ社製）、分散素子２７の媒質はＮ−ＢＫ７（ＳＣＨＯＴＴ）とする。
【００９１】
このとき、温度Ｔ１＝２０°Ｃにおける各パラメータの値を表１に掲げる。式（１）から式（３）、式（１１）、式（５）から式（９）により、角度θ２から角度θ１０が求まる。その結果の値を表２に掲げる。表２に掲げる数値と、式（Ｅ）より、ｋを求めるとｋ＝２.９７９６となっている。
【００９２】
次に、温度Ｔ２＝８０°Ｃになった場合を考える。
温度Ｔ１から温度Ｔ２までの間において、ｄｎ１／ｄＴ、ｄｎ２／ｄＴは大きく変化しないと仮定する。
この温度の変化に伴うプリズム２６の媒質の屈折率変化をΔｎ１、
この温度の変化に伴う分散素子２７の媒質の屈折率変化をΔｎ２、
とそれぞれする。Δｎ１、Δｎ２は、式（１２）で求まる。
【００９３】
したがって、温度Ｔ２における各定数は、表１に掲げる値に比較して、屈折率ｎ１、ｎ２のみ変化する。表３は、変化した屈折率ｎ１、ｎ２を掲げる。このとき、式（１）から式（３）、式（１１）、式（５）から式（９）における各角度θ１からθ１０の記号を、それぞれ引用符「'」（シングルクォーテーション）を付加して解くことにより、角度θ’２から角度θ’１０が求まる。その結果の値を表４に掲げる。
【００９４】
温度Ｔ１のとき、波長λの光線は、分散素子２７の第３面（＝第１面）から角度θ１０で出射する。レンズ１４は、出射した光をディテクタアレイ１５上に集光する。集光された光は、ディテクタアレイ１５のうちの何れかのディテククタ素子によって検出される。
【００９５】
本実施形態では、温度Ｔ２に変化した場合でも、角度θ１０の値はほとんど変わらない。このため、波長λの光は、温度Ｔ１において入射したディテクタ素子と同一のディテクタ素子に入射する。さらに、その他の波長の光に関しても、ディテクタアレイ１５のうちの波長λの光が入射するディテクタ素子とは異なるディテクタ素子に対してほぼ垂直に集光し、入射する。
【００９６】
本実施形態では、
式（Ｅ）よりｋ＝２.９７９６でΔｎ１／Δｎ２＝−２.９７９６であるから、
「式（Ｅ）で決定されるｋと|Δｎ１／Δｎ２|の値が略等しい」を満足する。
このため、温度変化が生じた場合でも、分散素子２７から出射される光の出射角θ１０の値はほとんど変わらない。これにより、分散素子２７からの光の出射角を略一定に維持することで、温度変化が起こったとしても、分光部１３の分散特性の変化を十分に小さくすることができる。これにより、温度変化が起こった場合であっても、分散特性の変化を十分に小さくできるという効果を奏する。
【００９７】
また、プリズム２６の媒質Ｎ-ＰＫ５１（ＳＣＨＯＴＴ社製）の屈折率ｎ１の温度係数ｄｎ１／ｄＴの符号と、分散素子２７の媒質Ｎ-ＢＫ７（ＳＣＨＯＴＴ社製）の屈折率ｎ２の温度係数ｄｎ２／ｄＴの符号と、は異なる。
さらに、上記第１、２の実施形態で説明した配置構成は異なり、上述の交点Ａと交点Ｂとは、入射平面（紙面）内において、プリズム２６と分散素子２７との間に存在する光線の光路に沿った直線で区切られる２つの領域に関して、互いに同じ側の領域に存在するように構成されている。
【００９８】
プリズム２６と分散素子２７との配置は、上述したように、上記第１の実施形態と同一である。この配置のとき、屈折率の温度変化に起因する光線の出射角のずれ方（変化する方向）は、プリズム２６と分散素子２７とで逆方向となる。
【００９９】
また、式（Ｅ）から計算されるｋの値と、Δｎ１／Δｎ２の比の値とは、ほぼ同じである。このため、屈折率の温度変化に起因する光線の出射角のずれ方（変化する方向）は、その大きさも等しくなる。このため、波長λの光は温度変化に関わらず、ディテクタアレイ１５のうちの同一のディテクタ素子に入射する。したがって、一定の波長が温度変化のために隣のディテクタで検出されることがないという更なる効果を奏する。
【０１００】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態にかかる波長選択スイッチについて説明する。
図４は、本実施形態にかかる波長選択スイッチの概略構成を示している。
【０１０１】
分光装置５００は、複数の光ファイバからなるファイバアレイ５０１と、マイクロレンズアレイ５０２と、レンズ５０６と、分光部５０３と、レンズ５０４と、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）モジュールであるマイクロミラーアレイ５０５とを備えている。
【０１０２】
ファイバアレイ５０１内の各光ファイバと、マイクロレンズアレイ５０２内の各マイクロレンズとが、対になるように構成されている。そして、この対の光ファイバとマイクロレンズとがアレイ状に配置されている。ファイバアレイ５０１は、光入出力ポートとして機能する。
【０１０３】
複数の光ファイバのうちの一つの光ファイバ（以下、適宜「第１の光ファイバ」という。）から、波長多重された信号光が、分光部５０３に向けて出射される。光ファイバから出射した光は、マイクロレンズアレイ５０２で平行光束に変換され、レンズ５０６を通って分光部５０３に入射する。
【０１０４】
図８は、レンズ５０６の概略構成を示している。
レンズ５０６は、マイクロレンズアレイ５０２と分光部５０３との間の光路内に配置されている。レンズ５０６は、相互に異なるパワーを有するシリンドリカルレンズ５０７と５０８から構成される。ここで、シリンドリカルレンズ５０７と５０８は、そのパワーの方向を互いに垂直になるように配置されている。
【０１０５】
分光部５０３としては、図２に示す第１の実施形態の分光部１３で用いられた分散素子２７とプリズム２６のペアを用いる。分光部５０３は、入射した波長多重光を帯状に１次元方向に分散する。なお、分光部５０３の構成及び機能は、第１の実施形態で説明したものと同じであるため、重複する説明は省略する。
【０１０６】
図４に戻って、説明を続ける。レンズ５０４は、分光部５０３によって分散された光を、光偏向部材であるマイクロミラーアレイ５０５上の波長ごとの所定位置に導く。マイクロミラーアレイ５０５上において、それぞれの波長の光の集光点の形状は、レンズ５０６の波長分散方向とファイバアレイ方向のパワーが異なることにより楕円形状になっている。
【０１０７】
ＭＥＭＳモジュールであるマイクロミラーアレイ５０５は、分光部５０３で帯状に分散された光の波長に対応する複数のマイクロミラーＭのアレイ（ＭＥＭＳミラーアレイ）を有する。
【０１０８】
より具体的には、温度Ｔ１におけるＩＴＵグリッドの中心周波数が、各マイクロミラーＭの中心に位置するように、マイクロミラーＭのアレイの個々のミラーの幅やミラーピッチが設定されている。
【０１０９】
図５は、マイクロミラーアレイ５０５の概略構成を示している。マイクロミラーＭは、それぞれローカルのｘ軸とｙ軸の周りに回転が可能である。マイクロミラーＭは、主にｙ軸に関する回転により、入射した光を入射方向とは異なる方向へ反射する。
【０１１０】
図４において、マイクロミラーアレイ５０５の複数のマイクロミラーＭにより、入射方向とは異なり、かつ同じ方向、例えば方向Ｄに反射された光は、再びレンズ５０４に入射する。レンズ５０４へ再び入射した光は、分光部５０３に統合される。分光部５０３により回折された後は、再び多波長成分の同一光束となる。
【０１１１】
これに対して、異なるマイクロミラーにより、入射方向とも方向Ｄとも異なる方向に反射された光は、再びレンズ５０４に入射する。入射した光は、レンズ５０４により分光部５０３にリレーされる。リレーされた光は、分光部５０３により回折される。ここで、方向Ｄの方向に反射された光と、方向Ｄとは異なる方向に反射された光とは統合されない。
【０１１２】
これらの光はファイバアレイ５０１の入力ポートとは異なる他の何れかのファイバ（以下、適宜「第２の光ファイバ」という。）に入射する。また、方向Ｄに反射した光と、方向Ｄとは異なる方向に反射した光とは、それぞれ異なるファイバに入射する。
【０１１３】
このように、第１の光ファイバから出射した多波長成分の光は、波長ごとにマイクロミラーアレイのそれぞれのミラーＭの傾き角により選択的に第２の光ファイバに入射させることができる。
【０１１４】
なお、本実施形態では、１つの光入力ポートから複数の光出力ポートへの結合に関して説明したが、複数の光入力ポートから１つの光出力ポートへの結合を行うことも可能である。
【０１１５】
本実施形態にかかる波長選択スイッチは、上記第１の実施形態で説明した分光部１３を有している。このため、表６で掲げるような「Δθ４とΔθ５が略等しい」という条件を満足する構成である。
【０１１６】
さらに、本実施形態のプリズム２６と分散素子２７はともにシリコンから構成されている。このとき、式（Ｅ）よりｋ＝０.９６１であり、Δｎ１／Δｎ２＝１である。このことから、「式（Ｅ）で決定されるｋと|Δｎ１／Δｎ２|の値が略等しい」も満足する構成である。
【０１１７】
図６は、レンズ５０４の断面の構成を示している。レンズ５０４において、両凸正レンズの硝材はＳＫ１１（ＳＣＨＯＴＴ社製）、両凹負レンズの硝材はＳＦ５（ＳＣＨＯＴＴ社製）である。レンズ５０４は、このような両凸正レンズと両凹負レンズとを接合して構成されたアクロマートレンズである。このため、分光部５０３から出射したそれぞれの波長の光を、色収差が少なくそれぞれの波長ごとに所定位置へ集光できる。
【０１１８】
（作用効果）
上記構成により、本実施形態では、温度変化が生じた場合においても、分散特性の変化が十分に小さいので、常に安定した波長選択を行うことができるという効果を奏する。
また、波長λの光は、温度変化に関わらず、同じＭＥＭＳミラーに入射する。このため、一定の波長が、温度変化のために意図していない隣のミラーで反射されることがないという更なる効果を奏する。
【０１１９】
加えて、レンズ５０４としてアクロマートレンズを用いている。このため、各波長の光に対して収差を小さくしつつ集光することができる。この結果、波長分解能の高い波長選択スイッチが得られるという更なる効果を奏する 。
【０１２０】
加えて、マイクロレンズアレイ５０２と分光部５０３との間の光路内にシリンドリカルレンズ５０７、５０８を備えているので、ＭＥＭＳミラー上で適切な縦横比のスポット形状を形成できる。
【０１２１】
例えば、図５において、ｙ方向よりもｘ方向に大きな直径を有するスポットを形成する。これにより、ＭＥＭＳミラーの回転角を大きくすることなく、適当なスイッチングができる波長選択スイッチを得られるという更なる効果を奏する。
【０１２２】
また、図５において、ｘ方向よりもｙ方向に小さな直径を有するスポットを形成することもできる。これにより、ワイドパスバンドな波長選択スイッチ、即ちパスバンドの広い波長選択スイッチを得られるという更なる効果を奏する。
【０１２３】
加えて、波長選択スイッチにおいては以下の式（Ｆ）を満たすことが望ましい。
０．９５＜Δθ４／Δθ５＜１．０５ 式（Ｆ）
【０１２４】
Δθ４／Δθ５が式（Ｆ）の下限値を下回ったとき、及び上限値を上回ったとき、温度Ｔ２におけるＩＴＵグリッドの周波数を持つ光線が、マイクロミラーＭのアレイの個々のミラーの中心に当たらなくなる。この結果、パスバンドが小さくなるという不都合が生じてしまう。
【０１２５】
なお、温度Ｔ１から温度Ｔ２に変化した際、式（Ｅ）で決定されるｋと、|Δｎ１／Δｎ２|の値と、が略等しい場合においても、プリズム２６と分散素子２７とを通る光線の光路は変化する。その結果、第３面２３より順方向の光線が出射する位置が異なる。
【０１２６】
分光装置の場合はレンズ１４、または波長選択スイッチの場合はレンズ５０３を通して集光する位置は、光線の第３面２３からの出射角に依存する。このため、上述の光線が第３面２３より出射する際の位置ずれは、分光装置や波長選択スイッチの性能には影響しない。
【０１２７】
また、第１の実施の形態で述べた変形例のすべてが、第４の実施の形態の波長選択スイッチが備える分光部においても適用できる。
【０１２８】
上述した各実施形態においては、式（Ｅ）で決定されるｋと、|Δｎ１／Δｎ２|の値と、が略等しいとして説明している。ここで、より具体的には、０．９ｋ＜|Δｎ１／Δｎ２|＜１．１ｋを満たすことが望ましい。
【０１２９】
また、|Δｎ１／Δｎ２|の値は、この式の下限を下回ったときも、上限を上回ったときにも、不都合が生じる。この不都合とは、分光装置の場合には、温度Ｔ２時の波長精度が悪くなることである。波長選択スイッチの場合には、温度Ｔ２におけるＩＴＵグリッドの周波数を有する光線が、マイクロミラーＭのアレイの個々のミラーの中心に照射されずに、パスバンドが小さくなることである。
【０１３０】
なお、上述した第１〜第３の実施の形態に係る分光装置は、光通信用モジュールのＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）チャネルイコライザーや波長ブロッカに含まれる分光装置としても利用することができる。
【０１３１】
本発明は、上述した発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得るものである。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
以上のように、本発明は、温度変化が起こったとしても分散特性の変化が十分に小さい分光装置とそのような分光装置を用いた波長選択スイッチを用いる分野において有用である。
【符号の説明】
【０１３３】
１１ 入射スリット
１２ レンズ
１３ 分光部
１４ レンズ（集光レンズ）
１５ ディテクタアレイ
１６ 複数波長の光線
２１ 第１面（プリズム）
２２ 第２面（プリズム）
２３ 第１面、第３面（分散素子）
２４ 第２面（分散素子）
２６ プリズム
２７ 分散素子
７１ プリズム
７２ グレーティングチップ
７３ 接合面
７４ 接合面
５０１ ファイバアレイ
５０２ マイクロレンズアレイ
５０３ 分光部
５０４ レンズ
５０５ マイクロミラーアレイ（ＭＥＭＳモジュール）
５０６ レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光装置及び該分光装置を用いた波長選択スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、分光技術を用いた装置が数多く提案されている。例えば、特許文献１には回折格子を用いた分光装置が開示されている。また、例えば、特許文献２には回折格子を用いた内視鏡が開示されている。さらに、例えば、特許文献３には、プリズムとデジタルマイクロミラーを用いて分光を行う顕微鏡が開示されている。
【０００３】
また、例えば特許文献４には光アドドロップ多重化装置という名称で、波長選択スイッチの基本的な構成が開示されている。
【０００４】
ここで、波長選択スイッチとは、ＲＯＡＤＭ（大容量ネットワークに用いられる、波長多重化された光信号を、光信号のまま分岐／挿入が行えるシステムや技術）におけるノードに配置されるデバイスである。波長選択スイッチは、波長多重されている光信号の伝送経路の切換えを波長毎に行う光スイッチである。
【０００５】
波長選択スイッチによって、各ノードでは、波長多重された光信号から任意の波長の光信号を取り出すことや、波長多重された光信号に任意の波長の光を混ぜることが可能である。この波長選択スイッチにおいても回折格子が用いられている。
【０００６】
また、例えば特許文献５においては、光分散装置であって、プリズムに隣接して貼り付けられた回折素子を備えている。回折格子の膨張と隣接するプリズムの屈折率変化によって効果が相殺し、出射角度が変化しないものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１８７５５０号公報
【特許文献２】特開２００７−１３５９８９号公報
【特許文献３】特開２０００−１９９８５５号公報
【特許文献４】特許第３９３７４０３号明細書
【特許文献５】特表２００３−５０９７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１〜４に記載の従来技術では、温度が変化した際の出射角度の変化について、まったく記述されていない。
【０００９】
また、例えば、特許文献５に記載の従来技術では、温度変化によって分散特性が変化することを課題として挙げ、その対策を行う構成を提案している。ここでは、温度変化によって分散特性が変化することの主たる原因が、回折格子の基板の熱膨張であるとしている。
しかしながら、分散特性が変化する主原因は、回折格子の基板の熱膨張ではないことがある。大気の屈折率が変化する場合や分散素子内を光線が通る場合は、温度変化による分散素子自身の屈折率の変化が、分散特性の変化の主たる原因となりうる。
【００１０】
特に高い屈折率をもつ材料を分散素子に使用している場合はその変化が大きい。このような理由で、従来の分光器では、温度変化に対する安定した分散特性をもつことは困難であった。
【００１１】
本発明はこの点に着目し、温度変化が生じた場合でも、分散特性の変化が十分に小さい分光装置及びこの分光装置を用いた波長選択スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明係る分光装置は、
順方向の光線が入射する順に、第１群の分散素子と、第２群の分散素子を有し、
第１の温度Ｔ１における前記順方向の光線の前記第１群の分散素子からの出射角をθ４、
前記第１の温度Ｔ１とは異なる第２の温度Ｔ２における前記順方向の光線の前記第１群の分散素子からの出射角をθ’４、
前記出射角の差分θ'４−θ４をΔθ４、
前記第１の温度Ｔ１における前記順方向の光線が前記第２群の分散素子から出射する光路に沿った光線であって、かつ前記第２の温度Ｔ２における逆方向の光線の前記第２群の分散素子からの出射角をθ”５、
前記第１の温度Ｔ１における前記順方向の光線の前記第２群の分散素子への入射角をθ５、
前記出射角および入射角の差分θ”５−θ５をΔθ５、
とそれぞれするとき、
Δθ４とΔθ５が略等しいことを特徴とする。
【００１３】
また、他の側面において本発明に従う波長選択スイッチは、上述の分光装置を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、温度変化が生じた場合においても、分散特性の変化が十分に小さい分光装置、及びこの分光装置を用いた波長選択スイッチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態に係る分光装置の全体的な構成例を概略的に示す図である。
【図２】第１の実施形態及び第２の実施形態に係る分光装置の分光部の詳細構造例を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る分光装置の分光部の詳細構造例を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る波長選択スイッチの全体的な構成例を概略的に示す斜視図である。
【図５】第４の実施形態に係る複数のマイクロミラーを含んで構成されるマイクロミラーアレイの構成例を示す斜視図である。
【図６】第４の実施形態に係る分散した光を導くレンズの構成を説明するための図である。
【図７】各実施形態における分光素子の構造を説明するための図である。
【図８】第４の実施形態において２つのシリンドリカルレンズを有するレンズの構成例を示す斜視図である。
【００１６】
以下に、本発明のある態様に係る実施形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、全図を通して同一の符号は、同一または相当部分を示すものとする。また、この実施の形態により、特許請求の範囲に記載された本発明が限定されるものではない。すなわち、本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、第１実施形態の分光装置の概略構成を示している。
分光装置は、光線が入力する入射スリット１１と、入射スリット１１より入射する複数波長の光線１６を略平行光に変換するレンズ１２と、後述の分光部１３と、分光された光をそれぞれ集光するレンズ１４と、予め分割された、それぞれの波長帯の光を受光するディテクタアレイ１５とを備えている。ディテクタアレイ１５は、複数のディテクタ素子を配列して構成されている。
【００１８】
図２は、分光部１３の構成を示している。分光部１３は、プリズム２６と、分散素子２７とを備えている。プリズム２６は、屈折率ｎ１の媒質からなり、頂角α１である。また、分散素子２７は、屈折率ｎ２の媒質からなり、頂角α２、ピッチｐ、回折次数ｍである。
【００１９】
プリズム２６には、レンズ１２から出射した光が入射する。プリズム２６は、入射光２５が入射、屈折する順に、第１面２１と、第２面２２とを有する。分散素子２７は、プリズム２６を出射した光が入射する位置に配置されている。
【００２０】
プリズム２７に光が入射し、屈折または回折する順に、第１面２３と、回折面である第２面２４と、第１面と共通である第３面２３を有している。分散素子２７の第３面２３を出射した光は、主に第２面２４により分光されていて、図１のレンズ１４に向かう。
【００２１】
なお、プリズム２６、分散素子２７の順に進行する光線を、順方向の光線として考える。逆に、分散素子２７、プリズム２６の順に進行する光線を、逆方向の光線として考える。「順方向」、「逆方向」のより詳細な定義は、後述する。
【００２２】
図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、分散素子２７の構成を示している。図７（a）は、分散素子２７の断面構成の詳細を示している。図７（ｂ）は、第２面（回折面）２４の断面を拡大して示している。図７（ｃ）は、分散素子２７を構成するプリズム７１の断面構成を示している。図７（ｄ）は、分散素子２７を構成するグレーティングチップ７２の断面構成を示している。
【００２３】
プリズム７１とグレーティングチップ７２とは同一の硝材で構成されている。プリズム７１は図２に示すプリズム２６とは、形状が同一である必要はなく、頂角α２を持つ。グレーティングチップ７２は、平行平面板の片側表面に溝がピッチｐで刻まれたものである。図７（ｂ）は、その溝形状を示している。
【００２４】
プリズム２６の媒質と、分散素子２７の媒質とは、同じ材料で構成されており、材料は、光学ガラス、結晶材料、樹脂材料、及び金属材料のうちの何れか一つであることが望ましい。
【００２５】
また、本実施形態では、上述したように、プリズム２６の媒質と、分散素子２７の媒質とは、ともに同じシリコンである。
【００２６】
グレーティングチップ７２の溝は、紙面に対し垂直方向に形成されている。分散素子２７は、プリズム７１の接合面７３と、グレーティングチップ７２の接合面７４とを接合して構成されている。
【００２７】
以上の構成により、複数の波長の光を有し紙面内に含まれる入射光は、第１面２３から入射して、回折面である第２面２４に到達して回折される。これにより、第２面２４で回折された入射光は、複数の波長の光、すなわち分散光に分散される。分散光は、同紙面内に生ずる。
【００２８】
また、第１の温度Ｔ１における順方向の光線について、
プリズム２６の第１面２１の入射角を角度θ１、
プリズム２６の第１面２１の屈折角を角度θ２、
プリズム２６の第２面２２の入射角を角度θ３、
プリズム２６の第２面２２の屈折角を角度θ４、
分散素子２７の第１面２３の入射角を角度θ５、
分散素子２７の第１面２３の屈折角を角度θ６、
分散素子２７の第２面２４の入射角を角度θ７、
分散素子２７の第２面２４の回折角を角度θ８、
分散素子２７の第３面２３の入射角を角度θ９、
分散素子２７の第３面２３の屈折角を角度θ１０、
とそれぞれ定義する。「順方向」の詳細な定義は、後述する。
【００２９】
このとき、プリズム２６の屈折率ｎ１の温度係数ｄｎ１／ｄＴと分散素子２７の屈折率ｎ２の温度係数ｄｎ２／ｄＴの符号が同じであるとする。
プリズム２６の第２面２２と、分散素子２７の第１面２３とは、図２に示す角度γをなす。
【００３０】
例えば、温度Ｔ１＝２０°Ｃにおいて、入射光２５に含まれる波長λと、上述のｎ１、α１、ｎ２、α２、ｐ、ｍ、γとθ１が定められているとき、角度θ２〜角度θ１０は、式（１）から式（９）により一意的に決まる。
【００３１】
このうち式（１）、式（３）、式（５）、式（７）、式（９）は、式（１０）に記載のスネルの法則や回折の式から求められる。式（２）、式（４）、式（６）、式（８）は単なる幾何の関係である。
なお、数式は、まとめて表７に掲げる。
【００３２】
例として、プリズム２６と分散素子２７がともにシリコンからなる場合、ｎ１、α１、ｎ２、α２、ｐ、ｍ、γ、θ１、ｄｎ１／ｄＴ、ｄｎ２／ｄＴが表１で与えられるとする。このとき式（１）から式（９）により角度θ２から角度θ１０が求まる。その結果を表２に掲げる。
【００３３】
次に、温度Ｔ２＝４０℃になった場合を考える。
温度Ｔ１から温度Ｔ２の変化に伴うプリズム２６の媒質の屈折率変化をΔｎ１、
温度Ｔ１から温度Ｔ２の変化に伴う分散素子２７の媒質の屈折率変化をΔｎ２、
とそれぞれする。
温度Ｔ１から温度Ｔ２の間の平均のｄｎ１／ｄＴ、ｄｎ２／ｄＴ用いて、Δｎ１、Δｎ２は式（１２）で求まる。
【００３４】
したがって、温度Ｔ２における各定数は、表１に掲げる値に比較して、屈折率ｎ１、ｎ２のみが表３に掲げるように変化する。このとき式（１）から式（３）における各角度θ１からθ４の記号を、それぞれ引用符「'」（シングルクォーテーション）を付加して解くことにより、角度θ'２からθ'４が求まる。その結果の値を、表４の角度θ’２からθ'４に掲げる。
【００３５】
プリズム２６から角度θ'４にて屈折し出射された光は、分散素子２７で回折される。さらに、その後、表４の角度θ'１０の角度で分散素子２７から出射する。角度θ'１０は分散素子２７の第３面２３から出射する光線の屈折角である。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
【表３】
【００３９】
【表４】
【００４０】
【表５】
【００４１】
【表６】
【００４２】
【表７】
【００４３】
次に、温度Ｔ２における、順方向の光線とは逆方向の光線を仮定する。ここで、「順方向」とは、入射スリット１１からディテクタアレイ１５に向かって進行する方向をいう。また、「順方向の光線とは逆方向」とは、ディテクタアレイ１５から入射スリット１１に向かって進行する方向をいう。
【００４４】
光線の向きが、順方向に対して逆転した場合、例えば、分散素子２７の第３面２３に関して光線は、分散素子２７の外部（空気）側から入射する。このときの入射角を角度θ”１０とする。同様に、温度Ｔ２における、逆方向の光線を仮定した場合、上述で定義した各角度θ５〜θ１０の記号を、それぞれ二重引用符「”」（ダブルクォーテーション）を付加して表すものとする。
【００４５】
温度Ｔ２における角度θ”１０と、温度Ｔ１における角度θ１０と、が等しくなるようにして、逆方向の光線を分散素子２７に入射させる場合を仮定する。このとき、式（５）から式（９）における各角度θ５〜θ１０の記号を、それぞれ二重引用符「”」（ダブルクォーテーション）を付加し、式（９）から逆に解く。これにより、角度θ”９から角度θ”５が求まる。その結果の値を表５に掲げる。
【００４６】
ここで、表２において引用符「'」（シングルクォーテーション）を付していない角度θは、温度Ｔ１の順方向の光線に関する角度を示している。表４において引用符「'」（シングルクォーテーション）を付している角度θ'は、温度Ｔ２の順方向の光線における角度を示している。さらに、表５において二重引用符「”」（ダブルクォーテーション）を付している角度θ"は温度Ｔ２の逆方向の光線に関する角度を示している。
【００４７】
表２の温度Ｔ１における角度θ４と、表４の温度Ｔ２におけるθ’４との差分をΔθ４（＝θ’４−θ４）とする。また、表２の温度Ｔ１におけるθ５と、表５の温度Ｔ２におけるθ”５の差分をΔθ５（＝θ”５−θ５）とする。計算の結果を表６に掲げる。
この値は「角度Δθ４と角度Δθ５が略等しい」を満たしている。
【００４８】
このように、ｎ１、α１、ｎ２、α２、ｐ、ｍ、γ、θ１、ｄｎ１／ｄＴ、ｄｎ２／ｄＴの各パラメータのセットを適切に与えると、角度Δθ４と角度Δθ５を略等しくすることができる。
【００４９】
そして、角度Δθ４と角度Δθ５が略等しい状態では、角度θ'５と角度θ”５が略等しくなる。同様に、角度θ'１０と角度θ”１０が略等しくなる。ここで、上述したとおり、逆方向の光線を分散素子２７に入射させる際、角度θ１０と角度θ”１０が等しいことを仮定している。従って、角度θ１０と角度θ'１０が略等しいこととなる。
【００５０】
以上により、Δθ４とΔθ５を略等しくすることで、温度変化が起こったとしても、順方向の光線について分散素子２７からの出射角を略一定に保つことができる。そして、分散素子２７からの出射角を略一定に維持することで、温度変化が起こったとしても、分光部１３の分散特性の変化を十分に小さくすることができる。
【００５１】
分光部１３から出射される光は、レンズ１４を透過した後、ディテクタアレイ１５上に集光する。上述の特性を備える分光部１３を有する分光装置によれば、波長λの光は、温度Ｔ１の場合及び温度Ｔ２の場合のいずれの場合においても、温度変化に影響を受けることなく、常に同一のアレイに入射する。同様に、波長λとは異なる他の波長の光に関しても、ディテクタアレイ１５における他のアレイにほぼ垂直に入射する。
このように、本実施形態の分光装置によれば、同じ波長λの光の集光位置は、ディテクタアレイ１５において、温度に関わらず、ほぼ変化しないこととなる。
【００５２】
次に、本実施形態について、異なる観点に基づいて説明する。本実施形態において、表２の数値と式（Ｅ）よりｋを算出すると、ｋ＝０.９６１となる。また、Δｎ１／Δｎ２＝１である。本実施形態は、「式（Ｅ）で決定されるｋと|Δｎ１／Δｎ２|の値が略等しい」という条件を満足している。
【００５３】
「式（Ｅ）で決定されるｋと|Δｎ１／Δｎ２|の値が略等しい」という条件を満足すると、順方向の光線について分散素子２７からの出射角θ１０は、たとえ温度Ｔが変化した場合でも、ほぼ変化しなくなる。
【００５４】
すなわち、温度Ｔ１のとき、波長λの光線は、分散素子第３面（＝第１面）から角度θ１０で出射する。そして、出射した光線は、レンズ１４（図１参照）で集光され、ディテクタアレイ１５のうちの何れかのディテクタにより検出される。
【００５５】
また、温度Ｔ２に変化した場合でも、角度θ１０の値はほとんど変わらない。この結果、波長λの光は、温度Ｔ２においても、温度Ｔ１において入射した同じアレイに入射することができる。さらに、波長λとは異なる他の波長の光も、ディテクタアレイの別のアレイにほぼ垂直に集光し、入射する。
【００５６】
また、プリズム２６の第１面２１と第２面２２の交線と、プリズム２６の第２面２２で屈折する光線を含む入射平面（紙面）と、の交点を交点Ａとする。
分散素子２７の第１面２３と第２面２４の交線と、プリズム２６の第２面２２で屈折する光線を含む入射平面（紙面）との交点を交点Ｂとする。
【００５７】
さらに、プリズム２６と分散素子２７との間に存在する光線の光路に沿った直線を考える。
上述の交点Ａと交点Ｂとは、入射平面（紙面）内において、この直線で区切られる２つの領域に関して、互いに異なる領域に存在するように構成されている。
【００５８】
このような構成において、本実施形態では、プリズム２６の屈折率と、分散素子２７の屈折率が等しい。このため、温度変化によって、プリズム２６の第２面２２からの光線の出射角が大きくなると、分散素子２７の第１面２３への入射角も大きくなる。このため、プリズム２６の第２面２２からの光線の出射角を小さくすると、分散素子２７の第１面２３への入射角も小さくすることができる。これにより、角度Δθ４と角度Δθ５とを略等しくすることが容易となる。
【００５９】
また、順方向の光線は、図１のレンズ１２により平行光に変換された光束に含まれる１本の光線とすることができる。
【００６０】
また、プリズム２６の第１面２１に順方向の光線が入射する側（入射スリット１１側）の光路内に図１に示すレンズ１２を配置する構成とすることができる。なお、レンズ１２の代わりに、パワーを持つ反射鏡を配置しても良い。
【００６１】
また、分散素子２７の第３面２３から順方向の光線が射出する側（ディテクタアレイ１５側）の光路内に図１に示すレンズ１４を配置する構成とすることができる。なお、レンズ１４の代わりに、パワーを持つ反射鏡を配置しても良い。
【００６２】
さらに、レンズ１４は、透過した後の各波長の主光線をテレセントリックにすることが望ましい。これによりレンズ１４を透過した後の各波長の光は、ディテクタアレイ１５のそれぞれの波長に対応したアレイにほぼ垂直に入射する構成とすることができる。
【００６３】
本実施形態の構成では、分散素子２７からの出射角を略一定に維持することで、温度変化が起こったとしても、分光部１３の分散特性の変化を十分に小さくすることができる。これにより、温度変化が起こった場合であっても、分散特性の変化を十分に小さくできるという効果を奏する。
さらに、波長λの光は、温度変化によらず同じディテクタアレイに入射する。したがって、所定の波長の光は、温度変化のために隣のディテクタ素子で検出されることがないという更なる効果も奏する。
【００６４】
加えて、本実施形態では、順方向の光線が入射する順に、プリズム２６と、分散素子２７とが配置される構成となっている。このため、波長λの光を含む複数波長の光が順方向に入射するとき、プリズム２６による分散は小さい。このため、プリズム２６から出射して、分散素子２７に入射する光の光束径は、あまり拡がることがない。従って、分散素子２７を小型に構成することができるという更なる効果も奏する。
【００６５】
加えて、本実施形態では、分散素子２７を構成する媒質として、高屈折率材料のシリコンを用いている。このため、分散素子２７の第２面２４において回折、分散された２波長の光に関して、第３面２３から空気中に射出するときの屈折角（＝出射角）の２波長間の差分が大きくなる。これにより、分散素子２７自体は高分散素子となる。そして、分散素子２７を有する分光部１３としては高波長分解能が得られるという更なる効果を奏する。
【００６６】
加えて、本実施形態では、レンズ１２により光量を有効に用いることが可能となる。従って、検出感度の高い分光装置を得られるという更なる効果を奏する。
【００６７】
加えて、本実施形態では、分散素子２７により分散された光は、分光部１３から波長により異なる角度で出射する。レンズ１４は、出射した光を波長ごとに異なる位置に集光する。これにより、波長分解能の高い分光装置が得られるという更なる効果を有する。
【００６８】
加えて、本実施形態では、レンズ１４は、ディテクタアレイ１５上に光をテレセントリックに集光する。このため、ディテクタアレイ１５に対して、各波長の光の主光線が垂直に入射する。ここで、ディテクタアレイ１５の組立時に、組み立て誤差が生じる場合がある。組み立て誤差が生じると、ディテクアレイ１５を構成する各ディテクタの位置が設定値と異なり、例えば光軸方向の位置ずれを招く。
ディテクタアレイ１５に対して、各波長の光の主光線が垂直に入射する構成とすることで、ディテクタアレイ１５の光軸方向の位置ずれが生じている場合でも、その位置ずれの影響を低減できる。このため、検出波長ずれの小さい分光装置を得られるという更なる効果を奏する。
【００６９】
（第１実施形態の変形例）
次に、上述した第１実施形態の変形例について説明する。本変形例では、分散素子として、いわゆる、イマージョングレーティングを用いる。イマージョングレーティングは、プリズムグレーティング、グリズム、カーペンタープリズムとも呼ばれるものである。
【００７０】
また、プリズム２６と分散素子２７との間の光路内に、折り返しミラーを配置しても良い。その場合、図２で示す角度γは、折り返しミラーを光路内に挿入することにより、適切な角度へ変更することが望ましい。
【００７１】
また、グレーティングチップ７２（図７（ｄ）参照）は、断面形状が台形、つまり接合面７４と回折面２４とが非平行であっても良い。この場合においても、分散素子２７の頂角α２は、第１面２３と、回折面である第２面２４とのなす角である。
【００７２】
また、分散素子２７は、一体成型で製造することでも良い。一体成型によれば、母材であるプリズム７１（図７（ｃ）参照）に対して直接溝を形成する。
【００７３】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態にかかる分光装置について説明する。
本実施形態は、上述した第１の実施形態の分光装置に比較して、プリズム２６と分散素子２７を構成する媒質が異なっている点が相違している。第１の実施形態と同じ部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７４】
プリズム２６の媒質と、分散素子２７の媒質とは異なる材料で構成され、材料は、光学ガラス、結晶材料、樹脂材料、及び金属材料のうちの何れか一つであることが望ましい。
【００７５】
プリズム２６の媒質をＦ５（ＳＣＨＯＴＴ社製）、分散素子２７の媒質をＮ−ＢＫ７（ＳＣＨＯＴＴ社製）とする。このとき、温度Ｔ１＝２０°Ｃにおける各パラメータの値は表１に掲げる値である。そして、式（１１）から式（１９）により角度θ２から角度θ１０が求まる。その結果の値を、表２に掲げる。表２の数値と式（Ｅ）よりｋを求めるとｋ＝１.２４４９となっている。
【００７６】
次に、温度Ｔ２＝８０°Ｃになった場合を考える。
温度Ｔ１から温度Ｔ２までの間において、ｄｎ１／ｄＴ、ｄｎ２／ｄＴは大きく変化しないと仮定する。
この温度の変化に伴うプリズム２６の媒質の屈折率変化をΔｎ１、
この温度の変化に伴う分散素子２７の媒質の屈折率変化をΔｎ２、
とそれぞれする。このとき、Δｎ１、Δｎ２ は式（１２）で求まる。
【００７７】
したがって、温度Ｔ２における各定数は、表１に掲げる値に比較して、屈折率ｎ１、ｎ２が変化する。その変化した値を表３に掲げる。
その結果、本実施形態では、ｋ＝１.２４４９、Δｎ１／Δｎ２＝１.２４４９となる。
【００７８】
これにより、本実施形態では、「式（Ｅ）で決定されるｋと|Δｎ１／Δｎ２|の値が略等しい」という条件を満足している。
かかる条件を満たす場合、式（１）から式（９）における各角度θ１からθ１０の記号を、それぞれ引用符「'」（シングルクォーテーション）を付加して解くことにより、温度Ｔ２における角度θ’２から角度θ’１０が求まる。その結果の値を表４に掲げる。
【００７９】
温度Ｔ１のとき、波長λの光線は分散素子の第３面２３(＝第１面)から角度θ１０で出射する。出射した光は、図１のレンズ１４でディテクタアレイ１５上に集光される。そして、集光された光は、ディテクタアレイ１５の何れかのディテクタ素子によって検出される。
【００８０】
このように、本実施形態では、温度がＴ２に変化した場合でも、角度θ１０の値はほとんど変化しない。このため、温度Ｔ２における波長λの光は、温度Ｔ１において入射したディテクタアレイ１５のうちのディテクタ素子と同一のディテクタ素子に入射する。さらに、その他の波長の光に関しても、ディテクタアレイ１５のうちの波長λの光が入射するディテクタ素子とは異なるディテクタ素子に対してほぼ垂直に集光し、入射する。
【００８１】
本実施形態では、「式（Ｅ）で決定されるｋと|Δｎ１／Δｎ２|の値が略等しい」という条件を満足する。このため、温度変化が生じた場合でも、分散素子２７から出射される出射角θ１０の値はほとんど変わらない。これにより、分散素子２７からの出射角を略一定に維持することで、温度変化が起こったとしても、分光部１３の分散特性の変化を十分に小さくすることができる。これにより、温度変化が起こった場合であっても、分散特性の変化を十分に小さくできるという効果を奏する。
【００８２】
また、プリズム２６の媒質Ｆ５(ＳＣＨＯＴＴ社製)の屈折率ｎ１の温度係数ｄｎ１／ｄＴの符号と、
分散素子２７の媒質Ｎ-ＢＫ７(ＳＣＨＯＴＴ社製)の屈折率ｎ２の温度係数ｄｎ２／ｄＴの符号と、は同じである。
【００８３】
さらに、上記第１の実施形態で説明した配置構成と同様に、上述の交点Ａと交点Ｂとは、入射平面（紙面）内において、プリズム２６と分散素子２７との間に存在する光線の光路に沿った直線で区切られる２つの領域に関して、互いに異なる領域に存在するように構成されている。
表２より角度θ１と角度θ４がほぼ等しい角度となっている。また、角度θ５と角度θ１０がほぼ等しい角度となっている。
【００８４】
プリズム２６と分散素子２７との配置は、上述したように、上記第１の実施形態と同一である。この配置のとき、屈折率の温度変化に起因する光線の出射角のずれ方（変化する方向）は、プリズム２６と分散素子２７とで逆方向となる。
【００８５】
また、式（Ｅ）から計算されるｋの値と、Δｎ１／Δｎ２の比の値とは、ほぼ同じである。このため、屈折率の温度変化に起因する光線の出射角のずれ方（変化する方向）は、その大きさも等しくなる。このため、波長λの光は温度変化に関わらず、ディテクタアレイ１５のうちの同一のディテクタ素子に入射する。したがって、一定の波長が温度変化のために隣のディテクタで検出されることがないという更なる効果を奏する。
【００８６】
加えて、本実施形態では、プリズム２６の媒質と、分散素子２７の媒質とがともに光学ガラスであるが異なっている。光学ガラスは、その物理特性が詳細に調べられており安定的に供給される。このため、分光装置を製造するに際して、詳細な設計と、安定的な製造とが可能になるという更なる効果を奏する。
【００８７】
加えて、角度θ１と角度θ４が、ほぼ等しい角度となっている。また、角度θ５と角度θ１０がほぼ等しい角度となっている。このため、プリズム２６の第１面２１と第２面２２に施す反射防止（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ、ＡＲ）コートは１種類で済ますことができる。さらに、分散素子２７の第１面２３に施すＡＲコートも最小限の入射角依存性を考慮したコートで済むという更なる効果を奏する。
【００８８】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態にかかる分光装置について説明する。本実施形態は、第１の実施形態に比較して、図１の分光部１３の構成が異なっている。上記第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８９】
図３は、本実施形態の分光部１３の概略構成を示している。上述の第１の実施形態では、プリズム２６の頂角Ａは紙面右方向を向くように配置されている。また、分散素子２７の頂角Ｂは紙面左方向を向くように配置されている。
これに対して、本実施形態では、プリズム２６の頂角Ａは紙面左方向を向くように配置されている。また、分散素子２７の頂角Ｂは、プリズム２６と同様に、紙面左方向を向くように配置されている。
【００９０】
かかる構成において、第１の実施形態と同じように角度θ１から角度θ１０を定義する。
このとき、屈折率ｎ１の温度係数ｄｎ１／ｄＴと、屈折率ｎ２の温度係数ｄｎ２／ｄＴの符号は異なっている。
プリズム２６の第２面２２と、分散素子２７の第１面２３とが紙面内において角度γ’をなしている。
なお、プリズム２６の媒質はＮ−ＰＫ５１（ＳＣＨＯＴＴ社製）、分散素子２７の媒質はＮ−ＢＫ７（ＳＣＨＯＴＴ）とする。
【００９１】
このとき、温度Ｔ１＝２０°Ｃにおける各パラメータの値を表１に掲げる。式（１）から式（３）、式（１１）、式（５）から式（９）により、角度θ２から角度θ１０が求まる。その結果の値を表２に掲げる。表２に掲げる数値と、式（Ｅ）より、ｋを求めるとｋ＝２.９７９６となっている。
【００９２】
次に、温度Ｔ２＝８０°Ｃになった場合を考える。
温度Ｔ１から温度Ｔ２までの間において、ｄｎ１／ｄＴ、ｄｎ２／ｄＴは大きく変化しないと仮定する。
この温度の変化に伴うプリズム２６の媒質の屈折率変化をΔｎ１、
この温度の変化に伴う分散素子２７の媒質の屈折率変化をΔｎ２、
とそれぞれする。Δｎ１、Δｎ２は、式（１２）で求まる。
【００９３】
したがって、温度Ｔ２における各定数は、表１に掲げる値に比較して、屈折率ｎ１、ｎ２のみ変化する。表３は、変化した屈折率ｎ１、ｎ２を掲げる。このとき、式（１）から式（３）、式（１１）、式（５）から式（９）における各角度θ１からθ１０の記号を、それぞれ引用符「'」（シングルクォーテーション）を付加して解くことにより、角度θ’２から角度θ’１０が求まる。その結果の値を表４に掲げる。
【００９４】
温度Ｔ１のとき、波長λの光線は、分散素子２７の第３面（＝第１面）から角度θ１０で出射する。レンズ１４は、出射した光をディテクタアレイ１５上に集光する。集光された光は、ディテクタアレイ１５のうちの何れかのディテククタ素子によって検出される。
【００９５】
本実施形態では、温度Ｔ２に変化した場合でも、角度θ１０の値はほとんど変わらない。このため、波長λの光は、温度Ｔ１において入射したディテクタ素子と同一のディテクタ素子に入射する。さらに、その他の波長の光に関しても、ディテクタアレイ１５のうちの波長λの光が入射するディテクタ素子とは異なるディテクタ素子に対してほぼ垂直に集光し、入射する。
【００９６】
本実施形態では、
式（Ｅ）よりｋ＝２.９７９６でΔｎ１／Δｎ２＝−２.９７９６であるから、
「式（Ｅ）で決定されるｋと|Δｎ１／Δｎ２|の値が略等しい」を満足する。
このため、温度変化が生じた場合でも、分散素子２７から出射される光の出射角θ１０の値はほとんど変わらない。これにより、分散素子２７からの光の出射角を略一定に維持することで、温度変化が起こったとしても、分光部１３の分散特性の変化を十分に小さくすることができる。これにより、温度変化が起こった場合であっても、分散特性の変化を十分に小さくできるという効果を奏する。
【００９７】
また、プリズム２６の媒質Ｎ-ＰＫ５１（ＳＣＨＯＴＴ社製）の屈折率ｎ１の温度係数ｄｎ１／ｄＴの符号と、分散素子２７の媒質Ｎ-ＢＫ７（ＳＣＨＯＴＴ社製）の屈折率ｎ２の温度係数ｄｎ２／ｄＴの符号と、は異なる。
さらに、上記第１、２の実施形態で説明した配置構成は異なり、上述の交点Ａと交点Ｂとは、入射平面（紙面）内において、プリズム２６と分散素子２７との間に存在する光線の光路に沿った直線で区切られる２つの領域に関して、互いに同じ側の領域に存在するように構成されている。
【００９８】
プリズム２６と分散素子２７との配置は、上述したように、上記第１の実施形態と同一である。この配置のとき、屈折率の温度変化に起因する光線の出射角のずれ方（変化する方向）は、プリズム２６と分散素子２７とで逆方向となる。
【００９９】
また、式（Ｅ）から計算されるｋの値と、Δｎ１／Δｎ２の比の値とは、ほぼ同じである。このため、屈折率の温度変化に起因する光線の出射角のずれ方（変化する方向）は、その大きさも等しくなる。このため、波長λの光は温度変化に関わらず、ディテクタアレイ１５のうちの同一のディテクタ素子に入射する。したがって、一定の波長が温度変化のために隣のディテクタで検出されることがないという更なる効果を奏する。
【０１００】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態にかかる波長選択スイッチについて説明する。
図４は、本実施形態にかかる波長選択スイッチの概略構成を示している。
【０１０１】
分光装置５００は、複数の光ファイバからなるファイバアレイ５０１と、マイクロレンズアレイ５０２と、レンズ５０６と、分光部５０３と、レンズ５０４と、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）モジュールであるマイクロミラーアレイ５０５とを備えている。
【０１０２】
ファイバアレイ５０１内の各光ファイバと、マイクロレンズアレイ５０２内の各マイクロレンズとが、対になるように構成されている。そして、この対の光ファイバとマイクロレンズとがアレイ状に配置されている。ファイバアレイ５０１は、光入出力ポートとして機能する。
【０１０３】
複数の光ファイバのうちの一つの光ファイバ（以下、適宜「第１の光ファイバ」という。）から、波長多重された信号光が、分光部５０３に向けて出射される。光ファイバから出射した光は、マイクロレンズアレイ５０２で平行光束に変換され、レンズ５０６を通って分光部５０３に入射する。
【０１０４】
図８は、レンズ５０６の概略構成を示している。
レンズ５０６は、マイクロレンズアレイ５０２と分光部５０３との間の光路内に配置されている。レンズ５０６は、相互に異なるパワーを有するシリンドリカルレンズ５０７と５０８から構成される。ここで、シリンドリカルレンズ５０７と５０８は、そのパワーの方向を互いに垂直になるように配置されている。
【０１０５】
分光部５０３としては、図２に示す第１の実施形態の分光部１３で用いられた分散素子２７とプリズム２６のペアを用いる。分光部５０３は、入射した波長多重光を帯状に１次元方向に分散する。なお、分光部５０３の構成及び機能は、第１の実施形態で説明したものと同じであるため、重複する説明は省略する。
【０１０６】
図４に戻って、説明を続ける。レンズ５０４は、分光部５０３によって分散された光を、光偏向部材であるマイクロミラーアレイ５０５上の波長ごとの所定位置に導く。マイクロミラーアレイ５０５上において、それぞれの波長の光の集光点の形状は、レンズ５０６の波長分散方向とファイバアレイ方向のパワーが異なることにより楕円形状になっている。
【０１０７】
ＭＥＭＳモジュールであるマイクロミラーアレイ５０５は、分光部５０３で帯状に分散された光の波長に対応する複数のマイクロミラーＭのアレイ（ＭＥＭＳミラーアレイ）を有する。
【０１０８】
より具体的には、温度Ｔ１におけるＩＴＵグリッドの中心周波数が、各マイクロミラーＭの中心に位置するように、マイクロミラーＭのアレイの個々のミラーの幅やミラーピッチが設定されている。
【０１０９】
図５は、マイクロミラーアレイ５０５の概略構成を示している。マイクロミラーＭは、それぞれローカルのｘ軸とｙ軸の周りに回転が可能である。マイクロミラーＭは、主にｙ軸に関する回転により、入射した光を入射方向とは異なる方向へ反射する。
【０１１０】
図４において、マイクロミラーアレイ５０５の複数のマイクロミラーＭにより、入射方向とは異なり、かつ同じ方向、例えば方向Ｄに反射された光は、再びレンズ５０４に入射する。レンズ５０４へ再び入射した光は、分光部５０３に統合される。分光部５０３により回折された後は、再び多波長成分の同一光束となる。
【０１１１】
これに対して、異なるマイクロミラーにより、入射方向とも方向Ｄとも異なる方向に反射された光は、再びレンズ５０４に入射する。入射した光は、レンズ５０４により分光部５０３にリレーされる。リレーされた光は、分光部５０３により回折される。ここで、方向Ｄの方向に反射された光と、方向Ｄとは異なる方向に反射された光とは統合されない。
【０１１２】
これらの光はファイバアレイ５０１の入力ポートとは異なる他の何れかのファイバ（以下、適宜「第２の光ファイバ」という。）に入射する。また、方向Ｄに反射した光と、方向Ｄとは異なる方向に反射した光とは、それぞれ異なるファイバに入射する。
【０１１３】
このように、第１の光ファイバから出射した多波長成分の光は、波長ごとにマイクロミラーアレイのそれぞれのミラーＭの傾き角により選択的に第２の光ファイバに入射させることができる。
【０１１４】
なお、本実施形態では、１つの光入力ポートから複数の光出力ポートへの結合に関して説明したが、複数の光入力ポートから１つの光出力ポートへの結合を行うことも可能である。
【０１１５】
本実施形態にかかる波長選択スイッチは、上記第１の実施形態で説明した分光部１３を有している。このため、表６で掲げるような「Δθ４とΔθ５が略等しい」という条件を満足する構成である。
【０１１６】
さらに、本実施形態のプリズム２６と分散素子２７はともにシリコンから構成されている。このとき、式（Ｅ）よりｋ＝０.９６１であり、Δｎ１／Δｎ２＝１である。このことから、「式（Ｅ）で決定されるｋと|Δｎ１／Δｎ２|の値が略等しい」も満足する構成である。
【０１１７】
図６は、レンズ５０４の断面の構成を示している。レンズ５０４において、両凸正レンズの硝材はＳＫ１１（ＳＣＨＯＴＴ社製）、両凹負レンズの硝材はＳＦ５（ＳＣＨＯＴＴ社製）である。レンズ５０４は、このような両凸正レンズと両凹負レンズとを接合して構成されたアクロマートレンズである。このため、分光部５０３から出射したそれぞれの波長の光を、色収差が少なくそれぞれの波長ごとに所定位置へ集光できる。
【０１１８】
（作用効果）
上記構成により、本実施形態では、温度変化が生じた場合においても、分散特性の変化が十分に小さいので、常に安定した波長選択を行うことができるという効果を奏する。
また、波長λの光は、温度変化に関わらず、同じＭＥＭＳミラーに入射する。このため、一定の波長が、温度変化のために意図していない隣のミラーで反射されることがないという更なる効果を奏する。
【０１１９】
加えて、レンズ５０４としてアクロマートレンズを用いている。このため、各波長の光に対して収差を小さくしつつ集光することができる。この結果、波長分解能の高い波長選択スイッチが得られるという更なる効果を奏する 。
【０１２０】
加えて、マイクロレンズアレイ５０２と分光部５０３との間の光路内にシリンドリカルレンズ５０７、５０８を備えているので、ＭＥＭＳミラー上で適切な縦横比のスポット形状を形成できる。
【０１２１】
例えば、図５において、ｙ方向よりもｘ方向に大きな直径を有するスポットを形成する。これにより、ＭＥＭＳミラーの回転角を大きくすることなく、適当なスイッチングができる波長選択スイッチを得られるという更なる効果を奏する。
【０１２２】
また、図５において、ｘ方向よりもｙ方向に小さな直径を有するスポットを形成することもできる。これにより、ワイドパスバンドな波長選択スイッチ、即ちパスバンドの広い波長選択スイッチを得られるという更なる効果を奏する。
【０１２３】
加えて、波長選択スイッチにおいては以下の式（Ｆ）を満たすことが望ましい。
０．９５＜Δθ４／Δθ５＜１．０５ 式（Ｆ）
【０１２４】
Δθ４／Δθ５が式（Ｆ）の下限値を下回ったとき、及び上限値を上回ったとき、温度Ｔ２におけるＩＴＵグリッドの周波数を持つ光線が、マイクロミラーＭのアレイの個々のミラーの中心に当たらなくなる。この結果、パスバンドが小さくなるという不都合が生じてしまう。
【０１２５】
なお、温度Ｔ１から温度Ｔ２に変化した際、式（Ｅ）で決定されるｋと、|Δｎ１／Δｎ２|の値と、が略等しい場合においても、プリズム２６と分散素子２７とを通る光線の光路は変化する。その結果、第３面２３より順方向の光線が出射する位置が異なる。
【０１２６】
分光装置の場合はレンズ１４、または波長選択スイッチの場合はレンズ５０３を通して集光する位置は、光線の第３面２３からの出射角に依存する。このため、上述の光線が第３面２３より出射する際の位置ずれは、分光装置や波長選択スイッチの性能には影響しない。
【０１２７】
また、第１の実施の形態で述べた変形例のすべてが、第４の実施の形態の波長選択スイッチが備える分光部においても適用できる。
【０１２８】
上述した各実施形態においては、式（Ｅ）で決定されるｋと、|Δｎ１／Δｎ２|の値と、が略等しいとして説明している。ここで、より具体的には、０．９ｋ＜|Δｎ１／Δｎ２|＜１．１ｋを満たすことが望ましい。
【０１２９】
また、|Δｎ１／Δｎ２|の値は、この式の下限を下回ったときも、上限を上回ったときにも、不都合が生じる。この不都合とは、分光装置の場合には、温度Ｔ２時の波長精度が悪くなることである。波長選択スイッチの場合には、温度Ｔ２におけるＩＴＵグリッドの周波数を有する光線が、マイクロミラーＭのアレイの個々のミラーの中心に照射されずに、パスバンドが小さくなることである。
【０１３０】
なお、上述した第１〜第３の実施の形態に係る分光装置は、光通信用モジュールのＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）チャネルイコライザーや波長ブロッカに含まれる分光装置としても利用することができる。
【０１３１】
本発明は、上述した発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得るものである。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
以上のように、本発明は、温度変化が起こったとしても分散特性の変化が十分に小さい分光装置とそのような分光装置を用いた波長選択スイッチを用いる分野において有用である。
【符号の説明】
【０１３３】
１１ 入射スリット
１２ レンズ
１３ 分光部
１４ レンズ（集光レンズ）
１５ ディテクタアレイ
１６ 複数波長の光線
２１ 第１面（プリズム）
２２ 第２面（プリズム）
２３ 第１面、第３面（分散素子）
２４ 第２面（分散素子）
２６ プリズム
２７ 分散素子
７１ プリズム
７２ グレーティングチップ
７３ 接合面
７４ 接合面
５０１ ファイバアレイ
５０２ マイクロレンズアレイ
５０３ 分光部
５０４ レンズ
５０５ マイクロミラーアレイ（ＭＥＭＳモジュール）
５０６ レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
順方向の光線が入射する順に、第１群の分散素子と、第２群の分散素子を有し、
第１の温度Ｔ１における前記順方向の光線の前記第１群の分散素子からの出射角をθ４、
前記第１の温度Ｔ１とは異なる第２の温度Ｔ２における前記順方向の光線の前記第１群の分散素子からの出射角をθ’４、
前記出射角の差分θ'４−θ４をΔθ４、
前記第１の温度Ｔ１における前記順方向の光線が前記第２群の分散素子から出射する光路に沿った光線であって、かつ前記第２の温度Ｔ２における逆方向の光線の前記第２群の分散素子からの出射角をθ”５、
前記第１の温度Ｔ１における前記順方向の光線の前記第２群の分散素子への入射角をθ５、
前記出射角および入射角の差分θ”５−θ５をΔθ５、
とそれぞれするとき、
Δθ４とΔθ５が略等しいことを特徴とする分光装置。
【請求項２】
前記第１群の分散素子は、プリズムを有し、
前記第２群の分散素子は、分散素子を有し、
順方向の光線が入射する順に、
前記プリズムは、透過面である第１面と、透過面である第２面と、前記第１面と前記第２面との間の光路内に満たされた屈折率が１よりも大きな媒質とを有し、
前記分散素子は、透過面である第１面と、反射回折面である第２面と、第１面と共通の透過面である第３面と、前記第１面と前記第２面との間の光路内に満たされた屈折率が１よりも大きな媒質とを有し、
前記第１の温度Ｔ１における順方向の光線の、
前記プリズムの前記第１面への入射角をθ１、
前記プリズムの前記第１面での屈折角をθ２、
前記プリズム第２面の入射角をθ３、
前記プリズム第２面の屈折角をθ４、
前記分散素子第１面の入射角をθ５、
前記分散素子第１面の屈折角をθ６、
前記分散素子第２面の入射角をθ７、
前記分散素子第２面の回折角をθ８、
前記分散素子第３面の入射角をθ９、
前記分散素子第３面の屈折角をθ１０、
前記第１温度Ｔ１から前記第２の温度Ｔ２に変化した際に生じる前記プリズムの媒質の屈折率変化をΔｎ１、
前記第１温度Ｔ１から前記第２の温度Ｔ２に変化した際に生じる前記分散素子の媒質の屈折率変化をΔｎ２、
とそれぞれするとき、式(Ｅ)で決定されるｋと、|Δｎ１／Δｎ２|の値と、が略等しいことを特徴とする請求項１に記載の分光装置。
【数１】
【請求項３】
前記プリズムの媒質と、前記分散素子の媒質とは、同じ材料で構成されており、
前記材料は、光学ガラス、結晶材料、樹脂材料、及び金属材料のうちの何れか一つであることを特徴とする請求項２に記載の分光装置。
【請求項４】
前記プリズムの媒質と、前記分散素子の媒質とは、ともに同じシリコンであることを特徴とする請求項３に記載の分光装置。
【請求項５】
前記プリズムの前記第１面と前記第２面の交線と、前記プリズムの前記第２面で屈折する光線を含む入射平面と、の交点を交点Ａとし、
前記分散素子の前記第１面と前記第２面の交線と、前記入射平面と、の交点を交点Ｂとするとき、
前記交点Ａと前記交点Ｂとは、入射平面において、前記プリズムと前記分散素子との間に存在する光線の光路に沿った直線で区切られる２つの領域に関して、互いに異なる領域に存在するように構成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の分光装置。
【請求項６】
前記プリズムの媒質と、前記分散素子の媒質とは異なる材料で構成され、
前記材料は、光学ガラス、結晶材料、樹脂材料、及び金属材料のうちの何れか一つであることを特徴とする請求項２に記載の分光装置。
【請求項７】
前記プリズムの媒質の屈折率ｎ１の温度係数ｄｎ１／ｄＴの符号と、前記分散素子の媒質の屈折率ｎ２の温度係数ｄｎ２／ｄＴの符号と、が同じであるとき、
前記プリズムの前記第１面と前記第２面の交線と、前記プリズムの前記第２面で屈折する光線を含む入射平面と、の交点を交点Ａとし、
前記分散素子の前記第１面と前記第２面の交線と、前記入射平面と、の交点を交点Ｂとするとき、
前記交点Ａと前記交点Ｂとは、入射平面において、前記プリズムと前記分散素子との間に存在する光線の光路に沿った直線で区切られる２つの領域に関して、互いに異なる領域に存在するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の分光装置。
【請求項８】
前記プリズムの媒質の屈折率ｎ１の温度係数ｄｎ１／ｄＴの符号と、前記分散素子の媒質の屈折率ｎ２の温度係数ｄｎ２／ｄＴの符号と、が異なるとき、
前記プリズムの前記第１面と前記第２面の交線と、前記プリズムの前記第２面で屈折する光線を含む入射平面と、の交点を交点Ａとし、
前記分散素子の前記第１面と前記第２面の交線と、前記入射平面と、の交点を交点Ｂとするとき、
前記交点Ａと前記交点Ｂとは、入射平面において、前記プリズムと前記分散素子との間に存在する光線の光路に沿った直線で区切られる２つの領域に関して、互いに同じ側の領域に存在するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の分光装置。
【請求項９】
前記順方向の光線は略平行光のうちの一本の光線であることを特徴とする請求項１から請求項８の何れか一項に記載の分光装置。
【請求項１０】
前記プリズムの前記第１面に順方向の光線が入射する側の光路内にレンズまたパワーを持つ反射鏡が配置されていることを特徴とする請求項９に記載の分光装置。
【請求項１１】
前記分散素子の前記第３面から順方向の光線が射出する側の光路内にレンズまたはパワーを持つ反射鏡が配置されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の分光装置。
【請求項１２】
前記レンズはアクロマートレンズであることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の分光装置。
【請求項１３】
前記レンズは透過した後の各波長の主光線をテレセントリックにすること、または前記パワーを持つ反射鏡は反射した後の各波長の主光線をテレセントリックにすることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の分光装置。
【請求項１４】
角度θ１と角度θ４が略等しいことを特徴とする請求項１から請求項１３の何れか一項に記載の分光装置。
【請求項１５】
角度θ５と角度θ１０が略等しいことを特徴とする請求項１から請求項１４の何れか一項に記載の分光装置。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５の何れか一項に記載の分光装置を用いることを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項１７】
前記レンズは少なくとも１つのシリンドリカルレンズを含むことを特徴とする請求項１６に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１】
順方向の光線が入射する順に、第１群の分散素子と、第２群の分散素子を有し、
第１の温度Ｔ１における前記順方向の光線の前記第１群の分散素子からの出射角をθ４、
前記第１の温度Ｔ１とは異なる第２の温度Ｔ２における前記順方向の光線の前記第１群の分散素子からの出射角をθ’４、
前記出射角の差分θ'４−θ４をΔθ４、
前記第１の温度Ｔ１における前記順方向の光線が前記第２群の分散素子から出射する光路に沿った光線であって、かつ前記第２の温度Ｔ２における逆方向の光線の前記第２群の分散素子からの出射角をθ”５、
前記第１の温度Ｔ１における前記順方向の光線の前記第２群の分散素子への入射角をθ５、
前記出射角および入射角の差分θ”５−θ５をΔθ５、
とそれぞれするとき、
Δθ４とΔθ５が略等しいことを特徴とする分光装置。
【請求項２】
前記第１群の分散素子は、プリズムを有し、
前記第２群の分散素子は、分散素子を有し、
順方向の光線が入射する順に、
前記プリズムは、透過面である第１面と、透過面である第２面と、前記第１面と前記第２面との間の光路内に満たされた屈折率が１よりも大きな媒質とを有し、
前記分散素子は、透過面である第１面と、反射回折面である第２面と、第１面と共通の透過面である第３面と、前記第１面と前記第２面との間の光路内に満たされた屈折率が１よりも大きな媒質とを有し、
前記第１の温度Ｔ１における順方向の光線の、
前記プリズムの前記第１面への入射角をθ１、
前記プリズムの前記第１面での屈折角をθ２、
前記プリズム第２面の入射角をθ３、
前記プリズム第２面の屈折角をθ４、
前記分散素子第１面の入射角をθ５、
前記分散素子第１面の屈折角をθ６、
前記分散素子第２面の入射角をθ７、
前記分散素子第２面の回折角をθ８、
前記分散素子第３面の入射角をθ９、
前記分散素子第３面の屈折角をθ１０、
前記第１温度Ｔ１から前記第２の温度Ｔ２に変化した際に生じる前記プリズムの媒質の屈折率変化をΔｎ１、
前記第１温度Ｔ１から前記第２の温度Ｔ２に変化した際に生じる前記分散素子の媒質の屈折率変化をΔｎ２、
とそれぞれするとき、式(Ｅ)で決定されるｋと、|Δｎ１／Δｎ２|の値と、が略等しいことを特徴とする請求項１に記載の分光装置。
【数１】
【請求項３】
前記プリズムの媒質と、前記分散素子の媒質とは、同じ材料で構成されており、
前記材料は、光学ガラス、結晶材料、樹脂材料、及び金属材料のうちの何れか一つであることを特徴とする請求項２に記載の分光装置。
【請求項４】
前記プリズムの媒質と、前記分散素子の媒質とは、ともに同じシリコンであることを特徴とする請求項３に記載の分光装置。
【請求項５】
前記プリズムの前記第１面と前記第２面の交線と、前記プリズムの前記第２面で屈折する光線を含む入射平面と、の交点を交点Ａとし、
前記分散素子の前記第１面と前記第２面の交線と、前記入射平面と、の交点を交点Ｂとするとき、
前記交点Ａと前記交点Ｂとは、入射平面において、前記プリズムと前記分散素子との間に存在する光線の光路に沿った直線で区切られる２つの領域に関して、互いに異なる領域に存在するように構成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の分光装置。
【請求項６】
前記プリズムの媒質と、前記分散素子の媒質とは異なる材料で構成され、
前記材料は、光学ガラス、結晶材料、樹脂材料、及び金属材料のうちの何れか一つであることを特徴とする請求項２に記載の分光装置。
【請求項７】
前記プリズムの媒質の屈折率ｎ１の温度係数ｄｎ１／ｄＴの符号と、前記分散素子の媒質の屈折率ｎ２の温度係数ｄｎ２／ｄＴの符号と、が同じであるとき、
前記プリズムの前記第１面と前記第２面の交線と、前記プリズムの前記第２面で屈折する光線を含む入射平面と、の交点を交点Ａとし、
前記分散素子の前記第１面と前記第２面の交線と、前記入射平面と、の交点を交点Ｂとするとき、
前記交点Ａと前記交点Ｂとは、入射平面において、前記プリズムと前記分散素子との間に存在する光線の光路に沿った直線で区切られる２つの領域に関して、互いに異なる領域に存在するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の分光装置。
【請求項８】
前記プリズムの媒質の屈折率ｎ１の温度係数ｄｎ１／ｄＴの符号と、前記分散素子の媒質の屈折率ｎ２の温度係数ｄｎ２／ｄＴの符号と、が異なるとき、
前記プリズムの前記第１面と前記第２面の交線と、前記プリズムの前記第２面で屈折する光線を含む入射平面と、の交点を交点Ａとし、
前記分散素子の前記第１面と前記第２面の交線と、前記入射平面と、の交点を交点Ｂとするとき、
前記交点Ａと前記交点Ｂとは、入射平面において、前記プリズムと前記分散素子との間に存在する光線の光路に沿った直線で区切られる２つの領域に関して、互いに同じ側の領域に存在するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の分光装置。
【請求項９】
前記順方向の光線は略平行光のうちの一本の光線であることを特徴とする請求項１から請求項８の何れか一項に記載の分光装置。
【請求項１０】
前記プリズムの前記第１面に順方向の光線が入射する側の光路内にレンズまたパワーを持つ反射鏡が配置されていることを特徴とする請求項９に記載の分光装置。
【請求項１１】
前記分散素子の前記第３面から順方向の光線が射出する側の光路内にレンズまたはパワーを持つ反射鏡が配置されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の分光装置。
【請求項１２】
前記レンズはアクロマートレンズであることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の分光装置。
【請求項１３】
前記レンズは透過した後の各波長の主光線をテレセントリックにすること、または前記パワーを持つ反射鏡は反射した後の各波長の主光線をテレセントリックにすることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の分光装置。
【請求項１４】
角度θ１と角度θ４が略等しいことを特徴とする請求項１から請求項１３の何れか一項に記載の分光装置。
【請求項１５】
角度θ５と角度θ１０が略等しいことを特徴とする請求項１から請求項１４の何れか一項に記載の分光装置。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５の何れか一項に記載の分光装置を用いることを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項１７】
前記レンズは少なくとも１つのシリンドリカルレンズを含むことを特徴とする請求項１６に記載の波長選択スイッチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１４５３７３（Ｐ２０１２−１４５３７３Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２９１（Ｐ２０１１−２２９１）
【出願日】平成２３年１月７日（２０１１．１．７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月７日（２０１１．１．７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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