JP2000352556A - 分光分析装置 - Google Patents

分光分析装置

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JP2000352556A
JP2000352556A JP11164337A JP16433799A JP2000352556A JP 2000352556 A JP2000352556 A JP 2000352556A JP 11164337 A JP11164337 A JP 11164337A JP 16433799 A JP16433799 A JP 16433799A JP 2000352556 A JP2000352556 A JP 2000352556A
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JP
Japan
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light
dimensional detector
luminous flux
dispersed
intensity
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JP11164337A
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English (en)
Inventor
Osamu Matsuzawa
修 松澤
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 適当な露光時間が0.1秒程度の強い光のピー
クを測定する場合、再現性の良い測定結果 を得るため
には、機械的シャッターの開放時間を0.001秒オーダー
で制御しなければなら ず、困難であった。 【解決手段】 分光分析装置用分光器において、光路に
光絞り手段を設けることで光束の一部を遮蔽し、二次元
検出器に結像する光の強度を制御することによって、機
械的シャッターの開放時間を長くできるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、分光分析装置の分
光器に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、分光分析装置では、高周波誘導
結合プラズマのような発光部に試料を導入して発光さ
せ、この発光部からの試料の光を集光レンズや入射スリ
ット等の光学系を介して分光器内の回折格子に導く。そ
してこの回折格子で光を各波長のスペクトル光に分光
し、そのうち特定の波長のスペクトル光を、光検出手段
によって検出し、これによって、試料に含まれる元素の
定性・定量分析を行う。
【0003】回折格子等の分光手段を用いた分光器は、
古くから分光スペクトルを測定する手段として使用され
ている。分散したスペクトル光を検出する方法は、分散
した各波長を順次検出する方法と、分散した各波長を同
時に検出する方法とがある。このうち、最近では、各波
長を同時に検出する方法を用いた分光分析装置が盛んに
使用されている。この場合は、分離された各波長のそれ
ぞれの結像位置に光検出手段を設けて検出する。
【0004】光検出手段としては、CCD(Charge Couple
d Devide)等のような半導体受光素子を二次元に並べた
ものが採用され、このような二次元検出器では回折格子
の向きを変えなくても二次元検出器の各受光素子の数に
応じて同時に複数の波長の分光測定が行える。このよう
な分光器はマルチチャンネルタイプと呼ばれており、瞬
時に複数波長の分光測定が行えることから、フラッシュ
ランプのような一過的な光の分光測定に有効であるとさ
れている。
【0005】図5と図6はこのようなマルチチャンネルタ
イプの従来の分光分析装置の概略構成を説明する図であ
る。図5は単一の波長に注目して光束の進み方を示した
図であり、図6は複数波長の各主光線の進み方を示した
図である。分光器内に入った発散光束5はコリメーティ
ングミラー6によって平行光束14となって反射され、回
折格子7に入る。回折格子7の表面には一定の間隔で溝が
刻まれており、回折格子7に当たった光はあらゆる角度
に回折されるが、各波長毎に強められる角度が決まって
おり、これによって、光が各波長に分散されることに
なる。また、次数分散素子4は回折 格子7で光が分散さ
れた方向と直交して光を分散するように配置されてお
り、回折格子7によって分散された光は次数分散素子4に
当たって分散する。
【0006】このように二次元に分散された光はカメラ
ミラー9によって収束光束20となって反射さ れ、図7に
示す19のように二次元検出器8の各座標に結像されて各
波長の強度が測定される。ここで二次元検出器8に蓄積
できる電荷量には限度があるため、二次元検出器8に光
を当て続けていると、光強度は飽和電荷量に達して、検
出値はそれ以上大きくならない。強い光のピークと弱い
光のピークが混在した場合、強い光を基準に露光した場
合は弱い光が十分な強度で検出できず、逆に弱い光を基
準に露光した場合は強い光は飽和してしまい測定できな
い。このため、露光時間を強い光用と弱い光用に分けて
2回露光する必要がある。
【0007】露光時間の制御には、図5に示す10のよう
な機械的シャッターを使い、機械的シャッタ ーを開け
ている時間で露光時間が決定していた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】一般的に、分光分析装
置では強いピークと弱いピークとでは、光の強度に100
倍以上の 差がある。また、同じ光のピークを繰り返し
測定したときに、検出される光強度の安定性は1%以下に
抑えることが必要とされている。上記従来技術において
は、露光時間を機械的シャッター10の開閉で制御してい
た。弱い光のピークの露光時間が10秒が適当であった場
合、強い光のピークを測定するときの適当な露光時間は
0.1秒になるので、機械的シャッター10の開放時間は0.1
秒である。しかし、同じピークを複数回測定する場合、
光強度の安定性を1%以下に抑えるために、0.1秒の開 放
時間の安定性を1%以下に抑えることは、0.001秒オーダ
ーで制御しなければならず、困 難であった。
【0009】本発明は、上記問題を解決し、いかなる光
強度のピークを繰り返し測定したときでも、安定性の良
い測定を行える分光分析装置用分光器を得ることを目的
とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が採用した分光分析装置用分光器は、いかなる
光強度のピークを測定するときでも、それぞれの露光時
間を同じにして検出値の安定性が機械的シャッターの開
放時間に影響されないように、光路に光絞り手段を設け
ることで光束の一部を遮蔽し、二次元検出器に結像する
光の強度を制御する手段である。
【0011】
【作用】上記のように構成された分光分析装置用分光器
は、二次元検出器に結像する光の強度を制御できるの
で、強い光のピークを測定する場合と、弱い光のピーク
を測定する場合で、露光時間を変える必要がなくなる。
そのため機械的シャッターを使用した場合でも、開放時
間を安定に制御できるよう長くすることができる。よっ
て同じ光のピークを繰り返し測定する場合に、いかなる
強度の光でも安定性の良い測定結果を得ることができ
る。
【0012】
【発明の実施の形態】本願発明を図1に基づいて詳細に
説明する。図1は本発明を実施した実施例の分光分析装
置の概略構成を説明する図であり、単一の波長に注目し
て光束の進み方を示している。なお、図1において、図5
に書かれている部品で、ほぼ同一の機能を有するもの
は、ここでは説明を省略することもある。
【0013】試料は高周波誘導結合プラズマのような発
光部1に導入されて発光し、光は集光レンズ2や入射スリ
ット3等の光学系を介して分光器内に入る。分光器内に
入った発散光束5はコリメーティングミラー6によって平
行光束14となって反射され、回折格子7に入る。回折格
子7の表面には一定の間隔で溝が刻まれており、回折格
子7に当たった光はあらゆる角度に回折されるが、各波
長毎に強められる角度が決まって おり、これによっ
て、光が各波長に分散されることになる。また、次数分
散素子4は回折 格子7で光が分散された方向と直交して
光を分散するように配置されており、回折格子7によっ
て分散された光は次数分散素子4に当たって分散する。
【0014】このように二次元に分散された光はカメラ
ミラー9によって収束光束20となって反射さ れ、図7に
示す19のように二次元検出器8の各座標に結像される。
ここで図1に示す11のように光絞り手段Aを平行光束14の
光路中に取り付ける。ここでは光絞り手段の方法として
円形の穴を空けた金属板を用いたが、光絞り手段で遮蔽
される光量と通過する光量の比が波長によらず一定であ
るならば、どのような形、材質でも構わない。
【0015】光絞り手段A11を通過した光は、光軸方向
から見て、光絞り手段A11に開けた開口部13の直径と同
じ直径を持つ円形の平行光束14となるが、最終的には二
次元検出器8の一点に結 像される。次に前述の100倍の
強度を持つ光を同じ露光時間で測定する場合は、二次元
検出器8に結像する時の強度を1/100にするために、図2
に示す12のように光絞り手段Bを取り付ける。 円周率を
π、円の半径をrとすると、円の面積はπr2となるの
で、二次元検出器8に結像する時の強度を1/100にするた
めには、光絞り手段B12に開ける開口部15の直径を光絞
り手段A11に開けた開口部13の直径の1/10にすれば良
い。光絞り手段B12を通過した光は、光軸方向から見て
光絞り手段B12に開けた開口部15の直径と同じ直径を持
つ円形の平行光束14と なるが、最終的には二次元検出
器8の一点に結像される。結像する光の強度を減らした
の で、露光時間を短くしなくても二次元検出器8の飽和
電荷量に達することなく測定できる 。
【0016】露光時間を長くすることができるので、機
械的シャッター10の開放時間を安定に制御できるように
長くすることができ、同じ光のピークを繰り返し測定す
る場合に、いかなる強度の光でも安定性の良い測定結果
を得ることができる。
【0017】
【発明の効果】本発明は、分光分析装置用分光器におい
て、光束の一部を遮蔽する光絞り手段を備え、かつ光絞
り手段を通過する光束の面積を変えることのできる構造
としたので、下記の効果を有する。 (1)測定する光のピークの光強度によって、二次元検
出器に結像する強度を変えること ができる。 (2)二次元検出器に結像する強度を変えることができ
るので、測定波長によって露光時 間を変えることなく
測定することができる。 (3)強い光のピークを測定する場合でも露光時間を長
くすることができ、機械的シャッ ターの開放時間を短
くしなくても良い。 (4)機械的シャッターの開放時間を短くしなくても良
いので、機械的シャッターの開放 時間を、安定に制御
できるように長くすることができる。 (5)同じ光のピークを繰り返し測定する場合に、検出
値に対する機械的シャッターの開 放時間の安定性の影
響を少なくすることができ、安定性の良い測定結果を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施した実施例の分光分析装置の概略
構成を説明する図である。
【図2】本発明を実施した実施例の分光分析装置の概略
構成を説明する図である。
【図3】図1の実施形態における光絞り手段部分を説明す
る図である。
【図4】図2の実施形態における光絞り手段部分を説明す
る図である。
【図5】従来例の分光分析装置の概略構成を説明する図
である。
【図6】従来例の分光分析装置の概略構成を説明する図
である。
【図7】二次元検出器における光検出部分を説明する図
である。
【符号の説明】
1 発光部 2 集光レンズ 3 入射スリット 4 次数分散素子 5 発散光束 6 コリメーティングミラー 7 回折格子 8 二次元検出器 9 カメラミラー 10 機械的シャッター 11 光絞り手段A 12 光絞り手段B 13 光絞り手段Aの開口部 14 平行光束 15 光絞り手段Bの開口部 16 複数波長の主光線 17 高次数中の複数波長の主光線 18 低次数中の複数波長の主光線 19 結像スペクトル線 20 収束光束

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料を励起する光源と、光源により励
    起、発光した光を入口スリットへ集光する入射光学系
    と、入口スリットからの光を平行光線に変換するコリメ
    ーティングミラーと、平行光線を分光する波長分散素子
    と、分光された光を収束光に変換するカメラミラーと、
    結像面に配置され分光された光を検出する二次元面検出
    器とから構成される分光分析装置において、分光される
    前の光路上に、光束の一部を遮蔽する光絞り手段を備え
    ていることを特徴とする分光分析装置。
  2. 【請求項2】 前記光絞り手段に設けられた光束が通過
    する開口部の径が異なる複数個の光絞り手段を備えてい
    ることを特徴とする請求項1記載の分光分析装置。
  3. 【請求項3】 前記光絞り手段に設けられた光束が通過
    する開口 部の径が可変であることを特徴とする請求項
    1記載の分光分析装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100408989C (zh) * 2005-04-08 2008-08-06 中国科学院半导体研究所 一种降低光谱仪器中杂散光的装置
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