JP2004286512A

JP2004286512A - 多波長光源装置及び光学測定装置

Info

Publication number: JP2004286512A
Application number: JP2003077310A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Yamada; 正之山田; Yasushi Goto; 泰史後藤
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】本発明は、より小型化、軽量化又はコストダウンを図った多波長光源装置及びこのような多波長光源装置を組み込んだ光学測定装置に関する。
【解決手段】本発明では、各々所望の波長の光を含む光を発光する複数の光源部１１、１２と、複数の光源部１１、１２から射出される光を所望の波長に応じた特定方向に回折させると共に集光する光学系１３、１４と、光学系１３、１４からの光を選択的に透過させる出射スリット１６とを備え、複数の光源部１１、１２は、各光源部１１、１２における所望の波長の光が光学系１３、１４によって回折する方向が出射スリット１６の方向となるように、各々配置され、出射スリット１６は、複数の光源部１１、１２が分布する角度内に配置される多波長光源装置１であって、複数の光源部１１、１２が配置される位置は、出射スリット１６を透過した光の回折次数が複数の回折次数を含むように定められている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに異なる波長の光を射出することができる多波長光源装置に関し、特に、より小型化、軽量化又はコストダウンを図った多波長光源装置に関する。そして、このような多波長光源装置を組み込んだ光学測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
測定対象物の特性を光を用いて測定する光学測定装置では、測定対象物に互いに異なる波長の光を照射する必要上、互いに異なる波長の光を射出する多波長光源装置を組み込むことが必要とされる。
【０００３】
例えば、分光光度計は、測定対象物を透過した透過光の光強度値と基準濃度の溶液を透過した透過光の光強度値とを特定波長の光についてそれぞれ測定し、それらの値を比較して吸光度を算出することにより、測定対象物の化学成分を分析している。この場合において、吸収される光の波長が測定対象物によって異なるため、複数の波長の光が必要とされる。
【０００４】
また、例えば、血中アンモニア濃度、血中尿素窒素濃度及びグルコース濃度などを測定する臨床検査用測定装置は、血液によって呈色した試薬パッドの検出層における色濃度やその変化を測定することによってそれら濃度を測定している。この場合において、測定項目によって使用する光の波長が異なるために、複数の波長の光が必要とされる。
【０００５】
このような光学測定装置に組み込まれる多波長光源装置は、例えば、光学分析用光源装置として特許文献１に開示されている。
【０００６】
図９は、特許文献１の光学分析用光源装置の構成を示す図である。図９において、光学分析用光源装置２００は、電力を供給する電源２１１と、互いに異なる波長の光を発光する複数の発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と略記する。）２１３（２１３−１〜２１３−５）と、ＬＥＤ２１３と電源２１１との間に介在され発光すべきＬＥＤ２１３に選択的に電力を供給する切り換えスイッチ２１２と、凹面回折格子２１４と、出射スリット２１５とを備えて構成される。各ＬＥＤ２１３−１〜２１３−５は、凹面回折格子２１４を用いて分光器を構成した場合における波長分散位置２２０上の波長に応じた各位置に、ＬＥＤ２１３−１〜２１３−５のその発光波長に合わせてそれぞれ配置される。なお、分散波長位置２２０は、ＬＥＤ２１３−１から２１３−５に向かって長波長になる。そして、出射スリット２１５は、凹面回折格子２１４を用いて分光器を構成した場合に入射スリットが配置される位置に配置される。切り換えスイッチ２１２によって選択されたＬＥＤ２１３からの光は、凹面回折格子２１４で分散され、出射スリット２１５の位置にはＬＥＤ２１３の位置に対応した波長の光が集光される。特許文献１の光学分析用光源装置２００は、ＬＥＤ２１３と出射スリット２１５とを上述のように配置することによってコンパクト化を図っている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１７１２９９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光学測定装置の更なる小型化、軽量化又はコストダウン等が要請される結果、光学測定装置に組み込まれる多波長光源装置も更なる小型化、軽量化又はコストダウンが要請されている。
【０００９】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みて為された発明であり、従来技術とは別の構成によって小型化、軽量化又はコストダウンを図ることができる多波長光源装置を提供することを目的とする。そして、本発明は、このような多波長光源装置を組み込んだ光学測定装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る第１の手段では、それぞれ所望の波長の光を含む光を発光する複数の光源部と、前記複数の光源部から射出される光を前記所望の波長に応じた特定の方向に回折させると共に集光する光学系と、前記光学系からの光を選択的に透過させる出射スリットとを備え、前記複数の光源部は、各光源部における前記所望の波長の光が前記光学系によって回折する方向が前記出射スリットの方向となるように、それぞれ配置され、前記出射スリットは、前記複数の光源部が分布する角度内に配置される多波長光源装置であって、前記複数の光源部が配置される位置は、前記出射スリットを透過した光の回折次数が複数の回折次数を含むように定められていることで構成される。そして、第１の手段に係る多波長光源装置において、前記複数の回折次数は１次及び２次である。
【００１１】
このような構成の多波長光源装置では、出射スリットが、複数の光源部が分布する角度内に配置されるので、複数の光源部及び出射スリットを一纏めに配置することができ、小型化することができる。その結果、軽量化又はコストダウンを図ることができる。そして、隣接する波長における波長間隔が狭いために当該波長を発光する光源部が配置し難い場合でも、複数の光源部が配置される位置は、出射スリットを透過した光の回折次数が複数の回折次数を含むように定められるので、複数の光源部及び出射スリットを一纏めに配置することができる。このため、このような場合でも、小型化、軽量化又はコストダウンを図ることができる。
【００１２】
また、第１の手段に係る多波長光源装置であって複数の回折次数が１次及び２次である多波長光源装置において、前記出射スリットを透過する光の回折次数が２次となる光の光源部は、前記複数の光源部のうち短波長側の光を発光する光源部である。
【００１３】
このような構成の多波長光源装置では、回折次数が２次となる光の光源部が、複数の光源部のうち短波長側の光を発光する光源部であるので、この回折次数が２次となる光の光源部は、１次の長波長側の光を発光する光源部の周辺に配置されることになる。このため、複数の光源部及び出射スリットを一纏めに配置することができ、小型化、軽量化又はコストダウンを図ることができる。
【００１４】
さらに、第１の手段に係る多波長光源装置において、前記複数の光源部が射出する波長のうち少なくとも１つの波長の光は、第１及び第２の２個の光源部によって発光され、前記第１及び第２の光源部は、各光源部から発光されて前記出射スリットを透過する光の回折次数が互いに異なる位置にそれぞれ配置される。
【００１５】
このような構成の多波長光源装置では、１つの波長に対して２個の光源部を用いることができるので、１個の光源部では仕様から要求される光強度を満たすことができない場合でも、仕様を満たすことが可能となる。
【００１６】
そして、本発明では、互いに異なる複数の波長の光を選択的に射出可能な多波長光源部と、前記多波長光源部から射出され測定対象物で反射又は透過した光の明るさを測定する測定部と、前記測定部で測定された明るさに基づいて前記測定対象物における所定の測定項目の濃度を演算するデータ処理部とを備える光学測定装置は、前記多波長光源部は、請求光１乃至請求光４の何れか１項に記載の多波長光源装置である。
【００１７】
このような光学測定装置では、小型化、軽量化又はコストダウンを図った多波長光源装置を多波長光源部として用いるので、小型化、軽量化又はコストダウンを図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における多波長光源装置の構成を示す平面図である。図２は、第１の実施形態における多波長光源装置の構成を示す側面図である。図３は、回折格子の原理を説明するための図である。図４は、入射光に１次光のみを使用する場合における多波長光源装置の構成を示す平面図である。
【００１９】
図１及び図２において、多波長光源装置１は、複数の光源１１（１１−１〜１１−４）、光源１１に対応してそれぞれ設けられる複数の入射スリット１２（１２−１〜１２−４）、レンズ１３、回折格子１４、光束絞り１５−１、出射スリット１６及び駆動制御回路１７を備えて構成される。
【００２０】
各光源１１は、各入射スリット１２に対応して回折格子１４における分散方向の像面上に一列にそれぞれ配置され、各々測定に必要な波長帯を含む発光波長強度分布を有する光を発光する部品である。光源１１は、例えば、ハロゲンランプ、ＬＥＤ及び半導体レーザ（以下、「ＬＤ」と略記する。）等や、これらから放射された光を導光する光ファイバや光路棒の一端部である。なお、第１の実施形態では、大きさ、発熱、寿命及びコストの点でより優れているＬＥＤが使用される。光源１１は、この多波長光源装置１の仕様（スペック）から要求される出射光の波長数に応じて発光波長強度分布及び個数が決定される。第１の実施形態では、４個の光源１１−１〜１１−４が用意され、光源１１−１から出て出射スリット１６から取り出される光の中心波長が４００ｎｍであり、光源１１−２から出て出射スリット１６から取り出される光の中心波長が４５０ｎｍであり、光源１１−３から出て出射スリット１６から取り出される光の中心波長が６００ｎｍであり、そして、光源１１−４から出て出射スリット１６から取り出される光の中心波長が７００ｎｍである。各光源１１−１〜１１−４は、それぞれ４００ｎｍ、４５０ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍの光を含む発光強度分布を有していれば良く、必ずしもこれらの波長のみの光を発するものである必要はない。
【００２１】
入射スリット１２は、入射する光を選択的に透過する光学素子である。本実施形態では、入射スリット１２は、光源１１から放射される光に対し、特定方向の光の拡散を抑制すると共に所望の波長純度を得るための矩形（正方形を含む）の細隙である。この抑制する方向は、入射スリット１２を透過した光が入射する回折格子１４の溝方向に直角である。スリット幅は、入射スリット１２を透過した光が所望の半値幅となるように波長に応じて決定される。
【００２２】
なお、光源１１から放射される光のスペクトル幅が狭く所望の半値幅以下である場合には、入射スリット１２を省略することができる。即ち、上述では、光源１１及び入射スリット１２で請求項の発光部を構成したが、光源１１のみで発光部を構成してもよい。例えば、レーザ光が放射される放射部の大きさが入射スリット１２のスリット幅以下であるＬＤを光源１１に使用する場合やコア径が入射スリット１２のスリット幅以下である光ファイバを光源１１に使用する場合である。
【００２３】
レンズ１３は、入射スリット１２から射出された光を平行光にして回折格子１４に導くと共に、回折格子１４で回折反射した光（回折光）を集光する。
【００２４】
回折格子１４は、光学素材の表面に一方向に等間隔で平行な多数の溝を持つ分光素子である。光束絞り１５−１は、回折格子１４の溝に当たる光を制限する絞りであり、光束絞り１５−１に入射したレンズ１３からの平行光は、光束絞り１５−１に開けられた略円形状の開口部１５−２を介して回折格子１４の回折面に入射する。光束絞り１５−１は、迷光の防止、照射スポット光束を決めるものである。
【００２５】
レンズ１３及び回折格子１４の代わりに、光を集光するレンズ機能と光を分光する回折格子機能とを兼ね備える凹面回折格子を用いてもよい。即ち、上述では、レンズ１３及び回折格子１４で請求項の光学系を構成したが、凹面回折格子で光学系を構成してもよい。
【００２６】
出射スリット１６は、入射スリット１２と同様に、レンズ１３によって集光された光に対し、特定方向の光の拡散を抑制すると共に所望の波長純度を得るための矩形の細隙である。
【００２７】
出射スリット１６の形状は、この多波長光源装置１の使用目的（測定対象物の照明形状等）によって適宜決定されるものであり、矩形以外に例えば円形などが採用され得る。また、入射スリット１２の形状は、主として出射スリット１６の形状に応じて定められ、例えば円形などが採用され得る。
【００２８】
駆動制御回路１７は、電源やスイッチ等を備えて構成され、発光させるべき光源１１に電力を選択的に供給する。
【００２９】
次に、入射スリット１２及び出射スリット１６の配置位置について詳述する。まず、配置方向について説明する。
【００３０】
一般論として、回折格子における入射光と回折光との関係について説明する。図３において、１ｍｍ当たりｎ本の溝（即ち、溝本数ｎ本／ｍｍ）を備える回折格子５４に入射する入射光５２と、回折格子５４で回折され反射する回折光５３との間には、回折次数をｍｈ、入射光５２及び回折光５３の波長をλｉ、入射光５２の入射角をα_ｍｈ，λ_ｉ、回折光光５３の回折角をβ_ｍｈ，λ_ｉとすると、一般に式１が成り立つ。
ｓｉｎα_ｍｈ，λ_ｉ＋ｓｉｎβ_ｍｈ，λ_ｉ＝ｎ×ｍｈ×λ_ｉ・・・（１）
なお、ｈ、ｉは、１から始まる整数である。そして、入射角α_ｍｈ，λ_ｉ及び回折角β_ｍｈ，λ_ｉは、それぞれ回折格子５４の法線５１方向を基準とする角度であり、添え字によって回折次数と波長とを示している。つまり、入射角α_ｍｈ，λ_ｉは、回折次数ｍｈで波長λｉの入射光における入射角であり、回折角β_ｍｈ，λ_ｉは、回折次数ｍｈで波長λｉの回折光における回折角である。
【００３１】
回折角β_ｍｈ，λ_ｉの異なる回折光を多波長光源装置１の出射光として使用すると、出射スリットが複数個必要となり、多波長光源装置１の小型化等を図り難くなる。そこで、本発明では、回折角β_ｍｈ，λ_ｉを或る所定の角度β_０に固定する。この場合において、式１は、式２−１１〜式２−ｈｉのようになる。

各入射スリット１２の配置方向は、対応する波長λｉについて式２−１１〜式２−ｈｉの何れか１つを選択し、選択した式における入射角α_ｍｈ，λ_ｉの方向である。各入射スリット１２は、各入射角α_ｍｈ，λ_ｉのうち最大の大きさの入射角α_ｍａｘと最小の大きさの入射角α_ｍｉｎとの間に配置されることになるが、この角度の範囲を入射スリット１２の配置角度範囲と呼称することとする。つまり、略配置角度範囲以内に、入射スリット１２及び光源１１が分布することになる。
【００３２】
一方、出射スリット１６の配置方向（所定の角度β_０）は、多波長光源装置１の小型化等を図るために、本発明では、この入射スリット１２の配置角度範囲以内とする。即ち、α_ｍｉｎ＜β_０＜α_ｍａｘである。ここに本発明の一特徴がある。レンズ１３の結像性能の劣化が小さくなるように、出射スリット１６の配置方向は、入射スリット１２の配置角度範囲の略中央に配置するのが好ましい。また、図１の状態で平面視したときに出射スリット１６の配置方向がレンズ１３の光軸と一致するように、配置される。
【００３３】
そして、各入射スリット１２及び出射スリット１６の回折格子１４からの配置距離は、レンズ１３の焦点面又は焦点深度の範囲である。
【００３４】
このように設定することによって、入射スリット１２及び出射スリット１６の回折格子１４の法線に対する配置方向及び回折格子１４からの配置距離が決定されるが、配置方向及び配置距離が決まっただけでは、線（円状の線）が決まっただけで、点として配置位置が一意に決まらない。
【００３５】
多波長光源装置１を最もコンパクトにするためには、入射スリット１２と出射スリット１６とは、回折格子１４に対し水平な平面Ｐ上（図２において一点鎖線で示す面）に全て配置することが好ましい。しかしながら、入射スリット１２及び出射スリット１６は、そのスリットに要求される仕様等に応じて一定の大きさを持っている。
【００３６】
入射スリット１２の大きさ及び出射スリット１６の大きさに応じてレンズ１３の焦点距離を長くすれば、入射スリット１２と出射スリット１６とは、平面Ｐ上に全て配置することが可能である。しかしながら、焦点距離を長くすると、その分だけ回折格子１４と入射スリット１２及び出射スリット１６との距離が長くなると共に両端に位置する入射スリット１２間の距離も長くなる。その結果、多波長光源装置１の大きさが大型化する。また、焦点距離を長くすると出射スリット１６の大きさも大きくする必要が生じる。一方、焦点距離を短くすると、入射スリット１２及び出射スリット１６が上述のように一定の大きさを持っているため、入射スリット１２同士又は入射スリット１２と出射スリット１６とが接触してしまう。さらに、製作における作業性も阻害することになる。このため、一定の焦点距離が必要である。又は、入射スリット１２郡と出射スリット１６を異なる平面に配置する必要がある。
【００３７】
このように、入射スリット１２及び出射スリット１６の回折格子１４に対する配置面は、入射スリット１２の大きさ、出射スリット１６の大きさ、レンズ１３の焦点距離及び製作上の作業性に基づいて多波長光源装置１が最もコンパクトになるように決定される。本第１の実施形態では、各入射スリット１２の光軸を含む平面Ｑ（図２において破線で示す面）と出射スリット１６の光軸を含む平面Ｓ（図２において破線で示す面）とがなす角が略５度になるように各入射スリット１２と出射スリット１６とは、配置される。なお、各入射スリット１２は、平面Ｑ上に全て配置される。
【００３８】
以上から、各入射スリット１２の配置位置は、配置方向及び配置距離から決まる線（円状の線）と平面Ｑとの交点として決まる。即ち、各入射スリット１２は、平面Ｑ上におけるレンズ１３の焦点面又は焦点深度の範囲内の距離に配置され、そして、波長λｉに対応する入射スリット１２は、波長λｉに対応する式２−１１〜式２−ｈｉの何れかによって与えられる角度α_ｍｈ，λ_ｉの方向に配置される。
【００３９】
例えば、多波長光源装置１が４波長の光を射出可能な装置である場合において、波長λ１に対応する入射スリット１２−１の配置方向は、式２−１１を用いて角度α_ｍ１，λ_１の方向に配置され、波長λ２に対応する入射スリット１２−２の配置方向は、式２−１２を用いて角度α_ｍ１，λ_２の方向に配置され、波長λ３に対応する入射スリット１２−３の配置方向は、式２−１３を用いて角度α_ｍ１，λ_３の方向に配置され、そして、波長λ４に対応する入射スリット１２−４の配置方向は、式２−１４を用いて角度α_ｍ１，λ_４の方向に配置される。このように、同一の回折次数によって配置方向を決定してもよい。
【００４０】
また、例えば、多波長光源装置１が４波長の光を射出することができる装置の場合において、波長λ１に対応する入射スリット１２−１の配置方向は、式２−２１を用いて角度α_ｍ２，λ_１の方向に配置され、波長λ２に対応する入射スリット１２−２の配置方向は、式２−２２を用いて角度α_ｍ２，λ_２の方向に配置され、波長λ３に対応する入射スリット１２−３の配置方向は、式２−１３を用いて角度α_ｍ１，λ_３の方向に配置され、そして、波長λ４に対応する入射スリット１２−４の配置方向は、式２−１４を用いて角度α_ｍ１，λ_４の方向に配置される。このように、異なる回折次数によって配置方向を決定してもよい。
【００４１】
ここで、各入射スリット１２の配置方向を同一の回折次数を用いて配置する場合において、光学系をできるだけコンパクトになるように配置すると、或る波長λｉ１と或る波長λｉ２との波長間隔が接近している場合には、波長λｉ１に対応する入射スリット１２と波長λｉ２に対応する入射スリット１２とが接触してしまい配置することができなくなる場合がある。例えば、図４に示すように、λｉ１＝λ１＝４００ｎｍ、λｉ２＝λ２＝４５０ｎｍをλ３＝６００ｎｍ、λ４＝７００ｎｍと共に配置しようとした場合には、５０ｎｍの僅かな波長間隔しかないために、波長λ１＝４００ｎｍに対応する入射スリット１２−１（図４で破線で示す）と波長λ２＝４５０ｎｍに対応する入射スリット１２−２とが相互に接触してしまい配置することができない。
【００４２】
また、各入射スリット１２の配置方向を同一の回折次数を用いて配置する場合において、或る波長λｉ１とこれに隣接する波長λｉ１＋１との波長間隔が大きく離れている場合には、波長λｉ１に対応する入射スリット１２の配置位置と波長λｉ１＋１に対応する入射スリット１２の配置位置とが大きく離れてしまい小型化等を阻害する場合がある。例えば、λｉ１＝λ１＝４００ｎｍ、λｉ１＋１＝λ２＝７００ｎｍの場合である。
【００４３】
即ち、波長間隔が狭く同じ回折次数では入射スリット１２の配置が困難な場合でも片方の回折次数を変えることによって焦点距離を長くすることなくスリットを配置できる。また、波長間隔が大きく隔たっていて同じ回折次数では入射スリット１２同士の間隔が大きくなってしまう場合でも片方の回折次数を変えることによって狭い範囲にスリットを並べて配置することができる。
【００４４】
これらのような場合には、各入射スリット１２の配置方向を異なる回折次数によって決定すると多波長光源装置１を小型化等することができる。ここに本発明の一特徴がある。特に、異なる回折次数による配置方向が、入射スリット１２の配置角度範囲の近傍になる場合には、より小型化等することができる。
【００４５】
本第１の実施形態では、図１に示すように、λ１＝４００ｎｍに対応する入射スリット１２−１は、２次の入射光の入射角α_{２，４００}の配置方向に配置され、λ２＝４５０ｎｍに対応する入射スリット１２−２は、１次の入射光の入射角α_{１，４５０}の配置方向に配置され、λ３＝６００ｎｍに対応する入射スリット１２−３は、１次の入射光の入射角α_{１，６００}の配置方向に配置され、そして、λ４＝７００ｎｍに対応する入射スリット１２−４は、１次の入射光の入射角α_{１，７００}の配置方向に配置される。即ち、λ１乃至λ４のうちの短波長側、本実施形態では最短波長のλ１の光を発光する光源１１−１の配置方向は、回折次数が２次の場合である。このように各入射スリット１２が配置されることにより、入射光の波長間隔が小さい場合でも、入射スリット１２を配置することができ、入射スリット１２の配置角度範囲を小さくすることができる。その結果、多波長光源装置１の小型化等を図ることができる。入射角α_{２，４００}の方向は、波長８００ｎｍの１次の入射光における入射角α_{１，８００}となるので、入射角α_{１，７００}の方向に隣接するから、より小型化される。
【００４６】
また、後者の例においては、波長λｉ１に対応する入射スリット１２とこれに隣接する波長λｉ１＋１に対応する入射スリット１２とがなす角γを、同一の回折次数を用いて配置する場合と異なる回折次数を用いて配置する場合とで比較し、なす角γが小さくなる方を採用すればよい。
【００４７】
一方、出射スリット１６の配置位置は、配置方向及び配置距離から決まる線（円状の線）と平面Ｓとの交点として決まる。即ち、出射スリット１６は、平面Ｓ上におけるレンズ１３の焦点面又は焦点深度の範囲内の距離に配置され、そして、角度β_０の方向に配置される。本第１の実施形態では、角度β_０は、回折格子１４の法線を基準に略１９．４５度である。
【００４８】
このような多波長光源装置１において、例えば、波長λ１＝４００ｎｍの光を射出する場合には、駆動制御回路１７は、光源１１−１に電力を供給する。電力を供給された光源１１−１は、波長λ１＝４００ｎｍの光を含む光を発光し、発光した光は、入射スリット１２−１を透過する。入射スリット１２−１を透過した光は、レンズ１３で平行光とされ、光束絞り１５−１の開口部１５−２を透過して回折格子１４の回折面に入射される。入射した光は、回折格子１４で回折され、再びレンズ１３を透過することによって集光される。集光された光は、光源１１−１の発光光のスペクトルで分散しているが、出射スリット１６でスペクトル幅が制限され、波長λ１＝４００ｎｍの光として多波長光源装置１から射出される。
【００４９】
また、例えば、波長λ２＝４５０ｎｍの光を射出する場合には、駆動制御回路１７は、光源１１−２に電力を供給する。電力を供給された光源１１−２は、波長λ２＝４５０ｎｍの光を含む光を発光し、発光した光は、入射スリット１２−２を透過する。入射スリット１２−２を透過した光は、レンズ１３で平行光とされ、光束絞り１５−１の開口部１５−２を透過して回折格子１４の回折面に入射される。入射した光は、回折格子１４で回折され、再びレンズ１３を透過することによって集光される。集光された光は、光源１１−２の発光光のスペクトルで分散しているが、出射スリット１６でスペクトル幅が制限され、波長λ２＝４５０ｎｍの光として多波長光源装置１から射出される。
【００５０】
次に、第２の実施形態について説明する。
（第２の実施形態）
第１の実施形態における多波長光源装置１は、隣接する入射スリット１２にそれぞれ入射すべき光における波長の間隔が狭いためにこれら入射スリット１２が配置し難いためや同一の回折次数によって入射スリット１２の配置方向を決定すると配置角度範囲が広くなるために、異なる回折次数によって入射スリット１２の配置方向を決定する実施形態であるが、第２の実施形態における多波長光源装置１’は、或る波長の光を放射する光源１１が１個では仕様から要求される射出光の光強度が得られないために、１つの波長に対して異なる回折次数による複数の配置方向を用いることによって入射スリット１２及び光源１１を複数個配置する実施形態である。
【００５１】
図５は、第２の実施形態における多波長光源装置の構成を示す平面図である。図５において、第２の実施形態における多波長光源装置１’は、光源１１（１１−１１、１１−１２、１１−２、１１−３、１１−４）、入射スリット１２（１２−１１、１２−１２、１２−２、１２−３、１２−４）、レンズ１３、回折格子１４、光束絞り１５−１、射出スリット１６及び駆動制御回路１７’を備えて構成される。
【００５２】
この多波長光源装置１’は、互いに波長の異なる４波長の光を射出することができる光源装置であって、第１の波長λ１の光を取り出すための光源１１が１個では仕様から要求される射出光の光強度が得られないために、波長λ１用の光源１１が２個の第１及び第２光源１１−１１、１１−１２によって構成されている。そして、これに対応して波長λ１に対応する入射スリット１２も２個の第１及び第２入射スリット１２−１１、１２−１２によって構成されている。
【００５３】
第１光源１１−１１の光が入射する第１入射スリット１２−１１の配置方向は、式２−１１を用いて角度α_ｍ１，λ_１の方向に配置され、第２光源１１−１２の光が入射する第２入射スリット１２−１２の配置方向は、式２−２１を用いて角度α_ｍ２，λ_１の方向に配置される。
【００５４】
このように第１及び第２入射スリット１２−１１、１２−１２及び第１及び第２光源１１−１１、１１−１２を配置することによって波長λ１の射出光の光強度を仕様通りに得られるだけでなく、入射スリット１２全体から決まる配置角度範囲も最小限の広がりにすることができる。そのため、光量の増加を図りつつ、多波長光源装置１’をコンパクトに構成することができる。
【００５５】
本第２の実施形態では、第１の波長λ１＝４００ｎｍ、第２の波長λ２＝５００ｎｍ、第３の波長λ３＝６００ｎｍ及び第４の波長λ４＝７００ｎｍであって、式２−１１においてｍ１＝１及び式２−２１においてｍ２＝２である。このような場合には、入射角α_{２，４００}の方向は、波長８００ｎｍの１次の入射光における入射角α_{１，８００}となるので、入射角α_{１，７００}の方向に隣接するから、多波長光源装置１’をコンパクトに構成することができる。
【００５６】
駆動制御回路１７’は、電源やスイッチ等を備えて構成され、発光させるべき光源１１に電力を選択的に供給する。
【００５７】
このような多波長光源装置１’において、例えば、波長λ１＝４００ｎｍの光を射出する場合には、駆動制御回路１７’は、光源１１−１１、１１−１２に電力を供給する。電力を供給された光源１１−１、１１−１２は、波長λ１＝４００ｎｍの光を含む光をそれぞれ発光し、発光した光は、入射スリット１２−１１、１２−１２をそれぞれ透過する。
【００５８】
入射スリット１２−１１を透過した光は、レンズ１３で平行光とされ、光束絞り１５−１の開口部１５−２を透過して回折格子１４の回折面に入射される。入射した光は、回折格子１４で回折され、再びレンズ１３を透過することによって出射スリット１６に集光される。そして、入射スリット１２−１２を透過した光は、レンズ１３で平行光とされ、光束絞り１５−１の開口部１５−２を透過して回折格子１４の回折面に入射される。入射した光は、回折格子１４で回折され、再びレンズ１３を透過することによって出射スリット１６に集光される。
【００５９】
これら集光された光は、合成され、出射スリット１６を透過して、波長λ１＝４００ｎｍの光として多波長光源装置１から射出される。
【００６０】
また、例えば、波長λ２＝５００ｎｍの光を射出する場合には、駆動制御回路１７’は、光源１１−２に電力を供給する。電力を供給された光源１１−２は、波長λ２＝５００ｎｍの光を含む光を発光し、発光した光は、入射スリット１２−２を透過する。入射スリット１２−２を透過した光は、レンズ１３で平行光とされ、光束絞り１５−１の開口部１５−２を透過して回折格子１４の回折面に入射される。入射した光は、回折格子１４で回折され、再びレンズ１３を透過することによって集光される。集光された光は、出射スリット１６を透過して、波長λ２＝５００ｎｍの光として多波長光源装置１’から射出される。
【００６１】
なお、第１及び第２の実施形態において、各入射スリット１２のスリット、レンズ１３、回折格子１４及び出射スリット１６のスリット等の位置合わせを行うために、レンズ１３及び回折格子１４から成る光学系の分散波長位置と焦点位置とを調整する調整機構を多波長光源装置１、１’にさらに備えてもよい。
【００６２】
図６は、調整機構をさらに備えた第１の多波長光源装置の構成を示す平面図である。図６において、調整機構をさらに備えた第１の多波長光源装置１”は、光源１１（１１−１〜１１−４）、入射スリット１２（１２−１〜１２−４）、レンズ１３、回折格子１４、光束絞り１５−１、出射スリット１６及び駆動制御回路１７を備える。
【００６３】
この多波長光源装置１”は、第１の実施形態の多波長光源装置１におけるレンズ１３及び回折格子１４に調整機構をさらに備えた装置である。
【００６４】
ここで、この装置に生じる誤差と調整方法について説明する。第１に、回折格子１４の溝本数誤差や取り付け角度誤差により、分散角度に誤差を生じる。この場合の誤差は、全ての波長において設計位置から同一方向にずれる。上記誤差を補正する手段として、回折格子１４を回転方向に調整することで達成できる。また、入射スリット１２を個別に又は一緒に分散方向に移動することでも達成される。第２に、回折格子１４の溝本数誤差により分散の広がりにも誤差を生じる。この場合の誤差は、波長及び回折次数によってそれぞれ設計位置から異なる方向にずれる場合がある。上記誤差を補正する手段として、レンズ１３を光軸方向に移動させることで達成できる。また、入射スリット１２を個別に又は一緒に光軸方向に移動することでも達成される。
【００６５】
即ち、レンズ１３は、レンズ本体１３−１、レンズ本体を保持する枠体１３−２及び枠体１３−２に固設された移動軸１３−３を備え、回折格子１４は、回折格子本体１４−１及び回折格子本体１４−１に設けられた回転軸１４−２を備える。回転軸１４−２は、レンズ１３の光軸上に設けられる。
【００６６】
レンズ１３は、移動軸１３−３が図６に示す直線ＡＡ’方向に動かされることによって、レンズ本体１３−１の光軸に沿って移動する。この結果、各波長に対してレンズ１３の焦点面又は焦点深度が各入射スリット１２の各光軸にそってそれぞれ移動すると共に出射スリット１６の光軸方向に沿って移動する。なお、入射スリット１２の光軸は、スリットの開口面に対し法線方向であり、出射スリット１６の光軸は、スリットの開口面に対し法線方向である。
【００６７】
回折格子１４は、回転軸１４−２が図６に示す円弧ＢＢ’方向に動かされることによって、回折格子の溝方向と直交する面内で法線方向が変更され、回折格子本体１４−１の回折面が回転することとなる。この結果、入射光の入射方向及び出射光の出射方向（回折方向）が調整される。
【００６８】
各入射スリット１２における各スリットの位置及び出射スリット１６におけるスリットの位置は、レンズ１３及び回折格子１４を上述のように動かすことによって、各入射スリット１２にそれぞれ対応する各入射角α_ｍｈ，λ_ｉ及び出射スリット１６に対応する回折角β_０にそれぞれ合わせられ得る。
【００６９】
上述では、レンズ１３及び回折格子１４に調整機構を設けることによって、各入射スリット１２のスリット、レンズ１３、回折格子１４及び出射スリット１６のスリット等の位置合わせを行ったが、各入射スリット１２を図７に示すように一体化してレンズ１３及び一体化した入射スリット部材２１によって位置合わせを行うように構成してもよい。さらに、容易に調整可能とするために、出射スリット１６も入射スリット部材２１に一体化してもよい。
【００７０】
図７は、調整機構をさらに備えた第２の多波長光源装置の構成を示す平面図である。図７において、調整機構をさらに備えた第２の多波長光源装置１”’は、光源１１（１１−１〜１１−４）、入射スリット部材２１、レンズ１３、回折格子１４、光束絞り１５−１、出射スリット１６及び駆動制御回路１７を備える。
【００７１】
この多波長光源装置１”’は、第１の実施形態の多波長光源装置１におけるレンズ１３に調整機構をさらに備え、各入射スリット１２の代わりに入射スリット部材２１を用いる。このため、入射スリット部材２１のスリットは、入射スリット１２の個数と同数の４個であり、スリットの位置は、各入射スリット１２の配置方向に対応する位置である。レンズ１３は、レンズ本体１３−１、レンズ本体を保持する枠体１３−２及び枠体１３−２に固設された移動軸１３−３を備える。
【００７２】
レンズ１３は、上述と同様に、移動軸１３−３が図７に示す直線ＡＡ’方向に動かされることによって、レンズ本体１３−１の光軸に沿って移動する。この結果、各波長に対してレンズ１３の焦点面又は焦点深度が入射スリット部材２１における各スリットの各光軸にそってそれぞれ移動すると共に出射スリット１６の光軸方向に沿って移動する。なお、入射スリット１２の光軸は、スリットの開口面に対し法線方向であり、出射スリット１６の光軸は、スリットの開口面に対し法線方向である。
【００７３】
入射スリット部材２１は、図７に示す円弧ＣＣ’方向に動かされることによって、入射スリット部材２１の円弧に沿って移動する。この結果、入射スリット部材２１の各スリットの位置が波長分散位置上を移動し、入射光の入射方向が調整される。なお、出射スリット１６も一体化した場合には、出射光の出射方向（回折方向）も調整される。
【００７４】
入射スリット部材２１における各スリットの位置は、レンズ１３及び回折格子１４を上述のように動かすことによって、それぞれ対応する各入射角α_ｍｈ，λ_ｉにそれぞれ合わせられ得る。なお、出射スリット１６も一体化した場合には、出射スリット１６におけるスリットの位置も出射スリット１６に対応する回折角β_０に合わせられ得る。
【００７５】
なお、入射スリット部材２１を調整する量が小さい場合には、分散方向に直線的に移動させて調整しても良い。
【００７６】
入射スリットを個別部品で構成した場合には、組み立て工数及び組み付け誤差が個々に生じ、また、個別に調整する必要があるが、一体化した場合には、組み立て工数及び組み付け誤差を減らすことができ、一度に調整することも可能である。
【００７７】
なお、上述のレンズ１３、回折格子１４及び入射スリット２１の調整は、例えば、製造段階や出荷段階等において製造企業がマニュアル操作によって行ってもよく、また例えば、アクチュエータをさらに備えて操作するようにしてもよい。
【００７８】
本発明に係る多波長光源装置１、１’、１”、１”’は、測定対象物の測定項目に応じて光の波長を変更する必要がある光学測定装置に組み込む場合に好適な装置である。次に、適用の一例として、本発明に係る多波長光源装置１、１’、１”、１”’を臨床検査用の光学測定装置に組み込んだ場合について説明する。
（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態における、多波長光源装置を組み込んだ光学測定装置の構成を示す図である。図８において、光学測定装置１００は、多波長光源部１０１、光検出部１０２、データ処理部１０３、記憶部１０４、入力部１０５及び出力部１０６を備えて構成される。
【００７９】
多波長光源部１０１は、上述した多波長光源装置１、１’、１”、１”’であり、その射出すべき光の波長は、データ処理部１０３によって制御される。光検出部１０２は、多波長光源部１０１から射出され測定対象物２０１によって反射した光を受光することによって、測定対象物２０１からの光の明るさを測定する装置であり、測定結果は、データ処理部１０３に出力される。
【００８０】
入力部１０５は、光学測定装置１００にコマンドやデータを入力する入力装置であり、入力内容は、データ処理部１０３に出力される。入力部１０５は、例えば、キーボードやマウス等である。出力部１０６は、入力部１０５から入力された入力内容やデータ処理部１０３の処理結果等を表示又は印字する出力装置であり、例えば、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ及び有機ＥＬディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の記録装置である。
【００８１】
記憶部１０４は、光学測定装置１００の制御プログラム、測定項目と使用波長との対応関係を登録する使用波長テーブル、測定項目ごとに用意された、光の明るさと濃度との対応関係を登録する濃度テーブル、制御プログラムに必要なデータ及び制御プログラムの実行中に生じるデータ等を記憶するメモリである。記憶部１０４は、例えば、ＲＡＭやＲＯＭである。
【００８２】
データ処理部１０３は、例えば、マイクロプロセッサ等を備えて構成され、多波長光源部１０１、光検出部１０２、記憶部１０４、入力部１０５及び出力部１０６を制御すると共に、光検出部１０２の出力に基づいて記憶部１０４の各テーブルを参照することによって測定対象物２０１における所定の測定項目の濃度を演算する。
【００８３】
ユーザは、測定項目に応じた試薬を検体に滴下する。ユーザは、呈色後に検体を測定対象物２０１として、多波長光源部１０１からの出射光が照射されると共に検体で反射した反射光が光検出部１０２に入射される測定位置に配置する。そして、ユーザは、測定項目を入力部１０５に入力する。
【００８４】
データ処理部１０３は、入力部１０５に測定項目が入力されると、入力された測定項目を記憶部１０４に記憶する。次に、データ処理部１０３は、使用波長テーブルを参照し、入力された測定項目に使用される波長を検索する。次に、データ処理部１０３は、検索した波長の光を射出すべく制御信号を多波長光源部１０１に出力する。
【００８５】
多波長光源部１０１の駆動制御回路１７は、制御信号に応じた光源１１に電力を供給する。電力を供給された光源１１は、検索した波長に相当する波長の光を含む光を発光し、発光した光は、入射スリット１２を透過する。入射スリット１２を透過した光は、レンズ１３で平行光とされ、光束絞り１５−１の開口部１５−２を透過して回折格子１４の回折面に入射される。入射した光は、回折格子１４で回折され、再びレンズ１３を透過することによって集光される。集光された光は、出射スリット１６を透過して、検索した波長に相当する波長の光として多波長光源部１０１から射出される。多波長光源部１０１から射出された光は、測定対象物に照射され、測定対象物で反射された反射光は、光検出部１０２に入射される。光検出部１０２は、入射された光の明るさを測定し、測定結果をデータ処理部１０３に出力する。
【００８６】
データ処理部１０３は、記憶部１０４に記憶した測定項目に対応する濃度テーブルを参照し、入力された測定結果（明るさ）に対応する濃度を当該濃度テーブルから検索する。次に、データ処理部１０３は、検索した濃度を測定結果として出力部１０６に出力する。出力部１０６は、測定結果を表示又は印字する。
【００８７】
光学測定装置１００は、このように動作するのでユーザが入力した測定項目に応じた光を多波長光源部１０１から射出させ、測定項目の濃度を測定することができる。そして、光学測定装置１００は、光源に多波長光源部１０１が組み込まれているので互いに異なる複数の波長の光を射出することができ、複数の測定項目を測定することができる。さらに、光学測定装置１０１は、多波長光源部１０１に本発明に係る多波長光源装置１、１’、１”、１”’を使用するので、従来より小型にすることができる。
【００８８】
以上、本明細書に開示された主な発明を以下にまとめる。
（付記１）それぞれ所望の波長の光を含む光を発光する複数の光源部と、前記複数の光源部から射出される光を前記所望の波長に応じた特定の方向に回折させると共に集光する光学系と、前記光学系からの光を選択的に透過させる出射スリットとを備え、前記複数の光源部は、各光源部における前記所望の波長の光が前記光学系によって回折する方向が前記出射スリットの方向となるように、それぞれ配置され、前記出射スリットは、前記複数の光源部が分布する角度内に配置される多波長光源装置であって、前記複数の光源部が配置される位置は、前記出射スリットを透過した光の回折次数が複数の回折次数を含むように定められていることを特徴とする多波長光源装置。
（付記２）前記複数の回折次数は、１次及び２次であることを特徴とする付記１に記載の多波長光源装置。
（付記３）前記出射スリットを透過する光の回折次数が２次となる光の光源部は、前記複数の光源部のうち短波長側の光を発光する光源部であることを特徴とする付記２に記載の多波長光源装置。
（付記４）前記出射スリットを透過する光の回折次数が２次となる光の光源部は、前記複数の光源部のうち最短波長の光を発光する光源部であることを特徴とする付記１に記載の多波長光源装置。
（付記５）前記光学系は、回折格子と、前記複数の光源部からの光を平行光にして前記回折格子へ射出すると共に、前記回折格子からの光を集光して前記出射スリットへ射出するレンズとから成ることを特徴とする付記１に記載の多波長光源装置。
（付記６）前記光学系は、凹面回折格子であることを特徴とする付記１に記載の多波長光源装置。
（付記７）前記複数の光源部のうち少なくとも１つは、光を発光する発光部と、該発光部からの光を選択的に透過する入射スリットとから成ることを特徴とする付記１に記載の多波長光源装置。
（付記８）前記複数の光源部が射出する波長のうち少なくとも１つの波長の光は、第１及び第２の２個の光源部によって発光され、前記第１及び第２の光源部は、各光源部から発光されて出射スリットを透過する光の回折次数が互いに異なる位置にそれぞれ配置されることを特徴とする付記１に記載の多波長光源装置。
（付記９）前記光学系の分散波長位置と焦点位置とを調整する調整機構をさらに備えたことを特徴とする付記１に記載の多波長光源装置。
（付記１０）前記調整機構は、前記回折格子の溝の方向と直交する面内で法線の方向を変更可能なように前記回折格子に設けられた軸と、光軸に沿って移動可能なように前記レンズに設けられた移動軸とであることを特徴とする付記９に記載の多波長光源装置。
（付記１１）前記複数の光源部のそれぞれは、光を発光する発光部と、該発光部からの光を選択的に透過する入射スリットとから成り、前記調整機構は、光軸に沿って移動可能なように前記レンズに設けられた移動軸と、前記光学系の分散波長位置上を移動可能なように前記入射スリットを一体化した入射スリット部材とであることを特徴とする付記９に記載の多波長光源装置。
（付記１２）前記出射スリットは、前記入射スリット部材に一体化されることを特徴とする付記１１に記載の多波長光源装置。
（付記１３）互いに異なる複数の波長の光を選択的に射出可能な多波長光源部と、前記多波長光源部から射出され測定対象物で反射又は透過した光の明るさを測定する測定部と、前記測定部で測定された明るさに基づいて前記測定対象物における所定の測定項目の濃度を演算するデータ処理部とを備える光学測定装置において、前記多波長光源部は、付記１乃至付記１２の何れか１項に記載の多波長光源装置であることを特徴とする光学測定装置。
【００８９】
【発明の効果】
本発明に係る多波長光源装置では、出射スリットが、複数の光源部が分布する角度内に配置されるので、複数の光源部及び出射スリットを一纏めに配置することができ、小型化することができる。その結果、軽量化又はコストダウンを図ることができる。そして、隣接する波長における波長間隔が狭いために当該波長を発光する光源部が配置し難い場合でも、複数の光源部が配置される波長分散位置には少なくとも複数の回折次数による波長分散位置を含むので、複数の光源部及び出射スリットを一纏めに配置することができる。このため、このような場合でも、小型化、軽量化又はコストダウンを図ることができる。
【００９０】
そして、本発明に係る光学測定装置では、このような多波長光源装置を多波長光源部に用いるので、小型化、軽量化又はコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における多波長光源装置の構成を示す平面図である。
【図２】第１の実施形態における多波長光源装置の構成を示す側面図である。
【図３】回折格子の原理を説明するための図である。
【図４】入射光に１次光のみを使用する場合における多波長光源装置の構成を示す平面図である。
【図５】第２の実施形態における多波長光源装置の構成を示す平面図である。
【図６】調整機構をさらに備えた第１の多波長光源装置の構成を示す平面図である。
【図７】調整機構をさらに備えた第２の多波長光源装置の構成を示す平面図である。
【図８】第３の実施形態における、多波長光源装置を組み込んだ光学測定装置の構成を示す図である。
【図９】特許文献１の光学分析用光源装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１、１’、１”、１”’ 多波長光源装置
１１光源
１２入射スリット
１３レンズ
１４回折格子
１５光束絞り
１６出射スリット
１７、１７’ 駆動制御回路
１００光学測定装置
１０１多波長光源部
１０２色測定部
１０３データ処理部
１０４記憶部

Claims

それぞれ所望の波長の光を含む光を発光する複数の光源部と、前記複数の光源部から射出される光を前記所望の波長に応じた特定の方向に回折させると共に集光する光学系と、前記光学系からの光を選択的に透過させる出射スリットとを備え、前記複数の光源部は、各光源部における前記所望の波長の光が前記光学系によって回折する方向が前記出射スリットの方向となるように、それぞれ配置され、前記出射スリットは、前記複数の光源部が分布する角度内に配置される多波長光源装置であって、
前記複数の光源部が配置される位置は、前記出射スリットを透過した光の回折次数が複数の回折次数を含むように定められていること
を特徴とする多波長光源装置。
前記複数の回折次数は、１次及び２次であること
を特徴とする請求項１に記載の多波長光源装置。
前記出射スリットを透過する光の回折次数が２次となる光の光源部は、前記複数の光源部のうち短波長側の光を発光する光源部であること
を特徴とする請求項２に記載の多波長光源装置。
前記複数の光源部が射出する波長のうち少なくとも１つの波長の光は、第１及び第２の２個の光源部によって発光され、前記第１及び第２の光源部は、各光源部から発光されて前記出射スリットを透過する光の回折次数が互いに異なる位置にそれぞれ配置されること
を特徴とする請求項１に記載の多波長光源装置。
互いに異なる複数の波長の光を選択的に射出可能な多波長光源部と、前記多波長光源部から射出され測定対象物で反射又は透過した光の明るさを測定する測定部と、前記測定部で測定された明るさに基づいて前記測定対象物における所定の測定項目の濃度を演算するデータ処理部とを備える光学測定装置において、
前記多波長光源部は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の多波長光源装置であること
を特徴とする光学測定装置。