DE19532611A1

DE19532611A1 - Differenzdispersions-Doppelmonochromator

Info

Publication number: DE19532611A1
Application number: DE1995132611
Authority: DE
Inventors: Isao Tokumoto
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1994-12-26
Filing date: 1995-09-04
Publication date: 1996-07-18
Anticipated expiration: 2015-09-05
Also published as: DE19532611C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Differenzdispersions-Doppelmonochromator oder Doppelwegmonochromator, der die Wellenlänge ankommenden Lichts nach Auftreffen auf einem Beugungsgitter vor und nach Reflexion durch einen Reflexionsspiegel mißt.

Fig. 1 ist ein Diagramm, das schematisch das Grundkonzept eines herkömmlichen Differenz dispersions-Doppelmonochromators zeigt. Dabei wird beispielsweise ankommendes Licht 11 von einem Lichtwellenleiter 10 mittels eines Parabolspiegels 12 kollimiert, und der kollimierte Lichtstrahl 13 trifft auf ein Beugungsgitter 14. Der kollimierte Lichtstrahl 13 wird dabei in Licht strahlen 15 aufgeteilt, die von dem Beugungsgitter 14 entsprechend der Wellenlänge mit unter schiedlichen Winkeln reflektiert werden. Die Lichtstrahlen 15 treffen auf einen zweiten Parabol spiegel 16, von dem sie zur Konvergenz gebracht und als Lichtstrahl 17 zu einem ebenen Refle xionsspiegel 18 reflektiert werden. Da es erforderlich ist, daß der Lichtwellenleiter 10 zum Einleiten des ankommenden Lichts und ein Fotodetektor 19 zum Empfang des abgehenden Lichts, das nach zweifachem Auftreffen auf dem Beugungsgitter 14 zurückkehrt, in Richtung der Z-Achse, das heißt in Richtung der Nuten des Beugungsgitters 14 physisch voneinander beabstandet sind, wird die optische Achse des Rückkehrwegs entsprechend eingestellt. Aus diesem Grund wird das auf den Reflexionsspiegel 18 auftreffende Licht 17 in Richtung der Z- Achse reflektiert und dann von einem ebenen Reflexionsspiegel 21 zurück zu dem zweiten Parabolspiegel 16 längs einem mit 22 bezeichneten Weg reflektiert, der parallel zu dem des reflektierten Lichts 17 ist. Die Lichtstrahlen 17 und 22 sind beispielsweise etwa 5 mm beab standet. Der Brennpunkt des zweiten Parabolspiegels 16 liegt an einem Punkt zwischen Refle xionspunkten der Spiegel 18 und 21. Ein Schlitz 23 ist an einer Stelle in der Mitte zwischen den Spiegeln 18 und 21 vorgesehen, um den Strahldurchmesser des von ersterem zu letzerem reflektierten Lichts zu begrenzen. Die Breite des Schlitzes 23 ist nach Maßgabe der zu messen den Wellenlängen-Bandbreite variabel.

Das zum zweiten Parabolspiegel 16 zurückreflektierte Licht 22 wird als ein kollimierter Licht strahl 24 zurück zum Beugungsgitter 14 reflektiert. Vom Beugungsgitter 14 reflektierte Licht strahlen 24 werden erneut vom ersten Parabolspiegel 12 reflektiert, und das von ihm reflektierte Licht 26 wird zur Konvergenz gebracht; die Komponente der zu messenden Wellenlänge durch läuft einen Schlitz 27 zum Auftreffen auf dem Fotodetektor 19, der das Licht in ein elektrisches Signal umsetzt.

Beim dem obigen Aufbau, bei dem der Rückkehrweg vom Spiegel 21 zum Fotodetektor 19 über das Beugungsgitter 14 in bezug auf den Weg des ankommenden Lichts 11 von dem Lichtwel lenleiter 10 zum Spiegel 18 über das Beugungsgitter 14 in Richtung der Z-Achse versetzt ist, ist, selbst wenn das von dem Beugungsgitter 14 auf den zweiten Parabolspiegel 16 auftreffende Licht 15 und das reflektierte Licht 17 in einer Ebene senkrecht zur Drehachse 29 des Beugungsgitters 14 bleibt (diese Ebene wird nachfolgend als Hauptquerschnittsprofil bezeich net), der Auftreffpunkt des Lichts 22 auf dem zweiten Parabolspiegel 16 vom Spiegel 21 in Richtung der Z-Achse relativ zum Auftreffpunkt des Lichts 15 auf dem zweiten Parabolspiegel 16 vom Beugungsgitter 14 versetzt, und folglich geht das reflektierte Licht 24 vom Parabolspie gel 16 aus dem oben erwähnten Hauptquerschnittsprofil heraus und trifft auf das Beugungsgit ter 14 unter einem bestimmten Winkel Θ zum Hauptquerschnittsprofil 30. Das heißt, der Einfallwinkel auf das Beugungsgitter 14 auf dem Rückkehrweg ist der Winkel Θ zur Ebene 30 senkrecht zu den Gitternuten des Beugungsgitters 14, wie in Fig. 2A gezeigt. Damit unterschei den sich die Beziehungen zwischen den Einfallwinkeln und den Reflexionswinkeln vom Beugungsgitter 14 für die Wege zu den bzw. von den Spiegeln 18 und 21. In anderen Worten, die Wellenlänge λ im Beugungsgitter 14, die Ordnungszahl m des gebeugten Lichts, der Gitter nutabstand d, der Einfallwinkel α und der Reflexionswinkel β stehen in folgender Beziehung, wenn das Licht 13 in der Ebene (dem Hauptquerschnittsprofil) 30 senkrecht zu den Gitternuten des Beugungsgitters 14 auftrifft, wie in Fig. 2A gezeigt:

mλ = d(sinα + sinβ) (1)

Diese Beziehung wird zur Messung der Wellenlänge des ankommenden Lichts verwendet. Wenn Licht auf das Beugungsgitter 14 unter dem Winkel Θ zum Hauptquerschnittsprofil 30 auftrifft, wie in Fig. 2B gezeigt, dann wird die Beziehung der Gleichung (1) zu:

mλ = d(cosΘsinα + cosΘsinβ) (2)

Wenn die zu messende Wellenlänge durch Drehen des Beugungsgitters 14 um die Achse 29 parallel zu den Gitternuten durchgestimmt wird, ändert sich die Richtung des reflektierten Lichts 26 vom ersten Parabolspiegel 12 mit der Wellenlänge, wie durch einen Winkel Φ angezeigt. Zur Berücksichtigung dessen weist der herkömmliche Doppelmonochromator, wie er in der U.S. Patentanmeldung Nr. 788,444 (eingereicht am 6. November 1991) oder der JP 212025/92 A offenbart ist, beispielsweise einen Antriebsmechanismus 31 auf, der den Schlitz 27 und den Fotodetektor 19 gekoppelt mit der Drehung des Beugungsgitters 14 bewegt, damit der Fotode tektor 19 immer an der Position des Bildpunktes des reflektierten Lichts 26 gehalten wird, der sich mit der Wellenlänge ändert. Der Antriebsmechanismus 31 wird üblicherweise als Nach führmechanismus bezeichnet und muß den Fotodetektor 19 in eine Position bringen, die präzise der Drehstellung des Beugungsgitters 14 entspricht.

Das Problem, daß der Bildpunkt des reflektierten Lichts 26 auf dem Rückkehrweg sich nach Maßgabe der zu messenden Wellenlänge verschiebt, soll noch weiter vertieft werden. Bezeich net man den Einfallwinkel von Vorwärtslicht auf das Beugungsgitter 14 mit α_f, den zugehörigen Reflexionswinkel mit β_f, den Einfallwinkel von Rückwärtslicht auf das Beugungsgitter 14 mit β_b und den zugehörigen Reflexionswinkel mit α_b, dann gelten die Gleichungen (1) und (2) für das Vorwärtslicht und das Rückwärtslicht, und die Winkel stehen in folgendem Zusammenhang:

mλ = d(sinα_f + sinβ_f) (3)

mλ = d cosΘ(sinα_b + sinβ_b) (4)

Wenn der Reflexionswinkel β_f des Vorwärtslichts und der Einfallwinkel β_b des Rückwärtslichts gleich sind und man sinβ_f = sinβ_b = K setzt, dann ergibt sich die Differenz zwischen dem Einfallwinkel α_f und dem Reflexionswinkel α_b aus nachstehender Gleichung (5):

Gleichung (5) enthält Terme mit der Wellenlänge λ, was bedeutet, daß der Bildpunkt des reflek tierten Lichts 26 sich nach Maßgabe der Wellenlänge bewegt. Wie schon erwähnt, ist es zur Berücksichtigung dieser Bewegung des Bildpunktes beim Stand der Technik erforderlich, den Fotodetektor in die der zu messenden Wellenlänge entsprechende Position zu bringen, wozu der oben erwähnte Nachführmechanismus 31 oder etwas ähnliches verwendet wird. Darüberhinaus muß die Position, in die der Fotodetektor 19 von dem Nachführmechanismus 31 bewegt werden soll, für jede Wellenlänge vorher bestimmt werden. Daher ist es für jede Anlage erfor derlich, den Bildpunkt des reflektierten Lichts 26 für eine Referenzwellenlänge festzustellen und den festgestellten Wert in einer Speichertabelle oder ähnlichem vorher zu speichern.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Differenzdispersions-Doppelmonochroma tor zu schaffen, der einen optischen Aufbau aufweist, welcher seinerseits die Bewegung des Bildpunktes auf dem Rückkehrweg vermeidet und damit die Notwendigkeit des Nachführmecha nismus ausschließt und so eine Verringerung der Herstellungskosten des Monochromators selbst erlaubt und dennoch immer eine hohe Genauigkeit aufweist.

Dies Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Doppelmonochromator gemäß einem der Ansprüche 1, 2, 7 und 10 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei einem Doppelmonochromator, bei dem an kommendes Licht von einer ersten Parabolspiegelanordnung in Form paralleler Strah len zum Auftreffen auf einem Beugungsgitter reflektiert wird, das von dieser reflektierte Licht von einer zweiten Parabolspiegelanordnung zu einem Lichtstrahl zum Auftreffen auf einem ersten Reflexionsspiegel reflektiert und konzentriert wird, das von der zweiten Parabolspiegelan ordnung reflektierte Licht von dem ersten und einem zweiten Reflexionsspiegel parallel zu einer Drehachse des Beugungsgitters versetzt und zur zweiten Parabolspiegelanordnung zurückreflek tiert wird, das zu ihr zurückreflektierte Licht von ihr als parallele Strahlen zum Auftreffen auf dem Beugungsgitter reflektiert wird und das von diesem reflektierte Licht von der ersten Para bolspiegelanordnung zum Auftreffen auf einem Fotodetektor reflektiert und zur Konvergenz gebracht oder konzentriert wird, wenigstens einer der beiden Reflexionsspiegel so angeordnet, daß Licht auch um einen vorbestimmten Winkel in einer Ebene senkrecht zur Drehachse der Beugungsgitters abgelenkt wird.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird Licht nicht von einem der beiden Reflexionsspiegel in der oben genannten Ebene abgelenkt, sondern statt dessen ist eine optische Glasplatte entweder im optischen Vorwärts- oder Rückwärtsweg zwischen der zweiten Parabol spiegelanordnung und den beiden Reflexionsspiegeln angeordnet. Das auf den zweiten Refle xionsspiegel auftreffende oder von ihm reflektierte Licht wird beim Durchlauf durch die Glas platte gebrochen, so daß seine optische Achse um einen vorbestimmten Winkel parallel zur Drehachse des Beugungsgitters in einer Ebene senkrecht dazu versetzt wird.

Bei der optischen Glasplatte handelt es sich um eine, deren Dicke in Richtung des Lichtdurch laufs gleichförmig ist oder allmählich variiert.

Bei beiden vorgenannten Aspekten der vorliegenden Erfindung wird die Differenz zwischen dem Einfallwinkel des Lichts auf das Beugungsgitter von der zweiten Parabolspiegelanordnung und der Reflexionswinkel von Licht von dem Beugungsgitter zurück zur ersten Parabolspiegelanord nung ungeachtet der zu messenden Wellenlänge des ankommenden Lichts auf einem vorbe stimmten Wert gehalten.

Bei beiden vorgenannten Aspekten der vorliegenden Erfindung können die erste und die zweite Parabolspiegelanordnung manchmal von einem einzigen Parabolspiegel gebildet werden.

Die Parabolspiegel können durch eine Kollimatorlinse ersetzt werden. Das heißt, das zu messende ankommende Licht wird von der Kollimatorlinse zu parallelen Vorwärtslichtstrahlen zum Auftreffen auf dem Beugungsgitter kollimiert, das von diesem reflektierte Vorwärtslicht wird von der Kollimatorlinse zum Auftreffen auf dem ersten Reflexionsspiegel zur Konvergenz gebracht, von dem es parallel zur Drehachse des Beugungsgitters abgelenkt wird; das so abge lenkte Licht wird von dem zweiten Reflexionsspiegel zur Kollimatorlinse zurückreflektiert, von der es zu parallelen Rückwärtslichtstrahlen zum Einfall auf das Beugungsgitter kollimiert wird, und das von diesem reflektierte Licht wird von der Kollimatorlinse zum Auftreffen auf dem Fotodetektor zur Konvergenz gebracht. Auch bei solch einem Doppelmonochromator ist es möglich, den Aufbau einzusetzen, bei dem die optische Achse des ankommenden Lichts von dem ersten und dem zweiten Reflexionsspiegel um einen vorbestimmten Winkel in der Ebene senkrecht zur Drehachse des Beugungsgitters versetzt wird, oder den Aufbau, bei dem die Ausbreitungsrichtung des ankommenden Lichts von der optischen Glasplatte versetzt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen herkömmlichen Doppelmonochromator,

Fig. 2A schematisch den Zusammenhang zwischen einfallendem Licht auf und reflektiertem Licht von einem Beugungsgitter für Vorwärtslicht, das parallel zu einer Ebene senk recht zur Drehachse des Beugungsgitters auftrifft,

Fig. 2B schematisch den Zusammenhang zwischen einfallendem Licht auf und reflektiertem Licht von dem Beugungsgitter, wenn das entsprechende Rückwärtslicht auf dieses unter einem Winkel zu der zu seiner Drehachse senkrechten Ebene auftrifft,

Fig. 2C schematisch die Einfallwinkel und Reflexionswinkel von Vorwärtslicht und Rück wärtslicht am Beugungsgitter,

Fig. 3A eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3B eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Hauptteiles zur Reflexion des Vorwärts lichts zurück zum Rückkehrweg,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5A eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die einen Hauptteil des Ausführungsbei spiels von Fig. 4 zeigt,

Fig. 5B die Versetzung einer optischen Achse durch eine optische Glasplatte 34 bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4,

Fig. 5C und 5D perspektivische Ansichten anderer Beispiele der optischen Glasplatte zur Verwendung bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4,

Fig. 6A ein schematisches Diagramm, das den Lichteinfall auf und seine Reflexion von einem Parabolspiegel 16 vor bzw. nach dem Einfügen der optischen Glasplatte in den opti schen Weg zeigt,

Fig. 6B ein schematisches Diagramm, das zeigt wie der Brennpunkt des Parabolspiegels 16 durch das Einfügen der optischen Glasplatte äquivalent versetzt wird,

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung für einen Littrow-Doppelmonochromator, und

Fig. 8 schematisch eine Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung für eine Littrow-Doppelmonochromator des eine Linse einsetzenden Typs.

Fig. 3A zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei Teile, die solchen in Fig. 1 entsprechen, mit denselben Bezugszahlen versehen sind. Beim Stand der Technik nach Fig. 1 wird der Spiegel 21 in Richtung einer X-Achse parallel zum Spiegel 18 gehalten (die X- Achse liegt senkrecht sowohl zur Z-Achse als auch zu dem einfallenden Licht 17). Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung dagegen ist der Spiegel 21 durch einen ebenen Reflexionsspiegel ersetzt, der unter einem anderen Winkel als der Spiegel 21 in Richtung der X- Achse angeordnet ist. Wie aus Fig. 3B ersichtlich, ist ein Spiegel 33 um einen Winkel ψ₁ relativ zu dem Spiegel 18 in Richtung der X-Achse versetzt. Der Abstand D zwischen dem Reflexions punkten auf den Spiegeln 18 und 33 ist derselbe wie im Fall des Standes der Technik von Fig. 1. Bei dieser Anordnung wird das von dem Spiegel 33 reflektierte Licht 22 um einen Winkel ψ₂ in der X-Y-Ebene gegenüber dem reflektierten Licht 22 in Fig. 1 versetzt, und der Einfallwinkel β_b des Rückkehrweges auf das Beugungsgitter 14 ändert sich entsprechend. Dadurch wird es möglich, daß das von dem Beugungsgitter 14 reflektierte Licht 22 auf einen Bildpunkt trifft, der zu allen Zeiten wellenlängen-unabhängig ist. Dies vermeidet die Notwendigkeit der Bewegung des Fotodetektors 19 und beseitigt damit das Erfordernis für den Nachführmechanismus 31.

Es soll nun die Bedingung beschrieben werden, die die Notwendigkeit des Nachführmechanis mus 31 ausschließt, das heißt den Bildpunkt des reflektierten Lichts 26 ständig an einer festen Position unabhängig von der Wellenlänge hält. Setzt man in den Gleichungen (3) und (4) γ_f = β_b - α_f und γ_b = β_b - α_b, dann ergibt sich

Daraus leiten sich der Vorwärtslicht-Einfallwinkel α_f und der Rückwärtslicht-Reflexionswinkel α_b wie folgt ab:

Durch Drehen des Beugungsgitters 14 nach Maßgabe einer Änderung der Wellenlänge λ des ankommenden Lichts 11, das heißt durch Ändern des Reflexionswinkels α_b in gleicher Weise wie sich der Einfallwinkel α_f ändert, bleibt der Bildpunkt des Reflexionslichts 26 unverändert. Wenn sich also der Einfallwinkel α_f und der Reflexionswinkel α_b in gleichem Ausmaß mit einer Änderung der Wellenlänge λ ändern, das heißt wenn δα_f/δλ = δα_b/δλ, ändert sich der Einfall winkel α_f mit der Wellenlänge λ und der Bildpunkt des abgehenden Lichts 26 ist fixiert. Indem man Gleichungen (6) und (7) nach λ differenziert und gleichsetzt, ergibt sich

cos(γ_f/2) = cosΘ cos(γ_b/2) (8)

Dies aufgelöst nach γ_b ergibt:

Gleichung (9) eingesetzt in Gleichung (7) führt zu:

Aus den Gleichungen (6) und (10) leitet sich Gleichung (11) ab:

Aus den Beziehungen γ_f = β_f - α_f, γ_b = β_b - α_b und den Gleichungen (9) und (11) ergibt sich die Differenz β_f - β_b zu:

Die Gleichungen (11) und (12) ergeben jeweils denselben konstanten Wert. Daher braucht der Versetzungswinkel ψ₂, der in Fig. 2 gezeigt ist, nur den konstanten Wert der Gleichung (12) aufzuweisen.

Bei der voranstehenden Erläuterung wurde davon ausgegangen, daß der Spiegel 18 unverändert in der in Fig. 1 gezeigten Position bleibt und der Spiegel 21 (als Spiegel 33) in bezug auf die Richtung der X-Achse geneigt ist, während dem entgegen auch der erstere relativ zur Richtung der X-Achse geneigt angeordnet werden kann. Alternativ kann das zum zweiten Parabolspiegel 16 zurückkehrende Licht 22 auch dadurch um einen vorbestimmten Winkel gegenüber der Rich tung der X-Achse geneigt gemacht werden, daß beide Spiegel 18 und 21 (33) verwendet werden. In jedem Fall ist der relativ zur Richtung der X-Achse geneigte Spiegel (33 in Fig. 3) schräg zur Einfallrichtung auf ihn, weswegen die Polarisation des einfallenden Lichts gedreht wird. Zur Ausschaltung der Polarisationsabhängigkeit des Beugungsgitters 14 sowohl für das Vorwärtslicht als auch das Rückwärtslicht durch Verwendung einer Savart-Platte, muß eine Polarisationsänderung durch den Spiegel 33 symmetrisch gemacht werden. Das heißt, vertikal polarisiertes Licht muß so reflektiert werden, daß seine Polarisationsrichtung vertikal bleibt.

Es ist auch möglich, den Bildpunkt des abgehenden Lichts 26 dadurch zu fixieren, daß seine Ausbreitungsrichtung unter Verwendung eines symmetrischen optischen Elements seitlich versetzt wird. Wie beispielsweise in den Fig. 4 und 5A gezeigt, ist ein optisches Glaselement (optische Glasplatte 34) geneigt in bezug auf die optische Achse in dem optischen Weg von dem Spiegel 21 zum zweiten Parabolspiegel 16 angeordnet. Dadurch wird der Weg des von dem Spiegel 21 reflektierten Lichts 22 in Richtung der X-Achse versetzt. Es sei angenommen, daß das Licht 22 auf die Glasplatte 34 einer Dicke d₁ und einer Brechzahl n₁ unter einem Winkel ζ auftrifft, wie in Fig. 5B gezeigt. Der Brechungswinkel in der Glasplatte 34 sei mit ζ bezeich net und der Abstand zwischen der Austrittsrichtung des gebrochenen Lichts von der Glasplatte 34 und der Einfallrichtung des Lichts 22 mit ε. Aufgrund des Brechungsgesetzes gilt n₁sinζ = sinζ und ζ = sin^-1(sin(ζ/n₁)). Auf der anderen Seite ist ε gegeben durch:

ε = d₁(tanζ - tanζ)cosζ = d₁{tanζ - tan{sin^-1(sin(ζ/n₁)}}cosζ (13)

Setzt man γ_f = 24° und Θ = 1°, ergibt sich aus Gleichung (12) β_f - β_b = 0,041°. Bezeichnet man die Brennweite jedes der Parabolspiegel 12 und 16 mit f, dann braucht der Abstand ε im Hinblick auf die in den Fig. 6A und 6B gezeigten Beziehungen nur ε = f tan(β_b - β_f) zu sein. Für f = 250 mm ergibt sich ε = 0,18 mm. Setzt man diesen Wert von ε in Gleichung (13) ein und setzt man weiter n₁ = 1,5 und d₁ = 2,5, ergibt sich der Winkel ζ zu etwa 28,2°. Das heißt, die Glasplatte 34 braucht nur so in der X-Y-Ebene geneigt angeordnet zu werden, daß das Licht 22 unter einem Winkel von 28,2° darauf auftrifft. Der Einfallwinkel ζ wird nach Maßgabe der Dicke d₁ der Glasplatte 34 eingestellt. In Fig. 6 zeigen die gestrichelten und ausgezogenen Linien die Zustände von Einfall und Reflexion des Rückwärtslichts vor und nach dem Einsetzen der Glasplatte 34 in den optischen Weg bzw. das optische System. Durch das Einfügen der Glasplatte 34 (des optischen Glaselements) wird der Brennpunkt 41 äquivalent um ε versetzt.

Die Fig. 5C und 5D zeigen optische Glasplatten 35 allmählich zunehmender Dicke, d. h. in Keil form. Durch Bewegen solch einer Glasplatte in der Richtung der X-Achse (d. h. in der Richtung sich ändernder Dicke) mit ihrer Lichtaustrittsseite senkrecht zur optischen Achse, kann das Licht 22 um einen gewünschten Betrag versetzt werden. Die Glasplatte 34 oder eine Glasplatte 35 kann alternativ in dem optischen Weg von dem zweiten Parabolspiegel 16 zum Spiegel 18 angeordnet werden. Während die vorliegende Erfindung oben in Anwendung auf einen Czerny- Turner-Monochromator beschrieben wurde, ist sie auch für einen Littrow-Monochromator oder andere Monochromatortypen verwendbar.

Fig. 7 zeigt beispielsweise eine Anwendung der Erfindung auf den Littrow-Monochromator, bei dem der erste und der zweite Parabolspiegel 12 und 16 durch einen Parabolspiegel 40 ersetzt sind. In diesem Fall trifft das zu messende ankommende Licht 11 als kollimierter Vorwärtslicht strahl 13 auf das Beugungsgitter 14 und das von diesem reflektierte Vorwärtslicht 15 trifft, anders als im Fall von Fig. 4, auf den Parabolspiegel 40. Das von dem Parabolspiegel 40 reflek tierte Licht 42 wird von dem Reflexionsspiegel reflektiert und zur Konvergenz gebracht. Das konvergente Licht wird von dem Spiegel 18 parallel zur Achse des Beugungsgitters 14 abge lenkt, damit es über den Schlitz 23 auf den Reflexionsspiegel 21 auftrifft, von dem es zum Auftreffen auf dem Parabolspiegel 40 reflektiert wird. Das so auf den Parabolspiegel 40 auftref fende Licht 22 wird als der kollimierte Rückwärtslichtstrahl 24 zurück zum Beugungsgitter 14 reflektiert. Das von diesem reflektierte Rückwärtslicht 25 wird von dem Parabolspiegel 40 reflektiert und zur Konvergenz gebracht, und das konvergente Licht 26 erreicht den Fotodetek tor 19 über den Schlitz 27. In diesem Fall ist die optische Glasplatte 34 entweder im Vorwärts weg oder im Rückwärtsweg angeordnet (Parabolspiegel 40 - Spiegel 18 - Spiegel 21 - Parabol spiegel 40). Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die optische Glasplatte 34 in den optischen Weg zwischen dem Spiegel 21 und dem Parabolspiegel 40 angeordnet, wodurch die Ausbreitungs richtung des Lichts 22 um einen vorbestimmten Wert in dem Hauptquerschnittsprofil senkrecht zur Drehachse 29 des Beugungsgitters 14 versetzt wird. Dies stellt sicher, daß Licht der gewünschten Wellenlänge auf den ortsfesten Fotodetektor 19 auftrifft. Der kollimierte Vorwärtslichtstrahl 13 zu dem Beugungsgitter 14 und das von diesem reflektierte Licht 15 werden übrigens in der Ebene senkrecht zur Drehachse 29 des Beugungsgitters 14 gehalten.

Auch bei dem Littrow-Monochromator, der einen Parabolspiegel verwendet, können keilförmige optische Glasplatten 35, wie sie in Fig. 5C und 5D gezeigt sind, verwendet werden. Darüber hinaus kann wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 einer der Spiegel 18 und 21 unter einem Winkel zu dem anderen in dem Hauptquerschnittsprofil angeordnet werden, um den Einfallwinkel auf dem Parabolspiegel 40 zu versetzen.

Die vorliegende Erfindung ist ebenso gut auf einen Littrow-Monochromator des Typs anwend bar, der eine Kollimatorlinse als Ersatz für den Parabolspiegel verwendet, wie in Fig. 8 darge stellt. Das zu messenden ankommende Licht 11 wird von einer Kollimatorlinse 44 zu dem kolli mierten Vorwärtslichtstrahl 13 zum Einfall auf das Beugungsgitter 14 kollimiert. Das von letzte rem reflektierte Licht 15 wird von der Kollimatorlinse 44 zur Konvergenz gebracht und auf den Reflexionsspiegel 18 projiziert, von dem es im wesentlichen parallel zur Drehachse 29 reflektiert wird. Das so reflektierte Licht wird von dem Reflexionsspiegel 21 zurück zur Kollimatorlinse 44 reflektiert. Das von dieser reflektiert Licht 22 trifft als der kollimierte Rückwärtslichtstrahl 24 auf das Beugungsgitter 14. Das von dem Beugungsgitter 14 reflektierte Rückwärtslicht 25 wird von der Kollimatorlinse 44 zur Konvergenz gebracht und gelangt von ihr als das Licht 26 auf den Fotodetektor 19. Der kollimierte Vorwärtslichtstrahl 13 zum Beugungsgitter 14 und das von ihm reflektierte Licht 15 werden in dem Hauptquerschnittsprofil senkrecht zur Drehachse 29 gehal ten. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die optische Glasplatte 34 in den optischen Weg zwischen dem Spiegel 21 und der Kollimatorlinse 44 eingesetzt. Dadurch wird die Ausbrei tungsrichtung des Lichts 22 um einen vorbestimmten Wert in dem Hauptquerschnittsprofil senk recht zur Drehachse des Beugungsgitters 14 versetzt. Als Folge davon trifft das Licht der gewünschten Wellenlänge fehlerlos auf den ortsfesten Fotodetektor 19 auf.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel können keilförmige optische Glasplatten, wie sie in den Fig. 5C und 5D gezeigt sind, verwendet werden. Alternativ kann einer oder können beide Spie gel 18 und 21 unter einem Winkel zu dem anderen in dem Hauptquerschnittsprofil angeordnet werden, wie es zuvor für das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 beschrieben wurde.

Wie oben beschrieben, ist gemäß der vorliegenden Erfindung einer der Reflexionsspiegel unter einem Winkel zu dem anderen angeordnet, um den Einfallwinkel des Rückwärtslichts auf den zweiten Parabolspiegel zu versetzen, oder die optische Glasplatte ist in den optischen Weg eingefügt, um die Einfallrichtung des Rückwärtslichts auf den zweiten Parabolspiegel parallel zu verschieben, so daß die Beziehung zwischen den Einfallwinkeln und den Reflexionswinkeln an dem Beugungsgitter 14 die Gleichung (11) oder (12) erfüllt. Hierdurch wird der Bildpunkt des reflektierten Lichts 26 unabhängig von der zu messenden Wellenlänge des ankommenden Lichts ortsfest. Damit besteht keine Notwendigkeit der Verwendung eines komplizierten Mechanismus zur Bewegung des Schlitzes 27 und des Fotodetektors 19 nach Maßgabe der Wellenlänge des ankommenden Lichts oder des Drehwinkels des Beugungsgitters 14. Der Monochromator der vorliegenden Erfindung erlaubt damit eine relativ einfache Wellenlängenmessung mit hoher Genauigkeit, kann aber dennoch mit niedrigen Kosten hergestellt werden.

Claims

1. Doppelmonochromator, umfassend:
eine erste Parabolspiegelanordnung (12), ein Beugungsgitter (14), eine zweite Parabol spiegelanordnung (16), einen ersten (18) und einen zweiten (21, 33) Reflexionsspiegel und einen Fotodetektor (19), die so angeordnet sind, daß
die erste Parabolspiegelanordnung (12) zu messendes ankommendes Licht (11) in Form paralleler Lichtstrahlen (13) zu dem Beugungsgitter (14) reflektiert und von dem Beugungsgitter reflektiertes Licht (25) auf dem Fotodetektor (19) zur Konvergenz bringt,
das Beugungsgitter (14) um eine Drehachse (29) parallel zu seinen Gitternuten drehbar ist und die parallelen Lichtstrahlen (13) von der ersten Parabolspiegelanordnung (12) sowie parallele Lichtstrahlen (24) von der zweiten Parabolspiegelanordnung (16) in einer Ebene (30) senkrecht zu der Drehachse (29) auftreffen,
die zweiten Parabolspiegelanordnung (16) Licht (15) von dem Beugungsgitter (14) zum Auftreffen auf dem ersten Reflexionsspiegel (18) reflektiert und zur Konvergenz bringt sowie Licht (22) von dem zweiten Reflexionsspiegel (21, 33) zum Auftreffen in Form der parallelen Lichtstrahlen (24) auf dem Beugungsgitter (14) reflektiert,
der erste Reflexionsspiegel (18) das von der zweiten Parabolspiegelanordnung (16) reflektierte Licht (17) parallel zu der Drehachse (29) auf den zweiten Reflexionsspiegel (21, 33) reflektiert,
der zweite Reflexionsspiegel das von dem ersten Reflexionsspiegel auftreffende Licht zurück zur zweiten Parabolspiegelanordnung (16) reflektiert, und
der Fotodetektor (19) das von der ersten Parabolspiegelanordnung (12) reflektierte und zur Konvergenz gebrachte Licht (26) empfängt und in ein elektrisches Signal umsetzt,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Reflexionsspiegel (18, 21, 33) das auf ihn auftreffende Licht um einen vorbestimmten Winkel in der genannten Ebene (30) senkrecht zur Drehachse des Beugungsgitters (14) ablenkt.

2. Doppelmonochromator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekenn zeichnet, daß eine optische Glasplatte (34, 35) an einer Stelle in dem Weg des Lichts (17, 22) von der zweiten Parabolspiegelanordnung (16) zu dem ersten Reflexionsspiegel (18), dem zwei ten Reflexionsspiegel (21) und zurück zur zweiten Parabolspiegelanordnung (16) angeordnet ist, um die Ausbreitungsrichtung des Lichts um einen vorbestimmten Wert in einer Ebene im wesentlichen parallel zu der zur Drehachse (29) des Beugungsgitters (14) senkrechten Ebene (30) zu versetzen.

3. Doppelmonochromator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Licht durchlaufrichtung gemessene Dicke der optischen Glasplatte (34) konstant ist.

4. Doppelmonochromator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die in Lichtdurchlaufrichtung gemessene Dicke der optischen Glasplatte (35) in einer zur Lichtdurch laufrichtung quer liegenden Richtung allmählich ändert und das Licht (22) unter einem Winkel auf die Einfallebene auftrifft.

5. Doppelmonochromator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem Einfallwinkel auf das Beugungsgitter (14) von der zweiten Parabolspiegelanordnung (16) und dem Reflexionswinkel von dem Beugungsgitter (14) zu der ersten Parabolspiegelanordnung (12) unabhängig von der Wellenlänge des zu messenden ankommenden Lichts (11) konstant ist.

6. Doppelmonochromator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Parabolspiegelanordnung von einem einzigen Parabolspiegel (40) gebildet werden.

7. Doppelmonochromator, umfassend:
eine Kollimatorlinse (44), ein Beugungsgitter (14), einen ersten Reflexionsspiegel (18), einen zweiten Reflexionsspiegel (21) und einen Fotodetektor (19), die so angeordnet sind, daß
die Kollimatorlinse (44) zu messendes ankommendes Licht (11) in Form eines kollimier ten Lichtstrahls (13) zu dem Beugungsgitter (14) überträgt, von dem Beugungsgitter (14) reflek tiertes Vorwärtslicht (15) zum Auftreffen in Form eines konvergierenden Lichtstrahls auf dem ersten Reflexionsspiegel (18) überträgt, von dem zweiten Reflexionsspiegel (21) reflektiertes Licht (22) als kollimierten Rückwärtslichtstrahl (24) zum Auftreffen auf dem Beugungsgitter (14) überträgt und von dem Beugungsgitter (14) reflektiertes Licht (25) zum Auftreffen als konver gierenden Rückwärtslichtstrahl (26) auf dem Fotodetektor (19) überträgt,
das Beugungsgitter (14) um eine Drehachse (29) parallel zu seinen Gitternuten drehbar ist und jeweils das kollimierte Vorwärtslicht (13) und Rückwärtslicht (24) von der Kollimator linse (44) empfängt und reflektiert,
der erste Reflexionsspiegel (18) den konvergierenden Lichtstrahl von der Kollimator linse (44) empfängt und ihn im wesentlichen parallel zur Drehachse (29) des Beugungsgitters (14) zum Auftreffen auf dem zweiten Reflexionsspiegel (21) reflektiert,
der zweite Reflexionsspiegel (21) das Licht von dem ersten Reflexionsspiegel um im wesentlichen 90° zum Auftreffen auf der Kollimatorlinse (44) ablenkt, und
der Fotodetektor (19) den konvergierenden Rückwärtslichtstrahl (26) empfängt und ihn in ein elektrisches Signal umsetzt,
dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Glasplatte (34, 35) an einer Stelle in den Weg des Lichts von der Kollimatorlinse (44) zu dem ersten Reflexionsspiegel (18), dem zweiten Reflexionsspiegel (21) und zurück zur Kollimatorlinse (44) angeordnet ist, um die Lichtausbrei tungsrichtung um einen vorbestimmten Wert in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Drehachse (29) des Beugungsgitters (14) zu versetzen.

8. Doppelmonochromator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in Licht durchlaufrichtung gemessene Dicke der optischen Glasplatte (34) konstant ist.

9. Doppelmonochromator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die in Lichtdurchlaufrichtung gemessene Dicke der optischen Glasplatte (35) in einer zur Lichtdurch laufrichtung quer liegenden Richtung allmählich ändert.

10. Doppelmonochromator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7, dadurch gekenn zeichnet, daß wenigstens einer der beiden Reflexionsspiegel (18, 21) das auf ihn auftreffende Licht um einen vorbestimmten Winkel in der zur Drehachse (29) des Beugungsgitters (14) im wesentlichen senkrechten Ebene ablenkt.

11. Doppelmonochromator nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeich net, daß die Differenz zwischen dem Einfallwinkel des kollimierten Rückwärtslichtstrahls von der Kollimatorlinse (44) auf das Beugungsgitter (14) und dem Reflexionswinkel des kollimierten Vorwärtslichtstrahls von dem Beugungsgitter (14) zu der Kollimatorlinse (44) unabhängig von der Wellenlänge des zu messenden ankommenden Lichts konstant ist.