(57)【要約】【課題】容易且つ正確に、前置分光器及び主分光器の波長を校正することのできる機能を備えたダブルモノクロ形分光装置を提供する。【解決手段】入口スリットを入射した主光線が前置分光器及び主分光器を経て出口スリットに至るような前置分光器及び主分光器の角度位置であるゼロ次光位置をそれぞれ検出し、記憶しておく（ステップＳ１〜Ｓ７）。そして、主分光器をゼロ次光位置に置いた状態で前置分光器を回転させ、所定波長に対する前置分光器の角度位置を検出する（ステップＳ８〜Ｓ１２）。また、前置分光器をゼロ次光位置に置いた状態で主分光器を回転させ、所定波長に対する主分光器の角度位置を検出する（ステップＳ１３〜Ｓ１７）。【選択図】  図３
2005024403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口スリットと出口スリットの間に前置分光器と主分光器を配置したダブルモノクロ形の分光装置において、
ａ）入口スリットを入射した主光線が前置分光器及び主分光器を経て出口スリットに至るような前置分光器及び主分光器の角度位置であるゼロ次光位置を記憶する記憶手段と、
ｂ）前置分光器をゼロ次光位置に置いた状態で主分光器を回転させ、所定波長に対する主分光器の角度位置を検出する主分光器校正手段と、
ｃ）主分光器をゼロ次光位置に置いた状態で前置分光器を回転させ、所定波長に対する前置分光器の角度位置を検出する前置分光器校正手段と、
を備えることを特徴とするダブルモノクロ形分光装置。
【請求項２】
入口スリットと出口スリットの間に前置分光器と主分光器を配置したダブルモノクロ形の分光装置において、
ａ）入口スリットを入射した主光線が前置分光器及び主分光器を経て出口スリットに至るような前置分光器及び主分光器の角度位置であるゼロ次光位置をそれぞれ検出し、記憶しておくステップと、
ｂ）前置分光器をゼロ次光位置に置いた状態で主分光器を回転させ、所定波長に対する主分光器の角度位置を検出する主分光器校正ステップと、
ｃ）主分光器をゼロ次光位置に置いた状態で前置分光器を回転させ、所定波長に対する前置分光器の角度位置を検出する前置分光器校正ステップと、
を有することを特徴とするダブルモノクロ形分光装置の校正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダブルモノクロ形の分光装置に関し、更に詳しくは、ダブルモノクロ形分光装置における前置分光器と主分光器の波長校正機構及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に、従来のダブルモノクロ形分光装置における波長走査機構の一例を示す。この波長走査機構１０は、回折格子を有する前置分光器１１と、同じく回折格子を有する主分光器１２とを備え、前置分光器１１の回折格子の入射側に入口スリット１３が、出射側に中間スリット１４（これは主分光器１２の入口スリットでもある）がそれぞれ配置され、主分光器１２の出射側に出口スリット１５が配置されている。光源からの光は入口スリット１３を通過した後、まず前置分光器１１の回折格子に入射する。入射した光はその回折格子によって分散し、分散した光のうち所定波長の単色光のみがスリット１４を通過する。スリット１４の前方には主鏡１６が配置されており、スリット１４を通過した単色光は主鏡１６で反射した後、主分光器１２の回折格子に入射する。後述のように、主分光器１２の回折格子は前置分光器１１の回折格子と連動しており、これにより、前置分光器１１の出口スリット１４から出射される単色光と同一波長の単色光が主分光器１２の回折格子から出射して主鏡１６で反射した後、出口スリット１５を通過する。この出口スリット１５を通過した単色光が本波長走査機構１０の出力光であり、試料に投射される。
【０００３】
本波長走査機構１０の出力光の波長は、前置分光器１１の回折格子と主分光器１２の回折格子とが連動して回転することによって変化し、これにより波長走査が行なわれる。この波長走査のための駆動機構は、１本の送りネジ１７と２本のサインバー１８、１９を基本要素とし、前置分光器１１と主分光器１２とを平行リンク２０で接続した構成となっている（この構成を「送りネジ・サインバー方式」という）。
【０００４】
しかし、この送りネジ・サインバー方式は多くの部品を必要とし、特に、前置分光器１１の回折格子を滑らかに回転させるための高剛性かつ高精度の平行リンク機構２０を実現するために、多数の部品が必要となる。また、前置分光器１１と主分光器１２との連動動作につき必要な精度を確保するためには、駆動源であるモータ２１の制御では対応することができず、２本のサインバー１８、１９を厳密に調整しなければならない。この結果、調整作業が煩雑なものとなる。
【０００５】
そこで本発明者等は、前置分光器の分散素子と主分光器の分散素子にそれぞれ独立の駆動手段（第１駆動手段及び第２駆動手段）を設け、両駆動手段を高度な制御により連動させる制御手段を備えた分光装置を提案した（特許文献１）。この連動制御では、前置分光器及び主分光器における分散素子の回転角と各分散素子からの出射光の波長との関係の非線形性を考慮するとともに、第１駆動手段の減速比と第２駆動手段の減速比も考慮している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１３６３４４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の連動制御機構を備えた分光装置では、それまでの送りネジ・サインバー方式のものに比べて波長走査機構の実現に必要な部品数が少なくなるため、装置全体の小型化が達成され、信頼性が向上した。また、両分光器間に機械リンクが存在しないため、両分光器の配置やグレーティング選択、マウント形式の選定の自由度が大きくなるという利点がもたらされた。
【０００８】
しかし、このような高度な制御機構を備えた分光装置であっても、装置の組立を行った後、或いは長期間使用した後には、各分光器の波長の校正を行わなければならない。分光器により抽出される光の波長は、入口スリット、出口スリット及びその間の分光器（分散素子）の配置により決定されるが、これらの部品を組み立てた際に生ずる組み付け誤差が、分散抽出した光の波長に誤差を生じさせる。また、各分光器の駆動源の角度設定精度、分光器の精度も同様に抽出波長の精度に影響を及ぼす。ダブルモノクロ形分光装置においては、前置分光器と主分光器の波長がずれると光エネルギの抽出効率が著しく下がってしまい、上記の各種誤差は分光装置の性能に大きく影響を与える。
【０００９】
上記特許文献１においては、その装置構成は開示されたものの、このような波長校正については教示するところがなかった。本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、容易且つ正確に、前置分光器及び主分光器の波長を校正することのできる機能を備えたダブルモノクロ形分光装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明は、入口スリットと出口スリットの間に前置分光器と主分光器を配置したダブルモノクロ形の分光装置において、
ａ）入口スリットを入射した主光線が前置分光器及び主分光器を経て出口スリットに至るような前置分光器及び主分光器の角度位置であるゼロ次光位置を記憶する記憶手段と、
ｂ）前置分光器をゼロ次光位置に置いた状態で主分光器を回転させ、目的波長に対する主分光器の角度位置を検出する主分光器校正手段と、
ｃ）主分光器をゼロ次光位置に置いた状態で前置分光器を回転させ、目的波長に対する前置分光器の角度位置を検出する前置分光器校正手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る前置分光器と主分光器の波長校正の手順は、上記同様、次の通りである。
ａ）入口スリットを入射した主光線が前置分光器及び主分光器を経て出口スリットに至るような前置分光器及び主分光器の角度位置であるゼロ次光位置をそれぞれ検出し、記憶しておく。
ｂ）前置分光器をゼロ次光位置に置いた状態で主分光器を回転させ、所定波長に対する主分光器の角度位置を検出する。
ｃ）主分光器をゼロ次光位置に置いた状態で前置分光器を回転させ、所定波長に対する前置分光器の角度位置を検出する。
なお、ｂ）とｃ）の前後は逆でもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る校正を行うに際しては、水銀ランプや重水素ランプのように、既知の波長の輝線を含む光を用いる。校正しようとする波長範囲内に複数の輝線を含む一つ又は複数のそのような光（校正光）を用いて上記校正を行うことにより、その波長範囲内での前置分光器及び主分光器の波長校正を行うことができる。
【００１３】
まず、前置分光器と主分光器のゼロ次光位置を定めるために、入口スリット、出口スリットと各分光器の幾何学的な位置関係により、両分光器の仮のゼロ次光位置を定める。その状態で、入口スリットから校正光（この場合は、何の光でも構わない）を導入し、出口スリットから出射する光の強度を測定しつつ、前置分光器及び主分光器をそれぞれ微小角範囲内で回転させる。その間に、出口スリットからの出射光の強度が最も大きくなったときの前置分光器及び主分光器の角度位置が、それぞれのゼロ次光位置である。
【００１４】
次に、前置分光器をそのゼロ次光位置に置き、入口スリットから校正光を入射する。出口スリットから出射する光の強度を測定しつつ、主分光器を回転させることにより、校正光の輝線スペクトルを得る。その輝線スペクトルの中の既知の輝線の波長とその時の主分光器の角度位置とを対応させることにより、所定波長に対する主分光器の角度位置が検出される。
【００１５】
前置分光器の波長校正も同様にして行う。すなわち、主分光器をゼロ次光位置に置き、入口スリットから校正光を入射する。出口スリットから出射する光の強度を測定しつつ、前置分光器を回転させることにより、校正光の輝線スペクトルを得る。その輝線スペクトルの中の既知の輝線の波長とその時の前置分光器の角度位置とを対応させることにより、所定波長に対する前置分光器の角度位置が検出される。
【００１６】
【発明の効果】
本発明に係るダブルモノクロ形分光装置では、上記のように各分光器を回転駆動させつつ出口スリットから出射する光の強度を測定すればよいため、コンピュータ等による自動化が容易である。従って、そのような校正操作を行う機能を簡単且つ低コストでダブルモノクロ形分光装置に付加することができ、分光装置の知識にあまり長けていない人でも容易に装置のメンテナンスを行うことができるようになる。また、製造時においては、校正に要する時間及び手間が大幅に短縮され、生産性が大きく向上する。
【００１７】
【実施例】
図２に、本発明の一実施例であるダブルモノクロ形分光装置の光学系図（ａ）及び主要要素の配置を示す斜視図（ｂ）を示す。
図２（ａ）に示すように、本実施例の分光装置３０は、前置分光器として凹面鏡３１と凹面回折格子３２を組み合わせたモンクギリーソン形分光器を、主分光器として２枚の凹面鏡３３ａ、３３ｂと平面回折格子３４を組み合わせたツェルニターナ形分光器を、それぞれ備えている。また、前置分光器の回折格子３２の入射側に入口スリット３５、出射側に中間スリット３６（これは主分光器の入口スリットでもある）がそれぞれ配置され、主分光器の出射側に出口スリット３７が配置されている。光源部３８からの光は、その一部がスリット３５を通過して凹面鏡３１で反射した後、前置分光器の回折格子３２に入射する。入射した光は回折格子３２によって分散し、分散した光のうち所定波長の単色光がスリット３６を通過して凹面鏡３３ａで反射した後、主分光器の回折格子３４に入射する。後述のように、主分光器の回折格子３４は前置分光器の回折格子３２と連動しており、これにより、前置分光器の出口スリット３６から出射する光と同一波長の光が主分光器の回折格子３４から出射してスリット３７を通過する。このスリット３７を通過する光（単色光）が本波長走査機構３０の出力光（以下「出射光線束」という）である。
【００１８】
図２（ｂ）に示すように、本実施例の波長走査機構は、回折格子を回転させるための駆動手段として、前置分光器の回折格子３２を回転させる第１駆動部４１と、主分光器の回折格子３４を回転させる第２駆動部４２とを備えている。これらの二つの駆動部４１、４２は機械的に独立しており、いずれも減速機とステッピングモータを組み合わせた構成となっている。また、本実施例の波長走査機構はマイクロコンピュータを用いて構成された制御部４０を備え、制御部４０から第１駆動部４１及び第２駆動部４２に第１制御信号Ｓｃ１及び第２制御信号Ｓｃ２がそれぞれ供給される。第１駆動部４１及び第２駆動部４２は、それぞれ第１制御信号Ｓｃ１及び第２制御信号Ｓｃ２に基づいて動作し、これにより回折格子３２及び３４が連動する。このような連動動作により、出射光線束の波長が順次変化し、波長走査が実現される。
【００１９】
このような機構を備えた波長走査機構３０における波長走査の動作は前記特許文献１に詳しく記載されているが、ここでは、前置分光器及び主分光器の自動校正の動作を説明する。このような自動校正動作のために、本実施例の波長走査機構３０では、出口スリット３７の後に光度計４３を備え、その光度計４３からの光強度信号Ｓｄを制御部４０に送る。制御部４０は、光度計４３から入力した光強度信号Ｓｄと、前置分光器及び主分光器の各駆動部４１、４２への出力信号Ｓｃ１、Ｓｃ２に基づき、図３に示すような手順で各分光器の制御の校正を行う。
【００２０】
まず、前置分光器の回折格子３２及び主分光器の回折格子３４を、光学系（図２（ａ））の幾何学的配置から決定した、ゼロ次光が入口スリット３５から入射して出口スリット３７から出射するような角度位置（仮ゼロ次光位置）に置く（ステップＳ１）。そして、光源３８を点灯し（ステップＳ２）、光度計４３の出力信号Ｓｄを参照しつつ、第１駆動部４１に第１制御信号Ｓｃ１を送り、前置分光器の回折格子３２を徐々に回転させる（ステップＳ３）。仮ゼロ次光位置の前後適当な範囲内で前置分光器の回折格子３２を回転させることにより、光度計４３の出力信号Ｓｄが最大となる前置分光器の回折格子３２の角度位置を検出し、それを前置分光器のゼロ次光位置として決定する（ステップＳ４）。主分光器の回折格子３４についても同様の操作を行うことにより、主分光器のゼロ次光位置を決定する（ステップＳ５、Ｓ６）。こうして決定された両分光器の回折格子３２、３４のゼロ次光位置を、制御部４０内に設けられた記憶部に記憶する（ステップＳ７）。
【００２１】
次に、主分光器の回折格子３４を上記のゼロ次光位置に置き（ステップＳ８）、制御部４０は光度計４３からの強度信号Ｓｄを入力しつつ前置分光器の回折格子３２を所定範囲内で回転駆動する（ステップＳ９）。これにより、所定波長範囲内の、光源３８の輝線スペクトルが作成される（ステップＳ１０）。光源３８に、既知の波長を有する輝線を含むものを使用することにより、前置分光器の回折格子３２の角度位置（厳密には、制御部４０から第１駆動部４１への制御信号Ｓｃ１）と波長との関係が校正される（ステップＳ１１）。このような波長の校正を校正波長の全てについて行ったか否かを判定し（ステップＳ１２）、未だ終了していない場合はステップＳ９に戻り、次の校正波長について同様に前置分光器の回折格子３２の角度位置と波長との関係を校正する。全ての校正波長における校正が終了すると、主分光器における波長校正を終える（ステップＳ１２→Ｓ１３）。
【００２２】
校正波長としては、例えば、重水素ランプや水銀ランプ等の光源３８の既知の輝線波長を用いることができる。重水素ランプの場合、例えば４８６．０ｎｍ，  ６５６．１ｎｍ等の輝線波長を用いることができる。水銀ランプの場合、１９４．１ｎｍ，  ２５３．７ｎｍ，  ２９６．７ｎｍ，  ３６５．０ｎｍ，  ４０４．７ｎｍ，４３５．８ｎｍ，  ５０７．４ｎｍ（２５３．７ｎｍの２次光），  ５４６．１ｎｍ，  ５７９．０ｎｍ，７６１．０ｎｍ（２５３．６５ｎｍの３次光），  ８０９．４ｎｍ（４０４．７ｎｍの２次光）等の輝線波長を用いることができる。
【００２３】
前置分光器についても同様に校正を行う。すなわち、前置分光器の回折格子３２をゼロ次光位置に置き（ステップＳ１３）、光度計４３からの強度信号Ｓｄを入力しつつ主分光器の回折格子３４を所定範囲内で回転駆動する（ステップＳ１４）。これにより光源３８の輝線スペクトルが作成され（ステップＳ１５）、主分光器の回折格子３４の角度位置（厳密には、制御部４０から第２駆動部４２への制御信号Ｓｃ２）と波長との関係が校正される（ステップＳ１６）。全ての校正波長についてこのような波長校正が終了したとき（ステップＳ１７）、校正作業を終了する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のダブルモノクロ形分光装置の光学要素配置図。
【図２】本発明の一実施例であるダブルモノクロ形分光装置の光学系図（ａ）及び光学要素配置図（ｂ）。
【図３】本実施例のダブルモノクロ形分光装置の波長走査機構による、前置分光器及び主分光器の校正の手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…波長走査機構
１１…前置分光器
１２…主分光器
１３…入口スリット
１４…中間スリット
１５…出口スリット
１６…主鏡
３０…波長走査機構
３２…前置回折格子
３４…主回折格子
３５…入口スリット
３６…中間スリット
３７…出口スリット
３８…光源
４０…制御部
４１…第１駆動部
４２…第２駆動部
４３…光度計
Ｓｃ１…第１制御信号
Ｓｃ２…第２制御信号
Ｓｄ…光強度信号
【図１】
2005024403.tif 000003
【図２】
2005024403.tif 000004
【図３】
2005024403.tif 000005