JP2000258248A - 発光分光分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２次元アレー型検出器を用いた発光分光分析
装置の分解能を損なうことなく波長範囲を広くする。 【解決手段】 試料を励起する光源１と、光源により励
起、発光した光を集光する入射光学系２と、集光した光
を分光分析する分光器とからなる発光分光分析装置にお
いて、前記分光器が入射スリット３と、入射スリット３
をとおった光を分光する回折格子５、および分光した光
を検出する2 次元アレー型光検出器７より構成され、入
射スリット３に、回折格子５の溝方向および回折格子の
溝と垂直な方向の２方向に、それぞれの方向に互いに重
ならないように配置された複数の開口を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は, 発光分光分析装
置の分光器に関する。特に分光器の光検出器が2次元ア
レー型光検出器より構成される分光器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図４に示すように試料を励起する
光源１と光源１から出た発光を集光して分光器の入射ス
リット３に導入する入射光学系２と入射スリット３に入
射した光を平行光にかえ、回折格子５に入射するコリメ
ータミラー４と、前記入射光を波長に応じた回折角で回
折する回折格子５と、回折格子５で回折した光を2 次元
アレー型検出器７に結像するカメラミラー6 と、カメラ
ミラーで結像した光を検出する2 次元アレー型検出器７
から構成される。カメラミラー６に入射する光の入射角
は回折格子５の回折角に対応するので、波長に応じて2
次元アレー型光検出器の異なる位置にスペクトルが結像
する。すなわち、2 次元アレー型検出器７の表面には波
長によって分散された入り口スリットのスペクトルとし
て像が形成される。図６に2 次元アレー型検出器７に形
成されるスペクトル像を示す。図６は波長がλ０からλ
２の３つのスペクトル線を含む発光の例である。2 次元
アレー型検出器７の横軸は波長軸に対応し、縦軸は入り
口スリットのたて方向に対応する。発光分析法はスペク
トル線の波長から元素の種類を識別し、光強度から元素
の濃度を測定する手法で2 次元アレー型検出器７に結ぶ
像の位置と光強度情報が利用される。光源1 に高周波プ
ラズマを用いた場合は高周波プラズマ発光分析と呼びい
くつかの成書が出版されている。たとえば講談社サイエ
ンティフィック社の原口著「ICP 発光分析の基礎と応
用」などがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図４に示した
様な、従来の配置を用いると波長分解能と波長範囲は2
次元アレー型検出器の横方向の画素数に依存し、分解能
を上げるとカバーできる波長範囲が狭くなり、逆に波長
範囲を広くしようとすると分解能が不足する欠点があっ
た。そのため分析の正確度を高くするために分解能をあ
げると測定できる波長範囲が狭くなり測定元素数が減っ
てしまう欠点が合った。回折格子５を回転することによ
り中心波長を変えることが出来るがこの場合は一度に測
定できる波長範囲が狭くなりある波長範囲を測定するた
めには何回にも分けて測定する必要があるため測定時間
が長くなる欠点があった。

【０００４】そこで、この発明の目的は、従来のこのよ
うな課題を解決するため、入射スリットを回折格子の溝
方向および回折格子の溝と垂直な方向の２方向に、それ
ぞれの方向に互いに重ならないように配置された複数の
開口で構成することにより2次元アレー型検出器の波長
分解能を維持したままで広い波長範囲を得ることにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は入射スリットを回折格子の溝方向および
回折格子の溝と垂直な方向の２方向に、それぞれの方向
に互いに重ならないように配置された複数の開口で構成
することにより2 次元アレー型検出器に複数のスペクト
ルを多段に形成し波長分解能を維持したままで広い波長
範囲を得ることができるようにした。

【０００６】

【作用】上記のように構成された発光分光分析装置にお
いては、入射する光線が開口によって異なるので、コリ
メーターミラーに入射する入射角は開口毎に変わる、す
なわち開口に応じて回折格子に入射する光線の角度が変
わる。一般に、回折格子では格子の溝間隔をｄ、入射角
をα、回折角をβ、入射する光の波長をλ、回折次数を
ｍとするとｍλ＝ｄ（Sin α＋Sin β）なる関係が成立
する。いま1 次の回折考を考えるとｍ＝１となり、第一
の開口から入射した光線の入射角をα１とすると波長λ
の光は回折角βでカメラミラーに入射し、2 次元アレー
検出器に結像する。第2 の開口から入射した光線は入射
角がα２となるので回折角はβからずれるので2 次元ア
レー検出器の結像位置は第一の開口により形成される像
から横方向（ｙ軸方向）にずれる。第１の開口と第2 の
開口をスリットの長手方向（ｘ軸方向）に重ならないよ
うに配置しているのでスペクトルは2 段に形成される。
開口の数をｎ個にすればｎ段のスペクトルを形成でき
る。また、ｎ個の開口を、2 次元検出器の横幅の間隔を
おいて形成すれば分解能を損なうことなくｎ倍の波長範
囲をカバーできることとなる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施の形態を
図に基づいて説明する。図１において、試料を励起する
光源１と光源から出た発光を集光して分光器の入射スリ
ット３に導入する入射光学系２と入射スリット３に入射
した光を平行光にかえ、回折格子５に入射するコリメー
タミラー４と、前記入射光を波長に応じた回折角で回折
する回折格子５と、回折格子５で回折した光を2 次元ア
レー型検出器７に結像するカメラミラー6 と、カメラミ
ラーで結像した光を検出する2 次元アレー型検出器７か
ら構成される。2 次元アレー型検出器７にはｘ、ｙ2 次
元に光電変換セルを配列した2 次元電荷結合型素子（CC
D ）や2 次元電荷素子（CID ）を使用できる。入射スリ
ットは回折格子の溝方向および回折格子の溝と垂直な方
向の２方向に、それぞれの方向に互いに重ならないよう
に配置された複数の開口で構成されている。図２に本発
明における入射スリット３の詳細図を示す。

【０００８】この例では図示を簡単にするため開口が２
個の場合を示すが3 個以上でも良い。次に図1 を用いて
動作を詳細に説明する。光源１から出た光は入射光学系
２により入射スリット３に入射する。入射スリットの開
口８に入射した光線１１はコリメータミラー４により平
行光線に変換され回折格子５に入射角α１で入射する、
同様に入射スリットの開口９に入射した光線１０は入射
角α２で回折格子５に入射する。回折格子５は回折次数
ｍ、波長λ、入射角α、回折角βとのあいだに以下の関
係が成り立つ。

【０００９】 ｍλ＝ｄ（Ｓｉｎα＋Ｓｉｎβ） （１） いま、1 次の回折光を使うと（1 ）式でｍ＝１、入射角
α１、α２に対応する回折角β１およびβ２で回折しカ
メラミラー６に入射する。カメラミラー6 に入射する角
度が異なるので同一波長λの入射光でも2 次元アレー型
検出器７には異なる位置Ｐ１およびＰ２に結像する。図
３に2 次元アレー型検出器７の表面に結像するスペクト
ルの様子を図示する。図２の開口９を通過した波長λ１
の光線は図3 の下段にあるλ１の位置に結像し、開口８
を通過した波長λ１の光線は図3の上段にあるλ１の位
置に結像する。すなわち入射スリットの開口の上下に対
応して2 段のスペクトルを2 次元アレー型検出器７の表
面に結像できる。前記2 段のスペクトルは開口８と開口
９のｘ軸方向のオフセットに対応して2 次元アレー型検
出器７の表面の同一ｘ軸座標で波長がシフトしている。
すなわち、前記２段のスペクトルは前記波長のシフト分
だけ波長範囲を広げることができることになる。

【００１０】第7 図は本発明から派生する実施例を示し
た図である。本発明によれば入り口スリット３になるべ
く多くの開口を設け、また、開口のｘ軸方向の間隔が2
次元アレー型検出器７のｘ軸方向の幅のとき最大の効果
を発揮する。このようにすると入り口スリットの開口に
光源１の発光を均一に入射させることが困難になる。第
7 図はこのような不具合を解決する物である。すなわ
ち、入射スリットの開口に光ファイバー２ｂの片側の端
面を光学的に結合させ、レンズ２a により光ファイバー
２ｂの残りの端面に光源1 の発光を光学的に結合させ
た。このような構成をとると光源１の発光を効果的に入
射スリット３の全ての開口に導くことができ、本発明を
効果的に実施できる。

【００１１】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように入射ス
リットが回折格子の溝方向および回折格子の溝と垂直な
方向の２方向に、それぞれの方向に互いに重ならないよ
うに配置された複数の開口で構成したので、分解能を損
なうことなく広い波長範囲を一度に検出できる。分解能
が良いため正確な分析ができ、一度に検出できる波長範
囲が広いので分析スピードが早い効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示した説明図である。

【図２】本発明の実施例の主要部分を説明した図。

【図３】本発明の実施例によって得られるスペクトル像
を説明した図。

【図４】従来技術の構成を示した説明図である。

【図５】従来技術の入り口スリットを説明した図。

【図６】従来技術のによって得られるスペクトル像を説
明した図。

【図７】本発明の別の実施例を示した説明図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 入射光学系 ２a 集光レンズ ２ｂ 光ファイバー ３ 入り口スリット ４ コリメーターミラー ５ 回折格子 ６ カメラミラー ７ ２次元アレー型光検出器 ８ 開口 ９ 開口 １０ 光線 １１ 光線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料を励起する光源と、前記光源により
   励起、発光した光を集光する入射光学系と、前記集光し
   た光を分光分析する分光器とからなる発光分光分析装置
   において、前記分光器が、入射スリットと、この入射ス
   リットをとおった光を分光する回折格子、および前記分
   光した光を検出する２次元アレー型光検出器より構成さ
   れ、前記入射スリットが前記回折格子の溝方向および回
   折格子の溝と垂直な方向の２方向に、それぞれの方向に
   互いに重ならないように配置された複数の開口で構成さ
   れることを特徴とする発光分光分析装置
2. 【請求項２】 請求項１の発光分光分析装置において、
   前記入射光学系が複数の光ファイバーで構成され、前記
   おのおのの光ファイバーの端面が入射スリットを構成す
   る開口に光学接続されたことを特徴とする発光分光分析
   装置
3. 【請求項３】 前記光検出器が２次元電荷結合型素子
   （CCD)である請求項１又は請求項２記載の発光分光分析
   装置。
4. 【請求項４】 前記光検出器が２次元電化注入型素子
   （CID)である請求項１又は請求項２記載の発光分光分析
   装置。