光チョッパ及びそれを備えた分光装置
【課題】 遠紫外域や真空紫外域のような短波長帯においても高次光や迷光等を抑制し、電気的なノイズに対しても大きなS/N比を得ることができる光チョッパ及びそれを備えた分光装置を提供する。
【解決手段】 光チョッパに、広波長帯域の光を高透過率で透過させる第１領域と、測定目的波長以外の光を低透過率で透過させる第２領域を設ける。検出器に入射する光束をそれらに交互に通過させることにより、振幅変調によって電気的ノイズの除去が、透過帯域特性により迷光の影響の除去を行うことができる。
【解決手段】 光チョッパに、広波長帯域の光を高透過率で透過させる第１領域と、測定目的波長以外の光を低透過率で透過させる第２領域を設ける。検出器に入射する光束をそれらに交互に通過させることにより、振幅変調によって電気的ノイズの除去が、透過帯域特性により迷光の影響の除去を行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外光、特に遠紫外光や真空紫外光による分光測定に用いることに好適な光チョッパ及びそれを備えた分光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分光装置において、波長分散素子によって分光された光束を所定の周波数で振幅変調し、それを光検出器で検出することにより得られる信号を位相同期検波して信号−雑音比（S/N比）を向上することは、従来よく行われている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、回折格子を用いた分光器の場合に必然的に発生する高次光を抑制する次数分離フィルタや、光源から又は分光器内部で発生する迷光をカットする迷光カットフィルタも従来より広く用いられている。
【特許文献１】特開平7−43294号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の光チョッパによるS/N比向上は、検出器やその周辺の回路等に侵入する主に電気的なノイズに対しては十分な効果を有するが、光束の中に入り込んだ迷光等に対しては、効果を持たない。また、高次光フィルタや迷光カットフィルタに関しては、300nm程度までの可視光や近紫外光帯域においては十分な特性を有するものを入手することができるが、200nm程度の短波長帯では適切な特性を持つ迷光カットフィルタは存在せず、また、そのような紫外光照射に対して安定した特性を持つ多層膜フィルタも存在しない。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、遠紫外域や真空紫外域のような短波長帯においても高次光や迷光等を抑制し、電気的なノイズに対しても大きなS/N比を得ることができる光チョッパ及びそれを備えた分光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために成された本発明は、光束を所定の周波数で振幅変調し、それを検出器で検出することにより得られた信号を位相同期検波することに用いる光チョッパにおいて、
広波長帯域の光を透過させる第１領域と、測定目的波長以外の光を透過させる第２領域とを有することを特徴とする。
【０００７】
第１部材は、特に限定されるものではないが、本発明の効果を最大限に利用するためには、遠紫外光あるいは真空紫外光帯まで十分な透過率を有するものが望ましい。このような特性を有する材料としては、合成石英、石英ガラスなどの金属酸化物、あるいはフッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウム、フッ化リチウムなどの金属フッ化物単結晶を挙げることができる。
【０００８】
第２部材は、測定目的波長の光を透過させないものであれば特に限定されない。第１部材と同一の材料をベースに、所定の原子やイオンをドーピングしたものとすれば、測定目的波長の光を透過させず、それ以外の光については第１部材と同様に広波長帯域で、透過させることができるものとすることができる。前記所定の原子やイオンは、測定目的波長に応じて選択するが、例えば、ナトリウムなどの金属イオンを用いることができ、これらのドーピング量を適切に調整することにより、様々な光透過特性を有する部材を製作することができる。
【０００９】
振幅変調を行うため、第１部材と第２部材の透過光強度に差を設ける必要があるが、第１部材は測定光を透過させることから第２部材よりも全体として透過光の強度が強いため、特に両者の透過率に差を設ける必要はない。
【００１０】
しかし、透過波長特性に加え、第１部材と第２部材の透過率にも差を設けてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る光チョッパを分光装置に用いることにより、遠紫外域や真空紫外域のような短波長帯においても高次光や迷光等を抑制し、電気的なノイズも排除して、大きなS/N比を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る光チョッパの一つの例を図１に示す。本例の光チョッパ１０は、回転円盤を２つの領域に区分し、それらの領域に第１部材１１と第２部材１２を配設して成る。第１部材１１は合成石英板から成り、第２部材１２は同じ板厚の合成石英板にアルミニウムをドーピングした材料から成る。
【００１３】
この光チョッパを用いた分光測定装置の概略構成を図２に示す。測光部において、光源２０からの光は分光器２１において分光され、所定の波長の単色光２２のみが分光器２１から出力される。単色光２２は試料セル２３中の試料を透過し、その試料による吸収を受けた後、光チョッパ１０を通過して検出器２４により検出される。
【００１４】
これら測光部の動作は制御部２５により制御される。制御部２５は、分光器２１に対して波長走査信号を送ることにより、出力される単色光２２の波長を逐次変化させる一方、それに応じて検出器２４から出力される試料透過光の検出信号に対して信号処理部２６にて所定の処理を行い、試料の吸光スペクトルを作成する。制御部２５は通常、更に、こうして求められた吸収スペクトルに基いて試料を同定する処理まで行う。
【００１５】
このような一連の処理の中で、信号処理部２６において処理される信号には様々なノイズが混入する。そのようなノイズの中で大きなものは、測光部の各部において生成し、検出器２４に入力する迷光によるものと、検出器２４で生成される電気信号に混入する電気的ノイズである。本発明に係る光チョッパ１０を用いることにより、これらの双方を共に効果的に抑制することができる。まず、電気的ノイズに関しては、その大きなものは商用電源からの有線的無線的ノイズである。そこで、光チョッパ１０を商用電源の周波数とは異なる周波数（一般的には、関東地方50Hz、関西地方60Hzの双方に対して素である270Hzが選ばれる）で回転させ、測定光の振幅変調を行って検出器２４で検出する一方、検出された測定光の強度信号を光チョッパの回転指示信号で位相同期検波する。これにより、商用電源及びその他の要因による電気的ノイズを効果的に減殺することができる。
【００１６】
迷光成分の除去について、測定波長を200nm近辺とした場合の例について述べる。分光器２１から波長200nmの単色光が出射された場合、光チョッパ１０の第１部材１１を透過した光のスペクトルは図３(a)のようになる。一方、第２部材として、230nmから透過が始まり、250nmで透過率が約50%、270nm以降は透過率が90%であるシャープカットフィルタを用いると、第２部材１２を通過した光のスペクトルは図３(b)のようになる。なお、200nm以下の波長については、光源、検出器、途中の光学系の各要素に適切なものを選択することにより、十分にカットすることができる。
【００１７】
上記のように分光器２１の設定出力波長を200nmとしても、分光器の出射スリットからは連続的な波長で迷光成分も出射する。しかし、このような迷光は第１部材１１及び第２部材１２を共に透過するため、検出器２４で検出された信号において、両部材１１，１２の透過率を勘案して差し引くことにより、その影響を取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例である光チョッパの平面図。
【図２】実施例の光チョッパを用いた分光測定装置の概略構成図。
【図３】測定波長を200nmとしたときの、実施例の光チョッパの第１部材を透過した光のスペクトル(a)、及び第２部材を透過した光のスペクトル(b)。
【符号の説明】
【００１９】
１０…光チョッパ
１１…第１部材
１２…第２部材
２２…測定単色光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外光、特に遠紫外光や真空紫外光による分光測定に用いることに好適な光チョッパ及びそれを備えた分光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分光装置において、波長分散素子によって分光された光束を所定の周波数で振幅変調し、それを光検出器で検出することにより得られる信号を位相同期検波して信号−雑音比（S/N比）を向上することは、従来よく行われている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、回折格子を用いた分光器の場合に必然的に発生する高次光を抑制する次数分離フィルタや、光源から又は分光器内部で発生する迷光をカットする迷光カットフィルタも従来より広く用いられている。
【特許文献１】特開平7−43294号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の光チョッパによるS/N比向上は、検出器やその周辺の回路等に侵入する主に電気的なノイズに対しては十分な効果を有するが、光束の中に入り込んだ迷光等に対しては、効果を持たない。また、高次光フィルタや迷光カットフィルタに関しては、300nm程度までの可視光や近紫外光帯域においては十分な特性を有するものを入手することができるが、200nm程度の短波長帯では適切な特性を持つ迷光カットフィルタは存在せず、また、そのような紫外光照射に対して安定した特性を持つ多層膜フィルタも存在しない。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、遠紫外域や真空紫外域のような短波長帯においても高次光や迷光等を抑制し、電気的なノイズに対しても大きなS/N比を得ることができる光チョッパ及びそれを備えた分光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために成された本発明は、光束を所定の周波数で振幅変調し、それを検出器で検出することにより得られた信号を位相同期検波することに用いる光チョッパにおいて、
広波長帯域の光を透過させる第１領域と、測定目的波長以外の光を透過させる第２領域とを有することを特徴とする。
【０００７】
第１部材は、特に限定されるものではないが、本発明の効果を最大限に利用するためには、遠紫外光あるいは真空紫外光帯まで十分な透過率を有するものが望ましい。このような特性を有する材料としては、合成石英、石英ガラスなどの金属酸化物、あるいはフッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウム、フッ化リチウムなどの金属フッ化物単結晶を挙げることができる。
【０００８】
第２部材は、測定目的波長の光を透過させないものであれば特に限定されない。第１部材と同一の材料をベースに、所定の原子やイオンをドーピングしたものとすれば、測定目的波長の光を透過させず、それ以外の光については第１部材と同様に広波長帯域で、透過させることができるものとすることができる。前記所定の原子やイオンは、測定目的波長に応じて選択するが、例えば、ナトリウムなどの金属イオンを用いることができ、これらのドーピング量を適切に調整することにより、様々な光透過特性を有する部材を製作することができる。
【０００９】
振幅変調を行うため、第１部材と第２部材の透過光強度に差を設ける必要があるが、第１部材は測定光を透過させることから第２部材よりも全体として透過光の強度が強いため、特に両者の透過率に差を設ける必要はない。
【００１０】
しかし、透過波長特性に加え、第１部材と第２部材の透過率にも差を設けてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る光チョッパを分光装置に用いることにより、遠紫外域や真空紫外域のような短波長帯においても高次光や迷光等を抑制し、電気的なノイズも排除して、大きなS/N比を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る光チョッパの一つの例を図１に示す。本例の光チョッパ１０は、回転円盤を２つの領域に区分し、それらの領域に第１部材１１と第２部材１２を配設して成る。第１部材１１は合成石英板から成り、第２部材１２は同じ板厚の合成石英板にアルミニウムをドーピングした材料から成る。
【００１３】
この光チョッパを用いた分光測定装置の概略構成を図２に示す。測光部において、光源２０からの光は分光器２１において分光され、所定の波長の単色光２２のみが分光器２１から出力される。単色光２２は試料セル２３中の試料を透過し、その試料による吸収を受けた後、光チョッパ１０を通過して検出器２４により検出される。
【００１４】
これら測光部の動作は制御部２５により制御される。制御部２５は、分光器２１に対して波長走査信号を送ることにより、出力される単色光２２の波長を逐次変化させる一方、それに応じて検出器２４から出力される試料透過光の検出信号に対して信号処理部２６にて所定の処理を行い、試料の吸光スペクトルを作成する。制御部２５は通常、更に、こうして求められた吸収スペクトルに基いて試料を同定する処理まで行う。
【００１５】
このような一連の処理の中で、信号処理部２６において処理される信号には様々なノイズが混入する。そのようなノイズの中で大きなものは、測光部の各部において生成し、検出器２４に入力する迷光によるものと、検出器２４で生成される電気信号に混入する電気的ノイズである。本発明に係る光チョッパ１０を用いることにより、これらの双方を共に効果的に抑制することができる。まず、電気的ノイズに関しては、その大きなものは商用電源からの有線的無線的ノイズである。そこで、光チョッパ１０を商用電源の周波数とは異なる周波数（一般的には、関東地方50Hz、関西地方60Hzの双方に対して素である270Hzが選ばれる）で回転させ、測定光の振幅変調を行って検出器２４で検出する一方、検出された測定光の強度信号を光チョッパの回転指示信号で位相同期検波する。これにより、商用電源及びその他の要因による電気的ノイズを効果的に減殺することができる。
【００１６】
迷光成分の除去について、測定波長を200nm近辺とした場合の例について述べる。分光器２１から波長200nmの単色光が出射された場合、光チョッパ１０の第１部材１１を透過した光のスペクトルは図３(a)のようになる。一方、第２部材として、230nmから透過が始まり、250nmで透過率が約50%、270nm以降は透過率が90%であるシャープカットフィルタを用いると、第２部材１２を通過した光のスペクトルは図３(b)のようになる。なお、200nm以下の波長については、光源、検出器、途中の光学系の各要素に適切なものを選択することにより、十分にカットすることができる。
【００１７】
上記のように分光器２１の設定出力波長を200nmとしても、分光器の出射スリットからは連続的な波長で迷光成分も出射する。しかし、このような迷光は第１部材１１及び第２部材１２を共に透過するため、検出器２４で検出された信号において、両部材１１，１２の透過率を勘案して差し引くことにより、その影響を取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例である光チョッパの平面図。
【図２】実施例の光チョッパを用いた分光測定装置の概略構成図。
【図３】測定波長を200nmとしたときの、実施例の光チョッパの第１部材を透過した光のスペクトル(a)、及び第２部材を透過した光のスペクトル(b)。
【符号の説明】
【００１９】
１０…光チョッパ
１１…第１部材
１２…第２部材
２２…測定単色光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束を所定の周波数で振幅変調し、それを検出器で検出することにより得られた信号を位相同期検波することに用いる光チョッパにおいて、
広波長帯域の光を透過させる第１領域と、測定目的波長以外の光を透過させる第２領域とを有することを特徴とする光チョッパ。
【請求項２】
光束を所定の周波数で振幅変調し、それを検出器で検出することにより得られた信号を位相同期検波することに用いる光チョッパにおいて、
広波長帯域の光を高透過率で透過させる第１領域と、測定目的波長以外の光を低透過率で透過させる第２領域とを有することを特徴とする光チョッパ。
【請求項１】
光束を所定の周波数で振幅変調し、それを検出器で検出することにより得られた信号を位相同期検波することに用いる光チョッパにおいて、
広波長帯域の光を透過させる第１領域と、測定目的波長以外の光を透過させる第２領域とを有することを特徴とする光チョッパ。
【請求項２】
光束を所定の周波数で振幅変調し、それを検出器で検出することにより得られた信号を位相同期検波することに用いる光チョッパにおいて、
広波長帯域の光を高透過率で透過させる第１領域と、測定目的波長以外の光を低透過率で透過させる第２領域とを有することを特徴とする光チョッパ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２９２４２２（Ｐ２００６−２９２４２２Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０９９１１（Ｐ２００５−１０９９１１）
【出願日】平成１７年４月６日（２００５．４．６）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月６日（２００５．４．６）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]