JP2000258249A - 分光分析装置 - Google Patents

分光分析装置

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JP2000258249A
JP2000258249A JP11065559A JP6555999A JP2000258249A JP 2000258249 A JP2000258249 A JP 2000258249A JP 11065559 A JP11065559 A JP 11065559A JP 6555999 A JP6555999 A JP 6555999A JP 2000258249 A JP2000258249 A JP 2000258249A
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JP
Japan
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diffraction
light
diffraction grating
wavelength
dimensional detector
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JP11065559A
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English (en)
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Tetsumasa Itou
哲雅 伊藤
Osamu Matsuzawa
修 松澤
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Seiko Instruments Inc
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Seiko Instruments Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価かつ簡便に全波長を二次元検出器に結像
させ、各波長毎の測定を行える分光分析装置用分光器を
得る。 【解決手段】 入射した光を回折する回折格子7と、回
折格子7により回折された光をさらに回折次数毎に分散
する次数分散素子4とからなる分光分析装置において、
回折格子7は、回折格子7の回折面14内にあり、か
つ、回折格子7の溝の刻線に垂直な直線16を軸とし
て、回転可能に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、分光分析装置の分
光器に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、分光分析装置では、高周波誘導
結合プラズマのような発光部に試料を導入して発光さ
せ、この発光部からの試料の光を集光レンズや入射スリ
ット等の光学系を介して分光器内の回折格子に導く。そ
してこの回折格子で光を各波長のスペクトル光に分光
し、そのうち特定の波長のスペクトル光を、光検出手段
によって検出し、これによって、試料に含まれる元素の
定性・定量分析を行う。
【0003】回折格子等の分光手段を用いた分光器は、
古くから分光スペクトルを測定する手段として使用され
ている。分散したスペクトル光を検出する方法は、分散
した各波長を順次検出する方法と、分散した各波長を同
時に検出する方法とがある。このうち、最近では、各波
長を同時に検出する方法を用いた分光分析装置が盛んに
使用されている。この場合は、分離された各波長のそれ
ぞれの結像位置に光検出手段を設けて検出する。
【0004】光検出手段としては、CCD (Charge Coupl
ed Devide )等のような半導体受光素子を二次元に並べ
たものが採用され、このような二次元検出器では回折格
子の向きを変えなくても二次元検出器の各受光素子の数
に応じて同時に複数の波長の分光測定が行える。このよ
うな分光器はマルチチャンネルタイプと呼ばれており、
瞬時に複数波長の分光測定が行えることから、フラッシ
ュランプのような一過的な光の分光測定に有効であると
されている。
【0005】図5 と図6 はこのようなマルチチャンネル
タイプの従来の分光分析装置の概略構成を説明する図で
ある。図5 は単一の波長に注目して光束の進み方を示し
た図であり、図6 は複数波長の各主光線の進み方を示し
た図である。分光器内に入った光束5 はコリメーティン
グミラー6 によって平行光線となって反射され、回折格
子7 に入る。回折格子7 の表面には一定の間隔で溝が刻
まれており、回折格子7 の回折面14に当たった光はあら
ゆる角度に回折されるが、各波長毎に強められる角度が
決まっており、これによって、図7 (b )と図7 (c)
に示す11a 、11b 、12a 、12b のように光が各波長に分
散されることになる。回折格子7 での回折は波長を一方
向へ分散しているだけであり、回折次数が異なる波長は
重なり合ったまま図7 (a )と図7 (c )に示す11a 、
11b 、12a 、12b のように同じ方向に進む。
【0006】次数分散素子4 は回折格子7 で光が分散さ
れた方向と直交して光を分散するように配置されてお
り、回折格子7 によって分散された光は次数分散素子4
に当たって、図6 に示す11、12のように回折次数毎に分
散される。このように二次元に分散された光はカメラミ
ラー9 によって収束光となって反射され、図8 に示す15
のように二次元検出器8 の各座標に結像されて各波長の
強度が測定される。
【0007】ここで二次元検出器8 で各波長を検出する
際には、測定する波長の結像位置と他の波長の結像位置
との差があるほど見分けることが容易になり、各波長間
が大きく分離されていることを分解能が良いという。分
解能を良くする手段としては、回折格子7 や次数分散素
子4 自体の分離能力を大きくする、あるいはカメラミラ
ー9 と二次元検出器8 との距離を大きくする方法があ
る。
【0008】前者は、回折格子7 や次数分散素子4 によ
って各波長がそれぞれ特有の角度に強められて分離する
際の各波長間の角度を大きくすることで分解能を良くす
る手段である。また後者は、各波長間の角度が一定なら
ば結像面までの距離が長くなればなるほど波長間の距離
が開くことを利用して分解能を良くする手段である。し
かし、ここで回折次数間の分解能を良くした場合、図9
に示すように各回折次数間の距離を大きくすることにな
るので、全波長を結像させる場合は大きな面が必要とな
ってくる。よって大きな面を持った二次元検出器8 を使
用したり複数の二次元検出器を並べることによって全波
長を結像させて測定するか、カメラミラー9 あるいは二
次元検出器8 を移動させることによって全波長域を分割
して二次元検出器に結像させて測定していた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、大きな面を持った二次元検出器や複数の二次元検出
器を使用するため装置が高価になっていた。またカメラ
ミラー9 あるいは二次元検出器8 を移動させることによ
って全波長域を分割して二次元検出器8 に結像させる際
には、移動させる位置毎に、二次元検出器8 の検出面に
焦点が合うようにカメラミラー9 あるいは二次元検出器
8 の位置を調整しなければならない煩わしさがあった。
【0010】本発明は、上記問題を解決し、安価かつ簡
便に全波長を二次元検出器に結像させ、各波長毎の測定
を行える分光分析装置用分光器を得ることを目的とす
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が採用した分光分析装置用分光器は、入射した
光を回折する回折格子と、前記回折格子により回折され
た光をさらに回折次数毎に分散する次数分散素子からな
る分光分析装置において、前記回折格子は、前記回折格
子の回折面内にあり、かつ、前記回折格子の溝の刻線に
垂直な直線を軸として、回転可能に設けられていること
を特徴とする。
【0012】本発明の分光分析装置用分光器では、回折
格子の回転は、回折格子の回折面内にあり、かつ回折格
子の溝の刻線に垂直な直線を軸として回転するので、波
長分散方向に関する波長の位置が回折格子の回転によっ
て変化することはない。また回折格子によって回折され
た後に次数分散素子に入射する光は、前記回折格子の回
転によって次数分散素子への回折次数分散方向に関する
入射角度が変化する。次数分散素子に入射する回折次数
分散方向に関する角度が変化することによって次数分散
素子から出て行くときの光の回折次数分散方向に関する
角度が変化し、これによってカメラミラーに当たるとき
の回折次数分散方向に関する角度も変化することにな
り、結果として二次元検出器面に光が結像するときの回
折次数分散方向に関する位置が変化することになる。
【0013】よって回折格子の回転を制御することで、
二次元検出器に結像する回折次数分散方向に関する光の
位置を任意に変えることができる。したがって大きな二
次元検出器や複数の二次元検出器の使用で装置を高価に
することや、カメラミラーあるいは二次元検出器の位置
の精密な調整をすることなく、一方向の回転運動の制御
のみで全波長域を二次元検出器に結像させることがで
き、安価かつ調整が簡便な装置を作ることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】本願発明を図1 に基づいて詳細に
説明する。図1 は本発明を実施した実施例の分光分析装
置の概略構成を説明する図であり、複数波長の各主光線
の進み方に注目して説明している。なお、図1 におい
て、図2 に書かれている部品で、ほぼ同一の機能を有す
るものは、ここでは説明を省略することもある。
【0015】試料は高周波誘導結合プラズマのような発
光部1 に導入されて発光し、光は集光レンズ2 や入射ス
リット3 等の光学系を介して分光器内に入る。分光器内
に入った光はコリメーティングミラー6 によって平行光
線となって反射され、回折格子7 に入る。回折格子7 の
表面には一定の間隔で溝が刻まれており、回折格子7 の
回折面14に当たった光はあらゆる角度に回折されるが、
各波長毎に強められる角度が決まっており、これによっ
て、図7 (b )と図7 (c )に示す11a 、11b 、12a 、
12b のように光が各波長に分散されることになる。回折
格子7 での回折は波長を一方向へ分散しているだけであ
り、回折次数が異なる波長は重なり合ったまま図7 (a
)と図7 (c )に示す11a 、11b 、12a 、12b のよう
に同じ方向に進む。
【0016】次数分散素子4 は回折格子7 で光が分散さ
れた方向と直交して光を分散するように配置されてお
り、回折格子7 によって分散された光は次数分散素子4
に当たって、図1 に示す11、12のように回折次数毎に分
散される。このように二次元に分散された光はカメラミ
ラー9 によって収束光となって反射され、図3 に示すよ
うに二次元検出器8 の検出面に結像されるが、回折次数
間の分解能を良くしたために各波長の結像位置間の距離
が大きくなっている。そのために二次元検出器8 の検出
面内に全波長域が結像せずに一部の波長域が検出面から
はみ出している。
【0017】このとき回折格子7 の回折面14内にあり、
かつ回折格子7 の溝の刻線13に垂直な直線を軸15とし
て、回折格子7 を回転させると、図2 に示す18のように
回折光の進む方向が回折次数分散方向に関して変化し、
そのため次数分散素子4 への回折次数分散方向に関する
入射角度が変化する。次数分散素子4 に入射する回折次
数分散方向に関する角度が変化することによって次数分
散素子4 から出て行くときの光の回折次数分散方向に関
する角度が変化する。これによってカメラミラー9 に当
たるときの回折次数分散方向に関する角度も変化するこ
とになり、結果として二次元検出器8 に光が結像すると
きの回折次数分散方向に関する位置が、図1 に示す18の
ように変化する。
【0018】よって回折格子7 を任意の角度まで回転さ
せることにより、図4 に示すように二次元検出器8 から
はみ出していた残りの波長域を検出面内に結像させて測
定することができる。例えば一度に検出面内に入る波長
域が全波長域の半分であるならば、回折格子の回転角を
1 回変えるだけで全波長域の検出が可能になり、二次元
検出器の大きさも半分で済むことになる。
【0019】つまり本願発明は、入射した光を回折する
回折格子と、前記回折格子により回折された光をさらに
回折次数毎に分散する次数分散素子からなる分光分析装
置において、前記回折格子を回転させる機構を有し、前
記回折格子の回折面内にあり、かつ前記回折格子の溝の
刻線に垂直な直線を軸として、前記回折格子を回転させ
ることができ、また任意の回転角度で回折格子を固定で
きる制御機構を備えていることを特徴とする分光分析装
置である。
【0020】
【発明の効果】本発明は、分光分析装置用分光器におい
て、入射した光を回折する回折格子に回転機構を有し、
回折格子の回折面内にあり、かつ回折格子の溝の刻線に
垂直な直線を軸として、回折格子を回転させることがで
き、また任意の回転角度で回折格子を固定できる構造と
したので、下記の効果を有する。
【0021】(1)回折格子による波長分散方向に関す
る波長の位置が回折格子の回転によって変化することが
ない。 (2)次数分散素子への回折次数分散方向に関する入射
角度を任意に変えることができる。 (3)次数分散素子への回折次数分散方向に関する入射
角度を任意に変えることができるので、二次元検出器に
結像する際の結像位置を回折次数分散方向に関して任意
に変えることができる。
【0022】(4)二次元検出器に結像する際の結像位
置を回折次数分散方向に関して任意に変えることができ
るので、検出面の小さい二次元検出器を使用しても全波
長域を二次元検出器の検出面上に結像させることがで
き、大きな検出面を持った二次元検出器や複数の二次元
検出器を使って装置が高価になることがない。 (5)一方向の回転運動の制御のみで全波長域を二次元
検出器に結像させることができるので、カメラミラーあ
るいは二次元検出器の位置の精密な調整をすることがな
く、調整が簡便である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施した実施例の分光分析装置の概略
構成を説明する図である。
【図2】図1 の実施形態における回折格子部分を説明す
る図である。
【図3】図1 の実施形態における光検出部分を説明する
図である。
【図4】図1 の実施形態における光検出部分を説明する
図である。
【図5】従来例の分光分析装置の概略構成を説明する図
である。
【図6】従来例の分光分析装置の概略構成を説明する図
である。
【図7】従来例の分光分析装置における回折格子への光
の入射回折の様子を示す図である。(a)は上面図、
(b)は側面図、(c)は斜視図である。
【図8】従来例の分光分析装置における光検出部分を説
明する図である。
【図9】従来例の分光分析装置における光検出部分を説
明する図である。
【符号の説明】
1 発光部 2 集光レンズ 3 入射スリット 4 次数分散素子 5 光束 6 コリメーティングミラー 7 回折格子 8 二次元検出器 9 カメラミラー 10 複数波長の主光線 11 高次数中の複数波長の主光線 11a 高次数中の短波長の主光線 11b 高次数中の長波長の主光線 12 低次数中の複数波長の主光線 12a 低次数中の短波長の主光線 12b 低次数中の長波長の主光線 13 溝の刻線 14 回折面 15 結像スペクトル線 16 本願発明における回折格子の回転軸 17 本願発明における回折格子の回転 18 本願発明における光の回折次数分散方向に関す
る移動
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G020 BA02 BA03 BA20 CA01 CB04 CB34 CC02 CC13 CC42 CC63 CD06 CD24 2G043 EA08 FA01 HA01 HA03 JA04 JA05 LA03

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入射した光を回折する回折格子と、前記
    回折格子により回折された光をさらに回折次数毎に分散
    する次数分散素子からなる分光分析装置において、前記
    回折格子は、前記回折格子の回折面内にあり、かつ、前
    記回折格子の溝の刻線に垂直な直線を軸として、回転可
    能に設けられていることを特徴とする分光分析装置。
  2. 【請求項2】 請求項1 記載の分光分析装置であって、
    前記回折格子の前記回転を任意の回転角度で固定できる
    制御機構を備えていることを特徴とする分光分析装置。
JP11065559A 1999-03-11 1999-03-11 分光分析装置 Pending JP2000258249A (ja)

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