JP3937485B2 - モノクロメータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回析格子を用いたモノクロメータに関する。
【０００２】
【従来技術】
モノクロメータは分光素子とスリットなどよりなる光入出射装置とからなり、光源より発する光を入射スリットに導入し、導入した光を分光素子を用いて分光し、出射スリットにより分光された光から一つの単色光を取り出す装置である。入射側の光入射装置と出射側の光出射装置は通常その役割が固定されている。原価低減その他の理由で入射側と出射側に同一の部品を使用している例はあるが、入射側と出射側を入れ換えて使用できること、及び、入射側と出射側を入れ換えて使用することにより特性を変えられる事を示したモノクロメータはない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
使用目的毎に、その用途に適したモノクロメータを製作する必要があった。そこで一つのモノクロメータで特性の異る二種のモノクロメータに切換え得るようにする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
モノクロメータの入射側と出射側の光入出射装置の構造を同一とし、入射方向と出射方向を入れ換えることにより、一つのモノクロメータで複数の特性を得ることができるようにした。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１に本発明モノクロメータの一実施形態を示す。図１でＡは入射側の光入出射装置、Ｂは出射側の光入出射装置で、夫々はスリット３，４と集光用レンズ５，６などよりなっており同じ構造である。このモノクロメータにおいて回析格子１面の法線と入射スリット３側主光線のなす角をα、回析格子面の法線と出射スリット４側主光線のなす角をβとすると
ｓｉｎα＋ｓｉｎβ＝Ｎｍλ
Ｎ： 単位幅当りの溝本数
ｍ： 回折次数
λ： 波長
なる回析の式に基づいて単色光が出射する。
−α＝βの場合にはｍ＝０となり単色光は出射しないため、
｜α｜≠｜β｜
となり、分散素子に対して、入射側光束と出射側光束は非対称になる。またαとβは可換であるため、入射側と出射側を入れ換えても同じ波長の単色光が出射するが、どちら側から光を入れるかでモノクロメータとしての特性は異る。
まず、分光器の光を取り込む能力、つまり明るさを表わすＦ値は
Ｆ＝ｆ１／Ｄ
で表わせる。ここでｆ１は回析格子中心からスリットまでの距離、Ｄは回析格子面での光束の直径であるが、矩形回折格子分光器の場合は光束の断面は矩形であり、グレーティング法線に対し斜めに入射するため、円形に換算して直入射した場合の直径をＤとして用いる。このため入射スリット側と出射スリット側ではＤの値が異なり、従ってＦ値も異なる。また入射側と出射側を入れ換えた場合にはＦ値の値も入れ換わる。
また分光器の分散の度合を表わす逆線分散は出射角θのとき
ｄλ／ｄｘ＝｜ｃｏｓθ／（ｆ１・Ｎ・ｍ）｜
で表わされる。入射スリットＡ側から光を入射した場合はθ＝βであり、出射スリットＢ側から光を入射した場合はθ＝αとなり、逆線分散の値もどちらから光を入れるかで異なる。
【０００６】
以上の様に光を入射させる方向を変えることでモノクロメータの特性は変化するが、モノクロメータから出射する単色光の透過効率が最大となる波長であるブレーズ波長については、入射方向を変えても同様に扱うことができる。
回析格子を０次光出射角（−α＝β）に対して対称な角度に回転した場合（ｍの符号を反転させる場合）もＦ値及び逆線分散を変えることはできるが、この場合効率及び結像特性が大幅に劣化するため、本発明に比し実用性は大きく悪化する。
【０００７】
図１に本発明の一実施形態に係るモノクロメータの概略図を示す。前記ｆ１は入射側、出射側とも１２２ｍｍ、Ｎ＝１２００本／ｍｍ、回析格子有効面は３６ｍｍ×３６ｍｍ、偏角Ｋ＝１４．４°である。光の入出射装置Ａ，Ｂは同じ構造寸法であると共にモノクロメータの光入出射側面の相互対応位置に取り付けてある。従ってモノクロメータのどちらの側面でも自由に入射側或は出射側とすることができる。
図２に示すように光入出射装置Ａから光を入射する場合は、入出射光入出射装置Ａに設けられたスリット３から入射した光は折曲げミラー２によって回析格子１へと導かれ、分散された光は折曲げミラー２を再び介して入出射光入出射装置Ｂに設けられたスリット４上に結像され、スリット４から単色光として取り出される。
図３に示すように光入出射装置Ｂから光を入射する場合は逆の経路をたどり光入出射装置Ａのスリット３から単色光が出射する。
図４に光入出射装置Ａ側から光を入れた場合及び光入出射装置Ｂ側から光を入れた場合における各波長でのＦ値を示す。Ｆ値は小さい程光の取り込み量が大きくなる。α＞βであるからＡから光をいれた場合の方がＢから入れた場合より常に明るく、Ｆ値の変化が小さい。
図５に光入出射装置Ａ側から光を入射した場合の光入出射装置Ｂ側に於ける逆線分散、及び、光入出射装置Ｂ側から光を入射した場合の光入出射装置Ａ側に於ける逆線分散の各波長に対する値を示す。Ａ側から光を入れた場合の方が逆分散も高い。
【０００８】
【発明の効果】
図２の用法の場合光入出射装置Ａから入射した場合は入射側のＦ値が小さいため多くの光を取り込むことができ、明るいため単色光源としての用途に適している。また入射側のＦ値が波長に対し一定しているため取り込める光束の径が一定しており測光等の用途に適している。また、逆線分散が小さいため同一幅のスリットを用いて得られる単色光のバンド幅が狭いので、高分解能の測定に適している。
一方、図３の用法とした場合光入出射装置Ｂから入射した場合は出射側のＦ値が略々一定しているため、出射光の光束の形状も略々一定しており試料に照射した場合、各波長での試料内の光照射領域が変わらないから、試料を分光照射するような用途に適している。また、逆線分散も波長に対し一定しているため、各波長に於けるバンド幅が一定であり、波長可変バンドパスフィルタとしての用途に適している。 このように同一の分光器で複数の用途に対して適化させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様のモノクロメータの平面略図。
【図２】上図において入出射装置Ａから光をいれたときの光の進み方を示す図。
【図３】同じく入出射装置Ｂ側から光を入れたときの光の進み方を示す図。
【図４】Ａ側およびＢ側から光を入れたときのＦ値と波長との関係を示すグラフ。
【図５】同じく逆線分散と波長との関係のグラフ。
１．回析格子
２．折曲げミラー
３．スリット
４．スリット
Ａ．入射側光入出射装置
Ｂ．出射側光入出射装置

Claims (1)

1. 回折格子を用いたモノクロメータにおいて、入射側の光入出射装置と出射側の光入出射装置がともに、スリットと光導入用或いは光出射用光学装置から成る同一の構造を有するとともに、入射側の光入出射装置と前記回折格子間の光路および出射側の光入出射装置と前記回折格子間の光路を一つの部材で構成した折り曲げミラーで折り曲げることによって、入射側の光入出射装置と出射側の光入出射装置を前記モノクロメータの光入出射側面の相互対応位置に取り付け、入射側および出射側のどちら側からでも光を入射および出射させうるようにして、同一のモノクロメータをＦ値及び逆線分散の特性が異なる複数の用途に適化させるモノクロメータの使用方法。

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