(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長を有する単色光を取り出すモノクロメータを具備する分光光度計において、前記モノクロメータは、
a)第１回転軸を所定角度範囲で回転駆動するモータと、
b)前記第１回転軸と平行に延伸し、該第１回転軸からの回転駆動力により回動される第２回転軸と、
c)前記第１及び第２回転軸を回転自在に支承する基体と、
d)前記第２回転軸と一体に回動し、且つ該第２回転軸を中心とし前記第１回転軸を通る円周上にそれぞれの中心が位置するように設けられた２個の波長分散素子と、
e)前記第２回転軸と一体に回動し、所定の回転位置で前記基体に当接する回転規制部と、
を備え、前記回転規制部が前記基体に当接しない角度範囲にあっては、前記第２回転軸の周りに前記２個の波長分散素子を回動させることにより該波長分散素子の切替え動作を行い、
前記回転規制部が前記基体に当接する角度範囲にあっては、該回転規制部による押圧によって前記２個の波長分散素子を前記基体と一体に前記第１回転軸の周りに回動させ、その中心が第１回転軸の回転中心近傍に位置している波長分散素子における波長の設定を行うようにしたことを特徴とする分光光度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定波長を有する単色光を取り出すためにモノクロメータを備えた分光光度計に関し、更に詳しくは、取り出すべき単色光の波長範囲に応じて複数の波長分散素子を切り替えるモノクロメータを備えた分光光度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紫外可視光分光光度計や原子吸光分光光度計などの分光光度計では、所定波長の単色光を得るためにモノクロメータが用いられる。一般的にモノクロメータは、回折格子やプリズムなどの波長分散素子と、入射光に対して該波長分散素子の角度を変えるための回転駆動機構とを含んで構成されており、該回転駆動機構によって波長分散素子を所定の位置まで回転させ、そのときの分散光のうち、出口スリットを通過した単色光を取り出すようにしている。波長分散素子としては、近年、回折格子が広く使用されているので、以下、これを用いた場合について述べるが、プリズム等、他の波長分散素子でも同様の構成とすることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、例えば近赤外領域から紫外領域までの幅広い波長範囲の分光測定を行う場合、１種類の回折格子ではその全波長範囲をカバーすることが難しい。そこで、従来のこの種の分光光度計では、それぞれ波長範囲の異なる複数の回折格子を切り替える（実際には回折格子の位置を交替させる）ための切替駆動機構と、各回折格子の波長範囲内で波長を走査するために回折格子を回転させる回転駆動機構とを備え、先ず、所望の波長に適合した回折格子を選択するように切替駆動機能により回折格子を所定位置にセットした後に、回転駆動機構によりその回折格子を回転させて所望波長の光を取り出すようにしている。なお、回転駆動機構としては、サインバー機構による直線運動から回転運動への変換によるもの、ステッピングモータと減速ギア機構とを組み合わせた開ループ制御によるもの、或いは、ＤＣサーボモータを用いた閉ループ制御によるもの、などが実用に供されている。
【０００４】
このように従来のこの種の分光光度計では、回折格子の切替駆動機構と回転駆動機構とを備えているため、コストが高くなるという欠点があった。更に、近年、２台のモノクロメータを光学的に直列接続したダブルモノクロメータ型の分光光度計も利用されているが、こうした分光光度計では、前段と後段のモノクロメータにそれぞれ切替駆動機構と回転駆動機構とを備える必要があるため、一層コストが高いものとなってしまう。
【０００５】
本発明は上記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、上述したような複数の波長分散素子を切り替えて幅広い波長範囲をカバーする分光光度計において、モノクロメータの機構を低コスト化することができる分光光度計を提供することにある。
【０００６】
【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、所定波長を有する単色光を取り出すモノクロメータを具備する分光光度計において、前記モノクロメータは、
a)第１回転軸を所定角度範囲で回転駆動するモータと、
b)前記第１回転軸と平行に延伸し、該第１回転軸からの回転駆動力により回動される第２回転軸と、
c)前記第１及び第２回転軸を回転自在に支承する基体と、
d)前記第２回転軸と一体に回動し、且つ該第２回転軸を中心とし前記第１回転軸を通る円周上にそれぞれの中心が位置するように設けられた２個の波長分散素子と、
e)前記第２回転軸と一体に回動し、所定の回転位置で前記基体に当接する回転規制部と、
を備え、前記回転規制部が前記基体に当接しない角度範囲にあっては、前記第２回転軸の周りに前記２個の波長分散素子を回動させることにより該波長分散素子の切替え動作を行い、
前記回転規制部が前記基体に当接する角度範囲にあっては、該回転規制部による押圧によって前記２個の波長分散素子を前記基体と一体に前記第１回転軸の周りに回動させ、その中心が第１回転軸の回転中心近傍に位置している波長分散素子における波長の設定を行うようにしたことを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る分光光度計では、２個の波長分散素子に対応して、第１回転軸の回動に伴う第２回転軸の回動範囲の両側の所定回転位置に、それぞれ回転規制部が設けられる。第１回転軸の回動範囲のうち、２個の回転規制部のいずれもが基体に当接しないような中央付近の所定の角度範囲においては、第１回転軸の回転に伴って第２回転軸が回転すると、２個の波長分散素子は第２回転軸と一体に回動し、第１回転軸の回転中心近傍に来る波長分散素子が交替する。すなわち、波長分散素子の切替えが達成できる。
【０００８】
そして、一方の回転規制部が基体に当接する角度位置を通過して、更に第１回転軸を回転させると、回転規制部が基体を押圧することによって両者は一体に第１回転軸の周りを回転するようになるから、そのときに第１回転軸の回転中心近傍に存在する波長分散素子から見れば、その中心の位置がほぼ固定したまま第１回転軸の周りに回動する。したがって、この波長分散素子に対する照射光の入射角度は変化するから、この波長分散素子から取り出すことができる単色光の波長は変化する。すなわち、波長設定又は波長走査が達成できる。
【０００９】
【発明の効果】
このように本発明に係る分光光度計では、１個のモータにより、複数の波長分散素子の切替え動作と、１個の波長分散素子の角度を変えることによる波長の設定・走査とを兼用して行うことができる。そのため、複数の波長分散素子を切り替え可能に有するモノクロメータのコストを削減することができ、特に、モノクロメータを複数備えるダブルモノクロメータ型の分光光度計において、コストを大幅に削減し、安価な装置をユーザに提供することができる。
【００１０】
以下、本発明に係る分光光度計の一実施例について、図面を参照して説明する。図１０は本実施例による分光光度計の概略構成図である。
【００１１】
光源１から放射された光は各種の波長を含むが、モノクロメータ２においてこのうちの特定の波長を有する単色光のみが取り出されて試料３に照射される。試料３を通過又は試料３で反射した光は光検出器４により検出され、受光光の強度信号が信号処理部５へと送られる。信号処理部５では、試料３による吸光度や反射率などを計算し、試料３の定性分析や定量分析などを実行する。
【００１２】
ここで、モノクロメータ２は複数枚（具体的には２枚）の回折格子群２Ａと、取り出すべき波長に応じて複数枚の回折格子を切り替えるとともに、波長を設定する（又は波長を走査する）回折格子切替/回動部２Ｂとを含んで構成されている。本実施例による分光光度計は、このモノクロメータの構成にその特徴を有しているから、以下、この点について詳しく説明する。
【００１３】
図１、図２は本実施例による分光光度計におけるモノクロメータの機構系構成図であり、図１は正面図、図２は図１中のＡ−Ａ’矢視線断面図である。また、図３〜図８はモノクロメータの動作を説明するための状態図、図９は動作説明のための概念図である。
【００１４】
先ず、図１、図２により、このモノクロメータ２の構成を説明する。図示しない台座などに固定された支持体１１には、回転駆動源であるモータ１２が固定されている。モータ１２は例えばハーモニックギア付きパルスモータやギアードモータであって、モータの回転動力を減速させて外部へ出力するモータ軸１３を駆動することにより、比較的狭い回転角度範囲で高いトルクを確保している。このモータ１２のモータ軸１３には第１回転軸１４が直結されており、この第１回転軸１４に固定された第１ギア１５から、もう一方の第２回転軸１６に固定された第２ギア１７に回転駆動力が伝達される。
【００１５】
第１回転軸１４及び第２回転軸１６はそれぞれ、基体２０に設けられた第１軸受１８及び第２軸受１９により回転自在に支承されている。基体２０の下部と支持体１１との間には、ハの字状に２本のコイルばね２１、２２が架設されており、基体２０に対して外から力が加わらない状態では２本のコイルばね２１、２２の引張力の釣り合いによって、基体２０は図１に示すようにほぼ真っ直ぐに起立している。
【００１６】
第２回転軸１６の先端部にはベース２３が固定されており、第２回転軸１６が回転駆動されると、第２回転軸１６を回転中心としてベース２３が回転する。ベース２３上の所定位置には、第１、第２なる２枚の回折格子２５、２７がそれぞれホルダ２４、２６に装着された状態で取り付けられている。ホルダ２４、２６は各回折格子２５，２７の位置の微調整機能を兼ねている。また、ベース２３にはそれぞれ調整機構を有する第１、第２なる２個のストッパ２８、２９が後方側に突出して設けられている。第２回転軸１６の周りに第１回折格子２５が回転し、該回折格子２５の中心２５Ｃが第１回転軸１４の回転中心の位置に到達したとき（図１、図３に示した状態）に、第１ストッパ２８が基体２０の右側壁面に当接するように、第１ストッパ２８の位置を調整しておく。また、第２回転軸１６の周りに第２回折格子２７が回転し、該回折格子２５の中心２７Ｃが第１回転軸１４の回転中心の位置に到達したとき（図５に示した状態）に、第２ストッパ２９が基体２０の左側壁面に当接するように、第２ストッパ２９の位置を調整しておく。
【００１７】
なお、回折格子２５、２７に対する入射光は図１中の真下から到来し、第１回転軸１４の回転中心付近に位置する回折格子２５又は２７の格子面に当たって波長分散しつつ反射し、図示しない所定の位置に設けられたスリットを介して外部へと出てゆく。したがって、上記入射光に対する回折格子２５又は２７の格子面の角度を変えることにより、取り出される光の波長が変化する。
【００１８】
次に、上記構成を有するモノクロメータ２の動作を説明する。このモノクロメータ２の動作は、測定波長範囲に対応した２個の回折格子２５、２７の切替え動作と、各回折格子２５、２７の測定波長範囲内での波長走査動作と、の２段階に分けることができる。
【００１９】
（１）回折格子の切替え動作
いま、仮にベース２３及び基体２０の位置状態が図３に示す状態（図１と同じ）にあるとする。すなわち、このとき第１回転軸１４の中心、つまり入射光の照射中心位置には第１回折格子２５の中心２５Ｃが位置している。この状態から第２回折格子２７への切替え動作を行う場合、モータ軸１３、つまり第１回転軸１４を図３中で時計回り方向へ回転させる（ここでは、このときのモータ１２の回転方向を正転方向とする）。これにより、第１ギア１５は時計回り方向、第２ギア１７は反時計回り方向に回転し、図４に示すように、ベース２３は第２回転軸１６の回転中心の周りに反時計方向に回転する。したがって、第１回折格子２５が光照射中心から遠ざかる代わりに、第２回折格子２７が光照射中心に近づいて来る。そして、図５に示すように、第２回折格子２７の中心２７Ｃが第１回転軸１４の回転中心に到達したときに、ちょうど第２ストッパ２９が基体２０の左側壁面に当接する。これにより第１回折格子２５から第２回折格子２７への切替え動作が完了する。
【００２０】
なお、第１回転軸１４が回転する際に第１軸受１８との摩擦により基体２０を回動させる力が作用するが、この力は２本のコイルばね２１、２２による付勢力に比べて格段に小さいので、上記のようにベース２３が回動する間、基体２０はほぼ起立状態を維持する。
【００２１】
（２）回折格子の波長走査動作
上述したように、第２ストッパ２９が基体２０の左側壁面に当接した後に、更にモータ１２を正転方向に回転駆動すると、第２ストッパ２９によりベース２３と基体２０との相対位置関係は固定されているから、第２回転軸１６の回転駆動力は、ベース２３、第２ストッパ２９を介して基体２０へと伝達され、基体２０は支持体１１に対する位置が固定された第１回転軸１４の周りを、ベース２３と一体に時計回り方向に回転し始める。これにより、図６に示すように、第２回折格子２７はその中心２７Ｃが第１回転軸１４の回転中心近傍に維持されたまま、時計回り方向に回動する。したがって、第２回折格子２７が担う波長範囲内での波長走査が達成される。
【００２２】
なお、上記の如く基体２０が時計回り方向に回動するとき、コイルばね２２は基体２０を反時計回り方向に回動させるように付勢力を与える。これによって、基体２０は第２ストッパ２９に強く押し当てられて両者の一体の動きが確保されるとともに、ギア１５、１７のバックラッシュの影響がなくなる。これはまた同時に、ハーモニックドライブ又はギアードモータであるモータ１２内の減速ギアのバックラッシュを除去する働きも有している。
【００２３】
上述したような基体２０の回動は所定角度まで可能であり、その角度で停止するように制御される。その角度位置に達したあと、モータ１２を逆転方向に回転駆動することにより、ベース２３は第２回転軸１６を回転中心に反時計回り方向に回動し、コイルばね２２の付勢力によって基体２０もそれに追従して第１回転軸１４を回転中心に反時計回り方向に回動する。したがって、第２回折格子２７もその中心２７Ｃが第１回転軸１４の回転中心近傍に維持されたまま、反時計回り方向に回動する。図５に示す位置まで戻ると、第２ストッパ２９による基体２０の押圧は解除されるから、更にモータ１２を逆転方向へ回動すると、上述した切替え動作と逆の動作により第２回折格子２７から第１回折格子２５への切替えが行われる。
【００２４】
図７に示すように、第１ストッパ２８が基体２０の右側壁面に当接する位置に達し、第１回折格子２５の中心２５Ｃが第１回転軸１４の回転中心、つまり入射光の照射中心に来た後に、更にモータ１２を逆転方向に回転駆動すると、今度は上記説明と左右対称の動作によって、図８に示すように、ベース２３と基体２０とが一体に第１回転軸１４の周りに反時計回り方向に回動する。これにより、第１回折格子２５はその中心２５Ｃが第１回転軸１４の回転中心近傍に維持されたまま、反時計回り方向に回動する。したがって、第１回折格子２５が担う波長範囲内での波長走査が達成される。
【００２５】
モータ軸１３つまり第１回転軸１４の回転位置と動作との関係を示すと図９のようになる。すなわち、第１回転軸１４の回転角度範囲の中心を挟んだ所定の角度範囲θ１で２個の回折格子２５、２７の切替え動作が行われ、その外側の角度範囲θ２、θ３においてそれぞれ第１回折格子２５の波長走査動作、第２回折格子２７の波長走査動作が行われる。したがって、例えば、上記回転角度範囲の一方の端部Ｂから他の端部Ｂ’までモータ１２を連続的に回転駆動すると、先ず、第１回折格子２５の波長範囲内での波長走査が実行され、次いで第１回折格子２５から第２回折格子２７への切替えが実行され、その後、第２回折格子２５の波長範囲内での波長走査が実行される。もちろん、回転角度範囲の端部Ｂ’から端部Ｂまでモータ１２を連続的に回転駆動してもよい。
【００２６】
以上のように、本実施例の分光光度計によれば、１個のモータ１２の回転駆動によって、複数の回折格子２５、２７の切替え動作と１個の回折格子２５又は２７を回動させることによる波長走査（又は所定波長の設定）動作とを行うことができる。
【００２７】
なお、上記実施例は一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変形や修正を行なえることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施例による分光光度計におけるモノクロメータの機構系構成を示す正面図。
【図２】  本実施例による分光光度計におけるモノクロメータの機構系構成を示す、図１中のＡ−Ａ’矢視線断面図。
【図３】  本実施例による分光光度計におけるモノクロメータの動作を説明するための状態図。
【図４】  本実施例による分光光度計におけるモノクロメータの動作を説明するための状態図。
【図５】  本実施例による分光光度計におけるモノクロメータの動作を説明するための状態図。
【図６】  本実施例による分光光度計におけるモノクロメータの動作を説明するための状態図。
【図７】  本実施例による分光光度計におけるモノクロメータの動作を説明するための状態図。
【図８】  本実施例による分光光度計におけるモノクロメータの動作を説明するための状態図。
【図９】  本実施例による分光光度計におけるモノクロメータの動作説明のための概念図。
【図１０】  本実施例による分光光度計の概略構成図。
【符号の説明】
１１…支持体
１２…モータ
１３…モータ軸
１４…第１回転軸
１５…第１ギア
１６…第２回転軸
１７…第２ギア
１８…第１軸受
１９…第２軸受
２０…基体
２１、２２…コイルばね
２３…ベース
２４、２６…ホルダ
２５…第１回折格子
２７…第２回折格子
２８…第１ストッパ
２９…第２ストッパ
【図１】
0003702846.tif 000002
【図２】
0003702846.tif 000003
【図３】
0003702846.tif 000004
【図４】
0003702846.tif 000005
【図５】
0003702846.tif 000006
【図６】
0003702846.tif 000007
【図７】
0003702846.tif 000008
【図８】
0003702846.tif 000009
【図９】
0003702846.tif 000010
【図１０】
0003702846.tif 000011