(57)【要約】  【課題】光を透過と反射に分ける光学素子を持つ分光分析装置において、ミラー間の相対角度を調整する機構を持たせることなく、最適な分析条件を得ることを可能とし、かつ、装置の簡素化およびコストダウンを行うことである。【解決手段】光を透過と反射に分ける光学素子であって、光学特性が異なる領域を複数同一平面上に持つ光学素子を備える。前記光学特性が異なる領域を光路上で切り替える機構であって、光路上にある領域が光路に対して常に同じ位置関係を保持すべく前記光学素子が一平面上を移動する機構を備える。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と分析対象であるサンプルを格納する試料室と光を透過と反射に分ける光学素子と光を電気信号に変換する検出部を備えた分光分析装置において、前記光学素子は、光学特性が異なる領域を複数同一平面上に持つ光学素子であることを特徴とする分光分析装置。
【請求項２】
前記光学特性が異なる領域を光路上で切り替える機構であって、光路上にある領域が光路に対して常に同じ位置関係を保持すべく前記光学素子が一平面上を移動する機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の分光分析装置。
【請求項３】
前記領域が、光学素子基材の表面上に形成された膜であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の分光分析装置。
【請求項４】
前記光学特性が、波長によって光を透過と反射に分ける特性であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３に記載の分光分析装置。
【請求項５】
前記光学特性が、反射率によって光を透過と反射に分ける特性であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３に記載の分光分析装置。
【請求項６】
前記光学特性が、パターン形状の膜によって得られることを特徴とする請求項５記載の分光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を透過と反射に分ける光学素子を持つ分光分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を透過と反射に分ける光学素子を持つ分光分析装置としては、例えば赤外分光光度計が知られている。赤外線を分子に照射すると、分子を構成している原子間の振動エネルギーに相当する赤外線を吸収する。この吸収度合いを調べることによって化合物の構造推定や定量を行うのが赤外分光光度計である。赤外分光光度計として、旧来から最近まで主流であったのが、回折格子を用いた分散型赤外分光光度計である。その後、技術の進歩とともに、レーザ光による波数モニタ・移動鏡を有する干渉計・コンピュータによる電算処理部を有するフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）が現在の主流となっている。
【０００３】
従来の分光分析装置の一例である図８および図９に示す赤外分光光度計（以下、従来例１）は、光を分ける役割を果たす全反射ミラー２８およびダイクロイックミラー２９と、前記ミラーを把持するミラーホルダ３と、ミラーの角度のずれを修正するための角度調節機構３０と、ミラーを透過した全波長光９をレンズ４２を通して撮像装置８に導入する可視観測系７と、ミラーを反射した全波長光９および赤外光１０を電気信号に変換する赤外検出器６に導入する赤外観測系５とで構成されている。
【０００４】
従来例１では、ミラーホルダ３で把持した全反射ミラー２８およびダイクロイックミラー２９を光路に対して同一角度になるように角度調節機構３０で調整した上で、それらを必要に応じて切替方向Ａ１２または切替方向Ｂ１３に移動させて、光路上で置き替えることにより各々の観測系に光を導入する。
【０００５】
透過と反射の波長特性が異なるミラーを複数個揃え、光路上で前記ミラーを切り替える必要性について、以下に述べる。
【０００６】
上記において用いられるダイクロイックミラー２９は、波長の長さによって光を透過と反射に分けることが行われている。例えば従来例１では、ダイクロイックミラー２９にＩＴＯ（酸化インジウム）膜を用いることが知られている。ＩＴＯ膜を用いると中赤外光を含む長波長の光は反射し、近赤外光を含む短波長の光は透過させることができるため、中赤外光を含む長波長の反射光を赤外観測系５に導入し、近赤外光を含む短波長の透過光を可視観測系７に導入することにより、中赤外光を含む長波長の赤外光および可視光については同時観測を行うことができる。
【０００７】
しかし、ＩＴＯ膜は近赤外光も透過し可視観測系７の光路に導入されるため、赤外観測系５により近赤外光を観測することができなかった。近赤外光を含む長波長の光は反射し、可視光以下の短波長の光を透過することのできるダイクロイックミラー２９が製作できれば上記の問題は解決できるが、現時点では前記特性のある反射膜が開発されていない。
【０００８】
全波長域で反射特性の高い反射膜を有する全反射ミラー２８を用いれば、近赤外光を含むすべての波長を赤外観測系５に導入することができるが、可視光・赤外光の同時観測はできない。
【０００９】
可視光・赤外光の同時観測を行うためには、例えば全波長にわたって反射特性を有する微小の反射膜がドット状に配置されたハーフミラーを用いることが考えられるが、光束を全波長にわたって反射と透過に分けるため光量が減少し、可視観測系７では視野が暗く、赤外観測系５では赤外検出器６の検出強度が低下する。
【００１０】
したがって、赤外分光光度計では、従来例１に示すように透過と反射の波長特性が異なるミラーを複数個揃え、前記ミラーをミラーホルダ３に把持させ、光路上で前記ミラーを切り替える機構を備えている。
【００１１】
特許文献１では、観察用ビームスプリッタにより、試料からの赤外光、可視光をそれぞれ赤外光検出手段、試料画像観察手段へと振り分けて、赤外光による測定時と可視光による観察時とで光路を機械的に切換える必要がない赤外顕微鏡が紹介されている。
【００１２】
また、光を透過と反射に分ける光学素子を持つ他の分光分析装置としては、例えば紫外可視分光光度計が知られている。紫外可視分光光度計は、光源から出射した光をガラス基材上にある特定の反射率の領域を有するビームスプリッタにより波長分散させて特定の波長を有する測定光を取り出し、その測定光を試料室内に設置されたサンプルに照射して該サンプルを通過した光を検出器で電気信号に変換し、サンプルの透過率や吸光度などの透過特性を測定する。
【００１３】
図１０および図１１に示す従来の分光分析装置の一例である紫外可視分光光度計（以下、従来例２）は、光源２５と、光源２５より発せられた光束３３を分けるために異なる反射率を有するハーフミラーＡ３１（反射率Ａ）およびハーフミラーＢ３２（反射率Ｂ）と、ビームスプリッタであるミラーを把持するミラーホルダ３と、ミラーの角度のずれを修正するための角度調節機構３０と、ミラーを透過した光（以下、レファレンス光）をレファレンス用検出器２３に導入するための全反射ミラー２４と、強度を比率演算することでドリフトやノイズを相殺した分析結果を得るために光を電気信号に変換するレファレンス用検出器２３と、ハーフミラーを反射した光（以下、サンプル光）をサンプル２０に導入するための試料室２１と、サンプル２０を透過した光を電気信号に変換するためのサンプル用検出器２２とで構成されている。
【００１４】
前記ビームスプリッタには、ポルカドットミラーのごときハーフミラーを用いることが知られている。前記ポルカドットミラーはドットパターンが一定であるため、サンプル光とレファレンス光の光量の比率が一定である。例えば、特許文献２には、金属膜とダイクロイックミラーを重ね合わせることを特徴とした分光分析装置が紹介されている。
【００１５】
最適な分析条件を得るためには、サンプル光とレファレンス光の光量の比率を変えた複数のミラーを用意することが知られている。具体的には、ドットパターンの比率の異なる２つのポルカドットミラーを、ミラーホルダ３で同一平面にすべく把持し、前記複数のミラーを必要に応じて切替方向Ａ１２または切替方向Ｂ１３に移動させるダブルモノクロメータが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特許４７１３３９１号公報
【特許文献２】特許４５３６７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来例１に示すとおり分光分析装置には、中赤外光を含む長波長の赤外光１０と可視光１１の同時観測をする場合はダイクロイックミラー２９を用い、近赤外光を含む短波長の光の観測を行う場合は全反射ミラー２８を用いることができるように、前記ダイクロイックミラー２９と前記全反射ミラー２８を切り替える機構を持った構造が知られている（図８および図９）。
【００１８】
上記のとおり透過・反射の波長特性の異なる２つのミラーを切り替える場合、把持方法により２つのミラーの角度がずれると、反射した光の光軸が観測系からずれる問題が起こる。そのため２つのミラーの反射光の光軸を合わせるために、ミラー間の相対角度を調整する機構（角度調節機構３０）を持たせる必要がある。ミラー間の相対角度を調整するためには、ミラーの芯出しを行うと共にあらゆる方向へ傾斜させることにより傾斜補正を行うことができる２軸のあおり機構を搭載する方法が知られているが、装置が大型化し高価になる問題があった（図８および図９）。
【００１９】
特許文献１では、観察用ビームスプリッタにより、試料からの赤外光、可視光をそれぞれ赤外光検出手段、試料画像観察手段へと振り分けて、赤外光による測定時と可視光による観察時とで光路を機械的に切換える必要がない赤外顕微鏡が紹介されているが、該構造では全波長域で反射特性の高い反射膜を有する全反射ミラー２８を用いれば、近赤外光を含むすべての波長を赤外観測系５に導入することができるが、可視光・赤外光の同時観測はできない。
【００２０】
可視光・赤外光の同時観測を行うためには、例えば全波長にわたって反射特性を有する微小の反射膜がドット状に配置されたハーフミラーを用いることが考えられるが、光束を全波長にわたって反射と透過に分けるため光量が減少し、可視観測系７では視野が暗く、赤外観測系５では赤外検出器６の検出強度が低下する問題を有する。
【００２１】
特許文献１では、第２の光源を用意し、この問題に対処しているが、装置が大型化し高価になる問題があった。
【００２２】
また、従来例２のとおり、ドットパターンの比率の異なる２つのポルカドットミラーを切り替える機構を採用する構造が知られている（図１０および図１１）。
【００２３】
上記のとおりドットパターンの比率の異なる２つのポルカドットミラーを切り替える場合、把持方法により２つのミラーの角度がずれると、反射した光の光軸が観測系からずれる問題が起こる。そのため２つのミラーの反射光の光軸を合わせるために、ミラー間の相対角度を調整する機構（角度調節機構３０）を持たせる必要がある。ミラー間の相対角度を調整するためには、ミラーの芯出しを行うと共にあらゆる方向へ傾斜させることにより傾斜補正を行うことができる２軸のあおり機構を搭載する方法が知られているが、装置が大型化し高価になるという従来例１と同様の問題があった（図１０および図１１）。
【００２４】
本発明の課題は、光を透過と反射に分ける光学素子を持つ分光分析装置において、ミラー間の相対角度を調整する機構を持たせることなく、最適な分析条件を得ることを可能とし、かつ、装置の簡素化およびコストダウンを行うことである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するための分光分析装置は、光源と分析対象であるサンプルを格納する試料室と光を透過と反射に分ける光学素子と光を電気信号に変換する検出部を備えた分光分析装置において、前記光学素子は、光学特性が異なる領域を複数同一平面上に持つ光学素子であることを特徴とする。
【００２６】
前記光学特性が異なる領域を光路上で切り替える機構であって、光路上にある領域が光路に対して常に同じ位置関係を保持すべく、前記光学素子が一平面上を移動する機構を備えたことを特徴とする。
【００２７】
前記領域が、光学素子基材の表面上に形成された膜であることを特徴とする。
【００２８】
前記光学特性が、波長によって光を透過と反射に分ける特性であることを特徴とする。
【００２９】
前記光学特性が、反射率によって光を透過と反射に分ける特性であることを特徴とする。
【００３０】
前記光学特性が、パターン形状の膜によって得られることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明が提供する発明によれば、光学特性が異なる領域を複数同一平面上に持つ光学素子を備えていることにより、光学素子を把持する機構が簡素化、かつ、小型化できる。
また、分光分析装置全体の構造が非常に簡易にできる。
【００３２】
前記光学特性が異なる領域を光路上で切り替える機構であって、光路上にある領域が光路に対して常に同じ位置関係を保持すべく前記光学素子が一平面上を移動する機構を備えていることにより、光学素子上にある複数の領域間の相対角度調整が不要となるため、光学素子把持機構から角度調整機構を省くことができ、小型化かつコストダウンにつながる。
【００３３】
前記光学特性が異なる領域を光学素子基材の表面上に膜で形成することによって、光学特性の異なる光学素子を複数把持する機構を必要とせず、また、接着等する必要もなく、容易に光学特性の異なる複数の領域を同一平面上に有する光学素子を得ることができる。
【００３４】
前記光学特性が、波長によって光を透過と反射に分ける特性であることによって、該光学素子を赤外分光光度計に用いることができる。
【００３５】
前記光学特性が、反射率によって光を透過と反射に分ける特性であることによって、該光学素子を紫外可視分光光度計に用いることができる。
【００３６】
前記膜を、パターン形状に形成すれば、光学特性の異なる領域を得ることが容易である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例１において全反射ミラーの領域１を選択した場合の分光分析装置の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施例１においてダイクロイックミラーの領域２を選択した場合の分光分析装置の概要を示す図である。
【図３】本発明の実施例２において分光分析装置の概要を示す図である。
【図４】本発明の実施例１および実施例２においてミラーの領域を成膜によって形成した場合の概要を示す図である。
【図５】本発明の実施例３において反射率Ａの領域１７を選択した場合の分光分析装置の概要を示す図である。
【図６】本発明の実施例３において反射率Ｂの領域１８を選択した場合の分光分析装置の概要を示す図である。
【図７】本発明の実施例３においてミラーの領域を成膜によって形成した場合の概要を示す図である。
【図８】従来例１において全反射ミラー２８を選択した場合の分光分析装置の概要を示す図である。
【図９】従来例１においてダイクロイックミラー２９を選択した場合の分光分析装置の概要を示す図である。
【図１０】従来例２においてハーフミラーＡ（反射率Ａ）３１を選択した場合の分光分析装置の概要を示す図である。
【図１１】従来例２においてハーフミラーＢ（反射率Ｂ）３２を選択した場合の分光分析装置の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図面を用いて本発明に係る分光分析装置の詳細を説明する。
【実施例１】
【００３９】
図１に示すとおり、本実施例において分光分析装置は、赤外観測系５に赤外検出器６と、可視観測系７にレンズ４２と撮像装置８とを備え、ミラー４をミラーホルダ３に把持させて、光路上に配置すべく構成されている。
【００４０】
ミラー４は、光を透過と反射に分ける光学素子であって、例えば全反射ミラーの領域１とダイクロイックミラーの領域２を同一平面上に有する。
【００４１】
図１および図２に示すとおり、全反射ミラーの領域１とダイクロイックミラーの領域２を光路上で切替方向Ａ１２および切替方向Ｂ１３に移動させて、光路上にある領域が光路に対して常に同じ位置関係を保持する切替機構を備える。切替方向Ａ１２および切替方向Ｂ１３は、ミラー４の表面が常に同一の平面内にあるような方向である。
【００４２】
図１に示すとおり、ミラー４を切替方向Ａ１２に移動させて全反射ミラーの領域１を光路上に設置した場合は、全波長域で反射特性を有するので、近赤外光を含むすべての波長の光を赤外観測系５に導入し、近赤外光を含む長波長の赤外光の分析を行う。
【００４３】
図２に示すとおり、ミラー４を切替方向Ｂ１３に移動させてダイクロイックミラーの領域２を光路上に設置した場合は、中赤外光を含む長波長の光は反射し、近赤外光を含む短波長の光は透過できるため、中赤外光を含む長波長の赤外光１０を赤外観測系５に導入し、近赤外光を含む可視光１１を可視観測系７に導入することにより、赤外光・可視光の同時観測を行う。
【００４４】
上記の切替機構は、例えばモータによりミラー４をスライドさせて、全反射ミラーの領域１とダイクロイックミラーの領域２のうち光路上にある領域が光路に対して常に同じ位置関係を保持すべく前記ミラー４が一平面上で移動すべく構成とする。
リニアにスライドする機構ではなく、回転してミラー領域を変更する構成としてもよい。
また、駆動は電動でなく、エアー式または弾性部材による駆動でもよい。
【００４５】
図４に示すとおり、ミラー４は、例えば平面のガラス基材１６表面上の光束よりも大きな領域に全反射膜１４を施し、それ以外の領域にＩＴＯ膜１５を施す。
【００４６】
図１の構成において、ホットミラーであるＩＴＯ膜の代わりにコールドミラーを用いて、可視観測系７と赤外観測系５の位置を入れ替えてもよい。
【００４７】
ミラー４は、光学特性を有する領域を同一平面上に３以上配置してもよい。
【実施例２】
【００４８】
図３に示すとおり、ミラー４を固定して、全波長光９の光束の半分を全反射ミラーの領域１で反射し、残り半分をダイクロイックミラーの領域２で反射させ、分割した光束をそれぞれ可視観測系７と赤外観測系５に導入する。
全反射ミラーの領域１では可視観測系７に光束を導入できないが、近赤外光を含む赤外光を赤外検出器６で観測することができる。
また残り半分のダイクロイックミラーの領域２で反射した光束では近赤外光を赤外検出器６で観測できないが、中赤外光を含む長波長の赤外光１０と可視光１１の同時観測を行うことができる。
【実施例３】
【００４９】
図５に示すとおり、本実施例において分光分析装置は、光源２５と、サンプル用検出器２２と、レファレンス用検出器２３を備え、反射率Ａの領域１７と反射率Ｂの領域１８を有するビームスプリッタ４１をミラーホルダ３に把持させて、光路上に配置すべく構成されている。
本実施例では、例えば反射率Ａは５０％より大きいものとし、反射率Ｂは５０％より小さいものとする。
ビームスプリッタ４１により光源２５より発せられた光を透過と反射に分けた光の片方をサンプル２０に通すために試料室２１を備える。サンプル２０を通過した光はサンプル用検出器２２に導入され、他方の光は何も通さず全反射ミラー２４で反射しただけで、直接レファレンス用検出器２３に導入される。
【００５０】
ビームスプリッタ４１は、光を透過と反射に分ける光学素子であって、反射率Ａの領域１７と反射率Ｂの領域１８を同一平面上に有する。
図５および図６に示すとおり、反射率Ａの領域１７と反射率Ｂの領域１８を光路上で切替方向Ａ１２および切替方向Ｂ１３に移動させて、光路上にある領域が光路に対して常に同じ位置関係を保持する切換機構を備える。切替方向Ａ１２および切替方向Ｂ１３は、ビームスプリッタ４１の表面が常に同一の平面内にあるような方向である。
【００５１】
図５に示すとおり、ビームスプリッタ４１を切替方向Ａ１２に移動させて反射率Ａの領域１７を光路上に設置した場合は、光量の多い光（光束３３のＡ％）をサンプル用検出器２２に導入し、光量の少ない光（光束３３の（１００−Ａ）％）をレファレンス用検出器２３に導入する。
【００５２】
図６に示すとおり、ビームスプリッタ４１を切替方向Ｂ１３に移動させて反射率Ｂの領域１８を光路上に設置した場合は、光量の少ない光（光束３３のＢ％）をサンプル用検出器２２に導入し、光量の多い光（光束３３の（１００−Ｂ）％）をレファレンス用検出器２３に導入する。
【００５３】
反射率Ａを５０％より小さいものとし、反射率Ｂを５０％より大きいものとしてもよい。
【００５４】
上記の切替機構は、モータによりビームスプリッタ４１をスライドさせて反射率Ａの領域１７と反射率Ｂの領域１８のうち光路上にある領域が光路に対して常に同じ位置関係を保持すべく前記ビームスプリッタ４１が一平面上で切り替わる構成とする。
リニアにスライドする機構ではなく、回転してビームスプリッタ４１の領域を変更する構成としてもよい。
また、駆動は電動でなく、エアー式または弾性部材による駆動でもよい。
ビームスプリッタ４１を一平面上で動かし、反射率の異なる領域を切り替えることにより、光路の角度がずれることなく、サンプル用検出器２２への光量とレファレンス用検出器２３への光量の比率を変更した複数の領域を持つダブルモノクロメータとして、分析を行うための最適な条件を得る。
【００５５】
図７に示すとおり、ビームスプリッタは、平面のガラス基材１９表面上の光束よりも大きな領域に、例えばドットパターンの異なる領域（図７では、ドットパターンＡ２６とドットパターンＢ２７）を持つ反射膜を形成することにより、領域ごとに異なる反射率を持たせる。
【００５６】
ビームスプリッタは、必要に応じて反射率の異なる領域を３以上配置することにより、サンプル用検出器２２とレファレンス用検出器２３の光量の比率を３以上に切り替えるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１  全反射ミラーの領域
２  ダイクロイックミラーの領域
３  ミラーホルダ
４  ミラー
５  赤外観測系
６  赤外検出器
７  可視観測系
８  撮像装置
９  全波長光
１０  赤外光
１１  可視光
１２  切替方向Ａ
１３  切替方向Ｂ
１４  全反射膜
１５  ＩＴＯ膜
１６  ガラス基材
１７  反射率Ａの領域
１８  反射率Ｂの領域
１９  ガラス基材
２０  サンプル
２１  試料室
２２  サンプル用検出器
２３  レファレンス用検出器
２４  全反射ミラー
２５  光源
２６  ドットパターンＡ
２７  ドットパターンＢ
２８  全反射ミラー
２９  ダイクロイックミラー
３０  角度調整機構
３１  ハーフミラーＡ（反射率Ａ）
３２  ハーフミラーＢ（反射率Ｂ）
３３  光束
４１  ビームスプリッタ
４２  レンズ
【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】
2013145169.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013145169.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2013145169.tif 000013