JPH0572034A - 走査型分光器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 改良された走査型分光器を提供すること。 【構成】 走査型分光器は減衰ギア同期駆動装置２１を
介してスペクトル回折素子３３を駆動するためのパルス
駆動マイクロステッピングモ−タ２０を用いる。モ−タ
２０は、同期駆動装置２１の入力ハブに直接取り付けら
れている。同期駆動装置２１の出力ハブは、スペクトル
回折素子３３を直接支持している。一回転毎に非常にた
くさんのステップを踏むモ−タ２０と、大きな減衰比を
有する同期駆動装置２１を用いているので、駆動装置２
１の出力ハブの一回転毎に５００万パルスのステップに
よる解像度が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スペクトル測定に用い
られる走査型分光器に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査型分光器は、入射口と、回折格子に
典型され時にはプリズムである回転可能な分光素子と、
当該分光素子を回転させるための駆動機構と、出射口
と、前記入射口を介して入射してくる放射線を平行化し
あるいは焦点を合わせるその他の光学素子とから構成さ
れる。前記入射口を通して入射し前記回折格子によって
分光された放射線は、前記出射口で放射線の狭い波長帯
として像を結ぶ。この放射線の波長帯の幅は、回折格子
に刻まれている溝の密度、当該光学システムにおける焦
点距離、入射口及び出射口の幅、回折格子への入射角度
及び回折格子による回折角度等によって決まってくる。
この分光システムにおける分光された光は、ニュ−ヨ−
ク、ロチェスタ−にあるＢａｕｓｃｈ＆Ｌｏｍｂ社によ
り１９７０年に刊行された“Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ
Ｇｒａｔｉｎｇ Ｈａｎｄｂｏｏｋ”の１６〜１７頁に
論じられている格子関係に従う。

【０００３】従来、上述した回折格子は、台座の上に設
置され、サインバ−と親ネジを含む機械的駆動組立体を
介した駆動モ−タによって回転されている。このサイン
バ−駆動機構は、当該サインバ−を駆動する親ネジと関
連して、格子の回転と分光との間の正弦曲線的な関係に
よって、当該分光器の出射口での波長に線形の変化を生
むという利点がある。これは、出射口に存在する放射線
の波長を表示するために、親ネジの軸に取り付けられた
機械的線形カウンタの使用を容易にしてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た駆動機構の調整には幾つかの限界がある。その第一
は、親ネジが、当該駆動機構の精度と駆動力に劇的な影
響を与える塵やほこりの混入にさらされていることであ
る。その第二は、当該親ネジに油を差さねばならず、適
当に油を差すためには、しばしば油のメンテナンスを必
要とすることである。その第三は、サインバ−が、当該
親ネジに取り付けられたキャリッジの上に乗っているこ
とであり、このキャリッジには、互いにすり合う球と平
板を採用するのが典型である。これが機械的磨耗の源泉
であり、磨耗が進んだ場合には、登録された波長の不正
確さの原因ともなる。その第四は、サインバ−及び親ネ
ジの長さを増すことによってこの駆動機構の精度と正確
さを増すことはできるが、これらの部材がより長くより
高コストなものになればなるほど、所定の角度まで回折
格子を回転させるのにそれだけ時間を要するようになる
ことである。更に、親ネジが回転され得るスピ−ドは、
油が事実上当該親ネジをあざわらうスピ−ドによって制
限されることである。

【０００５】走査型分光器の動作を制御するためにパ−
ソナルコンピュ−タ及びマイクロプロセッサが広く使わ
れるようになったので、格子の駆動機構に取り付けられ
た機械的な波長測定器を持つかどうかは、もはや本質的
な問題ではなくなった。即ち、当該駆動機構が、サイン
バ−と親ネジの機構が持っているような正弦曲線的な応
答性を持っていない場合でも、波長はルックアップテ−
ブルから計算し導くことができる。このことは、分光器
の分光素子を直接回転させる駆動機構の使用を容易なら
しめた。かかる直接的駆動機構の例は、Ｂｅｒｎｉｅｒ
ｅｔａｌの米国特許第４、４６９、４４１号に記載さ
れているガルバノメ−タによる駆動やウォ−ムギアによ
る駆動である。

【０００６】このガルバノメ−タによる駆動機構は、分
光素子を回転させるために、回折格子に直接据え置かれ
たガルバノメ−タを用いている。この機構によれば、容
易且つ高速度で分光素子を回転駆動することができる
が、特定の位置に停止した時にヒステリシスを受ける可
能性がある。また、ガルバノメ−タ−に流れる電流は格
子の回転に関係してくるので、当該ガルバノメ−タ−に
流れる電流を制御するために、非常に高い解像度の入力
信号（普通、１６ｂｉｔｓ以上のディジタル／アナログ
変換器を用いる。）を利用しなければならない。しかし
ながら、より重要なことは、この駆動機構には、使用で
きる回転角の範囲に限界があり、そのために、分光器に
おける波長の測定可能範囲を制限してしまうことであ
る。例えば、角度を約１５度そらすために、ガルバノメ
−タ−が熱を発生してその抵抗（インピ−ダンス）を変
化させてしまう。このインピ−ダンスの変化は、当該駆
動機構を回転させるのに必要な電流量を変えてしまう。
このように、回転度によって必要とされる電流が変わっ
てくるので、温度が変化すると、当該駆動機構の目盛り
設定も変化してしまう。従って、出射口における波長や
分光素子の角度位置を正確あるいは高精度に再生するこ
とが困難であった。

【０００７】一方、ウォ−ムギアを用いた駆動機構で
は、回折格子は、回転可能なプラットホ−ム上に設置さ
れ、ウォ−ムギアを介してモ−タにより駆動される。こ
のウォ−ムギア伝達機構では、使用回数に応じたギアの
磨耗を受け、これが測定精度の低さや測定の不正確さに
つながり、結局は、当該伝達機構そのものを取り替えな
ければならないこととなる。

【０００８】本発明の目的は、改良された走査型分光器
を提供することにあり、特に、従来の分光器において分
光素子の駆動機構が避けることのできなかった問題であ
る駆動機構の磨耗による精度の低下という点を改良した
走査型分光器を提供することにある。

【０００９】本発明の別の目的は、分光素子の特定の偏
向角度を検出し、フィ−ドバック制御を行う必要なく、
高解像度且つ高精度に分光素子を駆動できる駆動機構を
提供することにある。

【００１０】本発明の更に一般的な目的は、比較的簡単
な構造を有し、速く且つ正確に角度設定ができ、広範囲
の波長の測定が可能で、温度による影響や機械的ヒステ
リシスを免れ得る走査型分光器を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の走査型分光器は、一出力回転毎に非常にた
くさんのステップを要求するパルス駆動マイクロステッ
ピングモ−タが、ギア減衰比を有する減衰ギア同期駆動
機構の入力ハブに直接取り付けられている。また、この
同期駆動機構の出力ハブは、本分光器の分光素子を回転
させるために直接取り付けられている。これら２つの減
衰の生産物、即ちモ−タの回転毎のステップと、同期ギ
アの減衰回数は、分光素子の一回転毎に５００万パルス
のステップによる解像度に帰結する。

【００１２】

【作用】回折格子の回転を４５°の範囲で使用すれば、
角度変位のステップの増加分は６０万以上になる。同期
駆動装置のトルク伝達能力及びバックラッシュ防止性能
は、分光素子を直接載置することで課される負荷のない
条件と結び付くことによって、正確に角度設定（即ち、
出射口での波長の選択）を再現可能とすると共に、本分
光器の大変長い製品寿命に亘って、故障なく動作するこ
とが保証される。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
係る走査型分光器について説明する。 図１及び図２に
示す分光器は、その大部分が図２に矩形部分で示す密封
された横長のプリズム状のハウジング１０に収容されて
いる。このハウジング１０は、長さ方向の各端部がそれ
ぞれ緩衝台１１、１２に設置されている。分析用試料を
照射し位置決めする入口／出口組立体Ａは、ハウジング
１０の長さ方向の一端に取り外し可能に取り付けられて
いる。第一のカバ−プレ−ト１３は、取り付け部材１４
によって、 ハウジング１０の上部パネル１５の一端に
近い第一の開口部のリムに取り外し可能に取り付けられ
ている。 この第一のカバ−プレ−ト１３は、回転可能
な回折格子組立体Ｂに近接して取り付けられている。第
二のカバ−プレ−ト１６は、取り付け部材１７によっ
て、ハウジング１０の上部パネル１５の他の一端に近い
第二の開口部のリムに取り外し可能に取り付けられてい
る。この第二のカバ−プレ−ト１６は、ハウジング１０
の長さ方向に伸長し且つ格子組立体Ｂの垂直な回転軸１
８を含むハウジングシンメトリ−の中央に配された垂直
板の各側部で、ミラ−組立体Ｃ、Ｄに近接して取り付け
られている。

【００１４】モ−タ２０及び減衰ギア伝達機構２１に
は、アダプタ又は装着板２２が備えられている。このア
ダプタ又は装着板２２は、ハウジング１０の底部パネル
部２３において下方に開口したモ−タ取り付け構造のリ
ムに取り外し可能に装着された組立体を有している。回
折格子組立体Ｂは、伝達機構２１の出力ハブ又はフラン
ジに取り付けられている。格子組立体の垂直な回転軸１
８は、モ−タ２０及び伝達機構２１の中心軸をも兼ねて
いる。

【００１５】組立体Ａは、照射軸２４から入出口又はス
リット組立体２５にかけて光の入射穴を有している。こ
の光の入射穴は、ハウジング１０の端壁に隣接して配さ
れた入口及びシ−ルドチュ−ブ２７との関係上ウィンド
ウ２６に設けられている。このウィンドウ２６における
封止構造は、封止構造１３、１６、２２及び２８で示し
た駆動軸シ−ルによってハウジング１０の一体的封止が
完成されている。これにより、２９に示した真空ポンプ
結合部は、望ましければ、走査型分光器の操作をする上
の全ての光学部品及び光路を真空条件下に置くことも可
能である。

【００１６】この光路は、平面格子分光器のＣｚｅｒｎ
ｙ−Ｔｕｒｎｅｒ形状に一致するものとして認識される
であろう。このように、軸２４で入射口に入ってくる光
は、ハウジング１０の長さ方向を通過して第一の視準鏡
３０に到達する。この第一の視準鏡３０には、調整手段
３１が備えられている。この調整手段３１は、入射口で
の焦点合わせを支援すると共に平行化された光束の中央
軸３２を回折格子３３の中央に結び付けるために用いら
れる。回折格子３３の垂直な中央線は、モ−タ２０の垂
直軸１８及び同期駆動装置２１の回転に一致するように
調整されることに留意すべきである。第二の又は焦点用
の鏡３４は、鏡３０が２重になったものであり、調整手
段３５を有している。この調整手段３５は、束となった
平行線応答の中央軸３７が、回折格子中央への入射光３
２の入射角に一致するまでの間に、軸３６上で焦点を合
わせるのを支援する。

【００１７】出射軸３６は、図示しないが入射軸２４の
件で２５／２６の参照番号にて示したスリット組立体及
び封止ウィンドウに類似した出射口までチュ−ブ状シ−
ルド３８を通り抜ける。この出射スリットを通過する分
光された放射線は、入口／出口組立体Ａのハウジング内
に収容されている適当な手段によって測定される。図に
示すように、かかる測定手段は、出射軸３６の整列上の
遠視外線に”ｓｔｒａｉｇｈｔ−ｓｈｏｔ“にさらされ
る不可視光増倍器３９と図示しない選択的作動手段を伴
う可視光増倍器４０を有している。この可視光増倍器４
０は、３９に示した遠視外線の排除まで、ｓｔｒａｉｇ
ｈｔ−ｓｈｏｔ整列から離れて出射軸３６を掴んで４０
に示した可視光測定用の掴まれた整列までホ−ルドする
ためのものである。

【００１８】Ｃ及びＤに示す各ミラ−の支持構造には、
従来からの微小位置決めの手段が用いられている。従っ
て、この微小位置決め手段については、ここでは説明し
ない。また、これらの支持構造ＣとＤの間には、垂直に
隔壁板５２が配置されている。この隔壁板５２により、
ミラ−３０と３４のそれぞれの反射がより遮蔽されるよ
うになっている。

【００１９】Ｂを参照して、回折格子３３は、取り付け
棒４１を有し、この取り付け棒４１は、ブラケット４３
の上端でクランプ４２に水平に挿入されている。ブラケ
ット４３は、円形のタ−ンテ−ブル４４上に設置され、
このタ−ンテ−ブル４４は、同期駆動装置２１の出力ハ
ブに取り付けられている。取り付け棒４１には、スリッ
トが設けられ、このスリットには、そのスリットが入っ
て弱くなった部分で、回折格子３３を上下に微調整する
ためのセットねじ４５が挿入されている。タ−ンテ−ブ
ル４４は、軸方向に短小の円筒形の周縁を有しており、
この周縁部はブレ−キア−ム４６の摩擦パッド端部と接
触することによりタ−ンテ−ブル４４のトルクを制動す
るために用いられる。ブレ−キア−ム４６は、図１に示
すように、上述したトルクを最小とするための手段４７
を有している。この手段４７は、回折格子３３を予め定
められた角度に設定しその角度を維持するために、回折
格子３３の回転軸１８との摩擦力を低いレベルに合わす
ために用いられる。この手段４７は、図示しない柔軟性
スプリングを有し、この柔軟性スプリングにより、タ−
ンテ−ブル４５に加わる低く押さえられるのが望ましい
ブレ−キ摩擦の注意深く正確な調整が可能になる。

【００２０】タ−ンテ−ブル４４及びこのタ−ンテ−ブ
ル４４が支持する回折格子３３の角度設定のためのゼロ
応答に役立つように、タ−ンテ−ブル４４には、該タ−
ンテ−ブル４４から延びるア−ム４９が、軸１８から放
射線状に最大限離れる位置に固定されている。ア−ム４
９は、小型の永久磁石部材５０を備えている。一方、ハ
ウジング１０の端部壁には、磁力検出器が取り付けられ
ている。この磁力検出器は、回折格子３３が、軸３２上
で平行化された光束を反射して軸３６上の平行化された
反射光にする位置に略きたときに、永久磁石部材５０の
磁界に電子的に正確に応答するホ−ル効果トランスデュ
−サ５１であるのが望ましい。このホ−ル効果トランス
デュ−サは、電子スィッチであるのが効果的であり、駆
動機構がｌｏｓｔの位置になったときに所定のスタ−ト
位置にくるように用いられる。例えば、電源がきれて駆
動機構の回転位置が分からない場合に、駆動機構はセン
サ５１が磁力を検出するまで回転される。この位置は、
前述したところからお分かりになると思うが、モ−タ２
０のパルス駆動制御に協同された図３に示すコンピュ−
タ５６にディジタル信号にてたくわえられる。これによ
り、駆動機構の回転が度盛られるスタ−ト位置が得られ
る。この“スイッチ”５１なしでは、回折格子の回転の
ためにスタ−ト位置に配置するのは、不可能ではないと
しても困難である。

【００２１】減衰ギア同期駆動装置２１には、マイクロ
ステッピングモ−タ２０の出力軸から直接作動するＭｏ
ｄｅｌ ＰＣＲ ５Ｃ−２００−１という市販品を用い
ても良い。このＭｏｄｅｌ ＰＣＲ ５Ｃ−２００−１
は、マサチュ−セッツ、ウェイクフィ−ルドのＨａｒｍ
ｏｎｉｃ Ｄｒｉｖｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入
手可能である。また、この同期駆動装置２１は、米国特
許第２、９０６、１４３に記載のようにしても良く、こ
のモデルでは、２００対１のギア減衰比を有している。
これ以上の減衰比（即ち、駆動角を微小に設定するこ
と）を得るには、モ−タ２０に、モ−タの出力軸の一回
転に非常にたくさんのパルス応答過程を必要とするよう
なモ−タを選択すればよい。本実施例では、モ−タ２０
は、その軸が一回転するのに、できるだけたくさんの駆
動角を設定できるように、２５、０００の連続的な電気
的入力パルスを必要とする。これは、タ−ンテ−ブル４
４が一回転するのに、合計５００万回のパルス設定があ
ることになる。本実施例では、ゼロ状態又は回折格子３
３の反射面単独に関して、回折格子３３は、４５度の角
度の変位を有している。これは、回折格子３３を４５度
の範囲で駆動するのに、モ−タ２０に６２５、０００回
のステッピングパルスを必要とすることになる。本実施
例では、上述した市販品のモ−タ２０に、わずかな修正
を加えて用いている。その１は、アダプタ又は装着板２
２を有していることである。その２は、同期駆動装置２
１に接続してモ−タ２０に真空封止手段２８を組み込ん
だことである。その３は、同期駆動装置の出力ハブ用に
供給されていたエラストマ−封止手段を無くしたことで
ある。この封止手段を無くしたことは、同期駆動装置の
出力時に作用するねじり応力が残らないようにするため
である。その理由は、一回転ごとのステップの数は、一
ステップごとに回折格子は信じられないほど小さい角度
だけ回転することを意味するからである。即ち、一ステ
ップごとに７×１０^-5度、つまり０．２５°である。出
力ハブをエラストマ−により封止することによるねじり
応力は、駆動される回折格子の変位角を達成する上で細
かく分割されたステップの幾つかの合計を等しくするこ
とにより消失することはある。従って、上述した分光器
において、そのような封止構造を維持することは、位置
決めのエラ−やあいまいさの源になるであろう。また、
その結果として、上述したシステムが有する１０^-5のオ
−ダ−の角度精度から流出する正確さ及び解像度を放棄
することとなる。一方、ねじり応力による変位が全くな
い低レベルのねじれ摩擦は、回折格子３３の指数化され
た変位を正確に保持するために、４７で示したブレ−キ
ア−ムを採用することにより選択的に得られる。

【００２２】図３には、同期駆動装置２１を減衰するギ
アを駆動するステッピングモ−タ２０を駆動するための
制御を示すダイヤグラムが示されている。同図に示すよ
うに、コンピュ−タ５６に接続された制御手段５５は、
キ−ボ−ド５７から入力されるディジタル信号に従っ
て、プログラム及び／又はマニュアル動作する。制御手
段５５に入力される基本パルスは、制御手段５５に送る
異分割されたパルス比の出力信号を選択する規定を有す
るカウンタ５９と結合して、クロックパルス発生器５８
からモ−タステッピングパルスを引き出す。この選択性
は、交互のファクタ−であるａ，ｂの挿入により示され
ている。 このファクタ−ａ，ｂにより、モ−タ２０の
ステッピングスピ−ドの“速く”又は“遅く”を選択す
るためのクロックパルス比の分割がなされる。制御手段
５５からカウンタ５９への制御関係は、次のような機能
を有することにより理解されるであろう。その１は、ａ
によって分割するかｂによって分割するかを決定する機
能、その２は、モ−タ２０に供給されるステッピングパ
ルスの数を決定する機能、その３は、カウントの方向を
ｕｐかｄｏｗｎかに決定することにより、モ−タ２０の
回転の方向を決定する機能である。インディケ−タ／レ
コ−ダ６０が、モ−タ２０への制御されたステッピング
パルス出力を監視するために接続されている。これによ
り、光増倍器３９、４０の一又はその他で解読できる増
加した波長の走査のために、回折格子の角度又は波長の
表示及び／又は記録を即座に行うことが可能となる。ま
た、光増倍器の応答の振幅を即座に供給するためのイン
ディケ−タ／レコ−ダ６０への第二の入力６１が示され
ている。この第二の入力６１は、ゼロ又は最大反射位置
から離れた回折格子の角度α（又は波長）の機能として
出射口での振幅を観察するために、６０での２の寸法に
よる指示、表示及び記録を可能とする。最後に、ホ−ル
効果トランスデュ−サ５１の出力は、制御手段５５に接
続された追加の入力を有するものとして示されている。

【００２３】以下に、駆動機構２０／２１の動作を段階
を追って示す。

【００２４】１．当該駆動機構は、短時間内に回折格子
３３をフルに一回転させるだけの高速度で回転するの
で、ホ−ル効果検出器５１が、永久磁石５０を感知する
まで、駆動機構を一の方向に走査することによって、磁
気的な“ホ−ム”の位置が発見される。

【００２５】一旦当該磁石が検出されれば、駆動機構は
停止し、１０、０００ステップだけ後退する。その後、
同位置をより正確につきとめるために、磁石検出位置ま
でゆっくりと戻る。このように、磁石が位置を捜し当て
られた後、駆動機構は動き続けて分光器のゼロ位置に至
る。

【００２６】２。このゼロ位置は、回折格子に到達した
全ての入射光が、当該格子から回折されるときに発生す
るゼロオ−ダ−信号として定義される。このゼロオ−ダ
−位置では、回折格子は単なるミラ−として作用し、回
折光をほとんど生じさせない。このゼロオ−ダ−信号
は、本システムに生じる信号のうち最も大きい信号であ
り、スペクトル走査のための開始位置として使用され得
る。

【００２７】３．ゼロオ−ダ−が確定された後、第二の
参照線位置を得るために、駆動機構は、知られた波長の
光の回折位置まで動く。その典型は、約４００ｎｍのス
ペクトラムの青い線であるアルゴンの参照色である。こ
の第二の参照線位置が捜し当てられると、駆動機構の２
点での目盛り設定が数学的にも可能となる。そして、こ
の２点での目盛り設定は、他のどの様な波長の光の回折
の角度位置を捜し当てるのにも使用できるようになる。

【００２８】４．この２点での目盛り設定が完成された
時に、分析すべき波長位置を計算し捜し出すことが可能
となる。例えば、波長３２４．７ｎｍの銅のスペクトル
位置は、上述したゼロオ−ダ−からのステップでその大
体の位置を計算することにより、捜し当てることができ
る。駆動機構は、このこの銅のスペクトル位置の僅かに
内側の位置まで動かされ、この銅の放出線を含む“窓”
の波長を走査するようになる。一旦この線が検出される
と、その線位置が気ずかれるので、次の線を捜すことが
でき、次の線も気付かれることになる。これらの設定さ
れた目盛り位置は、その後にも、未知の組成の試料を分
析中に与えられた要素の分析デ−タを収集する時に、そ
こまで戻るためのポイントとして利用される。

【００２９】以上の構成によって得られる利点は、何故
以上の構成が本発明の実施例として好適かを示してい
る。これらの利点を列挙すれば以下のとうりである。

【００３０】１．マイクロステッピングモ−タは、一回
転につき少なくとも２００好ましくは２５、０００のス
テップを踏むことができる。このモ−タを採択したの
は、一回転につき非常に多くのステップを得られるため
ばかりでなく、高い出力トルクを有しているからであ
る。また、このモ−タは、ステップの正確な数を再生し
得るからである。

【００３１】２．上述したようにコマンドされたステッ
プ数を正確に再現できることで、モ−タ追跡のコマンド
されたパルスステップに対する忠実度を監視するフィ−
ドバック機構を備える必要が無くなった。このようにフ
ィ−ドバック機構がなくても、モ−タが増加した分の角
度ステップの数によって，モ−タの出力軸ひいては回折
格子３３を変位させることがオペレ−タに保証される。

【００３２】３．同期駆動ギア減衰器２１は、回折格子
の回転において解像度を高めるステッピングモ−タによ
って、駆動される。この減衰器２１は、２００対１のギ
ア減衰比を有するので、一回転毎に２５、０００ステッ
プを取り得るステッピングモ−タと結び付いて、一回転
の出力毎に５００万のステップを刻むことができる。し
かし、上述した走査型分光器に用いることで、この同期
駆動装置にはこれ以外にもユニ−クな特徴が加わること
になる。

【００３３】４．駆動装置２１は、上述したように修正
されているので、内部が低い空気圧により滑らかになっ
ていることを条件として、真空環境下で用いることがで
きる。このようなわけで、駆動装置２１を真空室１０に
配することが許容される。真空室１０に配することによ
って、駆動装置２１の入力軸に真空シ−ル２８を用いる
ことができる。また、かかるシ−ルが原因となっていか
なるエラ−が発生したとしても、同期駆動装置のギア減
衰比によって、エラ−は取るに足らないものとなる。シ
−ルを同期駆動装置の入力軸末端にだけ配置すれば、上
述したエラストマ−材を用いたシ−ルに応力が加わる動
きも、このように無くすことができる。

【００３４】５．真空シ−ル２８を配置するのが好まし
いのは、ステッピングモ−タ２０は、回転すると熱くな
り、大体４０°から６０°Ｃにまでなるからである。熱
は光学台の拡大を招き、分光器の焦点を変化させると共
に解析すべき波長が捜されている設定角度をも変化させ
てしまう。かかる結果を防ぐために、例えば、ポリカ−
ボナイトのような合成樹脂から成る低い熱伝導度の熱障
壁の形で、温度障壁５４がステッピングモ−タと同期駆
動装置の入力軸との間に置かれている。更に、分光器全
体もサ−モスタットのように制御されるヒ−タと共に封
止されているので、その温度は１００±１°Ｆに制御さ
れている。

【００３５】６．リ−ドねじやサインバ−による駆動機
構を有する分光器と比較して、モ−タにより直接駆動さ
れる上述した同期駆動機構は、塵や空気中の微粒子の影
響を最も受けにくいというわけではない。リ−ドねじの
細かいねじ筋にたまった一片のほこりは、文字通り巨礫
のように作用して駆動機構の精度及び再現性に大きなエ
ラ−を生じさせる。また、リ−ドねじには、毎２週間ぐ
らいごとに油を差さなければならない。

【００３６】７．同期駆動装置２１には、本来的にバッ
クラッシュを防止する性質がある。本駆動装置における
歯の噛み合いが、かかるバックラッシュ防止の原因であ
る。ステッピングモ−タ２０の性質と真空シ−ル２８に
起因して、多少のバックラッシュが生じることはある。
しかしこのバックラッシュは、ギア減衰前に起こるの
で、２００対１の減衰比によって減殺される。

【００３７】８．本分光システムが定格の出力スピ−ド
及び駆動トルクを利用する上においても、同期駆動装置
はメンテナンスをほとんど必要としない。このように駆
動装置が時間の経過と共に磨耗する恐れについては、心
配する必要がない。

【００３８】９．回折格子及びその置き台４３、４４、
４５は駆動装置の比較的大きな出力トルクに照らして
も、大変軽いので、後者は、実質上負荷のない条件下で
作動することになる。４６、４４でのブレ−キ動作によ
って、低いレベルでのドラッグトルクが達成されるの
で、駆動装置が停止する時にも、正確に停止し、真空シ
−ル２８に起因してバックラッシュが起こっても正確に
停止できる。

【００３９】モ−タ２０に求められる分離した角度は、
非常にたくさんあるので、フィ−ドバック制御が必要な
いという理由から、図１及び２の実施例が好ましいのは
勿論である。しかし、図４には、図１及び２の実施例に
のみ限定されるものではないことが示されている。

【００４０】図４では、各部分は、以下を除いては、前
述した実施例と同様である。

【００４１】即ち、モ−タ２０には、いわゆるスト−ル
ドトルクモ−タが用いられており、モ−タ２０´の回転
の各方向のためにワインディングが別個になされてお
り、両方のワインディングに電流が常時供給される。こ
れは、両方のワインディングが同方向のトルク及び反対
方向のトルクを発生するときに、ゼロスピ−ドを生じる
が、トルクが不均衡になれば直ちに一方又は他方に向け
て駆動するものである。図４において、制御手段５５´
からモ−タ６０´への結線６２は駆動モ−タにこのよう
なスト−ルドトルク動作を得るためである。この動作は
プログラムされた設定角度の範囲がその方向への駆動ト
ルクがまだ必要なことを示しているのに従って、プログ
ラムされた角度を得るためになされる。

【００４２】勿論、図１に示したように、駆動装置の減
衰ギア２１を直接駆動するモ−タ２０´を使用すること
は、回折格子の角度の位置決め上、高く且つ微細な解像
度を提供する。但し、このような解像度を得るには、モ
−タ２０´の一回転を更に２つに再分割するために、例
えば、１５に示す一対の数の要素をたくさん必要とす
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の走査型分光器の平面図であ
り、内部がわかるように切り欠かれて示されている。

【図２】図１の走査型分光器の側面図であり、一部が切
り欠かれ、また、図１の２−２線に沿った断面を示して
いる。

【図３】図１及び２の走査型分光器の電気的駆動とイン
ディケ−タの回路構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の他の実施例の走査型分光器の駆動を示
すブロック図である。

【符号の説明】

１０ システムハウジング １８ 回転軸 ２０ モ−タ ２１ 駆動装置 ３０ 第一の視準鏡 ３３ 回折格子 ３４ 第二の視準鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エドワード イー．オーエン アメリカ合衆国，ニユーハムプシヤー 03060，ナシユア，ニユー キヤツスル ドライヴ 21 (72)発明者 スタンレイ エル．シラー アメリカ合衆国，マサチユーセツツ 02161，ニユートン ハイツ，リツジウエ イ テラス 12

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走査型分光器において、入射口画成手段
   及び出射口画成手段を含むシステムハウジングと、該シ
   ステムハウジング内に回転可能に取り付けられ、前記出
   射口に向かって移動するために前記入射口を通過する放
   射線のスペクトルを回折するための回折格子と、前記シ
   ステムハウジングに取り付けられ該ハウジング内に出力
   ハブを有する減衰ギア同期駆動機構と、前記回折格子が
   載置され前記出力ハブにより直接回転駆動されるように
   接続されたタ−ンテ−ブルと、該タ−ンテ−ブルの回転
   にねじり力を付加するために前記タ−ンテ−ブルと前記
   システムハウジングの間で反応するブレ−キ手段と、前
   記同期駆動装置を直接回転駆動するように接続されたマ
   イクロステッピングモ−タと、該マイクロステッピング
   モ−タ及びパルスカウンタへのステッピングパルス信号
   供給手段を含む制御手段とを有することを特徴とする走
   査型分光器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の走査型分光器において、
   前記同期駆動機構の減衰比が、少なくとも２０対１であ
   ることを特徴とする走査型分光器。
3. 【請求項３】 請求項２記載の走査型分光器において、
   前記減衰比が、少なくとも２００対１であることを特徴
   とする走査型分光器。
4. 【請求項４】 請求項１記載の走査型分光器において、
   前記ステッピングモ−タは、前記入力ハブの一回転毎に
   少なくとも２００ステップを要求することを特徴とする
   走査型分光器。
5. 【請求項５】 請求項４記載の走査型分光器において、
   前記ステッピングモ−タは、前記一回転毎に少なくとも
   ２５、０００ステップを要求することを特徴とする走査
   型分光器。
6. 【請求項６】 請求項１記載の走査型分光器において、
   前記同期駆動機構は、シ−ルされた該駆動機構のハウジ
   ングであって、前記分光器のハウジングと共に封止構造
   を完成し、前記入力ハブから前記出力ハブを排除するた
   めの真空シ−ルを含む駆動機構のハウジングを有するこ
   とを特徴とする走査型分光器。
7. 【請求項７】 請求項１記載の走査型分光器において、
   前記ブレ−キ手段は、前記システムハウジング内に取り
   付けられた片持ちア−ムと、該ア−ムの片持ちの端部に
   おける摩擦素子を有し、該摩擦素子が、前記タ−ンテ−
   ブルの周縁境界部と摩擦接触していることを特徴とする
   走査型分光器。
8. 【請求項８】 請求項１記載の走査型分光器において、
   前記システムハウジングが、水平方向に拡大されてその
   長さ方向の第一及び第二の端部間で伸長し、該第一の端
   部に近接する垂直な回転軸上に前記タ−ンテ−ブル及び
   前記回折格子が載置され、前記回転軸は、前記システム
   ハウジング内で長さ方向に伸長する光学シンメトリ−の
   垂直板上にあり、前記入射口及び出射口は、前記第一の
   端部で前記垂直板の相対向する側に存在し、前記第二の
   端部に近接して前記垂直板の相対向する側にそれぞれ設
   置されている一対の視準鏡であって、該視準鏡が、前記
   回折格子に入射し該回折格子により回折された視準光に
   より、前記出射口で前記入射口の像を結ぶための視準鏡
   を有していることを特徴とする走査型分光器。
9. 【請求項９】 請求項８記載の走査型分光器において、
   前記タ−ンテ−ブルには、前記垂直軸から放射方向に離
   れて永久磁石が設置され、前記ハウジング内の所定の場
   所であって、前記回折格子が示す参照角度を特定し、前
   記入射口から前記回折格子により回折された光だけが、
   前記出射口で結像する場所に、磁性検出器が取り付けら
   れていることを特徴とする走査型分光器。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の走査型分光器におい
    て、前記磁性検出器は、ホ−ル効果トランスデュ−サで
    あることを特徴とする走査型分光器。
11. 【請求項１１】 走査型分光器において、入射口画成手
    段及び出射口画成手段を含むシステムハウジングと、該
    システムハウジング内に回転可能に取り付けられ、前記
    出射口に向かって移動するために前記入射口を通過する
    放射線のスペクトルを回折するための回折格子と、前記
    システムハウジングに取り付けられ該ハウジング内に出
    力ハブを有する減衰ギア同期駆動機構と、前記回折格子
    が載置され前記出力ハブにより直接回転駆動されるよう
    に接続されたタ−ンテ−ブルと、該タ−ンテ−ブルの回
    転にねじり力を付加するために前記タ−ンテ−ブルと前
    記システムハウジングの間で反応するブレ−キ手段と、
    前記入力ハブを直接駆動するために接続された電子モ−
    タを含む駆動手段及びスピ−ド減衰手段と、前記入力ハ
    ブの角度位置に即座に応答する角度感知手段を含む制御
    手段とを有することを特徴とする走査型分光器。
12. 【請求項１２】 請求項１記載の走査型分光器におい
    て、前記パルスカウンタに接続された波長表示手段が、
    前記モ−タに運ばれるステッピングパルスと相関関係に
    あることを特徴とする走査型分光器。
13. 【請求項１３】 請求項１記載の走査型分光器におい
    て、前記システムハウジングは、各端部で負荷を支えて
    おり、該負荷を支持する一般的な水平板を持ち、該水平
    板の下に前記モ−タが懸垂されていることを特徴とする
    走査型分光器。
14. 【請求項１４】 請求項９記載の走査型分光器におい
    て、前記タ−ンテ−ブルは、前記参照角度に関し、少な
    くとも３０°のオフセットである限界角度まで、回転可
    能であることを特徴とする走査型分光器。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載の走査型分光器におい
    て、前記限界角度は、前記参照角度に関し、４５°のオ
    フセットであることを特徴とする走査型分光器。
16. 【請求項１６】 請求項１１記載の走査型分光器におい
    て、前記電子モ−タは、スト−ルドトルクタイプのモ−
    タであることを特徴とする走査型分光器。