(57)【要約】【課題】分光光度計において、良好なＳ／Ｎ比や測光値の広いダイナミックレンジを実現することを課題とする。【解決手段】本発明に係る分光光度計１００は、光源１と、集光ミラー２と、マスク３を有するマスク機構４と、回折格子１０および駆動モータ１１を有する分光器７と、光検知手段２６と、駆動モータ５（マスク移動手段）と、を備える。マスク機構４におけるマスク３を移動させ、集光ミラー２の反射面に入射する光の面積を調節することで、回折格子１０の回折面に入射する光の面積を調節し、良好なＳ／Ｎ比や測光値の広いダイナミックレンジを実現することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を放射する光源と、
前記光源から放射された光を反射する凹型の反射面を有する集光ミラーと、
前記集光ミラーの反射面の近傍に設置され、当該反射面に入射する光を制限するマスクを有するマスク機構と、
前記集光ミラーの反射面によって反射した光を分解する回折格子、および、前記回折格子の向きを変える駆動手段を有する分光器と、
前記分光器で分解された光を検知する光検知手段と、
前記マスク機構におけるマスクを移動させることで、前記集光ミラーの反射面に入射する光の面積を調節するマスク移動手段と、
を備えることを特徴とする分光光度計。
【請求項２】
前記マスク移動手段は、
前記回折格子に入射する光の面積が一定になるように、前記回折格子に入射する光の方向と、前記回折格子の回折面の法線と、のなす角度が大きいほど、前記集光ミラーの反射面に入射する光の面積が大きくなるように前記マスク機構におけるマスクを移動させる
ことを特徴とする請求項１に記載の分光光度計。
【請求項３】
前記マスク移動手段は、
前記光検知手段によって得られる光の強度が全波長で一定になるように、光の波長に依存する発光強度に応じて前記マスク機構におけるマスクを移動させる
ことを特徴とする請求項１に記載の分光光度計。
【請求項４】
前記マスク移動手段と、前記駆動手段と、は動力源を共用することを特徴とする請求項２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。
【背景技術】
【０００２】
従来の分光光度計では、例えば、光源から放射された白色光を回折格子によって複数の単色光に分解し、その複数の単色光のうちのいずれかを試料に照射し、試料を透過した光を光検知器で受光して光度を計測することで、試料の吸光度や透過率を計算することができる（特許文献１，２参照）。その際、光としては、例えば、紫外線や可視光線（近赤外線を含む。以下同様）が用いられ、それらの波長域での試料の吸収スペクトルが測定される。
【０００３】
なお、分光光度計において試料の正確な吸光度や透過率を得るには、良好なＳ／Ｎ（signal-noise）比や、測光値の広いダイナミックレンジを実現する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１７５６７号公報
【特許文献２】特開昭６１−５３５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の分光光度計では、光の波長によって回折格子による分散角が異なることを利用して分光を行っている。ここで、分光によって得られる単色光のうち、例えば、＋１次または−１次の単色光が測定に使用される。そして、白色光を回折格子によって分解し、短波長側から長波長側の波長範囲の単色光をそれぞれ得る際に、短波長側の単色光を得ようとする場合は、長波長側の単色光を得る場合と比べて、回折格子の回折面の法線に対する白色光の入射角度を小さくする必要がある（詳細は図２、図３を用いて後記）。
【０００６】
そのため、短波長側の単色光を用いた測定では、回折格子の回折面への入射光束の面積が、長波長側の単色光を用いた場合と比べて小さくなってしまうことにより、長波長側の単色光を用いた測定と比較して、Ｓ／Ｎ比や測光値のダイナミックレンジの悪化が起こっていた。その対策として、例えば、光検知器である光電子増倍管のダイノードの負高圧調整や信号処理などが行われてきたが、充分な効果は得られていない。
【０００７】
そこで、本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、分光光度計において、良好なＳ／Ｎ比や測光値の広いダイナミックレンジを実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、光を放射する光源と、前記光源から放射された光を反射する凹型の反射面を有する集光ミラーと、前記集光ミラーの反射面の近傍に設置され、当該反射面に入射する光を制限するマスクを有するマスク機構と、前記集光ミラーの反射面によって反射した光を分解する回折格子、および、前記回折格子の向きを変える駆動手段を有する分光器と、前記分光器で分解された光を検知する光検知手段と、前記マスク機構におけるマスクを移動させることで、前記集光ミラーの反射面に入射する光の面積を調節するマスク移動手段と、を備える。
その他の手段については後記する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、分光光度計において、良好なＳ／Ｎ比や測光値の広いダイナミックレンジを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１の分光光度計の概略構成図である。
【図２】実施形態１の分光光度計の構成図である。
【図３】実施形態１の分光光度計の構成図である。
【図４】実施形態１の分光光度計の構成図である。
【図５】実施形態１のマスク機構の構成図である。
【図６】実施形態２のマスク機構の構成図である。
【図７】実施形態３のマスク機構の構成図である。
【図８】実施形態４のマスク機構の構成図である。
【図９】実施形態５のマスク機構の構成図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ断面図である。
【図１１】実施形態５のマスク機構の構成図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ断面図である。
【図１３】実施形態６のマスク機構の構成図である。
【図１４】実施形態７の分光光度計の構成図である。
【図１５】実施形態８に関する、マスク移動による調整前の発光強度スペクトルの説明図である。
【図１６】実施形態８に関する、マスク移動による調整後の発光強度スペクトルの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と称する。）について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態（図２〜図４参照）で説明する光学系は、ダブルビーム方式のツェルニー・ターナー型分光器であるが、ほかに、瀬谷・浪岡型分光器などの他の分光器であってもよく、また、シングルビーム方式の分光器であってもよい。
【００１２】
（実施形態１）
図１、図２に示すように、本実施形態の分光光度計１００は、光源１、集光ミラー２、マスク機構４、駆動モータ５（マスク移動手段）、コンピュータ６、分光器７、集光ミラー２０、光束分割手段２１、ミラー２２、試料室２３、光検知手段２６を備えて構成される。
【００１３】
光源１は、光を放射する手段であり、例えば、可視光線測定用のタングステンランプと、紫外線測定用の重水素放電管によって実現することができる。
【００１４】
集光ミラー２は、光源１から放射された光を反射する凹型の反射面を有する。
マスク機構４は、集光ミラー２の反射面の近傍に設置され、当該反射面に入射する光を制限するマスク３を有する。マスク３は、遮光手段であり、詳細については図５等で後記する。
【００１５】
駆動モータ５（マスク移動手段）は、コンピュータ６からの指示により、マスク機構４におけるマスク３を移動させることで、集光ミラー２の反射面に入射する光の面積を調節する。
コンピュータ６は、予め記憶されたプログラムに基づいて、駆動モータ５や駆動モータ１１に動作指示を与える。
【００１６】
分光器７は、集光ミラー２から受けた白色光を複数の単色光に分解し、所定の単色光を集光ミラー２０に向けて出射するための手段であり、入射スリット８、第一コリメートミラー９、回折格子１０、駆動モータ１１、第二コリメートミラー１８および出射スリット１９を備える。
【００１７】
入射スリット８、出射スリット１９は、分解能を決定するためスリットである。
第一コリメートミラー９、第二コリメートミラー１８は、受けた光を反射して平行状態の光束（「光」と同様の意味）とする。
【００１８】
回折格子１０は、入射した白色光を複数の単色光に分解する。
駆動モータ１１は、コンピュータ６からの動作指示を受けて、回折格子１０の向きを変える。
【００１９】
集光ミラー２０は、分光器７から受けた光を反射する。
光束分割手段２１は、集光ミラー２０から受けた光束を分割する手段であり、例えば、ハーフミラーによって実現できる。
ミラー２２は、光束分割手段２１から受けた光を反射する。
【００２０】
試料室２３は、サンプル２４とリファレンス２５を格納（保持）する手段である。
光検知手段２６は、サンプル２４を透過した光を検知するサンプル用光検知器２７と、リファレンス２５を透過した光を検知するリファレンス用光検知器２８と、を有する。
【００２１】
次に、分光光度計１００における光の動き等について説明する。図２に示すように、光源１から放射された白色光は、集光ミラー２へ入射する。集光ミラー２に入射する白色光およびそこから出射する白色光は、集光ミラー２の近傍に設置されたマスク機構４のマスク３によって光束サイズ（面積）を制限される。
【００２２】
集光ミラー２から出射した白色光は、分光器７に入射し、複数の単色光に分解される。つまり、分光器７内では、光束は、入射スリット８を通過後、第一コリメートミラー９にて反射され、分光手段である回折格子１０に入射して白色光から複数の単色光に分解される。
【００２３】
なお、駆動モータ１１によって回転移動する回折格子１０の停止角度（停止位置）は、次の式（１）によって決定できる。また、前記したように、単色光としては、＋１次または−１次の単色光が使用される。
ｋλ＝２ｄｓｉｎφｃｏｓα  ・・・式（１）
ｋ：回折次数（０、±１、±２・・・・・・）。
λ：出射する単色光の波長
ｄ：回折格子の溝本数
φ：回折格子１０の回転角
α：回折格子１０に入射する光束の方向と回折格子１０の法線とのなす角度
【００２４】
そして、回折格子１０の停止位置は、紫外線などの短波長光では図２のようになり、可視光などの長波長光では図３のようになる。図２、図３を比較し、また、下記の式（２）を参照すればわかるように、回折格子１０に入射する光束サイズは、短波長光の場合（図２）のほうが小さい。
ｘ＝ａ／ｓｉｎφ  ・・・式（２）
ｘ：回折格子１０へ入射する光束の幅
ａ：回折格子１０に入射する光束の方向と回折格子１０の法線の方向とが一致したときの光束の幅
【００２５】
そこで、回折格子１０に入射する光の面積が一定になるように、短波長光を用いた測定時には、図４に示すように、回折格子１０に入射する光の方向と、回折格子１０の回折面の法線と、のなす角度が大きいほど、集光ミラー２の反射面に入射する光の面積が大きくなるようにマスク機構４におけるマスク３を移動させる。これにより、図３と図４を比較すればわかるように、回折格子１０へ入射する光束サイズが一定になる。
【００２６】
回折格子１０から出射した所定の単色光は、第二コリメートミラー１８で反射され、出射スリット１９を通過する。出射スリット１９を通過した単色光は、集光ミラー２０で反射され、光束分割手段２１で光束が２本に分割される。
【００２７】
光束分割手段２１で分割された光束は、それぞれ、ミラー２２で反射され、試料室２３に入射し、サンプル２４とリファレンス２５に照射され、それぞれを透過後に光検知手段２６のサンプル用光検知器２７とリファレンス用光検知器２８に入射する。光検知手段２６において、サンプル用光検知器２７とリファレンス用光検知器２８で受けた光は電気信号に変換され、コンピュータ６で演算処理され、吸光度や透過率が得られる。
【００２８】
次に、マスク機構４の詳細について説明する。図５に示すように、マスク機構４は、２つのマスク３のほかに、２つの縦方向用マスク１２、２つのラック１３、２つのスパーギア１４、ピニオンギア１５、プーリー１６、および、ワイヤ１７を有している。
【００２９】
縦方向用マスク１２は、図５の縦方向の光束を制限する遮光手段である。なお、縦方向の光束サイズは回折格子１０の回転の影響を受けないため、縦方向用マスク１２は非駆動（固定）である。また、マスク３は、図５の横方向の光束を制限する。
【００３０】
ラック１３は、マスク３に固着され、マスク３と一体に動く。
スパーギア１４は、ピニオンギア１５の動力をラック１３に伝達する。
ピニオンギア１５は、ワイヤ１７の動力をスパーギア１４に伝達する。
プーリー１６は、駆動モータ５の動力をワイヤ１７経由でピニオンギア１５に伝達する。
【００３１】
このような構成によってマスク機構４におけるマスク３を図５の左右方向に移動させることで、回折格子１０の停止角度（停止位置）にかかわらず、回折格子１０に入射する光束の面積を一定にすることが可能となる。
【００３２】
以下、分光光度計１００の変形例について説明する。
（実施形態２）
図５に示した実施形態１におけるマスク機構４と比較して、図６に示すように、マスク機構４ａ（４）において、ピニオンギア１５を省略し、駆動モータ５の動力をワイヤ１７からスパーギア１４に直接伝達するようにしてもよい。
【００３３】
（実施形態３）
図５に示した実施形態１におけるマスク機構４と比較して、図７に示すように、マスク機構４ｂ（４）において、プーリー１６とワイヤ１７を省略し、駆動モータ５の動力をピニオンギア１５に直接伝達するようにしてもよい。
【００３４】
（実施形態４）
図５に示した実施形態１におけるマスク機構４と比較して、図８に示すように、マスク機構４ｃ（４）において、ピニオンギア１５とプーリー１６とワイヤ１７を省略し、駆動モータ５の動力をスパーギア１４に直接伝達するようにしてもよい。
【００３５】
実施形態２〜４によれば、使用する部品の点数を減らすことで、コストや故障率を低減したり、マスク機構４をコンパクト化したりすることができる。
【００３６】
（実施形態５）
図５に示した実施形態１におけるマスク機構４の代わりに、図９、図１０（図９のＡ−Ａ断面図）に示すマスク機構４ｄ（４）を用いてもよい。
【００３７】
マスク機構４ｄは、図５の場合と同様のプーリー１６、ワイヤ１７、２つのマスク３のほかに、２つのマスク固定板２９を備える。２つのマスク３は、２つのマスク固定板２９にそれぞれ固定される。
【００３８】
一方のマスク固定板２９（図９の手前のマスク固定板２９）がプーリー１６とワイヤ１７を介して駆動モータ５の動力で動かされると、他方のマスク固定板２９（図９の奥のマスク固定板２９）も、ギア３２によってその逆方向に動く。なお、各マスク固定板２９において、ギア３２と接する部分はラック構造となっており、互いの歯車が噛み合って動く（詳細な図示を省略）。図１１、図１２（図１１のＢ−Ｂ断面図）は、図９、図１０と比較して、２つのマスク３が遠ざかって、マスク３間の開口部が広がった状態を示す。
【００３９】
このような構造のマスク機構４ｄにより、図５〜８の場合に比較して、マスク機構４のコンパクト化を実現することができる。
【００４０】
（実施形態６）
図９に示した実施形態５におけるマスク機構４ｄと比較して、図１３に示すように、マスク機構４ｅ（４）を、プーリー１６とワイヤ１７を省略し、ピニオンギア１５（略記）の動力を一方のマスク固定板２９（ピニオンギア１５が噛み合う部分はラック構造（図示を省略））に直接伝達するようにしてもよい。
【００４１】
（実施形態７）
図１に示した実施形態１における分光光度計１００と比較して、図１４に示すように、分光光度計１００ａ（１００）において、マスク機構４におけるマスク３を移動させる動力に駆動モータ５を使用せず、駆動モータ１１を共有して用いてもよい。そうすれば、駆動モータが１つで済む。
【００４２】
（実施形態８）
実施形態１〜７では、回折格子１０に入射する光の面積が一定になるように、マスク機構４におけるマスク３を移動させるものとしたが、そのほかに、光検知手段２６で得られる光の強度が全波長で一定（「ほぼ一定」も含む。）になるように、光の波長に依存する発光強度に応じてマスク機構４におけるマスク３を移動させるようにしてもよい。
【００４３】
ここで、マスク機構４におけるマスク３を移動させない場合に、光検知手段２６で得られる発光強度のスペクトルの形状が図１５に示す発光強度スペクトル３３であるときについて考える。そして、マスク機構４によるマスク３間の開口部が、スペクトルの発光強度が強い波長では狭く、発光強度が弱い波長では広くなるようにマスク３を移動させれば、図１６に示すような一定の発光強度スペクトル３４を得ることができる。
【００４４】
このように、本実施形態に係る分光光度計１００によれば、マスク機構４におけるマスク３を移動させ、集光ミラー２の反射面に入射する光の面積を調節することで、回折格子１０の回折面に入射する光の面積を調節し、良好なＳ／Ｎ比や測光値の広いダイナミックレンジを実現することができる。
【００４５】
以上で本実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。
例えば、回折格子１０は、反射型でなくても、スリット透過型などの他のタイプのものであってもよい。
また、光源１の個数は、１個以上であれば何個でもよい。
【００４６】
また、光検知手段２６をサンプル用光検知器２７とリファレンス用光検知器２８の２つで構成する代わりに、１つの光検知器を用いて、光束を時間的に選択するチョッパーミラー等を用いてサンプル２４とリファレンス２５を透過してきた光束を選択検知するようにしてもよい。また、出射スリット１９より後の光学系の構成は別の構成であってもよい。
【００４７】
また、マスク機構４において、各種ギア（歯車）を用いる場合に、バックラッシュ調整（いわゆる「ガタ取り」）のために、板バネ等の調整手段を使用してもよい。
また、各種ギア（歯車）機構の代わりに、摩擦力によって同作用をする摩擦体機構などを用いてもよい。
その他、具体的な構成について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１    光源
２    集光ミラー
３    マスク
４    マスク機構
５    駆動モータ（マスク移動手段）
６    コンピュータ
７    分光器
８    入射スリット
９    第一コリメートミラー
１０  回折格子
１１  駆動モータ（駆動手段）
１２  縦方向用マスク
１３  ラック
１４  スパーギア
１５  ピニオンギア
１６  プーリー
１７  ワイヤ
１８  第二コリメートミラー
１９  出射スリット
２０  集光ミラー
２１  光束分割手段
２２  ミラー
２３  試料室
２４  サンプル
２５  リファレンス
２６  光検知手段
２７  サンプル用光検知器
２８  リファレンス用光検知器
２９  マスク固定板
３２  ギア
３３，３４  発光強度スペクトル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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