DE10126581A1 - Monochromator und Spektrometrieverfahren - Google Patents

Monochromator und Spektrometrieverfahren

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DE10126581A1
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Isao Tokumoto
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/18Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating

Abstract

Bei dem Monochromator wird, wenn ein von einem ebenen Beugungsgitter (14) gebeugter Mess-Strahl von einem Kollimator gesammelt wird, um zurückgeworfen zu werden, der Mess-Strahl durch ein Verschiebungsglied (26, 28) in einer Richtung parallel zu Gitterteilungen des ebenen Beugungsgitters verschoben und durch einen ersten Abschneideschlitz (30) laufen gelassen, der einen Schlitz mit vorbestimmter Breite aufweist, der in einer Richtung senkrecht zu der Richtung der Gitterteilungen gebildet ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Monochromator und ein Spektrometrieverfah­ ren, um einen Mess-Strahl (einen Strahl, der gemessen wird) viele Male auf ein und dasselbe Beugungsgitter zu projizieren.
Als Instrument zum Messen von Wellenlängeneigenschaften eines Mess-Strahls hat man konventionell ein Spektroskop verwendet, das "Monochromator" genannt wird. Insbesondere wird weit und breit ein Doppel-Monochromator verwendet, um eine hohe Auflösung oder einen breiten Dynamikbereich halten zu können, indem ein Strahl viele Male in ein oder mehrere Beugungsgitter einfällt.
Fig. 9 zeigt eine Struktur eines konventionellen Littrow-Monochromators. Der in Fig. 9 gezeigte konventionelle Monochromator enthält eine Einfallsfaser 100, einen Parabolspiegel 102, ein ebenes Beugungsgitter 104, einen Austrittsschlitz 106, einen Fotodetektor 108, einen Zwischenschlitz 110 und zwei Umkehrspiegel 112, 114.
In dem in Fig. 9 gezeigten Monochromator wird von der Einfallsfaser 100 emittiertes Licht vom Parabolspiegel 102 in parallele Strahlen umgewandelt, und die parallelen Strahlen werden vom ebenen Beugungsgitter 104 gebeugt. Die gebeugten Strahlen werden wieder zum Parabolspiegel 102 zurückgeworfen und dann von den zwei Umkehrspiegeln 112 und 114 zurückgeworfen, die in der Nähe des Brennpunktes des Parabolspiegels 102 angeordnet sind. Danach läuft der Mess-Strahl entlang der gleichen optischen Achse, entlang der er bisher in der umgekehrten Richtung gelaufen ist, und wird durch den Austrittsschlitz 106 hindurch emittiert, der in der Nähe der Einfallsfaser 100 angeordnet ist, um den Fotodetektor 108 zu erreichen. Zusätzlich ist zwischen den oben erwähnten zwei Umkehrspiegeln 112 und 114 der Zwischenschlitz 110 angeordnet, der einen Schlitz aufweist, der der gleichen Richtung wie die Gitter­ teilungen des ebenen Beugungsgitters 104 geschnitten ist, so dass ein Dynamikbereich für eine Wellenlänge λ des durch den Austrittsschlitz 106 tretenden gebeugten Strahls vergrößert werden kann. Die Anordnung der zwei Umkehrspiegel 112 und 114 in einer Wellenlängenablenkrichtung, wenn das ebene Beugungsgitter 104 wie in Fig. 9 gezeigt gedreht wird, wird als additive Dispersionsanordnung bezeichnet.
Wenn die additive Dispersionsanordnung unter Verwendung der Umkehrspiegel 112, 114 und des Zwischenschlitzes 110 realisiert wird, wie im Falle des oben beschrie­ benen konventionellen Monochromators, gibt es einen normalen Lichtweg und einen umgekehrten Lichtweg, die beide durch den Zwischenschlitz 110 führen, und das entlang des umgekehrten Lichtweges gelaufene Licht ist Streulicht, dass die Nähe des Austrittsschlitzes 106 erreicht. Daher enthält das vom Fotodetektor 108 beobachtete Licht sowohl das durch Fortpflanzung entlang des normalen Lichtweges zurückgekehrte Licht als auch das durch Fortpflanzung entlang des umgekehrten Lichtweges zurückge­ kehrte Licht, wodurch Störendes erzeugt wird, was das Problem verursacht, dass der Dynamikbereich verkleinert wird.
Fig. 10 ist eine Teilstrukturskizze, die den Zwischenschlitz 110 und die zwei Umkehr­ spiegel 112, 114 des in Fig. 9 gezeigten Monochromators zeigt. Wie in Fig. 10 gezeigt, gibt es zusätzlich zu einem normalen Lichtweg A einen umgekehrten Lichtweg B, der in der Nähe des Zwischenschlitzes 110 eine dem normalen Lichtweg A entgegengesetzte Richtung hat. Das Licht, das sich entlang des normalen Lichtweges A fortgepflanzt hat, erreicht den Austrittsschlitz 106, und das Licht, das durch Fortpflanzung entlang des umgekehrten Lichtweges B zurückgekehrt ist, erreicht ebenfalls die Nähe des Austritts­ schlitzes 106. Daher enthält eine Wellenlängenkomponente des Lichts, das den Fotodetektor 108 durch Fortpflanzung entlang des normalen Lichtweges A erreicht hat, Störendes einer Wellenlängenkomponente des Lichts, das den Fotodetektor 108 durch Fortpflanzung entlang des umgekehrten Lichtweges B erreicht hat.
Kurze Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf so ein Problem gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Monochromator und ein Spektro­ metrieverfahren zu schaffen, die einen breiten Dynamikbereich gewährleisten, indem Streulicht in einem umgekehrten Lichtweg beseitigt wird.
Der Monochromator gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen Umkehrmecha­ nismus zum Zurückwerfen eines Mess-Strahls, der von einem ebenen Beugungsgitter gebeugt und von einem Kollimator gesammelt wird, und der Umkehrmechanismus enthält Umkehrspiegel, die in einer Wellenlängenablenkrichtung nebeneinander angeordnet sind, ein Verschiebungsglied zum Verschieben des Mess-Strahls in einer Richtung parallel zu Gitterteilungen des ebenen Beugungsgitters, und eine Abschneideplatte, die in der Nähe der Umkehrspiegel entlang des normalen Lichtweges angeordnet ist.
Weiterhin wird gemäß dem Spektrometrieverfahren der vorliegenden Erfindung, wenn der vom ebenen Beugungsgitter gebeugte Mess-Strahl nach seiner Sammlung durch einen Kollimator zurückgeworfen wird, der Strahl durch ein Verschiebungsglied in einer Richtung parallel zu Gitterteilungen des ebenen Beugungsgitters verschoben und durch eine Abschneideplatte laufen gelassen, die in einer Position entlang des normalen Lichtweges des Mess-Strahls angeordnet ist.
Es ist vorgesehen, dass der entlang des normalen Lichtweges laufende Mess-Strahl in der Nähe der Abschneideplatte durchkommt, wenn er vom Verschiebungsglied ver­ schoben wird. Wenn aber der Mess-Strahl entlang des umgekehrten Lichtweges läuft, ist diese Bedingung nicht erfüllt, so dass der Mess-Strahl von der Abschneideplatte abgeschnitten wird. Somit kann das Streulicht verhindert werden, das auftritt, wenn der Mess-Strahl entlang des umgekehrten Lichtweges läuft, so dass das Auftreten des Störenden unterdrückt und ein breiter Dynamikbereich gewährleistet werden kann.
Wünschenswert ist besonders, dass die oben erwähnte Abschneideplatte ein erster Abschneideschlitz ist, der einen Schlitz mit vorbestimmter Breite aufweist, der in einer Richtung senkrecht zu den Gitterteilungen des ebenen Beugungsgitters gebildet ist. Oder es ist wünschenswert, dass eine obere Seite oder eine untere Seite der oben erwähnten Abschneideplatte in der Nähe des normalen Lichtweges angeordnet ist. Mittels des oben erwähnten ersten Abschneideschlitzes oder der oben erwähnten Anordnung des ersten Abschneideschlitzes ist es möglich, nur den Mess-Strahl entlang des normalen Lichtweges zurückzuwerfen und das Streulicht entlang des umgekehrten Lichtweges sorgfältig zu beseitigen.
Weiterhin ist es nötig, dass das oben beschriebene Verschiebungsglied ein platten­ artiges Glied aus durchsichtigem Material ist, und eine als Einfallsebene dienende Oberfläche des plattenartigen Gliedes muss in Bezug auf einen Fortpflanzungsweg des Mess-Strahls geneigt sein. Wenn der Strahl auf eine Oberfläche des plattenartigen Gliedes geworfen wird, wird der Strahl von der Oberfläche und einer Rückseite zwei Mal gebeugt, so dass ein Austrittsstrahl parallel zum Einfallsstrahl erhalten wird. Da das Verschiebungsglied durch ein plattenartiges Glied mit einfacher Struktur gebildet werden kann, kann man somit Bauteilekosten senken.
Zusätzlich ist es nötig, dass ein Betrag der Verschiebung durch das oben beschriebene Verschiebungsglied größer als die Breite des im ersten Abschneideschlitz gebildeten Schlitzes ist. Deswegen kann der Mess-Strahl entlang des umgekehrten Lichtweges sorgfältig durch den ersten Abschneideschlitz beseitigt werden.
Zusätzlich ist es wünschenswert, dass der Monochromator weiterhin einen Fotodetektor zum Nachweisen des oben beschriebenen Mess-Strahls, einen Austrittsschlitz, der in der Nähe des Fotodetektors und auf einer Einfallsseite des Mess-Strahls angeordnet ist und einen Schlitz aufweist, der in der Richtung parallel zu den Gitterteilungen des ebenen Beugungsgitters gebildet ist, und einen zweiten Abschneideschlitz enthält, der in der Nähe des Austrittsschlitzes angeordnet ist und einen Schlitz aufweist, der in der Richtung senkrecht zu den Gitterteilungen des ebenen Beugungsgitters gebildet ist. Da der durch den Austrittsschlitz und den zweiten Abschneideschlitz gelaufene Mess- Strahl mittels des Fotodetektors nachgewiesen wird, kann ein weiter vergrößerter Dynamikbereich gewährleistet werden, indem der Lichtempfangsbereich des Fotodetektors beschränkt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 ist eine Ansicht, die die Struktur eines Monochromators einer ersten Ausführungsform zeigt;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Umkehrmechanismus, der so gestaltet ist, dass er den Zwischenschlitz aufweist;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht der einen Glasplatte, die in dem in Fig. 2 gezeigten Umkehrmechanismus enthalten ist;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht der anderen Glasplatte, die in dem in Fig. 2 gezeigten Umkehrmechanismus enthalten ist;
Fig. 5 ist eine Skizze zum Vergleich zwischen den Wegen des entlang des normalen Lichtweges laufenden Mess-Strahls und des entlang des umgekehrten Lichtweges laufenden Mess-Strahls;
Fig. 6 ist eine Ansicht, die die Struktur eines Monochromators einer zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 7 ist eine Ansicht, die die Struktur eines Monochromators einer dritten Ausführungsform zeigt;
Fig. 8 ist eine Ansicht, die die Struktur eines Monochromators einer vierten Ausführungsform zeigt;
Fig. 9 ist eine Ansicht, die die Struktur eines konventionellen Littrow-Monochromators zeigt; und
Fig. 10 ist eine Teilstrukturskizze, die den Zwischenschlitz und die zwei Umkehrspiegel des in Fig. 9 gezeigten Monochromators zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Ausführungsformen eines Monochromators, auf den die vorliegende Erfindung ange­ wandt wird, werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
Fig. 1 zeigt eine Struktur eines Monochromators einer ersten Ausführungsform, die eine Struktur eines Littrow-Monochromators ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält der Monochro­ mator gemäß dieser Ausführungsform eine Einfallsfaser 10, einen Parabolspiegel 12, ein ebenes Beugungsgitter 14, einen Austrittsschlitz 16, einen Fotodetektor 18, einen Zwischenschlitz 20, zwei Umkehrspiegel 22, 24, Glasplatten 26, 28 und Abschneide­ schlitze 17, 30.
Die Einfallsfaser 10 wird benutzt, um einen Mess-Strahl in Richtung auf den Parabol­ spiegel 12 zu emittieren. Ein Emissionsende (die Position eines Endes für Emission) der Einfallsfaser 10 ist in der Nähe eines Brennpunktes des Parabolspiegels 12 angeordnet, und der Mess-Strahl, der vom Emissionsende der Einfallsfaser 10 radial emittiert wird, wird vom Parabolspiegel 12 reflektiert und in parallele Strahlen umgewandelt.
Zusätzlich ist an einer anderen Stelle in der Nähe des Brennpunktes des Parabolspie­ gels 12 der Austrittsschlitz 16 angeordnet. Die auf dem Parabolspiegel 12 einfallenden parallelen Strahlen werden davon reflektiert und im Austrittsschlitz 16 gesammelt. Indem er durch den Austrittsschlitz 16 laufen gelassen wird, wird der Mess-Strahl von seiner unerwünschten Wellenlängenkomponente befreit und dann in den Fotodetektor 18 geworfen. Der Fotodetektor 18 weist eine Intensität des durch den Austrittsschlitz 16 hindurch auf ihn geworfenen Strahls nach.
Das ebene Beugungsgitter 14 hat Gitterteilungen, die in einer vorbestimmten Richtung in regelmäßigen Abständen gebildet sind, und beugt den Mess-Strahl, der vom Parabolspiegel 12 darauf geworfen wird. In Fig. 1 sind senkrecht eine Vielzahl von parallelen Rillen gebildet. Ein Drehantriebsmechanismus (nicht gezeigt) wie z. B. ein Motor, der eine Drehachse parallel zu den Gitterteilungen hat, ist am ebenen Beugungsgitter 14 befestigt, so dass das ebene Beugungsgitter 14 mittels des Drehantriebsmechanismus um die Drehachse gedreht werden kann.
Die zwei Umkehrspiegel 22, 24 dienen dazu, den vom Parabolspiegel 12 gesammelten Strahl in Richtung auf den Parabolspiegel 12 zurück zu reflektieren. Diese zwei Umkehrspiegel 22, 24 sind nebeneinander in einer Richtung angeordnet, in der sich der vom Parabolspiegel 12 emittierte Strahl 12 bewegt, wenn das ebene Beugungsgitter 14 parallel zu den Gitterteilungen um die Drehachse gedreht wird. Der vom Parabolspiegel 12 emittierte Mess-Strahl wird unter einem Winkel von im wesentlichen 90 Grad von dem einem Umkehrspiegel 24 reflektiert, und der Strahl, der durch den Zwischenschlitz 20 gelaufen ist, der in einer Position angeordnet ist, in der der reflektierte Strahl gesammelt wird, wird unter einem Winkel von im wesentlichen 90 Grad von dem anderen Umkehrspiegel 24 reflektiert und zum Parabolspiegel 12 zurückgeworfen.
In dieser Ausführungsform sind in der Nähe der oben beschriebenen zwei Umkehr­ spiegel 22, 24 und zwischen den jeweiligen Spiegeln und dem Parabolspiegel 12 zwei Glasplatten 26, 28 angeordnet. Zusätzlich ist der Abschneideschlitz 30 so angeordnet, dass es nebeneinanderliegend quer über dem Zwischenschlitz 20 liegt. Weiterhin ist der Abschneideschlitz 17 so angeordnet, dass er quer über dem Austrittsschlitz 26 liegt.
Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Umkehrmechanismus, der so gestaltet ist, dass er den Zwischenschlitz 20 aufweist. Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht der einen Glas­ platte 26, die einen Durchlassungszustand des Mess-Strahls zeigt. Zusätzlich ist Fig. 4 eine Querschnittsansicht der anderen Glasplatte 28, die einen Durchlassungszustand des Mess-Strahls zeigt.
Die Glasplatte 26 ist in Bezug auf die Fortpflanzungsrichtung des Mess-Strahls geneigt. Der Mess-Strahl, der die Glasplatte 26 erreicht hat, wird daher gebrochen, wenn er durch die jeweiligen Oberflächen der Glasplatte 26 läuft, so dass er den Umkehrspiegel 22 um eine vorbestimmte Strecke a nach unten zu dem Mess-Strahl vor dem Erreichen der Glasplatte 26 verschoben und parallel dazu erreicht. Der Abschneideschlitz 30 hat einen waagerechten Schlitz in einer Position, in der der Mess-Strahl, der durch die Glasplatte 26 gelaufen ist, den Zwischenschlitz 20 erreicht, nachdem er vom Umkehr­ spiegel 22 reflektiert worden ist.
Ähnlich ist die andere Glasplatte 28 in Bezug auf die Fortpflanzungsrichtung des Mess- Strahls geneigt. Daher wird der Mess-Strahl, der die Glasplatte 28 erreicht hat, gebrochen, wenn er durch die jeweiligen Oberflächen der Glasplatte 28 läuft, so dass er um eine vorbestimmte Strecke b nach unten zu dem Mess-Strahl vor dem Erreichen der Glasplatte 28 verschoben und parallel dazu erreicht.
Eine Breite c des Schlitzes des Abschneideschlitzes 30 ist auf einen kleineren Wert eingestellt als die Verschiebung a des Mess-Strahls aufgrund der Glasplatte 26 und die Verschiebung b des Mess-Strahls aufgrund der Glasplatte 28.
Die Glasplatten 26, 28 entsprechen dem Verschiebungsglied. Der Zwischenschlitz 20, die Umkehrspiegel 22, 24, die Glasplatten 26, 28 und der Abschneideschlitz 30 ent­ sprechen dem Umkehrmechanismus. Weiterhin entspricht der Abschneideschlitz 30 dem ersten Abschneideschlitz, und der Abschneideschlitz 17 entspricht dem zweiten Abschneideschlitz.
Der Monochromator gemäß dieser Ausführungsform hat so eine Struktur, und es wird nun sein Betrieb beschrieben. Der Mess-Strahl, der über die Einfallsfaser 10 von außen eingeleitet wird, wird von dem Parabolspiegel 12 und dem ebenen Beugungsgitter 14 reflektiert bzw. gebeugt und dann vom Parabolspiegel 12 gesammelt. Wie oben beschrieben, läuft der vom Parabolspiegel 12 gesammelte Mess-Strahl durch die eine Glasplatte 26, wird von dem einen Umkehrspiegel 22 reflektiert, damit sich seine Fortpflanzungsrichtung um einen Winkel von 90 Grad ändert, läuft durch den Zwischenschlitz 20 und den Abschneideschlitz 30, die in einer Position angeordnet sind, in der der Strahl gesammelt wird, wird von dem anderen Umkehrspiegel 24 reflektiert, damit sich seine Fortpflanzungsrichtung um einen Winkel von 90 Grad ändert, und wird somit durch die andere Glasplatte 28 hindurch in Richtung auf die Fläche des Parabolspiegels 12 zurückgeworfen. Der auf diese Weise wieder auf den Parabolspiegel 12 geworfene Mess-Strahl läuft entlang des Lichtweges, entlang dessen er bisher in der umgekehrten Richtung gelaufen ist, und erreicht den Fotodetektor 18, nachdem er durch den Austrittsschlitz 16 und den Abschneideschlitz 17 gelaufen ist, die in der Nähe des Brennpunktes des Parabolspiegels 12 angeordnet sind.
Bei dem Monochromator gemäß dieser Ausführungsform kann somit der Dynamik­ bereich vergrößert werden, da eine unerwünschte Wellenlängenkomponente aus dem Mess-Strahl entfernt wird, indem der Strahl durch den Austrittsschlitz 16 und außerdem den Zwischenschlitz 20 laufen gelassen wird. Zusätzlich ist der Abschneideschlitz 30 in der Position des Zwischenschlitzes 20 angeordnet, und der durch den Abschneide­ schlitz 30 gelaufene Mess-Strahl wird von der Glasplatte 28 um die vorbestimmte Strecke b in der Richtung der Drehachse des ebenen Beugungsgitters 14 verschoben, so dass der Mess-Strahl, der durch Fortpflanzung entlang des umgekehrten Lichtweges, der eine dem normalen Lichtweg entgegengesetzte Richtung hat, in den Zwischenschlitz 20 eintritt, vom Abschneideschlitz 30 abgeschnitten wird. Daher kann das Auftreten des Störenden aufgrund von Streulicht verhindert und ein weiter vergrößerter Dynamikbereich gewährleistet werden, da der Mess-Strahl, der den Fotodetektor 18 durch Fortpflanzung entlang des umgekehrten Lichtweges erreicht, entfernt wird.
Bei dem Monochromator gemäß dieser Ausführungsform ist weiterhin der Abschneide­ schlitz 17 in der Position des Austrittsschlitzes 16 angeordnet, so dass ein weiter ver­ größerter Dynamikbereich gewährleistet werden kann, indem der Lichtempfangsbereich (eine Einfallsfläche, gegeben durch folgende Formel: (Breite des Schlitzes des Austrittsschlitzes 16) × (Breite des Schlitzes des Abschneideschlitzes)) des Fotodetektors 18 beschränkt wird.
Fig. 5 ist eine Skizze zum Vergleich zwischen den Wegen des entlang des normalen Lichtweges laufenden Mess-Strahls und des entlang des umgekehrten Lichtweges laufenden Mess-Strahls. Im Falle des normalen Lichtweges wird der Mess-Strahl 40, der die eine Glasplatte 26 erreicht hat, um die vorbestimmte Strecke a nach unten verschoben, und dieser Mess-Strahl 40 nach Verschiebung wird von dem einen Umkehrspiegel 22 reflektiert, um durch den Abschneideschlitz 30 zu laufen. Andererseits wird im Falle des umgekehrten Lichtweges der Mess-Strahl 42, der die andere Glasplatte 28 erreicht hat, um die vorbestimmte Strecke b nach oben verschoben, und dieser Mess-Strahl 43 nach Verschiebung wird von dem anderen Umkehrspiegel 24 reflektiert, um den Abschneideschlitz 30 zu erreichen. Im Abschneideschlitz 30 ist jedoch der Schlitz auf einem um die vorbestimmte Strecke a niedrigeren Niveau als das des Mess-Strahls 42 vor Erreichen der Glasplatte 28 gebildet, so dass der oben beschriebene Mess-Strahl, der entlang des umgekehrten Lichtweges läuft und vom Umkehrspiegel 24 reflektiert wird, um den Abschneideschlitz 30 zu erreichen, nicht durch den Abschneideschlitz 30 laufen kann, wodurch sein Einfluss auf vom Fotodetektor 18 erhaltene Nachweisergebnisse beseitigt wird.
Zweite Ausführungsform
Fig. 6 zeigt eine Struktur eines Monochromators gemäß einer zweiten Ausführungs­ form, die eine Struktur eines Cserny-Turner-Monochromators zeigt. Der in Fig. 6 gezeigte Monochromator enthält eine Einfallsfaser 10, zwei Parabolspiegel 12, 13, ein ebenes Beugungsgitter 14, einen Austrittsschlitz 16, einen Fotodetektor 18, einen Zwischenschlitz 20, zwei Umkehrspiegel 22, 24, Glasplatten 26, 28 und Abschneide­ schlitze 17, 30. Der in Fig. 6 gezeigte Monochromator unterscheidet sich darin von dem in Fig. 1 gezeigten Monochromator darin, dass ihm der Parabolspiegel 13 hinzugefügt ist und dass der Umkehrmechanismus, der den Umkehrspiegel 22 und dergleichen umfasst, in der Nähe des Brennpunktes dieses zusätzlichen Parabolspiegels 13 angeordnet ist.
Der Mess-Strahl, der über die Einfallsfaser 10 von außen eingeleitet wird, wird von dem einen Parabolspiegel 12 und dem ebenen Beugungsgitter 14 reflektiert bzw. gebeugt und dann von dem anderen Parabolspiegel 13 gesammelt. Der vom Parabolspiegel 13 gesammelte Mess-Strahl läuft durch die eine Glasplatte 26, wird von dem einen Umkehrspiegel 22 reflektiert, damit sich seine Fortpflanzungsrichtung um einen Winkel von 90 Grad ändert, läuft durch den Zwischenschlitz 20 und den Abschneideschlitz 30, die in einer Position angeordnet sind, in der der Strahl gesammelt wird, wird von dem anderen Umkehrspiegel 24 reflektiert, damit sich seine Fortpflanzungsrichtung um einen Winkel von im wesentlichen 90 Grad ändert, und wird somit durch die andere Glasplatte 28 hindurch in Richtung auf den Parabolspiegel 13 zurückgeworfen. Der auf diese Weise wieder auf den Parabolspiegel 13 geworfene Mess-Strahl läuft entlang des Lichtweges, entlang dessen er bisher in der umgekehrten Richtung gelaufen ist, und erreicht den Fotodetektor 18, nachdem er durch den Austrittsschlitz 16 und den Abschneideschlitz 17 gelaufen ist, die in der Nähe des Brennpunktes des Parabolspiegels 12 angeordnet sind.
Somit ist wie bei dem Monochromator der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform der Monochromator gemäß dieser Ausführungsform mit dem Zwischenschlitz 20 und außerdem dem Austrittsschlitz 16 versehen, so dass ein weiter vergrößerter Dynamik­ bereich gewährleistet werden kann. Da die Anzahl der Male der Beugung durch das ebene Beugungsgitter 14 zwei ist, kann außerdem die Auflösung verbessert werden.
Da die Verwendung der Glasplatten 26, 28 erlaubt, dass in der Nähe des Zwischen­ schlitzes 20 die Positionen des entlang des normalen Lichtweges laufenden Strahls und des entlang des umgekehrten Lichtweges laufenden Strahls in der Richtung der Gitterteilungen des ebenen Beugungsgitters 14 voneinander verschieden sein können, kann außerdem nur der entlang des umgekehrten Lichtweges laufende Strahl durch den Abschneideschlitz 30 entfernt werden, indem der Abschneideschlitz 30 in die Position des Zwischenschlitzes 20 gesetzt wird. Außerdem kann der Lichtempfangs­ bereich des Fotodetektors 18 beschränkt werden, indem der Abschneideschlitz 17 in die Position des Austrittsschlitzes 16 gesetzt wird, so dass das durch Fortpflanzung entlang des umgekehrten Lichtweges auf den Fotodetektor 18 geworfene Streulicht weiter vermindert werden kann. Daher kann das Auftreten des Störenden unterdrückt und ein weiter vergrößerter Dynamikbereich gewährleistet werden.
Dritte Ausführungsform
Fig. 7 zeigt eine Struktur eines Monochromators gemäß einer dritten Ausführungsform. Der in Fig. 7 gezeigte Monochromator enthält eine Einfallsfaser 10, einen Parabolspie­ gel 12, ein ebenes Beugungsgitter 14, einen ebenen Spiegel 15, einen Austrittsschlitz 16, einen Fotodetektor 18, einen Zwischenschlitz 20, zwei Umkehrspiegel 22, 24, Glasplatten 26, 28 und Abschneideschlitze 17, 30. Die Struktur des in Fig. 4 gezeigte Monochromators ist die Struktur des in Fig. 1 gezeigten Monochromators, dem der ebene Spiegel 15 hinzugefügt ist, so dass die Anzahl der Male der Beugung durch das ebene Beugungsgitter 14.
Der Mess-Strahl, der über die Einfallsfaser 10 von außen eingeleitet wird, wird von dem Parabolspiegel 12 und dem ebenen Beugungsgitter 14 reflektiert bzw. gebeugt und dann von dem ebenen Spiegel 15 reflektiert. Danach wird er zum zweiten Mal vom ebenen Beugungsgitter 14 gebeugt und vom Parabolspiegel 12 gesammelt. Wie in der ersten Ausführungsform läuft der vom Parabolspiegel 12 gesammelte Mess-Strahl durch die eine Glasplatte 26, wird von dem einen Umkehrspiegel 22 reflektiert, damit sich seine Fortpflanzungsrichtung um einen Winkel von 90 Grad ändert, läuft durch den Zwischenschlitz 20 und den Abschneideschlitz 30, die in einer Position angeordnet sind, in der der Strahl gesammelt wird, wird von dem anderen Umkehrspiegel 24 reflektiert, damit sich seine Fortpflanzungsrichtung um einen Winkel von im wesentlichen 90 Grad ändert, und wird somit durch die andere Glasplatte 28 hindurch in Richtung auf die Fläche des Parabolspiegels 12 zurückgeworfen. Der auf diese Weise wieder auf den Parabolspiegel 12 geworfene Mess-Strahl läuft entlang des Lichtweges, entlang dessen er bisher in der umgekehrten Richtung gelaufen ist, und erreicht den Fotodetektor 18, nachdem er durch den Austrittsschlitz 16 und den Abschneideschlitz 17 gelaufen ist, die in der Nähe des Brennpunktes des Parabolspiegels 12 angeordnet sind.
Auf diese Weise erlaubt der Monochromator gemäß dieser Ausführungsform, seine Auflösung zu verbessern, indem dem Monochromator in Übereinstimmung mit dem in Fig. 1 oder Fig. 6 gezeigten Monochromator der ebene Spiegel 15 hinzugefügt wird, um die Anzahl der Male der Beugung durch das ebene Beugungsgitter 14 zu verdoppeln.
Da die Verwendung der Glasplatten 26, 28 erlaubt, dass in der Nähe des Zwischen­ schlitzes 20 die Positionen des entlang des normalen Lichtweges laufenden Strahls und des entlang des umgekehrten Lichtweges laufenden Strahls in der Richtung der Gitterteilungen des ebenen Beugungsgitters 14 voneinander verschieden sein können, kann außerdem nur der entlang des umgekehrten Lichtweges laufende Strahl durch den Abschneideschlitz 30 entfernt werden, indem der Abschneideschlitz 30 in die Position des Zwischenschlitzes 20 gesetzt wird. Außerdem kann der Lichtempfangs­ bereich des Fotodetektors 18 beschränkt werden, indem der Abschneideschlitz 17 in die Position des Austrittsschlitzes 16 gesetzt wird, so dass das durch Fortpflanzung entlang des umgekehrten Lichtweges auf den Fotodetektor 18 geworfene Streulicht weiter vermindert werden kann. Daher kann das Auftreten des Störenden unterdrückt und ein breiter Dynamikbereich gewährleistet werden.
Vierte Ausführungsform
Fig. 8 zeigt eine Struktur eines Monochromators gemäß einer vierten Ausführungsform. Der in Fig. 8 gezeigte Monochromator enthält eine Einfallsfaser 10, zwei Parabolspiegel 40, 48, ein ebenes Beugungsgitter 42, zwei ebene Spiegel 44, 46, einen Austrittsschlitz 16, einen Fotodetektor 18, einen Zwischenschlitz 20, zwei Umkehrspiegel 22, 24, Glasplatten 26, 28 und Abschneideschlitze 17, 30.
Die zwei ebenen Spiegel 44, 48 sind in der Richtung der Gitterteilungen des ebenen Beugungsgitters 42 um eine vorbestimmte Strecke voneinander getrennt angeordnet. Das Emissionsende der Einfallsfaser 10 ist in der Position des Brennpunktes des einen Parabolspiegels 40 angeordnet, und der Mess-Strahl, der vom Emissionsende der Einfallsfaser 10 radial emittiert wird, wird vom Parabolspiegel 40 reflektiert und in parallele Strahlen umgewandelt. Zusätzlich ist in der Nähe des Brennpunktes des anderen Parabolspiegels 48 der Umkehrmechanismus angeordnet, der den Umkehrspiegel 22 und dergleichen umfasst, und die auf den Parabolspiegel 48 einfallenden parallelen Strahlen werden davon reflektiert und in der Nähe des Umkehrmechanismus gesammelt.
Die zwei ebenen Spiegel 44, 46 sind in der Richtung der Gitterteilungen des ebenen Beugungsgitters 42 voneinander getrennt angeordnet. Der eine ebene Spiegel 44 reflektiert den vom ebenen Beugungsgitter 42 gebeugten Strahl in einem Winkel von im wesentlichen 90 Grad in einer Richtung parallel zu den Gitterteilungen des ebenen Beugungsgitters 42. Weiterhin reflektiert der andere ebene Spiegel 46 den Mess-Strahl, der vom ebenen Spiegel 44 in einem Winkel von im wesentlichen 90 Grad reflektiert wird. Durch diese zwei ebenen Spiegel 44, 46 wird der vom ebenen Beugungsgitter 42 emittierte Mess-Strahl auf das ebene Beugungsgitter 42 zurückgeworfen.
Der Mess-Strahl, der über die Einfallsfaser 10 von außen eingeleitet wird, wird von dem einen Parabolspiegel 40, dem ebenen Beugungsgitter 42, dem einen ebenen Spiegel 44, dem anderen ebenen Spiegel 46 und dem ebenen Beugungsgitter 42 reflektiert oder gebeugt und dann von dem anderen Parabolspiegel 48 gesammelt. Der vom Parabolspiegel 48 gesammelte Mess-Strahl läuft durch die eine Glasplatte 26 und wird dann von dem einen Umkehrspiegel 22 reflektiert, damit sich seine Fortpflanzungsrich­ tung um einen Winkel von 90 Grad ändert. Danach läuft er durch den Zwischenschlitz 20 und den Abschneideschlitz 30, die in einer Position angeordnet sind, in der der Strahl gesammelt wird, wird von dem anderen Umkehrspiegel 24 reflektiert, damit sich seine Fortpflanzungsrichtung um einen Winkel von im wesentlichen 90 Grad ändert, und wird dann durch die andere Glasplatte 28 hindurch in Richtung auf den Parabol­ spiegel 48 zurückgeworfen. Der auf diese Weise wieder auf den Parabolspiegel 48 geworfene Mess-Strahl läuft entlang des Lichtweges, entlang dessen er bisher in der umgekehrten Richtung gelaufen ist, und erreicht den Fotodetektor 18, nachdem er durch den Austrittsschlitz 16 und den Abschneideschlitz 17 gelaufen ist, die in der Nähe des Brennpunktes des Parabolspiegels 40 angeordnet sind.
Somit wird bei dem Monochromator gemäß dieser Ausführungsform der vom ebenen Beugungsgitter 42 emittierte Strahl unter Verwendung der zwei ebenen Spiegel 44, 46 erneut in das ebene Beugungsgitter 42 geworfen, um den Strahl in einem Winkel von im wesentlichen 180 Grad zurückzuwerfen. Somit wird der von der Einfallsfaser 10 emittierte Mess-Strahl zweimal vom gleichen Beugungsgitter 42 gebeugt, bis er den anderen Parabolspiegel 48 erreicht. Weiterhin läuft der Mess-Strahl dann entlang des Lichtweges, entlang dessen er bisher in der umgekehrten Richtung gelaufen ist, nach­ dem er durch den Zwischenschlitz 20 und dergleichen gelaufen ist, der in der Nähe des Brennpunktes des Parabolspiegels 48 angeordnet ist, so dass er zwei weitere Male vom ebenen Beugungsgitter 42 gebeugt wird. Daher wird die Anzahl der Male der Beugung vergrößert, so dass die Auflösung verbessert werden kann.
Zusätzlich erlaubt die Verwendung der zwei ebenen Spiegel 44, 46 und der zwei Parabolspiegel 40, 48, dass der Lichtweg des Mess-Strahls, der sich zwischen der Einfallsfaser 10 oder dem Austrittsschlitz 16 und dem einen ebenen Spiegel 44 fort­ pflanzt, und der Lichtweg des Mess-Strahls, der sich zwischen dem Zwischenschlitz 20 und dem anderen ebenen Spiegel 46 fortpflanzt, in der Richtung der Gitterteilungen des ebenen Beugungsgitters 14 voneinander getrennt sind. Daher können die Position, in der die Einfallsfaser 10 und der Austrittsschlitz 16 angeordnet sind, und die Position, in der die zwei Umkehrspiegel 22, 24 angeordnet sind, voneinander getrennt sein, so dass vermieden werden kann, die Teile, an denen sie montiert sind, zu komplizieren. Zusätzlich wird der Grad an Gestaltungsfreiheit verbessert, und die Montage dieser Bauteile wird leichter bewerkstelligt.
Da die Verwendung der Glasplatten 26, 28 erlaubt, dass in der Nähe des Zwischen­ schlitzes 20 die Positionen des entlang des normalen Lichtweges laufenden Strahls und des entlang des umgekehrten Lichtweges laufenden Strahls in der Richtung der Gitterteilungen des ebenen Beugungsgitters 42 voneinander verschieden sein können, kann außerdem nur der entlang des umgekehrten Lichtweges laufende Strahl durch den Abschneideschlitz 30 entfernt werden, der in der Position des Zwischenschlitzes 20 angeordnet ist. Außerdem kann der Lichtempfangsbereich des Fotodetektors 18 be­ schränkt werden, indem der Abschneideschlitz 17 in die Position des Austrittsschlitzes 16 gesetzt wird, so dass das durch Fortpflanzung entlang des umgekehrten Lichtweges auf den Fotodetektor 18 geworfene Streulicht weiter vermindert werden kann. Daher kann das Auftreten des Störenden unterdrückt und ein breiter Dynamikbereich gewährleistet werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und innerhalb des Geistes und Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden. Zum Beispiel, während in den oben beschriebenen Ausführungsformen entlang des normalen Lichtweges die eine Glasplatte 26 vor dem einen Umkehrspiegel 22 angeordnet ist und die andere Glasplatte 28 hinter dem anderen Umkehrspiegel 24 angeordnet ist, kann auch nur eine der zwei Glasplatten 26, 28 verwendet werden.
Wie in Fig. 5 gezeigt, trägt außerdem nur das obere Stück 30a des Abschneideschlitzes 30 zur Beseitigung des Streulichts bei. Aus diesem Grunde kann anstelle des Abschneideschlitzes 30 eine Abschneideplatte verwendet werden, die nur das obere Stück aufweist, während in den oben erwähnten Ausführungsformen der Abschneide­ schlitz 30 so angeordnet wird, dass er quer über dem Zwischenschlitz 20 liegt. In diesem Fall wird die Abschneideplatte in der Position angeordnet, in der die untere Seite der Abschneideplatte in der Nähe des normalen Lichtweges des Mess-Strahls angeordnet ist. Im Falle, dass die Neigungswinkel der Glasplatten 26, 28 so eingestellt sind, dass sie einander entgegengesetzte Richtungen haben, trägt nur das untere Stück 30b des in Fig. 5 gezeigten Abschneideschlitzes 30 zur Beseitigung des Streulichts bei. Daher kann als Ersatz für den Abschneideschlitz 30 eine Abschneideplatte verwendet werden, die nur das untere Stück 30b aufweist. In diesem Fall ist es erforderlich, dass die Abschneideplatte in der Position angeordnet wird, in der die obere Seite der Abschneideplatte in der Nähe des normalen Lichtweges des Mess-Strahls angeordnet ist.

Claims (9)

1. Monochromator mit einem Umkehrmechanismus zum Zurückwerfen eines Mess- Strahls, der von einem ebenen Beugungsgitter gebeugt und von einem Kollimator gesammelt wird, wobei der Umkehrmechanismus folgendes enthält:
Umkehrspiegel zum Zurückwerfen des Mess-Strahls, die in einer Wellenlängenablenk­ richtung, wenn das ebene Beugungsgitter gedreht wird, nebeneinander angeordnet sind;
ein Verschiebungsglied zum Verschieben des Mess-Strahls in einer Richtung von Gitterteilungen des ebenen Beugungsgitters, das in der Nähe der Umkehrspiegel entlang eines normalen Lichtweges angeordnet ist; und
eine Abschneideplatte, die in der Nähe der Umkehrspiegel entlang des normalen Lichtweges angeordnet ist.
2. Monochromator gemäß Anspruch 1, bei dem die Abschneideplatte ein erster Abschneideschlitz ist, der einen Schlitz mit vorbestimmter Breite aufweist, der in einer Richtung senkrecht zu der Richtung der Gitterteilungen des ebenen Beugungsgitters gebildet ist.
3. Monochromator gemäß Anspruch 1, bei dem eine obere Seite oder eine untere Seite der Abschneideplatte in der Nähe des normalen Lichtweges angeordnet ist.
4. Monochromator gemäß Anspruch 2, bei dem das Verschiebungsglied ein platten­ artiges Glied aus durchsichtigem Material ist und eine als Einfallsebene dienende Oberfläche des plattenartigen Gliedes in Bezug auf eine Fortpflanzungsrichtung des Mess-Strahls geneigt ist.
5. Monochromator gemäß Anspruch 4, bei dem ein Betrag der Verschiebung durch das Verschiebungsglied größer als die breite des in dem ersten Abschneideschlitz gebildeten Schlitzes ist.
6. Monochromator gemäß Anspruch 2, der weiterhin folgendes enthält;
einen Fotodetektor zum Nachweisen des Mess-Strahls;
einen Austrittsschlitz, der in der Nähe des Fotodetektors und auf einer Einfallsseite des Mess-Strahls angeordnet ist und einen Schlitz aufweist, der in der Richtung parallel zu den Gitterteilungen des ebenen Beugungsgitters gebildet ist; und
einen zweiten Abschneideschlitz, der in der Nähe des Austrittsschlitzes angeordnet ist und einen Schlitz aufweist, der in der Richtung senkrecht zu den Gitterteilungen des ebenen Beugungsgitters gebildet ist.
7. Spektrometrieverfahren, bei dem, wenn ein von einem ebenen Beugungsgitter gebeugter Mess-Strahl von einem Kollimator gesammelt wird, um zurückgeworfen zu werden, der Mess-Strahl durch ein Verschiebungsglied in einer Richtung parallel zu Gitterteilungen des ebenen Beugungsgitters verschoben und durch eine erste Abschneideplatte laufen gelassen wird, die in einer Position entlang eines normalen Lichtweges des Mess-Strahls angeordnet ist.
8. Spektrometrieverfahren gemäß Anspruch 7, bei dem die Abschneideplatte ein erster Abschneideschlitz ist, der einen Schlitz mit vorbestimmter Breite aufweist, der in einer Richtung senkrecht zu der Richtung der Gitterteilungen des ebenen Beugungsgitters gebildet ist.
9. Spektrometrieverfahren gemäß Anspruch 7, bei dem eine obere Seite oder eine untere Seite der Abschneideplatte in der Nähe des normalen Lichtweges angeordnet ist.
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