JP3141106B2 - 球面回折格子による収束光入射型分光装置 - Google Patents
球面回折格子による収束光入射型分光装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は主に紫外線、真空紫
外線、軟Ｘ線領域の分光に用いる収束光入射型分光装置
に関するもので、詳しくはデフォーカス項コマ項を０も
しくは非常に小さい値とすることの可能な分光装置に関
するものである。
外線、軟Ｘ線領域の分光に用いる収束光入射型分光装置
に関するもので、詳しくはデフォーカス項コマ項を０も
しくは非常に小さい値とすることの可能な分光装置に関
するものである。
【０００２】また、本発明の分光装置は、紫外線分析機
器、放射光のビームライン、真空紫外線、軟Ｘ線領域の
発光分光器、逆光電子分光器などの領域に用いられるも
のであり、放射光科学、応用光学、さらに、この分光方
式は超高真空容器に組み込むことが多いので超高真空工
学にも関連する。
器、放射光のビームライン、真空紫外線、軟Ｘ線領域の
発光分光器、逆光電子分光器などの領域に用いられるも
のであり、放射光科学、応用光学、さらに、この分光方
式は超高真空容器に組み込むことが多いので超高真空工
学にも関連する。
【０００３】
【従来の技術】光を分光する基本的方法には、物質の屈
折率の波長依存性を用いる屈折型と、光の干渉を用いる
干渉型がある。真空紫外線、軟Ｘ線領域の光はあらゆる
物質で透過率が非常に小さくなるので、プリズムのよう
な屈折透過型の分光素子は利用できない。さらに、この
領域では反射率も小さく、干渉法を用いた分光素子でさ
えも、素子表面すれすれに光を入射させる、いわゆる斜
入射型の分光配置を取らなければならない。また、反射
による光の減衰を極力さけるため、分光素子そのものに
分光作用と集光作用の２つを兼ねさせることが行われて
いる。
折率の波長依存性を用いる屈折型と、光の干渉を用いる
干渉型がある。真空紫外線、軟Ｘ線領域の光はあらゆる
物質で透過率が非常に小さくなるので、プリズムのよう
な屈折透過型の分光素子は利用できない。さらに、この
領域では反射率も小さく、干渉法を用いた分光素子でさ
えも、素子表面すれすれに光を入射させる、いわゆる斜
入射型の分光配置を取らなければならない。また、反射
による光の減衰を極力さけるため、分光素子そのものに
分光作用と集光作用の２つを兼ねさせることが行われて
いる。
【０００４】この目的のため、球面回折格子を用いた様
々の斜入射分光系が提案されてきた。斜入射分光系の特
徴は収差が大きく、結像が歪みやすく、また収差の波長
依存性も大きい。この点、可視光領域でよく使われる直
入射分光系と大きく異なる。この問題を解決するため、
これまでいくつかの分光法が示されてきた。
々の斜入射分光系が提案されてきた。斜入射分光系の特
徴は収差が大きく、結像が歪みやすく、また収差の波長
依存性も大きい。この点、可視光領域でよく使われる直
入射分光系と大きく異なる。この問題を解決するため、
これまでいくつかの分光法が示されてきた。
【０００５】図６に従来の方法の一例であるローランド
配置６０を示す。球面回折格子６１、６２と乾板または
スリット６３、６４をバー６５、６６に配置し、それら
を互いに９０度の方向に走査するものである。入射スリ
ット６７はバー６５、６６の交点に配置する。ローラン
ド配置６０においては、光源が一定位置に固定されてお
り、角分散が一定の正規スペクトルを得ることができ
る。
配置６０を示す。球面回折格子６１、６２と乾板または
スリット６３、６４をバー６５、６６に配置し、それら
を互いに９０度の方向に走査するものである。入射スリ
ット６７はバー６５、６６の交点に配置する。ローラン
ド配置６０においては、光源が一定位置に固定されてお
り、角分散が一定の正規スペクトルを得ることができ
る。
【０００６】ローランド配置６０は、球面回折格子６
１、６２による分光系の結像性を与える光路方程式の収
差項のうち、デフォーカス項とコマ項を同時に零とする
配置である。入射角、出射角を選ぶと、それに対応した
入射長、出射長の条件で２つの項が完全に零となり、非
常によい結像が得られる。この条件は斜入射になっても
変わらない。
１、６２による分光系の結像性を与える光路方程式の収
差項のうち、デフォーカス項とコマ項を同時に零とする
配置である。入射角、出射角を選ぶと、それに対応した
入射長、出射長の条件で２つの項が完全に零となり、非
常によい結像が得られる。この条件は斜入射になっても
変わらない。
【０００７】この配置では、入射長、出射長とも正の値
となり、回折格子６１、６２には発散光を入射する。ま
た、その長さは波長に応じて大きく変化する。ローラン
ド配置６０を実現するための機構がいくつか提案されて
いるが、この領域の光に必要な超高真空下での使用に非
常な困難を伴うという問題がある。また、入射長、出射
長が波長によって大きく変化する点が問題となる。
となり、回折格子６１、６２には発散光を入射する。ま
た、その長さは波長に応じて大きく変化する。ローラン
ド配置６０を実現するための機構がいくつか提案されて
いるが、この領域の光に必要な超高真空下での使用に非
常な困難を伴うという問題がある。また、入射長、出射
長が波長によって大きく変化する点が問題となる。
【０００８】図７に従来の方法の他の例である瀬谷・浪
岡配置７０を示す。球面回折格子７１を用いた、定偏角
モノクロメータの一つである。主に真空紫外線用とし
て、そして可視紫外分光光度計にも使用されている。
岡配置７０を示す。球面回折格子７１を用いた、定偏角
モノクロメータの一つである。主に真空紫外線用とし
て、そして可視紫外分光光度計にも使用されている。
【０００９】入射角＋出射角、いわゆる偏角を一定とす
る条件で、球面回折格子７１の光路方程式のデフォーカ
ス項が最小となる入射長、出射長を数値的に求める。そ
の長さは偏角と波長によって変化するが、偏角７２が約
７０度のとき、入射長と出射長の長さが波長によらずほ
ぼ一定となる。偏角７２が約７０度の配置を瀬谷・浪岡
配置７０という。
る条件で、球面回折格子７１の光路方程式のデフォーカ
ス項が最小となる入射長、出射長を数値的に求める。そ
の長さは偏角と波長によって変化するが、偏角７２が約
７０度のとき、入射長と出射長の長さが波長によらずほ
ぼ一定となる。偏角７２が約７０度の配置を瀬谷・浪岡
配置７０という。
【００１０】この配置では、入射スリット７３と出射ス
リット７４が固定で、波長走査が回折格子７１の回転の
みでできるという単純な機構を有する。しかし、偏角７
２が７０度なので、軟Ｘ線領域では極端に効率が低下す
るという問題がある。この方式でも入射光は発散光であ
る。
リット７４が固定で、波長走査が回折格子７１の回転の
みでできるという単純な機構を有する。しかし、偏角７
２が７０度なので、軟Ｘ線領域では極端に効率が低下す
るという問題がある。この方式でも入射光は発散光であ
る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】真空紫外線・軟Ｘ線領
域で用いる斜入射分光系に要求される要件は以下のとお
りである。
域で用いる斜入射分光系に要求される要件は以下のとお
りである。
【００１２】１） 収差が大きい斜入射なので、対象波
長全領域で光路方程式のデフォーカス項が零であるこ
と。また同時にコマ項も零であることが望ましい。さら
にその他の高次の収差項が小さいことが重要である。
長全領域で光路方程式のデフォーカス項が零であるこ
と。また同時にコマ項も零であることが望ましい。さら
にその他の高次の収差項が小さいことが重要である。
【００１３】２） 回折格子分光系には必ず高次光が含
まれるが、斜入射領域の光にたいする有効なフィルター
が無いので、分光素子そのもので出来るだけ高次光を除
去することが望ましい。
まれるが、斜入射領域の光にたいする有効なフィルター
が無いので、分光素子そのもので出来るだけ高次光を除
去することが望ましい。
【００１４】３） 放射光ビームラインの場合は、光源
が固定で、出射光の結像位置が固定していることが必要
である。そのため、入射スリットの位置と入射方向が変
わらず、出射スリットの位置と出射光の方向が変わらな
い配置が簡単に実現できることが望ましい。
が固定で、出射光の結像位置が固定していることが必要
である。そのため、入射スリットの位置と入射方向が変
わらず、出射スリットの位置と出射光の方向が変わらな
い配置が簡単に実現できることが望ましい。
【００１５】４） 超高真空槽に組み込むので機械的構
造が簡単であること。長い直線運動は精度に問題が生
じ、さらにコストがかかるので、回転運動のみで波長走
査が可能である構成であることが必要である。
造が簡単であること。長い直線運動は精度に問題が生
じ、さらにコストがかかるので、回転運動のみで波長走
査が可能である構成であることが必要である。
【００１６】５） 斜入射分光系では反射率が小さい。
そのため面積の大きい回折格子を用いて高い強度を得る
が、大型の回折格子は高価なので、広い波長範囲を１枚
の回折格子で走査できることが経済的である。また、強
度を上げるためには幾何学的透過率が高く、回折効率が
高い配置が望ましい。
そのため面積の大きい回折格子を用いて高い強度を得る
が、大型の回折格子は高価なので、広い波長範囲を１枚
の回折格子で走査できることが経済的である。また、強
度を上げるためには幾何学的透過率が高く、回折効率が
高い配置が望ましい。
【００１７】これらの要求に対し、ローランド配置６０
や瀬谷・波岡配置７０では一部を満たすが重要な点で問
題点がある。
や瀬谷・波岡配置７０では一部を満たすが重要な点で問
題点がある。
【００１８】ローランド配置６０では３）の要求を満た
すことは原理的に不可能である。また２）の要求も、
３）の要求を入れると非常に困難となる。５）の項目は
ある程度実現できるが、ローランド配置６０では入射ス
リット６７上での像の大きさと出射スリット６３、６４
上の結像の大きさの比、すなわち倍率が１なので透過率
はそれ程大きくならない点が問題となる。
すことは原理的に不可能である。また２）の要求も、
３）の要求を入れると非常に困難となる。５）の項目は
ある程度実現できるが、ローランド配置６０では入射ス
リット６７上での像の大きさと出射スリット６３、６４
上の結像の大きさの比、すなわち倍率が１なので透過率
はそれ程大きくならない点が問題となる。
【００１９】瀬谷・波岡配置７０は従来技術の説明で述
べたように、３）および４）の条件は満たすが、偏角７
２が約７０度なので斜入射分光系には適さない。
べたように、３）および４）の条件は満たすが、偏角７
２が約７０度なので斜入射分光系には適さない。
【００２０】したがって、本発明は、上記従来の問題点
に鑑みてなされたもので、斜入射分光系に要求される上
述の条件を出来るだけ満たす新しい配置を提供すること
をその目的とする。
に鑑みてなされたもので、斜入射分光系に要求される上
述の条件を出来るだけ満たす新しい配置を提供すること
をその目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明は、回転可能の球
面回折格子と、球面回折格子に収束光を入射するための
収束鏡と、球面回折格子からの出射光を検出するための
回転可能な出射スリットを具備する収束光入射型分光装
置である。
面回折格子と、球面回折格子に収束光を入射するための
収束鏡と、球面回折格子からの出射光を検出するための
回転可能な出射スリットを具備する収束光入射型分光装
置である。
【００２２】そして、球面回折格子における光路方程式
の回折の条件が、 1/k = SIN β(COSα+cosβ) ／(SINα COS2 β+ COS 2
α SINβ) 1/k'= SIN α(COSα+cosβ) ／(SINα COS2 β+ COS 2
α SINβ) により規定され、ここで、αおよびβはそれぞれ球面回
折格子の入射角および出射角であり、ｋおよびｋ′は、
球面回折格子と収束光の入射スリット（仮想点）との間
隔である入射長ｒ、球面回折格子と出射スリットとの間
隔である出射長ｒ′、および球面回折格子の曲率半径Ｒ
により、ｋ＝ｒ／Ｒ，ｋ´＝ｒ´／Ｒとして規定される
収束光入射型分光装置である。
の回折の条件が、 1/k = SIN β(COSα+cosβ) ／(SINα COS2 β+ COS 2
α SINβ) 1/k'= SIN α(COSα+cosβ) ／(SINα COS2 β+ COS 2
α SINβ) により規定され、ここで、αおよびβはそれぞれ球面回
折格子の入射角および出射角であり、ｋおよびｋ′は、
球面回折格子と収束光の入射スリット（仮想点）との間
隔である入射長ｒ、球面回折格子と出射スリットとの間
隔である出射長ｒ′、および球面回折格子の曲率半径Ｒ
により、ｋ＝ｒ／Ｒ，ｋ´＝ｒ´／Ｒとして規定される
収束光入射型分光装置である。
【００２３】そして、回転可能の球面回折格子の回転の
中心と、回転可能な出射スリットの回転中心が異なって
配置され、球面回折格子における光路方程式の回折の条
件が、近似的に、 1/k = SIN β(COSα+cosβ) ／(SINα COS2 β+ COS 2
α SINβ) 1/k'= SIN α(COSα+cosβ) ／(SINα COS2 β+ COS 2
α SINβ) により規定され、ここで、αおよびβはそれぞれ前記球
面回折格子の入射角および出射角であり、ｋおよびｋ′
は、球面回折格子と収束光の入射スリット（仮想点）と
の間隔である入射長ｒ、球面回折格子と出射スリットと
の間隔である出射長ｒ′、および球面回折格子の曲率半
径Ｒにより、ｋ＝ｒ／Ｒ，ｋ´＝ｒ´／Ｒとして規定さ
れる収束光入射型分光装置である。
中心と、回転可能な出射スリットの回転中心が異なって
配置され、球面回折格子における光路方程式の回折の条
件が、近似的に、 1/k = SIN β(COSα+cosβ) ／(SINα COS2 β+ COS 2
α SINβ) 1/k'= SIN α(COSα+cosβ) ／(SINα COS2 β+ COS 2
α SINβ) により規定され、ここで、αおよびβはそれぞれ前記球
面回折格子の入射角および出射角であり、ｋおよびｋ′
は、球面回折格子と収束光の入射スリット（仮想点）と
の間隔である入射長ｒ、球面回折格子と出射スリットと
の間隔である出射長ｒ′、および球面回折格子の曲率半
径Ｒにより、ｋ＝ｒ／Ｒ，ｋ´＝ｒ´／Ｒとして規定さ
れる収束光入射型分光装置である。
【００２４】さらに、回転可能の球面回折格子の回転の
中心と、回転可能な出射スリットの回転中心が異なって
配置されるのに変えて、回転可能の球面回折格子の回転
の中心と、回転可能な出射スリットの回転中心を同じ位
置に配置した収束光入射型分光装置である。
中心と、回転可能な出射スリットの回転中心が異なって
配置されるのに変えて、回転可能の球面回折格子の回転
の中心と、回転可能な出射スリットの回転中心を同じ位
置に配置した収束光入射型分光装置である。
【００２５】また本発明は、回転可能の球面回折格子
と、球面回折格子に収束光を入射するための収束鏡と、
収束鏡と球面回折格子との間に配置され、オフ中心で回
転して収束光を球面回折格子に向けて反射する反射鏡
と、球面回折格子からの出射光を検出するための出射ス
リットを具備し、球面回折格子における光路方程式の回
折の条件が、近似的に、 1/k = SIN β(COSα+cosβ) ／(SINα COS2 β+ COS 2
α SINβ) 1/k'= SIN α(COSα+cosβ) ／(SINα COS2 β+ COS 2
α SINβ) により規定され、ここで、αおよびβはそれぞれ球面回
折格子の入射角および出射角であり、ｋおよびｋ′は、
球面回折格子と収束光の入射スリット（仮想点）との間
隔である入射長ｒ、球面回折格子と出射スリットとの間
隔である出射長ｒ′、および球面回折格子の曲率半径Ｒ
により、ｋ＝ｒ／Ｒ，ｋ´＝ｒ´／Ｒとして規定される
収束光入射型分光装置である。
と、球面回折格子に収束光を入射するための収束鏡と、
収束鏡と球面回折格子との間に配置され、オフ中心で回
転して収束光を球面回折格子に向けて反射する反射鏡
と、球面回折格子からの出射光を検出するための出射ス
リットを具備し、球面回折格子における光路方程式の回
折の条件が、近似的に、 1/k = SIN β(COSα+cosβ) ／(SINα COS2 β+ COS 2
α SINβ) 1/k'= SIN α(COSα+cosβ) ／(SINα COS2 β+ COS 2
α SINβ) により規定され、ここで、αおよびβはそれぞれ球面回
折格子の入射角および出射角であり、ｋおよびｋ′は、
球面回折格子と収束光の入射スリット（仮想点）との間
隔である入射長ｒ、球面回折格子と出射スリットとの間
隔である出射長ｒ′、および球面回折格子の曲率半径Ｒ
により、ｋ＝ｒ／Ｒ，ｋ´＝ｒ´／Ｒとして規定される
収束光入射型分光装置である。
【００２６】さらに、反射鏡がオフ中心で回転する反射
鏡であることに変えて、直線移動と回転により移動する
反射鏡である収束光入射型分光装置である。
鏡であることに変えて、直線移動と回転により移動する
反射鏡である収束光入射型分光装置である。
【００２７】
【発明の実施の形態】本発明の球面回折格子による収束
光入射型分光計の基本構成１について先ず図１に基づい
て説明する。なお、以下の詳細な説明および図面の記載
において、同様の要素は同様の参照番号により表され
る。収束された入射光２が球面回折格子３にて回折さ
れ、出射スリット５において結像する。４は収束光に対
応する仮想の入射スリット（仮想点）である。
光入射型分光計の基本構成１について先ず図１に基づい
て説明する。なお、以下の詳細な説明および図面の記載
において、同様の要素は同様の参照番号により表され
る。収束された入射光２が球面回折格子３にて回折さ
れ、出射スリット５において結像する。４は収束光に対
応する仮想の入射スリット（仮想点）である。
【００２８】球面回折格子３における光路方程式の回折
の条件、デフォーカス項、コマ項はそれぞれ、
の条件、デフォーカス項、コマ項はそれぞれ、
【数１】 として式（１）、（２）、（３）により与えられる。
【００２９】ここでα，βはそれぞれ入射角、出射角で
ある。ｓ，ｋ，およびｋ′は、球面回折格子３の回折の
次数ｍと、入射光の波長λ、球面回折格子３の刻線間隔
σ、球面回折格子３と入射スリット（仮想点）４との間
隔である入射長ｒ、球面回折格子３と出射スリット５と
の間隔である出射長ｒ′、および球面回折格子３の曲率
半径Ｒにより、以下の式で与えられる無次元の値であ
る。
ある。ｓ，ｋ，およびｋ′は、球面回折格子３の回折の
次数ｍと、入射光の波長λ、球面回折格子３の刻線間隔
σ、球面回折格子３と入射スリット（仮想点）４との間
隔である入射長ｒ、球面回折格子３と出射スリット５と
の間隔である出射長ｒ′、および球面回折格子３の曲率
半径Ｒにより、以下の式で与えられる無次元の値であ
る。
【００３０】
【数２】 デフォーカス項を規定する式（２）を０とおき、ｋ′に
ついて整理すると、
ついて整理すると、
【数３】 この値をコマ項を規定する式（３）に代入し、さらに式
（３）を０とおいて整理すると、
（３）を０とおいて整理すると、
【数４】 となる。
【００３１】式（５）が満たされる条件において、デフ
ォーカス項（２）およびコマ項（３）が同時に０とな
る。その条件として、第一項が０の場合と、第二項が０
の場合がある。
ォーカス項（２）およびコマ項（３）が同時に０とな
る。その条件として、第一項が０の場合と、第二項が０
の場合がある。
【００３２】第一項が０の場合は、
【数５】 式（４）からｋ′を求めると
【数６】 式（６）、式（７）を満たす配置はローランド配置であ
る。
る。
【００３３】一方、式（５）の第二項が０の場合は、
【数７】 式（４）からｋ′を求めると、
【数８】 式（８）、式（９）を満たすα，βを求め、式（１）に
代入すると波長が決まる。この式（８）、（９）を満た
す配置が新しい分光方式である。斜入射の場合、αは
正、βは負なので、ｋは負、ｋ′は正となる。これは入
射光として収束光を用いることを示している。また、数
値計算を行うと、ｋ，ｋ′とも波長によらずほぼ一定の
値になる。すなわち入射長ｒ、出射長ｒ´とも広い波長
範囲でほとんど変わらない配置が実現できる。
代入すると波長が決まる。この式（８）、（９）を満た
す配置が新しい分光方式である。斜入射の場合、αは
正、βは負なので、ｋは負、ｋ′は正となる。これは入
射光として収束光を用いることを示している。また、数
値計算を行うと、ｋ，ｋ′とも波長によらずほぼ一定の
値になる。すなわち入射長ｒ、出射長ｒ´とも広い波長
範囲でほとんど変わらない配置が実現できる。
【００３４】このように構成された本発明における球面
回折格子３による収束光入射型分光計の実施の形態を図
１〜図４に基づいて説明する。本方式の分光系配置で
は、入射光として式（８）で与えられる位置に収束する
収束光を作り入射させる。この収束点が仮想的入射スリ
ット４となる。波長走査方式を含む分光系の配置として
は例えば次の２つの実施例が考えられる。
回折格子３による収束光入射型分光計の実施の形態を図
１〜図４に基づいて説明する。本方式の分光系配置で
は、入射光として式（８）で与えられる位置に収束する
収束光を作り入射させる。この収束点が仮想的入射スリ
ット４となる。波長走査方式を含む分光系の配置として
は例えば次の２つの実施例が考えられる。
【００３５】図２は、本発明による収束光入射型分光計
の第一の実施例を示す光学要素の配置図である。同図に
示すように、第一の実施例の収束光入射型分光計１は、
例えばトロイダル鏡、球面鏡等で構成され、入射光８を
集光し入射スリット（仮想点）に向けて収束させる集光
鏡（収束鏡）６、回転可能の球面回折格子３、所定の円
周に沿って出射スリット５と共に回転する検出器７とか
ら構成される。図２に示す実施例においては、球面回折
格子３の回転中心９と出射スリット５の回転中心１０
は、ずれた配置をとる。
の第一の実施例を示す光学要素の配置図である。同図に
示すように、第一の実施例の収束光入射型分光計１は、
例えばトロイダル鏡、球面鏡等で構成され、入射光８を
集光し入射スリット（仮想点）に向けて収束させる集光
鏡（収束鏡）６、回転可能の球面回折格子３、所定の円
周に沿って出射スリット５と共に回転する検出器７とか
ら構成される。図２に示す実施例においては、球面回折
格子３の回転中心９と出射スリット５の回転中心１０
は、ずれた配置をとる。
【００３６】入射光８は集光鏡６により収束され、この
収束光２を球面回折格子３に入射し、球面回折格子３を
回転させるとともに、出射スリット５および光検出器７
も回転させる。このとき、球面回折格子３の回転中心９
と出射スリット５の回転中心１０をずらすことにより、
一定長の出射長ｒで式（８）、式（９）をほぼ満たす配
置がとれる。このタイプの方式は，発光分光器や逆光電
子分光器など、出射光を単に検出器で観測する場合に有
効である。
収束光２を球面回折格子３に入射し、球面回折格子３を
回転させるとともに、出射スリット５および光検出器７
も回転させる。このとき、球面回折格子３の回転中心９
と出射スリット５の回転中心１０をずらすことにより、
一定長の出射長ｒで式（８）、式（９）をほぼ満たす配
置がとれる。このタイプの方式は，発光分光器や逆光電
子分光器など、出射光を単に検出器で観測する場合に有
効である。
【００３７】また、図３に示すように、球面回折格子３
と出射スリット５の回転中心を一致させる条件でも、近
似的に式（８）、（９）を満たし、デフォーカス項を最
小とする配置が実現できるので、機構を簡単にするとき
は同心の配置を用いる。
と出射スリット５の回転中心を一致させる条件でも、近
似的に式（８）、（９）を満たし、デフォーカス項を最
小とする配置が実現できるので、機構を簡単にするとき
は同心の配置を用いる。
【００３８】図４および図５に、本発明による収束光入
射型分光計の第二の実施例を示す。例えば、球面鏡、円
筒鏡等の集光鏡（収束鏡）６で作られた収束光を反射鏡
である平面鏡１１で反射し、球面回折格子３に入射す
る。このとき図４に示すように、平面鏡１１の位置と入
射角を変え、球面回折格子３への入射角を変えるととも
に、球面回折格子３を回転させ近似的に式（８），
（９）を満たすようにする。このとき、平面鏡１１は、
例えば図４に示すように、光軸に沿った直線運動と、収
束光２を回折格子３の方向に向けるような回転運動が必
要である。他の方法として、図５に示すように、平面鏡
１１の回転中心１２の配置をオフ中心となるように設定
し、このオフ中心の位置を適切に選択して平面鏡１１を
回転させると、近似的に図４に示す場合と同様の運動が
可能となる。
射型分光計の第二の実施例を示す。例えば、球面鏡、円
筒鏡等の集光鏡（収束鏡）６で作られた収束光を反射鏡
である平面鏡１１で反射し、球面回折格子３に入射す
る。このとき図４に示すように、平面鏡１１の位置と入
射角を変え、球面回折格子３への入射角を変えるととも
に、球面回折格子３を回転させ近似的に式（８），
（９）を満たすようにする。このとき、平面鏡１１は、
例えば図４に示すように、光軸に沿った直線運動と、収
束光２を回折格子３の方向に向けるような回転運動が必
要である。他の方法として、図５に示すように、平面鏡
１１の回転中心１２の配置をオフ中心となるように設定
し、このオフ中心の位置を適切に選択して平面鏡１１を
回転させると、近似的に図４に示す場合と同様の運動が
可能となる。
【００３９】第二の実施例による配置では、集光鏡６の
前の焦点１３が入射スリットのような役割を担うが、そ
の位置も入射光８の方向も変化しない。また、出射スリ
ット５の位置も出射光１４の方向も変わらないので、放
射光ビームラインのように分光器からの光を照射光とし
て用いる場合に適している。
前の焦点１３が入射スリットのような役割を担うが、そ
の位置も入射光８の方向も変化しない。また、出射スリ
ット５の位置も出射光１４の方向も変わらないので、放
射光ビームラインのように分光器からの光を照射光とし
て用いる場合に適している。
【００４０】ここに記載された本発明の実施例は単なる
一例であり、本光学システムの実施例は、本発明の技術
的範囲を逸脱せずに、多様に変形される事が可能であ
る。
一例であり、本光学システムの実施例は、本発明の技術
的範囲を逸脱せずに、多様に変形される事が可能であ
る。
【００４１】本発明は、例えば、放射光ビームライン用
真空紫外線・軟Ｘ線分光器、真空紫外線・軟Ｘ線発光分
光器、真空紫外線・軟Ｘ線逆光電子分光器、真空紫外線
・軟Ｘ線分光器、可視・紫外線分光器、および球面回折
格子分光器等に有効に適用できる。
真空紫外線・軟Ｘ線分光器、真空紫外線・軟Ｘ線発光分
光器、真空紫外線・軟Ｘ線逆光電子分光器、真空紫外線
・軟Ｘ線分光器、可視・紫外線分光器、および球面回折
格子分光器等に有効に適用できる。
【００４２】
【発明の効果】本発明の配置の分光系は、デフォーカス
項、コマ項ともに０、もしくは非常に小さい値となる
が、従来技術のローランド配置６０のように入射長、出
射長が波長によって大きく変化することがない。故に、
走査波長全領域で、非常に収束性のよい結像が得られる
にもかかわらず、簡単な機構で分光器が構成できる。
項、コマ項ともに０、もしくは非常に小さい値となる
が、従来技術のローランド配置６０のように入射長、出
射長が波長によって大きく変化することがない。故に、
走査波長全領域で、非常に収束性のよい結像が得られる
にもかかわらず、簡単な機構で分光器が構成できる。
【００４３】また、第二の実施における図５に示すよう
なオフ中心の回転平面鏡１１を用いると、波長に対する
走査がすべて回転のみで実現でき、超高真空容器に組み
込むことが容易になる。
なオフ中心の回転平面鏡１１を用いると、波長に対する
走査がすべて回転のみで実現でき、超高真空容器に組み
込むことが容易になる。
【００４４】さらに、この機構は分光系の入射長、出射
長には関係なく一定の大きさとすることが出来るので、
超高分解能を得るため、入射長や出射長を非常に長くす
ることが可能となる。例えば分解能が約１００００、入
射長、出射長が３メーター程度の場合の波長走査機構
は、そのまま、分解能１０万から２０万の分光系に必要
な入射長、出射長１０数メートルの分光系に適用でき
る。この点は直線移動を必要とする従来の分光系では不
可能である。
長には関係なく一定の大きさとすることが出来るので、
超高分解能を得るため、入射長や出射長を非常に長くす
ることが可能となる。例えば分解能が約１００００、入
射長、出射長が３メーター程度の場合の波長走査機構
は、そのまま、分解能１０万から２０万の分光系に必要
な入射長、出射長１０数メートルの分光系に適用でき
る。この点は直線移動を必要とする従来の分光系では不
可能である。
【００４５】入射角は波長によって変化させなければな
らない。しかし、長波長では入射角が小さく、短波長に
なると入射角が大きくなるので、波長による反射率の変
化の効果を生かし、効率の良い高次光除去が可能であ
る。これまで用いられてきた定偏角型の分光系では、本
分光系とは異なり長波長になると入射角が大きくなるの
で、むしろ高次光の強度が増大し、２次光の強度が１次
光の強度より強くなったり、場合によっては１０次光ま
でも出てくることがあった。
らない。しかし、長波長では入射角が小さく、短波長に
なると入射角が大きくなるので、波長による反射率の変
化の効果を生かし、効率の良い高次光除去が可能であ
る。これまで用いられてきた定偏角型の分光系では、本
分光系とは異なり長波長になると入射角が大きくなるの
で、むしろ高次光の強度が増大し、２次光の強度が１次
光の強度より強くなったり、場合によっては１０次光ま
でも出てくることがあった。
【００４６】この分光系の倍率は波長により変化する
が、１以下であり、波長が短くなるほど縮小率が大きく
なる。配置によって異なるが、１／５から１／７の縮小
率が得られる。よって、他の分光方式に比べ、同じ出射
スリット幅でも、より広い入射スリット幅が選べるので
光強度を大きくできる。ローランド配置６０や定偏角配
置の倍率はほぼ１なので、この点でも本分光方式が微弱
な光を検出したり、出来るだけ強い照射光を得たいとき
には有効である。
が、１以下であり、波長が短くなるほど縮小率が大きく
なる。配置によって異なるが、１／５から１／７の縮小
率が得られる。よって、他の分光方式に比べ、同じ出射
スリット幅でも、より広い入射スリット幅が選べるので
光強度を大きくできる。ローランド配置６０や定偏角配
置の倍率はほぼ１なので、この点でも本分光方式が微弱
な光を検出したり、出来るだけ強い照射光を得たいとき
には有効である。
【００４７】この方式は波長走査に従って偏角が変化す
るので、１枚の回折格子で分光できる波長範囲が広い。
分光測定や照射光として用いる場合、連続して広い波長
範囲の光が得られることは、強度の較正、波長選択時間
の短縮など、使い勝手のよい分光器となる。
るので、１枚の回折格子で分光できる波長範囲が広い。
分光測定や照射光として用いる場合、連続して広い波長
範囲の光が得られることは、強度の較正、波長選択時間
の短縮など、使い勝手のよい分光器となる。
【００４８】従来の分光器は、収差が大きくならない範
囲や、効率が落ちない範囲を区切って複数の回折格子を
切り替えて使う形式が多かった。複数の回折格子を用い
ると機構が複雑になるばかりでなく、コストも上昇し、
さらに切り替えの時間がかかる。本発明は、かかる問題
をも解決するものである。
囲や、効率が落ちない範囲を区切って複数の回折格子を
切り替えて使う形式が多かった。複数の回折格子を用い
ると機構が複雑になるばかりでなく、コストも上昇し、
さらに切り替えの時間がかかる。本発明は、かかる問題
をも解決するものである。
【図１】本発明の構成を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施例を示す図である。
【図３】本発明の第一の実施例の変形例を示す図であ
る。
る。
【図４】本発明の第二の実施例を示す図である。
【図５】本発明の第二の実施例の変形例を示す図であ
る。
る。
【図６】従来技術を示す図である。
【図７】他の従来技術を示す図である。
１ … 収束光入射型分光計の基本構成 ２ … 収束された入射光 ３ … 球面回折格子 ４ … 入射スリット（仮想点） ５ … 出射スリット（結像点） ６ … 集光鏡（収束鏡） ７ … 検出器 ８ … 入射光 ９ … 回折格子回転中心 １０ … 出射スリットの回転中心 １１ …平面鏡 １２ …平面鏡回転中心 １３ … 焦点 １４ … 出射光 １５ … 入射スリット ６０ … ローランド配置 ６１、６２ … 球面回折格子 ６３、６４ …スリット ６５、６６ …バー ６７ …入射スリット ７０ … 瀬谷・浪岡配置 ７１ … 球面回折格子 ７２ … 偏角 ７３ … 入射スリット ７４ … 出射スリット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 3/00 - 3/52 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (6)
- 【請求項１】 回転可能の球面回折格子と、前記球面回
折格子に収束光を入射するための収束鏡と、前記球面回
折格子からの出射光を検出するための回転可能な出射ス
リットを具備することを特徴とする収束光入射型分光装
置。 - 【請求項２】 前記球面回折格子における光路方程式の
回折の条件が、 1/k = SIN β(COSα+cosβ) ／(SINα COS2 β+ COS 2
α SINβ) 1/k'= SIN α(COSα+cosβ) ／(SINα COS2 β+ COS 2
α SINβ) により規定され、 ここで、αおよびβはそれぞれ前記球面回折格子の入射
角および出射角であり、ｋおよびｋ′は、前記球面回折
格子と前記収束光の入射スリット（仮想点）との間隔で
ある入射長ｒ、前記球面回折格子と前記出射スリットと
の間隔である出射長ｒ′、および前記球面回折格子の曲
率半径Ｒにより、ｋ＝ｒ／Ｒ，ｋ´＝ｒ´／Ｒとして規
定されることを特徴とする請求項１に記載の収束光入射
型分光装置。 - 【請求項３】 前記回転可能の球面回折格子の回転の中
心と、前記回転可能な出射スリットの回転中心が異なっ
て配置され、 前記球面回折格子における光路方程式の回折の条件が、
近似的に、 1/k = SIN β(COSα+cosβ) ／(SINα COS2 β+ COS 2
α SINβ) 1/k'= SIN α(COSα+cosβ) ／(SINα COS2 β+ COS 2
α SINβ) により規定され、 ここで、αおよびβはそれぞれ前記球面回折格子の入射
角および出射角であり、ｋおよびｋ′は、前記球面回折
格子と前記収束光の入射スリット（仮想点）との間隔で
ある入射長ｒ、前記球面回折格子と前記出射スリットと
の間隔である出射長ｒ′、および前記球面回折格子の曲
率半径Ｒにより、ｋ＝ｒ／Ｒ，ｋ´＝ｒ´／Ｒとして規
定されることを特徴とする請求項１に記載の収束光入射
型分光装置。 - 【請求項４】 前記回転可能の球面回折格子の回転の中
心と、前記回転可能な出射スリットの回転中心が異なっ
て配置されるのに変えて、前記回転可能の球面回折格子
の回転の中心と、前記回転可能な出射スリットの回転中
心を同じ位置に配置することを特徴とする請求項３に記
載の収束光入射型分光装置。 - 【請求項５】 回転可能の球面回折格子と、前記球面回
折格子に収束光を入射するための収束鏡と、前記収束鏡
と前記球面回折格子との間に配置され、オフ中心で回転
して前記収束光を前記球面回折格子に向けて反射する反
射鏡と、前記球面回折格子からの出射光を検出するため
の出射スリットを具備し、 前記球面回折格子における光路方程式の回折の条件が、
近似的に、 1/k = SIN β(COSα+cosβ) ／(SINα COS2 β+ COS 2
α SINβ) 1/k'= SIN α(COSα+cosβ) ／(SINα COS2 β+ COS 2
α SINβ) により規定され、 ここで、αおよびβはそれぞれ前記球面回折格子の入射
角および出射角であり、ｋおよびｋ′は、前記球面回折
格子と前記収束光の入射スリット（仮想点）との間隔で
ある入射長ｒ、前記球面回折格子と前記出射スリットと
の間隔である出射長ｒ′、および前記球面回折格子の曲
率半径Ｒにより、ｋ＝ｒ／Ｒ，ｋ´＝ｒ´／Ｒとして規
定されることを特徴とする収束光入射型分光装置。 - 【請求項６】 前記反射鏡がオフ中心で回転する反射鏡
であることに変えて、直線移動と回転により移動する反
射鏡であることを特徴とする請求項５に記載の収束光入
射型分光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10281057A JP3141106B2 (ja) | 1998-10-02 | 1998-10-02 | 球面回折格子による収束光入射型分光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10281057A JP3141106B2 (ja) | 1998-10-02 | 1998-10-02 | 球面回折格子による収束光入射型分光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000111405A JP2000111405A (ja) | 2000-04-21 |
| JP3141106B2 true JP3141106B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=17633717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10281057A Expired - Lifetime JP3141106B2 (ja) | 1998-10-02 | 1998-10-02 | 球面回折格子による収束光入射型分光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3141106B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5016855B2 (ja) | 2006-06-15 | 2012-09-05 | キヤノン株式会社 | 分光器及び分光方法 |
| JP6180954B2 (ja) | 2014-02-05 | 2017-08-16 | 浜松ホトニクス株式会社 | 分光器、及び分光器の製造方法 |
| JP7147143B2 (ja) * | 2017-01-20 | 2022-10-05 | 株式会社リコー | 分光器および分析装置 |
| WO2018135223A1 (en) * | 2017-01-20 | 2018-07-26 | Ricoh Company, Ltd. | Spectrometer, analysis equipment, and wavelength-variable light source |
| JP6328303B2 (ja) * | 2017-07-19 | 2018-05-23 | 浜松ホトニクス株式会社 | 分光器 |
-
1998
- 1998-10-02 JP JP10281057A patent/JP3141106B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000111405A (ja) | 2000-04-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
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| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |