特集 学生の研究活動報告−国内学会大会・国際会議参加記 20 第 61 回応用物理学会春季学術 講演会に参加して 上 見 洋 人 Hiroto UEMI 電子情報学専攻修士課程 2年 1．はじめに 図 1 2 枚のシリンドリカルレンズを組み合わ せた，スペクトルを平坦化するための光学系． 光源から 1 枚目のレンズまでの距離を s ，レン ズ間隔を d ，レンズから測定位置までの距離を z とする 私は，2014 年 3 月 17∼20 日に青山学院大学で開 催された「第 61 回応用物理学会春季学術講演会」 う．逆に，レンズから遠い側にファイバを置くと， に参加し，17 日に「レンズ系の非点収差と色収差 赤外光は強くなるものの紫外光は弱くなってしま を用いたスペクトル整形」というテーマで発表を行 う．そこで，紫外光と赤外光の両方を強くするた った． め，シリンドリカルレンズの使用を検討した．図 1 は，2 枚のシリンドリカルレンズを互いに直交する 2．研究背景 ように置いた光学系であり，水平面および垂直面で キセノンランプやハロゲンランプの発光は，可視 光ビームが集束する様子を示している．非点収差に 域で強く紫外域や赤外域では弱いため，広い波長域 より，光ビームは縦長に結像した後，円形を経て横 で分光計測を行う際には，スペクトルの両端で SN 長に結像する．結像位置は色収差によっても変わる 比が悪くなる．一方，紫外・赤外での測定精度を上 ので，適切な光学設計により，紫外線と赤外線の結 げるために光源強度や検出器感度を上げると，可視 像点を一致させることが可能である．焦点距離 100 域で飽和が起こってしまう．従来は，カラーフィル mm（波長 588 nm）の石英シリンドリカルレンズを タで可視域の光を抑制する方法が取られているが， 2 枚置いた場合（間隔 15 mm）の結像位置を z とす 個々の光源スペクトルや，それぞれの計測で要求さ ると，光源の位置 s が 290 mm の時，波長 350 nm れるスペクトル形状に合わせて，その都度多層膜フ の垂直面の結像点と 800 nm の水平面の結像点が一 ィルタを設計・製作することは難しい．通常，収差 致する．よって，z ＝140 mm 付近で光を検出する はレンズ設計の障害となるが，逆にこの特性を利用 と，紫外光と赤外光が強く観測される一方，円形に すると，光源スペクトルの平坦化や整形が可能にな 広がる可視光を抑制して，ランプ強度の波長による る．本報告では，シリンドリカルレンズの非点収差 違いを低減できると予想される． と色収差を利用して光源スペクトルを平坦化するこ とについて検討した． 4．実験結果 今回の実験では，光源としてキセノンランプを用 3．レンズ系の設計 いた．レンズ系を通さずに測定したランプのスペク 正常分散を持つガラスレンズでランプ光を集める トルを図 2 に示す．イオンの再結合放射と電子の制 と，レンズに近い方から紫外・青・緑・赤・赤外の 動放射にもとづく連続スペクトルに加え，原子内の 順で結像する．したがって，レンズに近い側に受光 電子遷移にもとづく線スペクトルが見られる．連続 ファイバを置くことで，緑を中心とした可視域の強 スペクトルによって太陽光に近い幅広い波長域での い光を抑制して紫外光を相対的に強くすることがで 発光が見られるが，紫外域（380 nm 以下）や赤外 きるが，その一方で赤外光は非常に弱くなってしま 域（770 nm 以上）では強度が弱く，500 nm 付近の ― S-69 ― ホールをマルチチャネル分光器の光ファイバプロー ブ（コア径 400 μ m）の先端に装着し，光軸方向に 移動させながら測定を行った．球面レンズから 128 mm 離れた位置では，紫外光の縦長結像位置に近い ため，紫外域での強度が強くなっているが，全体的 に光量不足である．137 mm の位置では，まだ赤外 光の結像位置から離れているため，赤外域での強度 図2 キセノンランプの光源スペクトル が弱い．140 mm の位置では，紫外光が横長に，赤 外光が縦長に結像するので，スペクトルの両端とも 強度が強くなって平坦な形状になっていることが分 かる．検出位置がさらに遠くなると，148, 152 mm のように紫外域での光量が弱くなってしまう．140 mm のスペクトルでは，紫外域の強度が可視域の半 分程度まで上がっており，赤外域でも 1/4 程度にな っている．また，光軸からはずれた適当な位置で測 定すると，図 4 のようにほぼ平坦なスペクトルが得 られた． 5．まとめ 図 3 光軸上で測定したスペクトル．図中の数 字は，2 枚目のレンズから測定位置までの距離 z を表す レンズ系の色収差は通常の分光計測において障害 となるが，これを逆に利用すると，光源スペクトル を平坦化できることを示した．今回の実験では検出 位置を光軸方向にだけ移動させたが，光軸に垂直な 方向にも移動させると，特定の波長域だけを強くす ることもでき，簡便なスペクトル調整法として有用 である． 6．おわりに 今回は口頭発表を行ったが，参加者の方々から多 図 4 光軸からはずれた位置で測定したスペク トル くの質問や意見をいただき，ディスカッションをし ている中で非常に良い経験ができた． 可視域と比べると最大で 10 倍程度の差が生じてい 今回の発表を行うにあたって，懇切なご指導をい る．この光を図 1 で設計したレンズ系に通して測定 ただいた斉藤光徳教授をはじめ，斉藤研究室の皆様 したスペクトルを図 3 に示す．直径 50 μ m のピン に，この場を借りて厚く御礼申し上げます． ― S-70 ―
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