DE69931885T2

DE69931885T2 - Doppelmonochromator

Info

Publication number: DE69931885T2
Application number: DE1999631885
Authority: DE
Inventors: Tohru Ota-ku Mori; Tsutomu Ota-ku Kaneko; Manabu Ota-ku Kojima
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2019-07-16
Also published as: EP1031825A1; DE69931885D1; EP1031825B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Doppelweg-Monochromator mit einer verbesserten Wellenlängenauflösung.
Diese Anmeldung basiert auf Patentnummer Hei 10-197881 und Hei 11-051944, eingereicht in Japan.
Beschreibung des Stands der Technik
11 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines konventionellen Doppelweg-Monochromators. Der in 11 gezeigte Doppelweg-Monochromator enthält eine Lichtquelle 1, einen Eintrittsschlitz 2A, einen Austrittsschlitz 2B, Zwischenschlitze 2C, 2D, Konkavspiegel 3, ein Beugungsgitter 4, Linsen 60, eine Rückreflexionseinrichtung 7 und einen Photodetektor 8. Außerdem wird in diesem konventionellen Beispiel ein rechtwinkliges Prisma 50 als die Rückreflexionseinrichtung 7 verwendet. In der folgenden Erläuterung zeigt 11 zwei Konkavspiegel 3, dies dient aber nur der Bequemlichkeit der Erläuterung, und tatsächlich ist ein Konkavspiegel ausreichend.
Bei diesem Doppelweg-Monochromator wird das von der Lichtquelle 1 emittierte Licht zwei Mal vom selben Beugungsgitter 4 gebeugt und trifft als Ausgangslicht auf den Photodetektor 8 auf.
Erste Beugung
Bei diesem Doppelweg-Monochromator durchläuft von der Lichtquelle 1 emittiertes Quellen-Auflicht 1a mit breitem Wellenlängenband den Eintrittsschlitz 2A, um auf den Konkavspiegel 3 aufzutreffen. Nachdem es vom Konkavspiegel 3 reflektiert worden ist, trifft dieses Licht als Auflicht des ersten Weges 1b auf das Beugungsgitter 4 auf und wird durch das Beugungsgitter 4 gebeugt. In diesem Zeitpunkt wird das Auflicht des ersten Weges 1b in Abhängigkeit von der Wellenlänge in unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf die Richtung senkrecht (X-Achse) zum Gitter auf der Beugungsgitteroberfläche gebeugt. Außerdem trifft in diesem Auflicht des ersten Weges 1b die bestimmte Wellenlängenkomponente, die durch den Drehwinkel des Beugungsgitters 4 festgelegt ist, das eine Drehachse auf der Achse (Y-Achse) parallel zum Gitter hat, als Emissionslicht des ersten Weges 1c auf den Konkavspiegel 3 auf. Dadurch wird das Emissionslicht des ersten Weges 1c vom Konkavspiegel 3 reflektiert, und die Wellenlängenkomponente in dem reflektierten Licht, die den Zwischenschlitz 2C durchläuft, durchläuft die Linse 60 und trifft dann als Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d auf die Rückreflexionseinrichtung 7 auf.
Zweite Beugung
Das von dieser Rückreflexionseinrichtung 7 reflektierte Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d durchläuft die Linse 60, und dann trifft das Licht, das den Zwischenschlitz 2D durchläuft, auf den Konkavspiegel 3. Das vom Konkavspiegel 3 reflektierte Licht trifft als Auflicht des zweiten Weges 1f erneut auf das Beugungsgitter 4 auf und wird gebeugt. In diesem Zeitpunkt wird das Auflicht des zweiten Weges 1f in Abhängigkeit von der Wellenlänge unter einem anderen Winkel in Bezug auf die X-Achse reflektiert, und die bestimmte Wellenlängenkomponente, die durch den Drehwinkel des Beugungsgitters 4 festgelegt ist, trifft als Emissionslicht des zweiten Weges 1g auf den Konkavspiegel 3 auf. Dadurch wird das Emissionslicht des zweiten Weges 1g vom Konkavspiegel 3 reflektiert, und die Wellenlängenkomponente von diesem reflektierten Licht, die den Austrittsschlitz 2B durchläuft, trifft dann als Ausgangslicht 1h auf den Photodetektor 8. Dadurch kann man ein schmales Wellenlängenband erhalten.
Bei dem konventionellen Doppelweg-Monochromator ist die Rückreflexionseinrichtung 7 manchmal mit einer Kombination von Planspiegeln anstelle eines rechtwinkligen Prismas aufgebaut. Ein Beispiel dafür ist in 15 gezeigt. Außerdem verwendet der in 15 gezeigte Doppelweg-Monochromator einen (Zahlwort) Konkavspiegel. Der in 15 gezeigte Doppelweg-Monochromator enthält eine Lichtquelle 1, einen Eintrittsschlitz 2A, einen Austrittsschlitz 2B, einen Konkavspiegel 3, ein Beugungsgitter 4, einen Planspiegel 6B, eine Rückreflexionseinrichtung 7, welche einen Zwischenschlitz 2C und Planspiegel 6C, 6D enthält, und einen Photodetektor 8.
Bei diesem Doppelweg-Monochromator durchläuft von der Lichtquelle 1 emittiertes Quellen-Auflicht 1a mit breitem Wellenlängenband den Eintrittsschlitz 2A, um auf den Konkavspiegel 3 aufzutreffen. Nachdem es vom Konkavspiegel 3 reflektiert worden ist, trifft dieses Licht als Auflicht des ersten Weges 1b auf das Beugungsgitter 4 auf und wird durch das Beugungsgitter 4 gebeugt. In diesem Zeitpunkt wird das Auflicht des ersten Weges 1b in Abhängigkeit von der Wellenlänge in unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf die Richtung senkrecht (X-Achse) zum Gitter auf der Beugungsgitteroberfläche 4 gebeugt. Außerdem trifft von diesem Auflicht des ersten Weges 1b die bestimmte Wellenlängenkomponente, die durch den Drehwinkel des Beugungsgitters 4 festgelegt ist, das eine Drehachse auf der Achse (Y-Achse) parallel zum Gitter hat, als Emissionslicht des ersten Weges 1c auf den Konkavspiegel 3 auf, wird vom Konkavspiegel 3 reflektiert und trifft als Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d auf die Rückreflexionseinrichtung 7 auf. In diesem konventionellen Beispiel umfasst die Rückreflexionseinrichtung 7 zwei Planspiegel 6C, 6D und den Zwischenschlitz 2C.
Das von dieser Rückreflexionseinrichtung 7 reflektierte Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d wird vom Planspiegel 6C in der Rückreflexionseinrichtung 7 reflektiert, dann das Licht, das den Zwischenschlitz 2D durchläuft, und wird erneut vom Planspiegel 6D reflektiert. Außerdem trifft dieses reflektierte Licht als Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e auf den Konkavspiegel 3 auf, und das vom Konkavspiegel 3 reflektierte Licht trifft als Auflicht des zweiten Weges 1f erneut auf das Beugungsgitter 4 auf und wird gebeugt. In diesem Zeitpunkt wird das Auflicht des zweiten Weges 1f in Abhängigkeit von der Wellenlänge unter einem anderen Winkel in Bezug auf die X-Achse reflektiert, und die bestimmte Wellenlängenkomponente, die durch den Drehwinkel des Beugungsgitters 4 festgelegt ist, trifft als Emissionslicht des zweiten Weges 1g auf den Konkavspiegel 3 auf. Außerdem wird es, nachdem es vom Konkavspiegel 3 reflektiert worden ist, vom Planspiegel 6B reflektiert, und von diesem reflektierten Licht trifft nur die Wellenlängenkomponente, die den Austrittsschlitz 2B durchläuft, als Ausgangslicht 1h auf den Photodetektor 8 auf.
Bei dem oben beschriebenen Doppelweg-Monochromator ist im Falle des Doppelweg-Monochromators mit dem zum Beispiel in 11 gezeigten Aufbau im Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d die Dispersionsrichtung X der Lichtwellenlänge, welche die Ausbreitungsrichtung der vom Beugungsgitter 4 gestreuten Wellenlänge ist, in 12, wie durch einen unterbrochenen Pfeil angezeigt, senkrecht zur Y-Richtung, welche die Längsrichtung des Schlitzlochs 2c des Zwischenschlitzes 2C ist. Das heißt, in der Breitenrichtung S des Schlitzes 2s wird das Wellenlängenband von kurzwelligem Licht P (z. B. Purpurlicht) zu langwelligem Licht (z. B. Rotlicht) gestreut. Außerdem weist in 12 der die Dispersionsrichtung X zeigende Pfeil in der Richtung von der kurzen Wellenlänge zur langen Wellenlänge. Dieses Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d, wie es in 13 gezeigt ist, trifft auf die Rückreflexionseinrichtung 7 auf, und nachdem es zwei Mal vom rechtwinkligen Prisma 50 reflektiert worden ist, wird es als Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e emittiert. In diesem Zeitpunkt wird die Dispersionsrichtung X der Lichtwellenlänge durch den Prozess des Durchlaufens des rechtwinkligen Prismas 50 nicht geändert.
Außerdem trifft bei auch dem in 15 gezeigten Doppelweg-Monochromator das Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d auf die Rückreflexionseinrichtung 7 auf, und nachdem es zwei Mal von den Planspiegeln 6C, 6D reflektiert worden ist, wird die Dispersionsrichtung X des Lichts durch den Prozess, als Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e emittiert zu werden, nicht geändert. Im Falle der Trennung der Spektralkomponenten von Licht durch den konventionellen Doppelweg-Monochromator sind daher die Richtungen der Dispersion X des Lichts des Emissionslichts des ersten Weges 1c und des Auflichts des zweiten Weges 1f dieselben. Das heißt, das Beugungsgitter 4 beugt das Licht zwei Mal in derselben Dispersionsrichtung X, und aufgrund dessen gibt es eine Grenze bei der Wellenlängenauflösung.
Außerdem ändert sich bei diesen konventionellen Doppelweg-Monochromatoren wegen des Abstands zwischen den zwei Reflexionspunkten in dem rechtwinkligen Prisma 50 oder den zwei Planspiegeln 6C, 6D, welche die Rückreflexionseinrichtung 7 umfassen, der Winkel zwischen dem Auflicht und dem Emissionslicht des ersten Weges und dem Auflicht und dem Emissionslicht des zweiten Weges in Bezug auf die Gitteroberfläche des Beugungsgitters, wenn die Spektralkomponenten des Lichts auf dem Beugungsgitter 4 getrennt werden. In dieser Situation, da der Aufbau des Lichtwegs von der Lichtquelle 1 zum Lichtempfänger 8 kompliziert ist, muss man den Winkel dieser zwei Wege von Auflicht und Emissionslicht in Bezug auf die Gitteroberfläche im Wesentlichen ungefähr gleich machen, indem man die Brennweite des optischen Systems im Monochromator, insbesondere die Brennweite des Konkavspiegels 3, ausreichend verlängert. Deswegen gibt es das Problem, dass der Körper des Doppelweg-Monochromators lang wird.
Außerdem, um bei dem Doppelweg-Monochromator einen ausreichenden Dynamikabstand durch Beseitigung von Streulicht zu erhalten, ist präzise Justierung der Schlitzbreiten einer Mehrzahl von in den Lichtweg eingefügten Schlitzen und der Einstellposition notwendig. Bei dem konventionellen Doppelweg-Monochromator ist es jedoch notwendig, wenn das Beugungsgitter zur Selektion der Beugungswellenlänge gedreht wird, in diesem Zeitpunkt das in jeden Gang des Lichtweges eingeführte Schlitzsystem zu justieren, und daher gibt es das Problem, dass die Justierung kompliziert ist. Die US-Patentanmeldung US 2922331 offenbart einen Doppelweg-Monochromator mit einer Rückreflexionseinrichtung, die die Dispersionsrichtung der Wellenlänge von Licht während der Reflexion umkehrt.
Kurze Darstellung der Erfindung
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Doppelweg-Monochromator bereitzustellen, bei dem es möglich ist, eine ausreichende Wellenlängenauflösung zu erzielen, die tatsächliche Länge des Doppelweg-Monochromators zu vermindern, einen guten Dynamikbereich zu erzielen und zusätzlich die Justierung des Schlitzsystems zu vereinfachen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Doppelweg-Monochromator, nachdem das Quellen-Auflicht als Auflicht des ersten Weges auf das Beugungsgitter auftrifft und das erhaltene Emissionslicht des ersten Weges in einer Rückreflexionseinrichtung reflektiert wird, das Licht als Auflicht des zweiten Weges erneut auf das Beugungsgitter auftreffen gelassen und wird nur Licht mit einer bestimmten Wellenlänge als Ausgangslicht ausgegeben, und bei der vorliegenden Erfindung kehrt diese Rückreflexionseinrichtung die Dispersionsrichtung der Wellenlänge von Licht während der Reflexion in der Rückauftrittseinrichtung um.
Das heißt, die Dispersionsrichtung der Wellenlänge des auf die Rückreflexionseinrichtung auftreffenden Lichts und die Dispersionsrichtung der Wellenlänge des von der Rückreflexionseinrichtung reflektierten Lichts werden in dieser Rückreflexionseinrichtung umgekehrt.
Dadurch kann das Beugungsgitter eine ausreichende Wellenlängenauflösung erzielen, da das Licht zwei mal in den vielfältig differierenden Dispersionsrichtungen der Wellenlängen gebeugt wird.
Außerdem kehrt die obige Rückreflexionseinrichtung die Dispersionsrichtung der Wellenlänge von Licht während der Reflexion in dieser Rückreflexionseinrichtung um, und im selben Zeitpunkt, in dem die Spektralkomponenten durch das Beugungsgitter getrennt werden, kann sie die Winkel des Auflichts und Emissionslichts in Bezug auf die Gitteroberfläche des Beugungsgitters während der Beugung des ersten Weges und des zweiten Weges gleich machen.
Außerdem kehrt die obige Rückreflexionseinrichtung die Dispersionsrichtung der Wellenlänge des Lichts während der Reflexion in der Rückreflexionseinrichtung um, und im selben Zeitpunkt kann sie eine aufgrund der Drehung des Beugungsgitters erzeugte Schwankung in der Richtung senkrecht zur Dispersionsrichtung der Wellenlänge von Licht beseitigen. Und da Schwankung in der senkrechten Richtung beseitigt wird, kann die Richtung, die zu der Dispersionsrichtung der Wellenlänge von Licht senkrecht ist, während der Reflexion in dieser Rückreflexionseinrichtung durch diese Rückreflexionseinrichtung gleich gemacht werden.
Außerdem kehrt die obige Rückreflexionseinrichtung die Dispersionsrichtung der Wellenlänge des Lichts während der Reflexion in dieser Rückreflexionseinrichtung um, und im selben Zeitpunkt, während des zweiten Durchgangs durch den Monochromator, kann sie die während des ersten Durchgangs durch den Monochromator erzeugte Lichtaberration beseitigen. Um die Aberration dieses Lichts zu beseitigen, kann das Licht außerdem eine ungerade Zahl von Malen in der Rückreflexionseinrichtung reflektiert werden.
Weiterhin liefert die obige Rückreflexionseinrichtung eine optische Einrichtung, die das Emissionslicht des ersten Weges vom Beugungsgitter sammelt, einen Zwischenschlitz, der eine bestimmte Wellenlängenkomponente in dem von dieser optischen Einrichtung gesammelten Licht hindurchgehen lässt, eine Kollimatorlinse, die das Licht, das durch diesen Zwischenschlitz hindurchgegangen ist, in einen parallelen Strahl umformt, und einen Planspiegel, der diesen parallelen Strahl über die Kollimatorlinse in Richtung auf das Beugungsgitter reflektiert, und dabei kann die optische Achse dieser Kollimatorlinse für eine Bewegung parallel zur Gitterrichtung des Beugungsgitters in Bezug auf die Mittellinie des emittierten Licht des ersten Weges angeordnet werden. Außerdem wird der obige Planspiegel bevorzugt auf der optischen Achse der Kollimatorlinse und auf der Brennpunktposition der Kollimatorlinse angeordnet.
Überdies werden bei dem Doppelweg-Monochromator der vorliegenden Erfindung der Auflichtschlitz, der das Quellen-Eingangslicht beschränkt, und der Emissionsschlitz, der das Ausgangslicht beschränkt, bevorzugt unabhängig voneinander montiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Zeichnung, die den Aufbau eines Doppelweg-Monochromators zeigt.
2 ist eine Zeichnung, die die Dispersionsrichtung der Wellenlänge des Rückreflexionseinrichtung-Auflichts und des auf die Rückreflexionseinrichtung auftreffenden Rückreflexions-Emissionslicht bei dem Doppelweg-Monochromator in 1 zeigt.
3 ist eine Figur, die den Aufbau eines zweiten Doppelweg-Monochromators zeigt.
4 ist eine Zeichnung, die einen alternativen Aufbau für den zweiten Doppelweg-Monochromator zeigt.
5 ist eine Zeichnung, die die in dem in 3 gezeigten Doppelweg-Monochromator vorgesehene Rückreflexionseinrichtung zeigt.
6 ist eine Zeichnung, die die in einem Doppelweg-Monochromator vorgesehene Rückreflexionseinrichtung zeigt.
7 ist eine Zeichnung, die die bei dem Doppelweg-Monochromator in Übereinstimmung mit der Erfindung vorgesehene Rückreflexionseinrichtung zeigt.
8 ist eine Zeichnung, die den Aufbau eines Doppelweg-Monochromators zeigt.
9 ist eine Zeichnung, die die bei dem Doppelweg-Monochromator von 8 vorgesehene Rückreflexionseinrichtung zeigt.
10A und 10B sind die Zeichnungen, die den Reflexionswinkel bei dem Beugungsgitter zeigen.
11 ist eine Zeichnung, die den Aufbau eines konventionellen Doppelweg-Monochromators zeigt.
12 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der Dispersionsrichtung des Lichts in dem Zwischenschlitz und der Richtung senkrecht zu dieser Richtung der Dispersion.
13 ist eine Zeichnung, die die in dem in 11 gezeigten konventionellen Doppelweg-Monochromator vorgesehene Rückreflexionseinrichtung zeigt.
14 ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel für den Zustand des durch ein Beugungsgitter gestreuten Lichts zeigt.
15 ist eine Zeichnung, die den Aufbau eines anderen konventionellen Doppelweg-Monochromators als desjenigen in 11 zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die betreffenden Figuren im Detail erläutert. Doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
1 ist eine Zeichnung, die den Aufbau eines Doppelweg-Monochromators zeigt. Der in 1 gezeigte Doppelweg-Monochromator enthält eine Lichtquelle 1, die das zu messende Licht erzeugt, einen Eintrittsschlitz 2A, einen Austrittsschlitz 2B, Zwischenschlitze 2C, 2D, Konkavspiegel 3, ein Beugungsgitter 4, eine Rückreflexionseinrichtung 7 und einen Photodetektor 8, der das von diesem Doppelweg-Monochromator emittierte Licht empfängt.
Der Doppelweg-Monochromator von 1 unterscheidet sich von einem konventionellen Doppelweg-Monochromator darin, dass die Rückreflexionseinrichtung 7 die Dispersionsrichtung X der Wellenlänge des Lichts während der Reflexion umkehrt. Bei diesem Doppelweg-Monochromator ist die Rückreflexionseinrichtung 7 eine optionale Einrichtung, die die Umkehr der Dispersionsrichtung X des Lichts erlaubt.
Bei dem Doppelweg-Monochromator von 1 ist der Eintrittsschlitz 2A ein zwischen der Lichtquelle 1 und dem Konkavspiegel 3 vorgesehener Eingangsschlitz. Der Austrittsschlitz 2B ist zwischen dem Konkavspiegel 3 und dem Photodetektor 8 vorgesehen, selektiert eine bestimmte Wellenlänge aus dem Emissionslicht des zweiten Weges 1g und selektiert dadurch die abgetrennte Wellenlängenkomponente des Doppelweg-Monochromators.
Außerdem selektieren die Zwischenschlitze 2C, 2D die Beugungswellenlänge bei der Beugung des zweiten Weges, indem sie zwischen dem Konkavspiegel 3 und der Rückreflexionseinrichtung 7 vorgesehen sind.
Die Breite und Position des Schlitzlochs dieser Eintritts- und Austrittsschlitze 2A und 2B und der Zwischenschlitze 2C und 2D werden in Übereinstimmung mit der Wellenlängenauflösung des Doppelweg-Monochromators und des Dynamikbereichs justiert.
Als ein Schlitz, der von diesen Eintritts- und Austrittsschlitzen 2A und 2B und den Zwischenschlitzen 2C und 2D verwendet wird, kann man ohne irgendwelche spezielle Beschränkungen allgemein bei Monochromatoren usw. verwendete Schlitze verwenden, und ein flacher Schlitz, ein umschaltbarer Schlitz oder variabler Schlitz usw. werden bevorzugt.
Das Licht mit einem unbekannten, durch den Doppelweg-Monochromator in Spektralkomponenten getrennten Spektrum wird wie beim konventionellen Doppelweg-Monochromator als Ausgangslicht 1h emittiert, nachdem es einer ersten und einer zweiten Beugung unterzogen worden ist, und in einen Photodetektor 8 eingegeben. Die Dispersionsrichtung X des Rückreflexionseinrichtungs-Auflichts 1d während der Trennung von Spektralkomponenten wird durch das Beugungsgitter 4 im Zeitpunkt der Reflexion um einen Winkel, der für jede Wellenlänge verschieden ist, bestimmt. Das Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d enthält kurzwelliges Licht P, das in der Richtung der kurzen Wellenlängen gestreut ist, und langwelliges Licht R, das in der Richtung der langen Wellenlängen gestreut ist. Wenn die Dispersionsrichtung X, wie in 2 gezeigt, in einem Zustand ist, in dem lange Wellenfängen R rechts sind und die kurzen Wellenlängen P links sind, wenn von der Rückreflexionseinrichtung 7 her gesehen, trifft das Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d auf die Rückreflexionseinrichtung 7 auf, und nachdem es reflektiert worden ist, wird es das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e.
Die Positionen des kurzwelligen Lichts P und des langwelligen Lichts R des auf diese Weise erhaltenen Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslichts 1e werden wegen des Beugungsgitters so angeordnet, dass, wenn von der Rückreflexionseinrichtung 7 her gesehen, das kurzwellige Licht P rechts ist und das langwellige Licht R links ist, und daher wird die Positionsbeziehung des kurzwelligen Lichts P und des langwelligen Lichts R im Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d umgekehrt. Das heißt, die Dispersionsrichtung X der Wellenlänge des Lichts wird während der Reflexion durch die Rückreflexionseinrichtung 7 umgekehrt.
Da bei diesem Typ von Doppelweg-Monochromator die Rückreflexionseinrichtung 7 vorgesehen ist, die die Dispersionsrichtung X des Lichts während der Reflexion umkehrt, wird, wenn Licht in Spektralkomponenten getrennt wird, durch Reflexion an der Rückreflexionseinrichtung 7 das Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d zu dem Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e mit der umgekehrten Dispersionsrichtung X des Lichts, und da das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e durch den zweiten Durchgang des Monochromators weiter gebeugt wird, kann die Wellenlängenauflösung verbessert werden.
Das heißt, da bei diesem Doppelweg-Monochromator die Dispersionsrichtung X des Rückreflexionseinrichtungs-Auflichts 1d und des von der Rückreflexionseinrichtung 7 reflektierten Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslichts 1e umgekehrt wird, sind die Richtungen der Dispersion X des Emissionslichts des ersten Weges 1c und des Auflichts des zweiten Weges 1f verschieden. Deswegen werden die Richtungen der Dispersion X des Emissionslichts des ersten Weges 1c und des Auflichts des zweiten Weges 1f, wenn vom Beugungsgitter 4 her gesehen, umgekehrt, wenn man das Emissionslicht des ersten Weges 1c aus einer Richtung entgegen der Fortschrittsrichtung betrachtet.
Wenn m die Beugungsordnung ist, f die Brennweite des Konkavspiegels 3 ist, s die Breite des Schlitzlochs 2c des Austrittsschlitzes 2B ist, der das Ausgangslicht 1h emittiert, und wenn, wie in 14 gezeigt, d der Abstand zwischen den Rillen 4a auf dem Beugungsgitter ist und α der Winkel zwischen der Oberfläche 70, die durch das vom Beugungsgitter 4 emittierte Emissionslicht des zweiten Weges 1g und das Auflicht des ersten Weges 1b gebildet wird, und der Senkrechten 20 in Bezug auf die Oberfläche des Beugungsgitters 4 ist, so erhält man die Wellenlängenauflösung Δλ dieses Doppelweg-Monochromators aus der folgenden Gleichung: Δλ = (d/(2·m·f))·S·cos α (i)
Vergleicht man die durch Gleichung (i) ausgedrückte Wellenlängenauflösung dieses Doppelweg-Monochromators und die durch die folgende Gleichung (ii) ausgedrückte Auflösung eines konventionellen Doppelweg-Monochromators, wird, wenn der cos α in der obigen Gleichung (i) derselbe Wert wie der cos β in Gleichung (ii) ist, die Wellenlängenauflösung des Doppelweg-Monochromators gleich 1/2 der konventionellen Wellenlängenauflösung. Δλ = (d/(m·f))·S·cos β (ii)
Das heißt, da bei diesem Doppelweg-Monochromator während der Trennung in Spektralkomponenten die Dispersionsrichtung X des Rückreflexionseinrichtungs-Auflichts 1d durch die Rückreflexionseinrichtung 7 umgekehrt wird, vom Beugungsgitter 4 her gesehen, wird die Dispersionsrichtung X des Emissionslichts des ersten Weges 1c und des Auflichts des zweiten Weges 1f entgegengesetzt, und daher ist bei der Beugung des ersten Weges und des zweiten Weges der vom Beugungsgitter 4 reflektierte Winkel derselbe. Aufgrund dessen, zum Beispiel wenn der Wert von cos α in der obigen Gleichung (i) und der cos β in der obigen Gleichung (ii) gleich sind, wird er verglichen mit dem konventionellen Doppelweg-Monochromator ein hervorragender Doppelweg-Monochromator mit einer Wellenlängenauflösung, die 1/2 wird.
Dadurch, indem die Dispersionsrichtung X des Lichts durch die Rückreflexionseinrichtung 7 umgekehrt wird, kann die Wellenlängenauflösung verbessert werden. Außerdem vergrößert der Doppelweg-Monochromator von 1 die Wellenlängenselektivität mittels Durchführung von zweimaliger Beugung, und gleichzeitig kann man Streulicht beseitigen, indem man die Zwischenschlitze 2C, 2D vorsieht, und den Dynamikbereich vergrößern.
3 ist eine Zeichnung, die den Aufbau eines Doppelweg-Monochromators zeigt. Der in 3 gezeigte Doppelweg-Monochromator enthält eine Lichtquelle 1, einen Eintrittsschlitz 2A, einen Austrittsschlitz 2B, einen Konkavspiegel 3, ein Beugungsgitter 4, eine Rückreflexionseinrichtung 7 und einen Photodetektor 8. Bei diesem Doppelweg-Monochromator kehrt die Rückreflexionseinrichtung 7 die Dispersionsrichtung der Wellenlänge von Licht während der Reflexion um, und gleichzeitig ist der Winkel des Auflichts und Emissionslichts, wenn durch das Beugungsgitter 4 in Spektralkomponenten getrennt, bei der ersten und der zweiten Beugung derselbe. Die bei diesem Typ von Doppelweg-Monochromator vorgesehene Rückreflexionseinrichtung 7 kann zum Beispiel, wie in 5 gezeigt, eine Einrichtung verwenden, die Planspiegel 9a, 9b, 9c und 9d umfasst, welche das Licht reflektieren, und der Zwischenschlitz 2E wird bevorzugt.
Die Planspiegel 9a, 9d, wie in 3 gezeigt, sind parallel zum Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d und zum Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e, und die durch das Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d und das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e gebildete Oberfläche ist so angeordnet, dass die parallel zur Richtung der Rillen 4a auf dem Beugungsgitter 4 ist. Außerdem ist der Zwischenschlitz 2E zwischen dem Planspiegel 9b und dem Planspiegel 9c angeordnet, so dass er dieselbe Position wie die Brennpunktposition des Konkavspiegels 3 hat. Das durch diesen Doppelweg-Monochromator in Spektralkomponenten getrennte Licht wird wie bei dem Doppelweg-Monochromator in dem in 1 gezeigten Doppelweg-Monochromator als Ausgangslicht 1h emittiert, nachdem es der ersten Beugung und der zweiten Beugung unterzogen worden ist, und in den Photodetektor 8 eingegeben.
Während dieser Trennung in Spektralkomponenten trifft das Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d, wie in 5 gezeigt, auf die Rückreflexionseinrichtung 7 auf, und nachdem es vom Planspiegel 9a und vom Planspiegel 9b reflektiert worden ist, trifft es auf den Zwischenschlitz 2E auf. Zusätzlich wird die Wellenlänge des auf den Zwischenschlitz 2E auftreffenden Lichts in Übereinstimmung mit der durch die Breite des Schlitzlochs 2c des Zwischenschlitzes 2E beschränkten Wellenlängenauflösung selektiert, wird vom Planspiegel 9d über den Planspiegel 9c reflektiert und wird das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e.
In diesem Zeitpunkt und in diesem Zustand hat die Dispersionsrichtung X der Wellenlänge des Rückreflexionseinrichtungs-Auflichts 1d, wie in 5 gezeigt, wegen des Beugungsgitters 4 das langwellige Licht R rechts und das kurzwellige Licht P links und trifft auf die Rückreflexionseinrichtung 7 auf. Und nachdem es von den Planspiegeln 9a, 9b, 9c und 9d reflektiert worden ist, wird es das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e. Dadurch, wie in 5 gezeigt, hat die Position des kurzwelligen Lichts P und des langwelligen Lichts R des erhaltenen Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslichts 1e das kurzwellige Licht P rechts und das langwellige Licht R links, und daher wird der Zustand der Positionsbeziehung des kurzwelligen Lichts P und des langwelligen Lichts R des Rückreflexionseinrichtungs-Auflichts 1d umgekehrt. Das heißt, die Dispersionsrichtung X der Wellenlänge des Lichts, von der verlängerten Oberfläche der durch das Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d und das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e gebildeten Oberfläche 30 her gesehen, wird während der Reflexion durch die Rückreflexionseinrichtung 7 umgekehrt.
Außerdem wird das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e während der Trennung in Spektralkomponenten durch diesen Doppelweg-Monochromator wegen der Rückreflexionseinrichtung 7 parallel zum Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d, und die durch das Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d und das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e gebildete Oberfläche 30 wird in einer Richtung parallel zur Richtung der Rillen 4a des Beugungsgitters 4 umgekehrt.
Dieser Typ von Doppelweg-Monochromator kehrt die Dispersionsrichtung X der Wellenlänge von Licht während der Reflexion um, und das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e wird parallel zum Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d gemacht. Gleichzeitig, da der Doppelweg-Monochromator mit der Rückreflexionseinrichtung 7 versehen ist, die das Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d so reflektiert, dass die Richtung der Oberfläche 30 parallel zur Richtung der Rillen 4a des Beugungsgitters 4 ist, kann während der Trennung von Spektralkomponenten die Wellenlängenauflösung vergrößert werden, und man hat außerdem die folgenden Wirkungen:

(1) Man kann den Eintrittsschlitz 2A, der das Quellen-Auflicht 1a durchlässt, und den Austrittsschlitz 2B, der das Emissionslicht des zweiten Weges 1g über den Konkavspiegel 3 durchlässt, beide durch einen (Zahlwort) Schlitz ersetzten.
(2) Die Aberration des Konkavspiegels 3 kann verbessert werden.

Das heißt, bei der Trennung von Spektralkomponenten durch diesen Doppelweg-Monochromator wird das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e von der Rückreflexionseinrichtung 7 so reflektiert, dass es parallel zum Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d und in der Richtung ist, in der die Oberfläche 30 parallel zur Richtung der Rillen 4a auf dem Beugungsgitter 4 ist. Dadurch, gleich welcher Winkel des Beugungsgitters eingestellt ist, wie in 3 gezeigt, sind der Emissionswinkel φ des vom Beugungsgitter 4 ausgegebenen Emissionslichts des ersten Weges 1c in Bezug auf das Beugungsgitter 4 und der Auftreffwinkel ζ des vom Beugungsgitter 4 ausgegebenen Auflichts des zweiten Weges in Bezug auf das Beugungsgitter 4 gleich. Weiterhin werden die Beugung des ersten Weges und des zweiten Weges durch dasselbe Beugungsgitter 4 gebeugt, und daher sind auch der Auftreffwinkel δ des Auflichts des ersten Weges 1b in Bezug auf das Beugungsgitter und der Emissionswinkel θ des Emissionslichts des zweiten Weges 1g in Bezug auf das Beugungsgitter 4 gleich.
Daher sind das Auflicht des ersten Weges 1b und das Emissionslicht des zweiten Weges 1g parallel, und die durch das Auflicht des ersten Weges 1b nach Reflexion durch den Konkavspiegel 3 und das Emissionslicht des zweiten Weges 1g gebildete Oberfläche 40 ist parallel zur Richtung der Rillen 4a auf dem Beugungsgitter 4, und daher, wie bei anderen Beispielen für Aufbauten in der in 4 gezeigten Ausführungsform, kann man anstelle des Eintrittsschlitzes 2A, der das Quellen-Auflicht 1a durchlässt, und des Austrittsschlitzes 2B, der das Emissionslicht des zweiten Weges 1g über den Konkavspiegel 3 durchlässt, einen Ein-/Austrittsschlitz 2F verwenden, der sowohl das Quellen-Auflicht 1a als auch das Ausgangslicht 1h durch einen (Zahlwort) Schlitz hindurchgehen lässt.
Außerdem werden bei dem in 4 gezeigten Doppelweg-Monochromator die Winkel des durch das Beugungsgitter 4 gebeugten Auflichts und Emissionslichts bei der Beugung des ersten Weges und des zweiten Weges wegen der Rückreflexionseinrichtung 7 parallel, und daher werden auch die Winkel des Auflichts und Emissionslichts in Bezug auf den Konkavspiegel 3 bei der Beugung des ersten Weges und des zweiten Weges parallel. Dadurch kann die Aberration des Konkavspiegels 3 möglich klein gemacht werden.
Ein anderer Doppelweg-Monochromator sieht die in 6 gezeigte Rückreflexionseinrichtung 7 in dem in 3 und 4 gezeigten Doppelweg-Monochromator vor. Die Rückreflexionseinrichtung 7 dieses Doppelweg-Monochromators kehrt die Dispersionsrichtung der Wellenlänge von Licht während der Reflexion um und beseitigt gleichzeitig Schwankung in der Richtung senkrecht zur Dispersionsrichtung des Lichts, die erzeugt wird, wenn sich das Beugungsgitter 4 dreht. Als die bei diesem Typ von Doppelweg-Monochromator vorgesehene Rückreflexionseinrichtung 7 ist es günstig, zum Beispiel die Rückreflexionseinrichtung 7 mit einem Aufbau wie dem in 6 gezeigten zu verwenden. Die in 6 gezeigte Rückreflexionseinrichtung 7 enthält die Planspiegel 9e, 9f, die Reflektoren 10a, 10b und den Zwischenschlitz 2E.
Die Planspiegel 9e, 9f sind hier so angeordnet, dass das Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d und das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e parallel sind, und weiterhin so, dass die durch das Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d und das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e gebildete Oberfläche 30 parallel zur Richtung der Rillen 4a auf dem Beugungsgitter 4 ist. Außerdem ist der Zwischenschlitz 2E zwischen dem Reflektor 10a und dem Reflektor 10b angeordnet, so dass er in derselben Position wie die Brennpunktposition des Konkavspiegels 3 angeordnet ist, Außerdem wird bevorzugt, dass die Teile 10c der Reflektoren 10a, 10b, wobei die zwei reflektierenden Oberflächen der Reflektoren 10a, 10b in Kontakt stehen, so angeordnet sind, dass sie parallel zur Dispersionsrichtung X des Auflichts sind.
Bei der Trennung der Spektralkomponenten durch den mit diesem Typ von Rückreflexionseinrichtung 7 versehenen Doppelweg-Monochromator trifft das auf die Rückreflexionseinrichtung 7 auftreffende Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d auf den Zwischenschlitz 2E auf, nachdem es vom Planspiegel 9d und vom Reflektor 10a reflektiert worden ist, wie in 6 gezeigt. Außerdem wird das auf den Zwischenschlitz 2E auftreffende Licht nach der Wellenlängenselektion bei der durch die Breite des Schlitzlochs beschränkten Wellenlängenauflösung vom Planspiegel 9f über den Reflektor 10b reflektiert und wird das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e.
In diesem Zeitpunkt hat die Dispersionsrichtung X der Wellenlänge des auf die Rückreflexionseinrichtung 7 auftreffenden Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e wegen des Beugungsgitters 4 das kurzwellige Licht R rechts und das langwellige Licht P links, und nachdem es von dem Planspiegel 9e, dem Reflektor 10a, dem Reflektor 10b und dem Planspiegel 9f reflektiert worden ist, wird es das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e. Außerdem haben die Position des langwelligen Lichts P und des kurzwelligen Lichts R des erhaltenen Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslichts 1e, wie in 6 gezeigt, das langwellige Licht P rechts und das kurzwellige Licht R links, so dass der Zustand der Positionsbeziehungen des langwelligen Lichts P und des kurzwelligen Lichts R des Rückreflexionseinrichtungs-Auflichts 1d umgekehrt wird. Das heißt, die Dispersionsrichtung X der Wellenlängen von Licht, von der verlängerten Oberfläche der durch das Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d und das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e gebildeten Oberfläche 30 her gesehen, wird während der Reflexion durch die Rückreflexionseinrichtung 7 umgekehrt.
Außerdem wird die Y-Richtungs-Komponente senkrecht zur Dispersionsrichtung X der Wellenlängen des auf die Rückreflexionseinrichtung 7 auftreffenden Rückreflexionseinrichtungs-Auflichts 1d durch den Reflektor 10a umgekehrt, nachdem es vom Planspiegel 9e reflektiert worden ist, und weiterhin wird diese Y-Richtungs-Komponente durch den Reflektor 10b umgekehrt. Das heißt, im Falle, dass die Y-Richtungs-Komponente des Rückreflexionseinrichtungs-Auflichts 1d zum Beispiel nach oben verschoben wird, wird das von der Rückreflexionseinrichtung 7 emittierte Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e ebenfalls nach oben verschoben und emittiert. Daher ist die Y-Richtungs-Komponente des erhaltenen Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslichts 1e gleich derjenigen des Rückreflexionseinrichtungs-Auflichts 1d.
Weiterhin wird das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e so reflektiert, dass es parallel zum Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d ist, und in der Richtung, in der die durch das Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d und das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e gebildete Oberfläche 30 parallel zu den Rillen 4a des Beugungsgitters 4 ist.
Dieser Typ von Doppelweg-Monochromator wird bevorzugt zum Beispiel in dem Fall verwendet, dass während der Trennung in Spektralkomponenten das auf das Beugungsgitter 4 auftreffende Licht einen verschobenen Höhenwinkel hat, weil es gedreht wird, oder in dem Fall, dass, wenn man das Emissionslicht des zweiten Weges 1g über den Konkavspiegel 3 auf den Eintrittsschlitz 2A auftreffen lässt, auf den das Quellen-Auflicht 1 auftrifft, die Schwankung in der Y-Richtung, welche die Längenrichtung des Schlitzlochs 2c dieses Eintrittsschlitzes 2A ist, teilweise vermindert werden muss.
Da bei diesem Typ von Doppelweg-Monochromator die Rückreflexionseinrichtung 7 mit zwei Reflektoren 10a, 10b versehen ist, die so angeordnet sind, dass der Teil 10c, an dem die zwei reflektierenden Oberflächen in Kontakt stehen, parallel zur Dispersionsrichtung X des Auflichts auf die Rückreflexionseinrichtung 7 ist, wird während der Trennung der Spektralkomponenten die Y-Richtungs-Komponente des Rückreflexionseinrichtungs-Auflichts 1d durch den Reflektor 10a der Rückreflexionseinrichtung 7 umgekehrt, und weiterhin wird sie durch den Reflektor 10b umgekehrt. Als Folge davon erhält man das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e mit einer Y-Richtungs-Komponente gleich derjenigen des Rückreflexionseinrichtungs-Auflichts 1d, und man kann die Verschiebung der Y-Richtungs-Komponente im Photodetektor 8 beseitigen.
Zum Beispiel in dem Fall, dass die Y-Richtungs-Komponente des Rückreflexionseinrichtungs-Auflichts 1d verschoben wird, weil das auf das Beugungsgitter 4 auftreffende Licht mit einem verschobenen Höhenwinkel vom Beugungsgitter 4 reflektiert wird, wird die Y-Richtungs-Komponente des Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslichts 1e durch die Rückreflexionseinrichtung 7 gleich dem Rückreflexionseinrichtungs-Auflichts 1d gemacht. Da die Schwankung der Komponente in der Y-Richtung beseitigt wird, muss dadurch das Emissionslicht des zweiten Weges 1g keine Verschiebung in der Y-Richtungs-Komponente haben. Außerdem, wenn das Emissionslicht des zweiten Weges 1g über den Konkavspiegel 3 auf den Eintrittsschlitz 2A auftrifft, auf den das Quellen-Auflicht 1a auftritt, kann man die Schwankung in der Y-Richtung, welche die Längenrichtung des Schlitzlochs 2c des Eintrittsschlitzes 2A ist, vermindern, und weiterhin kann Schwankung der Y-Richtungs-Komponente im Photodetektor 8 beseitigt werden.
Weiterhin gibt es bei diesem Typ von Doppelweg-Monochromator zum Beispiel in dem Fall, dass die Y-Richtungs-Komponente des Rückreflexionseinrichtungs-Auflichts 1d nach oben schwankt, keine Abwärtsverschiebung der Y-Richtungs-Komponente des Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslichts 1e, wie es sie gibt, wenn man ein rechtwinkliges Prisma 50 als die Rückreflexionseinrichtung 7 verwendet, und keine Schwankung der Y-Richtungs-Komponente im Photodetektor 8, und daher kann die durch die Positionsschwankung des Photodetektors 8 bedingte Justierung des Beobachtungspunkts des Photodetektors 8 unnötig gemacht werden.
Daher kann ein hervorragender Doppelweg-Monochromator hergestellt werden, da die Rückreflexionseinrichtung 7 die Schwankung in der Richtung senkrecht zur Dispersionsrichtung des Lichts beseitigt.
Der Doppelweg-Monochromator der vorliegenden Erfindung ist ein Doppelweg-Monochromator, der die in 7 gezeigte Rückreflexionseinrichtung 7 an einem in 3 und 4 gezeigten Doppelweg-Monochromator vorsieht. Bei diesem Doppelweg-Monochromator kehrt die Rückreflexionseinrichtung 7 die Dispersionsrichtung der Wellenlänge von Licht während der Reflexion um, und gleichzeitig wird die während des ersten Durchlaufs des Monochromators (der ersten Beugung) erzeugte Lichtaberration während des zweiten Durchlaufs des Monochromators (der zweiten Beugung) beseitigt. Bevorzugt verwendet man die Rückreflexionseinrichtung 7, die zum Beispiel den in 7 gezeigten Aufbau hat, als die Rückreflexionseinrichtung 7, die an diesem Typ von Doppelweg-Monochromator vorgesehen ist. Die in 7 gezeigte Rückreflexionseinrichtung 7 enthält Planspiegel 9g, 9h, 9i, den Reflektor 10 und den Zwischenschlitz 2E.
Die Planspiegel 9g, 9i sind hier so angeordnet, dass das Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d und das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e parallel sind, und weiterhin in der Richtung, in der die durch das Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d und das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e gebildete Oberfläche 30 parallel zur Richtung der Rillen 4a auf dem Beugungsgitter 4 ist. Außerdem ist der Zwischenschlitz 2E zwischen dem Reflektor 10 und dem Planspiegel 9h vorgesehen, so dass er in derselben Position wie die Brennpunktposition des Konkavspiegels 3 angeordnet ist. Außerdem wird bevorzugt, dass der Teil 10c, an dem die zwei reflektierenden Oberflächen des Reflektors 10 in Kontakt stehen, so angeordnet ist, dass er parallel zur Dispersionsrichtung X des Auflichts ist.
Bei der Trennung von Spektralkomponenten durch den mit diesem Typ von Rückreflexionseinrichtung 7 versehenen Doppelweg-Monochromator trifft das Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d auf die Rückreflexionseinrichtung 7 auf, wie in 7 gezeigt, und trifft auf den Zwischenschlitz 2E auf, nachdem es vom Planspiegel 9g und vom Reflektor 10 reflektiert worden ist. Die in Übereinstimmung mit der durch die Breite des Schlitzlochs des Zwischenschlitzes 2E beschränkten Wellenlängenauflösung selektierte Wellenlänge des Lichts wird nachfolgend vom Planspiegel 9i über den Planspiegel 9h reflektiert und wird das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e.
In diesem Zeitpunkt hat die Dispersionsrichtung X der Wellenlänge des auf die Rückreflexionseinrichtung 7 auftreffenden Rückreflexionseinrichtungs-Auflichts 1d, wie in 7 gezeigt, wegen des Beugungsgitters 4 das langwellige Licht R rechts und das kurzwellige Licht P links, und nachdem es von dem Reflektor 10, dem Planspiegel 9h und dem Planspiegel 9i reflektiert worden ist, wird es das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e. Außerdem haben die Position des kurzwelligen Lichts P und des langwelligen Lichts R des erhaltenen Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslichts 1e, wie in 7 gezeigt, das kurzwellige Licht P rechts und das langwellige Licht R links, so dass der Zustand der Positionsbeziehung des kurzwelligen Lichts P und des langwelligen Lichts R des Rückreflexionseinrichtungs-Auflichts 1d umgekehrt wird. Das heißt, die Dispersionsrichtung X der Wellenlängen von Licht, von der verlängerten Oberfläche der durch das Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d und das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e gebildeten Oberfläche 30 her gesehen, wird während der Reflexion durch die Rückreflexionseinrichtung 7 umgekehrt.
Außerdem wird das Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d eine ungerade Zahl von Malen in der Rückreflexionseinrichtung 7 reflektiert und wird das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e. Weiterhin wird das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e so reflektiert, dass es parallel zum Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d ist, und in der Richtung, in der die Oberfläche 30 parallel zu der Richtung der Rillen 4a auf dem Beugungsgitter 4 ist.
Da bei diesem Typ von Doppelweg-Monochromator die Zahl der Reflexionsflächen in der Rückreflexionseinrichtung 7 ungerade ist, wird während der Trennung von Spektralkomponenten die Richtung der Aberration durch die Rückreflexionseinrichtung 7 umgekehrt, und das an der Position des Austrittsschlitzes 2B ausgebildete Bild des Lichts wird durch die Aberration nicht unscharf, während es über den Konkavspiegel 3 läuft. Dadurch verschlechtert sich die Wellenlängenauflösung nicht, und es gibt keine Zunahme der durch die erste Beugung erzeugten Aberration und der durch die zweite Beugung erzeugten Aberration, wie es geschieht, wenn die Zahl der Reflexionsflächen gerade ist.
Dadurch beseitigt bei diesem Doppelweg-Monochromator die Rückreflexionseinrichtung 7 die im ersten Durchlauf des Monochromators (der ersten Beugung) erzeugte Lichtaberration während des zweiten Durchlaufs des Monochromators (der zweiten Beugung), und daher wird ein hervorragender Doppelweg-Monochromator erzeugt, der unscharf werden des Bildes des Lichts im Austrittsschlitz 2B verhindern und eine hohe Wellen längenauflösung erzielen kann.
Außerdem ist es bei dem Doppelweg-Monochromator der vorliegenden Ausführungsform möglich, wie in dem in 1 gezeigten Aufbau jeweils den Eintrittsschlitz 2A zwischen der Lichtquelle 1 und dem Konkavspiegel 3, die Zwischenschlitze 2C, 2D zwischen dem Konkavspiegel 3 und der Rückreflexionseinrichtung 7 und den Austrittsschlitz 2B zwischen dem Konkavspiegel 3 und dem Photodetektor 8 vorzusehen, und wenn der gewünschte Dynamikbereich erzielt werden kann, sind die Zahl und Position dieser Schlitze nicht besonders beschränkt. Außerdem ist es bei dem Doppelweg-Monochromator der vorliegenden Erfindung möglich, wie in dem in 1 gezeigten Aufbau zwei Konkavspiegel 3 zu verwenden, man kann aber auch zwei Linsen statt dieser Konkavspiegel 3 verwenden. Weiterhin ist es bei dem Doppelweg-Monochromator der vorliegenden Erfindung möglich, einen noch besseren Doppelweg-Monochromator herzustellen, indem man je nach Notwendigkeit Linsen an erforderlichen Positionen vorsieht.
Weiterhin ist es bei dem Doppelweg-Monochromator der vorliegenden Erfindung während der Trennung von Spektralkomponenten möglich, das Licht in der Richtung des Fortschritts des Lichts auf die Rückreflexionseinrichtung 7 auftreffen zu lassen, wie in den oben beschriebenen Beispielen gezeigt, man kann aber auch das Licht aus der entgegengesetzten Richtung auftreffen lassen, und es gibt keine spezielle Beschränkung. Außerdem kann man bei dem Doppelweg-Monochromator der vorliegenden Erfindung wie bei den in 5, 6 und 7 gezeigten Aufbauten eine Einrichtung, um Licht nur auf einen Planspiegel 9 zu reflektieren, oder eine Einrichtung vorsehen, um Licht auf den Planspiegel 9 und den Reflektor 10 zu reflektieren, aber wenn es wie bei Verwendung dieser Rückreflexionsemissionseinrichtung 7 möglich ist, das Rückreflexionseinrichtungs-Auflicht 1d als das Rückreflexionseinrichtungs-Emissionslicht 1e zu reflektieren, kann man einen Planspiegel 9, einen Reflektor 10, ein Prisma oder eine Kombination davon statt des Planspiegels 9 und des Reflektors 10 verwenden. Und wenn die Zahl der Reflexionsflächen in der Rückreflexionseinrichtung 7 ungerade ist, kann die Zahl je nach Notwendigkeit geändert werden und ist nicht besonders beschränkt.
8 ist eine Zeichnung, die den Aufbau eines Doppelweg-Monochromators zeigt. Der in 8 gezeigte Doppelweg-Monochromator enthält eine Lichtquelle 1, die das mit diesem Doppelweg-Monochromator zu messende Licht erzeugt, den Eintrittsschlitz 2A, die Linsen 3A, 3B, das Beugungsgitter 4, die Rückreflexionseinrichtung 7 mit dem Zwischenschlitz 2C, die Kollimatorlinse 5 und den Planspiegel 6, den Planspiegel 9 und den End-Austrittsschlitz 2B.
Bei Durchführung von Dispersion mit dem Doppelweg-Monochromator von 8 wird wie bei dem konventionellen Doppelweg-Monochromator nach Durchführung der ersten Beugung und der zweiten Beugung das Licht als Ausgangslicht 1h ausgegeben. Wie in 9 gezeigt, weicht in der Rückreflexionseinrichtung 7 die optische Achse 5a der Kollimatorlinse 5 in der Höhe von der Mittellinie des vom Beugungsgitter 4 gebeugten Emissionslichts des ersten Weges 1c ab. Deswegen durchläuft das Auflicht auf die Kollimatorlinse 5 die untere Seite (oder obere Seite) der optischen Achse der Kollimatorlinse 5, um ein paralleler Strahl zu werden, und wird vom Planspiegel 6 reflektiert. Das reflektierte Licht des Planspiegels 6 durchläuft erneut die obere Seite (oder untere Seite) der Kollimatorlinse 5 und wird das rückreflektierte Licht 1f.
Bei der durch die Kollimatorlinse 5 und den Planspiegel 6 bei diesem Typ von Doppelweg-Monochromator ausgebildeten Rückreflexionseinrichtung 7 ist die Kollimatorlinse 5 in einer Position angeordnet, die sich nur in der Richtung der Drehachse (y) des Beugungsgitters 4 in Bezug auf die Mittellinie des vom Beugungsgitter 4 gebeugten Emissionslichts des ersten Weges 1c ändert, und indem es am Planspiegel 6 reflektiert wird, wird die Dispersionsrichtung X des rückreflektierten Lichts 1f während der Reflexion durch die Rückreflexionseinrichtung 7 umgekehrt. Außerdem, wie in 10 gezeigt, kann der Winkel des Auflichts und Emissionslichts, wenn durch das Beugungsgitter 4 in Spektralkomponenten getrennt, während der ersten und der zweiten Beugung gleich gemacht werden.
Bei der Trennung der Spektralkomponenten bei dem Doppelweg-Monochromator wird durch Reflexion des Lichts in der Rückreflexionseinrichtung 7 die Dispersionsrichtung X des Lichts umgekehrt, und es wird das rückreflektierte Licht 1f, und da es durch den zweiten Durchlauf des Monochromators weiter gebeugt wird, kann die Wellenlängenauflösung vergrößert werden.
Außerdem, ist in der Rückreflexionseinrichtung 7 dieses Doppelweg-Monochromators der Winkel des Auflichts und Emissionslichts, wenn durch das Beugungsgitter 4 in Spektralkomponenten getrennt, während der ersten und der zweiten Beugung gleich, und dadurch kann man die Wellenlänge des ersten Durchgangs im Monochromator und die Wellenlänge des zweiten Durchgangs im Monochromator über einen breiten Wellenlängenbereich übereinstimmend machen. Daher ist eine komplizierte Steuerung, wie z. B. vertikales Bewegen des Zwischenschlitzes 2C und des Austrittsschlitzes 2B, unnötig, und der Aufbau kann vereinfacht werden.
Die Wellenlängenauflösung Δλ bei dem Doppelweg-Monochromator in 8 wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt: Δλ = (d/(2m·f))·S·cos β (iii)
Hier ist d der Abstand zwischen den Rillen im Beugungsgitter, m ist die Beugungsordnung, f ist die Brennweite der Kollimatorlinse, S ist die Breite des Schlitzes, und β ist der durch das vom Beugungsgitter reflektierte Licht und eine Senkrechte des Beugungsgitters gebildete Winkel.
Da bei diesem Doppelweg-Monochromator Dispersionsrichtung X des durch die Rückreflexionseinrichtung 7 erhaltenen rückreflektierten Lichts umgekehrt wird, vom Beugungsgitter 4 her gesehen, sind die Dispersionsrichtung X des Emissionslichts des ersten Weges und des Auflichts des zweiten Weges entgegengesetzt, und die Trennung in Spektralkomponenten während des zweiten Durchgangs ist feiner gebeugt. Sind in diesem Zeitpunkt der durch das Reflexionslicht des ersten Weges des Beugungsgitters 4 und die Senkrechte des Beugungsgitters 4 gebildete Winkel und der durch das Reflexionslicht des zweiten Weges des Beugungsgitters 4 und die Senkrechte des Beugungsgitters 4 gebildeten Winkel gleich, so gilt die Formel für die Wellenlängenauflösung (iii).
In Übereinstimmung mit Gleichung (iii) kann dieser Doppelweg-Monochromator einen Monochromator genau wie einer mit der doppelten Brennweite verwirklichen, aber ohne die Brennweite f der Kollimatorlinse zu verlängern. Das heißt, da die Dispersionsrichtung X des Lichts durch die Rückreflexionseinrichtung 7 umgekehrt wird, kann man die Wellenlängenauflösung vergrößern, ohne die Brennweite der Kollimatorlinse zu verlängern.
Außerdem, da in der Rückreflexionseinrichtung 7 der Planspiegel 9 an der Brennpunktposition angeordnet ist, die nur um die Brennweite der Kollimatorlinse 5 von der Kollimatorlinse 5 getrennt ist, können das auf die Rückreflexionseinrichtung 7 auftreffende und das davon emittierte Licht in der Horizontalrichtung maximal getrennt werden, ohne abgeschwächt zu werden. Dadurch kann man Streulicht beseitigen, und man kann den Dynamikbereich vergrößern. Außerdem vergrößert dieser Doppelweg-Monochromator die Wellenlängenselektivität mittels zweimaliger Beugung, und gleichzeitig, da ein Zwischenschlitz darin vorgesehen ist, kann man Streulicht durch diesen Zwischenschlitz beseitigen, und man kann den Dynamikbereich vergrößern.
Wird der Photodetektor 8 auf der Auftreffseite des Lichts vorgesehen, erleidet das in derselben Richtung wie das auf den Monochromator auftreffende Auflicht reflektierte Littrow-Licht das Problem, das Streulicht zu verschlimmern. Doch da die Rückreflexionseinrichtung 7 des Doppelweg-Monochromator in 8 das Licht in der Richtung (y) senkrecht zur Dispersionsrichtung X trennt, sind die Höhe des Lichtwegs des auf den Monochromator auftreffenden Auflichts und die Höhe des Lichtwegs des vom Monochromator ausgegebenen Lichts verschieden. Das heißt, bei dem Photodetektor 8 kann der Dynamikbereich vergrößert werden, da er nicht leicht durch Littrow-Licht aufgrund des Auflichts beeinflusst wird.
Bei dem Doppelweg-Monochromator von 8 kann man die Linsen 3A, 3B wie in dem in 1 gezeigten Beispiel durch einen Konkavspiegel 3 ersetzen. Außerdem kann bei dem Doppelweg-Monochromator von 8 die optische Anordnung des in 8 gezeigten Czerny-Turner-Typs zu einem Littrow-Typ gemacht werden. Weiterhin kann bei dem oben beschriebenen Doppelweg-Monochromator der Zwischenschlitz 2C entweder vor oder nach der Reflexion durch die Rückreflexionseinrichtung 7 oder sowohl vor als auch nach der Reflexion angeordnet werden. Außerdem kann bei dem Doppelweg-Monochromator von 8 Licht über den in 8 gezeigten Auftreffschlitz 2A auf den Monochromator auftreffen; statt des Eintrittsschlitzes 2A kann man aber auch einen Lichtwellenleiter verwenden.

Claims

Doppelweg-Monochromator, der Quellen-Auflicht (1a) als Auflicht des ersten Weges auf ein Beugungsgitter (4) auftreffen lässt und nach Reflexion des erhaltenen emittierten Lichts des ersten Weges in einer Rückreflexionseinrichtung (7) das Auflicht des zweiten Weges erneut auf das Beugungsgitter (4) auftreffen lässt und nur Licht mit einer bestimmten Wellenlänge als Ausgangslicht ausgibt, wobei die Rückreflexionseinrichtung (7) – Planspiegel aufweist, – einen Reflektor mit zwei reflektierenden Oberflächen und einem linienförmigen Teil (10c) aufweist, entlang dessen die zwei reflektierenden Oberflächen in Kontakt sind, wobei der Teil (10c) parallel zu einer Dispersionsrichtung X des Auflichts angeordnet ist, – die Richtung der Dispersion der Wellenlänge von Licht während der Reflexion umkehrt, und – das Licht eine ungerade Zahl von Malen reflektiert, so dass während des zweiten Durchgangs des Monochromators die während des ersten Durchgangs des Monochromators erzeugte Lichtaberration beseitigt wird.