CN116601468A - 分光测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明的分光测定装置的一形态包括：分光部(2)，包括衍射光栅；检测部(2)，对通过衍射光栅而波长分散的光进行检测；转动部，使衍射光栅转动；遮光部，遮挡导入分光部中的被测定光；测定条件设定部(4、5)，设定多个成组包括测定对象的波长与积分时间、增益、或数据累计次数中的至少一个参数值的测定条件；以及控制部(4)，用来获取针对测定条件设定部中所设定的多个测定条件各条件的暗场测定值，利用遮光部遮挡被测定光，在各测定条件下，利用转动部使衍射光栅转动至与所述测定条件所包括的测定对象波长相对应的位置后，执行所述测定条件所包括的其他参数值下的暗场测定。由此，能够精度良好地求出暗场测定值。

Description

分光测定装置

技术领域

本发明涉及一种分光测定装置。

背景技术

在通常的分光测定装置中，对被测定光导入分光器进行波长分散，并将所述波长分散光导入检测器进行检测。例如在如专利文献1所公开的使用切尼-特纳(Czerny-Turner)型分光器的分光测定装置中，通过使分光器所包括的衍射光栅转动，而能够使到达检测器的光的波长多阶段地变化或在规定范围内对其进行扫描。

此种分光测定装置所使用的检测器即使在光完全未入射的状态下，也能够输出极小水准的检测信号、即所谓暗电流信号。因此，为了进行准确的分光测定，必须去除暗电流信号的影响，通常基于在光未入射至检测器的状态下测得的暗电流信号进行修正。

在通常的分光测定装置中，多数情况下，在测定暗电流时为了避免光入射至检测器，而在发出被测定光的光源或被测定光的入射端至检测器的光路上设置有快门，将所述快门关闭后可遮挡被测定光。此外，在以下说明中，将此种暗电流信号的测定称为暗场测定，将暗电流信号值称为暗场测定值。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本专利特开2001-141565号公报

[非专利文献]

非专利文献1：“激光光谱分析仪SPG-VS00”，岛津制作所股份有限公司，[在线(Online)]，[2021年2月15日检索]，互联网＜URL：

https://www.shimadzu.co.jp/products/opt/spectro/sp9-v500.htmL＞

发明内容

[发明所要解决的问题]

在非专利文献1所公开的分光测定装置中，可预先登录多个设置了测定对象波长或检测器中的积分时间等参数的测定条件，同时对以测定对象波长作为中心的规定的波长宽度的光谱进行测定。在此种装置中，为了提高光谱的准确性，必须精度良好地求出暗场测定值。暗场测定值除了各检测器的光接收特性以外，还依检测器的积分时间(电荷积蓄时间)或增益等而异。因此，如上所述，在积分时间等不同的情况下，需要进行与其相对应的暗场测定，利用非专利文献1所公开的分光测定装置也可并入此种功能。

但是，根据本发明者的研究判明，各测定条件的暗场测定值未必成为足够高的精度，尚有进一步改善的余地。本发明是为了解决此种课题而完成，其目的在于提供一种分光测定装置，所述分光测定装置通过更准确地进行暗场测定，而能够提高光强度数据或光谱数据的精度。

[解决问题的技术手段]

为了解决所述课题而完成的本发明的分光测定装置的一形态包括：

分光部，包括衍射光栅；

检测部，对通过所述衍射光栅而波长分散的光进行检测；

转动部，使所述衍射光栅转动；

遮光部，遮挡导入所述分光部中的被测定光；

测定条件设定部，设定多个成组包括测定对象的波长与积分时间、增益、或数据累计次数中的至少一个参数值的测定条件；以及

控制部，用来获取针对所述测定条件设定部中所设定的多个测定条件各条件的暗场测定值，且通过所述遮光部遮挡被测定光，在各测定条件下，通过所述转动部，使所述衍射光栅转动至与所述测定条件所包括的测定对象波长相对应的位置后，执行所述测定条件所包括的其他参数值下的暗场测定。

在获取从外部提供的光的强度或光谱的情况下，所述“被测定光”为所述从外部提供的光本身。而且，在将从光源发出的光照射至试样，并对来自所述试样的透过光或反射光、散射光、荧光等进行分光测定的情况下，所述“被测定光”为所述透过光、反射光、散射光、荧光等。进而而且，在将从光源发出的光分光并单色化而照射至试样，对其透过光或反射光等进行检测的情况下，所述“被测定光”为从光源发出的光自身。

[发明的效果]

在本发明的分光测定装置的所述形态中，若通过遮光部遮挡被测定光，则导入分光部中的光大致为零。因此，理想的是不论衍射光栅的旋转位置如何，光均不会入射至检测部。因此，以往在例如在包括各不相同的积分时间作为参数的不同的测定条件下分别实施暗场测定的情况下，不考虑测定对象波长的不同，不论测定对象波长如何，衍射光栅的位置均被固定。但是，本发明者发现，暗场测定值受到测定对象波长、即衍射光栅的位置的影响。图6是表示非专利文献1所公开的对激光光谱分析仪中的设定波长与暗场测定值的关系进行测定所得的结果的图。如上所述，暗场测定值依衍射光栅的位置而不同的原因如下文所述，但以往并未考虑此种不同。

与此相对，在本发明的分光测定装置的所述形态中，在暗场测定时，也使衍射光栅转动至与在各测定条件下所确定的测定对象波长相对应的位置。因此，能够精度良好地求出如图6所示的依衍射光栅的位置而不同的暗场测定值。如此，根据本发明的分光测定装置的所述形态，不仅可获取积分时间等参数，而且可获取与各测定对象波长相对应的高精度的暗场测定值。由此，在任意波长或波长范围内均能够精度良好地实施暗场修正，而可获得高精度的光强度或光谱。

附图说明

图1是作为本发明的分光测定装置的一实施方式的光谱分析仪的区块结构图。

图2是本实施方式的光谱分析仪中的分光检测部的概略光路结构图。

图3是表示本实施方式的光谱分析仪中的标准的测定程序的流程图。

图4是本实施方式的光谱分析仪中的暗场测定时的流程图。

图5是表示本实施方式的光谱分析仪中的测定条件的一例的图。

图6是表示以往的光谱分析仪中的设定波长与暗场测定值的关系的一例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对作为本发明的分光测定装置的一实施方式的光谱分析仪进行详细说明。

图1是本实施方式的光谱分析仪的区块结构图。图2是以本实施方式的光谱分析仪中的分光检测部作为中心的光路结构图。

所述光谱分析仪是具有与例如非专利文献1所公开的激光光谱分析仪同样的功能的装置，对所输入的被测定光(通常为激光)的光谱进行测定。

如图1所示，本装置包括导入光学系统1、分光检测部2、数据处理部3、控制部4、输入部5、及显示部6。

如图2所示，导入光学系统1包括连接用来输入被测定光的光纤的光输入用连接器10、及引导所导入的光的引导光学系统11。

分光检测部2包括对所导入的被测定光进行波长分散的切尼-特纳型的分光器、及检测波长分散光的多通道型的检测器25。所述检测器25是在波长分散方向上配置了大量光接收元件的线性传感器，能够同时检测根据其中心波长而不同的波长宽度的光。

如图2所示，分光器包括入射狭缝20、第一凹面镜21、衍射光栅22、第二凹面镜24、包括如图2中箭头A所示那样使衍射光栅22转动的马达的衍射光栅旋转驱动部27、处于分光器的入口来遮挡导入光的快门26、及使所述快门26在图2中的实线所示的位置与虚线所示的位置(26A)之间移动的快门驱动部28。虽然未图示，但这些分光检测部2收容于以除了导入光以外避免外来光进入的方式大致完全遮光的壳体内。

数据处理部3包括光谱数据存储部30、暗场测定值存储部31、运算处理部32、显示处理部33等作为功能区块。控制部4包括测定条件存储部40。此外，数据处理部3及控制部4以包括中央处理器(central processing unit，CPU)等的计算机(例如个人计算机)作为硬件资源，执行搭载于所述计算机的软件，由此能够实现各功能。

接着，对使用本实施方式的光谱分析仪的测定的程序、及此时的光谱分析仪的动作进行说明。图3是表示标准的测定程序的流程图。

在所述光谱分析仪中，衍射光栅22自由旋转，但在将衍射光栅22固定于某一位置的状态下，也能够通过多通道型的检测器25同时测定规定波长宽度(其中，所述波长宽度依中心波长而不同)的光谱数据。所述光谱分析仪应对紫外线区域至近红外线区域的大范围的激光的测定。因此，预先设定规定个数(例如最大为10个)的测定条件，选择所述所设定的多个测定条件中的任一测定条件，进行所述所选择的测定条件下的高质量分辨率的光谱测定。

在测定时，使用者首先在输入部5中进行规定的操作，由此进行测定条件的初始设定(步骤S1)。作为初始设定，选择要设定的测定条件的数量及各测定条件下应设定的项目。

图5是表示测定条件的一例的图。在所述例子中，可针对各测定条件设置设定波长、积分时间、增益、累计次数等项目，并针对所述各项目设定参数的数值。设定波长为作为测定对象的波长宽度的中心波长，在激光的光谱测定的情况下，通常设定所述激光的振荡波长作为设定波长。积分时间为检测器25中的电荷积蓄时间。增益为检测器25的增益。累计次数为将通过以“积分时间”进行积分所获得的一个数据进行累计的次数。而且，除此以外，也可以将累计数据时的多个测定的测定间隔(interval)等加入到测定条件的项目中。

接着，使用者在输入部5中进行规定的操作，由此输入或选择测定条件的各项目的参数值。而且，例如在预先设定了默认值的情况下，可适当变更所述默认值(步骤S2)。由此，填充图5所示的表示测定条件的表内的数值。所设定的参数值与确定测定条件的识别码(此处为[1]、[2]、···)建立对应而登录于测定条件存储部40。

此外，在直接使用已登录于测定条件存储部40的测定条件实施测定的情况下，当然可省略步骤S1、步骤S2。

继而，当使用者在输入部5中指示暗场测定开始时，控制部4通过快门驱动部28将快门26关闭，由此遮挡入射至分光器的光。然后，在遮光状态下，执行用来针对各测定条件分别获取暗场测定值的暗场测定(步骤S3)。

众所周知，通常在暗场测定时，进行遮光以避免光入射至光检测器后(在内置有光源的分光测定装置中有时也关闭光源)，获取光检测器的输出信号。当然，所述输出信号会受到光检测器的积分时间或增益等的影响，因此在积分时间或增益等不同的情况下，必须针对所述各积分时间及各增益实施暗场测定，获取暗场测定值。利用本实施方式的光谱分析仪时所述操作也相同，由于各测定条件存在累计值或增益不同的可能性(也可能存在相同的情况)，故而必须针对各测定条件求出暗场测定值。

另一方面，关于测定条件所包括的设定波长，由于原本就以避免光到达检测器的方式遮挡了导入分光器的光，故而本来设定波长如何应该不会影响到暗场测定值。因此，以往在实施对应于各测定条件的暗场测定时，也将衍射光栅的位置固定为暗场测定前的状态。但是，如已提及的图6所示，本发明者通过实验进行研究，结果发现，暗场测定值明显受到设定波长、即衍射光栅22的旋转位置的影响。根据图6，若设定波长变大，则暗场测定值显著增加。推定其原因如下所述。

分光检测部2包括使衍射光栅22转动的驱动机构，众所周知，此种驱动机构使用光学方式的位置传感器或旋转编码器之类的各种光学传感器。此种光学传感器包括发光二极管(Light Emitting Diode，LED)等光源，即使将光学传感器收容于盒体中，也难以完全消除从盒体露出的光。若来自此种光学传感器等的光漏至分光检测部2的壳体内，则存在被衍射光栅22的包括光栅面在内的各种面反射而最终以杂散光的形式到达检测器25的可能性。在所述情况下，到达检测器25的杂散光的强度依衍射光栅22的旋转位置、即此时的设定波长而变化。

由于如上所述的从光学传感器漏出的光等的影响没那么大，故而通常多数情况下也不会成为问题。但是，在要求高精度的测定中，期待将如上所述的依赖于设定波长的暗场测定值的不同尽可能严格地反映到光谱中。因此，在所述光谱分析仪中，在暗场测定时实施如下所述的特征性的控制。图4是本实施方式的光谱分析仪中的暗场测定时的流程图。

在本实施方式的光谱分析仪中，当控制部4开始暗场测定时，首先控制快门驱动部28关闭快门26(步骤S30)。由此，阻断外来光向分光检测部2的导入。其次，控制部4将测定条件的编号(识别码)n初始设定为1(步骤S31)，从测定条件存储部40获取与测定条件[n]即测定条件[1]建立对应的参数值(步骤S32)。

控制部4控制衍射光栅旋转驱动部27，使衍射光栅22转动至与测定条件[1]中的设定波长a相对应的旋转位置(步骤S33)。然后，控制部4在测定条件[1]中的设定波长以外的项目的参数值下执行暗场测定，由检测器25获取暗场测定值(步骤S34)。此时的暗场测定值为对应于设定波长的规定的波长宽度的暗光谱。数据处理部3将所获得的暗场测定值与测定条件[1]建立对应而保存于暗场测定值存储部31中(步骤S35)。

继而，控制部4将n的值递增(步骤S36)，判定测定条件[n]是否登录于测定条件存储部40(步骤S37)。首先在实施步骤S36、步骤S37的处理的情况下，n从1更新为2，判定测定条件[2]是否登录于测定条件存储部40。此处，若登录有所述测定条件，则从步骤S37返回步骤S32，从测定条件存储部40获取所述测定条件[2]中的各项目的参数值。然后，以上文所述方式执行所述步骤S33～步骤S37的处理，由此将对应于测定条件[2]的暗场测定值保存于暗场测定值存储部31中。

当通过步骤S32～步骤S37的反复实施求出预先登录的全部测定条件[n]相关的暗场测定值时，在步骤S37中判定为否(No)，结束暗场测定。如此，对于预先登录的全部测定条件，可获得反映了与各设定波长相对应的衍射光栅22的旋转位置的暗场测定值。即，可分别获得如图6所示的依设定波长而不同的精度高的暗场测定值。

当结束暗场测定并将暗场测定值保存于暗场测定值存储部31中时，接着实施作为目标的被测定光的测定、即正式测定(步骤S4)。在正式测定时，将用来输入所述被测定光的光纤装备于光输入用连接器10。当开始正式测定时，控制部4从测定条件存储部40获取所选择的测定条件中的参数值。然后，运行衍射光栅旋转驱动部27，以使衍射光栅22转动至与所述测定条件所包括的设定波长相对应的位置。由此，衍射光栅22的衍射面相对于第一凹面镜21而成为规定角度。当激光等被测定光穿过光纤而被导入本装置时，所述被测定光通过引导光学系统11而聚光，穿过入射狭缝20而被导入分光检测部2。

在分光检测部2中，被测定光到达第一凹面镜21并被反射，朝向衍射光栅22的衍射面行进。此时的被测定光大致为平行光。到达衍射光栅22的衍射面的被测定光经波长分散，被送至第二凹面镜24。到达第二凹面镜24的波长分散光分别收敛并被反射，到达检测器25的各光接收元件。在规定的波长宽度内波长各不相同的光到达检测器25的各光接收元件。各光接收元件分别输出与所入射的光的强度相应的检测信号。所述检测信号相当于规定的波长宽度的光的光谱。

在数据处理部3中，光谱数据存储部30依次保存所获得的光谱数据。而且，运算处理部32针对各波长，根据所获得的光谱数据进行使用存储于暗场测定值存储部31中的暗场测定值的修正处理，由此算出经暗场修正的光谱数据。显示处理部33制作基于所述暗场修正后的光谱数据的光谱，通过控制部4而显示于显示部6的画面上。由此，能够在显示部6的画面上实时绘出所入射的被测定光的光谱。

此外，在依照不同的测定条件依次实施分光测定的情况下，对应于测定条件所包括的设定波长使衍射光栅22以阶梯状转动，在所述衍射光栅22暂时停止的位置利用检测器25获取规定的波长宽度的光谱数据，重复进行所述动作即可。

所述实施方式的装置可适当变形。例如，图5所示的测定条件所包括的项目至少包括设定波长，并且包括积分时间、增益或累计次数的任一者即可。

分光器不限于切尼-特纳型，为能够通过使衍射光栅转动而变更测定波长的结构的分光器即可。而且，快门26的位置不限于图2所示的位置，理想的是设为在遮光时尽量避免外来光入射至分光检测部2的结构。而且，也可以使用可实现同样的遮光的光学方式或电子方式的快门来代替以机械方式开关的快门。

而且，在所述实施方式的装置中，假定利用分光部对经由光纤导入的光(被测定光)进行波长分散并检测的结构，但也可以将本发明应用于用来获取试样的吸光光谱或反射光谱、或者荧光光谱等的分光测定装置。即，只要为包括为了变更测定对象的波长或波长范围而使衍射光栅转动的结构的分光器的装置，就能够应用本发明。

进而而且，所述实施方式或其变形例仅为本发明的一例，对于所述变形例以外的方面，可知即使在本发明的主旨的范围内适当进行变形或修正、追加，也包括与本申请的权利要求的范围内。

[各种形态]

本领域技术人员可理解，所述例示性的实施方式为以下形态的具体例。

(第一项)本发明的分光测定装置的一形态包括：

分光部，包括衍射光栅；

检测部，对通过所述衍射光栅而波长分散的光进行检测；

转动部，使所述衍射光栅转动；

遮光部，遮挡导入所述分光部中的被测定光；

测定条件设定部，设定多个成组包括测定对象的波长与积分时间、增益、或数据累计次数中的至少一个参数值的测定条件；以及

控制部，用来获取针对所述测定条件设定部中所设定的多个测定条件各条件的暗场测定值，且通过所述遮光部遮挡被测定光，在各测定条件下，通过所述转动部使所述衍射光栅转动至与所述测定条件所包括的测定对象波长相对应的位置后，执行所述测定条件所包括的其他参数值下的暗场测定。

通过第一项所记载的分光测定装置，能够精度良好地求出如图6所示的依设定波长即衍射光栅的位置而不同的暗场测定值。由此，不仅可获取积分时间等参数，而且可获取与各测定对象波长相对应的高精度的暗场测定值，使用所述测定值，在任意波长或波长范围内均能够精度良好地实施暗场修正，而获得高精度的光强度或光谱。

(第二项)在第一项所记载的分光测定装置中，可为所述检测部为在波长分散方向上配置有多个光接收元件的多通道型的检测部，且能够同时获取与所述测定对象的波长相应的波长宽度的光强度分布。

在第二项所记载的分光测定装置中，在将衍射光栅固定于某一旋转位置的状态下，能够立即获得规定的波长宽度的光强度分布、即光谱。由此，能够实时观测被测定光的光谱。

[符号的说明]

1：导入光学系统

10：光输入用连接器

11：引导光学系统

2：分光检测部

20：入射狭缝

21：第一凹面镜

22：衍射光栅

24：第二凹面镜

25：检测器

26：快门

27：衍射光栅旋转驱动部

28：快门驱动部

3：数据处理部

30：光谱数据存储部

31：暗场测定值存储部

32：运算处理部

33：显示处理部

4：控制部

40：测定条件存储部

5：输入部

6：显示部。

Claims (2)

1.一种分光测定装置，包括：

分光部，包括衍射光栅；

检测部，对通过所述衍射光栅而波长分散的光进行检测；

转动部，使所述衍射光栅转动；

遮光部，遮挡导入所述分光部中的被测定光；

测定条件设定部，设定多个成组包括测定对象的波长与积分时间、增益、或数据累计次数中的至少一个参数值的测定条件；以及

控制部，用来获取针对所述测定条件设定部中所设定的多个测定条件各条件的暗场测定值，且通过所述遮光部遮挡被测定光，在各测定条件下，通过所述转动部，使所述衍射光栅转动至与所述测定条件所包括的测定对象波长相对应的位置后，执行所述测定条件所包括的其他参数值下的暗场测定。

2.根据权利要求1所述的分光测定装置，其中，所述检测部为在波长分散方向上配置有多个光接收元件的多通道型的检测部，且能够同时获取与所述测定对象的波长相应的波长宽度的光强度分布。