(57)【要約】      （修正有）【課題】分光分析部に導かれる光の光量を増加させることにより測定精度が向上した、分光分析装置を提供する。【解決手段】分光分析装置１００は、レーザ照射部１１０と、受光部１２０と、分光分析部１３０と、導光部１４０と、集光部１５０とを備えている。レーザ照射部１１０は、試料にレーザＬ１を照射することにより、試料をプラズマ化する。受光部１２０は、プラズマ化された試料が発する光を受光する。分光分析部１３０は、光を各波長成分に分け、波長成分毎の発光強度を取得する。導光部１４０は、受光部１２０と分光分析部１３０とを互いに接続し、受光部１２０が受光した光を分光分析部１３０に導く。集光部１５０は、受光部１２０に着脱可能に取り付けられ、光を集光して受光部１２０に入射させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料にレーザを照射することにより、前記試料をプラズマ化するレーザ照射部と、
プラズマ化された前記試料が発する光を受光する受光部と、
前記光を各波長成分に分け、前記波長成分毎の発光強度を取得する分光分析部と、
前記受光部と前記分光分析部とを互いに接続し、前記受光部が受光した前記光を前記分光分析部に導く導光部と、
前記受光部に着脱可能に取り付けられ、前記光を集光して前記受光部に入射させる集光部とを備える、分光分析装置。
【請求項２】
前記集光部は、前記光を前記集光部の内部に導入する第１レンズと、前記集光部の前記内部に導入された前記光を前記受光部に入射させる第２レンズとを有する、請求項１に記載の分光分析装置。
【請求項３】
前記集光部は、前記第１レンズを支持する第１ホルダと、該第１ホルダと前記受光部との間に配置され、前記第２レンズを支持する第２ホルダとをさらに有し、
前記第１ホルダは、前記第１レンズと前記第２レンズとの距離が一定に維持可能となるように前記第２ホルダに取り付けられている、請求項２に記載の分光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分光分析装置の構成を開示した先行文献として、特開２０１６−９５１３９号公報（特許文献１）がある。特許文献１に記載された含有物質計測装置は、レーザと、分光分析装置とを備えている。レーザは、試験体プレート表面に、レーザ光を照射して試料含有物質をアブレーションしてプラズマ化する。分光分析装置は、プラズマ化された物質からの発光を波長毎に分解して、発光スペクトルを取得する。試験体プレートの表面で発生したプラズマ発光は、光ファイバにより導光されて分光分析装置に取り込まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−９５１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プラズマ化された試料が発する光は、放射状に広がる。また、試料に照射されたレーザ光が正反射して、正反射光が発生する。分光分析装置の受光部は、レーザ光の正反射光を受光しない位置に配置され、放射状に広がった光のごく一部のみを受光する。このため、従来の分光分析装置においては、分光分析部に導入される光の光量が低く、測定精度が十分でない場合があった。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、分光分析部に導かれる光の光量を増加させることにより測定精度が向上した、分光分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に基づく分光分析装置は、レーザ照射部と、受光部と、分光分析部と、導光部と、集光部とを備えている。レーザ照射部は、試料にレーザを照射することにより、試料をプラズマ化する。受光部は、プラズマ化された試料が発する光を受光する。分光分析部は、光を各波長成分に分け、波長成分毎の発光強度を取得する。導光部は、受光部と分光分析部とを互いに接続し、受光部が受光した光を分光分析部に導く。集光部は、受光部に着脱可能に取り付けられ、光を集光して受光部に入射させる。
【０００７】
本発明の一形態においては、集光部は、光を集光部の内部に導入する第１レンズと、集光部の内部に導入された光を受光部に入射させる第２レンズとを有している。
【０００８】
本発明の一形態においては、集光部は、第１レンズを支持する第１ホルダと、第１ホルダと受光部との間に配置され、第２レンズを支持する第２ホルダとをさらに有している。第１ホルダは、第１レンズと第２レンズとの距離が一定に維持可能となるように第２ホルダに取り付けられている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、分光分析部に導かれる光の光量を増加させることにより、分光分析装置の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る分光分析装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る分光分析装置における試料の発光の様子を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る分光分析装置における集光部の分解図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る分光分析装置における集光部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る分光分析装置について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る分光分析装置の構成を示す概略図である。図２は、本発明の一実施形態に係る分光分析装置における試料の発光の様子を示す概略図である。図３は、本発明の一実施形態に係る分光分析装置における集光部の分解図である。図４は、本発明の一実施形態に係る分光分析装置における集光部の断面図である。
【００１３】
図１および図２に示すように、本発明の一実施形態に係る分光分析装置１００は、レーザ照射部１１０と、受光部１２０と、分光分析部１３０と、導光部１４０と、集光部１５０とを備えている。
【００１４】
本実施形態に係る分光分析装置１００は、チャンバ１６０をさらに備えている。チャンバ１６０の内部においては、Ｈｅガスなどの不活性ガスが充填されるとともに、プレート１６１がテーブル１６２に支持されている。テーブル１６２は、図示しない駆動機構により、並進移動および回転移動の少なくとも一方が可能となるように構成されている。
【００１５】
図２に示すように、プレート１６１上には、試料１０が配置されている。なお、試料１０が物体に付着している場合には、プレート１６１に代えて、試料１０が付着した当該物体をテーブル１６２上に配置してもよい。試料１０は、たとえば、液体を蒸発乾固させて得られたものである。
【００１６】
図１および図２に示すように、レーザ照射部１１０は、試料１０にレーザＬ１を照射することにより、試料１０をアブレーションしてプラズマ化する。本実施形態において、レーザ照射部１１０はチャンバ１６０の外側に配置されている。レーザＬ１は、チャンバ１６０に設けられた入射窓１６３を透過して、チャンバ１６０の内部の試料１０に照射される。
【００１７】
本実施形態において、レーザＬ１はプレート１６１の上面に対して斜め方向から、試料１０に照射されている。図２に示すように、レーザＬ１が試料１０で正反射することにより、正反射光Ｌ２が発生している。なお、レーザＬ１はプレート１６１の上面に対して垂直方向から試料１０に照射されていてもよい。
【００１８】
レーザ照射部１１０から照射されるレーザＬ１は、パルスレーザであり、たとえば、炭酸ガスパルスレーザである。炭酸ガスパルスレーザとしては、波長が１０．６μｍ程度、パルス幅が数十ｎｓ〜数百ｎｓのものが使用される。
【００１９】
受光部１２０は、プラズマ化された試料が発する光Ｌｐを受光する。図２に示すように、光Ｌｐは試料１０から放射状に広がっている。
【００２０】
本実施形態において、受光部１２０は、チャンバ１６０の内部で試料１０の上方の位置に配置されている。なお、受光部１２０が配置される位置は、レーザＬ１の正反射光Ｌ２を受光しない位置、かつ、光Ｌｐを受光可能な位置であれば特に限定されない。受光部１２０は、プレート１６１の上面に対して斜め上方の位置に配置されていてもよい。
【００２１】
図３に示すように、受光部１２０は、受光先端部１２１と受光側接続部１２２とを含んでいる。図４に示すように、受光部１２０は、受光先端部１２１にて光Ｌｐを受光する。受光側接続部１２２は、後述する集光側接続部１５５が有する雄ねじ部１５５ａと螺合する、図示しない雌ねじ部を有している。
【００２２】
図１に示すように、導光部１４０は、チャンバ１６０の内部に配置された受光部１２０と、チャンバ１６０の外側に配置された分光分析部１３０とを互いに接続している。導光部１４０は、受光部１２０が受光した光Ｌｐを分光分析部１３０に導く。
【００２３】
本実施形態において、導光部１４０は光ファイバケーブルを含む。光Ｌｐは光ファイバケーブルを通って、分光分析部１３０に導かれる。なお、本実施形態において、受光部１２０の受光先端部１２１は、上記光ファイバケーブルの先端部である。
【００２４】
分光分析部１３０は、光Ｌｐを各波長成分に分け、波長成分毎の発光強度を取得する。各波長成分が、試料１０に含まれる元素の種類に対応し、各波長成分の強度が、試料１０に含まれる各元素の濃度に対応する。
【００２５】
分光分析部１３０は、たとえば、マルチチャンネル分光器である。図１に示すように、本実施形態において、分光分析部１３０は、回折格子１３０ａと撮像素子部１３０ｂとを含んでいる。分光分析部１３０は、回折格子１３０ａによって光Ｌｐを各波長成分に分解する。各波長成分に分解された光Ｌｐは、撮像素子部１３０ｂによって電気信号に変換される。本実施形態において、分光分析部１３０はチャンバ１６０の外側に配置される。
【００２６】
本実施形態に係る分光分析装置１００は、制御部１７０をさらに備えている。制御部１７０は、レーザ照射部１１０および分光分析部１３０の各々に電気的に接続され、レーザ照射部１１０および分光分析部１３０の各々を制御する。
【００２７】
制御部１７０は、情報処理装置２０と接続されている。情報処理装置２０から入力された信号に基づいて制御部１７０が、分光分析装置１００の各構成を制御する。また、情報処理装置２０においては、分光分析部１３０において取得した波長成分毎の発光強度から、試料中に含まれる元素の濃度を算出する。この算出結果が、情報処理装置２０に接続された表示装置に表示される。
【００２８】
図３および図４に示すように、本実施形態における集光部１５０は、第１レンズ１５１と、第２レンズ１５２と、第１ホルダ１５３と、第２ホルダ１５４とを有している。また、本実施形態における集光部１５０は、集光側接続部１５５をさらに有している。
【００２９】
集光側接続部１５５は、雄ねじ部１５５ａを有している。集光側接続部１５５の雄ねじ部１５５ａと受光側接続部１２２の雌ねじ部とが螺合することにより、集光部１５０が受光部１２０に接続される。このように、集光部１５０は、受光部１２０に着脱可能に取り付けられる。
【００３０】
図４に示すように、第１ホルダ１５３は、略円筒状の外形を有している。図３に示すように、第１ホルダ１５３の円筒状形状の外周側に、雄ねじ部１５３ａが形成されている。第１ホルダ１５３は、第１レンズ１５１を支持している。
【００３１】
本実施形態において、第１レンズ１５１は、平面と凸面とから構成される平凸レンズである。第１レンズ１５１は、第１レンズ１５１の凸面が受光部１２０に対向するように配置されている。第１レンズ１５１は、第１レンズ１５１の中心軸が第１ホルダ１５３の中心軸と同軸となるように、配置されている。第１レンズ１５１の焦点Ｆは、集光部１５０の外側に位置している。
【００３２】
第２ホルダ１５４は、略円筒状の外形を有している。第２ホルダ１５４は、第１ホルダ１５３と受光部１２０との間に配置されている。第２ホルダ１５４は、第１ホルダ１５３側とは反対側の底面において、集光側接続部１５５と接続されている。第２ホルダ１５４は、第２レンズ１５２を支持している。図４に示すように、第２ホルダ１５４の内周側において、第２レンズ１５２より第１ホルダ１５３側の部分には、雌ねじ部１５４ａが形成されている。
【００３３】
本実施形態において、第２レンズ１５２は、平面と凸面とから構成される平凸レンズである。第２レンズ１５２は、第２レンズ１５２の平面が受光部１２０に対向し、かつ、第２レンズ１５２の凸面が第１レンズ１５１と対向するように、配置されている。第２レンズ１５２は、第２レンズ１５２の中心軸が第２ホルダ１５４の中心軸と同軸となるように、配置されている。第２レンズ１５２は、第２レンズ１５２の焦点が受光先端部１２１の先端面に位置するように配置されている。
【００３４】
第１ホルダ１５３の雄ねじ部１５３ａと第２ホルダ１５４の雌ねじ部１５４ａとが螺合することにより、第１ホルダ１５３と第２ホルダ１５４とが互いに接続される。このように、第１ホルダ１５３は、第１レンズ１５１と第２レンズ１５２との距離が一定に維持可能となるように第２ホルダ１５４に取り付けられる。
【００３５】
第１レンズの焦点Ｆの近傍に試料１０が位置するように、正反射光Ｌ２の受光範囲外において集光部１５０を配置することで、第１レンズ１５１から光Ｌｐを集光部１５０の内部に導入することができる。集光部１５０の内部に導入された光Ｌｐは、第２レンズ１５２によって集光されて受光部１２０に入射する。このようにすることにより、分光分析部１３０に導かれる光Ｌｐの光量を増加させることができ、ひいては、分光分析装置１００の測定精度を向上することができる。
【００３６】
また、本実施形態においては、集光部１５０は、光Ｌｐを集光部１５０の内部に導入する第１レンズ１５１と、集光部１５０の内部に導入された光Ｌｐを受光部１２０に入射させる第２レンズとを有している。これにより、単純な光学系で光Ｌｐを集光し、集光部１５０の構成を簡易にしつつ、集光部１５０を小型化できる。
【００３７】
本実施形態においては、第１ホルダ１５３は、第１レンズ１５１と第２レンズ１５２との距離が一定に維持可能となるように第２ホルダ１５４に取り付けられている。これにより、第１ホルダ１５３を第２ホルダ１５４に繰り返し取り付けた際に、第１レンズ１５１と第２レンズとの距離を安定して維持するこができる。
【００３８】
なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  試料、２０  情報処理装置、１００  分光分析装置、１１０  レーザ照射部、１２０  受光部、１２１  受光先端部、１２２  受光側接続部、１３０  分光分析部、１３０ａ  回折格子、１３０ｂ  撮像素子部、１４０  導光部、１５０  集光部、１５１  第１レンズ、１５２  第２レンズ、１５３  第１ホルダ、１５３ａ，１５５ａ  雄ねじ部、１５４  第２ホルダ、１５４ａ  雌ねじ部、１５５  集光側接続部、１６０  チャンバ、１６１  プレート、１６２  テーブル、１６３  入射窓、１７０  制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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