平凡社 世界大百科事典

分光器

もともと光のスペクトルを目で観測するための道具につけられた名称であり,その後も狭い意味でこの解釈は通用している。代表的なものとして図1に示す直視分光器があり,また定性あるいは半定量発光分光分析を目的とした専用可搬型の装置もいくつか市販されてきた。しかし目を検出手段とする方法ではスペクトル領域が可視域に限られその用途は狭い。その後,目に代わる検出系として写真感光材が広く使われるとともに,各種の光電検出器が発達して光と称される広い波長域の各所で高感度の光検出が可能となった。したがって厳密には分光器ということばは死語に近くなっているが,今でも検出器や種々の付属系を含め光スペクトルを観測する装置をすべて分光器と呼んだり,分光測定装置の光学系のみを分光器と呼ぶのが慣例となっている。しかし分光器の元々の定義からすれば分光光学系を指す後者の定義づけが妥当なようである。ちなみに通称分光器といわれているものには次のものがある。

 (1)分光写真器spectrograph 分光光学系のスペクトル焦点面上に写真感光材(乾板,フィルムなど)をセットし,目的とする波長域のスペクトル写真を撮る装置。(2)モノクロメーターmonochromator 分光光学系のスペクトル焦点面位置にスリットを置き,目的とする波長の光パワー(スペクトル素分)を随時取り出せるようにした装置で,単色光器ともいう。スペクトル像とスリット間に波長方向に連続相対運動を与え,スペクトル素分を逐次取り出すこともできる。(3)ポリクロメーターpolychromator 上記2者を併合したものと考えてよく,分光写真器のスペクトル焦点面に複数個の出口スリットを設置し,目的スペクトル素分の複数個を同時に取り出しうるようにした装置。(4)分光計spectrometer 回転台にプリズムや回折格子などの分散素子を置き,分散光を望遠鏡で観測することによって波長決定ができる装置(干渉分光法)。(8)非分散型分光器non-dispersive spectrometer 色ガラスフィルター,干渉フィルター,ガスフィルターなどを用いたものや,フーリエ分光装置など分散素子を用いない分光器の総称である。

分光器のマウンティング

前述したように分光器を各種分光装置の分光光学系と定義したとき,主として分散型分光光学系がその対象となる。この場合プリズムや回折格子などの分散素子を,スリットやレンズ,鏡などの光学素子とどのように組み合わせて明るくかつ収差の少ない光学系を形成させるかが重要であり,マウンティングと呼ばれて多種多様の考案がなされている。それらは考案者の名によって分類されていて十指を超えるが,広く用いられているものをいくつか取り上げる。

 (1)リトロー型 図2に示すように1枚の凹面鏡(放物面鏡)をコリメーター鏡とカメラ鏡に用いている。プリズムの場合は往復両路に分散が与えられる。波長走査はプリズム後方の平面鏡(リトロー鏡),あるいは回折格子の回転によってなされる。分光写真器やモノクロメーターに採用される。(2)エバート型 図3のように大きな球面鏡1枚をコリメーター鏡とカメラ鏡に用いている。モノクロメーターや分光写真器に使われるが,とくに後者に対してはスリットと焦点面を上下に配置したファスティー=エバートFastie-Ebert型が優れている。(3)ツェルニー=ターナー型 図4のようにエバート型の1枚の球面鏡を2枚の球面鏡に置き換えたものである。コマ収差が少なく平面回折格子を用いたモノクロメーターには広く採用されている。(4)パッシェン=ルンゲ型 凹面回折格子の場合,図5のように格子凹面の曲率中心を含み刻線に垂直な平面を考えたとき,曲率半径を直径とした格子面に接する円上の1点から出た入射光は回折後同じ円上に焦点を結ぶことがわかっており,この円をローランド円Rowland circleという。凹面格子分光器のマウンティングの多くはローランド円の性質が基本となっている。格子を固定したままで,ローランド円上に入口スリットを置き,回折光を同じくローランド円に沿って置いた写真感光材で受けるか,円上の各所に配置した出口スリットで取り出す方式がパッシェン=ルンゲ型である。分光写真器やポリクロメーターとしてよく採用される。(5)瀬谷=波岡型 凹面格子を用いたモノクロメーターには種々のものがあるが,波長走査を考えたとき入口出口スリット位置を固定し格子を回転するだけのものがもっとも簡単である。図6のようにある条件を満たす位置にスリットと格子を配置して格子を回転させると,ローランド円はスリット位置からはずれるが結像条件はある波長域で十分に満たされるということを利用したものである。紫外域のモノクロメーター用として広く普及している。

その他の分光器

光のスペクトルを取得するための装置が分光器であるが,X線スペクトルやマイクロ波スペクトルなど光と呼ばれる領域以外のスペクトルを対象としたものでも分光器と呼ばれることが多い。とくにX線分光器の中でも分散型は構成素子こそ異なれ図7に示すように光の分光器とほぼ類似の構造をもつ。しかし,電子やイオンのスペクトロスコピーにおけるエネルギー分析の道具を電子分光器やイオン分光器と呼ぶには問題があり,分光器と訳すよりスペクトロメーターということばを用いるほうが好ましい。

南 茂夫
図1~図7
図1~図7