JPS58201034A - ２重格子型モノクロメ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスペクトル装置に係り１％に、２重格子型モノ
クロメータに係る。本発明は、研究室において、高い分
解能もしくは大きな口径比を必要とする種々の分光試験
を低レベルの赦乱放射で行なうのに利用できる。

成る公知の２重格子型モノクロメータ（１９７８年発行
のソ連発明者証ｗ６ｏ　０４０１号参照）は、固定スリ
ット、即ち入口スリット、中間スリット及び出口スリッ
トと、走査装置に接続された１つの回転可能な取付部に
配置された１対の回折格子と、モノクロメータを通る光
束の向きを変えるための１組のミラーとを備えている。

このモノクロメータでは、各々の回折格子の後のスリッ
トが１次のスペクトル次数の放射を取り出すように配置
される。これにより、このモノクロメータでは分解能に
制約が課せられるか或いは分解能が規定されている場合
にはその口径比に制約が諌せられる。一方、このモノク
ロメータにおいて高次の放射を取り出す場合には自由ス
ペクトル領域が狭くなって、モノクロメータの全スペク
トル領域が制限される。良く知られているように。

自由スペクトル領域Δλは次式で表わされる。

Δλ＝λ１／　Ｋ　　　　　　　　　（１）但、し、λ
１はスペクトル領域のド限であり、Ｋ［放射のスペクト
ル次数である。

上記の式は、放射スペクトル次数が高い程、自由スペク
トル領域が狭くなることを示している。

この欠点を解消するためには、不所望なスペクトル次数
の放射をカットオフするようなフィルタを用いることが
理論的には可能であるが、このようなフィルタは実際に
は特に真空の紫外線領域への利用に制約がある。

父、このモノクロメータは、その構造体に非常に多数の
反射面が存在するために口径比が比較的小さい。これは
、反射比が０．５以下であるような真空紫外線領域では
特に重大である（可視領域では、実際のところ、反射比
が０．８５程度である）。

入口スリットと、第１の回折格子と、中間スリットと、
第２の回折格子と、出口スリットとを備え、これらが全
て放射伝搬路に沿って直列に配置されそして光学的に相
互接続されているような２　・型格子型モノクロメータ
も公知である（１９７５年、１ｙ＝＞／”ラード、’　
Ｖｅｓｔｎｌｋ　Ｉｅｎｌｎｇｒａｄｓｋｏｇ。

ｕｎｌｖｅｒ＠１ｔｅｔａ　”　　第１０号、第５７−
５８頁％第１図参照）。放射スペクトルを走査する時に
は。

一方の回折格子に機械的に連結された走査装置によって
回折格子が回転される。機械的な伝達装置に連結された
レバー機構によって他方の回折格子が同期をとｐながら
回転される。

このモノクロメータの両生部分はどちらも１次のスペク
トル次数の放射を取シ出し、その光学系のパラメータは
どちら４同じでちゃ・スペクトルを走査する時に両格子
が同じ角度で回転される。

上記のソ連発明者証に開示されたモノクロメータに比べ
ると、このモノクロメータでは、ミラー配列体がないた
めに反射面の数が少なくなったことにより口径比が良く
なる。然し乍ら、このモノクロメータＦｉ１次のスペク
トル次数の放射しか処理しないので、前記した全ての欠
点があり、即ち、分解能が低いか、或いは分解能が規定
された場合には口径比が小さい。格子に入射する放射の
角度が、走査プロセス中に、１次のスペクトル次数の放
出放射に最大の出力集中（〃光輝（ｂｌａｇｅ　）　７
１作用）を与える格子位置に相当する値から動かされた
時には、格子効率が低下することによって。

スペクトル領域が更に制限される。更に、走査装置にレ
バー機構が使用された時には、これによシ生じる遊びや
温度や振動の影響によって、両回折格子が充分に調時し
て回転されなくなシ、モノクロメータ装置の精度低下を
招く。

本発明の主たる目的は、回折格子による回折作用の後に
スペクトル次数の異なった放射を取り出すことによシ、
分解能が高く、自由スペクトル領域を維持し、然も広い
スペクトル領域を確保するような２重格子型モノクロメ
ータを提供することである。

この主たる目的に鑑み１本発明によれば、入口スリット
と、第１の回折格子と、中間スリットと。

第２の回折格子と、出口スリットとを備え、これらは全
て放射伝搬路に沿って直列に配置されて光学的に接続さ
れており、更に、放射スペクトルを走査する時に上記両
回折格子の角度位置を測定するように働く走査装置を備
え、この走査装置は、一方の上記回折格子に運動学的に
連結された電気モータを備えているような２重格子型モ
ノクロメータにおいて、上記走査装置は、更に、他方の
回折格子に運動学的に連結された別の電気モータと、上
記第１の回折格子の位置を感知する角度位置ピックアッ
プと、上記第２の回折格子の位置を感知する角度位置ピ
ックアップと、放射スペクトルを走査する時に上記両回
折格子の角度位置を定める信号を発生するプログラム装
置とを備え、上記両回折格子に入射する放射の角度は次
のような関係にあり。

１に１　　　　　　１に１＋１ 但し、σ　、α１及びβ１は、各々、一方の回折格子の
定数、該格子に入射する放射の角度、及び該格子で回折
された放射の角度であり、σ２．α２及びβ２　は、各
々、他方の回折格子の定数、該格子に入射する放射の角
度、及び該格子で回折された放射の角度であり、には一
方の回折格子によって回折されそしてこの格子の直後に
配置されたスリットによシ取９出される放射のスペクト
ル次数であシ、にの値はモノクロメータのスペクトル領
域の作用部分によって決定され、上記走査装置は。

謎に、２つの入力に送られた信号間の差に相当する信号
を発生する２つの比較器と、２つの制御器とを備え、各
々の比較器の一方の入力は上記プログラム装置の一方の
出力に接続され、各々の比較器の他方の入力は各々の回
折格子の角度位置ピックアップの出力に接続され、上記
制御器の各々の入力は一方の比較器の出力に接続され、
そして制御器の出力は各々の電気モータの制御入力に接
続されることを特徴とする２重格子型モノクロメータが
提供される。

ことに提案するモノクロメータでは、スペクトルを走査
する時に回折格子を適当に位置設定してスペクトル次数
の異なる放射を取り出すことにょシ、自由スペクトル領
域を維持しつつ高い分解能が得られる。この場合、以下
で詳細に述べるように、全スペクトル領域を多数の小領
域に分けてモノクロメータを各々の小領域で作動させ、
小領域同志で互いに異なるスペクトル次数の放射を処理
することによりモノクロメータのスペクトル領域が拡張
される。各々のスペクトル領域においてこノヨウにすれ
ば、モノクロメータは〃光輝ｎ　　ａ作用を与える領域
の近くで作動し、即ち回折格子の最も効率のよい領域で
作動する。

個々の駆動装置を用いて回折格子を個々に回転し、ｆロ
グラム装置を用いて回折格子の回転角度を指定し、そし
てピックアップで感知された格子の実際の位置を加味す
ることによって・スペクトルの走査中に、回折格子の角
度位置を正確に揃えることにより、ここに提案するモノ
クロメータの精度が改善される。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。

モノクロメータが作用する特定のスペクトル部分に対し
てＫの値をいかに選択するかは以下で説明する。

前記の式（２）に含まれた記号で右下に数字１１　ＩＴ
を伴なう記号は回折格子６に関連したパラメータに対応
しそして右下に数字＃２″を伴なう記号は回折格子４に
関連したパラメータに対応し、従ってモノクロメータの
光学部ｌのどちらの手部分が高いスペクトル次数の放射
を処理するかは重要でない。

角度α１．β１％α２、β２が第１図に示されている。

参照番号８及び９は回折格子４及び６に入射する中心ビ
ームを各々示しておシ、１０及び１１は回折格子４及び
６の中心に対する法線を各々示しており、１２及び１３
１ｄ回折格子４及び６から回折された中心ビームを各々
示しておシ、そして１４及び１５はビーム８．１２間及
びビーム９％１３間の角度の２等分線を各々示している
。

１ スペクトルを走査する時に回折格子４及び６の角度位置
を変化させる走査装置２は１回折格子４及び６を回転さ
せる２つの同じ機＄１６と、回折格子４の角度位置を感
知するピックアップ１７と。

回折格子６０角度位置を感知するピックアップ１８と、
′ｆログラム装置１９と、比較器２ｏ及び２１と、制御
器２２及び２３とを備えている。回折格子の回転機構１
６の各々は電気モータ２４及び機械的な伝達装置を備え
ておシ、この＠違装置は１本発明のこの特定の実施例で
は、減速ギヤ２５と、ネジ２６及びナツト２７で形成さ
れたネジ型機構と、押棒２８及びレバー２９を含むサイ
ン機構とで構成される。ネジ型機構のネジ２６ｉ１’減
速ギヤ２５の出力シャフトに連結され、サイン機構の押
棒２８はネジ型機構のナツト２７にしっかりと固定され
る。回折格子４又は６はサイン機構のレバー２９に取り
付けられ、レバー２９の回転軸は各格子４又は６の縞模
様に平行にその中心を通っている。

ピックアップ１７及び１８は、Ｉ角度−数字″２ エンコーダのようなコード化装置の形態である。

モノクロメータのこの実施例では、ピックアップ１７及
び１８の各々は、各回折格子を回転させるネジ型機構の
ネジ２６に取シ付けられる。然し乍ら、ピックアップ１
７及び１８は回折格子４及び６へ各々直結されてもよい
し、或いは各回転機構の機械的な伝達装置の他の素子に
連結されてもよいＯ プログラム装置は、スペクトルを走査する時に。

上記の関係式（２）Ｋ従って回折格子４及び６の位置を
制御するための電気信号を発生するように働く。

例えば、プログラム装置は、上記関数（２）やモノクロ
メータの作用プログラムを入力するのに使用される記憶
装置と、比較器２０及び２１のための信号を発生する演
算ユニットとを含むマイクロプロセッサ装置によって形
成されてもよい。回折格子４の角度位置を定める信号を
発生するプログラム装置１９の第１出力は比較器２０の
第１人力に接続され、そして該比較器２０の第２人力は
格子４の位置ビックアラ７°１７に接続される。回折格
子６の角度位置を定める信号を発生するプログラム装置
１９の第２出力は比較器２１の第１人力に接続され、該
比較器の第２人力は回折格子６の位置ピックアップ１８
に接続される。比較器２０の出力は制御器２２の入力に
接続され、該制御器の出力は回折格子４に運動学的に連
結された電気モータ２４の制御人力に接続される。比較
器２１の出力は制御器２３の入力に接続され、該制御器
の出力は回折格子６に運動学的に連結された電気モータ
２４の制御人力に接続される。

ここに提案するモノクロメータの作動は次の通シである
。

先ず初め、試験さるべき放射の波長レンジに基いて回折
格子４及び６の初期位置を選択する。回折格子４及び６
に各々入射する放射の角度α１　及びα２　の初期値は
プログラム装置１９によって決定される。モノクロメー
タの作用プログラムはプログラム装置の記憶装置に予め
入力されておシ。

このノｑグラムは前記関数（２）を求めると共に、走査
速度、走査距離及び走査シーケンス・回折格子４及び６
の後に取シ出される放射のスペクトル次数を定めるもの
である。プログラム装置１９＃′ｉ回折格子４及び６に
入射する放射の角度α１及びα２の初期値をセットする
電気信号を発生し、これらの信号は比較器２０及び２１
の第１人力に送られ。

これら比較器の他方の入力には回折格子４及び６の実際
の位置を表わす信号がピックアップ１７゜１８から各々
供給される。比較器２０及び２１の各々はそれらの入力
間の差に対応する（例えば比例する）電気信号を発生し
、この信号は角度α１及びα２　が規定の初期値に達す
るまで回折格子４及び６を回転させるのに必要とされる
ものである。

比較器２０及び２１からの信号は制御器２２及び２３に
よって各々変換され（例えば増巾され、位相分離され）
、そして電気モータ２４へ送られ。

これらモータは、これらが回転すると、減速ヤヤ２５、
ネジ型伝達装置及びサイン機構を介して回折格子４及び
６を回転させる。この際に、ピックアップ１７及び１８
の出力が各々変化し、ピックアップ１７．１８の信号が
ゾログラム装置１９の５ 各出力からの信号に等しくなると１回折格子４及び６は
回転を停止し、即ち所要の初期位置をとる。

プログラム装置１９のプログラムに組み込まれる放射ス
ペクトル次数を選択的に組合わせ九ものが第２図に示さ
れており、第２図には１回折格子の回転角のサイン（正
弦値）と、放射の波長とが色々な放射スペクトル次数に
対してグロツトされている。第２図に使用されている記
号の意味は次の通シである。

λ＝放射の波長。

δ１＝放射スペクトル次数ゼロに対応する位置からの一
方の回折格子（例えば回折格子４）の回転角、即ち第１
図の法線１０と２等分線１４との間の角度。

Ｊ　＝放射スペクトル次数ゼロに対応する位置からの他
方の回折格子（例えば回折格子６）の回転角、即ち第１
図の法線】１と２岬分線１５との間の角度。

δ　及びＪ、２＝１光輝″作用が生じ即ち回折格１ 子の効率が最大にされるような角度δ１及びａ２の６ 値、そして Ｋ　及びに２＝各々の回折格子によって回折されま た放射のスペクトル次数。

第２図から明らかなように、モノクロメータの全スペク
トル領域λ１÷λ６を多数の小領域λ１÷λ２．・・・
・・・λ５÷λ６　に分けることができ、各小領域は１
回折格子の回転角Ｊ、及びδ２が、太線区分で示された
〃光輝′を作用を規定する値δ、１及びδ、２付近にさ
れゐように、１対のスペクトル次数に　及びに２を含み
、このような各対のスペクトル次数に、及びに２は１に
２１；１に１１＋１という関係にある。例えば、試験さ
るべき放射が小預域λ４÷λ５内にある場合向ハスベク
トル次数に１＝−２及びに２＝３　を用いるのが好まし
い。各々の小領域に対し、スペクトル次数に１及びに２
の大きさが互いに１だけ異表るようにスペクトル次数を
選択するのは、この場合、他のスペクトル次数と重畳さ
れていない領域Δλが、モノクロメータのスペクトル領
域の下限に等しく、即ち１次のスペクトル次数のみの放
射を処理するモノクロメータの自由スペクトル領域に比
べて小さくないということによるものである。

回折格子４及び６の初期位置がセットされると。

モノクロメータを作動する用意が整う。モノクロメータ
に入る放射は入口スリット３を通って最初の回折格子４
に当たシ、ここで回折されたスペクトル次数に１　の放
射は子午線区分において中間スリット５の平面に集束さ
れ、このスリット５から単色放射が取ｐ出される。スリ
ット５からの放射は第２の回折格子６に当たり、ここで
回折されたスペクトル次数に２　の放射は子午線区分に
おいて出口スリット７の平面に集束される。スリット７
を通過した後の単色放射はモノクロメータから放出され
る。

回折格子４及び６の縞模様に平行にそれらの中心を通る
軸に対しこれらの回折格子を調時して回転させることに
よシ波長の走査が行なわれる。走査中、モータ２４を制
御するのに必要な信号は、プログラム装置１９によυ、
回折格子４及び６の初期位置設定の場合と同様に１発生
される。然し今度のプログラム装置１９の出力は前記の
関係式（２１に基いて格子回転角ｊ１及びｊ２の経時変
化の仕方を規定するものとなシ、前記したように格子４
及び６Ｆｉ異なったス（クトル次数で作動するので。

プログラム装置の両川力は互いに異なった大きさとなる
。前記関係式（２）を満足するためには、格子４及び６
を回転させる角速度の比を一定にし、ＩＫ、ｌ／ＩＫ２
１に等しくするか、又は１に２１＝ｌＫ、ｌ＋１　　の
場合はＩ　Ｋ、　Ｉ／（ＩＫ、　ｌ＋１　）に尋しくす
ることが必要である。

プログラム装置１９のプログラムは、回転機構１６岬の
系統的な運動学的エラーを加味するように、プログラム
装置１９の記憶装置に予め入れられた校正用の多項式に
基いて、付加的なファクタを考慮し、例えば格子４及び
６の角度位置を修正する。

プログラム装置１９によって発生され、格子４．６の回
転角δ１、Ｊ２の所要現在値を定める信号は。

比較器２０及び２１の第１人力へ送られ、これらの比較
器は、この信号を、ピックアップ１７、】９ １８で各々感知された格子の実際の角度位置の値と比較
する。比較器２０及び２１はエラー信号を制御器２２及
び２３へ各々送る。制御器２２及び２３は、格子４及び
６がプログラム装置１９で規定された位置をとるまで電
気モータ２４を回転させることにより、格子４及び６の
位置の不整列を各々最小にする。

以上に述べた本発明の特定の実施例は２重格子型のモノ
クロメータに限定されるものではないことに注意された
い。制御装置を有する２重格子型モノクロメータのここ
如提案する設計は％Ｃｚａｒｎｙ−Ｔｕｒｎｅｒ　＊　
Ｅｂａｒｔ　−Ｆａｓｔｌｅ及び他の装置のような適当
な集束光学装置を用いた２千面回折格子を有する２重格
子モノクロメータに吃適用できる。これらの装置を用い
た時ＫＦｉ多数の反射面が追加されることによりモノク
ロメータの光学部分が複雑になるが１選択されたスペク
トル次数に基〈格子回転角と放射波長との関係は前記し
た本のと同じであり、走査装置も前記の装置と同様に機
能する３ここに提案するモノクロメータは分解能が高く
、０ 、Ｘ　ヘク）ル領域が広い。これは、モノクロメータの
２つの手部分においてスペクトル次数の異なる放射を取
り出して角度の分散を広くすることによって与えられる
。例えば、分散増大モードで作動して５次及び６次のス
ペクトル次数の放射を取り出す２重格子モノクロメータ
は、公知のモノクロメータの１１倍もの角度分散を示す
。これによシモノクロメータの分解能を平均して１１１
ｉ１？増大することができ、波長の短いスペクトル領域
において最大の分解能増加が得られゐ〇 ここに提案するモノクロメータは多数のスペクトル次数
対の放射を処理できることによυスペクトル領域が拡張
される。例えば、ここに提案するモノクロメータが１，
２と５．６との間のスペクトル次数対を用いる場合には
、一般の設計原理を用いた計算結果から明らかなように
そのスペクトル領域は６２　ｎｍないし２６７　ｒｉｍ
　　の波長帯域とな９、これに対して１次のスペクトル
次数のみの放□射を用いた場合には（公知のモノクロメ
ータの場合）、スペクトル領域が６２　ｎｍないし１８
６ｎｍ　Ｋ逼ぎない。

更に、ここに提案するモノクロメータでは回折格子の回
転が電子的に制御されることにょシ、格子の角度位置の
タイミングど９エラーが少なくなるために、走査精度が
高くなり、モノクロメータを通過する放射の波長の読み
取シに対し高いＮＦが確保される。公知のモノクロメー
タでは、角度位置のタイミングどシェラ−が一般に広い
中間スリットによって修正されるか（分散増大モノクロ
メータの場合）、或いは広い出口スリットによって修正
され（分散減少モノクロメータの場合）、従ってモノク
ロメータからのスプリアス放射のレベルが高くな９１分
光測定の信号対雑音比が悪くなる。ここに提案するモノ
クロメータでは、走査精度が高いことにより中間スリッ
ト（又は出口スリット）の巾を狭くすることができ、こ
れによ如分光試験器の性能が改善される。

特許請求の範囲で規定された本発明の範囲から逸脱せず
に前記したものとは異なった別の実施例も考えられるこ
とが明らかであろう・

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による２重格子型モノクロメータの概略
図、そして 第２図は第１図に示されたモノクロメータのスペクトル
領域の作用部分に基いて選択された放射のスペクトル次
数の組を示すグラフである。 】・・・走査装置、３・・・入口スリット、４・・・第
１の回折格子、５・・・中間スリット、６・・・第２の
回折格子、１７・・・第１の回折格子の角度位置を感知
するピックアップ、１８・・・第２の回折格子の角度位
置を感知するピックアップ、１９・・・プログラム装置
、２０．２１・・・比較器、２２．２３・・・制御器、
２４・・・電気モータ。 ３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入口スリット（３）と、第１の回折格子（４）と、中間
   スリット（５）と、第２の回折格子（６）と、出口スリ
   ット（７）とを備え、これらは全て放射伝搬路に沿って
   光学的に直列に接続配置されテオシ、更に、放射スイク
   トルを走査する時に上記回折格子（４，６）の角度位置
   を変える走査装置（２）を備え、この走査装置（２）は
   、上記第１の回折格子（４）の角度位置を感知するピッ
   クアップ（１７）と、上記第２の回折格子（６）の角度
   位置を感知するピックアップ（１８）と、放射スペクト
   ルを走査する時に上記回折格子（４゜６）の角度位置を
   定める信号を発生するプログラム装置（１９）とを備え
   、上記回折格子（４，６）に入射する放射の角度は次の
   ような関係にあり。 ＩＫ　１　　　　　　　　　　　　　　　１に１＋１但
   し、σ１．α１及びβ１ば、各々、一方の回折格子（４
   又は６）の定数、該格子に入射する放射の角度、及び該
   格子で回折された放射の角度であシ。 σ２．α２及びβ２は、各々、他方の回折格子（６又は
   ４）の定数、該格子に入射する放射の角度。 及び該格子で回折された放射の角度であシ、には一方の
   回折格子（４又は６）から回折されそしてこの格子の直
   後に配置されたスリット（５又は７）により取シ出され
   る放射のスペクトル次数であシ、にの値はモノクロメー
   タのスペクトル領域の作用部分によって決定され、上記
   走査装置（２）は。 更に、２つの入力に送られ念信号間の差に和尚する信号
   を発生する１対の比較器（２０，２１）と、１対の制御
   器（２２，２３）と、２つの電気モータ（２４）とを備
   え、各々のモータは上記回折格子（４，６）の一方に運
   動学的に連結されていて。 上記プログラム装置（１９）の出力で規定されるように
   これら回折格子を位置設定し、第１の上記比較器（２０
   ）の第１人力は上記プログラム装置（１９）の第１出力
   に接続され、上記第１の比較器（２０）の第２人力は上
   記第１の回折格子（４）の角度位置を感知する上記ピッ
   クアップ（１７）に接続され、第２の上記比較器（２１
   ）の第１人力は上記プログラム装置（１９）の第２出力
   に接続され、上記第２の比較器（２１）の第２人力は上
   記第２の回折格子（６）の角波位置を感知する上記ピッ
   クアップ（１８）に接続され、第１の上記制御器（２２
   ）の入力は上記第１比較器（２０）の出力に接続され、
   そして該制御器の出力は上記第１の回折格子（４）に運
   動学的に連結された電気モータ（２４）の制御入力に接
   続され、第２の上記制御器（２３）の入力は上記第２比
   較器（２１）の出力に接続され、そして該制御器の出力
   は上記第２の回折格子（６）に運動学的に連結された電
   気モータ（２４）の制御人力に接続されることを特徴と
   する２重格子型モノクロメータ。