(57)【要約】  本発明は、光源（１０１）と、前記光源によって放射され、試料（１０２）を通過し又は反射した光を測定するための光センサ（１０３、３０３）と、を備え、前記光センサ（１０３、３０３）の出力にオフセット値を加えるためのアナログ式のオフセット発生器（２０７、３０７３−３０７５）を備えていることを特徴とする分光光度計（２００、３００）に関する。本発明は、さらに、関連する分光光度測定を行う方法に関する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源（１０１）と、
前記光源によって放射され、試料（１０２）を通過し又は反射した光を測定するための光センサ（１０３、３０３）と、
を備え、
前記光センサ（１０３、３０３）の出力にオフセット値を加えるためのアナログ式のオフセット発生器（２０７、３０７３−３０７５）を備えていることを特徴とする、
分光光度計（２００、３００）。
【請求項２】
前記オフセット値は、前記分光光度計（２００、３００）の周囲からの周囲光（Ｉ３）に対応する絶対値を有する、
請求項１に記載の分光光度計（２００、３００）。
【請求項３】
前記オフセット発生器（２０７、３０７３−３０７５）は、さらに、前記光センサ（１０３、３０３）に接続されている入力部を有する積分器（３０７４）を備えている、
請求項１又は２に記載の分光光度計（２００、３００）。
【請求項４】
前記オフセット発生器（２０７、３０７３−３０７５）は、さらに、記憶素子（３０７７）又はサンプル・アンド・ホールド素子を備え、
前記積分器（３０７４）の出力は、前記記憶素子（３０７７）又はサンプル・アンド・ホールド素子に接続されている、
請求項３に記載の分光光度計（２００、３００）。
【請求項５】
前記オフセット発生器（２０７、３０７３−３０７５）は、さらに、前記積分器（３０７４）の前記出力に接続されているローパスフィルタを備えており、又は、
前記オフセット発生器（２０７、３０７３−３０７５）は、さらに、積分器（３０７４）に連結され、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器、アナログ・デジタル変換器に連結され、前記デジタル信号を処理しデジタルオフセット信号を計算するプロセッサ、若しくは、前記プロセッサに連結され、前記デジタルオフセット信号を前記オフセット値に変換するデジタル・アナログ変換器を備えている、
請求項３に記載の分光光度計（２００、３００）。
【請求項６】
前記オフセット発生器（２０７、３０７３−３０７５）は、さらに、レギュレータ（３０７５）を備え、
前記積分器（３０７４）の前記出力は、前記レギュレータ（３０７５）の第１入力に接続されている、
請求項３〜５の何れか１項に記載の分光光度計（２００、３００）。
【請求項７】
請求項６が請求項４を引用する場合、前記記憶素子（３０７７）又はサンプル・アンド・ホールド素子の出力は前記レギュレータ（３０７５）の前記第１入力に接続されており、
請求項６が請求項５を引用する場合、前記ローパスフィルタ、前記プロセッサ又は前記デジタル・アナログ変換器の出力は前記レギュレータ（３０７５）の前記第１入力に接続されている、
請求項６に記載の分光光度計（２００、３００）。
【請求項８】
前記レギュレータ（３０７５）は、初期レベル信号（３０７８）に接続されている第２入力を備え、自身の２つの入力の差を最小にするように自身の出力を制御する、
請求項６又は７に記載の分光光度計（２００、３００）。
【請求項９】
前記オフセット発生器（２０７、３０７３−３０７５）は、さらに、電流発生器（３０７３）を備え、
前記積分器（３０７４）の前記出力は、前記電流発生器（３０７３）に接続されている、
請求項３〜８の何れか１項に記載の分光光度計（２００、３００）。
【請求項１０】
前記積分器の前記出力は、前記記憶素子（３０７７）又はサンプル・アンド・ホールド素子及び前記レギュレータを介して前記電流発生器（３０７３）に接続されている、
請求項８を引用する請求項９のうち請求項４を引用する分光光度計（２００、３００）。
【請求項１１】
光源（１０１）と、光センサ（１０３）と、オフセット発生器（２０７、３０７３−３０７５）とを備えている分光光度計（２００、３００）による分光光度測定を実行する方法であって、
前記光源（１０１）が消灯され又は遮光されながら、前記光センサによって前記周囲光を測定することを含む周囲光評価ステップと、
前記光源が点灯され又は遮光されていない間かつ光センサ（１０３）の出力にオフセット値を加えている間に、前記光センサ（１０３）によって前記周囲光を測定することを含む測定ステップと、
を有する、
分光光度測定を実行する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光光度測定の分野に関する。より具体的には、本発明は、前記測定を阻害する周囲光の存在下であっても正確な分光光度測定を実行するための装置に関する。さらに具体的には、本発明は、光源と、前記光源によって放射され、試料を通過し又は反射した光を測定するための光センサとを備えている分光光度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
分光光度測定は、潜在的に特定の強度及び／又は波長を有する光源を有し、試料を照射し、光検出器によって透過した又は反射した光を測定し、その光の吸収に基づいて試料の特性を導出する技術とされている。これは、光源における光の強度を知り、検出器での光の強度を測定することによって可能となる。 
【０００３】
しかしながら、実験室で試料からの光だけを検出することはとても困難である。実際のところ、その環境は、通常、自然光若しくは人工光又は両方の組み合せを含む幾つかの周囲光によって照らされる。この周囲光は、分光光度計の光源にも加えられる。
【０００４】
このように、検出器で受光される光が分光光度計の光源の機能だけでなく未知の周囲光を有する後者の組み合せであるため、問題を生じる。そのため、周囲光の存在下において、どれくらいの光が試料により吸収され又は反射されたかを決定することは不可能である。
【０００５】
この問題についてのある解決策は、例えば周囲光の蓋による遮断がある。これにより、試料に入射する光の量を確実に知ることができる。しかしながら、この解決法は、遮光性の蓋を実現すること及び維持することが容易でないことから、困難である。さらに、オペレータに、蓋を開けさせ、試料を置かせ、蓋を閉めさせて、測定を行わせることから、測定するプロセスを大幅に遅らせてしまう。
【０００６】
また、もう１つの解決策は、複数の測定を行うことができる分光光度計を備えることである。ここで、第１の測定は、分光光度計の光源をオフにして行う。そうすると、検出された光は、周囲光のみの関数とされる第１の値として記録される。次いで、第２の測定は、分光光度計の光源をオンにして行う。これにより、周囲光及び分光光度計の光源の関数とされる第２の値が得られる。そして、第２の値から第１の値を除いた値は、分光光度測定の結果、すなわち、分光光度計の光源からの既知の光に基づく測定値を提供することになる。
【０００７】
しかしながら、少なくとも２つの欠点で、前述した後者の解決策は理想的ではない。 
【０００８】
第１の欠点は、第１の測定時と、第２の測定時との間で周囲光が変化しないと仮定される条件に関係する。もし周囲光が変化するのであれば、第２の値から第１の値を除いた結果は、分光光度測定光源のみの関数ではなく、２つの測定時の間での周囲光の変化の関数でもある。これにより、不正確又は不的確な計測を導くことになる。
【０００９】
第２の欠点は、分光光度計の光源と、周囲光との異なる強度に関連する。特に、分光光度計の光源による強度は、周囲光の強度に比べてとても低く、場合によっては２桁ほど又はこれ以上になることもある。そのため、分光光度計の検出部分は周囲光と分光光度計の光源との合計に由来する強い光強度で動作できなければならない一方で、試料により吸収され又は反射された光の極微量を検出するために必要な精度が必要とされる。
【００１０】
例えば、分光光度計の光源における相対強度を１、周囲光における相対強度を１００と仮定した場合、分光光度計の検出部分は合計強度値１０１を扱うことを可能としなければならない。それにも関わらず、分光光度計の光源からの光のみが分析されなければならないので、分光光度計の検出部分は、試料の吸収又は反射に起因する相対強度１内での微差を検出するために十分な精度でなければならない。このため、高精度を維持しつつ大きな値を扱うことができるように、複雑で高価な電子機器を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
既知の分光光度計を用いた場合前述の問題が生じる。そこで、例え強い周囲光の環境下であっても、正確かつ信頼性の高い方法で有利に動作する、新しい分光光度計を開発した。
【００１２】
本発明の一般的なアプローチは、実際の周囲光又は平均的な周囲光に対応する量により光センサの出力をオフセットする、アナログ式のオフセット発生器を提供することである。このアプローチによれば、光センサの後に接続された分光光度計の構成要素により分析される信号の振幅を減少させることをことができる。このようにして、これらの構成要素を実現するために、あまり複雑でなくあまり高価でない電子回路を使用することができる。また、信号の振幅が低減されることから、これに換えて又は加えて、分解能の低い構成要素を使用することができ、これに伴い、分光光度計の精度を向上させることができる。
【００１３】
本発明は、分光光度計により改良された分光光度測定を行うための装置及び方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述の目的は、独立請求項の主題によって解決される。この主題は、光源と、前記光源によって放射され、試料を通過し又は反射した光を測定するための光センサと、を備え、前記光センサの出力にオフセット値を加えるためのアナログ式のオフセット発生器を備えていることを特徴とする、分光光度計に関する。このアプローチのおかげで、周囲光に基づくオフセットは、光センサの出力に適用される。このように、光センサの後に接続された分光光度計の構成要素によって分析される信号の振幅は低減されることで、これらの構成要素を実現するために、あまり複雑でなくあまり高価でない電子回路を使用することができる。また、信号の振幅が低減されることから、これに換えて又は加えて、分解能の低い構成要素を使用することができ、これに伴い、分光光度計の精度を向上させることができる。
【００１５】
また、ある実施形態では、前記オフセット値は、前記分光光度計の周囲からの周囲光に対応する絶対値を有するようにしてもよい。このアプローチによれば、周囲光の全体的な影響が取り除かれ、光源からの光に対して分光光度計を正確に動作させること有利となる。
【００１６】
また、ある実施形態では、前記オフセット発生器は、さらに、前記光センサに接続されている入力部を有する積分器を備えているようにしてもよい。このアプローチによれば、光センサで集められた光の量を測定することができる。
【００１７】
また、ある実施形態では、前記オフセット発生器は、さらに、記憶素子、例えばサンプル・アンド・ホールド素子を備え、前記積分器の出力は、前記記憶素子又はサンプル・アンド・ホールド素子に接続されているようにしてもよい。このアプローチによれば、記憶素子又はサンプル・アンド・ホールド素子を使用して、分光光度測定中にオフセット値を制御するフィードバックループをフリーズすることができる。
【００１８】
また、ある実施形態では、さらに、前記オフセット発生器はローパスフィルタを備え、前記積分器の前記出力がローパスフィルタに接続されているようにしてもよい。
このアプローチによれば、ローパスフィルタを通過するには高すぎる光源の周波数を供給することで、光源によって生成された光がローパスフィルタによって濾波される。このようにして、測定に伴う光はフィードバックループに挿入されてローパスフィルタによって濾波されるので、測定が進行中であっても、フィードバックループは動作し続ける。例えば、光パルスがローパスフィルタを通過するには光源からの光パルスの持続時間が短すぎるように、ローパスフィルタの時定数が選択された場合、フィードバックループにおけるスイッチングは必要とされない。この場合、スイッチオーバー時間もスイッチング効果もないので、光源は、遅延時間が幾分変化した後に現れ得るフラッシュ光パルスを供給することができる。さらに、スイッチング素子又はサンプル・アンド・ホールド素子が不要となるため、部品点数を削減することができる。
【００１９】
また、ある実施形態では、さらに、オフセット発生器は、さらに、積分器に連結され、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器、アナログ・デジタル変換器に連結され、前記デジタル信号を処理しデジタルオフセット信号を計算するプロセッサを備えているようにしてもよい。また、オフセット発生器は、前記プロセッサに連結され、前記デジタルオフセット信号を前記オフセット値に変換するデジタル・アナログ変換器を備えているようにしてもよい。このアプローチによれば、オフセット値を迅速に計算することができる。また、フィードバックループは遥かに高速となるため、光源にはハロゲン光を提供することができる。さらに、プロセッサは所定のデータを考慮に入れることができるので、制御が改善される。
【００２０】
また、ある実施形態では、さらに、前記オフセット発生器は、さらに、レギュレータを備え、前記積分器の前記出力は、前記レギュレータの第１入力に接続されているようにしてもよい。このアプローチによれば、周囲光が変化してもオフセット値が所定の値に安定するように、フィードバックループにレギュレータを使用することができる。
【００２１】
また、ある実施形態では、さらに、前記記憶素子若しくはサンプル・アンド・ホールド素子の出力又は前記ローパスフィルタ、前記プロセッサ若しくは前記デジタル・アナログ変換器の出力は、前記レギュレータの前記第１入力に接続されているとしてもよい。このアプローチによれば、フィードバックループは、レギュレータにより周囲光の追跡を維持することができる一方で、フラッシュ光パルスのような高い周波数を有するフィードバックループ信号を除外すること、又は、その測定の前に記憶素子に記憶された値を出力することにより、フィードバックループからの信号を除外することができる。
【００２２】
また、ある実施形態では、さらに、前記レギュレータは、初期レベル信号に接続されている第２入力を備え、自身の２つの入力の差を最小にするように自身の出力を制御するようにしてもよい。このアプローチによれば、初期レベル信号の値を制御することにより、光センサの出力から除去される周囲光の量を制御することができる。
【００２３】
また、ある実施形態では、さらに、前記オフセット発生器は、さらに、電流発生器を備え、前記積分器の前記出力は、前記電流発生器に接続されているようにしてもよい。このアプローチによれば、光センサの出力に電流を加えることで、オフセット値が簡単に適用される。これは、ほとんどの光センサが電流値として表される出力を有するため、有利といえる。また、これは、光センサとして一般的に使用されるフォトダイオードの場合に、有利といえる。
【００２４】
また、ある実施形態では、さらに、前記積分器の前記出力は、前記記憶素子又はサンプル・アンド・ホールド素子及び前記前記レギュレータを介して前記電流発生器に接続されているようにしてもよい。このアプローチによれば、前記積分器、前記電流発生器、及び、前記記憶素子又はサンプル・アンド・ホールド素子のそれぞれが有する利点は、単一の装置で得られる。
【００２５】
また、ある実施形態では、さらに、光源と、光センサと、オフセット発生器とを備えている分光光度計による分光光度測定を実行する方法であって、前記光源が消灯され又は遮光されながら、前記光センサによって前記周囲光を測定することを含む周囲光評価ステップと、前記光源が点灯され又は遮光されていない間かつ光センサの出力にオフセット値を加えている間に、光センサによって前記周囲光を測定することを含む測定ステップと、を有する分光光度測定を実行する方法に関連してもよい。このアプローチによれば、光源が消灯され又は遮光され、光源が点灯し又は遮光されていない間に、光センサの出力に対応するオフセットが加えられている状態で、周囲光が評価される。このように、光センサの後に接続された分光光度計の構成要素により分析される信号の振幅が低減されるので、これらの構成要素を実装するために、あまり複雑でなく高価でない電子回路の使用が可能になる。これに代えて又は加えて、信号の振幅が低減されるので、低い分解能を有する構成要素を使用することができ、その結果、分光光度計の精度を向上させることができる。
【００２６】
さらなる態様では、コンピュータプログラム、コンピュータプログラム製品又はコンピュータに前記方法のうちの１つを実行させるプログラムを格納する非一過性のコンピュータ読み取り可能媒体を含んでもよい。この場合、例えば、前記コンピュータは、前記方法のうちの１つを実行するプロセッサと、前記ステップ及び前記パラメタを実施する命令を格納している揮発性メモリ又は不揮発性メモリ等のメモリと、を備えているようにすればよい。
【００２７】
また、前述の態様のすべてを組み合わせることができ、各態様では他の態様の何れかに関連して前述した１つ以上の特徴を含むようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
本明細書は、本発明とみなされるものとして、特に指摘し明確に主張される特許請求の範囲によって結論づけられるが、本発明のより具体的な説明は、添付の図面に示される特定の実施形態を参照して行われる。図面は、本発明の典型的な実施形態を示しているところ、必ずしも縮尺どおりに図示されたものではないことから、その範囲を限定するものとみなされるべきではないことが理解される。そして、実施形態は、同一の参照番号が同一の構成要素に対応する添付の図面の使用を通じて、更に具体的かつ詳細に、記載されかつ説明される。
【図１】図１は、従来技術の分光光度計１００を概略的に示す。
【図１Ａ】図１Ａは、分光光度計１００の異なる段階における例示的な信号を概略的に示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、分光光度計１００の異なる段階における例示的な信号を概略的に示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、分光光度計１００の異なる段階における例示的な信号を概略的に示す。
【図２】図２は、本発明の一実施形態の分光光度計２００を概略的に示す。
【図２Ａ】図２Ａは、分光光度計２００の異なる段階における例示的な信号を概略的に示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、分光光度計２００の異なる段階における例示的な信号を概略的に示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、分光光度計２００の異なる段階における例示的な信号を概略的に示す。
【図３】図３は、本発明の他の実施形態の分光光度計３００を概略的に示す。
【図４Ａ】図４Ａは、交流によって駆動されるランプの光強度Ｉの例示的な時間発展を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、交流によって駆動されるランプの光強度Ｉの例示的な時間発展を示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、交流によって駆動されるランプの光強度Ｉの例示的な時間発展を示す。
【図４Ｄ】図４Ｄは、交流によって駆動されるランプの光強度Ｉの例示的な時間発展を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本実施形態についての詳細な説明では、本発明を実施することができる特定の実施形態を例示として示す添付の図を参照する。本実施形態の構造を最も明確に示すために、本願に含まれる図は、本発明の物品の概略図とされている。そのため、実際に製造された構造体の外観は、本実施形態の本質的な構造を組み込んだものと異なって見えるかもしれない。さらに、これらの図は、本実施形態を理解するのに必要な構造のみを示している。本技術分野において公知の追加の構造は、図の明瞭性を維持す点から含まれていない。本明細書に示される特徴及び／又は要素は簡潔性及び理解の容易性のために互いに特定の寸法で図示され、実際の寸法は本明細書に示される寸法と実質的に異なり得ることも理解されたい。図面おける同じ番号は、各図面において実質的に同じ構成要素を示す。本実施形態は、当業者が本発明を実施できるよう、十分詳細に本発明の態様を説明することを意図したものである。また、構造的、論理的、電気的な変更又はこれらの変更の組み合せが本発明から逸脱されないことを条件として、他の実施形態に利用することができる。
【００３０】
さらに、本発明の様々な実施形態は、それぞれ異なるものの、相互に排他的ではないことを理解されたい。例えば、ある実施形態で説明された特定の要素、特徴、構造、特性、数値若しくはステップ、又は、要素、機能、構造、特性、数値若しくはステップのグループは、他の実施形態に含まれてもよい。さらに、本発明の実施形態は、異なる技術を用いて実施されてもよいことを理解されたい。また、「例示的」という用語は、最良又は最適ではなく、単なる例としての意味を有する。そのため、この詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。
【００３１】
本明細書において、「備える」という用語又は「含む」若しくは「備えている」等の変形は、記載された要素、数値若しくはステップ、又は、要素、数値若しくはステップのグループを含むことを意味すると理解され、任意の他の要素、数値若しくはステップ、又は、要素、数値若しくはステップのグループを含むことを意味すると理解されるものではない。また、本説明及び本請求項において、用語「含む」、「有する」、「有している」又はその他の変種を使用することができる。これらの用語は、用語「備えている」と同様の態様で包括的であるように意図されていることを理解されたい。
【００３２】
本説明及び本請求項において、「接続されている」という用語は、直接接続を意味しているというものではない。例えば、「要素Ａは要素Ｂに接続されている」という文は、これら２つの要素が直接接続されている又はこれら２つの要素が他の要素を介して接続されていることを意味すると解釈されるものである。電気工学における当業者であれば、詳細に単一部品同士の間（例えば、単純抵抗）を記載しなくても信号がどのように伝播するかについて明確に理解されることから、上記は、用語「接続されている」の一般的な解釈であることが明確とされている。
【００３３】
図１は、従来技術における分光光度計１００を概略的に示している。具体的に、分光光度計１００は要素１０１及び１０３−１０６を備えており、要素１０２は分析される試料とされている。図１Ａ〜図１Ｃは、分光光度計１００における異なる段階での例示的な信号を概略的に示している。
【００３４】
分光光度計１００の光源１０１は、例えば、単色光源であってもよい。光源１０１は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）として実施することができる。光源１０１は、図１Ａに示されるように、パルス１０１１、１０１２等を発生する。このパルスは、小さいマイクロアンペア（マイクロアンペア、μＡ）の範囲内の信号値Ｉ１と、例えば１μｓ等の０．２μＡから５μＡの範囲内の持続時間とをもたらす。
【００３５】
光パルス１０１１、１０１２等は、図５に示されるように、試料１０２を横切り、試料１０２は少なくともパルスの強度を部分的に吸収し、試料１０２の出口において図２の信号の結果となる。ここで、パルス１０２１及び１０２２は、それぞれ、試料１０２を通過したパルス１０１１及び１０１２に起因する。例示的な試料は、光源１０１からの入射光の４〜５の吸光度ほど信号を減少させることができ、結果として、ナノアンペア（ナノアンペア、ｎＡ）の範囲又は数１００ピコアンペア（ピコアンペア、pＡ）の範囲内とされる、例示的な強度Ｉ２を有するパルス１０２１及び１０２２にする。
【００３６】
しかしながら、分光光度計１００の光センサ１０３で受光される光強度は、図１Ｂに示される信号のみを含まない。蓋がないため、光センサ１０３で受光される光は、図１Ｃにおける強度Ｉ３で示されるように、周囲光を有しパルス１０２１、１０２２等の組み合わせたものとされている。これにより、パルス１０３１、１０３２等を含む信号が得られる。周囲光の強度Ｉ３は、図１Ｃに示されるように、一般には、光源１０１の強度Ｉ１よりも実質的に高く、例えば、数１００マイクロアンペアの範囲であり得る。
【００３７】
以上により、分光光度計１００を構成する次の要素１０４〜１０６が複雑となる。
【００３８】
具体的に、増幅器１０４は、図１Ｃの信号を増幅する。フィルタ１０５は増幅された信号をフィルタリングし、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１０６はフィルタリングされた信号をデジタル化する。これらの要素のすべては、Ｉ２＋Ｉ３に相当する振幅を持つ信号で動作する必要があるがある一方で、Ｉ１とＩ２との差を識別するのに十分な精度を保持する必要がある。これは、広い入力範囲及び高精度を有する電子回路を実現するのが複雑で高価であることから、対応する電子回路を複雑にする。
【００３９】
この問題は、以下に説明する本発明の実施形態によって解決される。
【００４０】
図２は、本発明の一実施形態における分光光度計２００を概略的に示している。具体的に、分光光度計２００は、要素１０１、１０３と、要素２０４−２０７とを備え、要素１０２は、分析される試料とされている。図２Ａ〜図２Ｃは、分光光度計２００の異なる段階における例示的な信号を概略的に示している。
【００４１】
要素１０１及び１０３、すなわち光源及び光センサは、通常、それぞれ、分光光度計１００の各要素に対応している。
しかしながら、光センサ１０３の出力は、ノードＮ１のアナログ式のオフセット発生器２０７に接続されている。これにより、それぞれ要素１０４−１０６と同様の機能を有する要素２０４−２０６の動作が簡素化される一方で、仕様の厳密性が緩和されている。
【００４２】
具体的には、オフセット発生器２０７は、光センサ１０３により出力された信号であって、周囲光の強度Ｉ３に対応し、かつ、反対の符号を有する信号にオフセットを適用することができる要素とされている。オフセット発生器２０７により出力された信号は、図２Ａに示されており、−Ｉ３に等しい値を有している。
【００４３】
増幅器２０４に入力される信号、すなわちノードＮ１は、図２Ｂに示されている。
この信号は、試料１０２を通過した後のパルス１０１１、１０１２等に起因するパルス２０４１、２０４２等を含んでいる。具体的に、オフセット発生器２０７による周囲光の補償のために、パルスはＩ２に対応する強度を有している。増幅器２０４の出力は、図２Ｃに示されており、パルス２０５１、２０５２等の振幅はα＊Ｉ２に等しい。ここで、αは増幅係数を意味する。なお、任意とされている信号の増幅は、次の要素２０５及び２０６の動作を容易にすることができる。
【００４４】
フィルタ２０５は、オプションとされ、ＡＤＣ２０に安定した信号を供給するように、増幅器２０４によって出力される信号をフィルタリングする。また、ＡＤＣ２０６は、同様にオプションとされ、フィルタ２０５から出力される信号を、強度Ｉ２を表す出力デジタル信号に変換する。これにより、Ｉ１とＩ２との間の差を計算することができ、試料１０２の識別が可能になる。
【００４５】
以上のとおり、要素２０４−２０７について説明したが、これらの要素が本発明に必須でないことは、当業者にとって明らかである。より基本的な実施態様では、それぞれ、強度値Ｉ２を表す光センサ１０３及びオフセット発生器２０７の出力は、既知の値Ｉ２からアナログ方式又はデジタル方式により直接減算することができ、アナログ方式の場合もデジタル方式の場合も分光光度計２００における出力となる。
【００４６】
具体的な実施形態では、オフセット発生器２０７は、光センサ１０３の出力が電圧信号として表される場合には電圧発生器を備え、光センサ１０３の出力が電流信号として表される場合には電流発生器を備えるようにすればよい。 
【００４７】
さらに特定の実施形態では、オフセット発生器２０７は、光源１０１からの光ではなく周囲光を受光するように配置された他の光センサ（図示省略）を使用することにより、周囲光の強度Ｉ３に対応する出力値を供給する。これは、例えば、指向性光センサを、光源１０１を含まない方向に向け、分光光度計の外部に当該他の光センサを取り付けることにより、達成することができる。これは、分光光度計２００による測定の持続時間に依存することなく、オフセット発生器２０７によって実行されことにより、周囲光Ｉ３の任意の変化が追跡されるという利点を有する。
【００４８】
さらに特定の実施形態では、光源１０１が点灯する前に、光センサ１０３からの出力をオフセット発生器２０７に入力することができる。これにより、別の光センサの必要性の排除が有利となる。この場合において、オフセット発生器２０７は、光源１０１の点灯前に光センサ１０３によって出力された値Ｉ３を記憶するためのメモリを備えるようにしてもよい。同様に、オフセット発生器２０７への入力は、光源１０１が消灯されたときに周囲光の強度Ｉ３に対応する信号を出力する要素２０４−２０６の何れかの出力から取るようにしてもよい。
【００４９】
また、光信号の強度について一般的に言及しているが、これが光信号の実際の物理的強度及び光信号の物理的強度を表す電気信号の両方を指すことは、当業者には明らかといえる。例えば、図２Ｂの信号は、試料１０２を通過する光を示していると考えられるが、電気回路によって出力される図２Ｃは、センサ１０３によって取り込まれた光を表す値とされる電圧又は電流である電気信号を示していると考えられる。これは、容易性又は説明の観点から、また、当業者にとって光信号を電気信号に変換することが共通の一般的常識である観点から、明らかといえる。
【００５０】
図３は、本発明の別の実施形態における分光光度計３００を概略的に示している。具体的に、分光光度計３００は、分光光度計２００に基づいており、ここでは、アナログオフセット発生器２０７の可能な詳細な例のうちの１つが説明されている。
【００５１】
より具体的には、分光光度計３００において、オフセット発生器２０７は、潜在的には積分器３０７４及び/又はレギュレータ３０７５及び/又は記憶素子３０７７と組み合わせにより電流発生器３０７３として実現され、光センサ２０３はフォトダイオード３０３として実現されている。
【００５２】
フォトダイオード３０３は、高電圧端子３０７１と低電圧端子３０７２との間にあるノードＮ１において電流発生器３０７３に直列に接続されている。このようにして、フォトダイオード３０３は、入射光信号に比例した電流を生成する。電流発生器３０７３は、レギュレータ３０７５により供給される入力に基づいて電流を生成する。フォトダイオード３０３と、電流発生器３０７３とにより生成された電流の差から生じる電流は、積分器３０７４に入力される。このようにして、以下に説明するように、オフセットがフォトダイオード３０３の出力に印加され、レギュレータ３０７５及び／又は任意の後続の信号処理要素によって分析される信号振幅が低減される。これにより、周囲光が存在する場合であっても、複雑な電子回路を必要とすることなく、本発明を正確な方法で動作させることが可能となる。さらに、これにより、本発明は、遮光蓋を使用せずに又は試料１０２の複数の測定を行うことなく、動作することが可能となる。
【００５３】
次に、分光光度計３００の動作について説明する。
【００５４】
分光光度計３００の動作開始時において、オプションのリセット動作により、積分器３０７４はその出力としてゼロ又はほぼゼロの値を提供する。次に、積分器３０７４の出力は、記憶素子３０７７、潜在的にはサンプル・アンド・ホールド素子を介してレギュレータ３０７５に中継される。この時点で、記憶素子３０７７は、パススルーデバイスのように実質的に動作し、その入力上の信号をその出力に中継させる。レギュレータ３０７５の他方の入力は、所定のレベル、例えばゼロ又はオペレータによって入力され得る初期レベル信号３０７８に接続される。
【００５５】
この後、積分器は、フォトダイオード３０３から発生した電流を自由に積分する。この時点で、光源１０１は消灯されているので、フォトダイオード３０３は周囲光Ｉ３に等しい出力信号を提供する。この信号は積分器３０７４によって積分され、積分器３０７４は記憶素子３０７７に入力信号を供給する。記憶要素３０７７が依然としてパススルー要素として動作しているので、信号は電流発生器３０７３を制御するレギュレータ３０７５に中継され、それによりフィードバックループを実現する。所与の安定化時間の後、フィードバックは、電流発生器３０７３がレギュレータの２つの入力間の差が最小になるような値、すなわちオフセット値を有する電流を出力する結果となる。別言すると、フィードバックループは、積分器３０７４の出力を実質的に初期レベル信号３０７８に対応する値にするように動作する。
【００５６】
この時点で、分光光度計３００は、補償モードにあり、測定の準備をする。このようにして、光源１０１はオンにされ、ほぼ同時に、測定中における信号３０９７のスイッチは、記憶素子３０７７に、測定中の信号３０７９のスイッチングの瞬間における入力の値に対応する値をレギュレータ３０７５が出力させる。このようにして、測定中における信号３０７９は、記憶素子３０７７の制御入力として作用する。
【００５７】
ある実施形態では、進行中における測定信号３０７９を、光源１０１の制御信号とともに有利に操作することができるといえる。また、測定中の測定信号３０７９は、電流発生器３０７３によって生成された補償電流が光源１０１からの電流量によって影響されないように、光源１０１の点灯に先立って、切り替えることができる。このようにして、前述の実施形態では、フィードバックループが記憶要素３０７７によってフリーズされる。しかしながら、本発明は前述の実施形態に限定されない。別の実施形態では、フィードバックループは、ローパスフィルタ、少なくとも２次のローパスフィルタを用いることが好ましく、積分器の出力がデジタル又は分光光度測定の間にフィードバックループがフリーズされることを保証する他の任意の手段である場合には、デジタル・アナログ変換器を用いることが好ましい。
【００５８】
具体的には、記憶素子３０７７の代わりにローパスフィルタを用いることにより、例えばフラッシュライトのような典型的な短いパルス持続時間が、フィードバックループから除外される。このようにして、フィードバック・ルックは周囲光の変化に追随することができるが、その帯域幅は、光源１０１としてのフラッシュ光による短いインパルスで光がフィルタを通過することを可能にせず、分光光度計によって積分され測定される。
【００５９】
あるいは、フィードバックループは、積分器によって出力された信号をアナログ形式からデジタル形式に変換する積分器３０７４に結合されたＡＤＣと、変換された信号を処理し制御信号を計算するために前記ＡＤＣに結合されたプロセッサとを備えてもよい。そして、処理された信号は、電流発生器３０７３を直接制御するために使用することができる。あるいは、フィードバックループは、処理された信号をアナログ形式に戻すためのプロセッサと、電流発生器３０７３に結合されたデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）とを更に備えてもよい。デジタル形式の処理のために、残留電流は積分器３０７４を、正又は負の方向にドリフトさせる。プロセッサは、異なるセットのＤＡＣ値と組み合わせて積分器３０７４の出力スルーレートを評価することによって制御信号を計算することができる。プロセッサは、プロセッサに記憶されている所定のデータを考慮に入れることができる。１つは光パルスがオフに切り替えられ、もう１つは光パルスがオンに切り替えられるとする２つの積分処理は、評価されたＤＡＣ値により実行される。積分器３０７４の開始値は、両方の測定においてほぼ同じである。したがって、ＤＡＣ値は積分器３０７４の出力値を同じ開始点にもたらすため、その結果、開始時の正確な出力値は重要とはならない。
【００６０】
測定中、フォトダイオード３０３は、Ｉ３＋Ｉ２に対応する信号を出力する。一方、初期値３０７８がゼロに設定されていると仮定すると、電流発生器３０７３は、Ｉ３に対応する信号を、フォトダイオード３０３によって生成された電流と反対方向に出力するため、積分器３０７４にＩ２のみに対応する電流、すなわち、試料１０２の情報を運ぶ電流を積分させる。
【００６１】
積分器３０７４によって出力された信号は、増幅器２０４及び／又はフィルタ２０５及び／又はＡＤＣ２０６の何れかによって更に精巧され、所望のアナログ形式又はデジタル形式で値Ｉ２とされる出力を生じる。
【００６２】
光源１０１が消灯された後、測定中の信号３０７９は再び測定が行われていないことを示すために切り替えられ、記憶素子３０７７は再び透過モード又はパススルーモードに入ることができる。このようにして、積分器３０７４から送られる信号は、再びレギュレータ３０７５に中継される。また、測定中にＩ３の値が変更された場合、これにより、分光光度計３００は他の測定を行う前に、新たな周囲光に対して自身を再較正する。有利なことに、この動作では、進行中の測定信号３０７９及び光源１０１を同じタイミングで動作させることができるため、対応する駆動回路を単純化することができる。
【００６３】
なお、本明細書では、例えば光源１０１を遮光する又は遮光しない場合、例えば、光により入り込めないカバー、バリアー、フォトダイオード３０３の方向に光源１０１からの光を遮光可能な様々な要素によっても光を消灯又は点灯する場合と同様の効果を得ることができる。好都合なことに、これは、例えば、陰影領域と透明領域とを有する回転ディスクによって得ることができる。これは、陰影領域と透明領域との量を適切に制御することにより、及び／又はディスクの回転速度を制御することにより、光源１０１によって発生させることができる最短光パルスの持続時間よりも潜在的に短い持続時間で光パルスを得ることができるという、更なる利点となる。これは、例えば、本発明に、例えばフラッシュ光のような短い時間で通常動作しない光であっても短い光パルスを生成することを可能にする。
【００６４】
オプションとして、レギュレータ３０７５は、レギュレータ３０７５がオーバードライブモードにあるときを指示するオーバードライブ出力３０８を含んでいる。具体的には、レギュレータが電流発生器３０７３を調整してレギュレータの２つの入力が同じ値をとることができないときである。これは、電流発生器３０７３がそれを補償するには周囲光が強すぎることを意味し、したがって、対応する警告信号とされるオーバードライブ出力３０８は、例えば点滅ＬＥＤ等に信号を中継することによってユーザに通知される。
【００６５】
有利なことに、本発明の実施形態は、後述のとおり、非安定周囲光の存在下であっても動作することができる。周囲光は時間の経過に関わらず安定しない光源からのものを含み得るので、以上のことは、実際に関連することとなる。
【００６６】
具体的に、図４Ａは、交流によって駆動されるランプの光強度Ｉの例示的な時間発展を概略的に示している。
【００６７】
人間の目には、ランプは安定した強度を有する。しかし、ミリセコンドスケールにおいて、これは真実ではない。より具体的には、ランプには脈動電力供給装置が設けられているので、その出力は、曲線４０２で示されるように脈動する。例えば、ＡＣ電源は５０Ｈｚの周波数の正弦波を有するとすることができる。そのため、フィラメントランプ（電球）に供給されると、このＡＣ電力は１００Ｈｚの周波数を有するフリッカをもたらす。したがって、ランプによって出力される光は、この周波数でピークを有し、その結果、１０ｍｓの期間４０３が生じる。また、図示されているように、ピークは、強度Ｉのゼロレベルに対して正のオフセット４０４を有することができる。これは、ＡＣ電力がその定期的なゼロ値に達してもランプが完全にオフにならないことがあるが、この時点でもランプがオンのままである可能性があるためである。これは、例えば、古典的なフィラメントランプの場合、瞬間的に供給される電力がゼロに等しいときでさえも、熱いままであり、光を放射するフィラメントの熱慣性のためである。環境光強度Ｉの平均値４０１は、曲線４０２の積分から生じる。
【００６８】
しかしながら、実際の環境では、周囲照明は、通常、単一のランプによって提供されるのではなく、このようなランプと幾つかの更なる周辺光源との組み合わせによって提供され得る。例えば、後者は太陽光又は他のいくつかのランプの組み合わせであってもよい。図４Ａに示される時間スケールにおいてこの付加的な周囲光は、図４Ａと同じ時間スケールを有する図４Ｂに示されるように、効果的に安定成分４０５をもたらす。図4Ａ及び図４Ｂの光源の組み合わせは、図４Ａと同じ時間スケールを有する図４Ｃに示されるような全周囲光をもたらす。ここで、その新しい平均４０６は値４０１と４０５との合計に対応するが、曲線４０２の交番成分はその形状が維持されている。
【００６９】
実際の条件では、平均値４０６を基準単位に対応させることを考慮すると、曲線４０２のピークは、交互の範囲４０７内で振動する。上記の数値は本発明を限定するものではなく、本発明が動作可能な多くの環境の１つを例示するために提供されたものであることは、当業者には明らかである。
【００７０】
このように、図４Ｃに示される周囲光によれば、所定の間隔の間に周囲光がどのくらい変化するかを計算することができる。そして、このことから、周囲光の変化が分光光度測定にどれだけの影響を及ぼすかを推定することが可能となる。
【００７１】
周囲光の変化を考慮する最悪の場合の位置は、曲線４０２と平均４０６との交点付近とされている。この時点において、曲線４０２はその最大勾配を有しており、経時的な強度の変化の最高値となっている。例えば、図４Ｄに示されるように、間隔４０８において、環境光強度Ｉは、変化値４０９によって変化する。説明を容易にするために、曲線４０２が正弦波であり、区間４０８が曲線４０２の交差点及び平均４０６に関して対称であると仮定すると、変化値４０９は半区間４０８の曲がりの２倍として計算することができる。
【００７２】
曲線４０２が１０ｍｓの周期を有する場合における放射の０．０３６°に対応する区間４０８の１ｐｓの例示的な値を考慮すると、変化値４０９は、２×（sin（0.036°/2））に等しく、曲線４０２の交互の範囲４０７の約０．０６２８％とされている。上述したように、交番範囲４０７は、実際には、平均値４０６の約５％に対応する。したがって、変化値４０９は、平均値４０６の０．０６２８％×５％=０．００３１４％に等しい。したがって、その変化は、平均値４０６に関してほとんど無視できるものとみなすことができる。交流範囲４０７が平均値４０６の５％以上であったとしても、例えば平均値４０６の５０％であると仮定すると、全体変化量４０９は平均値の０．０６２８％×５０％＝０．０３１４％に等しくなり、依然として無視できるものである。このように、実用的な目的において、図４Ｃに示される特性を有する周囲光は、例えば、１μｓ又はこれ以上のような間隔４０８の短い値では安定しているといえる。
【００７３】
このような照明の持続時間は、有利なことに、光源１０１としてのフラッシュ光、例えばキセノンフラッシュ光の動作に適合する。このような場合、分光光度計は、周囲光が測定を通して実質的に一定であるという仮定の下で動作することができる。
【００７４】
さらに具体的には、分光光度計３００の例示を参照することにより、発生器３０７３によって生成された電流は、図４Ｃに図示された周囲光の変化を追跡することができる。その測定が始まると、電流発生器３０７３による周囲光の追跡は、信号３０７９を切り替えることにより一時停止され、信号３０７９の切り替えの瞬間に最後に記憶された値を出力するように記憶素子３０７７が設定される。しかしながら、前述のとおり、測定間隔４０８の間に、周囲光は、５ｐｓの範囲のような例えば１ｐｓ〜１０ｐｓの範囲の間隔４０８の値に対して著しく変化しない。したがって、図４Ｃに記載された場合と同様の特性を有する様々な周囲光の存在下でさえも、本発明の分光光度計は、オフセット値がオフセットジェネレータがフリーズされることにより生成された後、パルスが迅速であり、周囲光の変化を無視できる程度に正確に測定することができる。さらに、本発明は、この場合、そして、前述のとおり、周囲光に起因するオフセットを除去することによって有利に動作することができ、これに伴い、図１に記載された従来技術よりも簡単な電子回路を使用することができる。
【００７５】
間隔４０８が例えば１ｍｓ以上のより長い持続時間の場合、環境光４０９の変化はより大きくなり得る。このような照明の持続時間は、例えば５０ｍｓ〜２００ｍｓ、例えば１００ｍｓの範囲の持続時間を有するハロゲン光の動作に適合する。
【００７６】
例えば、間隔４０８が曲線４０２が１０ｍｓの期間を有するとした場合に照射角３６°に対応する１ｍｓの値とすると、約６１．８％に対応する変化値４０９は２×（sin(36°/２)）と等しい。交番範囲４０７は、前述のとおり、実際には、平均値４０６の約５％に対応することができる。したがって、変化値４０９は、平均値４０６の６１．８％×５％＝３．０９％に等しい。
【００７７】
ここで、２つの状況が発生する可能性がある。このような変化値４０９は、光源１０１の強度Ｉ２が変化値より実質的に高い場合、測定に影響しないと考えることができる。あるいは、平均値４０６の１％〜１０％程度の値を有する強度Ｉ２に対して、平均値４０６の３．０９％の環境光の変化は、有意な測定誤差をもたらす可能性がある。
【００７８】
第１の場合、上記のフラッシュライトの場合と同様に測定を行うことができる。
【００７９】
しかしながら、第２の場合、これは不可能である。全体の間隔４０８の間にオフセット発生器２０７がフリーズされた場合、測定値は正確ではない。これは、前述したオフセット発生器２０７を用いることによって簡単に回避することができる。また、これに代えて、これは、間隔４０８の間に周囲光の総変化がゼロまたは実質的にゼロになるような長さを有する間隔４０８を用いることによって解決することもできる。具体的には、図４Ｃに示されるように、周囲光源の周波数が実質的に安定であるので、期間全体又はその倍数を含む間隔４０８は、積分器３０７４によって積分された場合、実質的にゼロの値をもたらす。例えば、図４Ｃに示されるように、１０ｍｓ、２０ｍｓ、３０ｍｓ等に等しい間隔４０８は、環境光４０２の交互成分４０７が測定において相殺する結果となる。周囲光４０２の平均４０６は、前述のように、オフセット発生器２０７によって除去される。
【００８０】
後者の場合、オフセット発生器２０７は、任意の時間において平均４０６に等しい値を出力し、強度４０２の最後の測定値に等しい値を出力しないように、有利に構成されている。積分器３０７４の存在により、信号４０２の平均４０６は電流発生器３０７３に提供され、交流成分４０７は積分期間の適切な選択によって取り除かれる。
【００８１】
さらに特定の実施形態では、積分期間の適切な選択は、周囲光強度を測定して、その周波数を決定することによって行うことができる。
【００８２】
あるいは、周囲光の交互成分407の大部分が人工照明によるものであると仮定することができる。さらに、人工光が通常５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの何れかによって駆動されることを考慮すると、分光光度計が使用される領域に対応する適切な周波数を選択するように、分光光度計にスイッチを設けることができる。
この場合、５０Ｈｚが選択されると、２０ｍｓ、４０ｍｓ等の値を有する間隔４０８を使用することができる。また、同様に、６０Ｈｚを使用する場合、１６．６７ｍｓ、３３．３３ｍｓ等の値を有する間隔４０８を使用することができる。
【００８３】
ここで、好都合なことに、このように選択された間隔４０８は、交流電源が整流されて、それぞれ１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚの周波数になる場合にも機能する。
【００８４】
さらに代替的に、分光光度計は、それ自体の電源からローカル電源周波数を差し引くことができ、ユーザからの入力なしで対応する間隔４０８を自動的に選択することができる。
【００８５】
さらに、１００ｍｓの間隔４０８を使用することができ、５０Ｈｚ（５周期）と６０Ｈｚ（６周期）の両方の周波数に対してゼロ値積分をもたらす。同様に、５０ｍｓの間隔４０８は１００Ｈｚ（５周期）と１２０Ｈｚ（６周期）の両方の周波数についてゼロ値積分をもたらす。
【００８６】
また、前述の実施形態では、光源１０１としてフラッシュ光やハロゲン光を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、光源１０１は、１ｍｓのような０．２ｍｓ〜５ｍの範囲の放出パルス持続時間を有するＬＥＤ光によって実現することができる。
【００８７】
前述の幾つかの異なる実施形態は、簡単に説明するために別個の方法で記載されていることは、当業者には明らかであると考える。特に、異なる実施形態に属する異なる特徴は、請求項の範囲にしたがい、本発明の実施形態において組み合わせることができる。
【００８８】
前述及び後述されたすべての出願、特許及び刊行物、特に２０１４年１２月１８日に提出された対応するＥＰ  １４００４２９２.０のすべての開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【図１】
2018503079.tif 000003
【図１Ａ】
2018503079.tif 000004
【図１Ｂ】
2018503079.tif 000005
【図１Ｃ】
2018503079.tif 000006
【図２】
2018503079.tif 000007
【図２Ａ】
2018503079.tif 000008
【図２Ｂ】
2018503079.tif 000009
【図２Ｃ】
2018503079.tif 000010
【図３】
2018503079.tif 000011
【図４Ａ】
2018503079.tif 000012
【図４Ｂ】
2018503079.tif 000013
【図４Ｃ】
2018503079.tif 000014
【図４Ｄ】
2018503079.tif 000015
【国際調査報告】
2018503079.tif 000016
2018503079.tif 000017