JPH08145793A - 分光器の波長校正方法 - Google Patents

分光器の波長校正方法

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JPH08145793A
JPH08145793A JP29091194A JP29091194A JPH08145793A JP H08145793 A JPH08145793 A JP H08145793A JP 29091194 A JP29091194 A JP 29091194A JP 29091194 A JP29091194 A JP 29091194A JP H08145793 A JPH08145793 A JP H08145793A
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JP
Japan
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wavelength
diffraction grating
spectroscope
equation
center
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JP29091194A
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English (en)
Inventor
Shigeru Matsui
松井  繁
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】分光器の組立て調整において、回折格子へのサ
インバーの取り付け角度とサインバーの長さの調整が不
十分であっても、高い波長正確さの得られる波長校正方
法を提供する。 【構成】使用波長領域中の三以上の基準波長で分光器の
波長目盛りと真の波長との波長誤差を検出する手段を備
え、波長をλ、回折格子22の格子定数をd、コリメー
ティングミラー21の中心と回折格子22の中心を結ぶ
直線と、回折格子22の中心とカメラミラー23の中心
を結ぶ直線のなす角度の1/2の角度をαとしたときに
数9の波長誤差関数ε(λ)を求め、波長校正を行う。 【数9】ε(λ)=A+Bλ+C√(4d2cos2α−λ2)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は分光器の波長校正方法に
係り、特に、サインバーと送りねじの組み合わせにより
波長直線送りをするツェルニターナマウント方式の回折
格子分光器の波長校正方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在最も一般的に用いられている分光器
は、「分光の基礎と方法」(工藤 恵栄著,オーム社
(1985))pp.405〜413に記載のように、平面または凹面
の回折格子を波長分散素子に用い、パルスモータなどの
回折格子駆動素子の回転角と出射スリットから取り出さ
れる光の波長とが比例するよう、サインバー送りにより
回折格子の回転が制御されている。
【0003】この構成の分光器において、送りねじ,ナ
ット,レバー,回折格子が十分高い精度で製作され、相
互の位置関係も正しく調整されていれば、使用する波長
範囲にただ一つの基準波長を設け、送りねじ上のどの位
置にナットがある時に基準波長の光が出射スリットから
取出されるかを計測すれば、その位置を基準として送り
ねじをどれだけ回転すれば所望の波長が得られるかが一
義的に決定でき、波長校正が可能である。
【0004】従来、上記方式の分光器では一般に分光器
の波長目盛りと真の波長との誤差が十分に小さくなるま
で回折格子へのサインバーの取り付け角度とサインバー
の長さを調整していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術による方
法では、必要な波長正確さが得られるまで、調整作業を
行う必要があり、高い波長正確さを必要とする場合には
作業時間が長くかかり、装置の製造コストが高くなる欠
点があった。
【0006】本発明の目的は、分光器の波長目盛りと真
の波長との誤差が十分に小さくなるまで調整されていな
い分光器でも、高い波長正確さの得られる分光器の波長
校正方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、使用波長領域中の三以上の基準波長で
分光器の波長目盛りと真の波長との波長誤差を検出する
手段を備え、波長をλ、回折格子の格子定数をd、コリ
メーティングミラーの中心と回折格子の中心を結ぶ直線
と、回折格子の中心とカメラミラーの中心を結ぶ直線の
なす角度の1/2の角度をαとしたときに数2で表され
る、波長誤差関数ε(λ)中のA,B,Cの各係数を決定
し、その波長誤差関数により波長校正を行う。
【0008】
【数2】 ε(λ)=A+Bλ+C√(4d2cos2α−λ2) …(数1)
【0009】
【作用】上記の波長校正方法によれば、回折格子へのサ
インバーの取り付け角度とサインバーの長さの調整が不
十分であっても、任意の波長における波長誤差を予測で
きるため、その波長誤差分の補正を施すことで高い波長
正確さが得られる。
【0010】
【実施例】図1に本発明の一実施例として、本発明の波
長校正方法によって波長校正を行う、高周波誘導プラズ
マ発光分光分析装置の例を示す。
【0011】プラズマトーチ1にはガス制御部2により
Arガスが流される。プラズマトーチ1上縁部周囲には
高周波誘導コイル3が巻かれており、高周波電源4から
高周波電力が印加されることにより、誘導結合形プラズ
マ5を生じる。また、プラズマトーチ1には試料導入部
6により試料溶液7が供給され、プラズマ5中に吹き込
まれる。プラズマ5中は高温になっており、この中で試
料溶液7は分解し、含まれている元素が各元素毎の特有
の波長を有する発光線を生じる。
【0012】これらの発光は、分光器8により分光さ
れ、所定の元素に対応する特定波長の発光線の発光強度
が光電子増倍管9により電気信号として取り出される。
この電気信号はアナログ−デジタル変換器10でデジタ
ル量に変換されて、データ処理装置11に取り込まれ
る。データ処理装置11は、予めこの測定対象元素につ
いて試料濃度と発光強度の間の関係式を記憶しており、
取り込まれた発光強度から関係式を用いて試料溶液7中
での元素の濃度を算出し、濃度表示部12に表示する。
【0013】分光器8において所定の元素に対応する特
定波長の発光線のみを取り出す際、各元素からの発光線
の半値幅は一般に0.005nm 以下と狭く、また一つ
の元素が複数の発光線を生じるため、試料が複数の元素
を含む場合には、非常に多くの発光線が互いに近接して
現れる。そこで分光器8には高い波長分解が要求される
と共に、これらの発光線の中から所定の元素の発光線を
誤りなく取り出すために、高い波長正確さが必要とされ
る。
【0014】本実施例の分光器8は図2のように構成さ
れている。入射スリット20,コリメーティングミラー
21,平面回折格子22,カメラミラー23,出射スリ
ット24はツェルニターナマウントに配置されている。
入射スリット20から入った被測定光はコリメーティン
グミラー21で平行光束にされた後、平面回折格子22
に入射する。回折格子22からの回折光はカメラミラー
23により出射スリット24位置に結像する。
【0015】回折格子22をパルスモータ25によって
回転させることにより、出射スリット24を通過する光
の波長を変化させることができる。パルスモータ25の
回転は、送りねじ26に伝えられ、送りねじ26が回転
すると、その上に取り付けられたナット27が送りねじ
26上で移動する。サインバー28の一端は回折格子2
2の回転中心に固定されており、他端はナット27の側
面に沿ってしゅう動するように、ばね29でナット27
に押しつけられている。回折格子22は、サインバー2
8を介して、ナット27の移動に伴って回転する。ナッ
ト27には遮光板30が取り付けられ、ナット27が移
動して出射スリット24から取り出される光の波長が、
水銀の主要な発光線である、253.652nm となる
ときに、遮光板30によって信号変化が得られるように
予めホトインタラプタ31の位置が調整されて配置して
ある。これにより、ナット27の基準位置を簡単に検知
することができる。これらの機構は、出射スリット24
から取り出される光の波長が、パルスモータ25の回転
角に比例して変化するように設計されたものである。本
実施例ではパルスモータ25を1パルスだけ回転させる
とΔλだけ波長が変化するよう設計されている。
【0016】分光器8は基準波長光源として低圧水銀ラ
ンプ32を内蔵しており、切替え機構33により低圧水
銀ランプ32からの発光を、被測定光に替えて入射スリ
ット20から入れてやることができる。切替え機構33
は、データ処理装置11の指令により動作する。データ
処理装置11は、試料溶液7の測定を始める前に、波長
校正を行う。本実施例においてデータ処理装置11の行
う波長校正の手順を図3に示す。以下に、その手順を説
明する。
【0017】まず、切替え機構33を動作させて低圧水
銀ランプの発光が分光器8に入射するようにする。次に
パルスモータ25を動かし、遮光板29によってホトイ
ンラプタ31の信号が変化する位置で停止させる。この
時に出射スリットから取り出される光の波長は概略25
3.652nm である。
【0018】次に光電子増倍管9から得られる発光強度
信号を見ながら、パルスモータ25を時計方向または半
時計方向に回転させて、信号が最大となるところで停止
させる。この位置が、パルスモータ25が1ステップで
進む単位波長の精度の範囲において、低圧水銀ランプの
253.652nm の正確な位置である。このときに波
長駆動パルスカウンタの内容を0にリセットする。
【0019】前述のカウンタは、パルスモータ25を波
長が増える方向に回転させたときには回転させたパルス
数分がその内容に自動的に加算され、逆にパルスモータ
25を波長が減る方向に回転させたときには回転させた
パルス数分だけその内容から自動的に減算されるよう構
成されている。すなわち、ある時点におけるカウンタの
内容は、その時点で出射スリット24から取り出されて
いる光の波長と1対1に対応している。前述のように本
実施例では1パルスでΔλだけ波長が進むので、カウン
タの内容をMとするとき、数3により得られるλ′が分
光器8の波長指示値となる。
【0020】
【数3】 λ′=M×Δλ+253.652 …(数3) 本実施例では使用波長範囲を175〜780nmの範囲
とし、この範囲において低圧水銀ランプの発光線のう
ち、253.652nm,404.656nm,546.
074nmの3本を基準波長として設定してある。次に
これらの基準波長における波長指示値と実波長値の間の
波長誤差を計測する。λ1=253.652 ,λ2=404.
656 ,λ3=546.074 とし、253.652n
m の位置を基準としてどれだけパルスモータ25を回
転させれば、波長指示値としてこれらの波長を得ること
ができるかは、数3を変形して得られる数4によりM′
i(i=1,2,..,N)として求められる。
【0021】
【数4】 M′i=(λi−253.652)/Δλ …(数4) まずパルスモータ25を現在の停止位置からM′1だけ
回転させる。光電子増倍管9から得られる発光強度信号
を見ながら、パルスモータ25を回転させ、信号が最大
となるところを見つける。この位置で出射スリット24
から得られる実波長値がλ1である。λ1と、この時に
カウンタの内容から数3に従って得られる波長指示値λ
1′との差λ1′−λ1が、λ1における波長誤差とな
る。この値をε1とする。
【0022】以下、同様の処理をλ2,λ3に対して繰
返す。これにより、各基準波長における波長誤差が、ε
1,ε2,ε3に得られる。次に数2において、d,α
は既知の定数であるから、次の三元一次連立方程式を解
くことにより、A,B,Cの各係数を求めることがで
き、使用波長範囲の任意の波長における波長誤差を推定
する波長誤差関数が得られる。
【0023】
【数5】 ε1=A+Bλ1+C√(4d2cos2α−λ1) ε2=A+Bλ2+C√(4d2cos2α−λ22) …(数
5) ε3=A+Bλ3+C√(4d2cos2α−λ32) このようにして得られた波長誤差関数を用いることによ
り、使用波長範囲の任意の波長における波長誤差を推定
することができる。これにより次の手順に従って、分光
器の実波長を任意の波長λに設定することができる。
【0024】(1)実波長がλとなるときの分光器8の
波長指示値λ′の推定値は、波長誤差関数により次式の
ように与えられる。
【0025】
【数6】 λ′−λ=ε(λ) …(数6) 数6を変形して、
【0026】
【数7】 λ′=λ+ε(λ) …(数7) が得られる。
【0027】(2)波長指示値と、253.652nm
を基準としたときの波長駆動パルスカウンタの内容の対
応は、数1で与えられるので、数7で示される波長指示
値λ′へ波長を送るためには、波長駆動パルスカウンタ
の内容が次式から求まるM′となるまで、パルスモータ
25を回転させればよい。
【0028】
【数8】 M′=(λ′−253.652)/Δλ …(数8) このようにして、誤差関数ε(λ)を用いることによ
り、分光器の実波長を任意の波長λに設定することがで
きる。
【0029】上記の波長校正方法によれば、波長誤差関
数によって波長の校正ができるので、本実施例の高周波
誘導結合プラズマ発光分光分析装置では、サインバー2
8の長さや、サインバー28の回折格子22への取り付
け角度が十分な精度で調整されていなくても、高い波長
正確さを得ることができる。
【0030】
【発明の効果】本発明では、使用波長領域中の三以上の
基準波長で検知した波長誤差から決定される波長誤差関
数により、任意の波長における波長誤差を予測でき、そ
の波長誤差分の補正を施すことで、回折格子へのサイン
バーの取り付け角度とサインバーの長さの調整が不十分
な分光器においても高い波長正確さが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の波長校正方法により波長校正を行う高
周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置の一実施例ブロ
ック図。
【図2】図1の実施例に係る高周波誘導結合プラズマ発
光分光分析装置の分光器部分の説明図。
【符号の説明】
9…光電子増倍管、20…入射スリット、21…コリメ
ーティングミラー、22…平面回折格子、23…カメラ
ミラー、24…出射スリット、25…パルスモータ、2
6…送りねじ、27…ナット、28…サインバー、29
…ばね、30…遮光板、31…ホトインタラプタ、32
…低圧水銀ランプ、33…切替え機構。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入射スリットとコリメーティングミラーと
    平面回折格子とカメラミラーと出射スリットとを備え、
    それらの素子がツェルニターナマウントで配置され、送
    りねじとサインバーの組み合わせにより回折格子を回転
    させる分光器において、使用波長領域中の三以上の基準
    波長で分光器の波長目盛りと真の波長との波長誤差を検
    出する手段を備え、波長をλ、前記回折格子の格子定数
    をd、前記コリメーティングミラーの中心と前記回折格
    子の中心を結ぶ直線と、前記回折格子の中心と前記カメ
    ラミラーの中心を結ぶ直線のなす角度の1/2の角度を
    αとしたときに数1で表される波長誤差関数ε(λ)中の
    A,B,Cの各係数を決定し、その波長誤差関数により
    波長校正を行うことを特徴とする分光器の波長校正方
    法。 【数1】 ε(λ)=A+Bλ+C√(4d2cos2α−λ2) …(数1)
JP29091194A 1994-11-25 1994-11-25 分光器の波長校正方法 Pending JPH08145793A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107490433A (zh) * 2017-04-13 2017-12-19 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种基于光栅光谱仪的光谱定标方法及光栅光谱仪

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107490433A (zh) * 2017-04-13 2017-12-19 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种基于光栅光谱仪的光谱定标方法及光栅光谱仪

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