(57)【要約】【課題】  長期にわたり良好なデータを得ることができる分光光度計を提供する。【解決手段】  光源Ｌと、光検出器１１と、該光検出器を駆動させる光検出器駆動部１２と、該光源からの光を試料設置部及び試料を透過或いは反射した光を該光検出器に導く光学系１９と、該光源からの光を複数の強度の光として交互に該光検出器に入射させる手段と、各部の動作を制御する制御部１５とを備え、該光検出器からの信号を交流信号として処理する分光光度計において、該光検出器１１には光導電素子を用い、該光検出器１１に光が入射しないときの該光導電素子の抵抗値１１を直流信号として測定する手段１４とを備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光検出器と、該光検出器を駆動させる条件を設定して該光検出器を駆動させる光検出器駆動部と、該光源からの光を試料設置部及び試料を透過或いは反射した光を該光検出器に導く光学系と、該光源からの光を複数の強度の光として交互に該光検出器に入射させる手段と、各部の動作を制御する制御部とを備え、該光検出器からの信号を交流信号として処理する分光光度計において、
該光検出器には光導電素子を用い、
該光導電素子の抵抗値を直流信号として測定する手段
を備えることを特徴とする分光光度計。
【請求項２】
請求項１に記載の分光光度計において、
該光導電素子は硫化鉛或いはセレン化鉛である
ことを特徴とする分光光度計。
【請求項３】
請求項１から２いずれかに記載の分光光度計において、
該光検出器駆動部は該光検出器を一定の電圧で駆動する定電圧方式或いは該光検出器に一定の電流を流す定電流方式の駆動方式であること
を特徴とする分光光度計。
【請求項４】
請求項１から３いずれかに記載の分光光度計において、
あらかじめ設定した設定値を記憶する記憶手段と、
該検出部への光が遮断されたときの該光導電素子の抵抗値と該設定値とを比較し、基準を設けて判定する判定手段
を備えることを特徴とする分光光度計。
【請求項５】
請求項４に記載の分光光度計において、
該判定手段の判定に基づいて表示を行う表示手段
を備えることを特徴とする分光光度計。
【請求項６】
請求項４から５いずれかに記載の分光光度計において、
該判定手段の判定に基づいて該光検出器駆動部を調整する手段
を備えることを特徴とする分光光度計。
【請求項７】
請求項４から６いずれかに記載の分光光度計において、
分光光度計による測定データと関連付けて該判定を保存する手段
を備えることを特徴とする分光光度計。
【請求項８】
請求項１から３いずれかに記載の分光光度計において、
あらかじめ設定した設定値を記憶する記憶手段と、
該検出器へ光が入射したときの該光導電素子の抵抗値と該設定値とを比較し、基準を設けて判定する判定手段と
を備えることを特徴とする分光光度計。
【請求項９】
請求項８に記載の分光光度計において、
該判定手段の判定に基づいて表示を行う表示手段
を備えることを特徴とする分光光度計。
【請求項１０】
請求項８から９いずれかに記載の分光光度計において、
該判定手段の判定に基づいて該検出器に入射する光を遮断する手段と
を備えることを特徴とする分光光度計。
【請求項１１】
請求項１から３いずれかに記載の分光光度計において、
該制御部に設定された動作条件に基づいて表示を行う表示手段と
を備えることを特徴とする分光光度計。
【請求項１２】
請求項１から３或いは１１いずれかに記載の分光光度計において、
該制御部に設定された動作条件に基づいて該検出器に入射する光を遮断する手段
を備えることを特徴とする分光光度計。
【請求項１３】
光源と、光検出器と、該光検出器を駆動させる条件を設定する設定部を具備し該光検出器を駆動させる光検出器駆動部と、該光源からの光を試料設置部及び試料を透過或いは反射した光を該光検出器に導く光学系と、該光源からの光を複数の強度の光として交互に該光検出器に入射させる手段と、各部の動作を制御する制御部とを備え、該光検出器からの信号を交流信号として処理する分光光度計において、
該光検出器には光導電素子を用い、
該光源からの光を複数の強度の光として交互に該光検出器に入射させる手段により、光を交互に該光検出器に入射させ該光検出器の出力を測定しつつ、該光検出器駆動部の調整部について調整可能範囲で走査し、該光検出器の出力が現れる中間に駆動条件を設定する手段
を備えることを特徴とする分光光度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は分光光度計に関し、更に詳細には、光検出器として光導電素子を用いた分光光度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
分光光度計は、試料に光を照射し、その透過光や反射光を波長毎に測定し、試料により吸収された光の強度を算出する分析装置であり、試料の定性的・定量的な分析の用途に供される。測定可能な波長範囲を深紫外〜近赤外領域のように広範囲にするために、複数の光検出器を備え、波長領域に適した光検出器に切り換えて測定する分光光度計がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
近赤外領域の測定に使用される光検出器として、硫化鉛(PbS)やセレン化鉛(PbSe)などの光導電素子が用いられる。光導電素子は光が照射されると光導電効果により抵抗値が下がるという現象を利用したもので、光導電素子の抵抗値を測定することで光量を測定するもので、特に７００〜４０００ｎｍの近赤外光の検出においては他の光検出器よりもシグナルとノイズの比（S/N）に優れ、多用されている。光導電素子の抵抗値は、光導電素子に電流を流して光導電素子の両端の電圧を測ることで求めることができる。この方法により、光が入射しないときと光が入射したときの抵抗値をそれぞれ測定すれば、光導電素子に入射した光量を算出することができる、というものである。
【０００４】
光を全く照射されないとき、光導電素子は暗抵抗と呼ばれる抵抗値（以下「暗抵抗値」という）を有する。暗抵抗値は不変であることが理想であるが、光導電素子の温度や劣化により変化する。光導電素子の劣化の要因としては、経時による恒久的な変化と強い光を受光した後の一時的な変化が挙げられる。このように暗抵抗値は不変ではないので、出力される電圧も不変ではなく、光量を直流信号として測定しても、正確な光量を測定することはできない。
【０００５】
そこで、光導電素子を光検出器として利用するために、光を断続的に遮断（チョッピング）して光検出器に入射させ、直流信号に交流変化信号を重畳させて光検出器から取り出すようにしている。光導電素子を用いた光検出器の駆動には、図４に示すような駆動回路が用いられる。チョッピングされた光が光検出器に入射したときの光検出器１１からの出力信号は、コンデンサＣ1が接続される接点において図３（ａ）に示すような波形である。この波形は、光が入射したときには電圧が下がり、光が遮断されたときには電圧が戻ることを示している。この信号がコンデンサＣ1(ＣＲ微分回路)を通過すると交流成分だけが取り出され、さらにオペアンプＯＰ1を通過し信号が増幅される。その信号はＶ0において図３（ｂ）のような波形になり、この信号の振幅を基にすれば光検出器に入射した正確な光量を測定することができる。単光束の分光光度計では、断続的に光を遮断する手段を設け、複光束分光光度計では、例えば特許文献１に記載されたようなセクターミラーを用いれば試料・参照の光路それぞれに断続的な光として入射させることができる。
【０００６】
光検出器を駆動させるために光導電素子に電流を流す方式としては、光導電素子に直列に抵抗器を接続してその抵抗器及び光導電素子の両端の電圧を一定に保つ定電圧駆動方式や、定電流電源を接続して光導電素子に流れる電流を一定に保つ定電流駆動方式のいずれかが用いられている。
【０００７】
本出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】特許公開２００１−３５６０４９号公報
【非特許文献１】株式会社島津製作所、“UV-VIS 紫外可視分光光度計  SolidSpec-3700”、[online]、[平成17年3月17日検索]、インターネット＜URL:http://www.an.shimadzu.co.jp/products/uv/solidspec/solid1.htm＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
定電圧駆動方式においては、光導電素子の暗抵抗値と直列に接続した抵抗器の抵抗値とが一致するときに、交流変化信号の振幅が最大になり、光検出器の感度が最大になる。しかし、光導電素子の暗抵抗値が初期値（光検出器として感度が最大になるように設定したとき）より極端に増減すると、交流変化信号の振幅が小さくなり、光検出器の感度が低下する。また、定電流駆動方式においては、光導電素子の暗抵抗値×定電流値＝直流電圧となり、光導電素子の暗抵抗値が極端に増減すると、直流電圧が定電流源の電源電圧下限又は上限に達するという状態になることがある。この状態では交流変化信号を出力することができず、光検出器として正常に機能しなくなる。いずれの駆動方式においても、光導電素子の暗抵抗値の極端な増減は、光検出器としての信頼性を著しく損ねる原因となる。
【０００９】
劣化した光導電素子は、暗抵抗値が初期値より極端に増減して、光検出器の感度の低下を引き起こし、また、S/Nも悪化する。このため、分光光度計により測定したデータ（透過スペクトル、吸光度スペクトルなど）のノイズも多くなり、良好な測定を行うことができなくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はこのような事情にみて成されたものであり、すなわち本発明に係る分光光度計は、光源と、光検出器と、該光検出器を駆動させる条件を設定して光検出器駆動部と、該光源からの光を試料設置部及び試料を透過或いは反射した光を該光検出器に導く光学系と、該光源からの光を複数の強度の光として交互に該光検出器に入射させる手段と、各部の動作を制御する制御部とを備え、該光検出器からの信号を交流信号として処理する分光光度計において、該光検出器には光導電素子を用い、該光導電素子の抵抗値を直流信号として測定する手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
さらには、該光検出器への光の入射の有無のそれぞれの場合に該光導電素子の抵抗値と設定した値とを比較して判定を行い、判定に応じて表示或いは該光検出器駆動部の調整或いは該光検出器への光の入射を遮断を行う機能、該制御部に設定された条件に基づき光の入射を遮断する機能を有する。
【００１２】
あるいは、光源と、光検出器と、該光検出器を駆動させる条件を設定して該光検出器を駆動させる光検出器駆動部と、該光源からの光を試料設置部及び試料を透過或いは反射した光を該光検出器に導く光学系と、該光源からの光を複数の強度の光として交互に該光検出器に入射させる手段と、各部の動作を制御する制御部とを備え、該光検出器からの信号を交流信号として処理する分光光度計において、該光検出器には光導電素子を用い、該光源からの光を複数の強度の光として交互に該光検出器に入射させる手段により、光を交互に該光検出器に入射させ該光検出器の出力を測定しつつ、該光検出器駆動部の調整部について調整可能範囲で走査し、該光検出器の出力が現れる中間になるように駆動条件を設定する手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
光照射を行わないときの光導電素子の暗抵抗値を測定し、暗抵抗値が極端に増減していると判定したときには調整可能な程度の変動であれば調整を促し、さらには光導電素子の駆動電流・駆動電圧を調整手段により適切に調整するようにしたので、分光光度計の状態を良好に維持し、信頼性の高い測定データを得ることができる。また、光導電素子への過大な光の入射を抑制するようにしたので光導電素子を保護し、長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明に係る分光光度計の光検出器周辺について例示したものである。光検出器１１に定電圧源Ｖsと可変抵抗器ＲLとからなる光検出器駆動部１２が接続されている。可変抵抗ＲLの値は、光検出器１１の直流電圧Ｖdcが電源電圧Ｖsの約1/2となるように調整されている。これで、光導電素子の暗抵抗値と可変抵抗ＲLの抵抗値が等しくなる。光検出器１１の光導電素子は、例えば硫化鉛或いはセレン化鉛を使用することができる。
【００１５】
チョッピングした光を光検出器１１に入射させると、光検出器１１は直流信号に交流変化信号を重畳した波形の信号を出力する。光検出器１１からの信号がコンデンサＣ1（ＣＲ微分回路）を通過すると、その交流成分だけが抽出される。交流成分はさらにオペアンプＯＰ1を通過して増幅され、光検出器の出力信号Ｖ0として出力される。この出力信号の振幅に基づいて、光検出器１１に入射した光の強度が測定される。これらＣＲ微分回路、オペアンプＯＰ1より交流信号抽出部１６が構成される。
【００１６】
これとは別に、光が入射しないときの光検出器１１の直流電圧Ｖdcを測定する手段、オペアンプＯＰ2からなる直流信号出力部１４を設ける。これにより光検出器１１に用いられる光導電素子の暗抵抗値を、適宜測定することが可能になる。
【００１７】
図２に本発明に係る分光光度計の一実施例について、機能毎に表したものを示す。光検出器１１の直流電圧Ｖdcの初期値（Ｖsの約1/2）は、入力部１７から入力し記憶部１８に記憶させておく。
【００１８】
暗抵抗を測定するためには、光検出器１１に入射する光を遮断する必要がある。このためには、シャッターＳＨを設置する。シャッターＳＨを設置する場所は、光検出器１１直前、又は光源Ｌから光検出器１１までの光路上で光学系１９を形成するスリットやミラーなど他の光学部品の設置に影響を及ぼさない場所であればよい。図２中、１５は各部の動作を制御や後述する判定を行う制御部、１６は表示部である。
【００１９】
測定開始前にＶdcを測定して初期値からの変動が大きければ（例えば±２０％以上）、暗抵抗値が過小又は過大であるか否かを判定することができる。判定は、瞬時の暗抵抗値を基に行ってもよいが、ある程度の時間（例えば３０秒）許容範囲内に収まっていれば過小或いは過大ではないと判定するようにすればさらによい。図３（ｃ）に測定した暗抵抗値が初期値よりは高いが許容範囲に収まっている例を示す。暗抵抗値が過小又は過大であると判定したときには、表示部１６に警告を表示する。表示部１６に表示された警告により光検出器１１の異常を知った操作者は、光検出器駆動部１２（例えば可変抵抗器）を適切に再調整すればよい。さらには、光検出器駆動部１２として、電子ボリューム又はモータ回転可変抵抗器を使用すれば、制御部１５によって自動的に光検出器駆動部１２を適切に再調整させることが可能となり、操作者の手を煩わすこともない。光検出器駆動部１２が定電流電源である場合は、オペアンプとD/Aコンバータを使用すれば、制御部１５によって自動的に光検出器駆動部１２を適切に再調整させることが可能となる。
【００２０】
光検出器１１に光が入射しなければ、光導電素子の暗抵抗値の経時変化の程度は年月の単位である。したがって、定期的に光導電素子の暗抵抗値を測定し、例えば、週に何回か分光光度計を使用する場合、週の最初に分光光度計の電源を投入したときにＶdcを測定し、光導電素子の状態の良否を判定し、適宜調整すればよい。経時変化による光導電素子の感度の変動を察知し適宜調整することで、分光光度計の信頼性が維持され、良好なデータを得ることができる。
【００２１】
Ｖdcの測定を頻繁（例えば１秒毎）に行うようにすれば、Ｖdcの急激な変化を察知することができる。Ｖdcが急激かつ大きく低下した（例えば−２０％以下）ときは、光検出器１１に過大な光（０次光や外部光など）が入射したと判定することができる。このときも、表示部１６に警告を表示する。さらに、光検出器１１に過大な光が入射にないようにシャッターＳＨを作動させる。表示部１６に表示された警告により光検出器１１の異常を知った操作者は、過大な光が入射した原因を排除すればよい。過大な光が光検出器１１に入射したことを検知し、分光光度計においては検出器への過大な光の入射を遮断する一方、操作者に対しては警告し、過大な光の原因を排除するように促すことで、光導電素子の破損や劣化を抑制することができる。
【００２２】
分光光度計を使用する際、例えば、波長校正を行う際、操作者が分光波長を０ｎｍに設定することがある。０ｎｍの設定で光検出器１１に入射する光は分光されていない強力な光（０次光）である。０次光や波長の短い光線（紫外線）は光導電素子を劣化させるので有害である。操作者が０ｎｍ又は紫外波長に設定する操作を開始（例えば、入力部１７から分光波長として０ｎｍを設定して入力）したら、過大な光が光検出器１１に入射すると察知することができる。過大な光が光検出器１１に入射することを防止するためには、光検出器１１の受光部への入射を遮断するようシャッターＳＨを動作させればよい。このときも、表示部１６に警告を表示するようにしてもよい。
【００２３】
光導電素子の劣化を示す警告、外部光などの強力な光の入射を示す警告、操作者の設定により強力な光が入射する可能性があることを示す警告の３通りの警告があるが、警告の原因毎に表示部１６に表示する警告の内容や警告の方法を変えれば、操作者が状態を把握しやすくなる。警告の内容と警告を表示した日時を記憶部１８に記録しておくことが、分光光度計の信頼性の維持に寄与することは明らかである。この記録に基づいて、電源投入時に自動的に定期的な光導電素子の暗抵抗値の測定を実行することも、操作者に光検出器駆動部１２の調整を促すことも可能となる。分光光度計による測定データに関連付けて記録すれば、測定時の分光光度計の状態を把握することができ、データの信頼性が向上する。
【００２４】
また、同じ警告が頻繁に繰り返されると別の原因が存在すると考えられるので、その旨を警告するようにしてもよい。
【００２５】
光導電素子の経時劣化による光検出器１１の感度の変化の調整だけを目的とするならば、直流信号出力部１４を設けなくても良い。この場合、チョッピングした光を光検出器１１に入射させ、光検出器１１が出力する信号（直流信号に交流変化信号を重畳した波形）を測定しつつ、光検出器駆動部１２の調整部の設定範囲について走査を行う。定電圧方式と定電流方式とでは、走査した検出器駆動部１２の設定値に対する光検出器の出力の曲線の形状が異なる。定電圧方式の場合には、設定値の走査により光検出器１１が最大値の出力を示す設定値を得ることができる。定電流方式の場合には、設定値の操作により光検出器１１が最大値の出力を示す電流の50〜70%程度に設定すればよい。
【００２６】
なお、上記実施例はいずれも本発明の一実施例に過ぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行ったものも本発明に包含されることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る分光光度計の要部（光検出器周辺）の構成図である。
【図２】本発明に係る分光光度計の構成の一実施例である。
【図３】(a)光入射時に光導電素子が出力する信号波形の一例である。(b)光導電素子の出力信号の交流成分を増幅した波形の一例である。(c)初期値±許容範囲の判定の一例である。
【図４】従来の分光光度計の光導電素子を用いた光検出器の定電圧駆動回路である。
【符号の説明】
【００２８】
Ｌ・・・光源
１１・・・光検出器
１２・・・光検出器駆動部
１３・・・交流信号抽出部
１４・・・直流信号出力部
１５・・・制御部
１６・・・表示部
１７・・・入力部
１８・・・記憶部
１９・・・光学系
ＳＨ・・・シャッター
Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3・・・抵抗
Ｃ1・・・コンデンサ
ＯＰ1,ＯＰ2・・・オペアンプ
Ｖo・・・検出器出力（交流成分）
Ｖdc・・・検出器出力（直流成分）
Ｖs・・・電源
ＲL・・・可変抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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