(57)【要約】【課題】装置の小型化を図り、かつ、装置毎の測定値の変動を抑制する。【解決手段】光源２からの光を略平行光にする第１のレンズ７と、光源２からの光を、測定セル１０へ導く第１の開口部１４ａと、参照セル１１へ導く第２の開口部１４ｂとを有するマスク１４と、２つの開口部１４ａ，１４ｂを交互に遮蔽するためのシャッタ９と、測定セル１０および参照セル１１を透過した各々の光を集光する第２のレンズ８と、第２のレンズ８の焦点位置に配置されたスリット４と、スリット４を通過した各々の光が入射される１つのトロイド型凹面回折格子１２とを備え、該トロイド型凹面回折格子１２が、測定セル１０および参照セル１１を透過した各々の光を、そのブレーズ方向に交差する方向に配置された異なる領域に入射させて回折するとともに、その焦点位置に配置された光検出器１３の略同一領域に集光させる分光光度計１を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の光源からの光を、試料を配置する測定セルと参照試料を配置する参照セルとに交互に照射し、各セルの透過光を光検出器により検出して比較することにより試料を分析するダブルビーム型の分光光度計において、
前記光源からの光を略平行光にする第１のレンズと、
前記光源からの光を、前記測定セルへ導く第１の開口部と、前記参照セルへ導く第２の開口部とを有するマスクと、
前記２つの開口部を交互に遮蔽するためのシャッタと、
前記測定セルおよび参照セルを透過した各々の光を集光する第２のレンズと、
該第２のレンズの焦点位置に配置されたスリットと、
前記スリットを通過した各々の光が入射される１つのトロイド型凹面回折格子と、
を備え、
該トロイド型凹面回折格子が、前記測定セルおよび参照セルを透過した各々の光を、そのブレーズ方向に交差する方向に配置された異なる領域に入射させて回折するとともに、その焦点位置に配置された前記光検出器の略同一領域に集光させることを特徴とする分光光度計。
【請求項２】
前記マスクの２つの開口部が、前記トロイド型凹面回折格子のブレーズ方向に直交する方向に配列されている請求項１に記載の分光光度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光光度計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、１つの光源からの光を、測定試料を配置した測定セルと、参照試料を配置した参照セルとに交互に照射し、各セルを透過した光の強度を測定して比較することにより試料を分析する、いわゆるダブルビーム型の分光光度計が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５―２４１５５２号公報
【特許文献２】特開２００２―１５６２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の分光光度計は、２つのセルを透過した光の強度をそれぞれ検出するための受光器を２つ備えており、装置が大型化し、高コストであるとともに、２つの検出器の個体差によって、分析結果が変動し、高精度の分析を行うことができないという不都合がある。また、特許文献２の分光光度計は、２つのセルを透過した光を単一の検出器に入射させているため上記不都合はないが、複数のミラーによって光源から検出器に至る２つの光路を形成するものであるため、装置が大型化するとともに、複数のミラーによる光軸調整を行う必要があり、操作が煩雑となるという不都合がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、装置の小型化を図り、かつ、光軸調整を不要としつつ、高精度の分析を行うことができる分光光度計を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、単一の光源からの光を、試料を配置する測定セルと参照試料を配置する参照セルとに交互に照射し、各セルの透過光を光検出器により検出して比較することにより試料を分析するダブルビーム型の分光光度計において、前記光源からの光を、前記測定セルへ導く第１の開口部と、前記参照セルへ導く第２の開口部とを有するマスクと、前記２つの開口部を交互に遮蔽するためのシャッタと、前記測定セルおよび参照セルを透過した各々の光を集光する集光レンズと、該集光レンズの焦点位置に配置されたスリットと、該スリットを通過した各々の光が入射される１つのトロイド型凹面回折格子とを備え、該トロイド型凹面回折格子が、前記測定セルおよび参照セルを透過した各々の光を、そのブレーズ方向に交差する方向に配置された異なる領域に入射させ、その焦点位置に配置された前記光検出器の略同一領域に集光させる分光光度計を提供する。
【０００７】
本態様によれば、単一の光源から発せられた光のうち、マスクに設けられた第１の開口部を透過させられた光が測定セルに導かれ、第２の開口部を透過させられた光が参照セルに導かれる。そして、シャッタによって２つの開口部を交互に遮蔽することにより、光源からの光が試料を配置した測定セルと参照試料を配置した参照セルとに交互に照射される。
【０００８】
各セルを透過した光は集光レンズによって集光され、その焦点位置に配置されたスリットを通過させられた後にトロイド型凹面回折格子に入射される。
この場合において、各セルを透過しスリットを通過した光は、トロイド型凹面回折格子のブレーズ方向に交差する方向に配置された異なる領域に入射されるが、トロイド型凹面回折格子により回折され、かつ、集光されて、光検出器の略同一領域に入射される。
【０００９】
すなわち、同一の光源から発せられ、測定セルの試料を通過した光の測定用スペクトルと、参照セルの参照試料を通過した光の参照用スペクトルとを交互に光検出器の略同一領域において検出することができ、交互に得られる測定用スペクトルと参照用スペクトルとを比較することにより、精度よく試料を分光分析することができる。
【００１０】
そして、本態様によれば、トロイド型凹面回折格子により得られた２種類のスペクトルが光検出器の略同一領域に集光されるので、光検出器が１つで済み、装置を小型化することができる。また、測定用スペクトルと参照用スペクトルとが光検出器の略同一領域によって交互に検出されるので、光検出器の個体差による分析結果の変動を防止し、精度よく分光分析することができる。
【００１１】
また、本態様によれば、トロイド型凹面回折格子は、波長スペクトル分散機能の他に有するミラー機能によって、２つの部分光束を単一のトロイド型凹面回折格子によって、単一の光検出器の略同一領域へと導くことができ、他の一枚のミラーも必要としないシンプルな光学系、すなわち、最小限の光学コンポーネントと簡単な機構・構成の光学系に相俟って、超小型のダブルビーム測定が可能な分光光度計を提供することができる。
【００１２】
上記態様においては、前記マスクの２つの開口部が、前記トロイド型凹面回折格子のブレーズ方向に直交する方向に配列されていてもよい。
このようにすることで、各セルを透過して、スリットを通過した光は、トロイド型凹面回折格子のブレーズ方向に直交する方向にずれた異なる領域に入射し、回折および集光される。これにより、生成された測定用スペクトルおよび参照用スペクトルの対応する波長の光成分を、光検出器の同一位置において検出でき、簡易に比較することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、装置の小型化を図り、かつ、光軸調整を不要としつつ、高精度の分析を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る分光光度計の（ａ）平面図、（ｂ）マスクの正面図、（ｃ）シャッタの正面図である。
【図２】図１の分光光度計において、（ａ）第１の部分光束が選択された状態、（ｂ）第２の部分光束が選択された状態をそれぞれ示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態に係る分光光度計１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る分光光度計１は、図１および図２に示されるように、光源２と、該光源２から発せられた光から２つの部分光束を形成する光束形成部３と、該光束形成部３において形成された部分光束を通過させるスリット４と、該スリット４を通過した２つの部分光束を分光してスペクトルを検出するスペクトル検出部５と、信号処理部６とを備えている。
【００１６】
光源２は、例えば、白色光を発生するハロゲンランプである。
光束形成部３は、図２に示されるように、光源２から発せられた光を略平行光にするコリメートレンズ（第１のレンズ）７と、該コリメートレンズ７により略平行光に変換された光を集光する集光レンズ（第２のレンズ）８と、これらのレンズ７，８間のコリメートレンズ７の後段に配置されたシャッタ９およびマスク１４と、該シャッタ９およびマスク１４と集光レンズ８との間に試料を配置する測定セル１０および参照試料を配置する参照セル１１とを備えている。
【００１７】
マスク１４は、図２に示されるように、コリメートレンズ７によって略平行光に変換された光源２からの光束全体を遮る位置に固定配置されている。また、マスク１４は、コリメートレンズ７の光軸回りに１８０°回転した位置に配置され光源からの光の一部を透過させる２つの同一形状（例えば、円形）の開口部１４ａ，１４ｂを有している。
【００１８】
シャッタ９は、図１（ｃ）に示されるように、コリメートレンズ７の光軸を中心として回転させられる回転円板９ａと、該回転円板９ａを回転駆動するモータ９ｂとを備えている。
回転円板９ａには、１つの透孔９ｃが設けられており、コリメートレンズ７によって略平行光に変換された光束の一部が、透孔９ｃを通過させられるようになっている。これにより、シャッタ９の回転円板９ａが光軸回りに回転させられて、透孔９ｃとマスク１４のいずれかの開口部１４ａ，１４ｂとの位相が一致したときに、光源２からの光束の一部が部分光束として形成されるようになっている。すなわち、シャッタ９は、マスク１４の２つの開口部１４ａ，１４ｂを交互に遮蔽するようになっている。
【００１９】
測定セル１０は、例えば、光を透過可能な透明な材質からなる容器（図示略）内に、測定すべき試料を収容することができるようになっている。測定セル１０は、シャッタ９およびマスク１４により形成された第１の部分光束Ａの光路上に配置され、シャッタ９の透孔９ｃおよびマスク１４の一方の開口部１４ａを透過してきた光を、内部に収容している試料に照射させることができるようになっている。
【００２０】
参照セル１１も、例えば、光を透過可能な透明な材質からなる容器（図示略）内に、光学特性が既知である参照試料、例えば、純水を収容することができるようになっている。参照セル１１は、測定セル１０への経路とは異なる第２の部分光束Ｂの光路上に配置され、シャッタ９の透孔９ｃおよびマスク１４の他方の開口部１４ｂを透過してきた光を、内部に収容している参照試料に照射させることができるようになっている。
【００２１】
参照セル１１および測定セル１０は、後述する凹面回折格子１２のブレーズ方向に直交する方向（図１（ａ）において紙面に直交する方向）に配列されている。図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、凹面回折格子１２のブレーズ方向を矢印Ｃの方向とすると、該ブレーズ方向Ｃに直交する方向に配列されている。
【００２２】
スリット４は、集光レンズ８の焦点位置近傍に配置され、凹面回折格子１２のブレーズ方向Ｃに直交する方向に延びる細長い隙間を有し、集光レンズ８によって集光された光の一部を通過させるようになっている。スリット４は、測定されるスペクトルのスペクトル純度を決定するようになっている。
【００２３】
スペクトル検出部５は、該スリット４を通過した光を集光し、その波長に応じて特定の方向に回折させる凹面回折格子１２と、該凹面回折格子１２により分光された光のスペクトルを検出する光検出器１３とを備えている。
光検出器１３は、凹面回折格子１２のブレーズ方向に平行に複数の検出チャネルを配列してなるマルチチャネル検出器である。
【００２４】
本実施形態においては、凹面回折格子１２が、トロイド型凹面回折格子により構成され、そのブレーズ方向に直交する方向の各部において回折された光が、光検出器１３の同一の領域に集光されるように、その曲率が調節されている。すなわち、図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、測定セル１０および参照セル１１を通過した２つの部分光束Ａ，Ｂは、凹面回折格子１２に入射される領域Ｄ１，Ｄ２が、凹面回折格子１２のブレーズ方向Ｃに直交する方向に異なっているが、凹面回折格子１２のブレーズ方向Ｃに直交する方向の曲率の調節により、光検出器１３の同一の領域Ｅに集光されて入射されるようになっている。
【００２５】
信号処理部６は、モータ９ｂからの回転角度信号と、光検出器１３からのスペクトル信号とを取得し、回転角度信号に同期してスペクトル信号を保持し、演算するようになっている。
具体的には、シャッタ９の回転円板９ａの透孔９ｃがマスク１４の開口部１４ａと一致して、測定セル１０を通過する第１の部分光束Ａを形成することとなるタイミングにおいて光検出器１３により検出された測定スペクトルを保持し、シャッタ９の回転円板９ａの透孔９ｃがマスク１４の開口部１４ｂと一致して、参照セル１１を通過する第２の部分光束Ｂを形成することとなるタイミングにおいて光検出器１３により検出された参照スペクトルを保持する。そして、保持した測定スペクトルを参照スペクトルによって除算するようになっている。
【００２６】
このように構成された本実施形態に係る分光光度計１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る分光光度計１を用いて試料のスペクトル測定を行うには、測定セル１０に試料を収容し、参照セル１１に参照試料を収容し、シャッタ９を作動させる。
【００２７】
光源２から発せられた光は、コリメートレンズ７によって略平行光に変換され、シャッタ９を構成する回転円板９ａに照射されることにより、回転円板９ａに設けられた透孔９ｃの部分のみがシャッタを透過する。そして、回転円板９ａが回転することにより、透孔９ｃがマスク１４の２つの開口部１４ａ，１４ｂに一致した時点で、光束全体の中から部分光束Ａ，Ｂが形成される。
【００２８】
回転円板９ａの透孔９ｃが、マスク１４の一方の開口部１４ａに一致する第１の回転角度位置において測定セル１０を通過する第１の部分光束Ａが形成される。また、回転円板９ａの透孔９ｃが、マスク１４の他方の開口部１４ｂに一致する第２の回転角度位置において参照セル１１を通過する第２の部分光束Ｂが形成される。
【００２９】
第１の部分光束Ａは、図２（ａ）に示されるように、測定セル１０を通過し、集光レンズ８によって集光され、その焦点位置近傍に配置されたスリット４を通過したものが凹面回折格子１２に入射される。凹面回折格子１２は、入射された光をその波長に応じて定まる特定の方向に分光するとともに集光して光検出器１３に入射させる。これにより、光検出器１３の各検出チャネルには、試料を通過した光に含まれる異なる波長の光成分が入射するので、複数の検出チャネルを有する光検出器１３によって、試料を通過した光の測定スペクトルを検出することができる。
【００３０】
第２の部分光束Ｂは、図２（ｂ）に示されるように、参照セル１１を通過し、集光レンズ８によって集光され、その焦点位置近傍に配置されたスリット４を通過したものが凹面回折格子１２に入射される。凹面回折格子１２は、入射された光をその波長に応じて定まる特定の方向に分光するとともに集光して光検出器１３に入射させる。これにより、光検出器１３の各検出チャネルには、参照試料を通過した光に含まれる異なる波長の光成分が入射するので、複数の検出チャネルを有する光検出器１３によって、参照試料を通過した光の参照スペクトルを検出することができる。
【００３１】
これら２つの部分光束Ａ，Ｂは、光源２からの光束全体の中から、異なる経路を通過する光束として選択されることにより形成されているので、凹面回折格子１２への入射領域Ｄ１，Ｄ２が異なるが、凹面回折格子１２をトロイド型凹面回折格子とすることにより、光検出器１３の略同一領域Ｅに入射させることができる。その結果、光検出器１３として、測定スペクトルと参照スペクトルの検出用に別個に２つ用意する必要がなく、単一の光検出器１３を用意すれば足りるので、装置を小型化することができるという利点がある。また、同一の光検出器１３を使用するので、固体差による分析結果の変動を防止することができる。
【００３２】
さらに、本実施形態においては、測定スペクトルおよび参照スペクトルを同一の検出チャネルにおいて交互に検出するので、同一の光検出器１３内での検出チャネル間の個体差による測定値の変動も防止することができる。
その結果、測定スペクトルを参照スペクトルによって除算し、光源２の変動や周囲温度の変化の影響を受けることなく、高精度のスペクトルを得ることができ、試料を精密に分光分析することができるという利点がある。
【００３３】
また、本実施形態においては、単一の光源２から同一の光検出器１３に至る２つの異なる光路をマスク１４とトロイド型凹面回折格子１２とによって構成しているので、複数枚のミラーを用いずに済み、光軸調整が不要となって使いやすく、また、最小限の光学コンポーネントと簡単な機構・構成の光学系に相俟って、超小型のダブルビーム測定が可能な分光光度計を提供することができる。
【００３４】
なお、本実施形態においては、参照セル１１が、参照試料を収容する透明容器を有することとしたが、これに代えて、参照セル１１を何も配置されていない（空気のみの）空間とし、第２の部分光束Ｂをそのまま集光レンズ８によって集光してもよい。これにより、空気を参照試料とする参照スペクトルを得ることができる。
【００３５】
また、本実施形態においては、マスクの２つの開口部１４ａ，１４ｂを凹面回折格子１２のブレーズ方向に直交する方向に配列したが、これに代えて、ブレーズ方向に交差する（直交以外の）方向配列してもよい。このようにすると、凹面回折格子１２への入射領域がブレーズ方向にもずれることになり、対応する波長の光が同一チャネルで検出されないが、各光を検出されるチャネルが予め分かっていれば、ソフトウェアにより処理することができる。
【００３６】
また、本実施形態においては、測定セル１０および参照セル１１をマスク１４と集光レンズ８との間に配置したが、これに代えて、光源２からスリット４までの任意の位置に配置してもよい。
【００３７】
また、シャッタ９の後段にマスク１４を設けたが逆でもよい。また、シャッタ９およびマスク１４の位置は、コリメートレンズ７の後段に限定されるものではなく、光源２からスリット４までの任意の位置に配置されていてもよい。また、シャッタ９として回転円板９ａを有するものを例示したが、これに代えて、並進移動するシャッタを採用してもよい。
【００３８】
また、本実施形態においては、光源２として、白色光を射出するハロゲンランプを例示したが、これに限定されるものではなく、他の任意の光を射出する光源を採用してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１  分光光度計
２  光源
４  スリット
７  コリメートレンズ（第１のレンズ）
８  集光レンズ（第２のレンズ）
９  シャッタ
１０  測定セル
１１  参照セル
１２  トロイド型凹面回折格子
１３  光検出器
１４  マスク
１４ａ  第１の開口部
１４ｂ  第２の開口部
【図１】
2014048068.tif 000003
【図２】
2014048068.tif 000004