JP2011164014A - Polychromator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポリクロメータ形分光器に関し、特には波長分解能を向上するための構成に関する。 The present invention relates to a polychromator-type spectrometer, and more particularly to a configuration for improving wavelength resolution.
ポリクロメータは、測定光を波長毎に回折格子(グレーティング)で分散し、この分散された各波長の光の像をアレイ検出器の検出面上に結像し、各波長の光の強度を同時に測定するように構成されている。ポリクロメータを構成する回折格子(波長分散手段)には、凹面回折格子と平面回折格子がある。凹面回折格子は、平面回折格子と異なり、凹面鏡などの結像素子を用いずに分光光学系を構成できる。 The polychromator disperses measurement light with a diffraction grating (grating) for each wavelength, forms an image of the dispersed light of each wavelength on the detection surface of the array detector, and simultaneously adjusts the intensity of light of each wavelength. It is configured to measure. The diffraction grating (wavelength dispersion means) constituting the polychromator includes a concave diffraction grating and a planar diffraction grating. Unlike a plane diffraction grating, a concave diffraction grating can constitute a spectroscopic optical system without using an imaging element such as a concave mirror.
測定光を波長毎に凹面回折格子で分散する形式のポリクロメータは、図2に示すとおり、測定光を導入する入口スリット1と、該導入された光を各波長毎に分散するとともに各波長の光の像を結像する凹面回折格子2と、該各波長の光を電気信号に変換し各波長の光の強度を同時に測定するアレイ検出器23で構成されている。
As shown in FIG. 2, the polychromator of the type in which the measurement light is dispersed by the concave diffraction grating for each wavelength, the entrance slit 1 for introducing the measurement light, the introduced light is dispersed for each wavelength and each wavelength is dispersed. A concave diffraction grating 2 that forms an image of light and an
アレイ検出器23は、平面状に光電変換素子を波長分散方向に配列した光電変換素子列23aと、光電変換素子列23aへの光の入射側に配設され透明で厚さが一定な平板状の透光板23bと、光電変換素子列23aと透光板23bとを支持するケースで構成されている。
The
ポリクロメータの波長校正法として次の方法が提案されている。モノクロメータから出射する単色光を校正しようとするポリクロメータに入射させ、モノクロメータの波長走査を行って、ポリクロメータの検出面を構成する光電変換素子の各単位素子毎にその単位素子の出力が最大となるモノクロメータの波長値を検出し、その単位素子の波長とする(特許文献1参照)。 The following methods have been proposed as wavelength calibration methods for polychromators. The monochromatic light emitted from the monochromator is incident on the polychromator to be calibrated, the wavelength of the monochromator is scanned, and the output of the unit element is output for each unit element of the photoelectric conversion element constituting the detection surface of the polychromator. The maximum wavelength value of the monochromator is detected and set as the wavelength of the unit element (see Patent Document 1).
ポリクロメータにおいては、図2に示すとおり、各波長の光の結像位置は、収差補正形回折格子を用いたとしても、必ずピントずれdが生起する。例えば、凹面回折格子2の溝本数を1286本/mm、凹面回折格子2の曲率半径を100mm、入射距離を70.7mm、入射角度を45°とし、550nmの光軸と光電変換素子列23aの受光面を直交させ、透光板23bが厚さ2mmのBK7ガラスで構成されている場合、550nmの光は受光面で結像するが、440nmの光は受光面の2.0mm手前、650nmの光は受光面の1.7mm手前で結像し、ピントずれdが生起する。
In the polychromator, as shown in FIG. 2, a focus shift d always occurs at the imaging position of light of each wavelength even if an aberration correction type diffraction grating is used. For example, assuming that the number of grooves of the
本発明は、測定光を導入する入口スリットと、前記導入された測定光を波長毎に分散させる波長分散手段と、前記波長分散手段により分散された光を検出面に入射させて、各波長毎の光の強度を同時に測定する平面状のアレイ検出器を備えたポリクロメータにおいて、前記波長分散手段により分散された光のそれぞれが、前記アレイ検出器の検出面上で結像するように前記アレイ検出器への光入射側に厚さを変化させた透光板を配設するものである。したがって透光板の厚い部分を透過した波長の光の結像位置は、屈折の影響で、薄い部分を透過した波長の光の結像位置より、波長分散手段から遠ざかる。 The present invention includes an entrance slit for introducing measurement light, wavelength dispersion means for dispersing the introduced measurement light for each wavelength, and making the light dispersed by the wavelength dispersion means incident on a detection surface, for each wavelength. In a polychromator having a planar array detector for simultaneously measuring the light intensity of the light, the array dispersed so that each of the light dispersed by the wavelength dispersion means forms an image on the detection surface of the array detector. A light-transmitting plate with a varying thickness is disposed on the light incident side to the detector. Therefore, the imaging position of the light having the wavelength transmitted through the thick part of the light transmitting plate is farther from the wavelength dispersion means than the imaging position of the light having the wavelength transmitted through the thin part due to the influence of refraction.
透光板の厚さを変化させることで、各波長の光の結像位置を光電変換素子列の受光面上とすることが可能であり、全波長域で波長分解能が良好なポリクロメータを供給可能である。 By changing the thickness of the translucent plate, it is possible to set the imaging position of light of each wavelength on the light receiving surface of the photoelectric conversion element array, and supply a polychromator with good wavelength resolution in all wavelength regions Is possible.
本発明の実施例によるポリクロメータは、測定光を導入する入口スリットと、導入された測定光を各波長毎に分散するとともに各波長毎に結像する凹面回折格子と、各波長毎に結像した光を電気信号に変換するアレイ検出器とで構成され、該アレイ検出器への光入射側に配設された透光板の厚さは波長分散方向で変化している。 A polychromator according to an embodiment of the present invention includes an entrance slit for introducing measurement light, a concave diffraction grating that disperses the introduced measurement light for each wavelength and forms an image for each wavelength, and forms an image for each wavelength. The thickness of the light transmitting plate arranged on the light incident side to the array detector changes in the wavelength dispersion direction.
本発明の実施例について図1を参照して説明する。図1は、本発明の実施例によるポリクロメータの概略構成を示す図である。本発明の実施例によるポリクロメータは、図1に示すとおり、測定光を導入する入口スリット1と、該導入された光を各波長毎に分散するとともに各波長の光の像を結像する凹面回折格子2と、該各波長の光を電気信号に変換し各波長の光の強度を同時に測定するアレイ検出器3で構成されている。本実施例の凹面回折格子2は、本件発明の波長分散手段に相当する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a polychromator according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a polychromator according to an embodiment of the present invention includes an entrance slit 1 for introducing measurement light, and a concave surface that disperses the introduced light for each wavelength and forms an image of light of each wavelength. It comprises a diffraction grating 2 and an
アレイ検出器3は、平面状に光電変換素子を波長分散方向に配列した光電変換素子列3aと、透光板3bと、光電変換素子列3aと透光板3bとを支持するケースで構成されている。透光板3bは、厚さが波長分散方向で変化する例えばBK7ガラスで構成される。
The
本発明は以上の構成であるから、凹面回折格子2を出射し結像する各波長毎の光は透光板3bを透過する際、屈折し結像位置が凹面回折格子2から遠ざかることはよく知られており、該遠ざかる長さは、透光板3bの厚さと屈折率に応じて長くなる。
Since the present invention has the above-described configuration, the light for each wavelength that is emitted from the concave diffraction grating 2 and forms an image is refracted when passing through the
例えば、凹面回折格子2の溝本数を1286本/mm、凹面回折格子2の曲率半径を100mm、入射距離を70.7mm、入射角度を45°とし、550nmの光軸と光電変換素子列3aの受光面を直交させ、550nm近傍の透光板3bの厚さを2mmとし、550nmの光が受光面に結像している場合、440nm近傍の透光板3bの厚さを7.9mm、650nm近傍の透光板3bの厚さを6.9mmとすることにより、440nmと650nmの光はともに受光面で結像する。
For example, assuming that the number of grooves of the
したがって、図2で示す従来のポリクロメータではピントずれdが生起するが、図1で示すとおり厚さが部分的に厚くなった透光板3bによりピントずれdは改善される。ピントずれdの解消により全波長域で波長分解能が良好なポリクロメータを供給可能である。
Therefore, although the focus shift d occurs in the conventional polychromator shown in FIG. 2, the focus shift d is improved by the
図に示す実施例においては、透光板3bはBK7ガラスで構成されているが、代わりに色ガラスフィルタや、蒸着膜の付いたガラスあるいはプラスチック等でもよい。また、透光板3bは3波長に対応して両端が厚い3段階構造となっているが、結像の状態によって、3波長より多くの波長に対応して厚さが多段階構造になることもある。また、実施例では、透光板3bはアレイ検出器3の窓板の機能を備えているが、平板ガラスで構成される窓板を備えたアレイ検出器の光入射側に厚さを変えたガラス板を配設する構成でもよい。
In the embodiment shown in the figure, the
なお、実施例においては、凹面回折格子2だけで波長の分散と結像を行い、凹面鏡などの結像素子を用いない形式のポリクロメータの説明をしたが、凹面鏡と凹面回折格子を組み合わせたモンクギリーソン形ポリクロメータ、あるいは凹面鏡と平面回折格子を組み合わせたツェルニターナ形ポリクロメータにおいても本発明は適用可能である。またプリズムその他入射した光を複数の光に分散させる機能を有する光学素子であれば本発明は適用可能である。上述のとおり本発明は図示例に限定されるものではなく種々の変形例を包含する。 In the embodiment, the description has been given of the polychromator that performs wavelength dispersion and image formation using only the concave diffraction grating 2 and does not use an imaging element such as a concave mirror. However, a monk that combines a concave mirror and a concave diffraction grating is described. The present invention can also be applied to a Gilleyson type polychromator or a Zellnitana type polychromator that combines a concave mirror and a planar diffraction grating. Further, the present invention is applicable to any optical element having a function of dispersing incident light into a plurality of lights such as a prism. As described above, the present invention is not limited to the illustrated examples and includes various modifications.
本発明は、ポリクロメータ形分光器に関し、特には波長分解能を向上するための構成に利用の可能性がある。 The present invention relates to a polychromator-type spectrometer, and in particular, may be used for a configuration for improving wavelength resolution.
1 入口スリット
2 凹面回折格子
3 アレイ検出器
3a 光電変換素子列
3b 透光板
23 アレイ検出器
23a 光電変換素子列
23b 透光板
d ピントずれ
1
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JP2010028769A JP2011164014A (en) | 2010-02-12 | 2010-02-12 | Polychromator |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015210234A (en) * | 2014-04-30 | 2015-11-24 | 株式会社島津製作所 | Polychromator, and analyzer including the same |
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2010
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