JPS6199824A - 分光器 - 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】 イ０発明の目的 産業上の利用分野 本発明は、光電検出手段としてマイクロチャンネルプレ
ー）　（ＭｉｃｒｏｃｈａｎｎａＩＰｌａｔｅ、以下Ｍ
ＯＰという）を使用した分光器に関する。

従来の技術 従来、例えば真空紫外域の光を分光器として米国特許第
４３８０３９３号に開示されているようなものがある。

この米国特許に開示された分光器は、入ｌ］スリットと
、この入口スリットから入射してきた光を回折して複数
のス硬りトル線として結像する回折格子とを備えており
、この回折格子がその結像面をほぼ平面とする如く不等
間隔とした曲面回折格子であり、まだ入口スリットが以
下の条件を満足すべく線分ｌ上に設けられている。即ち
、この条件とは０．７≦・π−に≦０．９である。ここ
で、Ｒは曲面回折格子の主曲率半径、αは入１コスリッ
トから曲面回折格子へ入射する主光線の入射角、ｌは曲
面回折格子の中心からＦｔｃｏｓα離れたローランド円
トの点と該格子の中心とを結ぶ線分、ｒは線分ｌ上の入
口スリットと該格子の中心との間の距離である。この従
来の分光器によれば入口スリットから入射してきた光は
ローランド円内で平面上に結像される。この平面上に結
像されたスイクトル線像は、ＭＯＰによって光電子増倍
されて分光測定に供される。

第９図を参照してＭＣＰの概要を説明する。第９図（ａ
）はＭＣＰのバイアスを明らかにするために横方向から
みだ断面図であり、第９図（ｂ）はＭＯＰの縦方向（こ
の方向からはバイアスは判然と現れない）からみた断面
図であり、第９図（ｃ）はＭＯＰの斜視図である。ＭＯ
Ｐは内径１０〜２０μｍの細いガラス管つ壕りチャンネ
ルａｈ　を互いに平行に多数束ね、個々のチャンネル内
壁に二次電子放出材料をコーティングして各チャンネル
の各々を連続二次電子増倍器としたものである。そして
、束ねられたチャンネルは所定の厚さに切断される。こ
の切断の角度は、入射−次電子の突き抜は防ＩＥ等の理
由により、チャンネルの長さ方向に対して所定値に選ば
れている。この角度のことをバイアス角θといい、切断
面と該バイアス角θで交わる面内の該チャンネルの中心
軸の向きをバイアス方向という。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来の分光器では光電検出器としてＭＯ
Ｐを使用したときの感度特性について十分考慮されてい
なかった。即ち、ＭＣＰのバイアス角と回折格子によっ
て分散されたスペクトル線の分散角との関係に考慮がな
かったので、分光感度が波長により著しく変化するとい
う問題点があった。

従って、本発明の目的は、ＭＣＰのような光電検出器の
バイアスに起因する分光感度の変化を除去した分光器を
提供することである。

口９発明の構成 問題点を解決するための手段 本発明は、回折格子によって分散されたスにクトル線の
波長による分散方向の違いによって生ずるＭＣＰの各チ
ャンネルへ入射角のずれを、該ＭＣＰのバイアス方向を
特定することによって減少させるものである。これによ
って、各波長に対す。

る分光感度の変化は低減される。本発明によれば、被測
定光を取り入れるだめの入口スリットと、該入１」スリ
ットから入射してきた前記被測定光を波し毎に分散する
分散素子と、該分散素子によって分散されたスペクトル
線を光電子増倍するためのマイクロチャンネルプレート
とを少なくとも備えた分光器において、前記マイクロチ
ャンネルプレートのチャンネルのバイア、ス方向が前記
被測定光の波長分散方向と直交する面内にあるように前
記マイクロチャンネルプレートを配置した分光器が提供
される。

実施例 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の分光器の第１実施例を示す正面図、第
２図は同実施例の側面図である。第１図において、分光
器は入口スリット１、凹面回折格子２及び光電検出器３
から構成される。入口スリット１と凹面回折格子２は、
例えば前述の米国特許第４３８０３９３号に開示された
ものと同様に配置及び形成しである。従って、入口スリ
ット１から入射した光は凹面回折格子２によって複数ス
ペクトル線（回折光）に分散（回折）されてほぼ平面の
結像面つまり矢印４の点線を含んで第１図紙面と直交す
る面に結像する。２本のスペクトル線Ｌ１及びＬｎ　は
凹面回折格子２によって分散されたスペクトル線の主回
折光を代表的にあられしている。

この複数のスペクトル線の分散方向っまシ波長分散方向
は矢印４で示す方向である。ここで、波長分散方向とは
被測定波長域λ１〜λ。に対応する回折角をβ１〜β□
としたとき、回折角β＝（β１＋へ号なる波長λの主回
析光線つまり回折格子の中心で回折する光線に直交する
方向である。さて、各スペクトル線の像は第１図の紙面
と直交する方向に伸びている。光電検出器３は、ＭＣＰ
５、螢光板６、ファイバー板７、アレイセンサ８及び電
気回路部９を収納している。ＭＣＰ５ｉは入射してきた
回折光を光電子増倍し、螢光板６はＭＣＰの各チャンネ
ルから出射してきた光電子をそれぞれ可視光に変換し、
ファイバー板７は各可視光をアレイセンサー８までそれ
ぞれ伝送する。アレイセンサー８は回折光の波長に対応
した受光部を複数備えており、ファイバー板７からの各
チャンネルに対応した可視光を電気信号に変換する。ア
レイセンサー８の出力信号は電気回路部９によって処理
される。

さて、ＭＣＰ５はチャンネルを二次元的に配列して成り
、１本のスペクトル線を複数のチャンネルが受光するよ
うになっている。従って、各スにクトル線に対して複数
の光電子増倍出力がそれぞれ得られる。各スペクトル線
に対応する複数の光電子増倍出力；ｒ、１アレイセンザ
ー８及び電気回路部９によって合成され、最終的に各ス
Ｒクトル線につき１つの光電出力とされる。もちろん、
各スペクトル線につき特定のチャンネルから得られる光
電子増倍出力を選択してもよい。ＭＣＰ５の切断面は凹
面回折格子２の結像面又はその近傍に配置されている。

更に、ＭＣＰ５はチャンネルのバイアス方向が波長分散
方向と直交する面内にあるように、換言すれば矢印４で
示す波長分散方向を含んで第１図の紙面と直交する而と
該バイアス方向とが所定の角度例えば上記バイアス角を
もって交差するように支持されている。つまり、ＭＯＰ
　５の各チャンネルは第１図の紙面と直交する方向に所
定のバイアス角をもって傾いているのである。

第２図によれば、ＭＣＰ５の各チャンネルが波長分散方
向を含んで第１図の紙面と直交する面（第２図では４ａ
で示す面）に対して所定のバイアス角をもって対向して
いることが良く理解できよう。凹面回折格子２で分散さ
れたスペクトル線は第２図中紙面と直交する方向に分散
されるので、スハクトル、１ＪｙＬｎのみが図示されて
いる。

次に、この実施例について第３図ないし第５図を参照し
て説明する。第３図はＭＣＰのチャンネルへの回折光の
入射角と光電変換効率との関係を表わす図である。第３
図から明らかなように、入射角が７°付近に効率のピー
クがあり、　その両側では効率が急激に低下している。

また、効率のピークを与える入射角は波長によりあまり
変化しない。このような特性を持ったＭＯＰを波長分散
方向に対してバイアス角が生じるように配置すると１．
。

ＭＯＰの各チャンネル−＼の光の入射角は回折格子２で
分散されたスペクトル線Ｌ１〜Ｌｎの拡がりと等しい分
布で変化することになる。例えば、回折格子２として溝
本数３００本／龍のものを使用し、入口スリット１から
回折格子２への光の入射角を８８°、波長域を２〜５０
ｒＬｍ、回折格子２からのスペクトル線Ｌ１〜Ｌｎの分
散角を−８７，２°〜−７９８°　とすると、ＭＯＰの
チャンネルへ入射するスペクトル線り、〜Ｌｎの分散角
の差つまり角度差は最大で７．４°である。従って、Ｍ
ＣＰのほぼ中央のチャンネルへの入射角を７°とした場
合には、該中央から波長分散方向に向かって両側に位置
し、スＲクトル線Ｌ１及びＬｎをそれぞれ受光するチャ
ンネルへの入射角はそれぞれ３．３°及び１０．７°と
なる。その結果、ＭＯＰのスペクトルａ（波長）に対す
る感度は、ＭＯＰの中央付近のスＲクトル線に対して最
も高く、そこから波長分散方向に離れるに従って低下し
てゆくといった特性になる。この特性では、各波長に対
して等しい感度を得られないので好ましくない。

そこで、第１図及び第２図に示すように、チャンネルの
バイアス方向が波長分散方向と直交する面内にあるよう
にＭＣＰ５を配置する。そうすると、先に例示した回折
格子の溝本数、入射角、波長域及び分散角と同じ条件の
もとではＭＯＰのほぼ中央のチャンネルへの入射角を７
°とした場合には該中央から波長分散方向に向かって両
側に位置してスペクトル線Ｌ０及びＬｎをそれぞれ受光
するチャンネルの入射角はそれぞれ６．０９°及び７．
９１°となる。つまり、この実施例によれば、各スペク
トル線を受光するチャンネルへの該スペクトル線の入射
各は、ＭＣＰ５の中心のチャンネルへの入射角に対して
±０．９１°の範囲に圧縮されるから、各波長にだいす
る感度のメラツキを充分に除去できる。これにたいして
、前述の本発明を適用しない従来例では各スペクトル線
の各チャンネルへの入射角は、ＭＣＰ５の中心のチャン
ネルへの入射角に対して±３．７°の範囲をもっていた
。

第４図はこの様子を示す図である。第４図において、横
軸はＭＯＰの中央のチャンネルへの入射するスペクトル
純の分散角に対する角スペクトル線の分散角の角度差（
絶対値）、また縦軸は該中央のチャンネルへの入射する
スにクトル線の入射角に対する角スペクトル線の角チャ
ンネルの入射角の角度差（絶対値）である。直線（ａｌ
は本発明を適用しない従来例についての両角度差の関係
を示し、曲線（ｂｌはこの実施例についての両角度差の
関係を示している。

第５図は実施例におけるチャンネルのバイアス角θ、Ｍ
ＣＰの中央のチャンネルに入射するスペクトル線の分散
角に対する各スペクトル線の分散角の角度差φ及びスペ
クトル線のチャンネルへの入射角ψの関係を示す図であ
る。第１図において、チャンネルは分散されたスにクト
ル線Ｌ１〜Ｌｎの波長分散方向４と直交する面内で傾い
ているから、各スペクトル線と各チャンネルとの関係は
第５図に示すように１本のチャンネルｃｈ　を使って説
明することができる。ＭＣＰ５の中央のチャンネルａｈ
に入射するスペクトル線の主回折光Ｌｃはバイアス角θ
と等しい角度で入射する。従って、その入射角ψはθと
等しい。主回折光Ｌｃ　に対して角度φだけ傾いてチャ
ンネルａｈに入射する別のスペクトル線り、の主回折光
は主回折光Ｌｃ　とは別の位置でチャンネルに入射する
。主回折光Ｌ１とそのチャンネルへの入射点からチャン
ネルの中心軸０へ向けて引いた垂線１１　　との成す角
度は９０°−ψとなる。ここで、θ、φ及びψとの関係
式％式％ となる。そして、θ＝０°としたときに第４図の直線（
ａｌが得られ、θ−７°としたときに第４図の曲線ｆｂ
ｌが得られ、乙。

第６図は本発明の分光器の第２実施例を表す正面図、第
７図は同実施例の側面図である。ＭＣＰ５の切断面は回
折光の波長分散方向には正対しておらず、これと斜めに
対向している。この場合にも、ＭＣＰ５のチャンネルの
バイアス方向は第１実施例と同様に波長分散方向と直交
する面内にあるようになっている。第７図において、Ｍ
ＣＰ５のチャンネルのバイアス方向は結像面１０と直交
す・る面内で該結像面と該チャンネルのバイアス角をも
って交わっている。このようにしても第１実施例と同様
の効果が得られる。

第８図は本発明の分光器の第３実施例を示す正面図であ
り、凸面の結晶２′を分散素子とした場合の実施例であ
る。この場合は、凹面回折格子のような結像作用はない
が、結晶の回折作用によりＬ１′〜Ｌｎ′の範囲で特定
の方向へは特定のスづクトルのみが回折され、ＭＣＰ上
にスペクトル線が得られる。この場合もＭＣＰ５のバイ
アス角を波長分散方向と直交する面内にとることにより
感度変化を小さくできる。

尚、分光器としては入口スリット、分散素子、光電検出
器だけから構成されるものに限られず、途中に凹面鏡等
を含むものであってもよい。また、ＭＣＰ５から出射さ
れる光電子は可視光に変換して光電変換することは必ず
しも必要なことではなく、角チャンネルの光電子を該チ
ャンネルに対向して複数個設けられたマルチアノードに
よって電流出力に変換してもよい。

ハ０発明の効果 以上のように、本発明によれば分散素子からの回折光の
ＭＯＰのチャンネルへの入射角がほぼ同じ値となるから
、入射角による感度変化が小さくなる。これにより、広
い波長域にわたって最も感度が大きくなるような分光器
が得られる。また、分光器の製作時に入口スリット、分
散素子などの位置や角度、また分散素子の曲率半径や溝
本数の誤差などにより、ＭＯＰの支持体を設計値と少し
異なる配置で設定する場合でも、本実施例のようになっ
ていれば感度の変化を最小に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の分光器の第１実施例を表す正面図、第
２図は第１図の分光器の側面図、第３図はＭＯＰのチャ
ンネルへのスペクトル線の入射角と光電変換効率との関
係を表す図、第４図はＭＯＰの中央のチャンネルへ入射
するスペクトル線の分散角に対する各スペクトル線の分
散角の角度差と、該中央のチャンネルへ入射するスペク
トル線の入射角に対する各スペクトル線の各チャンネル
への入射角の角度差との関係を表す図、第５図はチャン
ネルのバイアス角、ＭＣＰの中央のチャンネルに入射す
るスにクトル線の分散角に対する各スばクトＩし線の分
散角の角度差及びス投りトル線のチャンネルへの入射角
との関係を表す図、第６図は本発明の分光器の第２実施
例を表す正面図、第７図は第６図の分光器の側面図、第
８図は本発明の第３実施例を表す正面図、第９図ｆａ）
、　（１〕）　、　（Ｃ１はＭＣＰの構造を説明するだ
めの説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定光を取り入れるための入口スリットと、該入口ス
   リットから入射してきた前記被測定光を波長毎に分散す
   る分散素子と、該分散素子によつて分散されたスペクト
   ル線を光電子増倍するためのマイクロチャンネルプレー
   トとを少なくとも備えた分光器において、前記マイクロ
   チャンネルプレートのチャンネルのバイアス方向が前記
   被測定光の波長分散方向と直交する面内にあるように前
   記マイクロチャンネルプレートを配置したことを特徴と
   する分光器。