JPH11142240A

JPH11142240A - 分光装置

Info

Publication number: JPH11142240A
Application number: JP32395297A
Authority: JP
Inventors: Kanji Fujiwara; 幹治藤原; Takeshi Ikeda; 壮池田
Original assignee: Jasco Corp
Current assignee: Jasco Corp
Priority date: 1997-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】試料からの測定光を同時に広範囲な測定波長
範囲で計測したり、任意の異なる波長域を同時に測定す
ることができる分光装置を提供すること【構成】Ｘ方向とＹ方向に共に異なる位置に配置され
た複数のスリット１０ａ，１０ｂと、その複数のスリッ
トから入射された光を波長分散する回折格子１３を含む
光学系と、その光学系から出射される光を受光するＣＣ
Ｄ検出器１７とを備え、光検出器、受光面が二次平面の
ＣＣＤ検出器を用い、かつ前記光学系は、前記複数のス
リットからの各光が、前記受光面の異なる位置に受光す
るように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分光装置に関する
ものであり、より具体的には、光検出手段として、ＣＣ
Ｄ等の２次元マルチチャネル光検出素子（アレイ素子と
いう）を用いた分光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】よく知られているように、アレイ素子を
利用したいわゆるポリクロメータは、回折格子を回転さ
せる代わりに波長に応じて回折する光を空間的に配列し
たアレイ素子で検出する分光装置である。

【０００３】図１は、従来から一般的に用いられている
ポリクロメータの一例を示す要部構成図である。図にお
いて、ファイバ１から出射された光はコリメーティング
ミラー２で平行光束に変えられ、分散素子（ここでは回
折格子）３に入る。回折格子３を出た光はフォーカシン
グミラー４により集束されアレイ素子５上に照射され
る。この場合回折格子３を回転させないで固定しておく
と、入射光の波長に応じて回折角が変わり、アレイ素子
５に当たる光スポットの位置が変化（移動）する。従っ
て、光スポットの位置により、入射光の波長などを知る
ことができる。

【０００４】所望の波長分解能を確保しつつ測定波長範
囲を拡大できる分光装置としては、従来特開平８−２５
４４６４号公報に開示された装置がある。この公報に開
示された発明は、本発明の基礎となり得るものではない
が、入射口（スリット）を複数有するという点で共通す
る。

【０００５】すなわち、図２に示すように、複数のスリ
ット６，７を備え、スリット６からは波長域λ10±Δλ
の光が入り、スリット７からは波長域λ20±Δλの光が
入るようにしている。そして、各スリット６，７からの
光が、分散素子３から同じ回折角で出射するように相対
位置を調整する。これにより各スリット６，７からの光
を同一のアレイ素子５で受けることができ、所望の波長
分解能を確保しつつ測定波長範囲の拡大が図れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た公報に開示された装置では、アレイ素子５上の同一位
置に受光されるようになっているので、測定波長範囲が
拡大したものの、係る拡大した範囲を同時に測定するこ
とはできない。従って、測定波長範囲が拡大されたとい
っても厳密にいうと同一の試料から同時に出射された光
を計測することはできないと言う点では、図１に示した
従来からある装置と同様の問題を有している。

【０００７】また、異なる波長域でのスペクトルを測定
する場合において、スペクトル強度が異なることが多々
ある。係る場合に、従来の装置ではスペクトルに合わせ
て露光時間を調整したりする必要があり、係る点でも同
時に広い測定波長範囲を計測することは困難であった。

【０００８】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、試料からの測定光を同時に広範囲な測定波長範囲で
計測することができ、また、任意の異なる波長域を同時
に測定することができ、スペクトル強度が異なっても露
光時間を同一にすることのできる分光装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る分光装置では、Ｘ方向とそれに交
差するＹ方向の両方向に対して異ならせた位置に配置さ
れた複数の入射口と、その複数の入射口から入射された
光を波長分散する分散素子を含む光学系と、前記光学系
から出射される光を受光する光検出手段とを備えた。そ
して、前記光検出手段は、受光面が二次平面となり、か
つ前記光学系は、前記複数の入射口からの各光が、前記
受光面の異なる位置に受光するように構成した（請求項
１）。前記入射口は、スリット或いは光ファイバの出力
端とすることができる（請求項２）。また、前記入射口
の形成位置を変更可能としてもよい（請求項３）。

【００１０】本発明でいう、「Ｘ方向とＹ方向」は便宜
上定めた仮想座標系の軸を意味し、要は、１次元方向の
みでなく２次元方向に異なる位置に入射口を設ければよ
い。

【００１１】

【発明の実施の形態】図３は、本発明に係る分光装置の
好適な一実施の形態を示している。同図に示すように、
スリット板１０に形成された入射口となるスリットから
入射した光を、第１球面鏡１１にて反射させるととも
に、平行光束にし、その平行光束を分散素子である回折
格子１３に照射させて波長分散させ、その波長分散させ
た光を第２球面鏡１５に照射させて反射させるとともに
集光させ、２次元光検出器であるＣＣＤ検出器１７の受
光面上の所定位置に結像させるようにしている。係る基
本的な光学系は、従来から一般に用いられているものと
同様である。

【００１２】ここで本発明では、検出器として２次元検
出器を用いたのを第１の特徴としている。さらに、スリ
ット板１０に形成するスリットを複数個（本形態では２
個）設けている。しかも、その形成位置を図４に示すよ
うに、２つのスリット１０ａ，１０ｂは、そのスリット
幅（Ｘ方向）と、それに直交する方向（スリットの延び
る延びる方向：Ｙ方向）の両方ともずらした位置に形成
している。

【００１３】また、各スリット１０ａ，１０ｂから出射
された各光は、それぞれ第１球面鏡１１，回折格子１３
並びに第２球面鏡１５を経て波長分散されて、ＣＣＤ検
出器１７の異なる位置に、主断面に平行に分散波長域が
結像するように各光学部品の向きを調整している。そし
て、その異なる位置とは、図示するように波長分散され
る方向をＸ方向とした場合に、そのＸ方向と直交するＹ
方向に所定距離だけずれた位置（行）となる。つまり、
図示の例では上下方向にずれて結像される。

【００１４】係る構成にすると、ＣＣＤ検出器１７で
は、各行に受光された信号をそれぞれ分割して取り出せ
るため、図示したようにその分割した信号から各スリッ
ト１０ａ，１０ｂから入射された光のスペクトルを取得
できる。つまり、同時にスリット１０ａ，１０ｂから入
射された光は、同時にＣＣＤ検出器１７に受光され、検
出できる。

【００１５】従って本形態では、試料からの測定光を、
その途中で２つに分割し、それぞれを２つのスリット１
０ａ，１０ｂに導入することにより、同時に入射された
光をそれぞれＣＣＤ検出器１７にて同時に検出すること
ができる。よって、定量分析に優れている。

【００１６】また、各スリットからの光を波長分散して
得られる波長域が連続するように配置していれば、各検
出信号をつなぎ合わせることにより、１回の測定で同一
分解能で広い波長域の測定ができる。また、測定したい
波長域が離れていてその途中の波長域が不要な場合で
は、入射スリットの位置を当該必要な波長域に対応する
位置にすることにより、その必要な波長域のみを選択し
て検出することができる。そして、特筆すべきは、それ
ら連続する或いは非連続の複数の波長域を同時に測定す
ることができると言うことである。つまり、同時期に試
料から出射された測定光に基づいて測定することができ
るので、精度のよい真の値を測定することができる。

【００１７】一例として、シリカガラス中の水素濃度を
定量する場合を説明する。光ファイバや光学素子等に使
用されるシリカガラス中に、不純物としてＨ₂やＳｉ−
ＯＨの形で水素が存在し、係る混入する不純物によって
粘度や近赤外域での透過率が低下する。そこで、非破壊
でかつ比較的短時間で水素濃度を測定する必要があり、
係る測定は現在のところラマン分光のみにより行われて
いる。そして、係る測定は、図５（Ａ）に示すように４
１３０ｃｍ^-1付近に現れるＨ₂のピーク（矢印で示す）
と、同図（Ｂ）に示す内部標準としてのＳｉＯ₂の８０
０ｃｍ^-1付近に現れるピーク（矢印で示す）との強度比
（或いは面積比）を算出することにより行われる。

【００１８】そこで、従来では、波長域が異なるためそ
れぞれを別々に測定していた。従って、厳密にいうと、
同一の試料から出射された測定光ではないので、試料の
状態その他の原因により各回で出射された光が異なって
いるおそれがあるが、本形態では、スリット１０ａ，１
０ｂの位置を適宜に設定することにより、上記したＨ₂
とＳｉＯ₂の２つのピークを含む波長スペクトルを同時
に検出でき、正しい定量が行える。

【００１９】さらに、図５から明らかなように、２つの
ピークの強度が異なる。係る場合に両者を同一のレンジ
で計測しようとすると、一方のピークが精度よく抽出で
きないおそれがある。その場合に、各スリットに入射す
る光強度をスペクトル強度に応じて異ならせることによ
り、ＣＣＤの露光時間を同一にしつつ両波長に基づいて
得られる受信信号の強度をほぼ等しくすることができ
る。そして、受信信号の強度をほぼ等しくした場合で
も、スリット１０ａ，１０ｂへの入射光の光強度の比率
がわかっているので、実際のスペクトル強度を正しく演
算処理して求めることができる。

【００２０】そして、係る処理を行うための装置構成と
しては、例えば図６に示すようにすることができる。図
において符号２０が、ポリクロメータであり、図３に示
すスリット１０ａ，１０ｂや、２つの球面鏡及び凹面鏡
が配置されて構成される。そして、最終段のＣＣＤ検出
器１７に結像されて受光される。

【００２１】係る装置において、試料２２から出射され
た測定光をハーフミラー２３を用いて２つの光に分配す
る。この時、ハーフミラー２３の透過／反射率を１：１
ではなく、異ならせることにより、透過光と反射光の光
量を異ならすことができる。そして、その２つに分配さ
れた光を光ファイバ２５にて所定位置まで伝送し、レン
ズ２６用いて集光させることにより、ポリクロメータ２
０に入射され、波長分散されてＣＣＤ検出器１７に結像
される。

【００２２】さらに図示したように光ファイバを用いた
場合、スリットを用いることなく直接光ファイバから出
射された光を、スリットを設けることなくポリクロメー
タに入射させるようにしてもよい。係る場合、光ファイ
バの出力端が入射口となる。

【００２３】また、図示した形態では、光ファイバ２５
の出力端近傍にシャッター２８を設けている。すなわ
ち、ＣＣＤ検出器１７で光を検出するためには、一定時
間受光面で受光したならば、その後はその受光面に光が
照射されないように遮光しておき、その遮光中に受光し
た光信号を電気信号に替えて出力するようにしている。
係る処理を行うため、通常はＣＣＤ検出器１７にシャッ
ターを取り付け、係るシャッターを開閉制御することに
より上記処理を行っている。

【００２４】しかし、シャッターを開閉する際には、瞬
時に受光面全面が開閉するのではなく、最初にシャッタ
ーが閉じ始める部分と最終的にすべて閉じられる部分と
ではタイムラグが生じる。特に、本発明のように受光面
が大きい２次元光検出器の場合には、その差が大きくな
り、それは露光時間の差につながり測定精度に影響を与
える。さらに、分岐された位置に置くと、波長により露
光時間の差が生じることになる。そこで、図示するよう
に光が収束されてそのビーム径が小さくなっている光フ
ァイバ２５の出力端にシャッター２８を設けることによ
り、開閉対象の面積を小さくし、瞬時に全体を遮光可能
としている。これにより、ＣＣＤ検出器１７の受光面の
どの位置でも露光時間をほぼ同じにすることができると
ともに、波長による露光時間の差もなくなりより精度が
向上する。

【００２５】そして、係る機能を発揮するためには、ス
リット１０ａ，１０ｂの近傍にしてもよく、或いは図７
に示すように、レンズＬ１，Ｌ２間で光が収束している
位置にシャッター２８ａをおいてもよい。さらには、同
図に示すように、瞳位置にシャッター２８ｂをおいても
同様の効果が得られる。そして、シャッター自体の構成
・機構自体は各種のものを用いることができるのはもち
ろんである。なお、本発明との関係でこのような位置に
シャッターを設けるのが、精度上好ましいことはもちろ
んであるが、従来の方式でももちろんよい。また、逆に
この技術（シャッターを設ける）を、従来の分光器に適
用することができるのはもちろんである。

【００２６】なお、上記した実施の形態では、スリット
等の入射口を２個設けた例を示したが、本発明はこれに
限ることはなく、３個以上でももちろんよい。

【００２７】また、上記した例ではスリット位置は固定
であったが、本発明はこれに限ることはなく、図示は省
略するが、所定のスリットの形成位置をずらすように構
成し、測定する波長領域を調整可能としてもよい。この
スリット位置の調整は、例えば、スリット板１０にＸ方
向に長い穴を設け、その長い穴の一部をふさぐスライド
板を設け、そのスライド板にスリットを形成する。する
と、スライド板に形成したスリットが、入射口となりス
ライド板をＸ方向にずらすことによりスリット位置をず
らすことができる。また、光ファイバの出力端を入射口
にした場合に、光ファイバの端部を移動させることによ
り、容易に入射口の位置を変更・調整できる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る分光装置で
は、スリットなどの入射口の位置を適宜位置に設定する
ことにより、試料からの測定光を同時に広範囲な測定波
長範囲で計測することができ、また、任意の異なる波長
域を同時に測定することができ、スペクトル強度が異な
っても露光時間を同一にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術を説明する図である。

【図２】従来技術を説明する図である。

【図３】本発明に係る分光装置の一実施の形態を示す図
である。

【図４】スリットの例を示す図である。

【図５】作用を説明する図である。

【図６】分光装置の設置状態の一例を示す図である。

【図７】図６の変形例の要部を示す図である。

【符号の説明】

１０スリット板１０ａ，１０ｂスリット（入射口）１１第１球面鏡１３回折格子（分散素子）１５第２球面鏡１７ＣＣＤ検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ方向とそれに交差するＹ方向の両方向
に対して異ならせた位置に配置された複数の入射口と、その複数の入射口から入射された光を波長分散する分散
素子を含む光学系と、前記光学系から出射される光を受光する光検出手段とを
備え、前記光検出手段は、受光面が二次平面となり、かつ前記光学系は、前記複数の入射口からの各光が、前
記受光面の異なる位置に受光するように構成されたこと
を特徴とする分光装置。
【請求項２】前記入射口は、スリット或いは光ファイ
バの出力端であることを特徴とする請求項１に記載の分
光装置。
【請求項３】前記入射口の形成位置を変更可能とした
ことを特徴とする請求項１または２に記載の分光装置。