JPS62209324A - ポリクロメ−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】 産業上の利用分野 本発明はポリクロメーター、詳述すればポリクロメータ
ー装置及び、検出器の平面に像平面を適合させまた検出
器の平面に波長目盛の最適線形性を得るための装置に関
する。

従来の技術 ポリクロメーターでは、スペクトルは分散素子、例えば
格子によって検出器の平面に発生される。スペクトルは
異なる波長によって生じる入射スリットの結像によって
形成される。検出器は局部的な分解検出器でラシ、これ
は同時にスペクトルの平面における異なる点での放射を
検出する。この種の局部的分解検出器は写真板であって
よく、これは異なるスペクトル線の光の強度に応じて黒
色化される。従ってこの検出器はダイオードアレイであ
ってもよく、これは並行して緊密に配列された連続フォ
トダイオードである。フォトダイオード検出器ではスペ
クトルの異なる成分が同時に異なるフォトダイオードに
結像され、従ってスペクトルの異なる波長を平行して検
出する。

この種のポリクロメーターでは検出器の平面は一般に平
坦である。従って入射スリットの単色像からなる像平面
はできるだけ平坦でなければならない。これは特に子午
面に対していえ、サジタル面に対してはさほど厳密では
ない、それというのも分解を決定するスリット幅は子午
面で顕著に現われるからである。更に検出器にできるだ
け線状の波長目盛を得ることが望ましい。これによシス
リットの方向に対して横方向に測定された単色スリット
像の間隔は波長に応じて直線的である。

凹面回折格子を有する公知のホリクロメーターでは、凹
面回折格子は検出器の平面に入射スリットを結像する光
学素子を形成する。その結果凹面回折格子は同時に入射
スリットの像をスペクトル分離する。従って凹面回折格
子は同時に２つの作用を有する；すなわち入射スリット
の結像作用と分散素子としての作用である。

更にこの種の、４リクロメーターを像平面に関して子午
面で最適化することは公知でアシ、これにより像平面は
検出器の平面とできるだけ良好に一致する。この最適化
は、スリット像が利用したスペクトル範囲内の３つの波
長で検出器の平面に正確に存在することによシ達成され
る。

残焦点はずれは他の波長では最小である。しかし像平面
をこのように最適化することによって、異なる波長と関
連するスリット像の非線形配列が生じる。スリットの方
向に対して横方向に測定された基準マークから、異なる
単色スリット像までの距離は非線形に波長に依存する。

波長目盛の線形性は同様に最適化することができるが、
検出器の平面への像平面の最良の適合は得られない。

発明が解決しようとする問題点 従って本発明の目的は新規で改良されたポリクロメータ
ーを得ることにある。

本発明の他の目的は、子午面で検出器の平面に像平面を
適合させ、同時に検出器の平面に波長目盛の最良の線形
性を得ることのできるポリクロメーターを得ることにあ
る。

本発明の他の目的は像平面特性及びポリクロメーターの
波長目盛特性を最適化するための技術を得ることである
。

他の目的は部分的に明白にまた部分的に連出して後に詳
述する。

問題点を解決するための手段 上記の問題点及び利点は、光源から光線束を導入するた
めの入射スリットと、この入射スリットからの光線を波
長スペクトルに分光分散させる凹面回折格子と、平面内
の異なる点での放射を同時に検出する局部的に分解する
検出器とを備えたポリクロメーターによシ達成されるこ
とが判明した。結像ミラーは検出器にスリット像の波長
スペクトルを結像するため、格子から分光分散された光
線を偏向する光線路に沿って配置されている。本発明の
優れた実施態様では子午面における光線路は入射スリッ
トから検出器に実際に２字状に広がる。凹面回折格子は
ミラーに対する格子の白色光位置と関連づけることによ
ってミラーに対して角度をもって配向されている。有利
には格子の平面に対する軸法線は軸法線の白色光位置に
対してミラ°−の前方で配向されている。この配列によ
り、ミラーによって形成されたスリット像の像平面はス
にクトルの波長で検出器の平坦な検出面に適合され、検
出面に沿っての波長目盛は好ましい線形性を有する。

像平面の最適化及び波長目盛の最適化は、本発明による
特殊な配列により付加的な結像ミラーを使用することに
よって同時に達成することができる。

本発明方法によシミラーの像平面は検出器の平面に良好
に適合され、同時に凹面回折格子とミラーとの間の距離
並びに、収斂工程で凹面回折格子の非対称性尺度Ｇ′を
選択的に変えることによって検出器に良好な線形波長目
盛が得られ実施例 本発明の１実施例を図示し、この実施例に基づき本発明
を詳述するが、これらの実施例は特許請求の範囲に記載
した本発明の範囲を限定するものではない。

い（つかの図面において同一の又は類似の部材に対゛し
ては同じ数字を使用する。第１図における数字１０は入
射スリットを示し、ここから多色光線束１２が射出され
る。光線束１２の光線軸のみが示されているが、これは
図面の他の丁ぺての光線束においても同じである。光線
束１２は凹面回折格子１４に当る。凹面格子は波長に応
じて放射を分離する。２つの光線束１６及び１８は使用
したスにクトル領域の２境界波長を形成する。結像ミラ
−２０Ｑ工光線束１６を光線束２２にまた光線束１８を
光線束２４に偏向させろ。光線束２２及び２４は検出器
２６に当る。

図示した実施例では結像ミラー２０は凹面鏡でありまた
検出器２６はダイオードアレイである。２つの反射光線
束２２及び２４はその２端で検出器２６に当る。使用し
たスペクトル領域の他の波長の光線束は図示した境界光
線束２２゜２４間で広がり、前記の２端間で検出器２６
に当る。

２本の光線束２２及び２４は必ずしも互いに平行に広が
る必要はない。また検出器２６も２つの光線束の一方又
はその間の光線束に対して垂直である必要はない。

第１図の光線路は２字状に広がり、これは衝突する多色
光線束１２がそれぞれ射出光線束１６及び１８と交叉し
ないことを意味する。図示した実施例では、光線束１２
はそれぞれ光線束１６及び１８と鋭角をなし、光線束１
６及び１８は次いで再びミラー２０によって光線束１２
とほぼ同方向に転換され、従って光線束１２は光線束２
２及び２４と交叉しない。

光線束１２と光線束１６及び１８との間の角度は必要に
応じて９００〜１８００の間であってよい。射出光線束
２２及び２４の方向は衡突光線束の方向から犬さく離れ
ていてもよい。光線束２２．２４はミラー２０によって
出現光線束１２とは逆の側で光線束１６．１８から転向
される必要があり、出現光線束１２に近接する側に光線
束１６．１８から転向されてはならない。

一致する１つの位置を有し、これは格子が０次で出現光
線束１２の光線を反射する方向である。

格子１４は光線束１６と１８との間の領域内に所望のス
ペクトル領域を得るためこの位置に回転されるべきであ
る。格子１４の２つの可能な位置は、第１図においてＡ
及びＢで示されている。位置Ａでは格子の平面に対する
法線は、光線束１８が白色光位置に向けられている位置
に対してミラー２０に向って時計方向に傾斜している。

位置Ｂでは格子の平面に対する法線は、入射スリット１
０に向って反時計方向に傾斜している（第１図で見て）
。従って位置Ａでは、波長目盛は検出器２６に上端から
下端にまで広がり、使用したスペクトル領域の短波長端
は光線束２４で表わされ、これは格子から遠い方にあり
、またスペクトル領域の長波長端は、格子に近接する光
線束２２で表わされている。凹面回折格子１４の位置Ｂ
では、波長目盛は位置Ａから反対方向で検出器に広がり
、光線束２２は使用したスペクトル領域の短波長端に一
致し、光線束２４は長波長端に一致する。

第２図は考慮し得る他の配列を示すものであり、この場
合入射スリット１０及び格子１４は、多色光線束１２が
ミラー２ｏによって検出器２６に反射する分散光線束２
２及び２４と交叉するよ５に配置されている。格子１４
の２つの可能な位置Ａ及びＢは第１図の位置Ａ及びＢに
相応して示されている。

更に凹面回折格子１４を有するポリクロメーターに付加
的な結像ミラー２０を使用する場合、全部で十つの可能
な配列、丁なわち第１図の２状光線路をな丁格子の位置
Ａ及び日、並びに第２図の配列における格子１４の位置
Ａ及びＢが存在する。この実施例は上記のΦつの可能な
配列のうち格子の位置Ａとの関連における２状光線路が
像平面並びに波長目盛を同時に最適化することを示す。

本発明の独自の実施態様は付加的な結像ミラーを利用す
ることだげではな（、像平面並びに波長目盛を同時に最
適化することを可能゛とする最良の配列を実現すること
にある。

第３図に示した本発明の実施例に関して、多色光線束１
２は入射スリット１０から凹面回折格子１４に当る。入
射スリット１ｏと凹面回折格子１４との距離はａで示さ
れている。凹面回折格子１４は曲率半径Ｒｇを有する。

格子１＋はその中央にＬで表わされる一定の線密度を有
する。格子平面の他の位置で、子午面の線密度は一般に
、凹面格子１４の中央での線密度と異なる。線密度は子
午面で格子の一方の縁端から格子の他方の縁端まで変化
している。線密度は格子の中央の近接する周囲で一方向
に増しまた他の方向で減少する。各線は格子上に非対称
的に分布され、この非対称性＋ｘ　Ｇ′によって示され
る非対称尺度で特徴づけることができる。＋（プラス）
又バー（マイナス）の符号は線密度の増大方向を示す。

“格子は多色光線束をミラー２０に異なる角度で向ける
。光線束１６及び１８は使用した波長領域の境界縁と一
致する。凹面回折格子１４と平面に対する法線で旋回す
る。これは、光線が第１図の凹面回折格子の位置Ａとの
関連において記載したように光線束１δの方向で０次に
反射する位置に対して時計方向である。ミラー２０は曲
率半径Ｒ５を有し、光線束１６及び１８を検出器２６に
光線束２２及び２４として向ける。

第３図に誇張して示したように、像平面は、入射スリッ
ト１０の鮮明に特定された多色結像が生じる平面であり
、これは一般に検出器２６の平面からは離れており、数
字２８で示されている。座標系ｘ、ｙは、Ｘがスリット
の方向に対して横方向で検出器２６の縦方向て測定した
座標の原点０から出発てる距離を示すものである。座標
の原点○は使用した波長領域の短波長端λｍｉｎに相当
し、使用した検出器の長さの点１は、使用した波長領域
の長波長端λｍａｘに相当する。像平面２８は第３図の
子午面に存在し、後に焦点線（ｆｏｃｕｓ　１ｉｎｅ）
として示す線で表わされている。

この焦点線を最初任意に仮定した・ぐラメークに適合さ
せた場合、一般に第３図に誇張して示したような曲線が
生じる。検出器２６及び検出器を固定するｘ、ｙ−系は
焦点線上に配置し、従って検出器は焦点線に最適に適合
される。焦点線は検出器２６の前面の数領域に存在する
。

また数領域では焦点線２８は検出器の背後にある。従っ
て検出器は、例えば最長のポジ又はネガの逸脱が最小に
なるように配置される。

第３図に示した配置は量的に多数の・ξラメータを考慮
して記載されている。格子１４での光線束１２の入射角
Ｐ及び線密度Ｌ（それぞれ格子定数の逆数）は２つの光
線束１６及び１８の回折角、従って凹面回折格子１４で
の角の幾何学を決定する。凹面回折格子の曲率半径Ｒ３
及゛び入射スリット１０の物体距離ａは凹面回折格子の
背後で多色光線束の収束及び発散に影響を８上の距離す
によって決定される。ミラー２０の角配向は光線束１８
の入射角σ（第３図）によって与えられる。ミラーの曲
率半径Ｒ５は焦点線２８が現われる結像距離を決定する
。最後に先に説明した凹面回折格子１＋の非対称性は考
慮に入れなげればならない。ｘ、ｙ→座標系における結
果は第十図に曲［３０で示すことができる。

単に距離すを増丁ことによって、第５図に曲線３２で示
した焦点線が現われる。先の上方に凸状の曲線（第４図
）はこの場合下方に凸状をな丁（第５図）。

第十図の基礎を形成する配列から出発して、距離すを僅
かに増した場合、曲線はより平担になる。同じことは第
５図の基礎を形成する配列から出発して、距離すを僅か
に減じた場合にも起る。上方に向う曲線から下方に向う
曲線への移行は３字状の曲線を形成しながら生じる。ｂ
が特殊な値を有する場合、縦座標ｙに関して左右相称の
Ｓ−字形が曲線３４として第６図に示したように得られ
ろ。左右相称とは検出器２６の平面（：ｃ−軸）の最大
偏差が上方及び下方でそれぞれ点３６及び３８と同程度
であることを意味する。この曲線は像平面と検出器の平
面との偏差が最小の値を有し、従って畢良の構造が得ら
れることを示す。

検出器２６での波長目盛の線形性、すなわちこれに関連
する横座標ｘＫ検出器２６の異なる位置に当る単色光線
束の波長依存性を示アが、これは一般に非一次関数を生
じる。所望の測形目盛を検出器で決定することができる
。点Ｘ＝０は使用した波長領域における短波長端を、ま
たｘ　＝　ｌの値は長波長端を意味する、所望の波長と
して検出器の各点Ｘが生じる。検出器上の任意の点Ｘに
対しそこに実際に当る放射線の波長を計算すると、偏差
：Δλ＝λ−λを線形誤差として示すことができる。△
λは所望波長（又は横座標Ｘ）の関数としてグラフで表
わ丁ことができろ。更に一般には第４図に示した種類の
曲線が得られる。

凹面回折格子の非対称尺度Ｇ′はさまざまである。第５
図におげろ曲線３２の形の曲線はＧ“の他の値で得られ
る。Ｇｏの特殊な値では、曲線は左右対称のＳ−形が考
えられる。線形性Δλの偏差は最小になる。

非対称尺度Ｇ′は焦点線に影響を及ぼす。最良であるこ
とが判、明している非対称尺度Ｇ“で計算した場合、焦
点線のＳ字状は乱される。再度すを変更し、最良値を見
つけだ丁必要がある。これが再びΔλ−曲線に影響する
場合には、非対称尺度Ｇ′はもう一度正さなければなら
ない。

更にこの方法な実施する。距離すは△λ−曲線における
ように焦点線に強（影響し、また非対称尺度Ｇ′は焦点
線におけろようにΔλ−曲線に強く影響する。これによ
り場合によっては距離す及び非対称尺度Ｇ“の１対の値
が、双方の曲線の対称Ｓ形を満足のい（正確度で生じ得
る。

焦点線及び波長線形性は最良である。

もちろん他の〕ξラメータを選択する他の多数の可能性
も存在する。これらのパラメータはポリクロメーターの
配列、例えばその等級（マグニチュード）に、ミラーの
照度に、使用した波長領域に、入射スリット１０が検出
器２６に結像する結像速度に、所望の分解を得るための
スリットの所望幅に種々の影響を及ぼ丁。当業者は必要
に応じてこれらのノξラメータを用いてポリクロメータ
ーを改良することかできる。これらの・ξラメータを選
択した後、前記の最適化を実施することかできる。必要
な場合には、全ポリクロメーターが所望の仕様に一致す
るまで、多数の・ξラメータのうちの一つを変え、最適
化を実施する必要があり、最適化の後にポリクロメータ
ーの完全な光線路、例えばミラー２０から検出器２６ま
での距離を知ることができる。

本発明は焦点線及びΔλ−曲線の対称Ｓ形の発生に限定
されるものではない。時として例えば焦点線又はΔλ−
曲線又はその双方でこの最適形から逸脱することが望ま
しい。

例えば極めて高い分解能は、長い波長領域で必要とされ
る中程度の分解能と比較して短い波長領域で要求される
。これは焦点線２８が短い波長領域で可能な限り正確に
検出器２６に位置づけられると共に、長い波長領域で検
出器２６から一層逸脱する場合に達成することができる
。

こうして全波長領域に対して最適化されている場合より
も良好な結果が、短い波長領域で得られる。同じことは
波長線形性にもいえる。上記の方法によりその都度の要
求に応じてポリクロメーターを最良に設計することがで
きる。

更に上記の配列は焦点線及び波長目盛を検出器の曲線面
に最適に適合させる。

当業者にとっては明らかなように、上記構造の種々の改
良及び改変は、本発明の思想及び範囲（特許請求の範囲
に記載された範囲）から逸脱することな（容易に実施す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は凹面回折格子及び付加的な結像ミラーを有する
ポリクロメーターを、本発明を説明するために凹面回折
格子の２つの可能な配列及び実際に２−状に広がる光線
路と一緒に子午面で示した略示図、第２図は入射スリッ
トから凹面回折格子に当る光線束がミラーから検出器に
向けられた分散光線束と交叉し、凹面回折格子が２つの
可能な位置で示されている配列を有するポリクロメータ
ーの子午面を示す第１図に相応する略示図、第３図は像
平面及び検出器上の波長目盛を最適化するポリクロメー
ターの子午面を示す略示図、第４図、第５図及び第６図
に検出器の領域内での像平面の形の異なる可能性を示す
グラフ図である。 １０・・・入射スリット、　１２・・・光線束、１４・
・・凹面回折格子、　２０・・・結像ミラー２６・・・
検出器、　２８・・・像平面図面の浄書（内容に変更な
い 手続補正書（方式） ％式％ １・　事件の表示　昭和６１年特許願第２９９０６３号
２、発明の名称 ポリクロメーター ３、補正をする者 ル・ハフラング ４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源から光線束を導入するための入射スリットと、
   この入射スリットからの光線を波長スペクトルに分光分
   散させる凹面回折格子と、平面内の異なる点での放射を
   同時に検出する、局部的に分解する検出器と、前記検出
   器にスリット像の波長スペクトルを結像させるため、格
   子からの分光分散された光線を偏向するための結像ミラ
   ーとからなるポリクロメーターにおいて、前記格子及び
   ミラーが、検出器にスリット像の波長スペクトルを結像
   するため入射スリットと検出器との間の予め決定された
   光線路を限定するために配置されており、前記格子は入
   射スリットとミラーとの間の光線路内に配置され、前記
   ミラーは格子と検出器との間の光線路内に配置されてい
   ることを特徴とするポリクロメーター。 ２、子午面における予め決定された光線路が入射スリッ
   トから検出器に実際にＺ字状に広がる、特許請求の範囲
   第１項記載の装置。 ３、凹面回折格子が、ミラーに対して白色光位置をまた
   格子の平面に対して軸法線を有し、この法線軸が法線軸
   の白色光位置に対してミラーの前方で配向するように、
   格子がミラーに対して角度をもって位置づけられている
   、特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４、検出器が検出面を有し、格子及びミラーは、ミラー
   によって形成されたスリット像の像平面をスペクトルの
   波長で検出面に適合させかつスリット像を波長に対して
   検出面に沿って線状に分散するように構成及び位置づけ
   られている、特許請求の範囲第３項記載の装置。 ５、像平面が検出面に対して垂直方向で左右対称の平坦
   なＳ字形であり、３個所で検出面に正確に位置づけられ
   る、特許請求の範囲第４項記載の装置。 ６、前記の３個所で検出器の平面に当る放射の波長が、
   検出器の平面に沿って正確な線形波長目盛から生じる所
   望の波長に相応し、異なる位置で検出器の平面に当る放
   射の波長と、関連する位置の波長目盛から生じる波長と
   の偏差が、縦座標方向で平坦なＳ−字状の左右対称形で
   生じる、特許請求の範囲第５項記載の装置。 ７、予め決定された光線路が入射スリットと凹面回折格
   子との間の第１光線路面、凹面回折格子とミラーとの間
   の第２光線路面、及び、ミラーと検出器との間の第３光
   線路面を有し、格子及びミラーは、第１光線路面が第２
   及び第３光線路面に対し子午面で交叉しないように相対
   的に配置されている、特許請求の範囲第１項記載の装置
   。 ８、第１光線路面と第２光線路面との間の角度が９０°
   〜１８０°の範囲内にある、特許請求の範囲第７項記載
   の装置。 ９、子午面における予め決定された光線路が入射スリッ
   トから検出器に実際にＺ−字状に広がる、特許請求の範
   囲第７項記載の装置。 １０、凹面回折格子がミラーに対して白色光位置をまた
   格子の平面に対して軸法線を有し、格子は、法線軸が法
   線軸の白色光位置に対してミラーの前方で配向するよう
   に、ミラーに対して角度をもって位置づけられている、
   特許請求の範囲第７項記載の装置。 １１、検出器が検出面を有し、格子及びミラーは、前記
   ミラーによって形成されたスリット像の像平面が前記ス
   ペクトルの波長で検出面に適合しまたスリット像が波長
   に対して検出面に沿って線状に分散するように、構成及
   び位置づけられている、特許請求の範囲第１０項記載の
   装置。 １２、ミラーが凹面鏡である、特許請求の範囲第１項記
   載の装置。 １３、検出器がフォトダイオード・検出器である特許請
   求の範囲第１項記載の装置。