(57)【要約】  【課題】  分光器の波長駆動機構の機械的原点を決める動作を省略することで、波長駆動機構の初期化に要する時間を大幅に短縮する。  【解決手段】  分光器２から取り出す単色光の波長、その波長設定のためのモータパス数、及びモータに送るパルスの位相を表す励磁パターンを記憶しておく不揮発性メモリ７を制御部５に付設し、通常の波長駆動時には目的波長が設定されて波長駆動が実行される毎にメモリ７のデータを最新のものに更新する。一方、本装置の電源投入時には分光器２では機械的原点を見つけるような動作は行わず、メモリ７に格納されている波長、パルス数及び励磁パターンをワークメモリ６に移し、これを波長に対応してモータ２３を駆動するための初期状態とする。すなわち、電源切断中に分光器２の機械的位置関係が大きく変化しないことを利用し、電源投入時に前回の電源遮断直前と同じ状態から波長駆動を開始する。【選択図】  図１
2005164258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a)入射光の波長を分散させる波長分散素子と、該波長分散素子を機械的に駆動する駆動源としてステッピングモータを利用した駆動手段とを含み、前記波長分散素子による分散光から単一波長の光を取り出す分光器と、
b)前記ステッピングモータを駆動するための制御量と該制御量に対応して前記分光器により取り出される波長とを関連付けて記憶する手段であり、主電源を遮断してもそれら記憶内容を保持し得る読み出し・書き込み自在の記憶手段と、
c)主電源投入直後の初期設定動作時には前記記憶手段に保存されている波長と制御量とを読み出して前記分光器で単色光を取り出すための制御の初期状態とし、通常動作時にあっては目的波長に応じて算出した制御量を前記駆動手段に与えるとともにその波長変更動作を実行する毎に更新後の波長と制御量とを前記記憶手段に記憶させる制御手段と、
を備えることを特徴とする分光光度計。
【請求項２】
前記ステッピングモータをハーフステップ又はマイクロステップにより励磁するものであって、前記制御手段は、分光器における波長変更動作を実行する毎に波長及び制御量のほかに該ステッピングモータを駆動する励磁パターンを前記記憶手段に記憶させ、主電源投入後の初期設定動作時に該記憶手段に保存されている励磁パターンを読み出して前記駆動手段へ初期的な励磁パターンとして出力することを特徴とする請求項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、紫外可視分光光度計や赤外分光光度計等の分光光度計に関し、更に詳しくは、分光光度計に備えられるモノクロメータ（分光器）における波長送りの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外可視分光光度計、赤外分光光度計、原子吸光分光光度計等の分光光度計では、白色光などの幅広い波長範囲を含む光から特定波長の単色光を取り出すために分光器が備えられている。分光器の一般的な構成としては、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み、その回転駆動機構により波長分散素子を適宜回転させることで、固定した出口スリットを通して外部に取り出される単色光の波長が所望の波長となるようにしている。多くの場合、平板状又は凹面状の回折格子が波長分散素子として利用されるため、以下の説明では、波長分散素子として回折格子を利用するものとする。
【０００３】
単色光の波長を変化させるために回折格子を機械的に駆動する波長駆動機構としては、例えば、送りネジを用いたサインバー方式により直線運動を回転運動に変換するもの、ステッピングモータの回転駆動力をギアやプーリを用いた減速機構を介して回折格子に伝達するもの、などが利用されている（例えば特許文献１など参照）。特に駆動源としてステッピングモータを用いた駆動機構は開ループ制御で高い位置精度が得られるため、広く利用されている。
【０００４】
こうした波長駆動機構においては一般に波長送りの原点（基準点）を決める必要があり、従来、リミットスイッチやフォトセンサなどを用いて機械的に原点を予め定めておき、装置の電源投入時にこの機械的原点が検出されるように波長駆動機構を作動させて波長原点を確定させるようにしている。また、高い波長精度での測定を行う場合には、こうした機械的な原点の検出だけでは波長精度が十分でない場合がある。そうした場合には、機械的な原点を定めた後に、さらにモータを駆動しながら分光光度計の光源に用いられる重水素ランプの０次光を検出してその０次光の位置を波長原点としたり、場合によっては重水素ランプや水銀ランプの輝線をサーチしてその輝線の位置を波長原点として定めるようなことも行われる。
【０００５】
一般に、上記のような機械的な原点はその装置で使用する波長範囲（紫外可視分光光度計では例えば２００〜１１００ｎｍ）の外側に設定され、例えば重水素ランプの０次光近辺にすることが多い。したがって、例えば分光光度計の起動時等で分光器を初期設定する際には、前回使用した状態から機械的原点方向にステッピングモータを駆動していって、機械的原点を検出した後に再び使用波長に戻すような制御を行うことになる。通常、ステッピングモータを一方向に順次パルス送りしながら機械的原点を検出するため、分光器の初期設定には時間を要する。さらに波長精度を確保するために０次光サーチや輝線サーチを実行する場合には、上記のように機械的原点を見つけた後にさらにサーチを行うため、一層時間を要することになる。
【０００６】
装置により様々であるが、上記のような波長駆動機構の初期化に要する時間は短いものでも１分程度、長いものでは５分程度にもなり、これは分光光度計の電源投入時の初期化処理時間の大部分を占める。この間は他の設定等の操作を行うことができず、オペレータは初期化処理が終了するのを待っている必要があるため、分光光度計における作業効率を落とす一因となっている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１３６９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこうした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、波長駆動機構の初期化に要する時間を従来より大幅に短縮することができる分光光度計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために成された本発明に係る分光光度計は、
a)入射光の波長を分散させる波長分散素子と、該波長分散素子を機械的に駆動する駆動源としてステッピングモータを利用した駆動手段とを含み、前記波長分散素子による分散光から単一波長の光を取り出す分光器と、
b)前記ステッピングモータを駆動するための制御量と該制御量に対応して前記分光器により取り出される波長とを関連付けて記憶する手段であり、主電源を遮断してもそれら記憶内容を保持し得る読み出し・書き込み自在の記憶手段と、
c)主電源投入直後の初期設定動作時には前記記憶手段に保存されている波長と制御量とを読み出して前記分光器で単色光を取り出すための制御の初期状態とし、通常動作時にあっては目的波長に応じて算出した制御量を前記駆動手段に与えるとともにその波長変更動作を実行する毎に更新後の波長と制御量とを前記記憶手段に記憶させる制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１０】
ここで上記制御量は、一般的にはステッピングモータを駆動するためのパルス信号のパルス数である。この制御量と分光器から取り出される単色光の波長とは一対一の関係にあり、この装置（分光光度計）の通電中はモータの励磁を切らない限り、波長と制御量との対応関係は維持される。そこで、本発明に係る分光光度計では、主電源を遮断しても記憶内容を保持し得る読み出し・書き込み自在の記憶手段を用意しておき、制御手段は、通常動作時にあっては波長変更動作を実行する毎に更新後の波長と制御量とを記憶手段に記憶させる。したがって、常に最新の状況、つまりその時点で分光器から取り出し得る単色光の波長とそれを実現し得る制御量とが記憶手段に保存されることとなり、装置の主電源が切断されたときに、その切断直前の最終的な状態を反映した波長と制御量とが必ず記憶手段に残っていることが保証される。この記憶手段としては例えばフラッシュメモリなどが一般的であるが、バックアップ電源により通電が保証された一般のメモリなどでもよい。
【００１１】
一方、この装置の電源が切断されている期間中でも、装置を移動させる等、大きな衝撃を装置に与えない限り、分光器における機械的な位置関係（例えばステッピングモータのステータとロータとの位置関係など）に変化が生じることはない。したがって、こうした機械的な位置関係に変化がなく機械的原点が変化しないという条件の下では、装置の電源切断直前の波長と制御量との対応関係は、次に電源が投入された直後にも維持されている筈である。そこで、制御手段は、主電源投入直後の初期設定動作時には、従来のように機械的な原点を見い出す初期化動作を行うのではなく、記憶手段に保存されている波長と制御量とを読み出してこれを制御の初期状態とする。そして、この初期状態で既に機械的原点を見い出す初期化が行われているものとみなし、目的波長への移動動作等の本来の測定動作へと移行する。
【００１２】
装置が移動されたり或いは機械的に大きな衝撃が装置に加えられている場合には、その前後で機械的原点が変化しないという条件が満たせなくなっている可能性が高いので、従来通り、機械的原点を見つけるような初期化動作を実行して波長と制御量との対応関係を新たに見い出せばよい。
【００１３】
また、一般にステッピングモータの励磁方法としては大別して、フルステップ、ハーフステップ及びマイクロステップが知られており、ハーフステップ及びマイクロステップでは１個の駆動パルスに対応した磁極の回転角度よりも小さな角度単位での位置制御を行うことができるようになっている。そのため、制御量（パルス数）だけでは微妙な角度位置を再現することができない。そこで、本発明に係る分光光度計が、ステッピングモータをハーフステップ又はマイクロステップにより励磁するものである場合には、制御手段は、分光器における波長変更動作を実行する毎に波長及び制御量のほかに該ステッピングモータを駆動する励磁パターンを記憶手段に記憶させ、主電源投入後の初期設定動作時に該記憶手段に保存されている励磁パターンを読み出して駆動手段へ初期的な励磁パターンとして出力する構成とすることが好ましい。
【００１４】
ハーフステップ及びマイクロステップによる駆動では、各磁極に印加するパルス信号の位相を表す励磁パターンによって１個の駆動パルスに対応した磁極の回転角度よりも小さな角度単位での位置が決まる。そこで、この励磁パターンを記憶手段に記憶させて電源投入時にこれを利用することにより、ステッピングモータの励磁状態も再現することができ、それによって主電源投入直後のステッピングモータの回転位置の再現性を一層向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る分光光度計によれば、装置起動時に分光器で機械的原点を検出する動作が省略され、記憶手段からデータを読み出して例えばマイクロコンピュータ内部のレジスタやワークメモリに設定するという電気的な動作のみを行えばよいので、波長駆動機構の初期化に要する時間は実質的に殆どゼロとなる。したがって、装置起動時の初期化処理に要する時間が従来よりも大幅に短縮され、オペレータは電源投入後に殆ど待つことなく初期化処理以降に行うべき操作を実行することができ、効率的に作業を進めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施例である分光光度計について、図１〜図３を参照して説明する。
図１は、本実施例による分光光度計の要部の構成図である。
【００１７】
重水素ランプ又はタングステンヨウ素ランプ等による光源１から発した光は分光器２に導入される。分光器２は、所定角度範囲で回転する回折格子２１と、ステッピングモータ２３と、そのモータ軸の回転を所定の減速比で以て減速させて回折格子２１を回転させる減速機構２２とを含んで構成されており、ステッピングモータ２３に回転位置によって回折格子２１の回転角度、つまり分光器２から取り出される単色光の波長が変化する。この分光器２から取り出された単色光は試料３に照射され、試料３を透過した測定光が光電子増倍管等の光検出器４に導入される。
【００１８】
この例では、ステッピングモータ２３は２相（Ａ、Ａバー、Ｂ、Ｂバーの４磁極）であり、制御部５からモータ駆動部８を介してハーフステップ駆動（１−２相励磁）されるものとする。制御部５はＣＰＵを中心に構成されるマイクロコンピュータであり、各種演算処理や制御を実行する際に一時的にデータを格納するワークメモリ６と、この装置の電源が遮断されても記憶データを保持する不揮発性メモリ７とが付設されている。この不揮発性メモリ７には、分光器２から取り出される単色光の波長情報、ステッピングモータ２３を駆動するためのパルス数情報、及びステッピングモータ２３をハーフステップ駆動するために４個の磁極にそれぞれ印加するパルス信号の位相関係を表す励磁パターン情報を少なくとも記憶するための領域が確保されている。不揮発性メモリ７は一般的には電源が全くない状態でも記憶内容を保持可能なフラッシュメモリが好ましいが、主電源とは別のバックアップ電源を備えたＲＡＭなどでもよい。
【００１９】
次に、本実施例の分光光度計において、主電源が投入された直後に実行される初期化処理について図２のフローチャートを参照して説明する。なお、主電源投入前の状態として、不揮発性メモリ７には、前回、主電源が遮断された直前の波長、モータパルス数及びモータ励磁パターンが記憶されているものとする。この記憶方法については後で説明する。
【００２０】
オペレータ等の操作により主電源が投入されると（ステップＳＴ１）、制御部５は自動的に波長駆動機構の初期化処理を開始する（ステップＳＴ２）。すなわち、不揮発性メモリ７から波長、モータパルス数、及びモータ励磁パターンの各データを読み出し、これをそれぞれ現在の波長値ＷＬＣ０、現在のモータパルス数ＷＬＰＣ０、及び現在のモータ励磁パターンＰＨＡＳＥとしてワークメモリ６に格納する（ステップＳＴ３）。そして、この現在のモータ励磁パターンで定められている状態（ＨレベルとＬレベルとの組み合わせ）をモータ駆動部８に出力し、モータ駆動部８からステッピングモータ２３の各磁極を励磁する（ステップＳＴ４）。これで波長駆動機構の初期化処理は終了である（ステップＳＴ５）。
【００２１】
上記のように、従来、波長駆動機構を初期化する際に行われている機械的原点を見つけるための波長送り動作はここでは全く行われず、制御部５において不揮発性メモリ７から読み出したデータをワークメモリ６へ移すとともに、その一部のデータをモータ駆動部８へ出力するという電気的な作業が実行されるだけである。そのため、その実行時間は非常に短く、殆ど瞬時の間に波長駆動機構の初期化処理は終了し、オペレータにとっての待ち時間は実質的にゼロである。この初期化処理終了以降の波長駆動は、上記ワークメモリ６に格納されている波長、パルス数及び励磁パターンの関係に基づいて行われる。したがって、上記初期化処理は主電源遮断直前の状態を再現したことになり、あたかも主電源が切断されなかったかのように前回に引き続いて使用するのと同じことになる。
【００２２】
続いて、本分光光度計において目的波長を設定してその波長を有する単色光を取り出す場合の波長駆動動作について図３のフローチャートを参照して説明する。
【００２３】
この波長駆動開始時においてワークメモリ６に格納されている波長値、モータパルス数及びモータ励磁パターンがそれぞれＷＬＣ０、ＷＬＰＣ及びＰＨＡＳＥであるとする（ステップＳＵ１）。まず、制御部５に目的とする移動先の波長ＷＬＣ１を設定し（ステップＳＵ２）、それから現在の波長ＷＬＣ０を目的波長ＷＣＬ１と比較する（ステップＳＵ３）。
【００２４】
現在の波長ＷＬＣ０が目的波長ＷＣＬ１よりも小さい場合には、モータパルス数ＷＬＰＣを１だけ増加させ、ステッピングモータ２３を正回転方向に１パルス分だけ回転させるための励磁パターンをＰＨＡＳＥに設定し、これに応じたパルス信号をモータ駆動部８を介してステッピングモータ２３へと送る（ステップＳＵ７）。これによって、ステッピングモータ２３は正回転方向に所定角度だけ回転し、それに応じた角度分だけ回折格子２１は回転して分光器２から取り出される単色光の波長が変化する。それから、ステップＳＵ７で更新したモータパルス数から換算することで波長を算出し、ＷＬＣ０をその波長値に更新する（ステップＳＵ８）。そして、更新された波長値ＷＬＣ０、モータパルス数ＷＬＰＣ及びモータ励磁パターンＰＨＡＳＥを不揮発性メモリ７に既に記憶されているデータに上書きし（ステップＳＵ９）、ステップＳＵ３へと戻って、更新された現在の波長ＷＬＣ０を目的波長ＷＣＬ１と比較する。
【００２５】
一方、ステップＳＵ３で現在の波長ＷＬＣ０が目的波長ＷＣＬ１よりも大きい場合には、モータパルス数ＷＬＰＣを１だけ減少させ、ステッピングモータ２３を逆回転方向に１パルス分だけ回転させるための励磁パターンをＰＨＡＳＥに設定し、これに応じたパルス信号をモータ駆動部８を介してステッピングモータ２３へと送る（ステップＳＵ４）。これによって、ステッピングモータ２３は逆回転方向に所定角度だけ回転し、それに応じた角度分だけ回折格子２１は回転して分光器２から取り出される単色光の波長が変化する。それから、ステップＳＵ４で更新したモータパルス数から換算することで波長を算出し、ＷＬＣ０をその波長値に更新する（ステップＳＵ５）。そして、更新された波長値ＷＬＣ０、モータパルス数ＷＬＰＣ及びモータ励磁パターンＰＨＡＳＥを不揮発性メモリ７に既に記憶されているデータに上書きし（ステップＳＵ６）、ステップＳＵ３へと戻って、更新された現在の波長ＷＬＣ０を目的波長ＷＣＬ１と比較する。
【００２６】
現在の波長ＷＬＣ０が目的波長ＷＣＬ１と一致するまで上記処理（つまりステップＳＵ３→ＳＵ４→ＳＵ５→ＳＵ６又はステップＳＵ３→ＳＵ７→ＳＵ８→ＳＵ９）を繰り返し、現在の波長ＷＬＣ０と目的波長ＷＣＬ１とが等しくなった時点で波長駆動を終了する（ステップＳＵ１０）。したがって、波長駆動が終了した時点では、不揮発性メモリ７にはその時点での最終的な波長、モータパルス数及びモータ励磁パターンが記憶されていることになり、どのような目的波長が設定された場合でも、その目的波長に関する波長駆動が終了した時点で分光器２からはその目的波長を持つ単色光が出射される状態となっており、その目的波長、モータパルス数及びモータ励磁パターンが不揮発性メモリ７に記憶されている。それ故に、上述したように電源投入後に初期化処理が行われると、前回の電源遮断直前の状態が再現されることが保証される。
【００２７】
なお、本実施例の分光光度計において、図２に示すような手順で初期化処理を簡略化することができるのは、不揮発性メモリ７に所定のデータが格納されていることと、前回の電源遮断時から今回の電源投入時までの間にステッピングモータ２３等で機械的な位置関係が大きく変化していないことが条件である。したがって、本装置を初めて使用する場合はもちろんのこと、分光器２の修理等が行われた場合或いは装置が移動される等大きな衝撃が加えられたと考えられる場合には、オペレータの判断により、上記のような初期化処理ではなく従来通りの機械的原点を見つけるような初期化処理を実行する必要がある。したがって、そうした従来の初期化処理を行えるような構成も用意しておき、例えばオペレータによりいずれの初期化処理を行うのかを選択できるような構成としておくとよい。
【００２８】
また、上記実施例は本発明の一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行うことができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による分光光度計の一実施例の要部の構成図。
【図２】本実施例の分光光度計において主電源が投入された直後に実行される初期化処理のフローチャート。
【図３】本実施例の分光光度計において目的波長を設定してその波長を有する単色光を取り出す場合の波長駆動動作のフローチャート。
【符号の説明】
【００３０】
１…光源
２…分光器
２１…回折格子
２２…減速機構
２３…ステッピングモータ
３…試料
４…光検出器
５…制御部
６…ワークメモリ
７…不揮発性メモリ
８…モータ駆動部
【図１】
2005164258.tif 000003
【図２】
2005164258.tif 000004
【図３】
2005164258.tif 000005