JPH044537B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、(a) 主モノクロメータ、 (b) 旋回可能な回折格子を有する回折格子モノク
ロメータとして構成されたプレモノクロメータ
及び (c) 両者のモノクロメータを同期させるための波
長駆動装置 を有する、光源の照射光を単色光化する複光路型
モノクロメータに関する。

単光路型モノクロメータは、光源と、該光源を
主モノクロメータの入口スリツトに結像する凹面
鏡とを有する光源ユニツトを有している。このよ
うな単光路型モノクロメータの場合には、種々の
波長の光、例えば連続体が入口スリツトに入射す
る。この光は理想的な理論的光路に沿つてのみ装
置を通過するのではない、その場合には規定され
たスペクトルバンドのみが出口スリツトを通過す
るはずである。むしろ、入口スリツトを通つて入
射した光の一定の成分もまた散乱等によつて別の
経路で出口スリツトに向かう、従つて出口スリツ
トでは所望のスペクトルバンドの他に別の望まし
くない波長の成分も現われる。この成分は、確か
に小さくすることはできる。しかしながら、走査
される波長範囲の周辺部では急勾配の立上り特性
曲線を有する多数の光電変換器の望ましくない感
度特性に基づき、前記成分によつて障害信号と有
効信号との比が許容され得ない程に悪くなること
がある。

西独国特許出願公告第2730613号明細書により、
光源ユニツトがプレモノクロメータと入れ替えら
れている複光路型モノクロメータが公知である。
このプレモノクロメータは、固定の凹面鏡及び旋
回可能な平担な回折格子を有している。光源を出
発した光束は、凹面鏡によつて回折格子上に導び
かれる。波長が旋回可能な回折格子の位置に依存
する単色光に処理された光束は、主モノクロメー
タの入口スリツトに入射する。両者のモノクロメ
ータは波長駆動装置によつて同期化される。この
ようにして、既に所望の波長範囲の周囲にある限
られた波長範囲の光だけが主モノクロメータの光
路内に達する。それによつて、出口スリツトに到
達する障害光の成分を著しく減少させることがで
きる。

西独国特許出願公告第2730613号明細書記載の
プレモノクロメータは、特に簡単な構造を有して
いる。この凹面鏡は回折格子の前方の光路内に、
回折格子に収れんした光束を投射するように配置
されている。プレモノクロメータは、主モノクロ
メータよりも実質的に大きなスペクトルバンド幅
を有する。波長駆動装置は、プレモノクロメータ
の回折格子を波長に基づいて線状に旋回させる調
整駆動装置を有する。この簡単な構造に基づき、
このようなプレモノクロメータは大抵の場合単光
路型モノクロメータの光源ユニツトの代りに設置
することができ、しかもそのために装置の基本的
構造及び寸法の著しい変更を行なう必要はない。
しかしながら、また多くの形式のものにおいてそ
の変更を行なうことは不可能である。特にこのよ
うな装置の後からの改造は困難である。

米国特許第3909134号明細書及び米国特許第
3930728号明細書から、格子がその頂点を中心に
旋回可能である凹面状の格子を有するモノクロメ
ータが公知である。この場合のモノクロメータ
は、格子に対して一定の位置に固定の入口スリツ
ト及び同様に固定の出口スリツトを有している。
この場合、格子を介する出口スリツト上への入口
スリツトの結像は、格子の旋回によつて殆んど影
響を受けるべきでない。

米国特許第3909134号明細書によれば、格子線
は、凹面状の格子を形成する球欠面の切断線と、
回転円錐断面の母線とによつて構成されるべきで
あり、この場合夫々の回転円錐断面の焦点は球欠
面の曲率中心と一致すべきである。従つて、格子
は格子線の区画線に対して対称的である。米国特
許第3930728号明細書記載においては、ホログラ
フイーで製作された格子における格子線は、格子
を形成する球欠面上に、格子を基準として特定の
形式で非対称的に配置された２つのコヒーレント
光源によつて形成される干渉線によつて規定され
ている。この条件によれば、格子線は非対称的に
分配される。

本発明の課題は、 (a) 主モノクロメータ (b) 旋回可能な回折格子を有する回折格子モノク
ロメータとして構成されたプレモノクロメータ
及び (c) 両者のモノクロメータを同期させるための波
長駆動装置 を有する、光源の照射光を単色光化する複光路型
モノクロメータを、プレモノクロメータを直接単
光路型モノクロメータの通常の光源ユニツトの代
りに設置することができるように構成することで
あつた。

この課題は、前記形式の複光路型モノクロメー
タにおいて、 (d) プレモノクロメータ２８が凹面状の回折格子
１２を有しており、該回折格子を介して光源１
０又は光源像が直線出口スリツト１６上に結像
され、かつ (e) 像距離ｂに回折格子１２の旋回運動の際に実
質的に不変に保持されるように、回折格子１２
の溝の間隔が非対称であるように構成すること
によつて解決される。

本発明の構成によれば、プレモノクロメータの
旋回可能な回折格子を直接光源ユニツトの凹面鏡
の位置に設置することができる。回折格子の適当
な非対称的分配により、波長範囲の全体的走査中
の格子の結像特性を考慮した上で光源を入射スリ
ツトの面で該スリツトに単色光で結像させること
ができる。

本発明の２番目の発明によれば、 (a) 主モノクロメータ (b) 旋回可能な回折格子を有する回折格子モノク
ロメータとして構成されたプレモノクロメータ
及び (c) 両者のモノクロメータを同期させるための波
長駆動装置 を有する、光源の照射光を単色光化する複光路型
モノクロメータにおいて、 (d) プレモノクロメータ２８が凹面状の回折格子
１２を有しており、該回折格子を介して光源１
０又は光源像が直線出口スリツト１６上に結像
され、かつ (e) 像距離ｂが回折格子１２の旋回運動の際に実
質的に不変に保持されるように、回折格子１２
の溝の間隔が非対称であり (f) プレモノクロメータ２８が主モノクロメータ
よりも実質的に大きなスペクトル帯幅を有して
おり、かつ (g) 波長駆動装置３６が調整駆動装置４０を有
し、該調整駆動装置が波長に基づいてプレモノ
クロメータ２８の回折格子１２の線状の旋回を
惹起する ことを特徴とする複光路型モノクロメータが提供
される。

次に図示の実施例につき本発明を詳細に説明す
る。

第１図には、１０で光源が示されており、該光
源は旋回可能な凹面状の回折格子１２によつて主
モノクロメータ１８の入口スリツト１６に結像さ
れる。主モノクロメータ１８はコリメータ鏡２０
を有し、該コリメータ鏡の焦点面に入口スリツト
１６がある。

コリメータ鏡２０は入射する平行光束２２を形
成して該光束を回折格子２４に向かわせる。回折
格子２４は各波長に関して回折した平行光束２６
を反射する。通常は、回折格子から反射した平行
光束の連続体が夫々の波長に依存した種々異なつ
た方向で反射される。しかしながら、全体として
２８で示されているプレモノクロメータによつ
て、前記連続体から既に比較的狭いスペクトル帯
が分離される。回折した平行光束は再びコリメー
タ鏡２０に投射され、該コリメータ鏡は平行光束
２６から平面鏡３０を介して出口スリツト３２の
面に入口スリツト１６の像から成るスペクトルを
形成する。

光源１０と回折格子１２との間のプレモノクロ
メータ２８の光路に、フイルタスライダが投入さ
れる。このフイルタスライダ３４は波長駆動装置
３６と接続されている。更に、波長駆動装置３６
と、鎖線で示されたもしくは極めて簡単な調整駆
動装置４０を介して回折格子１２が接続されてお
り、該回折格子１２は旋回軸３８を中心として旋
回可能である。更に、波長駆動装置３６と、旋回
軸４２を中心として旋回可能である主モノクロメ
ータ１８の回折格子２４が接続されており、従つ
て旋回角度のサインが波長駆動装置３６によつて
与えられる波長に比例する。自体公知である前記
のようなサイン駆動装置は、波長に合わせて回転
可能なスピンドルを有し、該スピンドルに直線的
に案内されたナツトが取付けられている。回折格
子２４と接続されたレバーは、ナツトの平担面に
圧接している。

特定の波長の場合には、フイルタ板３４によつ
て平板鏡が光路に押込まれる。この平板鏡を介し
て、２番目の光源１０Ａ、例えばタングステンラ
ンプの光束が光路に投射される。

前記の装置においては、光源１０が凹面状の回
折格子１２を介して常に入射スリツト１６の面に
結像され、従つて像距離の変動が僅かに保持され
ることが重要である。通常の平担な回折格子とは
異なり、凹面状の回折格子は唯一の格子定数を示
すのではない。むしろ、格子定数は格子表面全面
で変動する。像距離のスペクトル経過は、この変
動に著しく強度に左右される。通常、格子表面全
体に亙る格子定数の変化は対称的である、実際に
は格子線は格子を前方から見て等間隔で現われ
る。回折格子の頂点における格子定数の勾配はゼ
ロである。このような回折格子の構成は、波長に
関係して極めて強度の像距離の変動を惹起する。

本装置においては、格子定数は格子全体に渡つ
て非対称的に変化する。格子の中心又は頂点で
は、格子定数の有限の勾配が生じる。この際に
は、格子が旋回する際、ひいては入射スリツト１
６に集光する光線の波長が変化する際に実際に変
化しないようにパラメータを選択することができ
る。

通常の単光路型モノクロメータの光源ユニツト
を、凹面鏡が凹面状の回折格子によつて置き換え
られている、相応して構成されたプレモノクロメ
ータ２８と入れ替える実施例では、幾何学的配置
形式の以下のパラメータが得られた。

対象距離ａ＝60mmであり、像距離ｂ＝120mmで
あり、従つて２：１の結像比が生じる。入射光束
と出射光束との間の角度β＝35°である。

凹面状の回折格子において１：１からずれた任
意の結像比に関する像距離の計算を行なうことが
できる式が導びかれた。結果をグラフで示す計算
機を用いて、種々のパラメータに関して像距離の
変化を計算した。この際に、適当なパラメータの
選択により、前記の値ａ，ｂ及びβにおいて
190nｍ〜900nｍのスペクトル範囲で実際に無視
できる程の像距離の変化を示す凹面状の回折格子
１２を見出すことができた。

格子定数ｇの逆数として、実施例では回折格子
の中心で １／ｇ＝600本／mm を選択した。回折格子の曲率半径は、 Ｒ＝83.2mm である。格子定数の相対的勾配、即ち格子定数の
絶対値に対するミリメータ当りの格子定数の変化
は、格子の頂点で G′＝−0.00393 である。

旋回角度の範囲に関しては、先に選択した波長
範囲に対して以下の限界値が生じる。

λ〔ｎｍ〕 Sinα 190 0.0598 900 0.2831 第２図には、横軸にSinαが波長に関する線状
の尺度としてとられている。前記の範囲限界は２
本の垂直線によつて示されている。縦軸には、標
準化した、即ち回折格子１２の曲率半径に対する
像距離がとられている。相応して、パラメータと
して同様に標準化した対象距離 Ａ＝ａ／Ｒ が生じる。主モノクロメータ１８の入口スリツト
１６上での結像に一致する設定値B_sは、 B_s＝2A である。この設定値は、第２図には水平線で示さ
れている。それにより、選択したパラメータＡ，
β及びG′では、値2Aからの像距離Ｂの最大の正
の偏倚と負の偏倚はほぼ等しい大きさであること
が明らかである。1.4と1.46の間の縦軸範囲を包
括する、第２図の著しい倍率を考慮すれば、前記
の偏倚は実際には無視することができる。相対的
像距離Ｂは、 Ｂ＝2A±0.008 の範囲にあり、これは±0.55％の偏倚に担当す
る。その際には、絶対的像距離ｂに関しては ｂ＝120mm±0.66mm が生じる。従つて、像距離の変動は、最も望まし
い機械的構成においては、西独国特許出願公告第
2730613号明細書記載（該明細書の第１表参照）
の装置におけるよりも1/10程小さい。

回折格子１２の旋回は、サイン駆動装置を介し
てではなく、例えば線状で波長に基づいて行なわ
れる。プレモノクロメータ２８は、主モノクロメ
ータ１８よりも著しく大きなスペクトル帯幅を有
する。従つて、前記の関係においては回折格子１
２の線状の旋回（サイン駆動装置を介する旋回に
代わる）は主モノクロメータに入射する光線のス
ペクトル組成に実質的に影響しないと言える。

本発明は、前記には特別の幾何学的特性を有す
る具体的実施例で説明されているが、本発明の適
用性はその具体的実施例に限定されるものではな
い。構成部材の別の寸法及び別の距離において
も、前記形式で、凹面状の回折格子の焦点距離又
は像距離が波長に実質的に依存しない回折格子の
非対称を計算から得ることができる。

調整駆動装置４０は線状であつてよい。しか
し、これは構成上の簡略化の理由から、僅かに非
線状（非サイン状）の特性を有していてもよい。
最後に、もちろんのこと回折格子１２の調節をサ
イン駆動装置を介して行なうこともできる。但し
このような手段はプレモノクロメータ自体にとつ
ては不必要である。

【図面の簡単な説明】

第１図は複光路型モノクロメータの光学装置の
略示構成図、第２図は回折格子の有利な実施例に
おける、波長に対する凹面状の回折格子の依存性
を示す線図である。 １０……光源、１２……凹面状の回折格子、１
６……出口スリツト、２８……プレモノクロメー
タ、３６……波長駆動装置、４０……調整駆動装
置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 主モノクロメータ、 (b) 旋回可能な回折格子を有する回折格子モノク
   ロメータとして構成されたプレモノクロメー
   タ、及び (c) 両者のモノクロメータを同期させるための波
   長駆動装置 を有する、光源の照射光を単色光化する複光路型
   モノクロメータにおいて、 (d) プレモノクロメータ２８が凹面状の回折格子
   １２を有しており、該回折格子を介して光源１
   ０又は光源像が直接出口スリツト１６上に結像
   され、かつ (e) 像距離ｂが回折格子１２の旋回運動の際に実
   質的に不変の保持されるように、回折格子１２
   の溝の間隔が非対称であることを特徴とする複
   光路型モノクロメータ。 ２ (a) 主モノクロメータ、 (b) 旋回可能な回折格子を有する回折格子モノク
   ロメータとして構成されたプレモノクロメー
   タ、及び (c) 両者のモノクロメータを同期させるための波
   長駆動装置 を有する、光源の照射光を単色光化する複光路型
   モノクロメータにおいて、 (d) プレモノクロメータ２８が凹面状の回折格子
   １２を有しており、該回折格子を介して光源１
   ０又は光源像が直接出口スリツト１６上に結像
   され、かつ (e) 像距離ｂが回折格子１２の旋回運動の際に実
   質的に不変の保持されるように、回折格子１２
   の溝の間隔が非対称であり、 (f) プレモノクメータ２８が主モノクメータより
   も実施的に大きなバンド幅を有しており、 (g) 波長駆動装置３６が調整駆動装置４０を有
   し、該調整駆動装置が波長に基づいてプレモノ
   クメータ２８の回折格子１２の線状の旋回を惹
   起することを特徴とする複光路型モノクロメー
   タ。