CN1869614A

CN1869614A - 紫外可视近红外分光光度计用检测装置

Info

Publication number: CN1869614A
Application number: CN 200510075502
Authority: CN
Inventors: 横田佳澄
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2025-05-25
Also published as: CN100552394C

Abstract

本发明提供一种在横跨紫外线、可视光、近红外线区域的全部范围具有足够灵敏度、并且确保充分线性的分光光度计用检测装置，其具备光电子倍增管检测器、InGaAs检测器和PbS检测器、以及切换这些检测器的切换器。另外，其还可具备配备这3种检测器的单一的积分球，或者也可设置修正各检测器的输出的线性差异的输出变换单元。

Description

紫外可视近红外分光光度计用检测装置

技术领域

本发明涉及一种以横跨红外线、可视光和近红外线的波长区域(大概为150nm-3500nm)为对象的通用分光光度计之检测装置。

背景技术

就在上述宽的波长范围的通用分光光度计而言，不可能由单个的检测器来检测全部波长。因此，以前以适当频率将这些波带分成多个区域，对每个区域设置单独的检测器。通常，多在紫外线和可视光区域使用光电子倍增管(PMT)检测器，在近红外线区域使用PbS(硫化铅)检测器。另外，也将各波长区域内进一步分成多个区域，使相同种类但特性不同检测器分担各部分区域。例如，在专利文献1中，记载了用分光灵敏度特性不同的两个PbS检测器分担近红外线区域的实例。

专利文献1：特开2002-62189号公报

这样，尽管以前的分光光度计用检测装置，将宽范围的波长区域分成多个部分区域，使用具有适于各部分区域的分光灵敏度特性的检测器，但在它们的边界区域，灵敏度不足，难以得到充分的S/N比。尤其是在不同种类的分光器的边界部分，该倾向强，例如，分担紫外、可视区域的光电子倍增管(PMT)与分担近红外线区域的PbS检测器在大致800-900nm附近进行切换，但如图1(a)所示，在该部分，两个检测器的灵敏度都下降。

PbS检测器通过冷却可使灵敏度上升，但该情况下存在响应速度下降的问题。另外，因为PbS检测器是光导电性检测器，所以还存在输入光的强度与输出电压的关系的线性不够的问题。尤其是后面的问题，在测定光通信中使用的部件的防止反射膜的情况等测定低反射率对象的情况下存在问题。

发明内容

本发明要解决的课题在于提供一种在横跨紫外线、可视光、近红外线区域的全部范围具有充分灵敏度、并且确保充分线性的分光光度计用检测装置。

为了解决上述课题而构成的本发明的分光光度计用检测装置，是一种以横亘紫外线、可视光、近红外线的电磁波为对象的分光光度计，其特征在于：

具备光电子倍增管检测器、InGaAs检测器和PbS检测器、以及切换这些检测器的切换器。

另外，也可具备配备这些检测器的单一的积分球。

并且，也可具备修正各检测器间的线性差异的输出变换单元。

在本发明的检测装置中，与以前的装置一样，光电子倍增管检测器分担作为对象的紫外线、可视光、近红外线区域范围内的短波长侧区域(紫外线区域)，PbS检测器分担长波长侧区域(近红外线区域)，让InGaAs检测器分担其间的区域。即，通过至少让该InGaAs检测器分担上述800-900nm区域，如图1(b)所示，可在紫外可视近红外的测定范围整个区域中进行灵敏度下降少、S/N比高的检测。另外，InGaAs是光电二极管，是光电动势元件，所以其线性好。因此，在本发明的分光光度计中，除光电子倍增管检测器分担的波长范围外，InGaAs检测器分担的波长范围中线性也被大大改善。

并且，通过设置上述输出变换单元，消除各检测器间的线性差异，尤其是通过补偿PbS检测器的不充分的线性，来消除由于非线性引起的依赖于入射光量的测定数据的变动。由此能够以低的噪音进行低反射率试料的测定。

附图说明

图1是具备光电子倍增管(PMT)检测器、PbS检测器的现有检测装置的灵敏度特性曲线(a)、和具备PMT检测器、InGaAs检测器、PbS检测器的本发明检测装置的灵敏度特性曲线(b)。

图2是使用本发明的检测装置的双光束方式透过光测定分光光度计的配置图。

图3是作为本发明另一实施例的、将3个检测器配置在积分球中的检测装置的立体图。

图4是作为上述实施例的变形例的、将InGaAs检测器与PbS检测器配置在一个壳体中的两种实例的配置图。

图5是在使入射光量变化时的基于PbS检测器与InGaAs检测器进行的ND滤波器的透过率测定结果曲线。

图6是近红外光截止滤波器的1000-1600nm的InGaAs检测器进行的透过率测定结果曲线。

图7是绘制对于相同输入(波长1650nm)的InGaAs检测器的输出与PbS检测器的输出的曲线。

图8是表示未对PbS检测器的输出进行变换的情况下的、将输入光量设为参数的InGaAs检测器与PbS检测器的输出变化状态的曲线。

图9是表示对PbS检测器的输出进行变换的情况下的、将输入光量设为参数的InGaAs检测器与PbS检测器的输出变化状态的曲线。

图10是插入用于对PbS检测器的输出进行变换的模拟输出变换电路时的电路图(a)，和用软件进行变换时的电路图(b)。

图中：SL...分光器出口隙缝，RSM...旋转扇形镜，FM...固定反射镜，RC...参照单元，SC...采样单元，VM...可动镜，MU...PbS/InGaAs切换器，CM...凹面镜，30...积分球，31、32...光入射口，40...PbS检测器、InGaAs检测器壳体，CV...模拟信号变换电路，A/D...AD变换器。

具体实施方式

下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式。

图2中示出在基于旋转扇形镜的双光束方式下的透过光测定分光光度计中，使用本发明的检测装置的实施例。在未图示的分光器中，被分光的光通过出口隙缝SL的后，通过旋转扇形镜RSM交互入射到采样单元SC和参照单元RC，并通过各个单元。通过各单元的光如图2所示，当将可动镜VM插入光路内时，被发送到PbS/InGaAs切换器MU一方(图2中为左上方)。此时，来自两个单元的光通过PbS/InGaAs切换器MU的窗口后，被各凹面镜CM集聚到InGaAs切换器MU上的一个点上。PbS/InGaAs切换器MU通过沿箭头方向移动，将PbS检测器或InGaAs切换器置于该集聚光点上。另一方面，当向光路外移动可动镜VM时，来自各单元的光入射到光电子倍增管PMT。这样，通过对应于测定目的波长来适当控制可动镜VM和PbS/InGaAs切换器MU的位置，可以高灵敏度来进行从紫外线至近红外线的宽范围波长的分光测定。

3种检测器的切换，不限于使用这种切换机构。图3中示出使用积分球的实例。在该实例中，分别配置一个光电子倍增管PMT、PbS检测器、InGaAs检测器，使其入射面面向积分球30的内壁面。将各检测器设置在不直接面对来自采样单元和参照单元的入射光的入射口31、32的位置，入射光不直接入射到各检测器。这样，通过使用积分球30，可小型化装置，同时，因为不带有可动部分，所以可提高装置的可靠性。

图3的积分球30中将3个检测器配置在单独的位置上，但如图4所示，也可将PbS检测器与InGaAs检测器作为一体壳体化的检测器，配置在积分球30的壁面上。(a)的实例中，在壳体40内横向排列两个检测器，但也可如(b)所示，在PbS检测器的检测面内部配置InGaAs检测器。此时，可进一步小型化壳体40。在积分球中，优选开口部分(非反射面部分)少，所以，由此可实现灵敏度的提高。

图5中示出了使用该装置，使隙缝SL的宽度在0.5mm至12.0mm的间变化而使入射光量变化时的基于PbS检测器与InGaAs检测器进行的ND滤波器的透过率测定结果。设两个检测器的切换波长为1650nm。可知分担长波长侧的PbS检测器中，透过率测定值因隙缝宽度不同而不同，但分担短波长侧的InGaAs切换器中，无论隙缝宽度如何，频带都重合。在以前的检测装置中，在800-900nm的间(例如830nm)进行PMT检测器与PbS检测器的切换，如上所述，由此在长波长区域存在线性降低的问题，而通过使用本实施例的检测装置，可得到直至1650nm都好的线性。

图6表示在1000nm-1600nm范围内由InGaAs检测器测定近红外光截止滤波器的透过率。可确认InGaAs检测器的S/N比极好。

这样，通过切换3种检测器，尤其是可在中间波长区域得到良好的灵敏度和S/N比，但当根据检测器输出来进行数据解析等时，期望在输入光量的强度与输出信号大小的间具有线性。但是，如上所述，由于光电子倍增管或InGaAs检测器是光电动势型检测器，所以具有好的线性，但由于PbS检测器是光导电性检测器，所以尤其是高输入部分的非线性强。图7是绘制对于相同输入(波长1650nm)的InGaAs检测器的输出与PbS检测器的输出的曲线，明确表示尤其对大输入而言输出值非线性增加的PbS检测器的特性。

因此，尤其是在InGaAs检测器与PbS检测器之间进行测定的情况下，两个检测器的切换波长在透过率或吸光度上产生不连续的级差。图8是表示当将输入光量切换成各种值时、在InGaAs检测器(左侧)与PbS检测器(右侧)的切换部位吸光度输出是如何变化的曲线。测定对象是相当于透过率30％的ND滤波器，通过利用波长换算将隙缝宽度变化为0.2nm、0.5nm、1nm、2nm、3nm、5nm、8nm来进行输入光量的切换。从该曲线可知，随着输入光量增加，PbS检测器的输出大大降低。

因此，如图10(a)所示，通过在PbS检测器的输出侧设置模拟信号变换电路CV，可确保其输入-输出特性的线性。具体而言，为了补偿图7所示的PbS检测器的输出特性，使该曲线公式化，根据该公式，对变换电路CV来进行线性化。变换式可使用对应于目的精度的次数的多项式，但实用上，3次多项式程度就足以达到目的。例如，在图7曲线的情况下，能够以

y₁＝Ax₁ ³+Bx₁ ²+Cx₁

的3次曲线f来很好地近似。变换式是在通过原点的1次式(Cx₁)中加入摄动项(Ax₁ ³+Bx₁ ²)的公式。因此，将InGaAs检测器的输出投影到y＝Cx曲线上，得到线性输出x₂。

y＝Cx₂

即，通过由下式将PbS检测器的输出x₁换算成x₂，则可得到在切换点无级差、确保线性的输出。

x₂＝y₁/C＝(A/C)x₁ ³+(B/C)x₁ ²+x₁

图9示出在对图10(a)的模拟信号变换电路CV使用该换算式的情况下的、在与图8相同的条件下进行测定时的InGaAs检测器与PbS检测器之间的输出变化。图8中看到的、切换波长下的输入光量造成的输出级差被大大改善。

另外，变换式不是上述那样仅使用一个公式，也可将波长范围区分成几个段，对各段使用单独的公式。由此，可进行更高精度的变换。

另外，在上述实施例中，如图10(a)所示，对PbS检测器的模拟输出进行变换，但也可对数字化后的信号进行变换。此时，如图10(b)所示，不需要模拟信号变换电路CV，取而代之，在控制部(或数据解析部)进行软件上的数据变换。

Claims

1、一种紫外可视近红外分光光度计用检测装置，以横跨紫外线、可视光、近红外线的电磁波为对象，其特征在于：

2、一种紫外可视近红外分光光度计用检测装置，以横跨紫外线、可视光、近红外线的电磁波为对象，其特征在于：

具备光电子倍增管检测器、InGaAs检测器和PbS检测器、以及配置了这些检测器的单一的积分球。

3、根据权利要求1或2所述的紫外可视近红外分光光度计用检测装置，其特征在于：

具备修正上述各检测器输出线性差异的输出变换单元。

4、根据权利要求3所述的紫外可视近红外分光光度计用检测装置，其特征在于：

所述变换单元是变换PbS检测器模拟输出的模拟信号变换单元。

5、根据权利要求3所述的紫外可视近红外分光光度计用检测装置，其特征在于：

上述变换单元是对使PbS检测器模拟输出数字化之后的数字数据进行修正的数字数据变换单元。

6、根据权利要求3-5中任一项所述的紫外可视近红外分光光度计用检测装置，其特征在于：

上述变换单元使用3次式。