CN107430033A - 傅里叶变换型分光光度计 - Google Patents

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Abstract

本发明在具有控制干涉仪的傅里叶变换型分光光度计中，削减光学部件的部件数量，从而容易进行光轴调整，并且使装置小型化。通过第一反射镜(131)和激光源保持部使测定光与激光的光轴一致，该第一反射镜具有朝向分束器(140)反射从测定用光源(110)发出的测定光的反射面(131a)、以及沿着被反射面反射的所述测定光的光轴方向延伸的第一贯通孔(131b)，该激光源保持部将激光源(120)保持为使从激光源(120)发出的激光通过所述第一贯通孔并向分束器入射。由于无需以往的用于使测定光与激光的光轴一致的激光用反射镜，从而能够削减部件数量，能够容易地进行光轴调整，并实现装置的小型化。

Description

傅里叶变换型分光光度计
技术领域
本发明涉及傅里叶变换型分光光度计。
背景技术
FTIR(傅里叶变换型红外分光光度计：Fourier Transform Infraredspectroscope)通过分束器将来自红外光源的红外光分割成两束，将一方向固定镜照射，将另一方向移动镜照射，并将上述反射光再次引导至同一光路，从而产生干涉光。该干涉光被照射至作为测定对象的试料，通过检测器检测其透射光或者反射光，并作为检测信号而发送至数据处理装置。数据处理装置对检测信号进行傅里叶变换而作成频谱，根据该频谱的峰值波长、峰值强度等来进行该试料的定性分析、定量分析。
这种FTIR例如如图4所示那样构成(参照专利文献1)。即，FTIR具有收容于干涉仪室400内的主干涉仪，该主干涉仪包括红外光源410、聚光镜431a、准直镜431b、分束器440、移动镜450以及固定镜460。在主干涉仪中，从红外光源410射出的红外光经由聚光镜431a、准直镜431b而被分束器440分割成两束，一方被固定镜460反射，另一方被移动镜450反射，然后再次在同一光路中汇合而成为红外干涉光。当该红外干涉光由抛物面镜432聚光，向试料室470入射，并向试料S照射时，使试料S针对特有的波长接受吸收。接受吸收后的红外干涉光经由椭圆面镜433由红外光检测器480检测，并进行傅里叶变换，从而作成所述频谱。
在这种FTIR中，通过将移动镜450的移动速度保持为恒定，能够以高精度取得所述频谱。在移动镜450的移动速度的测定中，使用了图4所示的控制干涉仪。控制干涉仪包括激光源420、第一激光用反射镜421及第二激光用反射镜422、分束器440、移动镜450以及固定镜460。在控制干涉仪中，从激光源420发出的激光由第一激光用反射镜421导入至与所述红外光相同的光路上，通过与该红外光相同的干涉系统(分束器440、移动镜450、固定镜460)而生成激光干涉光。该激光干涉光由第二激光用反射镜422从所述红外干涉光的光路中导出，并由激光检测器490检测。根据检测到的激光干涉光来计算移动镜450的移动速度。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-007964号公报
专利文献2：日本特表2005-521893号公报
发明内容
发明所要解决的课题
所述控制干涉仪所使用的光学部件中，分束器440、移动镜450以及固定镜460与所述主干涉仪通用。另一方面，第一激光用反射镜421及第二激光用反射镜422是不属于主干涉仪的光学部件。因此，为了通过如图4这样的控制干涉仪得到移动镜450的位置信息，需要在主干涉仪的结构之外另外追加上述的反射镜。然而，由于光学部件增加，从而产生装置的尺寸变大、光轴调整的时间和劳力增加等问题。并且，由于用于固定所述反射镜的构件，还形成红外光路的一部分被遮挡的问题。
本发明是鉴于上述的点而完成的，其目的在于在具有控制干涉仪的傅里叶变换型分光光度计中，削减光学部件的部件数量，从而容易进行光轴调整，并且使装置小型化。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题而完成的本发明的第一方式的傅里叶变换型分光光度计具备：主干涉仪，其包括测定用光源、分束器、移动镜以及固定镜，且生成测定光的干涉光；激光源；以及控制干涉仪，其包括所述分束器、所述移动镜以及所述固定镜，且生成激光干涉光，所述傅里叶变换型分光光度计的特征在于，具备：a)第一反射镜，其具有反射面和第一贯通孔，所述反射面朝向所述分束器反射从所述测定用光源发出的测定光，所述第一贯通孔沿着被该反射面反射的所述测定光的光轴方向延伸；以及b)激光源保持部，其将所述激光源保持为使从该激光源发出的激光通过所述第一贯通孔并向所述分束器入射。
另外，为了解决上述课题而完成的本发明的第二方式的傅里叶变换型分光光度计具备：主干涉仪，其包括测定用光源、分束器、移动镜以及固定镜，且生成测定光的干涉光；激光源；控制干涉仪，其包括所述分束器、所述移动镜以及所述固定镜，且生成激光干涉光；激光检测器，其检测所述激光干涉光；以及测定光检测器，其检测所述测定光的干涉光，所述傅里叶变换型分光光度计的特征在于，具备：a)第二反射镜，其具有反射面和第二贯通孔，所述反射面朝向所述测定光检测器反射测定光的干涉光，所述测定光的干涉光通过被所述移动镜以及所述固定镜反射的测定光由所述分束器汇合而成，所述第二贯通孔供与所述测定光的干涉光一起从所述分束器朝向该反射面行进的激光干涉光通过；以及b)激光检测器保持部，其将所述激光检测器保持为使通过所述第二贯通孔的所述激光干涉光向该激光检测器入射。
在第一方式及第二方式所涉及的傅里叶变换型分光光度计中，测定用光源能够使用红外光源、可见光源、紫外光源等。另外，第一反射镜及第二反射镜除平面镜以外，还可以使用用于使测定光成为平行光的准直镜、聚光镜等。
在主干涉仪与控制干涉仪具有共用的分束器、移动镜、固定镜的傅里叶变换型分光光度计中，在测定光的光路上配置有激光用的反射镜，通过该反射镜将激光导入至测定光的光路上、或将激光干涉光从测定光的干涉光的光路中导出。相对于此，在上述第一方式中，在用于将来自测定用光源的测定光朝向分束器反射的第一反射镜形成有第一贯通孔，通过该贯通孔将激光导入至测定光的光路上，与测定光一起入射至分束器。因此，在第一方式中，能够以不设置激光用的反射光的方式将来自激光源的激光导入至测定光的光路上。
另外，在上述第二方式中，在用于将测定光的干涉光朝向测定光检测器反射的第二反射镜形成有第二贯通孔，通过该贯通孔使激光干涉光与测定光的干涉光分离并入射至激光检测器。因此，在第二方式中，能够以不设置激光用反射镜的方式使激光干涉光从测定光的干涉光的光路分离并通过激光检测器进行检测。
并且，本发明的第三方式的特征在于，具备上述第一方式所涉及的第一反射镜、第一贯通孔以及光源保持部；以及第二方式所涉及的第二反射镜、第二贯通孔以及激光检测器保持部。在该结构中，测定光以及激光分别向第一反射镜以及第一贯通孔入射，从而在测定光与激光的光轴一致的状态下向分束器入射。之后，通过分束器、固定镜、移动镜生成激光干涉光以及测定光的干涉光，该激光干涉光以及测定光的干涉光分别向第二反射镜以及第二贯通孔入射，从而激光干涉光与测定光的干涉光分离，并分别向激光检测器以及测定光检测器入射。
发明效果
在本发明所涉及的傅里叶变换型分光光度计中，不需要以往使用的、用于将来自激光源的激光导入至测定光的光路的反射镜、以及用于使激光干涉光与测定光的干涉光分离的反射镜中的至少一方，从而所使用的光学部件的数量减少。另外，由于光学部件数量减少，从而还能够实现傅里叶变换型分光光度计的小型化。由于光学部件减少，从而光轴调整的时间和劳力减少，光轴调整变得容易。
附图说明
图1是本发明的实施方式的FTIR的概要结构图。
图2是仅使用本发明的第一反射镜以及激光源保持部的情况下的FTIR的概要结构图。
图3是仅使用本发明的第二反射镜以及激光检测器保持部的情况下的FTIR的概要结构图。
图4是现有技术的FTIR的概要结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。
图1是本实施方式所涉及的FTIR的概要结构图。需要说明的是，对与已经在图4中示出的构成要素相同或者对应的构成要素标注后两位相同的附图标记，并适当省略说明。
该FTIR与图4的FTIR同样在干涉仪室100中具有红外光源110、准直镜131、分束器140、移动镜150、固定镜160、以及抛物面镜132，且在干涉仪室100外具有收容试料S的试料室170和红外光检测器180。但是，不具有现有技术中的第一激光用反射镜421及第二激光用反射镜422。另外，激光源120通过由螺钉、安装配件等构成的激光源保持部101安装于干涉仪室100的壳体的外侧。另外，激光检测器190也通过由螺钉、安装配件等构成的激光检测器保持部102安装于干涉仪室100的壳体的外侧。
准直镜131具有抛物面状的第一反射面131a以及第一贯通孔131b。第一反射面131a使从红外光源110入射的光成为平行光并向分束器140入射。第一贯通孔131b的剖面形状为圆形，其直径为从激光源120射出的激光的光束宽度的2倍左右。第一贯通孔131b的一方的开口设置于第一反射面131a的中央，另一方的开口设置于准直镜131的与第一反射面131a不同的端面。该端面的开口隔着在干涉仪室100的壳体安装的使激光透过的窗而与激光源120的激光射出部分对置。另外，第一贯通孔131b形成为沿着被所述第一反射面131a反射的红外光的光轴方向延伸。
抛物面镜132具有抛物面上的第二反射面132a以及第二贯通孔132b。第二反射面132a使从分束器140入射的红外干涉光向试料S聚光。第二贯通孔132b的剖面形状为圆形，其直径为从激光源120发出的激光的光束宽度的2倍左右。第二贯通孔132b的一方的开口设置于第二反射面132a的中央，另一方的开口设置于抛物面镜132的与第二反射面132a不同的端面。该端面的开口隔着在干涉仪室100的壳体安装的使激光透过的窗而与激光检测器190的受光面对置。另外，第二贯通孔132b形成为沿着被所述第二反射面132a反射的红外干涉光的光轴方向延伸。抛物面镜132配置为使从分束器140入射的激光干涉光通过第二贯通孔132b。
参照图1对本实施方式的FTIR的动作进行说明。从红外光源110射出的红外光被准直镜131的第一反射面131a反射而成为平行光，并向分束器140入射。另一方面，从激光源120射出的激光通过第一贯通孔131b，并向分束器140入射。此时，第一贯通孔131b沿着被第一反射面131a反射的所述红外光的光轴方向延伸，因此通过第一贯通孔131b的所述激光的光轴与所述红外光的光轴一致。
各个光轴一致的所述激光和所述红外光向分束器140入射，被移动镜150以及固定镜160反射，分别成为激光干涉光以及红外干涉光。该两个干涉光保持光轴一致的状态而向抛物面镜132入射。
当红外干涉光向抛物面镜132的第二反射面132a入射时，该红外干涉光向红外光检测器180的方向被反射，而向设置在其光路中的试料室170的试料S照射，使试料S针对特有的波长接受吸收。接受吸收后的红外干涉光经由检测器用椭圆面镜133而由红外光检测器180检测。
入射至抛物面镜132的激光干涉光通过第二贯通孔132b并向激光检测器190入射。在此，所述红外干涉光被第二反射面132a反射，仅所述激光干涉光通过第二贯通孔132b。这样，所述红外干涉光和所述激光干涉光被抛物面镜132分离。该激光干涉光由激光检测器190检测。
以上，对本发明所涉及的傅里叶变换型红外分光光度计的一个实施方式进行了说明，但只要在本发明的主旨的范围内，则能够进行适当变更、修正。
例如，在上述实施方式中，将激光源120安装于干涉仪室100的壳体的外侧，但也可以安装于干涉仪室100的内侧。在该情况下，第一贯通孔131b以不经由在于涉仪室100的壳体设置的使激光透过的窗的方式与激光源120的激光射出部分对置。另外，也可以在干涉仪室100的内部或者外部的、与所述壳体分离开的位置设置激光源保持部101，配置激光源120。激光检测器190也可以与激光源120同样地设置于干涉仪室100的内部、干涉仪室100的内部或者外部的与壳体分离开的位置。
在将激光源120设置于干涉仪室100的壳体的外部的情况下，能够抑制激光源120的温度上升。通常，FTIR的激光源使用He-Ne激光器、VCSEL(Vertical Cavity SurfaceEmitting LASER：垂直空腔表面发射激光器)等。若将上述的激光源设置于干涉仪室的内部，则除激光源自身的发热以外还因自红外光源等发出的热量而使干涉仪室内的温度上升，因此激光源的输出发生变化。特别是在使用VCSEL作为激光源的情况下，如专利文献2所示那样激光源的温度上升，从而该激光源的输出频率变化，因此有时无法稳定地进行试料的分析。
相对于此，在上述实施方式中，通过将激光源120设置于干涉仪室100的外部，能够将激光源的热量向外部释放。另外，也基本不会受到红外光源110等其他设备的排热的影响。并且，通过将热阻高的材料的分隔件插入激光源120与所述壳体之间，从而即使在干涉仪室100内的温度上升的情况下，也能够抑制对激光源120的影响。
另外，在上述实施方式中，为了将激光源120固定于干涉仪室100的壳体而使用激光源保持部101，但还可以具有用于调整激光源120的光轴的机构。通过采用这种结构，能够在将激光源120安装于干涉仪室100的壳体后，对激光源120的光轴进行微调，因此能够以更高的精度进行光轴调整。
在上述实施方式中，将第一贯通孔及第二贯通孔的剖面形状设为圆形，但只要是能够供激光直线地通过的形状，则也可以设为四边形、其他多边形。另外，将所述贯通孔的直径设为激光的光束宽度的2倍左右，但既可以设定为比该光束宽度大，也可以设定为比该光束宽度小。但是，当所述贯通孔的直径变大时，第一反射面及第二反射面的面积变小，被上述的反射面反射的红外光的光量降低，因此该贯通孔的直径优选在能够由激光检测器检测激光的干涉状态的范围内较小。另外，将所述贯通孔设置于第一反射镜及第二反射镜的中央，但也可以设置在除此以外的位置。
并且，在上述实施方式中，将红外光源110设置于干涉仪室100的内部，但也可以设置于干涉仪室100的外部。在该情况下，在干涉仪室100的壳体设置有用于使红外光向干涉仪室100内入射的开口部。通过在该开口部设置使红外光通过的窗，能够确保干涉仪室100内的气密性。
另外，在上述实施方式中，使用本发明的第一方式所涉及的第一反射镜和激光源保持部、第二方式所涉及的第二反射镜和激光检测器保持部双方，但也可以如图2、图3所示使用任一方。
图2所示的FTIR是如下的例子：通过本发明的第一方式所涉及的第一反射镜、激光源保持部而使激光与红外光的光轴一致，并且使用现有技术的第二激光用反射镜使激光干涉光与红外干涉光分离。在该结构中，从红外光源210以及激光源220分别射出的红外光以及激光与上述实施方式同样地通过第一反射面231a、第一贯通孔231b以及保持激光源220的激光源保持部201而使光轴相同，并且向分束器240入射。
之后，入射至分束器240的所述激光以及所述红外光经由分束器240、移动镜250以及固定镜260，从而成为激光干涉光和红外干涉光。所述红外干涉光通过抛物面镜232而向红外光检测器280的方向照射，激光干涉光与现有技术同样地通过第二激光用反射镜222而使光轴向激光检测器290的方向变更，从而能够使各个光分离。
图3所示的FTIR是如下的例子：使用现有技术的第一激光用反射镜使激光与红外光的光轴一致，并使用本发明的第二方式所涉及的第二反射镜、激光检测器保持部202而使激光干涉光与红外干涉光分离。在该结构中，从红外光源310射出的红外光由准直镜331反射，并向分束器340入射。从激光源320射出的激光与现有技术同样地由第一激光用反射镜321反射，从而形成与由所述准直镜331反射的红外光相同的光轴，并向分束器340入射。
之后，入射至分束器340的所述激光以及所述红外光经由分束器340、移动镜350以及固定镜360而成为激光干涉光和红外干涉光。上述的干涉光与上述实施方式同样地通过第二反射面332a以及第二贯通孔332b而被分离。
附图标记说明
100、200、300、400...干涉仪室；
101、201、301...激光源保持部；
102、202、302...激光检测器保持部；
110、210、310、410...红外光源；
120、220、320、420...激光源；
131、231、331、431...准直镜；
131a、231a、331a...第一反射面；
131b、231b...第一贯通孔；
132、232、332、432...抛物面镜；
132a、232a、332a...第二反射面；
132b、332b...第二贯通孔；
133、233、333、433...检测器用椭圆面镜；
140、240、340、440...分束器；
150、250、350、450...移动镜；
160、260、360、460...固定镜；
170、270、370、470...试料室；
180、280、380、480...红外光检测器；
190、290、390、490...激光检测器；
421、422...激光用反射镜；
S...试料。

Claims (3)

1.一种傅里叶变换型分光光度计，具备：主干涉仪，其包括测定用光源、分束器、移动镜以及固定镜，且生成测定光的干涉光；激光源；以及控制干涉仪，其包括所述分束器、所述移动镜以及所述固定镜，且生成激光干涉光，所述傅里叶变换型红外分光光度计的特征在于，具备：
a)第一反射镜，其具有反射面和第一贯通孔，所述反射面朝向所述分束器反射从所述测定用光源发出的测定光，所述第一贯通孔沿着被该反射面反射的所述测定光的光轴方向延伸；以及
b)激光源保持部，其将所述激光源保持为使从该激光源发出的激光通过所述第一贯通孔并向所述分束器入射。
2.一种傅里叶变换型分光光度计，具备：主干涉仪，其包括测定用光源、分束器、移动镜以及固定镜，且生成测定光的干涉光；激光源；控制干涉仪，其包括所述分束器、所述移动镜以及所述固定镜，且生成激光干涉光；激光检测器，其检测所述激光干涉光；以及测定光检测器，其检测所述测定光的干涉光，所述傅里叶变换型红外分光光度计的特征在于，具备：
a)第二反射镜，其具有反射面和第二贯通孔，所述反射面朝向所述测定光检测器反射测定光的干涉光，所述测定光的干涉光通过被所述移动镜以及所述固定镜反射的测定光由所述分束器汇合而成，所述第二贯通孔供与所述测定光的干涉光一起从所述分束器朝向该反射面行进的激光干涉光通过；以及
b)激光检测器保持部，其将所述激光检测器保持为使通过所述第二贯通孔的所述激光干涉光向该激光检测器入射。
3.根据权利要求2所述的傅里叶变换型红外分光光度计，其特征在于，
所述傅里叶变换型红外分光光度计还具备：
c)第一反射镜，其具有反射面和第一贯通孔，所述反射面朝向所述分束器反射从所述测定用光源发出的测定光，所述第一贯通孔沿着被该反射面反射的所述测定光的光轴方向延伸；以及
d)激光源保持部，其将所述激光源保持为使从该激光源发出的激光通过所述第一贯通孔并向所述分束器入射。
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