JPH0584451B2 - - Google Patents
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- JPH0584451B2 JPH0584451B2 JP85145664A JP14566485A JPH0584451B2 JP H0584451 B2 JPH0584451 B2 JP H0584451B2 JP 85145664 A JP85145664 A JP 85145664A JP 14566485 A JP14566485 A JP 14566485A JP H0584451 B2 JPH0584451 B2 JP H0584451B2
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- G—PHYSICS
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- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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- G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
- G01J3/1809—Echelle gratings
-
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- G01J3/0208—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using focussing or collimating elements, e.g. lenses or mirrors; performing aberration correction
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- G01J2003/1828—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating with order sorter or prefilter
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、中でも原子発光スペクトル分析学に
おいてモノクロメータ操作方式においても、また
ポリクロメータ操作方式においても使用されるス
ペクトル装置用の光学系に関する。前者において
は複数のスペクトル線が同時に評価され、そして
後者では試料物質の全スペクトルの連続的な順次
的測定（Registration）が行なわれる。
おいてモノクロメータ操作方式においても、また
ポリクロメータ操作方式においても使用されるス
ペクトル装置用の光学系に関する。前者において
は複数のスペクトル線が同時に評価され、そして
後者では試料物質の全スペクトルの連続的な順次
的測定（Registration）が行なわれる。
従来の技術
分析の作業に基づいて、スペクトロメータはし
ばしば下記の条件を満たす必要がある。すなわ
ち、可能な最も低い解像度での操作、伝送される
べき可能な最も低い光出力、著しく広いスペクト
ル範囲がカバーできること、およびスペクトロメ
ータ自身の可能な最低の価格とともにその可能な
最小の構造寸法と言つた条件である。
ばしば下記の条件を満たす必要がある。すなわ
ち、可能な最も低い解像度での操作、伝送される
べき可能な最も低い光出力、著しく広いスペクト
ル範囲がカバーできること、およびスペクトロメ
ータ自身の可能な最低の価格とともにその可能な
最小の構造寸法と言つた条件である。
必要な格子面積は伝送されるべき可能な最低光
出力（光伝導度値λ）によつて決定される。格子
の寸法が固定されているときは可能な最小偏軸角
度（Off−axial angle）はコリメータ反射鏡の焦
点距離およびカメラ反射鏡の焦点距離が小さくな
つて結像収差が増大するときには維持することが
できない。一方、可能な最小構造寸法は、実質的
に各収差に対して補正されるスペクトロメータの
デザインを要求する。このような条件のもとで考
えたときには公知の各光学装置はその結像収差の
補正、特にコーマや非点収差に対して適切な条件
を与えない。
出力（光伝導度値λ）によつて決定される。格子
の寸法が固定されているときは可能な最小偏軸角
度（Off−axial angle）はコリメータ反射鏡の焦
点距離およびカメラ反射鏡の焦点距離が小さくな
つて結像収差が増大するときには維持することが
できない。一方、可能な最小構造寸法は、実質的
に各収差に対して補正されるスペクトロメータの
デザインを要求する。このような条件のもとで考
えたときには公知の各光学装置はその結像収差の
補正、特にコーマや非点収差に対して適切な条件
を与えない。
米国特許第4183668号公報は非点収差を補正す
る方法を記載しており、これはその格子を入口ス
リツトの変位によつて得られる発散輻射線により
照明するものである。この技術手段はコーマの、
Czerny−Turner装置における補償のための
Readerに従う条件〔JOSA，９（1969）1189〕
に反しているために不利である。非点収差および
コーマを個別に、すなわち互いに独立に補償する
ことはできないであろう。これらの収差の補償は
用いた各種構成部材の間の種々の距離および結果
として得られる装置が嵩張り、かつ高価なものと
してしまうような種々の角度が必要となつてしま
う。しばしば生ずるスペクトロメータでの作業の
煩瑣を解決するために、分析と共に連続的な測定
を同時に行なうことができるような種々のスペク
トル装置を必要とする。この同時的分析は特に分
析のルーチン作業における試料物質の量と測定時
間とをかなり減少させる。その連続的な順次的測
定の方式は選んだ同時的操作チヤンネルに無関係
に全ての個別のスペクトル要素の検討、或いは輻
射全スペクトルまたはその一部の検討を可能とす
る。エシエルスペクトロメータが特にこれらの目
的を実現するための光学系として適しており、と
言うのは広いスペクトル範囲の全ての測定光が比
較的高い効率および解像度でそのエシエレツト格
子において狭い角度範囲内で回折されるからであ
る。モノクロメータ装置においては輻射線のただ
一つの光路だけが各種収差に対して充分に補正さ
れ、それによつて複数のスペクトル線を広いスペ
クトル範囲内で同時に測定することは不可能であ
る。ポリクロメータ、例えばPaschen−Rungeに
従う凹面格子装置はそれらが作り出す広いスペク
トル範囲のために追加的にモノクロメータの態様
で用いることはできない。両方の測定操作が要求
されるときは二つの別々なスペクトロメータを採
用するか、またはスペクトロメータの本質的な
種々の特性を代えなければならない。この後者は
ベツクマンコーポレーシヨンの、エシエレツト格
子とプリズムとを互いに交差させた配置で用いる
「スペクトロスパンＶ」のエシエル式スペクトロ
メータがこれに該当する。このスペクトロメータ
の出力部において試料物質から生じた全てのスペ
クトルが平らに拡がつた配置で存在している。こ
のスペクトロメータと光電子増倍装置のカウジン
グとの間に配置されている交換可能なカセツト系
が試料の同時的且つ順序的な分析を許容してい
る。この装置をポリクロメータとして操作し、そ
して試料物質を同時的に分析するときにはこの試
料の輻射スペクトルを焦点面内に作り出し、その
背後に配置されているカセツトにはその前面の各
輻射線のそれぞれの位置のところに多数の出口ス
リツトが設けられている。カセツトはその内部に
それぞれ出口スリツトに対応する偏向光学系を含
んでおり、これらの光学系がその光を対応する光
電子増倍装置に指向させ、これらの光電子増倍装
置は変位不可能に配置されている。モノクロメー
タ操作のために特別なカセツトが設けられてい
て、これはその正面の中央に可変の出口スリツト
を有している。その格子／プリズムの組合せを傾
斜させることによつて如何なる所望の分析スペク
トル線も駆動系を用いてこの出口スリツトにセツ
トすることができる。この出口スリツトに続いて
一つの光電子増倍装置が設けられている。このス
ペクトロメータの本質的でしかも不都合な点は二
つの光学部材を動かす必要があることは別として
も、その操作モードをポリクロメータからモノク
ロメータに変えるときにカセツトを取り換えねば
ならない点である。その上に、これらのカセツト
は分析プログラムをポリクロメート操作モードに
変えるべきときには取り換えなければならない。
上述の操作方式がこのスペクトロメータを高価な
ものにしている。
る方法を記載しており、これはその格子を入口ス
リツトの変位によつて得られる発散輻射線により
照明するものである。この技術手段はコーマの、
Czerny−Turner装置における補償のための
Readerに従う条件〔JOSA，９（1969）1189〕
に反しているために不利である。非点収差および
コーマを個別に、すなわち互いに独立に補償する
ことはできないであろう。これらの収差の補償は
用いた各種構成部材の間の種々の距離および結果
として得られる装置が嵩張り、かつ高価なものと
してしまうような種々の角度が必要となつてしま
う。しばしば生ずるスペクトロメータでの作業の
煩瑣を解決するために、分析と共に連続的な測定
を同時に行なうことができるような種々のスペク
トル装置を必要とする。この同時的分析は特に分
析のルーチン作業における試料物質の量と測定時
間とをかなり減少させる。その連続的な順次的測
定の方式は選んだ同時的操作チヤンネルに無関係
に全ての個別のスペクトル要素の検討、或いは輻
射全スペクトルまたはその一部の検討を可能とす
る。エシエルスペクトロメータが特にこれらの目
的を実現するための光学系として適しており、と
言うのは広いスペクトル範囲の全ての測定光が比
較的高い効率および解像度でそのエシエレツト格
子において狭い角度範囲内で回折されるからであ
る。モノクロメータ装置においては輻射線のただ
一つの光路だけが各種収差に対して充分に補正さ
れ、それによつて複数のスペクトル線を広いスペ
クトル範囲内で同時に測定することは不可能であ
る。ポリクロメータ、例えばPaschen−Rungeに
従う凹面格子装置はそれらが作り出す広いスペク
トル範囲のために追加的にモノクロメータの態様
で用いることはできない。両方の測定操作が要求
されるときは二つの別々なスペクトロメータを採
用するか、またはスペクトロメータの本質的な
種々の特性を代えなければならない。この後者は
ベツクマンコーポレーシヨンの、エシエレツト格
子とプリズムとを互いに交差させた配置で用いる
「スペクトロスパンＶ」のエシエル式スペクトロ
メータがこれに該当する。このスペクトロメータ
の出力部において試料物質から生じた全てのスペ
クトルが平らに拡がつた配置で存在している。こ
のスペクトロメータと光電子増倍装置のカウジン
グとの間に配置されている交換可能なカセツト系
が試料の同時的且つ順序的な分析を許容してい
る。この装置をポリクロメータとして操作し、そ
して試料物質を同時的に分析するときにはこの試
料の輻射スペクトルを焦点面内に作り出し、その
背後に配置されているカセツトにはその前面の各
輻射線のそれぞれの位置のところに多数の出口ス
リツトが設けられている。カセツトはその内部に
それぞれ出口スリツトに対応する偏向光学系を含
んでおり、これらの光学系がその光を対応する光
電子増倍装置に指向させ、これらの光電子増倍装
置は変位不可能に配置されている。モノクロメー
タ操作のために特別なカセツトが設けられてい
て、これはその正面の中央に可変の出口スリツト
を有している。その格子／プリズムの組合せを傾
斜させることによつて如何なる所望の分析スペク
トル線も駆動系を用いてこの出口スリツトにセツ
トすることができる。この出口スリツトに続いて
一つの光電子増倍装置が設けられている。このス
ペクトロメータの本質的でしかも不都合な点は二
つの光学部材を動かす必要があることは別として
も、その操作モードをポリクロメータからモノク
ロメータに変えるときにカセツトを取り換えねば
ならない点である。その上に、これらのカセツト
は分析プログラムをポリクロメート操作モードに
変えるべきときには取り換えなければならない。
上述の操作方式がこのスペクトロメータを高価な
ものにしている。
発明が解決しようとする問題点
本発明の目的の一つは上述の各欠点を除くこと
である。
である。
本発明のもう一つの目的は、各種の収差、中で
も非点収差およびコーマを互いに独立的に補正す
ることを許容するようなスペクトル装置を提供す
ることである。
も非点収差およびコーマを互いに独立的に補正す
ることを許容するようなスペクトル装置を提供す
ることである。
本発明の更にもう一つの目的は、その光学装置
を本質的に変える必要なく、同時的操作モードお
よび連続的な順次的操作モードの両方に用いるこ
とができるようなコンパクトな装置によつてそれ
ら各種収差の可能な最良の補正を得るようにする
ことである。
を本質的に変える必要なく、同時的操作モードお
よび連続的な順次的操作モードの両方に用いるこ
とができるようなコンパクトな装置によつてそれ
ら各種収差の可能な最良の補正を得るようにする
ことである。
発明の構成
問題点を解決するための手段
本発明に従えば、光入射開口と、コリメータ光
学部材と、分散用部材と、カメラ光学系と、焦点
面と、およびこの中に各スペクトル要素を選択し
てこれを検出装置へ伝送するための各部材とを包
含するスペクトル装置の光学系が提供される。本
発明によればコリメータ光学部材およびカメラ光
学系は共にその頂点が分散用部材に対して等しい
距離にあるような球面状の凹面反射鏡であつて上
記分散用部材の分散面内に配置されている。その
コリメータ光学部材のところおよびカメラ光学系
のところで反射された各中央光線束はその分散用
部材の分散面に対して直角な各反射面中に伝えら
れる。光線入射開口は光路に対して実質的に直角
な二つのスリツトよりなり、そしてそれらは球欠
面状および子午線状に入射開口を制限するような
順に配置されている。この球欠面状および子午線
状のスリツトの映像は焦点面において一致する。
学部材と、分散用部材と、カメラ光学系と、焦点
面と、およびこの中に各スペクトル要素を選択し
てこれを検出装置へ伝送するための各部材とを包
含するスペクトル装置の光学系が提供される。本
発明によればコリメータ光学部材およびカメラ光
学系は共にその頂点が分散用部材に対して等しい
距離にあるような球面状の凹面反射鏡であつて上
記分散用部材の分散面内に配置されている。その
コリメータ光学部材のところおよびカメラ光学系
のところで反射された各中央光線束はその分散用
部材の分散面に対して直角な各反射面中に伝えら
れる。光線入射開口は光路に対して実質的に直角
な二つのスリツトよりなり、そしてそれらは球欠
面状および子午線状に入射開口を制限するような
順に配置されている。この球欠面状および子午線
状のスリツトの映像は焦点面において一致する。
上記入射開口と焦点面の中心とは分散用光学部
材の分散面に対して等しい距離のところに、それ
ぞれ反対側に設けられている。
材の分散面に対して等しい距離のところに、それ
ぞれ反対側に設けられている。
子午線状に制限するスリツトはコリメータ反射
鏡に対して rt＝（１／２）・Rcosθ ……(1) の距離を有している。球欠面状に制限するスリツ
トはこのコリメータ反射鏡に対して rs＝（１／２）・Rcosθ・［（cosα／cosβ）2／
〔（cosα／cosβ）2）・cos2θ−sin2θ〕］ ……(2) （但し上式においてＲはコリメータ反射鏡およ
びカメラ反射鏡の半径であり、θは中央光線束の
入射線と反射線との間の角度であり、αは入射角
であつてβは分散用光学部材のところの分散角で
ある）で表わされる距離を有している。
鏡に対して rt＝（１／２）・Rcosθ ……(1) の距離を有している。球欠面状に制限するスリツ
トはこのコリメータ反射鏡に対して rs＝（１／２）・Rcosθ・［（cosα／cosβ）2／
〔（cosα／cosβ）2）・cos2θ−sin2θ〕］ ……(2) （但し上式においてＲはコリメータ反射鏡およ
びカメラ反射鏡の半径であり、θは中央光線束の
入射線と反射線との間の角度であり、αは入射角
であつてβは分散用光学部材のところの分散角で
ある）で表わされる距離を有している。
各光学部材を上述したように配置することによ
つて、各中心光線束が各反射鏡で反射される面に
対して直角にその分散用部材のアナモルフイツク
な拡大が得られる。入射スリツトはコリメータ反
射鏡の子午面内焦点位置に配置されており、言い
換えればrt＝（１／２）・Rcosθの距離においてコ
ーマの補償が得られる。このコーマ収差は最早入
射角αに依存せず、また回折格子を分散部材とし
て用いるときにはこの格子のところの回折角βに
依存しない。
つて、各中心光線束が各反射鏡で反射される面に
対して直角にその分散用部材のアナモルフイツク
な拡大が得られる。入射スリツトはコリメータ反
射鏡の子午面内焦点位置に配置されており、言い
換えればrt＝（１／２）・Rcosθの距離においてコ
ーマの補償が得られる。このコーマ収差は最早入
射角αに依存せず、また回折格子を分散部材とし
て用いるときにはこの格子のところの回折角βに
依存しない。
入射スリツトの子午面的像と球欠面的像とが焦
点面内で一致したときには非点収差が除かれる。
これを達成するためには入射スリツトを二つの部
分スリツトに分解し、その際光線の入射線束を分
散方向に対して直角に制限する部分スリツトは補
償を達成するためにコリメータ反射鏡の子午面内
焦点位置に設けられている。次にその焦点合わせ
された像がカメラ反射鏡の接線方向焦点内で作り
出される〔rt＝（１／２）・Ｒ・cosθ〕。
点面内で一致したときには非点収差が除かれる。
これを達成するためには入射スリツトを二つの部
分スリツトに分解し、その際光線の入射線束を分
散方向に対して直角に制限する部分スリツトは補
償を達成するためにコリメータ反射鏡の子午面内
焦点位置に設けられている。次にその焦点合わせ
された像がカメラ反射鏡の接線方向焦点内で作り
出される〔rt＝（１／２）・Ｒ・cosθ〕。
同じ位置において球欠面的像を形成するため
に、入射光線束を分散方向に制限するもう一つの
部分スリツトを光軸に沿つて変位させる。その対
応する距離はrsで与えられる。
に、入射光線束を分散方向に制限するもう一つの
部分スリツトを光軸に沿つて変位させる。その対
応する距離はrsで与えられる。
このような条件のもとでコーマおよび非点収差
に対して補正された焦点面内に像が作り出され
る。これによつて各反射鏡のところでの偏軸角を
最小限にすることが許容され、またそれら構成部
材の最小の構造寸法が許容する限り格子のところ
における入射角αと回折角βとの間の角度差を最
小にすることが許容される。このようにして最小
の所要空間を有するコンパクトな装置が得られ、
そしてこれはコーマおよび非点収差の各収差が互
いに独立にその焦点面上の１点に置いて補正され
ているものである。
に対して補正された焦点面内に像が作り出され
る。これによつて各反射鏡のところでの偏軸角を
最小限にすることが許容され、またそれら構成部
材の最小の構造寸法が許容する限り格子のところ
における入射角αと回折角βとの間の角度差を最
小にすることが許容される。このようにして最小
の所要空間を有するコンパクトな装置が得られ、
そしてこれはコーマおよび非点収差の各収差が互
いに独立にその焦点面上の１点に置いて補正され
ているものである。
本発明に従う各構成部材の配置は、エシエレツ
ト格子、面格子または分散プリズム或いは更にエ
シエレツト格子と分散プリズムとを交差させた構
造で使用するのに適している。後者の場合には分
散用プリズムは好ましくは分散用プリズムを２度
通過する光路内でエシエレツト格子に隣り合つて
配置するのがよい。
ト格子、面格子または分散プリズム或いは更にエ
シエレツト格子と分散プリズムとを交差させた構
造で使用するのに適している。後者の場合には分
散用プリズムは好ましくは分散用プリズムを２度
通過する光路内でエシエレツト格子に隣り合つて
配置するのがよい。
プリズムとエシエレツト格子とを交差させた構
造でポリクロメータモードおよびモノクロメータ
モードで作動できるようにするためにカメラ反射
鏡はその光軸に対してそれぞれ直角な二つの軸の
回りに回転できるように設けられている。ポリク
ロメータ操作モードのために用いられ且つその焦
点面全体にわたつて実質的に一様に分布配置され
ている、各スペクトル要素の選択および伝送のた
めの検出手段は少なくとも部分的に（その数に関
して）モノクロメータ操作モードに用いられる。
以上に記述したこの光学装置の特別な結像特性に
よつて、カメラ反射鏡の僅かな回転により全装置
の結像能の無視できる程の低下においてその焦点
面内のスペクトル位置の変化が許容される。上述
した二つの軸の回りで特定的な回転させることに
よつて、全スペクトルからの全てのスペクトル要
素を光伝送手段、例えば光ケーブルの入口面上に
結像させることができる。この入口面は焦点面内
に、および焦点面に対して狭い距離を置いて設け
られている。
造でポリクロメータモードおよびモノクロメータ
モードで作動できるようにするためにカメラ反射
鏡はその光軸に対してそれぞれ直角な二つの軸の
回りに回転できるように設けられている。ポリク
ロメータ操作モードのために用いられ且つその焦
点面全体にわたつて実質的に一様に分布配置され
ている、各スペクトル要素の選択および伝送のた
めの検出手段は少なくとも部分的に（その数に関
して）モノクロメータ操作モードに用いられる。
以上に記述したこの光学装置の特別な結像特性に
よつて、カメラ反射鏡の僅かな回転により全装置
の結像能の無視できる程の低下においてその焦点
面内のスペクトル位置の変化が許容される。上述
した二つの軸の回りで特定的な回転させることに
よつて、全スペクトルからの全てのスペクトル要
素を光伝送手段、例えば光ケーブルの入口面上に
結像させることができる。この入口面は焦点面内
に、および焦点面に対して狭い距離を置いて設け
られている。
ポリクロメータ操作モードに適しており、且つ
それぞれのスペクトル要素を検出するためにその
焦点面の全体にわたつて実質的に均等に分布して
いる最小数の光伝導部材を選ぶことにより、カメ
ラ反射鏡が必要な解像度を達成するのに許容され
る角度範囲内で特定的に回動させることができる
ようになつている検出装置によつて全スペクトル
を連続的に測定する。モノクロメータ操作モード
における順次的チヤンネルの数は、ポリクロメー
タ操作モードとしてのポリクロメータ内の同時的
チヤンネルの数と等しいのが有利である。実際の
利用における或る種の場合に、モノクロメータ操
作モードのために全ての同時的チヤンネルを使用
してカメラ反射鏡のほんの僅かな変位しか必要と
しないようにすることも可能である。各別個の検
出装置へのそれら光伝導部材の組み合わせは任意
に選ぶことができ、そしてコンピユータで制御さ
れる。スペクトロメータの焦点面に焦束されたス
ペクトルは、相互に直交し、かつ反射鏡の光軸に
直交する２つの軸でカメラ反射鏡を回転させるこ
とによつて検出装置で測定できる。モノクロメー
タ操作モードにおけるこの方法によりポリクロメ
ータ操作モードにおける全スペクトルが隣接する
ポリクロメータチヤンネル（光伝導部材）にて測
定できる。
それぞれのスペクトル要素を検出するためにその
焦点面の全体にわたつて実質的に均等に分布して
いる最小数の光伝導部材を選ぶことにより、カメ
ラ反射鏡が必要な解像度を達成するのに許容され
る角度範囲内で特定的に回動させることができる
ようになつている検出装置によつて全スペクトル
を連続的に測定する。モノクロメータ操作モード
における順次的チヤンネルの数は、ポリクロメー
タ操作モードとしてのポリクロメータ内の同時的
チヤンネルの数と等しいのが有利である。実際の
利用における或る種の場合に、モノクロメータ操
作モードのために全ての同時的チヤンネルを使用
してカメラ反射鏡のほんの僅かな変位しか必要と
しないようにすることも可能である。各別個の検
出装置へのそれら光伝導部材の組み合わせは任意
に選ぶことができ、そしてコンピユータで制御さ
れる。スペクトロメータの焦点面に焦束されたス
ペクトルは、相互に直交し、かつ反射鏡の光軸に
直交する２つの軸でカメラ反射鏡を回転させるこ
とによつて検出装置で測定できる。モノクロメー
タ操作モードにおけるこの方法によりポリクロメ
ータ操作モードにおける全スペクトルが隣接する
ポリクロメータチヤンネル（光伝導部材）にて測
定できる。
カメラ反射鏡が２つの軸で回転できる他の長所
は、スペクトルサイズにおけるいかなる歪み無し
にポリクロメート操作モードにおいて全スペクト
ルの走査が可能であることです。
は、スペクトルサイズにおけるいかなる歪み無し
にポリクロメート操作モードにおいて全スペクト
ルの走査が可能であることです。
このような方法で全ポリクロメータチヤンネル
の回りの20スリツト幅以上の領域に対応するスペ
クトル間隔をスペクトル背景の決定と同時に測定
できる。
の回りの20スリツト幅以上の領域に対応するスペ
クトル間隔をスペクトル背景の決定と同時に測定
できる。
さらに、このカメラ反射鏡の回転により、スペ
クトルの熱によるドリフト又はスペクトロメータ
の機械的歪みの補正が可能である。これは測定ラ
ンプ、スペクトロメータの焦点面に少なくとも一
個の装置からなる測定チヤンネルを使用すること
で容易に実現できる。
クトルの熱によるドリフト又はスペクトロメータ
の機械的歪みの補正が可能である。これは測定ラ
ンプ、スペクトロメータの焦点面に少なくとも一
個の装置からなる測定チヤンネルを使用すること
で容易に実現できる。
モノクロメータモードにおいてその分散用部材
の少なくともその幾つかの部分が調節可能であつ
てまたその焦点面が実質的にその中心に出射スリ
ツトを有しているように操作することも可能であ
る。
の少なくともその幾つかの部分が調節可能であつ
てまたその焦点面が実質的にその中心に出射スリ
ツトを有しているように操作することも可能であ
る。
エシエレツト格子を使用するときには、各格子
溝に対して平行な一つの軸の回りに配置される。
このことはまた、面格子を分散部材として用いる
ときにも該当する。
溝に対して平行な一つの軸の回りに配置される。
このことはまた、面格子を分散部材として用いる
ときにも該当する。
次数分割用の分散プリズムがエシエレツト格子
に加えて必要であるときには回転的運動に加えて
或る傾動軸の回りでの傾動が、その回転軸に対し
て直角でエシエレツト格子の分散面内に延びてい
る軸の回りで必要となる。分散プリズムの場合に
はこのものの回転軸は分散プリズムの分散面に対
して直角である。
に加えて必要であるときには回転的運動に加えて
或る傾動軸の回りでの傾動が、その回転軸に対し
て直角でエシエレツト格子の分散面内に延びてい
る軸の回りで必要となる。分散プリズムの場合に
はこのものの回転軸は分散プリズムの分散面に対
して直角である。
実施例
以下本発明の理解をより容易にするために添付
の図面を参照して更に詳細に説明するが、これら
の図面は本発明の１具体例を図式的に例示するも
のである。
の図面を参照して更に詳細に説明するが、これら
の図面は本発明の１具体例を図式的に例示するも
のである。
第１図においてスペクトル装置のための光学装
置は、例えば米国特許第4328614号公報に開示さ
れているような分析試料物質を励起するための励
起源である光源１と、水平スリツト２と、上記光
源１から発せられ光線束９内に実質的に配置され
ている垂直スリツト３と、および曲率半径R1並
びに頂点Ｂを有する球状コリメータ凹面反射鏡４
とからなつている。光軸ｘ−ｘを定める光線束９
は反射鏡４の凹面反射面の上に指向されており、
この物体側焦点は垂直スリツト３および水平スリ
ツト２の少なくとも近傍にあり、これらスリツト
は共にこの装置の入射開口をなすものであつてそ
れぞれその開口の子午面状および球欠面状の制限
をもたらすのに用いられる。これも凹面反射鏡で
あるカメラ反射鏡５は頂点Ｄと曲率半径R2とを
有している。このカメラ反射鏡５および上記コリ
メータ反射鏡４は狭い間隔で隣合つて配置されて
おり、そしてともにエシエレツト格子６に対して
等距離に位置しており、このエシエレツト格子の
表面は中心Ｃを有している。より詳細に説明する
ならば、図において鎖線で示した共通線上に存在
しているそれら頂点ＢおよびＤは上記中心Ｃに対
して等しい距離のところに存在している。この表
面には一定配向の効果的構造が設けられている。
本発明に従えば、上記の各曲率半径はR1＝R2＝
Ｒの条件を満足するものである。
置は、例えば米国特許第4328614号公報に開示さ
れているような分析試料物質を励起するための励
起源である光源１と、水平スリツト２と、上記光
源１から発せられ光線束９内に実質的に配置され
ている垂直スリツト３と、および曲率半径R1並
びに頂点Ｂを有する球状コリメータ凹面反射鏡４
とからなつている。光軸ｘ−ｘを定める光線束９
は反射鏡４の凹面反射面の上に指向されており、
この物体側焦点は垂直スリツト３および水平スリ
ツト２の少なくとも近傍にあり、これらスリツト
は共にこの装置の入射開口をなすものであつてそ
れぞれその開口の子午面状および球欠面状の制限
をもたらすのに用いられる。これも凹面反射鏡で
あるカメラ反射鏡５は頂点Ｄと曲率半径R2とを
有している。このカメラ反射鏡５および上記コリ
メータ反射鏡４は狭い間隔で隣合つて配置されて
おり、そしてともにエシエレツト格子６に対して
等距離に位置しており、このエシエレツト格子の
表面は中心Ｃを有している。より詳細に説明する
ならば、図において鎖線で示した共通線上に存在
しているそれら頂点ＢおよびＤは上記中心Ｃに対
して等しい距離のところに存在している。この表
面には一定配向の効果的構造が設けられている。
本発明に従えば、上記の各曲率半径はR1＝R2＝
Ｒの条件を満足するものである。
反射鏡５は反射鏡５の光軸（図示していない）
に対して直角でありかつ相互に直角な軸ａ，a′内
で回転可能に設けられている。これら軸ａおよび
a′は共に歯車手段（図示されていない）を介して
各ステツプモータ（図示されていない）に連結さ
れており、これらステツプモータの運動はコンピ
ユータ手段（図示されていない）によつて制御さ
れている。光線束のコリメータ反射鏡並びにカメ
ラ反射鏡とエシエレツト格子６との間の光路内に
分散プリズム７がエシエレツト格子６に隣接して
配置されている。
に対して直角でありかつ相互に直角な軸ａ，a′内
で回転可能に設けられている。これら軸ａおよび
a′は共に歯車手段（図示されていない）を介して
各ステツプモータ（図示されていない）に連結さ
れており、これらステツプモータの運動はコンピ
ユータ手段（図示されていない）によつて制御さ
れている。光線束のコリメータ反射鏡並びにカメ
ラ反射鏡とエシエレツト格子６との間の光路内に
分散プリズム７がエシエレツト格子６に隣接して
配置されている。
光軸ｘ−ｘは反射鏡４のところで第１回の屈折
がされた後に、プリズム７の一側面８の第１入射
点P1、第１出射点P2エシエレツト格子６からの
戻り光路を経た後でプリズム７の他方の側面上の
第２入射点P3そして更に第２出射点P4に向う。
光路1および4が主分散面を画定し、これ
はエシエレツト格子６の各溝線６１の方向に対し
て直角である。分散プリズム７はエシエレツト格
子６と分散プリズム７との間で光路2および
P3Ｃによつて決定される主分散面PDPを作出す
る。
がされた後に、プリズム７の一側面８の第１入射
点P1、第１出射点P2エシエレツト格子６からの
戻り光路を経た後でプリズム７の他方の側面上の
第２入射点P3そして更に第２出射点P4に向う。
光路1および4が主分散面を画定し、これ
はエシエレツト格子６の各溝線６１の方向に対し
て直角である。分散プリズム７はエシエレツト格
子６と分散プリズム７との間で光路2および
P3Ｃによつて決定される主分散面PDPを作出す
る。
光軸ｘ−ｘはカメラ反射鏡の頂点Ｄで再び折曲
げられ、この折曲げられた部分はx1−x1で示され
ており、これの回りに実質的にその光学系の結像
焦点面内に複数個の出口スリツト（図示されてい
ない）を有している焦点面８が位置している。こ
の焦点面８は中心Ｅを有し、この中心は主分散面
PDPからの距離が入射スリツト２の中心Ａのこ
の分散面PDPまでの距離と等しい距離を隔てて
いる。操作に際しては光源１が光軸に沿つて光線
束９を放射し、そして球欠面状の収差を補正する
役目をする入口スリツト２を通過し、次いで子午
面内の収差を補正する入口スリツト３を通過す
る。
げられ、この折曲げられた部分はx1−x1で示され
ており、これの回りに実質的にその光学系の結像
焦点面内に複数個の出口スリツト（図示されてい
ない）を有している焦点面８が位置している。こ
の焦点面８は中心Ｅを有し、この中心は主分散面
PDPからの距離が入射スリツト２の中心Ａのこ
の分散面PDPまでの距離と等しい距離を隔てて
いる。操作に際しては光源１が光軸に沿つて光線
束９を放射し、そして球欠面状の収差を補正する
役目をする入口スリツト２を通過し、次いで子午
面内の収差を補正する入口スリツト３を通過す
る。
これはスリツト３がrt＝（１／２）・Ｒ・cosθの
条件を満足し、言い換えればスリツト３がコリメ
ータ反射鏡からrtの距離を隔てたところに配置さ
れていることによつて可能である。スリツト２は
コリメータ反射鏡から rs＝（１／２）・Ｒ・cosθ［（cosα／cosβ）2／
〔（cosα／cosβ）2・cos2θ−sin2θ〕 で表わされる距離だけ隔てている。
条件を満足し、言い換えればスリツト３がコリメ
ータ反射鏡からrtの距離を隔てたところに配置さ
れていることによつて可能である。スリツト２は
コリメータ反射鏡から rs＝（１／２）・Ｒ・cosθ［（cosα／cosβ）2／
〔（cosα／cosβ）2・cos2θ−sin2θ〕 で表わされる距離だけ隔てている。
光線束９はコリメータ反射鏡４に入射し、ここ
でこれはＢのところで反射されて光束１０として
進行して分散プリズム７に達する。これら光束９
および１０は互いにθ1の角度をなす。光束１０は
プリズム７の１側面にP1のところから入射し、
そしてこのプリズムのP2のところから出て格子
の上に入射角αでＣのところに入射する。その光
束は格子６のところで回折されて回折光束１１と
して回折角βの角度で引き返し、そしてプリズム
７へ戻り、これをP3およびP4の点で通過する。
光束１０はプリズム７を通過したときに既に回折
を受けており、これは主分散面PDPに対して実
質的に直角方向にもたらされるけれども簡単のた
めに図にはその中心光束９，１０，１１，１２だ
けを示してある。言い換えるならば光束１１によ
つて伝送された光はスペクトル的に二つのデイメ
ンジヨンに分解されていて、以下においてアリア
ル像と記述する像が焦点面８に得られる。この光
束１１はカメラ反射鏡５の頂点Ｄのところで反射
され、そしてこの反射光束は１２で示されてい
る。これら光束１１および１２のなす角度はθ2で
あり、これはθ1に等しい。この反射光束１２は焦
点面８の上に入射してここで二つの次元に拡がる
スペクトルを作り出す。
でこれはＢのところで反射されて光束１０として
進行して分散プリズム７に達する。これら光束９
および１０は互いにθ1の角度をなす。光束１０は
プリズム７の１側面にP1のところから入射し、
そしてこのプリズムのP2のところから出て格子
の上に入射角αでＣのところに入射する。その光
束は格子６のところで回折されて回折光束１１と
して回折角βの角度で引き返し、そしてプリズム
７へ戻り、これをP3およびP4の点で通過する。
光束１０はプリズム７を通過したときに既に回折
を受けており、これは主分散面PDPに対して実
質的に直角方向にもたらされるけれども簡単のた
めに図にはその中心光束９，１０，１１，１２だ
けを示してある。言い換えるならば光束１１によ
つて伝送された光はスペクトル的に二つのデイメ
ンジヨンに分解されていて、以下においてアリア
ル像と記述する像が焦点面８に得られる。この光
束１１はカメラ反射鏡５の頂点Ｄのところで反射
され、そしてこの反射光束は１２で示されてい
る。これら光束１１および１２のなす角度はθ2で
あり、これはθ1に等しい。この反射光束１２は焦
点面８の上に入射してここで二つの次元に拡がる
スペクトルを作り出す。
この実施例に従う装置は次の諸元を有してい
る： R1＝R2＝1002mm ＝506.25mm 1＝4＝473mm 2＝CP 3＝67mm θ1＝θ2＝7.46゜ α＝68.23゜ β＝60.33゜ 各光束９と１０および１１と１２がそれぞれの
反射平面（図示されていない）を画定するがこれ
らは主分散面PDPに対してそれぞれ直角である。
る： R1＝R2＝1002mm ＝506.25mm 1＝4＝473mm 2＝CP 3＝67mm θ1＝θ2＝7.46゜ α＝68.23゜ β＝60.33゜ 各光束９と１０および１１と１２がそれぞれの
反射平面（図示されていない）を画定するがこれ
らは主分散面PDPに対してそれぞれ直角である。
焦点面８は次のように評価される。
評価されるべき各スペクトル情報が存在してい
るところに多数のスリツトを設けたスリツトマス
ク（図示されていない）が焦点面８に対して狭い
間隔を置いて且つこの面に実質的に平行に設けら
れており、それに後続して光伝導部材を備えた填
め込み装置が設けられていてこれら伝導部材が各
スペクトル情報を光検出装置に伝送する。光伝導
部材の各入口面の配置は第２図に示されており、
これは上記填め込み装置の正面を示している。図
に示されている各点は第１図に示すエシエレツト
格子およびプリズム７によつて作り出された多数
の元素の主分析線を示すものであり、そして対応
する元素名で示してある。
るところに多数のスリツトを設けたスリツトマス
ク（図示されていない）が焦点面８に対して狭い
間隔を置いて且つこの面に実質的に平行に設けら
れており、それに後続して光伝導部材を備えた填
め込み装置が設けられていてこれら伝導部材が各
スペクトル情報を光検出装置に伝送する。光伝導
部材の各入口面の配置は第２図に示されており、
これは上記填め込み装置の正面を示している。図
に示されている各点は第１図に示すエシエレツト
格子およびプリズム７によつて作り出された多数
の元素の主分析線を示すものであり、そして対応
する元素名で示してある。
本発明に従う装置をモノクロメータモードで操
作するときは、光伝導性部材が全ての数のポリク
ロメータチヤンネルから選び出されて検出装置
（図示されていない）に結合される。
作するときは、光伝導性部材が全ての数のポリク
ロメータチヤンネルから選び出されて検出装置
（図示されていない）に結合される。
選び出された光伝導性部材が全スペクトルにわ
たつて均一に分布しているならば有利である。
たつて均一に分布しているならば有利である。
選ばれる光伝導性部材の数は設けられる検出器
の数によつて制限される。
の数によつて制限される。
全スペクトルのそれぞれのスペクトル要素の較
正は最も近くに存在するモノクロメータチヤンネ
ルによつてカメラ反射鏡５を軸ａおよび／または
a′の回りに回転させることにより実施することが
できる。例えば第２図において水銀の線
Hg194.227nmはZnチヤンネルを介して
Zn202.551nmによつて較正される。このような測
定は結像品質の低下を伴わない。
正は最も近くに存在するモノクロメータチヤンネ
ルによつてカメラ反射鏡５を軸ａおよび／または
a′の回りに回転させることにより実施することが
できる。例えば第２図において水銀の線
Hg194.227nmはZnチヤンネルを介して
Zn202.551nmによつて較正される。このような測
定は結像品質の低下を伴わない。
これに対して較正をマグネシウムのモノクロメ
ータチヤンネル、Mg279.553nmによつて行なう
ときは収差に基づいてそのスペクトル線の等分幅
（halve width）の重大な増大が含まれることに
なろう。光伝導性部材をその光検出装置に結合さ
せるために幾つかの変位手段が設けられており、
これらはコンピユータ手段によつて制御される。
ータチヤンネル、Mg279.553nmによつて行なう
ときは収差に基づいてそのスペクトル線の等分幅
（halve width）の重大な増大が含まれることに
なろう。光伝導性部材をその光検出装置に結合さ
せるために幾つかの変位手段が設けられており、
これらはコンピユータ手段によつて制御される。
本発明は上記の具体例のみに限定されるもので
はない。即ちエシエレツト格子として示した分散
格子６の代りに面格子をも使用することができ
る。しかしながらまた格子６の代りに分散プリズ
ムを使用することも可能である。焦点面８内の各
スペクトル線の分布はカメラ反射鏡５の変位によ
つてのみ達成できると言うものではない。このカ
メラ反射鏡を非変位的に設けて格子６を対応する
手段によつて格子溝６１と平行に延びる軸x2−x2
の回りに僅かに回動させることも可能である。更
にそれに加えて格子６をその面内で枢軸６２の回
りに回動させることも図に両先矢印６３で示す方
向に行なうことが可能である。
はない。即ちエシエレツト格子として示した分散
格子６の代りに面格子をも使用することができ
る。しかしながらまた格子６の代りに分散プリズ
ムを使用することも可能である。焦点面８内の各
スペクトル線の分布はカメラ反射鏡５の変位によ
つてのみ達成できると言うものではない。このカ
メラ反射鏡を非変位的に設けて格子６を対応する
手段によつて格子溝６１と平行に延びる軸x2−x2
の回りに僅かに回動させることも可能である。更
にそれに加えて格子６をその面内で枢軸６２の回
りに回動させることも図に両先矢印６３で示す方
向に行なうことが可能である。
なおまたプリズム７を垂直軸６４のまわりに僅
かに回動させることも可能である。
かに回動させることも可能である。
第１図は本発明に従う光学装置を説明する図式
図であり、第２図は焦点面内の検出部材の内容を
示す。 １……光源、２，３……スリツト、４……コリ
メータ反射鏡、５……カメラ反射鏡、６……格
子、７……プリズム、８……焦点面、９，１０，
１１，１２……光線束。
図であり、第２図は焦点面内の検出部材の内容を
示す。 １……光源、２，３……スリツト、４……コリ
メータ反射鏡、５……カメラ反射鏡、６……格
子、７……プリズム、８……焦点面、９，１０，
１１，１２……光線束。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 分散構造を有する表面および上記表面と上記
分散構造の主軸方向とに対して直角な分散面とを
備えた分散部材と、 第１頂点および第１曲率半径Ｒを有するコリメ
ータ反射鏡と、 第２頂点および第２曲率半径Ｒを有する凹面の
カメラ反射鏡と、 但し上記コリメータ反射鏡および上記カメラ反
射鏡は上記分散部材から離れてかつ隣り合つて配
置されており、上記第１および第２頂点は上記分
散面内に位置しており、そして上記第１曲率半径
Ｒおよび上記第２曲率半径Ｒは等しく、 光線束を第１光軸に沿つて放射するための励起
用光源と、 但し上記光源は上記分散面の一方側に上記分散
部材の近傍に配置されており、 その際上記第１光軸は上記光源と上記第１頂点
とを結ぶものであり、上記コリメータ反射鏡は上
記光線束から反射光束を作り出してこれを上記分
散部材へ指向させ、そして上記反射光束と上記光
線束とは第１角度θをなして第１反射平面を画定
し、 上記光源の近傍に上記第１光軸を取巻いて配置
された開口と、 但し上記開口は水平スリツトと垂直スリツトと
から構成されており、上記水平スリツトは上記コ
リメータ反射鏡に対して第１の距離rsを有し、そ
して上記垂直スリツトは上記コリメータ反射鏡に
対して第２の距離rtを有し、 上記分散部材の近傍において上記分散面の他方
の側に配置された焦点面と、 但し上記焦点面は一つの中心を有し、この中心
と上記開口とは上記分散面に対して実質的に等距
離の位置にあり、 および上記焦点面の上記中心と上記第２頂点と
を結ぶ第２光軸とを包含し、 但し上記分散部材は上記反射光束から分散され
た光束を作り出してこれを上記カメラ反射鏡へ指
向させるのに用いられ、上記第２光軸と上記分散
された光束とは第２角度θをなして第２反射平面
を画定し、上記第１および第２角度θは等しく、
上記第１および第２反射平面は上記分散面に対し
て実質的に直角であり、上記反射光束は上記分散
部材へ入射するときに或る入射点を形成し、そし
て上記反射光束と上記入射点において上記分散部
材の上記表面の上に立てた垂線とは角度αをな
し、且つ上記分散された光束と上記垂線とは角度
βをなしていることよりなり、上記垂直スリツト
が上記光線束を子午面内に制限するのに、また上
記水平スリツトが上記光線束を球欠面内に制限す
るのに用いられ、そして上記第１距離rsが rs＝（１／２）・Ｒ・cosθ・［〔（cosα／cosβ）
２〕／〔｛（cosα／cosβ）2・cos2θ−sin2θ｝〕］ であつて、上記第２距離が rt＝（１／２）・Ｒ・cosθ であるスペクトル分析装置用の光学系。 ２ 分散部材がエシエレツト格子である、特許請
求の範囲第１項記載の光学系。 ３ 第１分散プリズムがその分散部材と上記コリ
メータ反射鏡並びにカメラ反射鏡との間で上記反
射光束並びに上記分散された光束の中に挿入さ
れ、そしてこの分散プリズムの分散面が上記分散
部材の上記分散面に対して実質的に直角である、
特許請求の範囲第２項記載の光学系。 ４ 分散部材が面格子である、特許請求の範囲第
１項記載の光学系。 ５ 分散部材の第２分散プリズムである、特許請
求の範囲第１項記載の光学系。 ６ 上記カメラ反射鏡が、相互に直角でかつ光軸
に対して直角な各軸の回りに回転するように設け
られている、特許請求の範囲第２項記載の光学
系。 ７ 上記カメラ反射鏡が相互に直角でかつ光軸に
対して直角な各軸の回りに回転するように設けら
れている、特許請求の範囲第３項記載の光学系。 ８ スペクトル要素を選択して伝送するための手
段が焦点面の全体に一様に分布してこの面内に配
置されている、特許請求の範囲第６項又は第７項
記載の光学系。 ９ 分散部材をモノクロメータ操作方式のために
その入射する反射光束に対して相対的に変位させ
ることができ、そして実質的に上記焦点面の上記
中心に出口スリツトが設けられている、特許請求
の範囲第１項記載の光学系。 １０ 上記分散部材が、上記分散構造の主軸方向
に対して実質的に平行な軸の回りに回転可能であ
る、特許請求の範囲第２項記載の光学系。 １１ 上記分散部材が、上記分散構造の主軸方向
に対して実質的に平行な軸の回りに回転可能であ
る、特許請求の範囲第９項記載の光学系。 １２ 上記エシエレツト格子が、上記分散構造の
主軸方向に対して実質的に平行な軸の回りに回転
可能であつて、且つ上記の中に、上記エシエレツ
ト格子を上記表面によつて画定される平面内で回
動させるためのピボツト手段が上記表面に対して
直角に設けられている、特許請求の範囲第３項記
載の光学系。 １３ 上記面格子がこれを回転させるために、上
記分散構造の主軸方向に実質的に平行な回転軸を
有している、特許請求の範囲第４項記載の光学
系。 １４ 上記第２分散プリズムがその分散面に対し
て直角な軸の回りに回転可能である、特許請求の
範囲第５項記載の光学系。
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|---|---|---|---|
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