JP5194464B2

JP5194464B2 - 分光器

Info

Publication number: JP5194464B2
Application number: JP2007020919A
Authority: JP
Inventors: 智光小林
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2027-01-31
Also published as: JP2008185525A

Description

本発明は、分光光度計などの光学装置に幅広く利用される分光器に関し、さらに詳しくは、分光器における迷光の低減技術に関する。

特定の波長を有する単色光を取り出すための分光器は、分光光度計などの光学装置に広く利用されている。図３は一般的な分光器の概略構成図である。

光源２から出射した様々な波長成分を含む光は入射光学系３を介して分光器１の入射ポート１１に集光され、入口スリット１２を通して分光器１の内部に取り込まれる。この光は反射鏡（コリメート鏡）１３で反射されて、凹面回折格子（波長分散素子）１４の格子面に収束される。凹面回折格子１４で波長分散された光（回折光）は反射鏡（フォーカス鏡）１５で反射されて出口スリット１６に集光され、特定の波長を有する回折光が出口スリット１６を通過して出射ポート１７から出射される。

こうした分光器１では、凹面回折格子１４の回折式で規定された以外の不所望の波長の光、つまり迷光の出射をできるだけ抑えることが望ましい。このため、従来より、様々な方法によって迷光の低減が図られている。例えば、分光器の内部に設けられている反射鏡のエッジに当たった光が不所望の方向に反射して迷光となる場合がある。そこで、反射鏡のエッジに黒い遮光帯を設けることで不所望な方向への反射光を減らして迷光を低減することが行われている。また、分光器の内部において、例えば０次光など比較的大きな光量の不所望の光が当たる個所に光吸収率の高い物質を貼り付けた光トラップ板を設置することで迷光を低減することも行われている（例えば特許文献１など参照）。

ところで、こうした分光器を利用した光学装置では、その測定の目的などに応じて分光器から取り出したい回折光の絞り（Ｆ値）を変えたい場合がある。例えば上記のような構成の分光器１では、入射光学系３のレンズなどを変えることにより、入射ポート１１から分光器１内に取り込む光の絞りを変え、それに伴って出射ポート１７から出射する回折光の絞りも変えることが可能である。もちろん、分光器１としての明るさ（つまりＦ値）の可変範囲は内部の光学素子の大きさや光路構成などによって異なる。

分析感度を高くしたい場合には、一般に回折光の絞りを緩め（Ｆ値を小さくし）光量を増加させることが好ましい。一方、分解能を上げるためには、一般に回折光を絞り込むことが行われる。しかしながら、入射光を絞ることにより回折光を絞り込んだ場合、迷光の量が同じであっても相対的に迷光の影響が大きくなり回折光のＳ／Ｎが下がることになる。したがって、本来は、取り出される回折光の絞りに応じて迷光の除去構造を変更することが望ましいが、こうした分光器は従来存在しなかった。

特開平２−２５４３２７号公報

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、回折光の絞り（明るさ）に応じて迷光をより効果的に低減することで分析精度を向上させることができる分光器を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明は、入口スリット、波長分散素子、出口スリットを具備し、入口スリットを通して入射される光の絞りを変えることにより出口スリットから出射する回折光の絞りを変えることが可能な分光器において、
前記出口スリットの直前の光路上に、光束の外縁外側から光軸方向に突出する突片を有する迷光遮蔽用の光トラップを備え、該光トラップの突片の突出長さが前記入口スリットを通して入射される光の絞りに応じて変更可能な構造であることを特徴としている。

また本発明の具体的な一態様である分光器にあって、前記光トラップは分光器本体に着脱可能であって、前記入口スリットを通して入射される光の絞りに応じて前記突片の突出長さが相違する光トラップに交換する構造とすることができる。

例えば分解能を上げるために回折光を暗くして、つまりは絞られた光を出口スリットから出射させる場合には、光トラップを通過する光の光束も小さくなるため、光軸方向への突出長さが大きな突片を有する光トラップを用いても回折光は遮られない。一方で、突片の突出長さを大きくすれば、出口スリットを通過し得る光の入射角度範囲が狭くなって迷光はそれだけ通過しにくくなり、迷光の除去性能が向上する。即ち、所望の回折光を遮ることなく、迷光の除去効果を上げることができる。

これに対し、例えば感度を上げるために回折光を明るくして、つまりは絞りが緩い回折光を出口スリットから出射させる場合には、光軸方向への突出長さが小さな突片を有する光トラップを用いることで、光トラップを通過する光束の大きな回折光が遮られることなく得られる。また、光トラップのない構造に比べれば、迷光除去の効果が得られＳ／Ｎも良好である。

このようにして本発明に係る分光器によれば、分光器の出口スリットから取り出される回折光の明るさ（Ｆ値）に応じて、回折光を遮ることなく迷光の低減効果を高めることが可能となる。

本発明の一実施例による分光器について図面を参照して説明する。本実施例による分光器１の基本的な構成は上述した図３と同じであるが、出口スリット１６の直前の光路上、具体的には図３において点線Ａで示す位置に、迷光を遮断するための光トラップ部材２０を装着する。

図１はこの光トラップ部材２０の構造と原理を示す概略断面図である。光トラップ部材２０は、出口スリット１６に向かって収束される光束の光軸Ｃに向かってその外周から突出する突片２１を光軸Ｃの方向に複数（この例では３）有している。隣接する突片２１の間は光軸Ｃに直交する方向に窪んだ凹部２２になっている。突片２１はそれ自体が光吸収率の高い材料から成るか、或いはその表面に光吸収率の高い部材が貼り付けられており、図１中に示すように、異なる方向から入射して来た迷光Ｌｂは突片２１に当たって反射を繰り返して凹部２２の奥に進む間に吸収される。したがって、こうした迷光が出口スリット１６を通り抜けてしまうことは回避される。

分光器１へ絞り込みの小さな（Ｆ値の小さな）光が入射された場合には、例えば図１中で「明るい（Ｆ値小）」として示すように相対的に大きな入射角度で以て出口スリット１６に回折光が集光する。この場合、この回折光を遮らないようにするために、光トラップ部材２０の突片２１の突出長さを相対的に小さくしておく必要がある。

一方、分光器１へ絞り込みの大きな（Ｆ値の大きな）光が入射された場合、例えば図１中で「暗い（Ｆ値大）」として示すように相対的に小さな入射角度で以て出口スリット１６に回折光が集光する。この場合、上記のように突片２１の突出長さが小さいと、回折光の光束の外縁と突片２１の内側端との間の隙間が大きくなり、例えば迷光Ｌａの矢印で示すように回折光の光束の外縁外側に位置する迷光が出口スリット１６を通り抜けてしまう。そこで、このように回折光の入射角度が小さい場合には、図１中に点線で示すように突出長さの大きな突片２１を有する光トラップ部材２０を用いる。これにより、迷光Ｌａを除去しながら、回折光は遮ることなく通過させることができる。

図２は光トラップ部材２０の装着構造を示す断面図である。分光器１の出射ポート１７側のハウジング壁面３１の外側には位置決めピン３２が立設されており、光トラップ部材２０に穿設された孔に位置決めピン３２を挿入することで光トラップ部材２０の位置が決まる。さらに、出口スリット１６を内側に備えるスリット部材３３に穿設された孔に位置決めピン３２を挿入することでスリット部材３３の位置も決まる。

光トラップ部材２０としては、例えば、光束の絞りに応じて、Ｆ値：３、Ｆ値：４、Ｆ値：８、Ｆ値：１６用などの突片２１の突出長さの相違する複数のものを用意しておき、ユーザーがそのときの分光器１の仕様に応じて光トラップ部材２０を適宜交換する。図２（ａ）は出射光束のＦ値が小さい場合、図２（ｂ）は出射光束のＦ値が大きい場合の例であり、光トラップ部材２０のみを交換することで回折光を遮ることなく迷光を極力減らすことができる。

なお、上記実施例では、光トラップ部材２０自体を交換することで突片２１の突出長さを変えるようにしたが、例えば突片２１をスライド移動可能な構造としておき、そのスライドによってユーザーが突出長さを変更可能としてもよい。

また、上記実施例は本発明の一例であるから、本発明の趣旨の範囲で変形、修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含される。

本発明の一実施例による分光器における光トラップ部材の構造と原理を示す概略断面図。本実施例の分光器における光トラップ部材の装着構造を示す断面図。分光器の概略構成図。

符号の説明

１…分光器
１１…入射ポート
１２…入口スリット
１３…反射鏡（コリメート鏡）
１４…凹面回折格子
１５…反射鏡（フォーカス鏡）
１６…出口スリット
１７…出射ポート
２０…光トラップ部材
２１…突片
２２…凹部
２…光源
３…入射光学系
３１…ハウジング壁面
３２…位置決めピン
３３…スリット部材

Claims

入口スリット、波長分散素子、出口スリットを具備し、入口スリットを通して入射される光の絞りを変えることにより出口スリットから出射する回折光の絞りを変えることが可能な分光器において、
前記出口スリットの直前の光路上に、光束の外縁外側から光軸方向に突出する突片を有する迷光遮蔽用の光トラップを備え、該光トラップの突片の突出長さが前記入口スリットを通して入射される光の絞りに応じて変更可能な構造であることを特徴とする分光器。
前記光トラップは分光器本体に着脱可能であって、前記入口スリットを通して入射される光の絞りに応じて前記突片の突出長さが相違する光トラップに交換する構造であることを特徴とする請求項１に記載の分光器。