(57)【要約】 【課題】  分光器のスペクトル解像力損失を補償する解決策を提供すること。【解決手段】  発明は光源（１）と、入射スリット（２）と、回折格子（４）と、窓を含む検出器（７）とを備える傾斜スリット分光器に関し、回折格子（４）により回折された光ビームは窓を透過し、回折された光ビームの一部は窓の上、又は窓と検出器（７）の検知面の間で反射を発生させる。発明によれば、傾斜スリット分光器は傾斜手段により発生するスペクトル分解能損失を補償できる補償手段を含み、前記補償手段は矩形形状の傾斜入射スリット（９）である入射スリット（３、９）を含む。【選択図】        図３
2010520445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを発するのに適した光源（１）と、
前記光源（１）により発せられた前記光ビームの一部を透過し、透過光ビームを発生させるのに適した入射スリット（３、９）と、
線を備える回折格子（４、８）であって、前記入射スリット（３、９）を透過した前記光ビームを回折し、回折光ビームと像面（Ｘ’，Ｙ’）内のスペクトルを発生させるのに適した回折格子（４、８）と、
前記回折格子（４、８）により回折された前記光ビームを検出するのに適した検出器（７）であって、前記回折格子（４、８）により回折された前記光ビームが透過する窓（６）を備え、前記回折光ビームの一部が前記窓（６）上で、あるいは前記窓と検出面（Ｘ”，Ｙ”）に含まれる前記検出器（７）の検知面との間で反射を生じるような検出器（７）と、
ゴーストスペクトルを回避するのに適した、少なくとも一つの傾斜手段と
を備える傾斜スリット分光器であって、
前記傾斜スリット分光器は、前記傾斜手段により発生したスペクトル分解能損失を補償するのに適した補償手段を備え、前記補償手段は、矩形形状の傾斜入射スリット（９）である前記入射スリット（３、９）とを備える
ことを特徴とする傾斜スリット分光器。
【請求項２】
前記傾斜入射スリットは前記光源（１）と前記回折格子（４、８）の間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の傾斜スリット分光器。
【請求項３】
前記傾斜入射スリット（９）は、前記光源（１）により発せられる前記光ビームの方向（２）に垂直な平面（Ｘ，Ｙ）内で傾斜していることを特徴とする請求項２に記載の傾斜スリット分光器。
【請求項４】
前記傾斜入射スリット（９）は前記回折格子（４、８）の前記線に対して角度（θ）だけ傾斜し、前記角度（θ）は０°より大きく９０°より小さいことを特徴とする請求項３に記載の傾斜スリット分光器。
【請求項５】
前記傾斜スリット分光器は前記回折格子（４、８）と前記検出器（７）の間に配置された選択フィルタを備えることを特徴とする請求項１ないし４の何れか一つに記載の傾斜スリット分光器。
【請求項６】
ゴーストスペクトルを回避するのに適した前記傾斜手段は、傾斜検出器である前記検出器（７）を備え、前記検出器の前記検出面（Ｘ”，Ｙ”）が前記回折格子の前記像面（Ｘ’，Ｙ’）に対して角度（α）だけ傾斜するように前記傾斜検出器は角度（α）だけ傾斜し、前記角度（α）は前記検出面（Ｘ”，Ｙ”）と直交する平面（Ｙ”，Ｚ”）内に定められることを特徴とする請求項１ないし５の何れか一つに記載の傾斜スリット分光器。
【請求項７】
前記傾斜検出器（７）の前記角度（α）は０°より大きく、４５°より小さいことを特徴とする請求項６に記載の傾斜スリット分光器。
【請求項８】
ゴーストスペクトルを回避するのに適した前記傾斜手段は、計算された回折格子（８）である前記回折格子（４、８）であって、それが作り出すスペクトルが前記検出器の前記検出面（Ｘ”，Ｙ”）に対して角度（β）だけ傾斜するように決定される前記回折格子（４、８）を備えることを特徴とする請求項１ないし７の何れか一つに記載の傾斜スリット分光器。
【請求項９】
ゴーストスペクトルを回避するのに適した前記傾斜手段は、
傾斜検出器である前記検出器（７）であって、前記検出器の前記検出面（Ｘ”，Ｙ”）が前記回折格子の前記像面（Ｘ’，Ｙ’）に対して角度（α）だけ傾斜するように前記傾斜検出器が角度（α）だけ傾斜するような前記検出器（７）と、
計算された回折格子（８）である前記回折格子（４、８）であって、それが作り出すスペクトルが前記検出器の前記検出面（Ｘ”，Ｙ”）に対して角度（β）だけ傾斜するように決定される前記回折格子（４、８）と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の傾斜スリット分光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は傾斜スリット分光器に関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術の回折格子分光器は光源、入射スリット、回折格子（これは凹面ホログラフィック回折格子でもよい）及び検出器を備える。図１及び２は先行技術による回折格子分光器の例を示す。図１は分光器の３次元表現を示し、図２は上面図に対応する。
【０００３】
凹面ホログラフィック回折格子は、多数の線（６０００本／ｍｍに上る）が刻まれた、入射光線の何れのビームをも回折する役目をする光学的表面を有する。
【０００４】
凹面ホログラフィック回折格子は通常は収差補正されている。
【０００５】
検出器はＰＤＡ型（フォトダイオードアレイ）でもＣＣＤ型（電荷結合デバイス）でもよい。検出器に使用される材料は高反射性表面を有する例えばシリコンでもＩｎＧａＡｓでもよい。
【０００６】
冷却された検出器を使用することが可能である。そのような冷却された検出器は検出器の検知面を保護する窓を備える。そのような窓は、検出器の表面に凝縮現象が生じるのを回避するために不可欠である。
【０００７】
窓内、及び窓面と検出器表面の間に生じる多重反射はＳ／Ｎ比を著しく劣化させ、測定されるスペクトルにゴーストスペクトルを重ねる。
【０００８】
そのような現象の分光器性能に対する影響を減らすために、回折格子が作り出すスペクトルが傾斜するように決定された、計算された回折格子を使用することが知られている。その結果、検出器の検知面で反射されたゴーストビームは回折格子に戻らず、このことは、機器性能を害するゴースト光の問題を生じる再回折現象の発生を回避する。
【０００９】
図１及び２に図解されるように、スペクトルに平行な軸の周りに検出器を傾斜し、従って、検出器と窓面の間の多重反射が分散に垂直な方向に検出器の検知面の外部に部分的又は全面的に出る方法も知られている。一般的にこの作用は機器のスペクトル分解能を劣化させる。
【００１０】
それぞれ傾斜手段を使用する二つの先行する方法は別個に使用しても、一緒に使用してもよい。
【００１１】
それらは分光器のバックグラウンドノイズを改善する。一方、それらは装置のスペクトル分解能を著しく劣化させる。
【００１２】
ゴーストスペクトルへの新しい寄与を回避するために検出器の前に傾斜した次数選択フィルタを使用することも知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、本発明の目的は分光器のスペクトル解像力損失を補償する解決策を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
そのために、発明は、
光ビームを発するのに適した光源と、
前記光源により発せられた前記光ビームの一部を透過し、透過光ビームを発生させるのに適した入射スリットと、
線を備える回折格子であって、前記入射スリットを透過した前記光ビームを回折し、回折光ビームと像面（Ｘ’，Ｙ’）内のスペクトルを発生させるのに適した回折格子と、
前記回折格子により回折された前記光ビームを検出するのに適した検出器であって、前記回折格子により回折された前記光ビームが透過する窓を備え、前記回折光ビームの一部が前記窓上で、あるいは前記窓と検出面（Ｘ”，Ｙ”）に含まれる前記検出器の検知面との間で反射を生じるような検出器と、
ゴーストスペクトルを回避するのに適した少なくとも一つの傾斜手段と
を備える傾斜スリット分光器
に関する。
【００１５】
発明によれば、傾斜スリット分光器は傾斜手段により発生したスペクトル分解能損失を補償するのに適した補償手段を備える。補償手段は矩形形状の傾斜入射スリットである入射スリットを備える。
【００１６】
種々の可能な実施例において、本発明はまた、以下の説明から明らかな、単独で、あるいは何れかの技術的に可能な組合せとして考慮すべき特徴に関する。すなわち、
前記傾斜入射スリットは前記光源と前記回折格子の間に配置され、
前記傾斜入射スリットは前記光源により発せられる前記光ビームの方向に垂直な平面（Ｘ，Ｙ）内で傾斜し、
前記傾斜入射スリットは前記回折格子の前記線に対して角度（θ）だけ傾斜し、前記角度（θ）は０°より大きく９０°より小さく、
前記傾斜スリット分光器は前記回折格子と前記検出器の間に配置された選択フィルタを備え、
ゴーストスペクトルを回避するのに適した前記傾斜手段は、傾斜検出器である前記検出器を備え、前記検出器の前記検出面（Ｘ”，Ｙ”）が前記回折格子の前記像面（Ｘ’，Ｙ’）に対して角度（α）だけ傾斜するように前記傾斜検出器は角度（α）だけ傾斜し、前記角度（α）は前記検出面（Ｘ”，Ｙ”）と直交する平面（Ｙ”，Ｚ”）内に定められ、
前記傾斜検出器の前記角度（α）は０°より大きく、４５°より小さく、
ゴーストスペクトルを回避するのに適した前記傾斜手段は、計算された回折格子である前記回折格子であって、それが作り出すスペクトルが前記検出器の前記検出面（Ｘ”，Ｙ”）に対して角度（β）だけ傾斜するように決定される前記回折格子を備え、
ゴーストスペクトルを回避するのに適した前記傾斜手段は、
傾斜検出器である前記検出器であって、前記検出器の前記検出面（Ｘ”，Ｙ”）が前記回折格子の前記像面（Ｘ’，Ｙ’）に対して角度（α）だけ傾斜するように前記傾斜検出器が角度（α）だけ傾斜するような検出器と、
計算された回折格子である前記回折格子であって、それが作り出すスペクトルが前記検出器の前記検出面（Ｘ”，Ｙ”）に対して角度（β）だけ傾斜するように決定される前記回折格子と
を備える。
【００１７】
発明は次に以下の添付図面を参照してより詳細に述べられる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】及び
【図２】先行技術による角度（α）だけ傾斜した検出器を有する凹面ホログラフィック回折格子のそれぞれ３次元表現と上面図である。
【図３】及び
【図４】発明の一つの実施例による傾斜スリット分光器のそれぞれ３次元表現と上面図である。
【図５】一方は非傾斜検出器により測定され、他方は傾斜スリットと連携する傾斜検出器により測定された二つのスペクトルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は先行技術による角度（α）だけ傾斜した検出器を有する凹面ホログラフィック回折格子の３次元表現を示す。図２は対応する上面図である。
【００２０】
そのような分光器は、Ｚ軸に平行な方向２に沿って入射スリット３に向かう光ビームを発する光源１を備える。入射スリット３は座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に従って定められる。入射スリット３は平面（Ｘ，Ｙ）内に位置する。
【００２１】
ここで分かるように、入射スリット３は光源１により発せられた光ビームの一部を遮断し、このビームの他の部分を透過する支持体又は他の手段内に形成された開口である。
【００２２】
光源１は入射スリット３をほぼ均一に、直接あるいは連結光学部品を介して照明する。
【００２３】
透過した光ビームは入射スリット３から出る。
【００２４】
入射スリット３を透過した光ビームは回折格子４に入射し、これは凹面ホログラフィック回折格子等でもよい。回折された光ビームと像面（Ｘ’，Ｙ’）内のスペクトルが得られる。像面は座標系（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）に従って定められ、この場合、軸Ｚ’は像面（Ｘ’，Ｙ’）に直交する。
【００２５】
入射スリット３は矩形であり、縦軸Ｙに沿って縦方向に延びている。回折格子４は凹面ホログラフィック回折格子である。この凹面ホログラフィック回折格子４の線は湾曲し、軸Ｕに従って次々と配置される。このアライメント軸Ｕと軸Ｚへの法線Ｗは入射スリット３の縦軸Ｙに平行である。言い換えれば、法線Ｗは平面（Ｕ，Ｚ）に垂直である。凹面ホログラフィック回折格子４は軸Ｕに垂直で回折格子の湾面の頂点を通る軸Ａを有する。
【００２６】
場合によっては次数選択フィルタが回折格子４の後のビーム中に挿入されてもよい。
【００２７】
回折格子４により回折された光ビームは検出器７により検出され、これは多チャンネル検出器でもよい。検出器７は像面（Ｘ’，Ｙ’）内に含まれるスペクトルを受けるために回折格子４により回折された光ビームの光路中に配置される。
【００２８】
検出器７は座標系（Ｘ”，Ｙ”，Ｚ”）に従って定められる。平面（Ｘ”，Ｙ”）は検出面を表し、これは軸Ｚ”に直交する。
【００２９】
検出器７は検知面（図示せず）を備え、これは検出器７の検出面（Ｘ”，Ｙ”）内に位置する。
【００３０】
図の簡略化のために、検出器７の前面のみが図１及び２及びそれ以降の図に示される。この前面は検出開口１２を備え、回折された光ビームは、検出器７の検知面に到達する前にそこを通る。
【００３１】
凹面ホログラフィック回折格子分光器は、スリット３を透過した光ビーム、回折ビーム及び場合によっては分散ビームを反射及びフォーカスするミラーのような光学手段を備えてもよい。
【００３２】
検出器７はしばしば回折格子により回折された光ビームが透過する窓６を備える。
【００３３】
回折された光ビームの一部は窓６上で、あるいは前記窓と検出器７の検知面の間で多重反射を発生させる。
【００３４】
これらの反射を除去するために、上記のように、測定されるスペクトルにゴーストスペクトルが重なるのを回避するのに適した少なくとも一つの傾斜手段を使用することが知られている。
【００３５】
これらの先行技術の傾斜手段は、検出器７の検出面（Ｘ”，Ｙ”）に対して測定されるスペクトル、すなわち、回折格子８の像面（Ｘ’，Ｙ’）か、検出器７の検出面（Ｘ”，Ｙ”）のどちらかを傾斜することにある。
【００３６】
傾斜手段は図１及び２に示されるように傾斜検出器７を備えてもよい。
【００３７】
傾斜検出器７は、その検出面（Ｘ”，Ｙ”）が回折格子の像面（Ｘ’，Ｙ’）に対して角度（α）だけ傾斜するように傾斜している。
【００３８】
ここで分かるように、検出器の傾斜は検出器の検知面の傾斜でもある。
【００３９】
図１において、軸Ｚ”は軸Ｚ’に対して角度（α）だけ傾斜し、軸Ｙ”は軸Ｙ’に対して角度（α）だけ傾斜している。
【００４０】
この角度（α）の傾斜は、反射ビームが回折格子４に戻るのを回避する。
【００４１】
同様に、傾斜手段として、回折格子４が生じるスペクトルが検出器７の検出面（Ｘ”，Ｙ”）に対して角度（β）だけ傾斜するように決定される、計算された回折格子８を使用することが可能である。生じたスペクトルは計算された回折格子８の像面（Ｘ’，Ｙ’）内に含まれる。
【００４２】
これら二つの傾斜手段は別個に使用されても、一緒に使用されてもよい。
【００４３】
それらは分光器のバックグラウンドノイズを改善する。一方、それらは装置のスペクトル分解能を著しく劣化させる。
【００４４】
この問題を解決するために、発明は図３及び４に示されるように、傾斜手段により発生するスペクトル分解能の損失を補償するのに適した補償手段を備える傾斜スリット分光器を提供する。
【００４５】
この例では、二つの傾斜手段は一緒に使用される。
【００４６】
図３及び４は傾斜スリット分光器のそれぞれ３次元表現と上面図に対応する。
【００４７】
図３の理解をより容易にするために、角度（α）のみが示される。
【００４８】
図４は、角度（α）がシート面内には見えないので、角度（β）のみを示す。
【００４９】
スペクトル分解能損失補償手段は光源１と計算された回折格子８の間に配置された傾斜入射スリットを備える。
【００５０】
傾斜入射スリット９は光源１により発せられる光ビームの方向２に垂直な平面（Ｘ，Ｙ）内で傾斜している。傾斜スリット９は軸Ｚの周りで回転を行う。
【００５１】
実際、傾斜入射スリット９は、アライメント軸Ｕに沿って揃えられた回折格子４の線に対して傾斜している。
【００５２】
より正確には、傾斜入射スリット９の縦軸Ｙは平面（Ｕ，Ｚ）の法線Ｗに対して角度（θ）だけ傾斜している。
【００５３】
言い換えれば、傾斜入射スリット９は、傾斜していない図１に示される初期位置に対して角度（θ）だけ傾斜している。角度（θ）は０°より大きく、９０°より小さい。
【００５４】
なお言い換えれば、回折格子の線がアライメント軸Ｕに平行な投影面上に投影されれば、投影された線もまたアライメント軸Ｕに従って揃えられ、傾斜入射スリット９の縦軸Ｙは投影面上に投影された線に対して角度（θ）だけ傾斜している。
【００５５】
検出器７の検出面（Ｘ”，Ｙ”）が回折格子の像面（Ｘ’，Ｙ’）に対して角度（α）だけ傾斜するように傾斜検出器７は角度（α）だけ傾斜している。図３において、検出器７は下に傾斜している。それは上に傾斜していてもよい。
【００５６】
傾斜検出器（７）の角度（α）は０°より小さく４５°より大きい。
【００５７】
傾斜入射スリット９は角度（α）だけ傾斜した検出器７と角度（β）だけ傾斜したスペクトルにより導入される分解能損失を補償することを可能にする。
【００５８】
他の可能な実施例において、傾斜入射スリット９は、前述の傾斜手段が別個に使用されるときに使用されてもよい。
【００５９】
図５は二つのスペクトル１０、１１を示す。横軸１３は、実際には波長に対応する画素を表し、縦軸１４は信号強度をパーセントとして表す。
【００６０】
曲線１０は非傾斜検出器７により測定されたスペクトルに対応する。
【００６１】
スペクトル１０は、検出器の窓と検出器の検出面の間の被測定ビームの反射から来るゴーストピーク１２を示す。
【００６２】
曲線１１は５°の角度（θ）だけ傾斜したスリットと連携する２０°の角度（α）だけ傾斜した検出器７により測定されたスペクトルに対応する。ゴーストピーク１２はほとんど消え、スペクトル分解能損失はなし、あるいは非常に少なかった。
【００６３】
以下の結果が８００ｎｍの波長に対して与えられる。
【００６４】
測定されたビームの通過帯域は、検出器７が傾斜していないときは１．５８ｎｍである。検出器７が傾斜して、スリット３が傾斜していないときは、それは３．９８ｎｍであり、検出器７とスリット９が傾斜しているときは、それは１．６８ｎｍである。
【００６５】
従って、発明は傾斜スリット分光器のスペクトル分解能損失を単純かつ安価なやり方で補償することが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１  光源
２  光ビームの方向
３  入射スリット
４  回折格子
６  窓
７  検出器
８  回折格子
９  傾斜入射スリット
１０  非傾斜検出器により測定されたスペクトル
１１  傾斜スリットと傾斜検出器により測定されたスペクトル
１２  ゴーストピーク
１３  横軸
１４  縦軸
【図１】
2010520445.tif 000003
【図２】
2010520445.tif 000004
【図３】
2010520445.tif 000005
【図４】
2010520445.tif 000006
【図５】
2010520445.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月26日(2010.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを発するのに適した光源（１）と、
前記光源（１）により発せられた前記光ビームの一部を透過し、透過光ビームを発生させるのに適した入射スリット（３、９）と、
分光器の子午面（Ｚ、Ｚ’）に垂直な線を備える回折格子（４、８）であって、前記入射スリット（３、９）を透過した前記光ビームを回折し、回折光ビームと像面（Ｘ’，Ｙ’）内のスペクトルを発生させるのに適した回折格子（４、８）と、
前記回折格子（４、８）により回折された前記光ビームを検出するのに適した検出器（７）であって、前記回折格子（４、８）により回折された前記光ビームが透過する窓（６）を備え、前記回折光ビームの一部が前記窓（６）上で、あるいは前記窓と検出面（Ｘ”，Ｙ”）に含まれる前記検出器（７）の検知面との間で反射を生じるような検出器（７）と、
ゴーストスペクトルを回避するのに適した、前記検出器の前記検出面（Ｘ”，Ｙ”）に対して前記回折されたスペクトルの前記像面（Ｘ’，Ｙ’）を相対傾斜させる少なくとも一つの手段と
を備える傾斜スリット分光器であって、
前記傾斜スリット分光器は、前記傾斜手段により発生したスペクトル分解能損失を補償するのに適した補償手段を備え、前記補償手段は、矩形形状の傾斜入射スリット（９）である前記入射スリット（３、９）と、前記スリットの平面に垂直な軸に対して前記入射スリットを回転する手段とを備える
ことを特徴とする傾斜スリット分光器。
【請求項２】
前記傾斜入射スリット（９）は前記光源（１）と前記回折格子（４、８）の間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の傾斜スリット分光器。
【請求項３】
前記傾斜入射スリット（９）は、前記光源（１）により発せられる前記光ビームの方向（２）に垂直な平面（Ｘ，Ｙ）内で傾斜していることを特徴とする請求項２に記載の傾斜スリット分光器。
【請求項４】
前記傾斜入射スリット（９）は前記回折格子（４、８）の前記線に対して角度（θ）だけ傾斜し、前記角度（θ）は０°より大きく９０°より小さいことを特徴とする請求項３に記載の傾斜スリット分光器。
【請求項５】
前記傾斜スリット分光器は前記回折格子（４、８）と前記検出器（７）の間に配置された選択フィルタを備えることを特徴とする請求項１ないし４の何れか一つに記載の傾斜スリット分光器。
【請求項６】
ゴーストスペクトルを回避するのに適した前記傾斜手段は、傾斜検出器である前記検出器（７）を備え、前記検出器の前記検出面（Ｘ”，Ｙ”）が前記回折格子の前記像面（Ｘ’，Ｙ’）に対して角度（α）だけ傾斜するように前記傾斜検出器は角度（α）だけ傾斜し、前記角度（α）は前記検出面（Ｘ”，Ｙ”）と直交する平面（Ｙ”，Ｚ”）内に定められることを特徴とする請求項１ないし５の何れか一つに記載の傾斜スリット分光器。
【請求項７】
前記傾斜検出器（７）の前記角度（α）は０°より大きく、４５°より小さいことを特徴とする請求項６に記載の傾斜スリット分光器。
【請求項８】
ゴーストスペクトルを回避するのに適した前記傾斜手段は、計算された回折格子（８）である前記回折格子（４、８）であって、それが作り出すスペクトルが前記検出器の前記検出面（Ｘ”，Ｙ”）に対して角度（β）だけ傾斜するように決定される前記回折格子（４、８）を備えることを特徴とする請求項１ないし７の何れか一つに記載の傾斜スリット分光器。
【請求項９】
ゴーストスペクトルを回避するのに適した前記傾斜手段は、
傾斜検出器である前記検出器（７）であって、前記検出器の前記検出面（Ｘ”，Ｙ”）が前記回折格子の前記像面（Ｘ’，Ｙ’）に対して角度（α）だけ傾斜するように前記傾斜検出器が角度（α）だけ傾斜するような前記検出器（７）と、
計算された回折格子（８）である前記回折格子（４、８）であって、それが作り出すスペクトルが前記検出器の前記検出面（Ｘ”，Ｙ”）に対して角度（β）だけ傾斜するように決定される前記回折格子（４、８）と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の傾斜スリット分光器。
【国際調査報告】
2010520445.tif 000008
2010520445.tif 000009
2010520445.tif 000010
2010520445.tif 000011