JP2000186959A - 共心球分光計 - Google Patents
共心球分光計Info
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- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 27
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- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
-
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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- G01J3/0291—Housings; Spectrometer accessories; Spatial arrangement of elements, e.g. folded path arrangements
-
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- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/30—Measuring the intensity of spectral lines directly on the spectrum itself
- G01J3/36—Investigating two or more bands of a spectrum by separate detectors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 比較的安価な小型の直線型検出器の使用でき
るようにする。 【解決手段】 原子発光分光計用検出システムは、１組
の凹型球状ミラー６０、７０の曲率半径の半分の曲率半
径を持つ球状凸型回折格子５０を有する。前記回折格子
５０とミラー６０、７０はチャンバ内に設置され、これ
らの曲率中心は焦点面に一致し、焦点面においては比較
的小型の複数の分離した直線型検出器８０、８４、８
６、８８が入射スリット４０の両側に設置され、これに
よって、対象とする波長のスペクトル帯域における交互
のセグメントの検出が可能となる。
るようにする。 【解決手段】 原子発光分光計用検出システムは、１組
の凹型球状ミラー６０、７０の曲率半径の半分の曲率半
径を持つ球状凸型回折格子５０を有する。前記回折格子
５０とミラー６０、７０はチャンバ内に設置され、これ
らの曲率中心は焦点面に一致し、焦点面においては比較
的小型の複数の分離した直線型検出器８０、８４、８
６、８８が入射スリット４０の両側に設置され、これに
よって、対象とする波長のスペクトル帯域における交互
のセグメントの検出が可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は原子発光分光計に関
し、詳細には回折格子、ミラー、検出器の配置構成に特
徴のある原子発光分光計に関する。
し、詳細には回折格子、ミラー、検出器の配置構成に特
徴のある原子発光分光計に関する。
【０００２】
【従来技術】分光計には通常、凹型の回折格子、１以上
のミラーが使用され、入射スペクトル放射（spectral e
missions）は回折格子の方向へ向けられ、そのスペクト
ル放射は回折格子によって異なるスペクトル帯域に分け
られ、これらはミラーによって検出器へと反射される。
のミラーが使用され、入射スペクトル放射（spectral e
missions）は回折格子の方向へ向けられ、そのスペクト
ル放射は回折格子によって異なるスペクトル帯域に分け
られ、これらはミラーによって検出器へと反射される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】検出器は、像平面上に
配置された長尺の光検出器アレイであるが、通常は、像
平面が平らでないため、視域（field）が湾曲し、像の
質が低下し、利用可能なスペクトル領域も減少する。ま
た、このような長尺の検出器アレイは高価である。隣接
する波長領域のスペクトル光を検出するのに複数のアレ
イを使用した場合、これらのアレイを隣接して並べる必
要があり、その結果、検出器間で物理的な干渉を引き起
こす。また、凸型回折格子の使用により分光計の性能は
向上できたが、入射スペクトル放射を物理的に分離した
検出可能な周波数帯域に分割する能力の点でかなり問題
を残している。
配置された長尺の光検出器アレイであるが、通常は、像
平面が平らでないため、視域（field）が湾曲し、像の
質が低下し、利用可能なスペクトル領域も減少する。ま
た、このような長尺の検出器アレイは高価である。隣接
する波長領域のスペクトル光を検出するのに複数のアレ
イを使用した場合、これらのアレイを隣接して並べる必
要があり、その結果、検出器間で物理的な干渉を引き起
こす。また、凸型回折格子の使用により分光計の性能は
向上できたが、入射スペクトル放射を物理的に分離した
検出可能な周波数帯域に分割する能力の点でかなり問題
を残している。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によるシステムで
は、球状凸型回折格子の曲率半径を、この球状凸型回折
格子と共に使用する１以上の凹型球状ミラーの曲率半径
の半分にすることにより、従来の分光計の問題を克服す
るものである。回折格子及びミラーは、それぞれの曲率
中心が焦点面上で一致するようにチャンバ内に配置され
ている。この焦点面は平坦領域の焦点平面で、複数の比
較的小型の分離した直線型検出器が発光入射スリットの
両側に配置されている。この配置構成により、＋及び−
回折方向に２つの分散面が生じ、入射スリットの両側に
物理的に間隔をおいて反射される、対象とする波長帯域
のセグメントを交互に検出することが可能となる。この
ような構成により、高価な長尺の検出器を使用する必要
がなくなり、比較的安価な平坦直線型検出器の使用が可
能となり、隣接する検出器による干渉を受けずに効果的
に所望のスペクトル領域が検出が可能となる。この構成
により、所望の波長帯域にわたる全スペクトルの測定が
可能となり、複数の検出器間での物理的干渉を回避する
ことができる。また、焦点面により適合した比較的小型
の検出器を使用することで分散面に対する適合性を高
め、以前よりも広い波長帯域において性能全般が向上す
る。
は、球状凸型回折格子の曲率半径を、この球状凸型回折
格子と共に使用する１以上の凹型球状ミラーの曲率半径
の半分にすることにより、従来の分光計の問題を克服す
るものである。回折格子及びミラーは、それぞれの曲率
中心が焦点面上で一致するようにチャンバ内に配置され
ている。この焦点面は平坦領域の焦点平面で、複数の比
較的小型の分離した直線型検出器が発光入射スリットの
両側に配置されている。この配置構成により、＋及び−
回折方向に２つの分散面が生じ、入射スリットの両側に
物理的に間隔をおいて反射される、対象とする波長帯域
のセグメントを交互に検出することが可能となる。この
ような構成により、高価な長尺の検出器を使用する必要
がなくなり、比較的安価な平坦直線型検出器の使用が可
能となり、隣接する検出器による干渉を受けずに効果的
に所望のスペクトル領域が検出が可能となる。この構成
により、所望の波長帯域にわたる全スペクトルの測定が
可能となり、複数の検出器間での物理的干渉を回避する
ことができる。また、焦点面により適合した比較的小型
の検出器を使用することで分散面に対する適合性を高
め、以前よりも広い波長帯域において性能全般が向上す
る。
【０００５】本発明の上記した特徴及びその他の特徴、
目的、長所は添付図面と共に以下の説明により明らかに
なるであろう。
目的、長所は添付図面と共に以下の説明により明らかに
なるであろう。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１に本発明を具体化した原子発
光分光計１０を示す。この分光計は通常、グロー放電発
光源等の発光源１２が備え付けられたキャビネット内に
収容される。しかし、その他の発光源として、アークス
パーク、誘導結合プラズマ、またはレーザーアブレーシ
ョンによる発光源等も使用可能である。通常、サンプル
を発光源１２の接続したサンプルチャンバ内に配置す
る。発光源１２により、サンプルに含まれる元素から放
出される光の波長を含む光エネルギーのスペクトル放射
１４が放出される。放出されたスペクトル放射１４は、
本発明の共心球検出システム１６の入射スリット４０
（図２及び図３参照）へと焦点を合わせられる。後に詳
述するように、本発明の検出システムは凸型回折格子、
１組の球状ミラー、及び間隔をおいて配置された複数の
直線型検出器を有するチャンバが含まれる。これらの検
出器は、導体１８により、マイクロプロセッサーによっ
て制御されるアナライザ２０へと接続されている。アナ
ライザ２０は、信号情報の処理を行い、オペレータに対
してサンプル内に含まれる元素の特徴に関する情報（例
えば、元素の種類及び濃度）を表示及び／又は印刷によ
り提供する。発光源及びアナライザについては通常、ミ
シガン州セントジョセフ市のレココーポレーション（Le
coCorporation）から入手可能な、モデルＮｏ．ＧＤＳ
４００Ａ又はＧＤＳ７５０Ａを用いることができる。本
発明の改良点には、以下に図２及び図３を用いて詳述す
る検出システム１６が含まれる。
光分光計１０を示す。この分光計は通常、グロー放電発
光源等の発光源１２が備え付けられたキャビネット内に
収容される。しかし、その他の発光源として、アークス
パーク、誘導結合プラズマ、またはレーザーアブレーシ
ョンによる発光源等も使用可能である。通常、サンプル
を発光源１２の接続したサンプルチャンバ内に配置す
る。発光源１２により、サンプルに含まれる元素から放
出される光の波長を含む光エネルギーのスペクトル放射
１４が放出される。放出されたスペクトル放射１４は、
本発明の共心球検出システム１６の入射スリット４０
（図２及び図３参照）へと焦点を合わせられる。後に詳
述するように、本発明の検出システムは凸型回折格子、
１組の球状ミラー、及び間隔をおいて配置された複数の
直線型検出器を有するチャンバが含まれる。これらの検
出器は、導体１８により、マイクロプロセッサーによっ
て制御されるアナライザ２０へと接続されている。アナ
ライザ２０は、信号情報の処理を行い、オペレータに対
してサンプル内に含まれる元素の特徴に関する情報（例
えば、元素の種類及び濃度）を表示及び／又は印刷によ
り提供する。発光源及びアナライザについては通常、ミ
シガン州セントジョセフ市のレココーポレーション（Le
coCorporation）から入手可能な、モデルＮｏ．ＧＤＳ
４００Ａ又はＧＤＳ７５０Ａを用いることができる。本
発明の改良点には、以下に図２及び図３を用いて詳述す
る検出システム１６が含まれる。
【０００７】図２に示す光学図は実寸であるが、図２に
示す発光源１２及びその検出システム１６との間隔は実
寸ではない。図３の欠切斜視図に示すように、検出シス
テム１６は、床面３２、前壁３４、横壁３６及び３８、
後壁４０、及び取外し可能な上面３１を有するハウジン
グ３０によって形成されたチャンバ３５を有する。上面
３１を取り外すことにより、光学部品が取付けられたチ
ャンバ３５内にアクセスできる。ハウジングは通常、一
定温度の環境下で分光計１０内に配置され、真空下もし
くはその他制御雰囲気下で操作される。好ましい実施態
様においては、ハウジングは幅１８インチ×長さ１８イ
ンチ×高さ７インチの寸法を有し、ハウジングの壁は適
切なダイカスト金属で一体的に形成される。また、ハウ
ジングの床面３２および上面は、壁の端の溝３３（図
３）内に設けられたＯリングとねじ孔３７に延在するね
じとを使用して壁に封止状態で固定されている。
示す発光源１２及びその検出システム１６との間隔は実
寸ではない。図３の欠切斜視図に示すように、検出シス
テム１６は、床面３２、前壁３４、横壁３６及び３８、
後壁４０、及び取外し可能な上面３１を有するハウジン
グ３０によって形成されたチャンバ３５を有する。上面
３１を取り外すことにより、光学部品が取付けられたチ
ャンバ３５内にアクセスできる。ハウジングは通常、一
定温度の環境下で分光計１０内に配置され、真空下もし
くはその他制御雰囲気下で操作される。好ましい実施態
様においては、ハウジングは幅１８インチ×長さ１８イ
ンチ×高さ７インチの寸法を有し、ハウジングの壁は適
切なダイカスト金属で一体的に形成される。また、ハウ
ジングの床面３２および上面は、壁の端の溝３３（図
３）内に設けられたＯリングとねじ孔３７に延在するね
じとを使用して壁に封止状態で固定されている。
【０００８】検出システム１６は、慣用の取付け装置４
２を使用して前壁３４に取り付けられた入射スリット４
０を有する。本発明の好ましい実施態様においては、入
射スリットは全体として長方形状で、１ｍｍ×１４μｍ
の寸法を有し、発光源１２からのスペクトル放射１４
（図１及び図２）は、通常、入射スリットに光エネルギ
ーを集める焦点レンズを通して入射スリットに入射され
る。ハウジング３０のチャンバ３５内中央には、球状凸
型回折格子５０が配置されている。回折格子５０の格子
５１は分光計の焦点面５４（図２）の対称平面（すなわ
ち、通常、図３ではほぼ上下方向であり、図２では紙面
に対して垂直な方向）に対して直交する方向に配置され
ている。回折格子５０は、調節可能なマウント５２上に
取り付けられる。マウントは、一般によく知られている
構造を有し、正確な位置合わせが可能である。球状凸型
回折格子５０の曲率半径は、１組の凹型球状ミラー６０
及び７０の各々の曲率半径の半分の長さである。ミラー
６０及び７０はハウジング３０の後壁４０に、調節可能
なブラケットアセンブリ６５及び７５によってそれぞれ
取付けられる。本発明の好ましい実施例においては、前
記回折格子は焦点面５４（前壁３４の前面に位置する）
から２２５ｍｍ離れた中央に配置される（図２参照）。
前記回折格子の曲率中心は焦点面５４上にあり、ミラー
６０及び７０の各々の曲率半径の中心と共通の曲率中心
５５（図２）上にある。これらミラーの曲率半径は長さ
４５０ｍｍ、すなわち回折格子の曲率半径の長さの丁度
２倍である。
２を使用して前壁３４に取り付けられた入射スリット４
０を有する。本発明の好ましい実施態様においては、入
射スリットは全体として長方形状で、１ｍｍ×１４μｍ
の寸法を有し、発光源１２からのスペクトル放射１４
（図１及び図２）は、通常、入射スリットに光エネルギ
ーを集める焦点レンズを通して入射スリットに入射され
る。ハウジング３０のチャンバ３５内中央には、球状凸
型回折格子５０が配置されている。回折格子５０の格子
５１は分光計の焦点面５４（図２）の対称平面（すなわ
ち、通常、図３ではほぼ上下方向であり、図２では紙面
に対して垂直な方向）に対して直交する方向に配置され
ている。回折格子５０は、調節可能なマウント５２上に
取り付けられる。マウントは、一般によく知られている
構造を有し、正確な位置合わせが可能である。球状凸型
回折格子５０の曲率半径は、１組の凹型球状ミラー６０
及び７０の各々の曲率半径の半分の長さである。ミラー
６０及び７０はハウジング３０の後壁４０に、調節可能
なブラケットアセンブリ６５及び７５によってそれぞれ
取付けられる。本発明の好ましい実施例においては、前
記回折格子は焦点面５４（前壁３４の前面に位置する）
から２２５ｍｍ離れた中央に配置される（図２参照）。
前記回折格子の曲率中心は焦点面５４上にあり、ミラー
６０及び７０の各々の曲率半径の中心と共通の曲率中心
５５（図２）上にある。これらミラーの曲率半径は長さ
４５０ｍｍ、すなわち回折格子の曲率半径の長さの丁度
２倍である。
【０００９】ミラー６０及び７０は、球状に研削されて
おり、第１のミラー６０は、その中心が光学回折格子の
中心軸５７から６５．２１ｍｍ下になるように配置され
ている。ミラー７０は、図２に示すように、その中心が
中心軸５７から１０６．９６ｍｍ上になるように配置さ
れている。ミラー６０及び７０は、各々の曲率中心が、
入射スリット４０に対して上側に２５ｍｍオフセットさ
れた曲率中心５５（図２参照）と一致するように調整さ
れる。回折格子５０は通常、前面に反射面を有する。ミ
ラー６０及び７０は精密に研削され、通常円形で前面に
反射面を有し、約５．５インチの直径を有する。ハウジ
ング３０の前壁３４の内側前面の床面３２上には、第１
の直線型検出器８０が、精密な角度及び間隔調節が可能
なブラケットアセンブリ８２により取付けられている。
更に、第２の直線型検出器８４がブラケット８３により
床面３２上に取付けられている。検出器８０及び８４は
入射スリット４０の片側に設けられ、もう一方の側には
第３の検出器８６が取付用ブラケット８７、第４の検出
器８８が取付用ブラケット組付け品８９を使用して取付
けられている。各検出器は比較的小型のソリッド・ステ
ート式直線形検出器であり、ソニーセミコンダクター社
より入手可能なモデルＮｏ．ＩＬＸ５２６Ａである。こ
の検出器はＣＣＤリニアイメージセンサを有し、比較的
小型且つ安価で、ピクセルサイズが約７×２００μｍの
ピクセルを約３０００ピクセル検出することができる。
比較的小型のＤＩＰ２２ピン検出器パッケージは、幅１
０ｍｍ×高さ３２ｍｍの物理的寸法を有する。ブラケッ
トアセンブリ８２、８３、８７、８９は角度方向及び直
線方向に慣用の方法で調整することができ、前記検出器
を図２に示すような、ミラー６０、ミラー７０及び回折
格子５０とに対して検出器を光学的に正確な位置に配置
することが可能である。この場合、後に詳述するよう
に、分析するスペクトル帯域の各セグメントは、ミラー
及び回折格子の曲率半径及び配置に起因して、それぞれ
第１、第３、第２、第４検出器に交互に集光される。
おり、第１のミラー６０は、その中心が光学回折格子の
中心軸５７から６５．２１ｍｍ下になるように配置され
ている。ミラー７０は、図２に示すように、その中心が
中心軸５７から１０６．９６ｍｍ上になるように配置さ
れている。ミラー６０及び７０は、各々の曲率中心が、
入射スリット４０に対して上側に２５ｍｍオフセットさ
れた曲率中心５５（図２参照）と一致するように調整さ
れる。回折格子５０は通常、前面に反射面を有する。ミ
ラー６０及び７０は精密に研削され、通常円形で前面に
反射面を有し、約５．５インチの直径を有する。ハウジ
ング３０の前壁３４の内側前面の床面３２上には、第１
の直線型検出器８０が、精密な角度及び間隔調節が可能
なブラケットアセンブリ８２により取付けられている。
更に、第２の直線型検出器８４がブラケット８３により
床面３２上に取付けられている。検出器８０及び８４は
入射スリット４０の片側に設けられ、もう一方の側には
第３の検出器８６が取付用ブラケット８７、第４の検出
器８８が取付用ブラケット組付け品８９を使用して取付
けられている。各検出器は比較的小型のソリッド・ステ
ート式直線形検出器であり、ソニーセミコンダクター社
より入手可能なモデルＮｏ．ＩＬＸ５２６Ａである。こ
の検出器はＣＣＤリニアイメージセンサを有し、比較的
小型且つ安価で、ピクセルサイズが約７×２００μｍの
ピクセルを約３０００ピクセル検出することができる。
比較的小型のＤＩＰ２２ピン検出器パッケージは、幅１
０ｍｍ×高さ３２ｍｍの物理的寸法を有する。ブラケッ
トアセンブリ８２、８３、８７、８９は角度方向及び直
線方向に慣用の方法で調整することができ、前記検出器
を図２に示すような、ミラー６０、ミラー７０及び回折
格子５０とに対して検出器を光学的に正確な位置に配置
することが可能である。この場合、後に詳述するよう
に、分析するスペクトル帯域の各セグメントは、ミラー
及び回折格子の曲率半径及び配置に起因して、それぞれ
第１、第３、第２、第４検出器に交互に集光される。
【００１０】図２は、図３に示す検出システム１６の光
学及び検出要素の配置の光学図を示す。光源１２からの
光学スペクトル放射１４は入射スリット４０に入射さ
れ、ビームＡで示される。ビームＡはミラー６０の表面
上に当たり、ビームＢとして回折格子５０上へと反射す
る。回折格子は衝突した光エネルギーを第１及びマイナ
ス第１オーダーの波長へと分割させる。第１オーダー
（プラスオーダー）Ｃ＋波長は球状ミラー７０へと向け
られ、マイナス第１オーダーＣ−波長はミラー６０へと
向けられる。ミラー７０は、反射エネルギーＤ＋として
示される衝突光エネルギーを焦点面５４上へと反射す
る。焦点面５４において分光エネルギーは波長帯域の各
セグメントへ分割される。同時に、Ｃ−オーダーの光エ
ネルギーはミラー６０により分光的に分割され物理的に
分離された範囲の分光エネルギーＤ−として焦点面上へ
と反射される。図２に示す好ましい実施態様において
は、各光学部品の寸法は波長帯域１５０〜４５０ナノメ
ーター（ｎｍ）内のスペクトルが全て測定されるように
選択される。
学及び検出要素の配置の光学図を示す。光源１２からの
光学スペクトル放射１４は入射スリット４０に入射さ
れ、ビームＡで示される。ビームＡはミラー６０の表面
上に当たり、ビームＢとして回折格子５０上へと反射す
る。回折格子は衝突した光エネルギーを第１及びマイナ
ス第１オーダーの波長へと分割させる。第１オーダー
（プラスオーダー）Ｃ＋波長は球状ミラー７０へと向け
られ、マイナス第１オーダーＣ−波長はミラー６０へと
向けられる。ミラー７０は、反射エネルギーＤ＋として
示される衝突光エネルギーを焦点面５４上へと反射す
る。焦点面５４において分光エネルギーは波長帯域の各
セグメントへ分割される。同時に、Ｃ−オーダーの光エ
ネルギーはミラー６０により分光的に分割され物理的に
分離された範囲の分光エネルギーＤ−として焦点面上へ
と反射される。図２に示す好ましい実施態様において
は、各光学部品の寸法は波長帯域１５０〜４５０ナノメ
ーター（ｎｍ）内のスペクトルが全て測定されるように
選択される。
【００１１】第一検出器８０は１５０〜２２５ｎｍのプ
ラスのスペクトル領域を検出できるように配置される。
マイナスの第一オーダー反射エネルギー帯において、検
出スペクトル帯域の次の隣接するセグメントは、ミラー
６０によって検出器８６に反射され、このセグメントは
約２２５〜約３００ｎｍの波長を含む。このように、ス
ペクトル帯域の隣接する各セグメントは、入射スリット
４０の両側に大きい距離をもって離間された直線型検出
器８０及び８６に、ミラー６０及び７０によって集光さ
れる。同様に、３００〜３７５ｎｍのプラスオーダース
ペクトル帯（Ｄ＋）はミラー７０によって検出器８４に
反射される。一方、３７５〜４５０ｎｍの波長を含む、
スペクトル帯の次の隣接するセグメント（Ｄ−）は検出
器８８へ投射される。こうして、スペクトル帯域の隣接
するセグメントは、図３に示すようにハウジング３０に
交互にずらす様に離間設置した直線型検出器８０、８
４、８６及び８８に反射される。図２の光学図における
光学部品のミリメートル単位での配置及び設置は、本発
明の最良の実施形態における１５０〜４５０ｎｍのスペ
クトル帯域用に示したものである。従って、異なるスペ
クトル帯域においては、第一及び−第一オーダー発光波
長を互いに離間された各検出器へ反射させるため、これ
ら寸法の変更がありうる。
ラスのスペクトル領域を検出できるように配置される。
マイナスの第一オーダー反射エネルギー帯において、検
出スペクトル帯域の次の隣接するセグメントは、ミラー
６０によって検出器８６に反射され、このセグメントは
約２２５〜約３００ｎｍの波長を含む。このように、ス
ペクトル帯域の隣接する各セグメントは、入射スリット
４０の両側に大きい距離をもって離間された直線型検出
器８０及び８６に、ミラー６０及び７０によって集光さ
れる。同様に、３００〜３７５ｎｍのプラスオーダース
ペクトル帯（Ｄ＋）はミラー７０によって検出器８４に
反射される。一方、３７５〜４５０ｎｍの波長を含む、
スペクトル帯の次の隣接するセグメント（Ｄ−）は検出
器８８へ投射される。こうして、スペクトル帯域の隣接
するセグメントは、図３に示すようにハウジング３０に
交互にずらす様に離間設置した直線型検出器８０、８
４、８６及び８８に反射される。図２の光学図における
光学部品のミリメートル単位での配置及び設置は、本発
明の最良の実施形態における１５０〜４５０ｎｍのスペ
クトル帯域用に示したものである。従って、異なるスペ
クトル帯域においては、第一及び−第一オーダー発光波
長を互いに離間された各検出器へ反射させるため、これ
ら寸法の変更がありうる。
【００１２】球状凸型回折格子の曲率半径の２倍の長さ
の半径を有する凹型球状ミラーの配置する際、及びその
ミラーを共通する曲率半径に配置する際に選択した幾何
学的配列によって、近似リトロー格子放射が得られる。
また、その結果、スペルトル帯域の第一及び−第一オー
ダーセクションの隣接するセグメントの交互配置が２つ
の分散面内に入る。さらに、光エネルギーの連続するス
ペクトルを検出するために、比較的小型で安価な分離し
たイメージセンサを、隣接する各検出器間での干渉を最
小限にしながら使用することが可能になる。このことよ
り、比較的小型の平面型検出器を物理的に離間させるこ
とが可能となり、完全に平坦でなく、幾分湾曲している
焦点面に対する位置合わせを大きく改善でき、対象とす
るスペクトル全体に渡って光の波長を正確に検出でき
る。幾つかの実施態様において、スペクトル帯域の分離
のために単一の凹型球状ミラーを使用するこもできる
が、この場合、連続してカバーできる帯域が狭くなる。
検出器８０、８４、８６、８８からの信号はアナライザ
２０（図１参照）へ送られ、慣用の方法により処理さ
れ、発光源１２内に置かれた所定のサンプルに関する情
報は、オペレータへ提供される。
の半径を有する凹型球状ミラーの配置する際、及びその
ミラーを共通する曲率半径に配置する際に選択した幾何
学的配列によって、近似リトロー格子放射が得られる。
また、その結果、スペルトル帯域の第一及び−第一オー
ダーセクションの隣接するセグメントの交互配置が２つ
の分散面内に入る。さらに、光エネルギーの連続するス
ペクトルを検出するために、比較的小型で安価な分離し
たイメージセンサを、隣接する各検出器間での干渉を最
小限にしながら使用することが可能になる。このことよ
り、比較的小型の平面型検出器を物理的に離間させるこ
とが可能となり、完全に平坦でなく、幾分湾曲している
焦点面に対する位置合わせを大きく改善でき、対象とす
るスペクトル全体に渡って光の波長を正確に検出でき
る。幾つかの実施態様において、スペクトル帯域の分離
のために単一の凹型球状ミラーを使用するこもできる
が、この場合、連続してカバーできる帯域が狭くなる。
検出器８０、８４、８６、８８からの信号はアナライザ
２０（図１参照）へ送られ、慣用の方法により処理さ
れ、発光源１２内に置かれた所定のサンプルに関する情
報は、オペレータへ提供される。
【００１３】
【発明の効果】比較的安価な平坦直線型検出器の使用が
可能となりだけでなく、隣接する検出器による干渉を受
けずに効果的に所望のスペクトル領域を検出できる。ま
た、複数の検出器間での物理的干渉を回避することがで
きる。さらに、焦点面により適合した比較的小型の検出
器を使用することで分散面に対する適合性を高め、従来
よりも広い波長帯域において性能が向上する。
可能となりだけでなく、隣接する検出器による干渉を受
けずに効果的に所望のスペクトル領域を検出できる。ま
た、複数の検出器間での物理的干渉を回避することがで
きる。さらに、焦点面により適合した比較的小型の検出
器を使用することで分散面に対する適合性を高め、従来
よりも広い波長帯域において性能が向上する。
【図１】本発明の共心球検出システムを具体化した分光
計のブロック図である。
計のブロック図である。
【図２】本発明による検出システムと共に発光源を示す
光学図である。
光学図である。
【図３】図２に示す検出システムを部分破断分解斜視図
である。
である。
１０ 原子発光分光計 １２ 発光源 １６ 検知システム ２０ アナライザ ５０ 回折格子 ６０、７０ ミラー ８０、８４、８６、８８ 検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピーター マーケル ウィリス アメリカ合衆国 49022 ミシガン州 ベ ントン ハーバー マイアミ ロード 1535
Claims (27)
- 【請求項１】 原子発光分光計用共心球（centered sph
ere）検出システムにおいて、 入射スリットを有するチャンバと、 前記チャンバ内に設置され、前記入射スリットからオフ
セットされた中心軸にそって配置され、第一の曲率半径
を有する球状凸型回折格子と、 前記格子の曲率半径の約２倍の曲率半径を有する第一凹
型球状ミラーであって、その曲率中心が前記回折格子の
曲率中心と一致するように前記格子の前記中心軸に対し
て第一の方向にオフセットして位置決めされた第一凹型
球状ミラーと、 前記格子の曲率半径の約２倍の曲率半径を有する第二凹
型球状ミラーであって、その曲率中心が前記第一ミラー
及び前記回折格子の曲率中心と一致するように前記格子
の前記中心軸に対して前記第一ミラーと反対側に位置決
めされ、離間した正及び負の回折オーダーを提供する第
二凹型球状ミラーと、 前記第一ミラー及び第二ミラーによって反射した光エネ
ルギーを受け入れるために前記ミラーの焦点面に沿って
離間して配置された複数の分離イメージセンサとを有す
る検出システム。 - 【請求項２】 請求項１に記載の検出システムにおい
て、前記複数の直線型イメージセンサが、前記チャンバ
内の前記入射スリットの片側に設置された少なくとも１
つのセンサを含み、且つ前記チャンバ内の前記入射スリ
ットの逆側に設置された少なくとも１つのセンサを含む
システム。 - 【請求項３】 請求項２に記載の検出システムにおい
て、１組の離間したセンサが前記チャンバ内の前記入射
スリットの両側に設置されているシステム。 - 【請求項４】 請求項２に記載の検出システムにおい
て、前記チャンバは、側壁と床面と取り外し可能なカバ
ーを有するハウジングによって形成されており、前記回
折格子は前記床面の制御位置に設置されているシステ
ム。 - 【請求項５】 請求項４に記載の検出システムにおい
て、前記回折格子の曲率半径が約２２５ｍｍであるシス
テム。 - 【請求項６】 請求項５に記載の検出システムにおい
て、前記各ミラーの曲率半径が約４５０ｍｍであるシス
テム。 - 【請求項７】 請求項６に記載の検出システムにおい
て、前記入射スリットが前期ハウジングの一方の壁面の
前記ミラーの曲率中心から約２５ｍｍオフセットされた
位置に形成されているシステム。 - 【請求項８】 請求項７に記載の検出システムにおい
て、前記回折格子用の調節可能な取り付けブラケットが
設けられているシステム。 - 【請求項９】 請求項８に記載の検出システムにおい
て、前記各検出器を前記ハウジングの前記床面に取り付
けるための調節可能な取り付けブラケットが設けられて
いるシステム。 - 【請求項１０】 請求項９に記載の検出システムにおい
て、前記各ミラーを前記ハウジングの壁面に取り付ける
ための調節可能な取り付けブラケットが設けられている
システム。 - 【請求項１１】 原子発光分光計用共心球検出システム
において、 チャンバを形成すると共に、分析するサンプルからの発
光を受け入れる入射スリットを有するハウジングと、 前記ハウジング内に設置され、前記入射スリットからオ
フセットされた中心軸にそって位置合わせされた第一の
曲率半径を有する凸型回折格子と、 前記格子の曲率半径の約２倍の曲率半径を有する凹型球
状ミラーであって、その曲率中心が前記回折格子の曲率
中心と一致するように前記格子の前記中心軸に対して第
一の方向にオフセットして位置決めされた凹型球状ミラ
ーと、 前記ハウジング内に取り付けられ、前記ミラーによって
反射した光エネルギーを受け入れるために、前記ミラー
の焦点面に沿って互いに離間して位置決めされた複数の
分離した直線型イメージセンサとを有する検出システ
ム。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載の検出システムにお
いて、前記回折格子の曲率半径が約２２５ｍｍであるシ
ステム。 - 【請求項１３】 請求項１２に記載の検出システムにお
いて、前記ミラーの曲率半径が約４５０ｍｍであるシス
テム。 - 【請求項１４】 請求項１３に記載の検出システムにお
いて、前記入射スリットが前期ハウジングの一方の壁面
に前記ミラーの曲率中心から約２５ｍｍオフセットされ
た位置に形成されているシステム。 - 【請求項１５】 請求項１４に記載の検出システムが更
に曲率半径が約４５０ｍｍである第二ミラーを有し、前
記第二ミラーが前記ハウジング内において前記中心軸に
対して前記第一ミラーと反対側に設置されているシステ
ム。 - 【請求項１６】 請求項１５に記載の検出システムにお
いて、前記複数の直線型イメージセンサが、前記チャン
バ内の前記入射スリットの片側に設置された少なくとも
１つのセンサを含み、且つ前記チャンバ内の前記入射ス
リットの逆側に設置された少なくとも１つのセンサを含
むシステム。 - 【請求項１７】 請求項１６に記載の検出システムにお
いて、１組の離間したセンサが前記チャンバ内の前記入
射スリットの両側に設置されているシステム。 - 【請求項１８】 共心球分光計において、 分析する光エネルギーの発光源と、 入射スリットを有するハウジングと、 前記ハウジング内に設置され、前記入射スリットからオ
フセットされた中心軸にそって配置され、第一の曲率半
径を有する凸型球状回折格子と、 前記格子の曲率半径の約２倍の曲率半径を有する第一凹
型球状ミラーであって、その曲率中心が前記回折格子の
曲率中心と一致するように前記ハウジング内において前
記格子の前記中心軸に対して第一の方向にオフセットし
て位置決めされた第一凹型球状ミラーと、 前記格子の曲率半径の約２倍の曲率半径を有する第二凹
型球状ミラーであって、その曲率中心が前記第一ミラー
及び前記回折格子の曲率中心と一致するように前記ハウ
ジング内において前記格子の前記中心軸に対して前記第
一ミラーと反対側に位置決めされた第二凹型球状ミラー
と、 前記第一ミラー及び第二ミラーによって反射された光エ
ネルギーを受け入れるために、前記第一及び第二ミラー
の焦点面に沿って互い離間して配置された複数の分離し
た直線型像検出器と、 前記検出器によって検出されたスペクトル情報を解析す
るため、前記検出器に接続されたアナライザとを有する
システム。 - 【請求項１９】 請求項１８の検出システムにおいて、
前記複数の直線型像検出器が、前記チャンバ内の前記入
射スリットの片側に設置された少なくとも１つの検出器
を含み、且つ前記チャンバ内の前記入射スリットの逆側
に設置された少なくとも１つの検出器を含むシステム。 - 【請求項２０】 請求項１９に記載の検出システムにお
いて、１組の離間した検出器が前記チャンバ内の前記入
射スリットの両側に設置されているシステム。 - 【請求項２１】 請求項２０に記載の検出システムにお
いて、前記ハウジングは、側壁と床面と取り外し可能な
カバーを有するハウジングによって形成されており、前
記回折格子は前記床面の制御位置に設置されているシス
テム。 - 【請求項２２】 請求項２１に記載の検出システムにお
いて、前記回折格子の曲率半径が約２２５ｍｍであるシ
ステム。 - 【請求項２３】 請求項２２に記載の検出システムにお
いて、前記各ミラーの曲率半径が約４５０ｍｍであるシ
ステム。 - 【請求項２４】 請求項２３に記載の検出システムにお
いて、前記入射スリットが前期ハウジングの一方の壁面
の前記ミラーの曲率中心から約２５ｍｍオフセットされ
た位置に形成されているシステム。 - 【請求項２５】 請求項２４に記載の検出システムが前
記回折格子用の調節可能な取り付けブラケットを有する
システム。 - 【請求項２６】 請求項２５に記載の検出システムが、
前記各検出器を前記ハウジングの前記床面に設置するた
めの調節可能な取り付けブラケットを有するシステム。 - 【請求項２７】 請求項２６に記載の検出システムが、
前記各ミラーを前記ハウジングの壁面に設置するための
調節可能な取り付けブラケットを有するシステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/217274 | 1998-12-21 | ||
| US09/217,274 US6023330A (en) | 1998-12-21 | 1998-12-21 | Centered sphere spectrometer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000186959A true JP2000186959A (ja) | 2000-07-04 |
Family
ID=22810362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11359084A Pending JP2000186959A (ja) | 1998-12-21 | 1999-12-17 | 共心球分光計 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6023330A (ja) |
| JP (1) | JP2000186959A (ja) |
| DE (1) | DE19961481B4 (ja) |
| FR (1) | FR2787570B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008510964A (ja) * | 2004-08-19 | 2008-04-10 | ヘッドウォール フォトニクス，インコーポレイテッド | マルチチャネル、マルチスペクトル型撮像分光計 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7265827B2 (en) * | 2001-09-07 | 2007-09-04 | Horiba Jobin Yvon, Inc. | Double grating three dimensional spectrograph with multi-directional diffraction |
| US6952260B2 (en) * | 2001-09-07 | 2005-10-04 | Jian Ming Xiao | Double grating three dimensional spectrograph |
| US6636305B2 (en) | 2001-09-13 | 2003-10-21 | New Chromex, Inc. | Apparatus and method for producing a substantially straight instrument image |
| JP2004037863A (ja) * | 2002-07-03 | 2004-02-05 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 回折格子の位置合わせ方法及び回折格子の位置合わせ装置 |
| US7330258B2 (en) * | 2005-05-27 | 2008-02-12 | Innovative Technical Solutions, Inc. | Spectrometer designs |
| US7817274B2 (en) * | 2007-10-05 | 2010-10-19 | Jingyun Zhang | Compact spectrometer |
| US8345226B2 (en) | 2007-11-30 | 2013-01-01 | Jingyun Zhang | Spectrometers miniaturized for working with cellular phones and other portable electronic devices |
| US8422013B2 (en) * | 2008-11-11 | 2013-04-16 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Optical multiplexer/demultiplexer |
| EP2857810A1 (en) * | 2013-10-02 | 2015-04-08 | Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO | Monolith spectrometer |
| CN104089946A (zh) * | 2014-07-03 | 2014-10-08 | 无锡创想分析仪器有限公司 | 分段式全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪 |
| CN104266755B (zh) * | 2014-09-29 | 2016-11-02 | 上海交通大学 | 一种提高光通量的光谱测量方法及系统 |
| CN105182510B (zh) * | 2015-07-20 | 2017-07-14 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 对有限远物面成像的球面卡塞格林系统及其调整方法 |
| US9748972B2 (en) | 2015-09-14 | 2017-08-29 | Leco Corporation | Lossless data compression |
| US10718603B2 (en) * | 2016-10-13 | 2020-07-21 | Six Degrees Space Ltd | Method and apparatus for indoor positioning |
| EP3819613A1 (en) * | 2019-11-07 | 2021-05-12 | Hitachi High-Tech Analytical Science GmbH | Optical system for spectrometers |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2653879B1 (fr) * | 1989-10-26 | 1992-02-14 | Instruments Sa | Spectrographe a reseau de diffraction convexe. |
| US5768040A (en) * | 1995-10-06 | 1998-06-16 | Orbital Sciences Corporation | Wide field-of-view imaging spectrometer |
| DE19537949A1 (de) * | 1995-10-12 | 1997-04-17 | Zeiss Carl Fa | Spektralapparat zum konzentrischen Typ mit FEry-Prisma |
| US5880834A (en) * | 1996-10-16 | 1999-03-09 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Convex diffraction grating imaging spectrometer |
| DE29716331U1 (de) * | 1997-09-11 | 1997-12-04 | Bifo Berliner Inst Fuer Optik | Abbildender Kompaktspektrograph |
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-
1998
- 1998-12-21 US US09/217,274 patent/US6023330A/en not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-12-17 JP JP11359084A patent/JP2000186959A/ja active Pending
- 1999-12-17 FR FR9915990A patent/FR2787570B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1999-12-20 DE DE19961481A patent/DE19961481B4/de not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008510964A (ja) * | 2004-08-19 | 2008-04-10 | ヘッドウォール フォトニクス，インコーポレイテッド | マルチチャネル、マルチスペクトル型撮像分光計 |
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| FR2787570B1 (fr) | 2005-04-08 |
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