JPS5887431A

JPS5887431A - 複分光器

Info

Publication number: JPS5887431A
Application number: JP56185307A
Authority: JP
Inventors: Taro Nogami; 野上　太郎; Masamichi Tsukada; 塚田　正道
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-11-20
Filing date: 1981-11-20
Publication date: 1983-05-25
Also published as: US4553840A

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、２台の分光器をシリーズに接続した構分光器
に係り、特に光量ロスを最少限に押えて効率的に迷光除
去を行なうことを目的とした構分光器に関する。

第１図に従来例の一つを示す。第１ス。リット１より入
射した光は、球面鏡８で平行光束に近い光束になって平
面回折格子４に入射する。回折格子４で回折された光は
、球面鏡９で集光され、平面鏡６を経て、第２スリツト
２を通過すＡ。第２スリツト２を通過した光は、平面鏡
７、球面鏡１０、平面回折格子５、球面鏡１１、を経由
して第３スリツト３よシ外部に出る。シリーズに接続さ
れた二つの分光器で２度分光される形になるので迷光除
去効果は大きい。しかしながら、この構分光器には二つ
の欠点がある。第１には、鏡の数が多くて、反射ロスの
総和が非常に大きくなることである。第２には、二つの
平面回折格子の格子定数を自由に選びにくいということ
である。すなわち、スリット部での光量ロスの総和を最
少にするために、二つの分光器の分散に著しい差をつけ
ようとするときに、それに伴って各回折格子用のサイン
バーの長さに差をつけなければならないことになり、こ
のような制約条件のあるサインバーを１個の送りネジで
動かせることは、多くの場合困難である。二つの分光器
の分散と、スリット部での光量ロスの総和については、
後述する。

第２図は、別の従来例の図である。平面回折格子４の代
りに、プリズム１２を第１の分散素子として使用してい
る。また反射面の数を少しでも減らせるために、第１の
分光器の位置を変えている。

しかしながら、程度の差はあれ、第１図の従来例と同じ
欠点を有している。またプリズムの場合、分散が波長に
依存する欠点と、本質的にサインバーが使えないという
欠点も有する。

本発明の目的は、迷光除去効果を有するが光量ロスが大
きいという従来の複分光器の欠点を除去し、光量ロスの
小さな、しかも、機構の簡単な複分光器を提供するにあ
る。

本発明は、分解能の達成は、平面回折格子のみで行ない
、分解能は期待できないが反射ロスの小さな凹面回折格
子分光器を補助分光器として用いる。また凹面回折格子
の位置を主分光器の入射光軸上または出射光軸上に定め
、凹面回折格子用のサインバーを回折格子の分散が小さ
い分だけ長くすることにより、主分光器の平面回折格子
のサインバーともども一つの送りネジー構で駆動するよ
うにする。

第３図に本発明の実施例の光学系の図を示す。

第１スリツト１より入射した光は、大口径非点収差補正
の凹面回折格子１３で分散されると同時に集光されて、
単色光が第２スリツト２を通過する。

第２スリツト２を通過した光は・、球面鏡１０でほぼ平
行な光束となり、平面回折格子５に入る。平面回折格子
５によりさらに分散された光は、球面鏡１１で集光され
、出射スリット３よシ外部に取り出される。この光学系
において、凹面回折格子の刻線は６００本／Ｗとし、平
面回折格子の刻線は１２００本／ｍｍとする。このため
、第１スリツト、第２スリツト及び凹面回折格子よシな
る第１の分光器の分散は、第１スリツト、球面鏡１０及
び１１、平面回折格子５よりなる第２の分光器の分散よ
り大幅に小さくなる。その結果この複、′）光器全体の
分解能は、第２の分光器で決定される。従来例と異なり
、反射面の数が少なく、反射による光量ロスが非常に少
ない。反射面の数の少ない理由には二つあり、一つは回
折格子自身に集光作用があるため球面鏡を必要としない
ことである。もう−っは、第２分光器の入射光軸上に第
１分光器の出射光軸を持ってくることができるため、光
軸を折り曲げるためのミラーが不必要となる。第１図の
従来例の場合に無理に第１分光器の出射光軸を第２分光
器の入射光軸上に持ってこようとすると、ス゛リットの
わん曲の方向が合わなくなる。

凹面回折格子を用いた分光器自身は、分解能の点で難点
がある。すなわち特定の波長以外は、ｄｅｆｏｃｕｓの
ために分解能が悪い。しかしながら上記のように平面回
折格子を用いた分光器と７＋７−ズに縁続して迷光除去
の目的に用いる場合は、この欠点は問題とならない。

一方後述するように、スリット部における光量ロスの総
和を最少にするには、第１分光器と第２分光器の関係を
減分数の形にし、しかも片方の分散を小さくすることが
必要である。片方の分散を小さくするということは、二
つのサインバーの長さが異なるということであり、この
ことに減分数配置ということが重なると、従来の複分光
器においては、一つの送りねじで二つのサインバーを駆
動することは、困難となる。この点、第１分光器の回折
格子が第２分光器の入射光軸上にある本発明の光学系に
おいては、後述する第６図の光学系により、簡単に上記
の目的を達成し得る。

第４図及び第５図は１．二つの分光器の分散方向の関係
と分散の大きさの関係により、スリットを通過する光の
量が、どのように違うかを示したものである。横軸は、
各スリットの幅方向においてスリット中心からの距離を
示し、縦軸は、スリットを通過する光の中心波長よりの
波長の差を示す。

いずれの場合もＳ２と８３の機械的幅は、Ｗで示した大
きさとし、Ｓｌはそれよりも広くとっている。破線は、
第２スリツトの平面上でスリット中心からどの程度離れ
れば、どのような波長の光が存在するかを示すものであ
り、実線は、第３スリツト平面上で同様のことを示して
いる。各々の図において斜線を施した部分が最終的に第
３スリツトを通過して取り出される光を表わしている。

第４図は、増分散の場合すなわち二つの分光器の分散が
加算されるように各々の分光器において分散の方向を定
めたものである。分解能を上げるために有利な場合もあ
るが、第５図と比べて斜線部の面積が小さいことからも
わかるように、光量ロスは大きい。第４図の（ａ）は、
第１分光器の線分散を第２分光器の線分散に等しくした
もので、第１図の従来方式において回折格子の回転方向
を考慮しイ機構系の設計をすれば簡単に達成できるが、
光量ロスは最も太きい。第４図の（ｂ）は、第１分光器
の線分散を第２分光器の線分散より小さくした例でアシ
、第１図の従′来例の光学系においても達成で倉ないこ
とはないが、本発−〇光学系の方が、はるかに機構系が
簡単となる。

第５図は、減分散の場合すなわち二つの分光器の分散が
減算されるように各々の分光器において分散の方向を定
めたものである。先に述べたようにスリット部での光量
ロスを少なくするには適している。（ａ）の方は、二つ
の分光器の線分散が等しい場合であり、（ｂ）の方は、
第４分光器に比べて第１分光器の分散が小さい場合であ
る。図における斜線部の面積は同じであるが、（ａ）で
は各スリットの幅の範囲にある光を一様に取り出してい
るのに対し、（ｂ）では、スリット中心に近い部分を通
過した光を多く取り出している。多くの場合スリット上
では、スリット中心付近で照度が最大となるので、第５
図の（ｂ）が光量ロスの少力い点では最適となる。前述
したように、減分散で第１分光器の分散を小さくするこ
とを容易に達成できるのは本発明の方式のみであること
から、その有効性が実証される。

、第６図は、□実施例の機構部の説明図である。・大口
径非点収差補正凹面回折格子１３と平面回折格子５とを
同一方向に回転させることにより、減分散を達成するこ
とができる。凹面回折格子１３の刻線が６００本／順で
あり、平面回折格子の刻線が１２００本゛／■であるこ
とから、前者のサインノく−の長さが後者のサインバー
の長さの約２倍となり、第６図に示したようにスライダ
ー及び送りネジを配置すると、１本の送りネジで構分光
器全体を駆動することができる。第６図において、モー
タ２２により送りネジ１９が回転し、バー１８上をスラ
イダ１７が移動するが、バー２０により接続されたスラ
イダ１６も同時に移動し、第１分光器と第２分光器は、
常に同じ波長の光を透過させつつ波長走査が行なわれる
。この機構は、凹面回折格子１３が、第２分光器の入射
光軸の位置にあるところから可能となる。

１４．１５はサインバーであり、２１はカップリングで
ある。

第７図は、本発明の構分光器を分光螢光光度計の励起側
に用いた例である５゜図において、２３はキセノンランプ１．２４゜２７．２
９はレンズ、２５　、．２６は平面鏡、２８は試料セル
、３０は螢光側入射スリット、３１は平面回折格子、３
２．３３は球面鏡、３４は螢光側出射スリット、３５は
光電子増倍管である。迷光の影響を無くするため構分光
器を分光螢光光度計の励起側に用いる試みは古くからあ
ったが、本発明の複分光器を用いることには、この場合
に関゛する大きなメリットが二つある。

第一には、従来の構分光器方式の分光螢光光度の場合は
光量ロスのために感度の点では逆に性能低下となるとい
うのが常識であったが、本発明の構分光器においては、
そのような欠点はほとんど無い。

第二には、光学系子の数が少なく光学系が簡単°なこと
と、機構系が簡単なことから、第６図のように分光器全
体を立てて、すなわち分散方向を鉛直に方向にして使用
することが容易である。分散方向をすべて鉛直方向にす
るとスリットはすべて水平方向に長い形状となり、試料
位置での光束も水平方向に長い形状となる。これには次
の二つの利点がある。第一に、試料セルに多く試料を入
れる必要がなく、生化学分野等、試料量の限定された分
野において有利である。第二に、水平方向に広がった光
束で試料を照射し、同様に水平形の光学系で光を取り込
むと、試料において二次元的に水平方向に広がった部分
が照射され、そのすべての部分の発する螢光が螢光側光
学系に取り込１れる。これは従来の分光螢光□光度計に
おいて、鉛直形の光束で試料を照射し、鉛直形の光学系
に螢光を取り込むところから、鉛直と鉛直のクロスする
一次元的な部分しか有効でないのに′比べると、はるか
に感度の点で有利である。

本発明によれば、構分光器の光量ロスが小さくしかも機
構を簡単にできる。

【図面の簡単な説明】

＄、１図は従来例の一つを説明する図、第２図は別の従
来例を説明する図、第３図は本発明の詳細な説明する図
、第４図及び第５図は、本発明がスリット部における光
量ロスを小さくできることを説明する図、第６図は本発
明の一実施例の機構部を説明する図、第７図は本発明の
一実施例を分光螢光光度計に応用した図である。１．２．３・・・スリット、５一平面回折格子、１０゜
１１・・・球面鏡、１３・・・凹面回折格子。輩３１ｎ（１）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　Ｃｂ＞茅６　図 χγ　図

Claims

【特許請求の範囲】１、　入射スリットと出射スリットと集光ミラーと平面
回折格子よりなる主分光器の入射スリットの前方の入射
光軸上または出射スリットの後方の出射光軸上に、前記
の平面回折格子よりも分散の小さな凹面回折格子を配置
したことを特徴とする構分光器。２、特許請求の範囲第１項記載の構分光器において、平
面回折格子のサインバーの長さをｔｉｎ凹面回折格子の
サインバーの長さをｔｌ、平面回折格子の格子定数を”
１　を凹面回折格子の格子定数をｄｔ　＋平面回折格子
表面における回折角をα、。凹面回折格子表面における回折角をα２．波長をλとし
、これらが路次式を満足することを特徴とする構分光器
。