JP2008249697A - 傾斜検出器窓を有する分光写真機 - Google Patents

Abstract

【課題】分光写真機の窓の面と検出器表面との間で生じる多重反射は、測定しようとするスペクトルに干渉スペクトルを重ねることによって、信号のノイズレシオ（Ｓ／Ｎ比）を大きく減少させる。分光写真機の性能に有害なこの多重反射を回避する。
【解決手段】光源（１）、入口スリット（３）、格子（４）、検出器（５）から成る分光写真機に係るものであり、検出器（５）は窓を備え、この窓を通して格子（４）により回折された光ビームを通す。検出器窓は、この回折光ビームの窓でもしくは窓と検出器（５）の感知面との間で反射する、干渉スペクトルを回避できるように傾けられた検出器窓（１１）とする。
【選択図】図３

Description

本発明は傾斜検出器窓を有する分光写真機に係るものである。

従来の分光写真機は光源、入口スリット、回折格子そして検出器を備えており、その回折格子は凹面のホログラフィック格子でもよい。図１，２は従来技術の格子分光写真機の一例を示す。図１は分光写真機の立体的に見た図であり、図２は上から見た図である。

凹面のホログラフィック格子の光学面上には多数の線が描かれていて（１ｍｍ当り６０００本）、それらの線が入射光ビームを回折する。好ましくは、格子は反射で働く。

凹面のホログラフィック格子は、通常、収差が修正されている。

検出器はＰＤＡ（フォトダイオード・アレイ）もしくはＣＣＤ（荷電結合デバイス）型式の検出器でよい。検出器に使用する材料は例えば、高度の反射面を有するシリコンもしくはＩｎＧａＡｓである。

冷却検出器を使用できる。そのような冷却検出器は高感度の検出器表面を保護する窓を備えている。この窓は検出器表面の結露を防止するのに必要である。

窓の内側で、そして窓の面と検出器表面との間で生じる多重反射は、測定しようとするスペクトルに干渉スペクトルを重ねることによって、信号のノイズレシオ（Ｓ／Ｎ比）を大きく減少させる。

分光写真機の性能に対するこれらの現象の影響を少なくするため、傾斜スペクトルをつくるよう選定された格子を使うことが知られている。このようにして検出器の感知面で反射された干渉ビームは格子に向かって戻ってはこないようになる。分光写真機の性能に有害な干渉光問題の原因である再回折はこうして回避する。

また、既知の方法ではスペクトルに平行な軸の周りで検出器を傾斜させて、検出器と窓面との間での多重反射の一部もしくは全部を検出器の感知面の外側に、分散に垂直な方向に向けるようにする。通常、この影響でインストルメントスペクトル解像能が減少する。

それぞれが傾ける手段を使用する従来の２つの方法を別個にもしくは一緒に使用できる。

干渉スペクトルに対する新しい関与を排除するために、検出器の前に傾けられたオーダーセレクション・フィルタを使うこともある。

これらの方法は、分光写真のバックグラウンド・ノイズを改善するが、分光写真機のスペクトル分解能を大きく低減する。

本発明の目的は、スペクトル分解能を減損することなく測定しようとするスペクトルへの干渉スペクトルの関与を回避する解決策を提案することである。

このため本発明は、
‐光ビームを放射できる光源、
‐この光源が放射する光ビームの一部を透過して、透過光ビームを生じる入口スリット、
‐入口スリットを透過した光ビームを回折し、そして回折光ビームをつくり、スペクトルを像面（Ｘ’、Ｙ’）に生じさせる格子、
‐格子によって回折された光ビームを検出する検出器、および
‐干渉スペクトルを回避することができるようにする少なくとも１つの傾ける手段
を備え、前記の検出器は格子（４）により回折された光ビームを透過する窓を備え、回折光ビームの一部がこの窓で、もしくは窓と検出面（Ｘ”、Ｙ”）に含まれる検出器の感知面との間で反射を発生している、傾斜検出器窓を有する分光写真機に係るものである。

本発明に従えば、前記の干渉スペクトルを回避することのできる少なくとも１つの傾ける手段は、傾けられた検出器窓である検出器窓を備える。

異なる本発明の実施例では、本発明は、また以下の説明から明らかになる特徴に関し、それらの特徴を単独で、もしくは組み合わせて持つことができる。
‐傾斜検出器窓が検出器の検出面（Ｘ”、Ｙ”）に対して角度（ｙ）傾斜している。
‐角度（ｙ）は０°超で、４５°以下である。
‐傾斜検出器窓を備える分光写真機が、干渉スペクトルを回避することのできる少なくとも１つの傾ける別の手段を備えている。
‐前記の干渉スペクトルを回避することのできる少なくとも１つの別の傾ける手段は、格子と検出器との間にあって傾斜している選択フィルタを備えている。
‐前記の干渉スペクトルを回避することのできる少なくとも１つの別の傾ける手段は、角度（α）で傾いた検出器である検出器から成り、この検出器は角度（α）で傾いていて、検出器の検出面（Ｘ”、Ｙ”）は格子の像面（Ｘ’、Ｙ’）に対して角度（α）で傾いていて、この角度（α）は検出面（Ｘ”、Ｙ”）に垂直な面（Ｙ”、Ｚ”）内で決められている。
‐前記の干渉スペクトルを回避することのできる少なくとも１つの別の傾ける手段は、格子がつくるスペクトルが検出器の検出面（Ｘ”、Ｙ”）に対して角度（β）で傾くように選択された格子である格子から成る。

添付図を参照して以下に本発明を詳述する。
図１および図２は、それぞれ傾けられた検出器窓および凹面のホログラフィック格子を備える従来の分光写真機の斜視図および平面図である。図３および４は、それぞれ本発明の実施例の傾けられた検出器窓の分光写真機の斜視図および平面図である。

図１は、傾けられた検出器窓および凹面のホログラフィック格子を備える従来の分光写真機の斜視図であり、図２はその平面図である。

そのような分光写真機は、光ビームを放射できる光源１を備え、この光源１が放射する光ビームは軸Ｚに平行な方向２に沿って入口スリット３に向かう。入口スリット３は（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標系で規定される。入口スリット３は（Ｘ、Ｙ）面内にある。

入口スリット３と言う用語は、光源１により放射された光ビームの一部分阻止し、そしてビームの別の部分を透過させる支持体もしくは別の手段の開口を意味する。

光源１は、直接もしくは結合オプティックスを使って入口スリット３を略均一に照明する。

透過した光ビームは入口スリット３から出る。

入口スリット３を通過した光ビームは格子４に入射する。この格子は凹面のホログラフィック格子もしくはそのほかのものでも良い。それにより回折光ビームが得られ、スペクトルを像面（Ｘ’、Ｙ’）に形成する。像面は（Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’）座標系で表わされる。ここでＺ’軸は像面（Ｘ’、Ｙ’）に垂直となっている。

入口スリット３は矩形であって、Ｙ軸に沿って縦に伸びる。格子４は凹面のホログラフィック格子である。この凹面のホログラフィック格子４の線は湾曲していて、軸Ｕに沿って線は順次に配列されている。縦軸Ｙは整列軸Ｕと軸Ｚとに垂直である。凹面のホログラフィック格子４の軸Ｕに垂直な軸Ａは湾曲格子面の頂点を通っている。

格子４のあとのビームにオーダーセレクション・フィルタを挿入できる。

格子４によって回折された光ビームを検出器５が検出する。格子４により回折された光ビーム路にこの検出器５を配置して像面（Ｘ’、Ｙ’）に含まれるスペクトルを捕捉する。

検出器５は（Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’）座標系で表わされる。面（Ｘ”、Ｙ”）はＺ”軸に垂直な検出面を表わす。

検出器５はそれの検出面（Ｘ”、Ｙ”）内に感知面を備える。

図面を簡単にするために検出器５の一側面しか図１，２には表わしていない。この側面は検出器の感知面に到達する前に回折光ビームが通過する検出器開口１２を備えている。

図１，２の例では検出器５の感知面は格子４の像面（Ｘ’、Ｙ’）内にある。従って、像面（Ｘ’、Ｙ’）は検出器５の検出面（Ｘ”、Ｙ”）となり、Ｚ’軸とＺ”軸も一つになる。

凹面のホログラフィック格子分光写真機は、スリット３を通った光ビーム、回折ビームそして分散ビームを反射し、収束させるミラーのような光学手段を備えることができる。

検出器５は、しばしば窓６，１１を備え、格子４により回折された光ビームがこの窓を通る。

回折光ビームの一部は窓６で、もしくは窓６と検出器５の感知面との間で多重反射する。

上に述べたように、これらの反射を除去するために知られていることは、測定しようとするスペクトルに干渉スペクトルを重ねないように少なくとも１つの傾ける手段を使用することである。

事実、従来の傾ける手段は、測定しようとするスペクトル、すなわち格子４の像面（Ｘ’、Ｙ’）を検出器５の検出面（Ｘ”、Ｙ”）に対して傾けるか、もしくは検出器５の検出面（Ｘ”、Ｙ”）を傾けるかしていた。

それらは分光写真機のバックグラウンドのノイズを軽減するが、他方でそれらは分光写真機のスペクトル解像力を大きく減少させる。

図３，４に示す本発明の実施例では、干渉スペクトルを回避できるようにする傾ける手段は傾けられた窓１１である検出器窓６，１１を備える。

図３は傾けられた検出器窓を有する本発明の実施例の分光写真機の斜視図であり、図４はその上面図である。

傾けられた検出器窓１１は検出器５の検出面（Ｘ”、Ｙ”）に対して角度（ｙ）傾いている。

図３で検出器の窓１１は下方に傾いているが、上方に傾けてもよい。

傾けられた検出器の窓１１の面に対しての垂直線ＶはＺ”軸と角度（ｙ）をなし、このＺ”軸は検出面（Ｘ”、Ｙ”）に垂直となっている。この場合、傾けられた検出器の窓１１の面は検出面（Ｘ”、Ｙ”）と角度（ｙ）をなす。

その角度（ｙ）は０°を越え、４５°よりも小さい。

検出器の感知面からビームを送り出す傾けられたスリット１１と検出器５の感知面との間で干渉ビームが反射するのをスリットの傾きが回避させている。傾けられた窓１１の複数の面の間での反射も回避できる。

この方法が、格子４の像面（Ｘ’、Ｙ’）、および検出器５の検出面（Ｘ”、Ｙ”）のいずれをも傾けることなく干渉スペクトルを回避できるようにしているのであって、その結果としてスペクトルの解像力の損失を殆ど完全に回避している。

本発明の別の実施例の検出器窓が傾けられている分光写真機は、干渉スペクトルを回避することができるようにする少なくとも１つの別の傾ける手段を備えている。

この別の傾ける手段は格子４と検出器５との間にあって、傾いているオーダーセレクション・フィルタでよい。

干渉スペクトルを回避できるようにする別の傾ける手段は角度（α）で傾けられた検出器である検出器５から成る。角度（α）で傾けられた検出器とは、検出器の検出面（Ｘ”、Ｙ”）が格子４の像面（Ｘ’、Ｙ’）に対して角度（α）で傾いていることである。角度（α）は検出面（Ｘ”、Ｙ”）に垂直な（Ｙ”、Ｚ”）面内に形成される。

干渉スペクトルを回避できるようにする別の傾ける手段は格子４でもよく、その場合の格子はそれがつくるスペクトルが角度（β）で検出器５の検出面（Ｘ”、Ｙ”）に対して傾けられるようにしている。

こうして本発明はスペクトル解像力を損失することなく、測定しようとするスペクトルに干渉スペクトルを重ねることを回避することを簡単で低コストで実現させる。

傾けられた検出器窓と凹面のホログラフィック格子とを有する従来の分光写真機の斜視図である。 傾けられた検出器窓と凹面のホログラフィック格子とを有する従来の分光写真機の上面図である。 本発明の実施例の傾けられた検出器窓の分光写真機の斜視図である。 本発明の実施例の傾けられた検出器窓の分光写真機の平面図である。

符号の説明

１ 光源
２ 方向
３ 入口スリット
４ 格子
５ 検出器
６ 窓
１１ 窓
１２ 検出器開口

Claims (7)

1. ‐光ビームを放射できる光源（１）、
   ‐この光源（１）が放射する光ビームの一部を透過して、透過光ビームを生じる入口スリット（３）
   ‐入口スリット（３）を透過した光ビームを回折することができ、そして回折光ビームをつくり、スペクトルを像面（Ｘ’、Ｙ’）に生じさせる格子（４）、
   ‐格子（４）によって回折された光ビームを検出する検出器（５）、および
   ‐干渉スペクトルを回避することができるようにする少なくとも１つの傾ける手段
   を備え、前記の検出器は格子（４）により回折された光ビームを透過する窓（６，１１）を備え、回折光ビームの一部がこの窓（６，１１）で、もしくは窓と検出面（Ｘ”、Ｙ”）に含まれる検出器（５）の感知面との間で反射を発生している、傾けられた検出器窓を有する分光写真機において、
   前記の干渉スペクトルを回避することができるようにする少なくとも１つの傾ける手段は傾けられた検出器窓（１１）である検出器の窓（６，１１）から成ることを特徴とする傾斜検器窓を有する分光写真機。
2. 傾けられた検出器窓（１１）が検出器（５）の検出面（Ｘ”、Ｙ”）に対して角度（ｙ）傾斜している請求項１に記載の傾けられた検出器窓を有する分光写真機。
3. 角度（ｙ）は０°を越え、４５°以下である請求項２に記載の傾けられた検出器窓を有する分光写真機。
4. 干渉スペクトルを回避することができるようにする少なくとも１つの別の傾ける手段を備えている請求項１ないし３のいずれかに記載の傾けられた検出器窓を有する分光写真機。
5. 前記の干渉スペクトルを回避することができるようにするにする少なくとも１つの傾ける別の手段は、格子（４）と検出器（５）との間にあって傾斜している選択フィルタを備えている請求項４に記載の傾けられた検出器窓を有する分光写真機。
6. 前記の干渉スペクトルを回避することができるようにする少なくとも１つの別の傾ける手段は、角度（α）で傾いた検出器である検出器（５）から成り、この検出器は角度（α）で傾いていて検出器の検出面（Ｘ”、Ｙ”）は格子（４）の像面（Ｘ’、Ｙ’）に対して角度（α）で傾いていて、この角度（α）は検出面（Ｘ”、Ｙ”）に垂直な面（Ｙ”、Ｚ”）内で決められている請求項４もしくは５に記載の傾けられた検出器窓を有する分光写真機。
7. 前記の干渉スペクトルを回避することができるようにする少なくとも１つの別の傾ける手段は、格子がつくるスペクトルが検出器（５）の検出面（Ｘ”、Ｙ”）に対して角度（β）で傾くように選択された格子である格子（４）から成る請求項４ないし６のいずれかに記載の傾けられた検出器窓を有する分光写真機。
   
   

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