JPH09218091A - ダイオードアレー分光測光器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ダイオードアレー分光測光器において、入口ス
リットおよびダイオードアレーに対し、回折格子を熱
的、機械的に安定に固定するための装置および方法を提
供する。 【解決手段】本発明の一実施例によれば、入口スリット
装置、回折格子、ダイオードアレー、および、これらの
要素の相対的位置を定めるケーシングを備えたダイオー
ドアレー分光測光器が提供される。ケーシングおよび、
回折格子を受けるホルダーは、ダイオードアレーの熱膨
張係数に適合した熱膨張係数を有するセラミックから形
成される。格子ホルダーは、円筒形外表面を有し、ケー
シングの円錐台状の開口部に配置される。格子ホルダー
と円錐台状開口部との間に、セラミックまたはガラスか
らなる複数の充填要素が存在する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は入口スリット装置、回折
格子、ダイオードアレー、およびこれらの構成要素の相
対的位置を定めるケーシングを基本的構成要素とするダ
イオードアレー分光測光器に関する。本発明は特に入口
スリットとダイオードアレーに対する回折格子の調整と
固定に関する。

【０００２】

【従来の技術】入口スリット装置、回折格子およびダイ
オードアレーを有するダイオードアレー分光測光器は入
口スリット装置の入口スリットを回折格子を介してダイ
オードアレー上に結像する。光のスペクトル分割に加え
て、回折格子は通常凹面鏡の結像機能に相当する結像機
能を有する。

【０００３】ダイオードアレー分光測光器のフォトダイ
オードアレーの長さは通常約12.5 mmから25 mmの間であ
り、解像度の高い機器には通常長さが約25 mmのダイオ
ードアレーが用いられる。UV/VISダイオードアレー分光
測光器は200 nmから800 nmの波長範囲をカバーし、約40
nm/mmの線形分散を行なう。多くのアプリケーションに
おいて0.05 nm未満の波長の再現性と広い温度範囲にわ
たって１nmより高い精度が必要とされる。これは、動作
温度範囲における回折格子およびダイオードアレーに対
する入口スリットの構成は、日常の使用において不可避
的に発生する衝撃や振動の条件下においてもマイクロメ
ートル以下の機械的安定性および熱安定性を持っていな
ければならないことを意味する。

【０００４】また、ダイオードアレー分光測光器を用い
る場合、この装置を組み立てるさいにその光学的構成要
素の相対的位置、すなわち回折格子とダイオードアレー
とに対する入口スリットの位置を調整することが必要で
ある。調整を行なった後、調整された構成要素を上述し
たような機械的安定性および熱機械的安定性が得られる
ように固定しなければならない。ダイオードアレー分光
測光器の各光学的構成要素の熱膨張係数の違いに起因す
る変位を最小限にする方法として、US-A-4,709,989号に
は分光測光器のケーシングをその熱膨張係数が分光測光
器の光学要素に用いられるレンズの熱膨張係数に適合さ
れた圧縮磁器材料を用いて構成することができることが
説明されている。

【０００５】US-S-4,805,993号には、ケーシングによっ
て相対的に保持されたスリット、ダイオードアレーおよ
び回折格子を有する別のダイオードアレー分光測光器が
開示されている。回折格子のケーシングに対する位置を
調整し固定するために、回折格子の裏に調整中マニプレ
ータで保持するためのペグが設けられる。この回折格子
を配置プレート（layout plate）を用いてX軸およびY軸
に沿って移動させ、またこれらの軸を中心に回転させる
ことができる。Z軸方向への変位を可能にするために、
この回折格子を配置プレートの円筒状の開口部内で移動
させることができる。この既知のダイオードアレー分光
測光器の回折格子と配置プレートはいずれもガラス製で
ある。ここに説明したプレートを用いてダイオードアレ
ー分光測光器の回折格子の調整および固定を行なう構造
は、製造上の観点、また調整および固定の各段階での取
り扱いの観点の両方から見て複雑である。この周知のダ
イオードアレー分光測光器を用いる場合、上述した回折
格子の調整の後にダイオードアレーの微調整を行なわな
ければならない。これは回折格子の調整の自由度には限
界があるためである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、入口スリッ
トおよびダイオードアレーに対し、回折格子を熱的、機
械的に安定に固定するための装置および方法を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の重要な特
徴として、本発明は周知の分光測光器の熱補償はケーシ
ング、入口スリット、および回折格子の挙動を考慮に入
れて行なわれるが、ダイオードアレーの熱膨張を補償す
ることができないという認識に基づく。

【０００８】後に詳述するように、本発明は、回折格子
を保持し、ケーシングに取り付けられ、入口スリット装
置とダイオードアレーに対する回折格子の位置を調整可
能に定める回折格子ホルダーの熱膨張係数をダイオード
アレーの熱膨張係数に適合させることによって、測定さ
れた波長の温度依存性を最小限にすることができるとい
う認識に基づく。

【０００９】かかる目的のために、本発明は入口スリッ
ト装置、回折格子、ダイオードアレー、入口スリット装
置とダイオードアレーの相対的位置を定めるケーシン
グ、および回折格子を受けるためのケーシングに取り付
けられた回折格子ホルダーを有するダイオードアレー分
光測光器を提供するものであり、このホルダーは回折格
子を入口スリット装置とダイオードアレーに対して調整
可能な位置に固定するのに用いられ、ケーシングと回折
格子ホルダーはその熱膨張係数をダイオードアレーの熱
膨張係数に適合させたセラミックで製作される。

【００１０】本発明の一実施例では、上述したタイプの
ダイオードアレー分光測光器において、ダイオードアレ
ーをシリコンで製作し、セラミックを2.5×10^-6 K^-1の
熱膨張係数を有するものとする。

【００１１】本発明の一実施例では、上述したタイプの
ダイオードアレー分光測光器において、ダイオードアレ
ーのセラミックをシリケートセラミックとする。

【００１２】本発明の他の実施例では、上述したタイプ
のダイオードアレー分光測光器において、ダイオードア
レーのシリケートセラミックを３つの成分からなる系Al
₂O₃-MgO-SiO₂に属するものとする。

【００１３】本発明の他の実施例では、上述したタイプ
のダイオードアレー分光測光器において、ダイオードア
レーのケーシングとケーシングに取り付けられた回折格
子ホルダーを同じセラミックで製作する。

【００１４】上述した周知のダイオードアレー分光測光
器に対する本発明の他の重要な特徴は、本発明が入口ス
リット装置、回折格子、ダイオードアレーおよびケーシ
ングを有するダイオードアレー分光測光器を、この分光
測光器の組み立てと回折格子の調整を容易にしながら、
完成された構造の機械的安定性と熱安定性をより高いも
のにするように構成することを目的とすることである。

【００１５】これを行なうために、本発明は入口スリッ
ト装置、回折格子、ダイオードアレー、入口スリット装
置とダイオードアレーの相対的位置を定めるケーシン
グ、ケーシングに設けられた円錐台状の開口部、円筒ス
リーブ状の外面を有する、回折格子を受けるための回折
格子ホルダー、および円錐台状の開口部の壁と回折格子
ホルダーの外面の間に配設された少なくとも３つの充填
要素を有するダイオードアレー分光測光器を提供するも
のである。

【００１６】本発明の一実施例では、上述したタイプの
ダイオードアレー分光測光器において、充填要素を回折
格子ホルダーの円筒状の外面と円錐台状の開口部の壁の
両方に接着あるいはブレーシングする。

【００１７】本発明の一実施例では、上述したタイプの
ダイオードアレー分光測光器において、それぞれの充填
要素は円筒状の基部と球状の上部を有するか、あるいは
回折格子に球状に取り付けられ、円筒状の基部の円周面
は回折格子ホルダーの円筒状の外面に接着あるいはブレ
ーシングされ、球状の上部は円錐台状の開口部の壁に接
着あるいはブレーシングされる。

【００１８】本発明の他の実施例では、上述したタイプ
のダイオードアレー分光測光器において、ケーシングと
回折格子ホルダーはダイオードアレーの熱膨張係数に一
致した熱膨張係数を有するセラミックで製作される。

【００１９】本発明の他の実施例では、上述したタイプ
のダイオードアレー分光測光器において、回折格子ホル
ダーとケーシングをシリケートセラミックで製作する。

【００２０】本発明の他の実施例では、上述したタイプ
のダイオードアレー分光測光器において、充填要素はそ
の熱膨張係数が基本的にダイオードアレーの熱膨張係数
と同じであるガラスで製作される。

【００２１】本発明の他の実施例では、上述したタイプ
のダイオードアレー分光測光器において、充填要素が回
折格子ホルダーとケーシングと同じセラミックで製作さ
れる。

【００２２】本発明の他の実施例では、上述したタイプ
のダイオードアレー分光測光器において、２組の充填要
素が設けられ、一方の組の充填要素が円周面と球状の上
部の間を伸張する距離が他の組の充填要素が伸張する距
離より大きい。

【００２３】上記の問題点を解決するために、本発明は
さらにダイオードアレー分光測光器の入口スリット装置
とダイオードアレーに対して回折格子を調整し、固定す
る方法であって、円錐台状の開口部を有するケーシング
を設けるステップ、入口スリット装置とダイオードアレ
ーをケーシングに対して固定するステップ、円筒状の外
面と回折格子を有する回折格子ホルダーを設けるステッ
プ、回折格子ホルダーをケーシングの円錐台状の開口部
内に配設するステップ、ケーシングの円錐台状の開口部
に対する回折格子ホルダーの位置を調整するステップ、
ケーシング内の回折格子ホルダーの円筒状の外面と円錐
台状の開口部の間のギャップに少なくとも３つの充填要
素を、それぞれの充填要素が円筒状の外面と円錐台状の
開口部の両方に当接するように入れるステップ、および
充填要素を円筒状の外面と円錐台状の開口部に接着する
ステップ、を有する方法を提供する。

【００２４】この方法の一変更態様では、充填要素を入
れるステップは、小数の充填要素を円筒状の外面と円錐
台状の開口部の間のギャップに入れるステップ、この小
数の充填要素を速効性接着剤を用いて接着することによ
って回折格子ホルダーをケーシングに仮固定するステッ
プ、追加の充填要素をケーシング内のギャップに入れる
ステップ、および回折格子ホルダーをケーシングに対す
る最終的な位置に固定するステップ、を有する。

【００２５】この方法の一変更態様では、接着ステップ
において耐熱接着剤が用いられる。

【００２６】この方法の一変更態様は、さらに、仮固定
に用いられる充填要素をケーシング内のギャップから取
り出すステップを含む。

【００２７】

【実施例】図１には、入口スリットを形成する光学装置
３（以下入口スリット装置３と称する）、回折格子４、
およびダイオードアレー５を有するダイオードアレー分
光測光器を示す。

【００２８】説明をわかりやすくするために、ケーシン
グ１は図１の概略図には示さず、図２および図３にのみ
示す。従来の方法では、ケーシング１は入口スリット装
置３、回折格子４、およびダイオードアレー５の相対的
な位置を定めるはたらきをする。ダイオードアレー分光
測光器に採用される従来の方法では、回折格子４は入口
スリット装置３によって形成される入口スリットを、入
射光の波長に応じてダイオードアレー５の要素の１つに
結像する。入口スリット装置３とダイオードアレー５は
X-Y平面内の特定の位置になければならない。ここで
は、軽度な調整誤差をY軸上に薄い色の矢印で示し、重
大な調整誤差をX軸上に濃い色の矢印で示す。回折格子
４はX-Y平面におけるその位置、Z軸上のその距離、およ
びXおよびYの両方の軸を中心とするその旋回の方向につ
いて正しく調整しなければならない。ここでは、重要な
調整については濃い色の矢印で、重要度のより低い調整
については薄い色の矢印で、また中間的な重要度の調整
については斜線を施した矢印で示す。

【００２９】さらに、本発明によれば、熱膨張係数の選
択は、ダイオードアレーの熱膨張係数を目標熱膨張係数
とし、関連部品について適当な材料を選択して、熱的挙
動を左右する構成要素の熱膨張係数をこの目標熱膨張係
数に適合させることによって行なわなければならない。

【００３０】本発明によれば、回折格子ホルダーの熱膨
張係数は回折格子構造の形状に大きな影響を及ぼし、さ
らにケーシングの熱膨張係数がこの形状を左右する。し
たがって、本発明の原理によれば、ケーシング、回折格
子ホルダー、およびダイオードアレーの熱膨張係数を相
互に適合させることによって温度誤差が最小限となる。
ダイオードアレーは通常シリコンで製作されるため、そ
の熱膨張係数は通常2.5×10^-6 K^-1である。

【００３１】したがって、本発明によれば、ケーシング
と回折格子ホルダーは熱膨張係数ができるだけシリコン
の熱膨張係数に近いセラミックで製作される。これは、
従来技術においてはケーシングの材料の選定のさいに
は、光学系に通常使用されるレンズの熱膨張係数への適
合性（材料ZKN-7の場合５×10^-6 K^-1）が要求されるの
とはかなり異なる。したがって、本発明の対象とする部
品の有効熱膨張係数は従来技術の約２分の１でよいこと
になる。

【００３２】本発明によれば、ケーシング１、回折格子
ホルダー２、および回折格子ホルダーと一体になった回
折格子３の材料として３つの成分からなる系Al₂O₃-MgO-
SiO₂のシリケートセラミックが用いられる。これは、こ
のセラミックは特定の混合率を選択することによって2.
5×10^-6 K^-1の熱膨張係数に周知の方法で適合させるこ
とができるためである。乾式プレス法を用いることによ
って、ケーシング１、回折格子ホルダー２、および回折
格子自体をこのシリケートセラミックから低コストで製
作することができる。

【００３３】次に、図２および図３を参照して、特に簡
単で、正確に調整することができ、熱安定性の高い回折
格子ホルダーの実施例を説明する。

【００３４】ケーシング１は、このケーシングの外部に
向かって広がった円錐台状の開口部７を有する。前述し
たように、ケーシング１はシリケートセラミックで製作
される。

【００３５】回折格子ホルダー２（これもこのシリケー
トセラミックで製作される）は基本的には円筒状の外面
６を有する平坦な円筒状の本体からなり、この本体の主
要な面に凹面鏡と同様な回折格子４が固定される。回折
格子ホルダー２の円筒状の外面６と円錐台状の開口部７
の壁の間には、複数の充填要素８、８’が設けられる。
図示する実施例では、これらの充填要素は円筒状の基部
９と球状の上部10を有する。これらの充填要素は好適に
は回折格子ホルダー２とケーシング１と同じセラミック
で製作される。しかし、これらの充填要素はガラスで製
作することもできる。

【００３６】このダイオードアレー分光測光器を組み立
てるさいには、入口スリット装置３とダイオードアレー
５がまずケーシング１に設けた凹み（図示せず）に接着
されるか、あるいは適当な方法で機械的に固定される。
したがって、これらは調整を行なうことなく固定され
る。

【００３７】次に、回折格子ホルダー２がコレットある
いは真空吸引装置を用いて開口部７に挿入され、調整さ
れる。ケーシング内の円錐台状の開口部７と円筒状スリ
ーブ６の間のギャップの大きさはほぼ均一である。ここ
では、調整過程ではダイオードアレー５からの電気的測
定値が用いられる。

【００３８】次に、小数の充填要素８（たとえば３つ）
を用いて、これらの要素を速効性接着剤でコーティング
し、回折格子ホルダー２の円筒状の壁６と円錐台状の開
口部７の間に挿入することによって仮固定が行なわれ
る。これらの要素の平坦な基部が円筒状の壁６に当接
し、球状の上部10が円錐台状の開口部７の壁に当接す
る。

【００３９】この仮固定の後、所望の数の追加の充填要
素８、８’が所定の角度だけ離された状態でケーシング
と回折格子ホルダーの間の上記のギャップに挿入され
る。好適には、図３に示すような態様で固定用の２つの
物理的に離れた充填要素群を形成するために、少なくと
も２つの軸長の異なる充填要素８、８’が用いられる。
これらの充填要素は紫外線で硬化する接着剤でコーティ
ングされ、分光測光器の最高動作温度よりかなり高いい
わゆるガラス温度TGを有する。ガラス転移温度としては
140℃が適正と考えられる。

【００４０】紫外線による硬化は、この構造の上面に紫
外線を当てることによって図３に示す垂直方向の調整位
置において行なわれる。接着剤を紫外線で均一に硬化さ
せるためには、充填要素をガラス製とすることが実際的
であると考えられる。

【００４１】しかし、紫外線による接着剤の硬化を抑さ
えたい場合、セラミックの充填要素を使用することが好
適である。

【００４２】ここに説明した実施例と異なり、球状の充
填要素８、８’を用いることもできる。この場合、低品
質の球すなわち同心性の低い球を使用することができ
る。これは、それによって調整精度に悪影響が出ないた
めである。

【００４３】以上、本発明の実施例について詳述した
が、以下、本発明の各実施態様の例を示す。 [実施態様１]入口スリット装置（３）、回折格子
（４）、ダイオードアレー（５）、入口スリット装置
（３）とダイオードアレー（５）の相対的位置を定め
る、円錐台状の開口部（７）を設けたケーシング
（１）、回折格子（４）を受けるための、円筒状スリー
ブの形状の外面（６）を有する回折格子ホルダー
（２）、および円錐台状の開口部（７）と回折格子ホル
ダー（２）の外面（６）の間に配設された少なくとも３
つの充填要素を有するダイオードアレー分光測光器。 [実施態様２]充填要素が回折格子ホルダー（２）の円筒
状の外面（６）と円錐台状の開口部（７）の壁の両方に
接着あるいはブレーシングされた実施態様１に記載のダ
イオードアレー分光測光器。 [実施態様３]それぞれの充填要素（８）は円筒状の基部
（９）と球状の上部（10）を有し、円筒状の基部（９）
の円周面（11）は回折格子ホルダー（２）の円筒状の外
面（６）に接着あるいはブレーシングされ、球状の上部
（10）は円錐台状の開口部（７）の壁に接着あるいはブ
レーシングされた実施態様１あるいは実施態様２に記載
のダイオードアレー分光測光器。 [実施態様４]ケーシング（１）と回折格子ホルダー
（２）はダイオードアレー（５）の熱膨張係数に一致し
た熱膨張係数を有するセラミックで製作される上記の実
施態様の少なくとも１つに記載のダイオードアレー分光
測光器。 [実施態様５]回折格子ホルダー（２）とケーシング
（１）はシリケートセラミックで製作される、上記の実
施態様の少なくとも１つに記載のダイオードアレー分光
測光器。 [実施態様６]充填要素（８）は回折格子ホルダー（２）
およびケーシング（１）と同じセラミックで製作される
実施態様１から実施態様５のうちの少なくとも１つに記
載のダイオードアレー分光測光器。 [実施態様７]充填要素（８）は熱膨張係数が基本的には
ダイオードアレー（５）の熱膨張係数と同じであるガラ
スで製作される実施態様１から実施態様５のうちの少な
くとも１つに記載のダイオードアレー分光測光器。 [実施態様８]２組の充填要素（８）、（８’）が設けら
れ、一方の組の充填要素（８）が円周面（11）と球状の
上部（10）の間を伸張する距離が他の組の充填要素
（８’）が伸張する距離より大きい上記の実施態様の少
なくとも１つに記載のダイオードアレー分光測光器。 [実施態様９]ダイオードアレー分光測光器の入口スリッ
ト装置とダイオードアレーに対して回折格子を調整し、
固定する方法であって、円錐台状の開口部を有するケー
シングを設けるステップ、入口スリット装置とダイオー
ドアレーをケーシングに対して固定するステップ、円筒
状の外面と回折格子を有する回折格子ホルダーを設ける
ステップ、回折格子ホルダーをケーシングの円錐台状の
開口部内に配設するステップ、ケーシングの円錐台状の
開口部に対する回折格子ホルダーの位置を調整するステ
ップ、ケーシング内の回折格子ホルダーの円筒状の外面
と円錐台状の開口部の間のギャップに少なくとも３つの
充填要素を、それぞれの充填要素が円筒状の外面と円錐
台状の開口部の両方に当接するように入れるステップ、
および充填要素を円筒状の外面と円錐台状の開口部に接
着あるいはブレーシングするステップ、を有する方法。 [実施態様10]充填要素を入れるステップが、小数の充填
要素をケーシング内の円筒状の外面と円錐台状の開口部
の間のギャップに入れるステップ、この小数の充填要素
を速効性接着剤を用いて接着することによって回折格子
ホルダーをケーシングに仮固定するステップ、追加の充
填要素をケーシング内のギャップに入れるステップ、お
よび回折格子ホルダーを耐熱接着剤を用いてケーシング
に対する最終的な位置に固定するステップ、を有する実
施態様９に記載の方法。 [実施態様11]仮固定に用いられる充填要素をケーシング
内のギャップから取り出すステップを含む実施態様10に
記載の方法。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明を用いるこ
とにより、入口スリットおよびダイオードアレーに対
し、回折格子を熱的、機械的に安定に固定することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ダイオードアレー分光測光器の主たる機能要素
の概略図である。

【図２】回折格子を受け、分光測光器のケーシングに対
するその位置を調整可能に固定する回折格子ホルダーの
平面図である。

【図３】図２に示す回折格子ホルダーの垂直方向の断面
図である。

【符号の説明】

１：ケーシング ２：回折格子ホルダー ３：入口スリット装置 ４：回折格子 ５：ダイオードアレー ６：回折格子ホルダー２の外面 ７：回折格子ホルダー２の開口部 ８、８’：充填要素 ９：充填要素の基部 10：実施例の上部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入口スリット装置と、 回折格子と、 ダイオードアレーと、 入口スリット装置とダイオードアレーとの相対的位置を
   定める、円錐台状の開口部を設けたケーシングと、 回折格子を受けるための、円筒状スリーブの形状の外面
   を有する回折格子ホルダーと、 円錐台状の開口部と回折格子ホルダーの外面との間に配
   設された少なくとも３つの充填要素と、 を備えて成るダイオードアレー分光測光器。