JPS61500929A - Interferometric diode array spectrometer - Google Patents

Interferometric diode array spectrometer

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JPS61500929A
JPS61500929A JP60500455A JP50045584A JPS61500929A JP S61500929 A JPS61500929 A JP S61500929A JP 60500455 A JP60500455 A JP 60500455A JP 50045584 A JP50045584 A JP 50045584A JP S61500929 A JPS61500929 A JP S61500929A
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radiation
mirror
interference fringes
spectrometer according
interferometry
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JP60500455A
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ウイリアムズ,ロナルド アール
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オハイオ ユニヴア−シテイ−
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    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
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    • G01J3/4531Devices without moving parts
    • GPHYSICS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 干渉式ダイオードアレー分光計 〔背景技術〕 干渉計は種々の形式が採られている。それらはすべて単一要素検出器で検出され る干渉縞の発注に基づいている。可視光線、紫外線および赤外線を測定するため に用いられるマイケルソン干渉針の場合、干渉縞は光のスプリントビーム部分が 進む距離を変更することによって発生される。この形式の干渉計において、2つ の平らな鏡が両者の間に45°の角度でビームスプリフタを置いて互いに垂直に 配置されている。このビームスプリンタは、それに打ち当たる光の2分の1が透 過され、残りの2分の1が反射されるように形成されている0分析すべき光は一 方の鏡に対して垂直に干渉計に入る。ビームスプリンタはこの光の50%を一方 の鏡に伝達し、残りの50%を他方の鏡に伝達する。この両方の光1−−ムハ1 %によってビームスプリンタに反射して戻され、そこでビームは再結合され、そ れから入口の軸心に対して垂直に出る。[Detailed description of the invention] Interferometric diode array spectrometer [Background technology] Interferometers come in various forms. They are all detected with single element detectors It is based on the order of interference fringes. For measuring visible light, ultraviolet and infrared light In the case of the Michelson interference needle used in Generated by changing the distance traveled. In this type of interferometer, two flat mirrors are placed perpendicular to each other with a beam splitter placed between them at a 45° angle. It is located. This beam splinter transmits one-half of the light that hits it. The light to be analyzed is formed so that the remaining half is reflected. It enters the interferometer perpendicular to the other mirror. A beam splinter directs 50% of this light to one side. and the remaining 50% to the other mirror. Both of these lights 1--Muha 1 % is reflected back to the beam splinter where the beams are recombined and their It exits perpendicularly to the axis of the inlet.

て移動することにより2つのビームの一方が進む経路の長さを変更することによ って発生される。検出器はそのような干渉縞から出る放射線を監視し、その信号 は移動する鎮が進む距離の関数として記録される。By changing the length of the path taken by one of the two beams by moving is generated. A detector monitors the radiation emitted by such interference fringes and detects the signal. is recorded as a function of the distance traveled by the moving village.

i!常のマイケルソン干渉計について次のような基本的に3つの欠点があり、こ れらはいずれも移動する鏡に関係している。i! There are basically three drawbacks to conventional Michelson interferometers. All of these involve moving mirrors.

1、 電子的な理山により、鏡は非零に円滑に勤がねばならない、従ってフィー ドバンク制御は速度変動を最小にする必要がある。1. Due to electronic logic, the mirror must work non-zero smoothly, so the fee Bank control needs to minimize speed fluctuations.

2、 移動する鏡は走査中を通して固定鏡に対して正確に丞直に維持しなければ ならない、このために普通は空気軸受が必要とされる。2. The moving mirror must be kept precisely aligned with the fixed mirror throughout the scan. This usually requires air bearings.

3、 鏡の慣性が鏡を移動する速度を側層し、同時に分析するスペクトルに対す る走査時間を側層する。3. The inertia of the mirror affects the speed at which the mirror moves, and at the same time affects the spectrum being analyzed. Set the scanning time accordingly.

【発明の開示〕[Disclosure of the invention]

本発明は、静的な干渉縞を発生する種々の手段の1つを、二次 兄の領域にわた ワて干渉縞を連続的に測定できるアレー検出器と結合している。 The present invention utilizes one of the various means of generating static interference fringes across the quadratic region. It is coupled with an array detector that can continuously measure interference fringes.

更にマイケルソン干渉針への通用において、可動鏡の使用が無くされ、干渉縞が 可動部品のない二!鎮装置にょつて発生される。Furthermore, in application to the Michelson interference needle, the use of a movable mirror is eliminated, and interference fringes are eliminated. Two without moving parts! Generated by quenching equipment.

本発明はマイケルソン干渉計に関して以下に詳述するが、本発明の構想は、ヤン グ二重スリント装置、ロイド鏡、フレネルバイプリズムおよびピレントスプリン トレンズのような千〇hhを発生する別の手段、あるいは同じ目的を実施する別 の機構にも広く通用できる。Although the invention is detailed below with respect to a Michelson interferometer, the concept of the invention is Double slint device, Lloyd speculum, Fresnel biprism and pilent splint Another means of generating 1,000hh, such as Torrens, or another method of carrying out the same purpose. It can also be widely used in other mechanisms.

本発明の目的は、アレー検出器を利用する干渉針を提供することにある。An object of the present invention is to provide an interference needle that utilizes an array detector.

本発明の別の目、的は、干渉縞を発生する8i々の装置と共に使用できる干渉針 を提供することにある。Another object of the present invention is to provide an interference needle that can be used with 8i devices for generating interference fringes. Our goal is to provide the following.

更に本発明の目的は、可動部品を持たない変更されたマイケルソン式干渉縞発生 器を利用する干渉計を提供することにある。It is a further object of the present invention to develop a modified Michelson fringe generation system that has no moving parts. The object of the present invention is to provide an interferometer that utilizes a device.

これは本発明の別の目的および利点と一緒に、以下に図面に示した実施例の構造 および作用についての説明および請求の範囲の記載から明らかになるであろう。This, together with other objects and advantages of the present invention, explains the structure of the embodiment shown in the drawings below. It will become clear from the description of the functions and the claims.

〔図面の簡単な説明〕[Brief explanation of the drawing]

図面はマイケルソン干渉計を用いた実施例の概略構成図である。 The drawing is a schematic diagram of an embodiment using a Michelson interferometer.

【発明を実施するための最艮の形53 図面において放射(radiatio+1) a!I 10が設けられている。[The best form for carrying out the invention 53 In the drawing, radiation (radiatio+1) a! I10 is provided.

この放射R1Oから発せられる放射線は、可視光線、紫外線および赤外線を含む ように鏡で反射されるような種類でなければならない。The radiation emitted from this radiation R1O includes visible light, ultraviolet light, and infrared light. It must be of a type that can be reflected in a mirror.

図示の都合上放射源10から3つの放射ff1ll、12.13が示されている 。これらの放射線はコリメーションレンズ14を透過し、ビームスプリンタ15 に向けられ、そこで各放射はの半分は固定fi16に通され、残りの半分はビー ムスプ°)フタ15によって傾斜y117に反射される。放射線18.19.2 0はそれぞれ放射I!1112.13.14の2分の1の反射放射線である。l Ij!斜鏡17は傾斜されているが、これは固定鏡16と同様に紙面に対して垂 直に位置している。なお傾斜鏡17は紙面に対して垂直でないように補助的に傾 斜でき、そのようにして二次元ホトダイオードアレイ検出器で測定できる二次元 干渉縞を発生することができる。この図面に示されたホトダイオードアレイ検出 器は紙面上の一次元にある。 放射線20が傾斜&1117から反射して戻され 、 ′固定鏡16からの反射放射線13とビームスプリンタ15で再結合する場 合、放射線20は放射線13よりも長い距離を進まtければならないので、これ は反射放射線13よりも長い距離を進み、従って位相がずれて再結合する。For convenience of illustration, three radiations ff1ll, 12.13 are shown from the radiation source 10. . These radiations pass through the collimation lens 14 and are sent to the beam splinter 15. where half of each radiation is passed through the fixed fi 16 and the other half is directed to the beam. It is reflected by the lid 15 onto the slope y117. Radiation 18.19.2 0 is each radiation I! The reflected radiation is one-half that of 1112.13.14. l Ij! The tilted mirror 17 is tilted, but like the fixed mirror 16, it is not perpendicular to the plane of the paper. directly located. Note that the tilting mirror 17 is auxiliary tilted so that it is not perpendicular to the paper surface. 2D that can be tilted and thus measured with a 2D photodiode array detector Interference fringes can be generated. Photodiode array detection shown in this drawing The vessel is one-dimensional on the paper. Radiation 20 is reflected back from the slope &1117 , 'A field where the reflected radiation 13 from the fixed mirror 16 and the beam splinter 15 are recombined. In this case, the radiation 20 must travel a longer distance than the radiation 13, so this travels a longer distance than the reflected radiation 13 and therefore recombines out of phase.

(鎮17の傾斜は図示の都合上誇張して示され、実際放射線1819.20はこ れらがビームスプリンタ15に戻る場合に角度がずれているが、そのずれの大き さは放射線の拡散よりも非常に小さく、従って干渉縞は影響されない0図示の都 合上コリメーションレンズ14はビームスプリンタ15からやって来る経路と同 じ経路を戻るように示されている。) 従って放射線13と20の再結合は、この再結合した放射線13.20がホトダ イオードアレイ検出522に進む場合、中間の強さの信号を生ずる。各反射鏡か らビームスプリ、り15に戻るまでの距離が全く同じである光線12.19は位 相が一致し、再結合した放射線12.19はホトダイオードアレイ検出522に おいて強い信号を生ずる。同じようにして放射線18は別の半分の放射線11よ りも短い進行距離を有し、再結合した放射線11゜18はこれらは位相がずれて いるので中間の強さの信号を生ずる・このように再結合した放射線は焦束レンズ 21を透過して伝えられ、ホトダイオードアレイ検出器22においてその種々の 位置で受け止められる再結合した放射線13と20.19と12.18と11に ついて表示される。これらの放射線が記録される間、無数の再結合した放射線が ホトダイオードアレイ検出器22に打ち運転中において、ホトダイオードアレイ 検出器22による読み取りは焦点23におけるサンプルなしに行われ、それから サンプルが焦点23に拝入され、読み取りが行われる。焦点23におけるサンプ ルなしの読み取りとサンプルありの読み取りとの間の比率が伝達スペクトルを生 ずる。4000個あるいはそれ以上の種マイケルソン干渉針の違憲の鏡が前後に 移動され悪場合よりも、種々の非常に沢山の情報が迅速にかつ非常に安価に得ら れる。傾斜fi17が紙面に対して直角に位置されておらず、大きな面積の二次 元ホトダイオードアレイ検出器が採用される場合、更に磨くの情報が得られる。(The slope of line 17 is exaggerated for illustration purposes; the actual radiation 1819.20 is shown here. When they return to the beam splinter 15, the angles are shifted, but the magnitude of the shift is is much smaller than the radiation diffusion, so the interference fringes are unaffected. The collimating collimation lens 14 is aligned with the path coming from the beam splinter 15. The route is shown as returning by the same route. ) Therefore, the recombination of the radiations 13 and 20 means that the recombined radiations 13.20 are Proceeding to iode array detection 522 produces a medium strength signal. Each reflector The ray 12.19 whose distance is exactly the same until it returns to the beam splitter and ri 15 is at the position The phase matched and recombined radiation 12.19 is sent to photodiode array detection 522. produces a strong signal. In the same way, radiation 18 is the other half of radiation 11. The recombined radiation 11°18 has a shorter traveling distance than the other one, and these are out of phase. ・This recombined radiation is passed through a focusing lens. 21 and the various Recombined radiation received at positions 13 and 20.19 and 12.18 and 11 will be displayed. While these radiations are recorded, countless recombined radiations When the photodiode array detector 22 is in operation, the photodiode array Readings by the detector 22 are taken without the sample at the focal point 23 and then A sample is introduced into the focal point 23 and a reading is taken. Sump at focus 23 The ratio between the readings without the sample and the readings with the sample produces the transfer spectrum. Cheating. Unconstitutional mirrors of 4,000 or more seed Michelson interference needles front and back Much more information can be obtained quickly and much more cheaply than if it were to be moved. It will be done. The inclination fi17 is not located perpendicular to the plane of the paper, and a large area of secondary If the original photodiode array detector is employed, further refinement information can be obtained.

二次元検出器は256 個の要素を持った連木の市販品を利用できる。A commercially available two-dimensional detector with 256 elements is available.

可動鏡がないので、普通のマイケルソン干渉計に関係した問題はすべてVX消さ れる。滑らかな垂直の再生可能な運動をl・要とするあらゆる電子および機械部 品は全く不要である。実験的fjH点からもっとi!要なことには、完全なスペ クトルを得るために必要な時間が、干渉計より、も検出器によって決定され、こ れにより完全なスペクトルが即時に利用できる0本発明によるマイケルソン干渉 計の変形例は可動部品を有していないので、実質的に振動の問題は無くなり、厳 しい環境における用途に通用できる。Because there is no movable mirror, all the problems associated with ordinary Michelson interferometers are eliminated with VX. It will be done. All electronic and mechanical parts requiring smooth vertical reproducible movement Items are not required at all. More i! from the experimental fjH point! Importantly, complete space The time required to obtain the vector is determined by the detector rather than by the interferometer; Michelson interference according to the present invention allows the complete spectrum to be immediately available. Since the meter variant has no moving parts, vibration problems are virtually eliminated and severe Can be used in new environments.

ホトダイオードアレイを間隔を隔てて固定した検出器であるので写現性が保証さ れる。言い換えればホトダイオードアレイは常に同じ場所で干渉をサンプリング する。また普通の干渉計において一般的であるように電子フィルタで発生された 信号に作用する次元はない。Since the detector has photodiode arrays fixed at intervals, image reproducibility is guaranteed. It will be done. In other words, the photodiode array always samples the interference at the same location. do. Also, as is common in ordinary interferometers, the There are no dimensions that act on the signal.

るマイケルソン干渉計に関して詳細に述べたが、上述した干#縞発生器は、ヤン グ二重スリント装置、ロイド鏡、フレネルバイブリズムおよびビレットスプリン トレンズで置き換えることもでき、これらの装置は1924年rlacMill an & Cos+pany+London Q行の丁bo*as Prest oa著の°丁he Th@ory of Light’に記載され、これらはす べて適当な検出によって干渉縞を発生できる。The above-mentioned dry #fringe generator has been described in detail regarding the Michelson interferometer. Double slint device, Lloyd speculum, Fresnel vibrism and billet splint These devices can also be replaced by Torrens, the 1924 rlacMill an & Cos+pany+London Q line's Dingbo*as Prest These are all described in ``°Dhe Th@ory of Light'' written by oa. Interference fringes can be generated by appropriate detection.

更に分光計によって研究されるスペクトル範囲は、適当な干渉縞を発生できる検 出器アレイを変更することにより容品に変更できる9例えばX線に5応するダイ オードアレイが?1ilJlに利用でき、本発明のXuA分光計はこのX線検出 器と共にヤングニスリット装置を利用する。Furthermore, the spectral range studied by a spectrometer is limited to a detector capable of generating suitable interference fringes. For example, a die that responds to X-rays can be converted into a container by changing the output array. Audrey? The XuA spectrometer of the present invention can be used for this X-ray detection. Use a Young Nislit device with a container.

以上最良の実施例について説明したが、本発明の技術思想および請求の範囲を逸 脱することなしに種々に変更できることは勿論r5際v4査報告Although the best embodiment has been described above, It goes without saying that various changes can be made without breaking the R5 v4 inspection report.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.放射源、この放射源から静的な干渉縞を形成する手段、およびこの干渉縞を 受けるマルチプルアレイ検出器から成っていることを特徴とする干渉分光計。1. a radiation source, a means for forming a static interference pattern from this radiation source, and a means for forming a static interference pattern from this radiation source; 1. An interferometry spectrometer comprising a multiple array detector receiving a signal. 2.干渉縞を形放する手段がヤングニ重スリット装置であることを特徴とする請 求の範囲第1項記載の干渉分光計。2. The claim is characterized in that the means for releasing the interference fringes is a Young double slit device. The interferometry spectrometer according to claim 1. 3.干渉縞を形成する手段がロイド鏡装置であることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の干渉分光計。3. Claim 1, wherein the means for forming interference fringes is a Lloyd mirror device. Interferometry spectrometer according to item 1. 4.干渉縞を形成する手段がフレネルバイプリズムであることを特徴とする請求 の範囲第1項記載の干渉分光計。4. Claim characterized in that the means for forming interference fringes is a Fresnel biprism. The interferometry spectrometer according to item 1. 5.干渉縞を形成する手段がビレットスプリットレンズであることを特徴とする 請求の範囲第1項記載の干渉分光計。5. The means for forming interference fringes is a billet split lens. An interferometric spectrometer according to claim 1. 6.鏡で反射できる放射線の電磁式放射源、この放射線が透過されるコリメーシ ョンレンズ、前記放射線を第1の部分と第2の部分とに分けるビームスプリッタ 、前記放射線の主要経路に対して直角に位置され前記第1の放射線部分を前記ビ ームスプリッタに反射する固定鏡、前記放射線の経路に対して直角に位置されて おらず前記第2の放射線部分を前記ビームスプリッタに反射し、それにより再結 合した放射線が干渉縞を形成する傾斜鏡、前記放射線の干渉縞が透過される焦束 レンズ、および前記干渉縞を受けるマルチプルホトダイオードアレイ検出器から 成っていることを特徴とする干渉分光計。6. an electromagnetic source of radiation that can be reflected by a mirror; a collimator through which this radiation is transmitted; a beam splitter that divides the radiation into a first portion and a second portion; , the first radiation portion located perpendicularly to the main path of the radiation; a fixed mirror reflecting to the beam splitter, positioned at right angles to the path of said radiation; without reflecting the second radiation portion onto the beam splitter, thereby recombining it. an inclined mirror through which the combined radiation forms interference fringes; a focal point through which the interference fringes of said radiation are transmitted; lens, and a multiple photodiode array detector that receives the interference fringes. An interferometric spectrometer characterized by: 7.電磁式放射源が可視光線、紫外線および赤外線を含む放射線を発生すること を特徴とする請求の範囲第6項記載の干渉分光計。7. Electromagnetic radiation sources produce radiation that includes visible, ultraviolet, and infrared radiation. The interferometry spectrometer according to claim 6, characterized in that: 8.固定鏡および傾斜鏡が同じ平面に対して直角に位置されていることを特徴と する請求の範囲第6項記載の干渉分光計。8. characterized in that the fixed mirror and the tilting mirror are located at right angles to the same plane. An interferometric spectrometer according to claim 6. 9.傾斜鏡が固定鏡と同じ平面に対して直角に位置されていないことを特徴とす る請求の範囲第6項記載の干渉分光計。9. characterized in that the tilting mirror is not located at right angles to the same plane as the fixed mirror An interferometric spectrometer according to claim 6.
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