JP2004294072A - Multiwavelength light source device and optical measuring apparatus - Google Patents

Multiwavelength light source device and optical measuring apparatus Download PDF

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JP2004294072A
JP2004294072A JP2003082697A JP2003082697A JP2004294072A JP 2004294072 A JP2004294072 A JP 2004294072A JP 2003082697 A JP2003082697 A JP 2003082697A JP 2003082697 A JP2003082697 A JP 2003082697A JP 2004294072 A JP2004294072 A JP 2004294072A
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Masayuki Yamada
正之 山田
Yasushi Goto
泰史 後藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multiwavelength light source device and an optical measuring apparatus for avoiding the occurrence of measurement errors. <P>SOLUTION: The optical measuring apparatus comprises a plurality of light sources 11 for emitting light containing light having desired wavelength each; optical systems 13, 14 for diffracting light emitted from the plurality of light sources 11 in a specific direction according to a desired wavelength; and an emission slit 16 for selectively transmitting light from the optical systems 13, 14. In the multiwavelength light source device 10 for the optical measuring apparatus 1, the plurality of light sources 11 are arranged so that the direction of diffraction of light having a desired wavelength in each light source 11 by the optical systems 13, 14 becomes the direction of an emission slit 16. Then, a beam splitter 19 for branching the light path of light emitted from the emission slit 16 is further provided. With an angular aperture for both luminous flux branched by the beam splitter 19, the angular aperture for one luminous flux is limited to the other. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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出射することができる多波長光源装置に関し、特に、より測定誤差の発生を抑制することができる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出射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に、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】
このような多波長光源装置を備えた光学測定装置は、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１の光学測定装置は、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（ＬＥＤ）と、ＬＥＤの制御手段と、回折格子と、出射スリットと、出射した光を分岐させるビーム分岐部と、分岐された一方の光を測定対象物を介して受光する受光部と、分岐された他方の光を受光する検出器とを備えている。そして、このＬＥＤの発光制御は、検出器の受光出力が一定に保たれるように制御することにより行われている。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第５０２９２４５号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、多波長光源装置を備えた光学測定装置においても測定対象物に対して与えられる光は、測定位置に正確に与えられなければ測定誤差の原因となりかねない。特に、測定対象物が微小な物体や少量しか得られない物体であったり、測定対象物の特定の位置のみの状態を高精度に測定したい場合において、多波長光源装置あるいは光学測定装置と測定対象物との相対位置にずれが生じて測定対象ではない場所にまで光が与えられると、測定誤差が発生する可能性があり、好ましくない。
【０００８】
このため、測定対象物に与えられる光は、正確に測定対象物の被測定位置に到達しなければならないが、上述の特許文献１に記載された測定装置では測定対象物に単に平行光が与えられているだけであり、微小な測定対象などの測定に用いるのは適当ではない。
【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、より測定誤差の発生を抑制す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出射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ている、光学測定装置に用いられる多波長光源装置であって、前記出射スリットから出射された光の光路を分岐する分岐部をさらに備え、該分岐部によって分岐された両光束についての開口角は、一方の光束についての開口角が他方に対してより制限される。
【００１１】
本発明に係る第２の手段では、第１の手段に係る多波長光源装置おいて、前記分岐部は、ハーフミラーであり、該ハーフミラーによって分岐された後の少なくとも一方の光束に対して開口角を制限する絞りを備える。
【００１２】
本発明に係る第３の手段では、第１の手段に係る多波長光源装置において、前記分岐部は、貫通した孔である開口部を有するミラーである。
【００１３】
本発明に係る第４の手段では、第２又は第３の手段に係る多波長光源装置において、前記分岐部の反射面の法線の光軸に垂直な面への射影が前記光学系に含まれる回折格子の溝に対して４５度の方向にある。
【００１４】
本発明に係る第５の手段では、互いに異なる波長の光を出射可能であって、該光を２つの光束に分岐して射出する多波長光源部と、出射された一方の光を測定すべき測定対象物を介して検出する第１受光部と、出射された他方の光を検出する第２受光部と、前記第１受光部の出力と前記第２受光部の出力とに基づいて前記測定対象物を透過若しくは反射した光量あるいは光強度を演算し、演算した光量あるいは光強度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、第１乃至第４の何れかの手段に係る多波長光源装置である。
【００１５】
このような構成の多波長光源装置及び光学測定装置では、分岐部によって分岐された両光束についての開口角は、一方の光束についての開口角が他方に対してより制限される。従って、この開口角が小さい方の光束を測定に使用することにより、仮に測定対象物と多波長光源装置の光軸方向の相対位置に多少のずれが発生しても、その影響が少なく、測定誤差が発生し難い。
【００１６】
特に、測定対象物が微小な物体、少量しか得られない物体であったり、測定対象物の特定の位置のみの状態を高精度に測定したい場合において、測定対象ではない場所にまで光が与えられることによって測定誤差が発生する可能性を低減することができる。また、他方の光束は、開口角を大きくすることにより充分な光量が得られる。
【００１７】
【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光学測定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光学測定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。
【００１８】
図１及び図２において、光学測定装置１は、互いに波長の異なる複数の光を出射可能な多波長光源部１０、第１受光部２１、開口部材２２、第２受光部２３、アナログ／ディジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄ」と略記する。）２４、２５、データ処理部２６、記憶部２７、入力部２８及び出力部２９を備えて構成される。多波長光源部１０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、駆動制御回路１７、リレーレンズ１８、ビームスプリッタ１９及び絞り２０を備えて構成される。そして、測定を行う場合には、測定対象物２０１は、絞り２０と第１受光部２１との間におけるリレーレンズ１８の焦点又は焦点深度の範囲内に配置される。
【００１９】
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、この光学測定装置１の仕様（スペック）から要求される多波長光源部１０におけ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５００ｎｍ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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
レンズ１３は、入射スリット１２から出射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。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。
【００２３】
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。
【００２４】
出射スリット１６は、レンズ１３によって集光された光に対し、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細隙であり、測定対象物２０１に照射すべき光の形状に合わせて本実施形態では、円形形状である。
【００２５】
ここで、入射スリット１２は、上述したように矩形の細隙とすることによって、光学系の収差により、円形形状とした場合に較べて出射スリット１６に照射される光量を増やすことができる。そして、入射スリット１２の矩形の細隙の像が縦長になるので、出射スリット１６における円形形状の細隙を容易にカバーすることができる。このため、出射スリット１６の高さ方向（回折格子１４の溝方向）の位置調整が不要となる。
【００２６】
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。
【００２７】
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５１と、回折格子５４で回折され反射する回折光５２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αｍｈ，λｉ、回折光光５３の回折角をβｍｈ，λｉとすると、一般に式１が成り立つ。
ｓｉｎαｍｈ，λｉ＋ｓｉｎβｍｈ，λｉ＝ｎ×ｍｈ×λｉ ・・・ （１）
なお、ｈ、ｉは、１から始まる整数である。そして、入射角αｍｈ，λｉ及び回折角βｍｈ，λｉ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αｍｈ，λｉ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βｍｈ，λｉは、回折次数ｍｈで波長λｉの回折光における回折角である。
【００２８】
回折角βｍｈ，λｉの異なる回折光を多波長光源部１０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る。この結果、出射スリットから出射される光を２つに分岐する分岐部が複数個必要となると共に、多波長光源部１０及びこれが組み込まれている光学測定装置１の小型化等も図り難くなる。そこで、本発明では、回折角βｍｈ，λｉを或る所定の角度β０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。

Figure 2004294072
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αｍｈ，λｉの方向である。各入射スリット１２は、各入射角αｍｈ，λｉのうち最大の大きさの入射角αｍａｘと最小の大きさの入射角αｍｉｎ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。
【００２９】
一方、出射スリット１６の配置方向（所定の角度β０）は、多波長光源部１０及び光学測定装置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、αｍｉｎ＜β０＜αｍａｘである。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場合に、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
多波長光源部１０及び光学測定装置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。
【００３３】
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、多波長光源部１０及び光学測定装置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。
【００３４】
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等に基づいて多波長光源部１０及び光学測定装置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。
【００３５】
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αｍｈ，λｉの方向に配置される。
【００３６】
例えば、多波長光源部１０が４波長の光を出射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αｍ１，λ１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αｍ１，λ２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αｍ１，λ３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αｍ１，λ４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。
【００３７】
また、例えば、多波長光源部１０が４波長の光を出射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αｍ２，λ１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αｍ２，λ２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αｍ１，λ３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αｍ１，λ４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。
【００３８】
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、λｉ１＝λ１＝４００ｎｍ、λｉ２＝λ２＝４５０ｎｍの場合である。
【００３９】
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。
【００４０】
このような場合には、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部１０を小型化等することができ、光学測定装置１も小型化等することができる。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。
【００４１】
本第１の実施形態では、図１に示すように、同一の１次の回折次数を用いて配置した場合であり、λ１＝４００ｎｍに対応する入射スリット１２−１は、入射角α１，４００の配置方向に配置され、λ２＝５００ｎｍに対応する入射スリット１２−２は、入射角α１，５００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、入射角α１，６００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、入射角α１，７００の配置方向に配置される。
【００４２】
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β０の方向に配置される。本第１の実施形態では、角度β０は、回折格子１４の法線を基準に略１９．４５度である。
【００４３】
図１に戻って、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。
【００４４】
リレーレンズ１８は、測定対象物２０１の配置位置と出射スリット１６の位置とを共役にする位置に配置され、出射スリット１６から出射された光の光束を集光する。リレーレンズ１８の有効径は、光束絞り１５−１の開口部１５−２を透過した光を全て透過させる径とする。
【００４５】
ビームスプリッタ１９は、入射する光を２つに分ける光学素子であり、リレーレンズ１８からの光は、ビームスプリッタ１９によって２つに分けられ、分岐した一方の光は、絞り２０により光束が絞られた後、測定対象物２０１を介して第１受光部２１に入射され、他方は、開口部材２２を介して第２受光部２３に入射される。ビームスプリッタ１９は、例えば、ハーフミラーや後述の開口ミラー等である。第１の実施形態では、ビームスプリッタ１９は、ハーフミラーであり、リレーレンズ１８からの光は、その一部分がハーフミラーを透過して、測定対象物２０１と作用する測定光となり、残余の部分が透過光に対して９０度の方向に反射され、参照光となる。
【００４６】
絞り２０は、開口部を有する部材であり、測定対象物２０１に照射される、ビームスプリッタ１９からの光の光束絞りであり、絞り２０によってビームスプリッタ１９から測定対象物２０１に至る光束を第２受光部２３に至る光束よりも細く絞り込む。これにより、焦点深度が調整される（より深くなる）。従って、仮に測定対象物２０１と多波長光源装置１の光軸方向の相対位置に多少のずれが発生しても、その影響を少なくすることができ、測定誤差を抑制することができる。
【００４７】
第１及び第２受光部２１、２３は、受光した光をその光強度に従った電流に変換する光電変換素子と、光電変換素子から出力される電流を電圧に変換する変換回路とを備える。第１受光部２１は、絞り２０及び測定対象物２０１を介してビームスプリッタ１９で分岐した一方の光を受光し、第１受光部２１の出力は、Ａ／Ｄ２５に入力される。
【００４８】
開口部材２２は、開口部を有する部材であり、リレーレンズ１８によって出射スリット１６と共役な位置に配置される。開口部材２２は、ビームスプリッタ１９で分岐した光以外の光（迷光）が第２受光部２３の光電変換素子に入射することを抑制又は防止する。第２受光部２３は、開口部材２２のこの開口部を介してビームスプリッタ１９で分岐した他方の光を受光し、第２受光部２３の出力は、Ａ／Ｄ２４に入力される。開口部材２２によって迷光が遮断又は抑制されるので、第２受光部２３の出力におけるＳＮ比（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を改善することができる。
【００４９】
Ａ／Ｄ２４、２５は、アナログ信号をディジタル信号に変換する回路であり、その出力は、それぞれデータ処理部２６に出力される。
【００５０】
記憶部２７は、光学測定装置１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、透過率と濃度との対応関係を登録する濃度テーブル、ビームスプリッタ１９における分岐した一方の光量と他方の光量との比率Ｒ、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２７は、例えば、ＲＡＭやＲＯＭである。
【００５１】
入力部２８は、光学測定装置１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２６に出力される。入力部２８は、例えば、キーボードやマウス等である。出力部２９は、入力部２８から入力された入力内容やデータ処理部２６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印刷装置である。
【００５２】
データ処理部２６は、例えば、マイクロプロセッサ等を備えて構成され、駆動制御回路１７、記憶部２７、入力部２８及び出力部２９を制御プログラムによって制御すると共に、Ａ／Ｄ２４の出力及びＡ／Ｄ２５の出力に基づいて記憶部２７の各テーブル等のデータを参照することによって測定項目における測定対象物２０１の測定値を演算する。
【００５３】
次に、第１の実施形態における光学測定装置１の動作について説明する。
【００５４】
ユーザは、例えば血液等の検体を入れたセルに測定項目に応じた試薬を滴下する。ユーザは、呈色後にセルを測定対象物２０１として光学測定装置１の所定位置に配置する。そして、ユーザは、測定項目を入力部２８に入力する。
【００５５】
データ処理部２６は、入力部２８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２７に記憶する。次に、データ処理部２６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２６は、検索した波長の光を出射すべく制御信号を駆動制御回路１７に出力する。
【００５６】
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で回折及び反射され、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１０から出射される。多波長光源部１０から出射された光は、リレーレンズ１８を介してビームスプリッタ１９に入射される。
【００５７】
ビームスプリッタ１９に入射された光は、２つに分岐され、測定光は、絞り２０で焦点深度が調整されて測定対象物２０１のセルに入射される。セルに入射された測定光は、セル内の試薬によって呈色した検体によってその一部が吸収され、残余の部分が透過して第１受光部２１に入射される。第１受光部２１は、受光した光強度に応じた電圧をＡ／Ｄ２５に出力し、Ａ／Ｄ２５は、この出力をディジタル信号に変換してデータ処理部２６に出力する。
【００５８】
そして、ビームスプリッタ１９で分岐された参照光は、物体と作用することなく開口部材２２の開口部を介してそのまま第２受光部２３に入射される。第２受光部２３は、受光した光強度に応じた電圧をＡ／Ｄ２４に出力し、Ａ／Ｄ２４は、この出力をディジタル信号に変換してデータ処理部２６に出力する。
【００５９】
データ処理部２６は、測定対象物２０１が配置されていない場合におけるＡ／Ｄ２５の出力とＡ／Ｄ２４の出力とが同一の値となるように、記憶部２７に記憶されている比率Ｒを用いてＡ／Ｄ２４の出力を重み付けする。次に、データ処理部２６は、Ａ／Ｄ２５の出力と重み付けしたＡ／Ｄ２４の出力とから測定対象物２０１のセルの透過率Ｔを演算する。次に、データ処理部２６は、記憶部２７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（透過率Ｔ）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２６は、検索した濃度を測定結果として出力部２９に出力する。出力部２９は、測定結果を表示又は印字する。
【００６０】
光学測定装置１は、同一光源からの光を２つ出射する多波長光源部１０を用いるので、一方を測定対象物２０１を照射する測定光とし、他方を参照光とすることができる。このため、測定対象物２０１を透過した測定光の光強度と、参照光そのものの光強度とを測定することができるから、両光強度を比較することによって、測定対象物２０１の特性を知ることができる。また、多波長光源部１０の入射スリット１１及び出射スリット１６が上述のように配置されるので、従来とは異なる構成で、多波長光源部１０の小型化、軽量化又はコストダウンを図ることができる。このため、光学測定装置１の小型化、軽量化又はコストダウンを図ることもできる。
【００６１】
ここで、絞り２０は、測定光の焦点深度が仕様を満たすようにするために制限を受ける。即ち、測定光の光束は、絞り２０によって絞られ、即ち該光束についての開口角が狭められ、好ましい焦点深度が得られる。参照光は、第２受光部２３で受光されれば良いので特に制限を受けない。このため、測定光の焦点深度が仕様を満たすように絞り２０を調整し、参照光の光量は、光束絞り１５−１の開口部１５−２における口径の大きさによって調整される。このように本変形形態では絞り２０と光束絞り１５−１の開口部１５−２とが連携することによって、測定光の焦点深度と参照光の光量とを仕様を満たすように両立させることができる。
【００６２】
次に、第１の実施形態の変形形態について説明する。
（第１の実施形態の変形形態）
第１の実施形態における光学測定装置１は、ビームスプリッタ１９としてハーフミラーを使用するが、第１の実施形態の変形形態における光学測定装置は、ビームスプリッタ１９として開口部を有する開口ミラーを使用する。
【００６３】
図４は、第１の実施形態の変形形態における光学測定装置の構成を示す平面図である。図５は、開口ミラーの構成を示す図である。図４において、第１の実施形態の変形形態における光学測定装置１’は、互いに波長の異なる複数の光を出射可能な多波長光源部１０’、第１受光部２１、開口部材２２、第２受光部２３、Ａ／Ｄ２４、２５、データ処理部２６、記憶部２７、入力部２８及び出力部２９を備えて構成される。多波長光源部１０’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、駆動制御回路１７、リレーレンズ１８及び開口ミラー３１を備えて構成される。そして、測定を行う場合には、測定対象物２０１は、絞り２０と第１受光部２１との間におけるリレーレンズ１８の焦点又は焦点深度の範囲内に配置される。
【００６４】
第１の実施形態の変形形態における光学測定装置１’は、ビームスプリッタ１９に開口ミラー３１を用いること及び絞り２０が設けられていないことを除き、第１の実施形態における光学測定装置１の構成及び動作と同様であるのでそれらの説明を省略し、開口ミラー３１について説明する。
【００６５】
開口ミラー３１は、図５に示すように、平板状基板の略中央に貫通した孔が開けられた開口部３１−２を有し、開口部３１−２以外の部分における基板の一方面が入射する光を全て反射するミラー面３１−１である光学部品である。従って、図５に破線で光束範囲ａとして示すように、開口部３１−２の口径よりも大きい直径の光束が入射すると、開口ミラー３１は、光束範囲ａのうち開口部３１−２に入射する光をそのまま透過し、光束範囲ａのうち開口部３１−２を除く部分に入射する光をミラー面３１−１で反射する。開口部３１−２を透過した光は、測定光として測定対象物２０１を介して第１受光部２１に入射する。一方、ミラー面３１−１で反射した光は、参照光として開口部材２２の開口部を介して第２受光部２３に入射する。即ち、開口部３１−２は、第１の実施形態における絞り２０と同様な光束絞りの機能も備えている。従って、開口部３１−２の大きさを調整することによって、測定光の焦点深度を深くすることができ、仮に測定対象物２０１と多波長光源装置１’の光軸方向の相対位置に多少のずれが発生しても、その影響を少なくすることができる。その結果、測定誤差を抑制することができる。
【００６６】
開口部３１−２の形状は、開口部３１−２を透過した光よって第１受光部２１の受光面に形成される開口部３１−２の像の輪郭が測定対象物２０１に照射すべき光の形状に合わせて略円形形状となるように、ミラー面３１−１をリレーレンズ１８の方に向けてリレーレンズ１８の光軸となる角度に応じて決まる楕円（円を含む）である。本変形形態では、開口部３１−２の形状は、ミラー面３１−１をリレーレンズ１８の方に向けてリレーレンズ１８の光軸に対し４５度の傾きで配置した場合に、開口部３１−２を透過した光よって第１受光部２１の受光面に形成される開口部３１−２の像の輪郭が略円形形状であって、ミラー面３１−１で反射した光よって第２受光部２３の受光面に形成される光束範囲ａの像の輪郭も略円形形状となる形状である。
【００６７】
開口部３１−２の大きさは、測定光の焦点深度が仕様を満たすようにするために制限を受ける。即ち、測定光の光束は、開口部３１−２によって絞られ、即ち該光束についての開口角が狭められ、好ましい焦点深度が得られる。参照光は、第２受光部２３で受光されれば良いので特に制限を受けない。このため、測定光の焦点深度が仕様を満たすように開口部３１−２の大きさを調整し、参照光の光量は、光束範囲ａによって、即ち、光束絞り１５−１の開口部１５−２における口径の大きさによって調整される。このように本変形形態では開口ミラー３１の開口部３１−２と光束絞り１５−１の開口部１５−２とが連携することによって、測定光の焦点深度と参照光の光量とを仕様を満たすように両立させることができる。
【００６８】
この変形形態における光学測定装置１’は、このように開口ミラー３１の開口部３１−２の大きさを調整することができるので、等しい光量を得ることができる。ビームスプリッタ１９としてハーフミラーを用いる場合に較べて、測定光の焦点深度をより深くすることができる。
【００６９】
次に、別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光学測定装置１、１’は、出射スリット１６から出射された光を測定光と参照光とに分けるために、リレーレンズ１８の後段に、例えば、リレーレンズ１８の出射側近傍にビームスプリッタ１９を配置したが、第２の実施形態における光学測定装置は、リレーレンズ１８の前段に、例えば、出射スリット１６の出射側近傍にビームスプリッタを配置する。
【００７０】
図６は、第２の実施形態における光学測定装置の構成及び参照光の分岐方向を説明するための図である。図６（Ａ）は、第２の実施形態における光学測定装置の構成を示す図であり、図６（Ｂ）は、参照光の分岐方向を説明するための図である。
【００７１】
図６において、第２の実施形態における光学測定装置１”は、互いに波長の異なる複数の光を出射可能な多波長光源部１０”、第１受光部２１、第２受光部４２、Ａ／Ｄ２４、２５、データ処理部２６、記憶部２７、入力部２８及び出力部２９を備えて構成される。多波長光源部１０”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、駆動制御回路１７、ビームスプリッタ４１及び絞り付きリレーレンズ４３を備えて構成される。そして、測定を行う場合には、測定対象物２０１は、絞り付きリレーレンズ４３の焦点又は焦点深度の範囲内に配置される。
【００７２】
第２の実施形態における光学測定装置１”は、第１の実施形態におけるリレーレンズ１８、ビームスプリッタ１９、開口部材２２及び第２受光部２３の代わりに、ビームスプリッタ４１、第２受光部４２及び絞り付きリレーレンズ４３を用いることを除き、第１の実施形態における光学測定装置１の構成及び動作と同様であるのでそれらの説明を省略し、ビームスプリッタ４１、第２受光部４２及び絞り付きリレーレンズ４３について説明する。
【００７３】
ビームスプリッタ４１は、入射する光を２つに分ける光学素子であり、出射スリット１６からの光は、ビームスプリッタ４１によって２つに分けられ、分岐した一方の光は、測定光として絞り付きリレーレンズ４３及び測定対象物２０１を介して第１受光部２１に入射され、他方の光は、参照光として第２受光部４２に入射される。なお、他方の光は、迷光が第２受光部４２に入射されることを抑制又は防止する観点から、開口部材を介して第２受光部４２に入射するように構成しても良い。
【００７４】
ビームスプリッタ４１は、出射スリット１６の出射側近傍に配置され、かつ、参照光が回折格子１４の溝方向に対して光軸に垂直な面内で４５度の方向で分岐するように配置される。言い換えると、ビームスプリッタ４１の反射面の法線の、光軸に垂直な面への射影が、回折格子１４の溝に対して４５度である。即ち、出射スリット１６の出射側から回折格子１４の方を見た図６（Ｂ）に示すように、回折格子１４の溝方向がＸＸ’であるとすると、参照光がＹからＹ’への方向、Ｙ’からＹへの方向、ＺからＺ’への方向及びＺ’からＺへの方向の何れかの方向で分岐するように、ビームスプリッタ４１は、配置される。回折格子１４で回折し、反射した光は、部分偏光であり、波長により偏光のＰ成分とＳ成分との比率が異なっている。例えば、波長４００ｎｍの光を回折格子１４に入射すると、回折光は、Ｐ成分：Ｓ成分＝略６：４であり、波長７００ｎｍの光を回折格子１４に入射すると、回折光は、Ｐ成分：Ｓ成分＝略４：６である。このため、ビームスプリッタ４１を上述のように参照光が所定方向に分岐するように配置すると、各波長において偏光のＰ成分とＳ成分との比率の影響を受けることなく、各波長において測定光と参照光とにおける光量比を略一定にすることができる。これは、上述の第１の実施形態においても同様に適用することができる。
【００７５】
ビームスプリッタ４１の透過・反射率を全ての使用波長において等しくすると、検出器のダイナミックレンジを有効に使用することができるので有利である。入射光に偏光がある場合、全ての使用波長において透過・反射率が等しくなるようにビームスプリッタを設計することは困難である。本実施形態のように、参照光を所定の方向に分岐するようにビームスプリッタ４１を配置すれば、入射光の偏光状態によらずに全ての使用波長で透過・反射率を等しくすることが容易になる。
【００７６】
ビームスプリッタ４１は、出射スリット１６の出射側近傍では像に色むらが生じているため、測定光と参照光との分光特性を略一致させる観点から、例えば、ハーフミラー等である。なお、第１の実施形態におけるリレーレンズ１８の出射側近傍、特に、瞳付近では、色むらが少ないため、その変形形態で示したように、開口ミラー３１も使用可能である。
【００７７】
絞り付きリレーレンズ４３は、構成するレンズの光路中（若しくはレンズの前後近傍）に絞りを設けた光学素子である。この絞りによって測定光の焦点深度が仕様を満たすように調整することができ、参照光の光量は、光束絞り１５−１の開口部１５−２における口径の大きさによって調整される。そして、第２の実施形態の構成では、絞り付きリレーレンズ４３のＦナンバーは大きくても良いので、その外径を小さくすることができる。即ち、この絞り付きリレーレンズ４３の絞りは、第１の実施形態における絞り２０、その変形形態における開口部３１−２と共通する機能を有している。従って、この絞り付きリレーレンズ４３の絞りを調整することによって、測定光の焦点深度を深くすることができるから、仮に測定対象物２０１と多波長光源装置１”の光軸方向の相対位置に多少のずれが発生しても、その影響を少なくすることができる。その結果、測定誤差を抑制することができる。
【００７８】
この第２の実施形態における光学測定装置１”は、ビームスプリッタ４１を出射スリット１６の出射側近傍に配置するので、第１の実施形態のリレーレンズ１８の出射側近傍に配置する場合に較べて、より装置を小型化することができる。
【００７９】
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光学測定装置１、１’、１”（多波長光源装置１０、１０’、１０”）にさらに備えてもよい。
【００８０】
まず、光学測定装置１、１’、１”（多波長光源装置１０、１０’、１０”）におけるレンズ１３及び回折格子１４に調整機構を設ける場合について説明する。
【００８１】
図７は、光学測定装置における第１の調整機構の構成を説明するための図である。図７は、光学測定装置１、１’、１”（多波長光源部１０、１０’、１０”）における、光源１１、入射スリット１２、調整機構を設けたレンズ１３、調整機構を設けた回折格子１４及び出射スリット１６の部分を記載した図である。
【００８２】
図７において、調整機構を備えたレンズ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、調整機構を備えた回折格子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。
【００８３】
レンズ１３は、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、回折された光の分散の広がりが調整される。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。
【００８４】
回折格子１４は、回転軸１４−２が図７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。
【００８５】
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αｍｈ，λｉ及び出射スリット１６に対応する回折角β０にそれぞれ合わせられ得る。
【００８６】
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８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５１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５１に一体化してもよい。
【００８７】
図８は、光学測定装置における第２の調整機構の構成を説明するための図である。図８は、光学測定装置１、１’、１”（多波長光源部１０、１０’、１０”）における、光源１１、入射スリット部材５１、調整機構を設けたレンズ１３、回折格子１４及び出射スリット１６の部分を記載した図である。
【００８８】
図８において、入射スリット部材５１は、第１及び第２の実施形態における各入射スリット１２の代わりに用いられるから、入射スリット部材５１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、そのスリットの位置は、各入射スリット１２の配置方向に対応する位置である。調整機構を備えたレンズ１３は、上述と同様に、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。
【００８９】
レンズ１３は、上述と同様に、移動軸１３−３が図８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５１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、各スリットの光軸は、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。
【００９０】
入射スリット部材５１は、図８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８１の円弧に沿って移動する。この結果、入射スリット部材５１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。
【００９１】
入射スリット部材５１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αｍｈ，λｉ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β０に合わせられ得る。
【００９２】
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。
【００９３】
なお、上述のレンズ１３、回折格子１４及び入射スリット部材５１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。
【００９４】
また、第１及び第２の実施形態では、記憶部２７は、比率Ｒを記憶し、データ処理部は、この比率Ｒを用いてＡ／Ｄ２４の出力を重み付けすることによって、測定対象物２０１が配置されていない場合におけるＡ／Ｄ２５の出力とＡ／Ｄ２４の出力とが同一の値となるように演算したが、第２受光部２３とＡ／Ｄ２４との間に、又は、Ａ／Ｄ２４とデータ処理部２６との間にゲインを調整することができる増幅部を設けても良い。そして、光学測定装置１、１’、１”で測定を開始する前に、ユーザがマニュアル操作で又はデータ処理部２６が自動的に、測定対象物２０１が配置されていない場合におけるＡ／Ｄ２５の出力とＡ／Ｄ２４の出力とが同一の値となるようにこの増幅部のゲインを調整する。このような増幅部を設けることによって測定開始前に各Ａ／Ｄの出力が同一となるように調整されるので、経年変化によって比率Ｒが変化したり、第１及び第２受光部２１、２３が周囲環境によって出力特性が変化したり等した場合でも、光学測定装置１、１’、１”は、正確に測定することができる。
【００９５】
また、第１及び第２の実施形態の光学測定装置１、１’、１”では、測定対象物２０１を透過した透過光を第１受光部２１で受光することによって測定する場合について説明したが、測定対象物２０１で反射した反射光を受光するように第１受光部２１を配置し、反射光の光強度（光量）によって測定するように構成してもよい。
【００９６】
以上、本明細書に開示された主な発明を以下にまとめる。
【００９７】
（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出射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ている、光学測定装置に用いられる多波長光源装置であって、前記出射スリットから出射された光の光路を分岐する分岐部をさらに備え、該分岐部によって分岐された両光束についての開口角は、一方の光束についての開口角が他方に対してより制限されることを特徴とする多波長光源装置。
【００９８】
（付記２） 前記分岐部は、ハーフミラーであり、該ハーフミラーによって分岐された後の少なくとも一方の光束に対して開口角を制限する絞りを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。
【００９９】
（付記３） 前記分岐部は、貫通した孔である開口部を有するミラー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。
【０１００】
（付記４） 前記分岐部の反射面の法線の光軸に垂直な面への射影が前記光学系に含まれる回折格子の溝に対して４５度の方向にあることを特徴とする付記２又は付記３に記載の多波長光源装置。
【０１０１】
（付記５） 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出射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、前記出射スリットから出射される光が入射され、測定すべき測定対象物の配置位置と前記出射スリットの位置とを共役にするレンズと、前記レンズから出射される光を２つに分岐する分岐部とをさらに備えることを特徴とする多波長光源装置。
【０１０２】
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、測定対象物の配置位置と出射スリットの位置とを共役にするレンズを備えるので、測定対象物に出射スリットの像を形成することができる。さらに、レンズから出射される光を２つに分岐する分岐部を備えるので、同一光源からの光を２つ出射することができる。
【０１０３】
（付記６） 前記分岐部は、前記レンズから出射される光を２つに分岐する代わりに、前記出射スリットから出射される光を２つに分岐することを特徴とする付記５に記載の多波長光源装置。このような構成の多波長光源装置では、出射スリットから出射される光を分岐するから、光束が拡がる前に分岐することができるので、分岐部を小型にすることができる。
【０１０４】
（付記７） 前記分岐部は、ハーフミラーであることを特徴とする付記５又は付記６に記載の多波長光源装置。このような構成の多波長光源装置では、分岐部にハーフミラーを用いるので、安価に分岐部を構成することができる。
【０１０５】
（付記８） 前記分岐部は、貫通した孔である開口部を有するミラーであることを特徴とする付記５に記載の多波長光源装置。このような構成の多波長光源装置では、開口部を有するミラーを用いるので、開口部の大きさを調整することによって、測定対象物に導光される光束を絞ることができ、一定範囲に亘って出射スリットの像の大きさを略一定にすることができる。このため、測定対象物の配置位置を一定範囲に広げることができる。
【０１０６】
（付記９） 前記ミラーの開口部は、楕円形状であることを特徴とする付記８に記載の多波長光源装置。
【０１０７】
（付記１０） 前記分岐部で分岐した一方の光の光路中であって前記レンズによって前記出射スリットの位置と共役となる位置に、貫通した孔である開口部を有する開口部材をさらに配置することを特徴とする付記１乃至付記９の何れか１つに記載の多波長光源装置。
【０１０８】
（付記１１） 前記測定対象物に入射する光の光量を調整する絞りをさらに配置することを特徴とする付記５乃至付記１０の何れか１つに記載の多波長光源装置。
【０１０９】
（付記１２） 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乃至付記１１の何れか１つに記載の多波長光源装置。
【０１１０】
（付記１３） 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１２に記載の多波長光源装置。
【０１１１】
（付記１４） 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１２に記載の多波長光源装置。
【０１１２】
（付記１５） 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１４に記載の多波長光源装置。
【０１１３】
（付記１６） 互いに異なる波長の光を出射可能であって、該光を２つの光束に分岐して射出する多波長光源部と、出射された一方の光を測定すべき測定対象物を介して検出する第１受光部と、出射された他方の光を検出する第２受光部と、前記第１受光部の出力と前記第２受光部の出力とに基づいて前記測定対象物を透過若しくは反射した光量あるいは光強度を演算し、演算した光量あるいは光強度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乃至請求項１５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。
【０１１４】
（付記１７） 互いに異なる波長の光を出射可能であって、該光を２つに分岐して射出する多波長光源部と、出射された一方の光の光強度を測定すべき測定対象物を介して検出する第１受光部と、出射された他方の光の光強度を検出する第２受光部と、前記第１受光部の出力と前記第２受光部の出力とに基づいて前記測定対象物の透過率を演算し、演算した透過率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５乃至付記１５の何れか１つ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。付記１乃至付記１５に係る多波長光源装置は、同一光源からの光を２つ出射するので、光学測定装置に用いることができる。そして、このような多波長光源装置を用いるので、光学測定装置の小型化、軽量化又はコストダウンを図ることができる。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る多波長光源装置及び光学測定装置では、分岐部によって分岐された両光束についての開口角は、一方の光束についての開口角が他方に対してより制限される。従って、この開口角が小さい方の光束を測定に使用することにより、仮に測定対象物と多波長光源装置の光軸方向の相対位置に多少のずれが発生しても、その影響が少なく、測定誤差が発生し難い。
【０１１６】
特に、測定対象物が微小な物体、少量しか得られない物体であったり、測定対象物の特定の位置のみの状態を高精度に測定したい場合において、測定対象ではない場所にまで光が与えられることによって測定誤差が発生する可能性を低減することができる。また、他方の光束は、開口角を大きくすることにより充分な光量が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における光学測定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光学測定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】第１の実施形態の変形形態における光学測定装置の構成を示す平面図である。
【図５】開口ミラーの構成を示す図である。
【図６】第２の実施形態における光学測定装置の構成及び参照光の分岐方向を説明するための図である。
【図７】光学測定装置における第１の調整機構の構成を説明するための図である。
【図８】光学測定装置における第２の調整機構の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１、１’、１” 光学測定装置
１０、１０’、１０” 多波長光源部
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 駆動制御回路
１８ リレーレンズ
１９、４１ ビームスプリッタ
２０ 絞り
２１ 第１受光部
２２ 開口部材
２３、４２ 第２受光部
２４、２５ アナログ／ディジタル変換器
２６ データ処理部
２７ 記憶部
３１ 開口ミラー
４３ 絞り付きリレーレンズ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-wavelength light source device that can emit light having different wavelengths, and more particularly to a multi-wavelength light source device that can further suppress the occurrence of measurement errors. Further, the present invention relates to an optical measuring device incorporating such a multi-wavelength light source device.
[0002]
[Prior art]
In an optical measurement device that measures the characteristics of a measurement target using light, it is necessary to irradiate the measurement target with light of different wavelengths, and it is necessary to incorporate a multi-wavelength light source device that emits light of different wavelengths. Is done.
[0003]
For example, a spectrophotometer measures the light intensity value of transmitted light transmitted through an object to be measured and the light intensity value of transmitted light transmitted through a solution having a reference concentration for light of a specific wavelength, and compares those values. By calculating the absorbance, the chemical components of the measurement object are analyzed. In this case, a plurality of wavelengths of light are required because the wavelength of the light to be absorbed differs depending on the object to be measured.
[0004]
In addition, for example, a measurement device for clinical test that measures blood ammonia concentration, blood urea nitrogen concentration, glucose concentration, and the like, measures the color concentration in the detection layer of the reagent pad colored by blood and the change thereof by measuring the change. The concentration is being measured. In this case, since the wavelength of the light used differs depending on the measurement item, light of a plurality of wavelengths is required.
[0005]
An optical measuring device provided with such a multi-wavelength light source device is disclosed in, for example, Patent Document 1. The optical measurement device disclosed in Patent Document 1 includes a plurality of light emitting diodes (LEDs) that emit light of different wavelengths, an LED control unit, a diffraction grating, an emission slit, and a beam splitter that splits the emitted light. And a light receiving unit that receives one of the branched lights via the measurement object, and a detector that receives the other of the branched lights. The light emission control of the LED is performed by controlling the light receiving output of the detector to be constant.
[0006]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 5,029,245
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, even in an optical measuring device provided with a multi-wavelength light source device, light given to a measuring object may cause a measurement error unless it is accurately given to a measuring position. In particular, when the object to be measured is a minute object, an object that can be obtained only in a small amount, or when it is desired to measure the state of only a specific position of the object with high accuracy, the multi-wavelength light source device or the optical measurement device and the If light is applied to a place that is not the object to be measured due to a shift in the relative position with respect to the object, a measurement error may occur, which is not preferable.
[0008]
For this reason, the light given to the measurement target must accurately reach the position to be measured of the measurement target. However, in the measurement device described in Patent Document 1, parallel light is simply given to the measurement target. However, it is not appropriate to use it for measuring a minute measurement object or the like.
[0009]
Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a multi-wavelength light source device that can further suppress the occurrence of measurement errors. An object of the present invention is to provide an optical measuring device incorporating such a multi-wavelength light source device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, a plurality of light source units each emitting light including light having a desired wavelength, and light emitted from the plurality of light source units is transmitted to the desired light source. An optical system that diffracts and condenses the light in a specific direction corresponding to the wavelength of the light, and an exit slit that selectively transmits light from the optical system, wherein the plurality of light source units are provided in each of the light source units. A multi-wavelength light source device used for an optical measurement device, wherein the light having a wavelength of is diffracted by the optical system is arranged in the direction of the exit slit. Is further provided, and the opening angle of both light beams branched by the branching portion is more restricted than that of the other light beam.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the multi-wavelength light source device according to the first aspect, the branching unit is a half mirror, and an opening is provided for at least one light beam after being split by the half mirror. Equipped with an aperture that limits the angle.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the multi-wavelength light source device according to the first aspect, the branch portion is a mirror having an opening that is a through hole.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the multi-wavelength light source device according to the second or third aspect, a projection of the normal to the reflecting surface of the branch portion onto a plane perpendicular to the optical axis is included in the optical system. 45 degrees with respect to the groove of the diffraction grating.
[0014]
In the fifth means according to the present invention, light of different wavelengths can be emitted, a multi-wavelength light source section that splits the light into two light beams and emits the light, and one of the emitted lights should be measured. A first light receiving unit that detects the light via the object to be measured, a second light receiving unit that detects the other emitted light, and the measurement based on an output of the first light receiving unit and an output of the second light receiving unit. An optical measurement apparatus comprising: a data processing unit that calculates a light amount or light intensity transmitted or reflected by the object, and calculates a density of a predetermined measurement item in the measurement object based on the calculated light amount or light intensity. The multi-wavelength light source unit is a multi-wavelength light source device according to any one of the first to fourth means.
[0015]
In the multi-wavelength light source device and the optical measurement device having such a configuration, the aperture angle of both light beams branched by the branching unit is more restricted than that of the other light beam. Therefore, by using the light beam having the smaller aperture angle for the measurement, even if a slight displacement occurs in the relative position in the optical axis direction between the measurement object and the multi-wavelength light source device, the influence is small, and the measurement is performed. Error is unlikely to occur.
[0016]
In particular, when the measurement object is a minute object, an object that can only be obtained in a small amount, or when it is desired to measure the state of only a specific position of the measurement object with high accuracy, light is given to a place that is not the measurement object This can reduce the possibility of occurrence of a measurement error. The other light beam can obtain a sufficient light amount by increasing the aperture angle.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the optical measurement device according to the first embodiment. FIG. 2 is a side view illustrating the configuration of the optical measurement device according to the first embodiment. FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of the diffraction grating.
[0018]
1 and 2, an optical measuring device 1 includes a multi-wavelength light source unit 10 capable of emitting a plurality of lights having different wavelengths from each other, a first light receiving unit 21, an aperture member 22, a second light receiving unit 23, an analog / digital conversion. (Hereinafter, abbreviated as “A / D”) 24, 25, a data processing unit 26, a storage unit 27, an input unit 28, and an output unit 29. The multi-wavelength light source unit 10 includes a plurality of light sources 11 (11-1 to 11-4), a plurality of entrance slits 12 (12-1 to 12-4) provided corresponding to the light sources 11, a lens 13, and a diffraction grating. 14, a light beam diaphragm 15-1, an exit slit 16, a drive control circuit 17, a relay lens 18, a beam splitter 19, and a diaphragm 20. When the measurement is performed, the measurement target 201 is arranged within the range of the focal point or the depth of focus of the relay lens 18 between the diaphragm 20 and the first light receiving unit 21.
[0019]
Each light source 11 is a component that is arranged in a line on the image plane in the dispersion direction of the diffraction grating 14 corresponding to each incident slit 12 and emits light having an emission wavelength intensity distribution including a wavelength band required for measurement. is there. The light source 11 is, for example, a halogen lamp, an LED, a semiconductor laser (hereinafter abbreviated as “LD”), or the like, an optical fiber that guides light emitted from these, or one end of an optical path bar. In the first embodiment, LEDs that are more excellent in size, heat generation, life, and cost are used. The emission wavelength intensity distribution and the number of the light sources 11 are determined according to the number of wavelengths of the outgoing light in the multi-wavelength light source unit 10 required from the specifications (specifications) of the optical measurement device 1. In the first embodiment, four light sources 11-1 to 11-4 are prepared, the center wavelength of the light emitted from the light source 11-1 and extracted from the emission slit 16 is 400 nm, and the light emitted from the light source 11-2. The center wavelength of the light extracted from the exit slit 16 is 500 nm, the central wavelength of the light exiting the light source 11-3 and extracted from the exit slit 16 is 600 nm, and the central wavelength of the light exiting the light source 11-4 is 600 nm. The center wavelength of the light extracted from the light source is 700 nm.
[0020]
The entrance slit 12 is an optical element that selectively transmits incident light. In the present embodiment, the entrance slit 12 is a rectangular (including square) slit for suppressing diffusion of light emitted from the light source 11 in a specific direction and obtaining a desired wavelength purity. The direction of the suppression is perpendicular to the groove direction of the diffraction grating 14 on which the light transmitted through the entrance slit 12 is incident. The slit width is determined according to the wavelength such that the light transmitted through the entrance slit 12 has a desired half-value width.
[0021]
When the spectrum width of the light emitted from the light source 11 is narrow and equal to or less than a desired half width, the entrance slit 12 can be omitted. That is, in the above description, the light emitting unit of the claims is constituted by the light source 11 and the entrance slit 12, but the light emitting unit may be constituted by only the light source 11. For example, when an LD in which the size of a radiating portion from which laser light is emitted is smaller than the slit width of the entrance slit 12 is used as the light source 11, or an optical fiber whose core diameter is smaller than the slit width of the entrance slit 12 is used as the light source 11. If you use it.
[0022]
The lens 13 converts the light emitted from the entrance slit 12 into parallel light, guides the light to the diffraction grating 14, and collects light diffracted and reflected by the diffraction grating 14 (diffraction light). The diffraction grating 14 is a spectral element having a large number of grooves parallel to the surface of the optical material at equal intervals in one direction. The beam stop 15-1 is a stop for restricting light hitting the groove of the diffraction grating 14, and the parallel light from the lens 13 incident on the beam stop 15-1 has a substantially circular shape opened in the beam stop 15-1. The light enters the diffraction surface of the diffraction grating 14 through the opening 15-2. The luminous flux stop 15-1 prevents stray light and determines an irradiation spot luminous flux.
[0023]
Instead of the lens 13 and the diffraction grating 14, a concave diffraction grating having both a lens function of condensing light and a diffraction grating function of separating light may be used. That is, in the above description, the lens 13 and the diffraction grating 14 constitute the optical system of the present invention. However, the optical system may be constituted by a concave diffraction grating.
[0024]
The exit slit 16 is a slit for suppressing light diffusion and obtaining a desired wavelength purity with respect to the light condensed by the lens 13, and is adapted to the shape of the light to be irradiated on the measurement object 201. In the present embodiment, the shape is circular.
[0025]
Here, by making the entrance slit 12 a rectangular slit as described above, the amount of light applied to the exit slit 16 can be increased due to aberration of the optical system, as compared with the case where the entrance slit 12 is made circular. Since the image of the rectangular slit of the entrance slit 12 is vertically elongated, the circular slit of the exit slit 16 can be easily covered. For this reason, it is unnecessary to adjust the position of the exit slit 16 in the height direction (the groove direction of the diffraction grating 14).
[0026]
Next, the arrangement positions of the entrance slit 12 and the exit slit 16 will be described in detail. First, the arrangement direction will be described.
[0027]
As a general theory, the relationship between incident light and diffracted light in a diffraction grating will be described. In FIG. 3, between the incident light 51 incident on the diffraction grating 54 having n grooves per mm (that is, the number of grooves n / mm) and the diffracted light 52 diffracted and reflected by the diffraction grating 54, The diffraction order is mh, the wavelengths of the incident light 52 and the diffracted light 53 are λi, and the incident angle of the incident light 52 is α. mh, λ i , The diffraction angle of the diffracted light 53 mh, λ i Then, Equation 1 generally holds.
sinα mh, λ i + Sinβ mh, λ i = N × mh × λ i ... (1)
Note that h and i are integers starting from 1. And the incident angle α mh, λ i And diffraction angle β mh, λ i Are the angles with respect to the direction of the normal 51 of the diffraction grating 54, and the subscripts indicate the diffraction order and the wavelength. That is, the incident angle α mh, λ i Is the angle of incidence for the incident light of wavelength λi at the diffraction order mh, the diffraction angle β mh, λ i Is the diffraction angle in the diffracted light of the wavelength λi with the diffraction order mh.
[0028]
Diffraction angle β mh, λ i When the diffracted lights of different wavelengths are used as the outgoing light of the multi-wavelength light source unit 10, a plurality of outgoing slits are required. As a result, a plurality of branch portions for branching the light emitted from the emission slit into two are required, and it is difficult to reduce the size of the multi-wavelength light source unit 10 and the optical measuring apparatus 1 in which the multi-wavelength light source unit 10 is incorporated. Therefore, in the present invention, the diffraction angle β mh, λ i At a given angle β 0 Fixed to. In this case, Equation 1 becomes like Equations 2-11 to 2-hi.
Figure 2004294072
Regarding the arrangement direction of each incident slit 12, any one of Expressions 2-11 to 2-hi is selected for the corresponding wavelength λi, and the incident angle α in the selected expression is selected. mh, λ i Direction. Each incident slit 12 has an incident angle α mh, λ i Is the largest angle of incidence α max And the smallest incident angle α min This angle range is referred to as an arrangement angle range of the entrance slit 12. In other words, the entrance slits 12 and the light sources 11 are distributed within the range of the arrangement angle.
[0029]
On the other hand, the arrangement direction of the exit slit 16 (the predetermined angle β 0 In the present invention, in order to reduce the size of the multi-wavelength light source unit 10 and the optical measuring device 1, the angle is set within the range of the arrangement angle of the entrance slit 12. That is, α min <Β 0 <Α max It is. It is preferable that the exit slit 16 be disposed substantially at the center of the incident angle range of the entrance slit 12 so that the imaging performance of the lens 13 is less deteriorated. In addition, when viewed in a plan view in the state of FIG. 1, the exit slits 16 are arranged such that the arrangement direction thereof coincides with the optical axis of the lens 13.
[0030]
The arrangement distance of each of the entrance slit 12 and the exit slit 16 from the diffraction grating 14 is within the range of the focal plane or the focal depth of the lens 13.
[0031]
By setting in this way, the arrangement direction of the entrance slit 12 and the exit slit 16 with respect to the normal line of the diffraction grating 14 and the arrangement distance from the diffraction grating 14 are determined, but only by determining the arrangement direction and the arrangement distance, Only the line (circular line) is determined, and the arrangement position as a point is not uniquely determined.
[0032]
In order to make the multi-wavelength light source unit 10 and the optical measuring device 1 the most compact, the entrance slit 12 and the exit slit 16 are placed on a plane P horizontal to the diffraction grating 14 (a plane indicated by a chain line in FIG. 2). It is preferable to arrange them all. However, the entrance slit 12 and the exit slit 16 have a certain size according to the specifications and the like required for the slit.
[0033]
If the focal length of the lens 13 is increased according to the size of the entrance slit 12 and the size of the exit slit 16, the entrance slit 12 and the exit slit 16 can all be arranged on the plane P. However, if the focal length is increased, the distance between the diffraction grating 14 and the entrance slit 12 and the exit slit 16 is increased by that amount, and the distance between the entrance slits 12 located at both ends is also increased. As a result, the size of the multi-wavelength light source unit 10 and the optical measurement device 1 increases. In addition, when the focal length is increased, the size of the exit slit 16 needs to be increased. On the other hand, when the focal length is reduced, the entrance slit 12 and the exit slit 16 come into contact with each other or the entrance slit 12 and the exit slit 16 because the entrance slit 12 and the exit slit 16 have a certain size as described above. In addition, workability in manufacturing is also impaired. For this reason, a fixed focal length is required.
[0034]
As described above, the arrangement surface of the entrance slit 12 and the exit slit 16 with respect to the diffraction grating 14 may vary depending on the size of the entrance slit 12, the size of the exit slit 16, the focal length of the lens 13, the workability in manufacturing, and the like. The wavelength light source unit 10 and the optical measurement device 1 are determined to be the most compact. In the first embodiment, a plane Q including the optical axis of each entrance slit 12 (a plane indicated by a broken line in FIG. 2) and a plane S including the optical axis of the exit slit 16 (a plane indicated by a broken line in FIG. 2) are provided. Each of the entrance slits 12 and the exit slits 16 are arranged so that the angle formed is about 5 degrees. In addition, all the entrance slits 12 are arranged on the plane Q.
[0035]
From the above, the arrangement position of each entrance slit 12 is determined as the intersection of the line (circular line) determined by the arrangement direction and the arrangement distance and the plane Q. That is, each entrance slit 12 is disposed at a distance within the range of the focal plane or depth of focus of the lens 13 on the plane Q, and the entrance slit 12 corresponding to the wavelength λi is calculated by the equation 2-11 corresponding to the wavelength λi. Angle α given by any of equation 2-hi mh, λ i In the direction of
[0036]
For example, in the case where the multi-wavelength light source unit 10 is a device capable of emitting light of four wavelengths, the arrangement direction of the entrance slit 12-1 corresponding to the wavelength λ1 is calculated by using the angle α using Expression 2-11. m1, λ 1 And the arrangement direction of the entrance slit 12-2 corresponding to the wavelength λ2 is represented by an angle α using Expression 2-12. m1, λ 2 And the arrangement direction of the entrance slit 12-3 corresponding to the wavelength λ3 is represented by an angle α using Expression 2-13. m1, λ 3 And the arrangement direction of the entrance slit 12-4 corresponding to the wavelength λ4 is represented by an angle α using Expression 2-14. m1, λ 4 In the direction of Thus, the arrangement direction may be determined by the same diffraction order.
[0037]
Further, for example, in the case of a device in which the multi-wavelength light source unit 10 can emit light of four wavelengths, the arrangement direction of the entrance slit 12-1 corresponding to the wavelength λ1 is determined by using the angle α using Expression 2-21. m2 λ 1 And the arrangement direction of the entrance slit 12-2 corresponding to the wavelength λ2 is represented by an angle α using Expression 2-22. m2 λ 2 And the arrangement direction of the entrance slit 12-3 corresponding to the wavelength λ3 is represented by an angle α using Expression 2-13. m1, λ 3 And the arrangement direction of the entrance slit 12-4 corresponding to the wavelength λ4 is represented by an angle α using Expression 2-14. m1, λ 4 In the direction of As described above, the arrangement direction may be determined based on different diffraction orders.
[0038]
Here, in the case where the arrangement directions of the respective entrance slits 12 are arranged using the same diffraction order, if the optical system is arranged to be as compact as possible, the wavelength interval between a certain wavelength λi1 and a certain wavelength λi2 becomes closer. In this case, the incident slit 12 corresponding to the wavelength λi1 and the incident slit 12 corresponding to the wavelength λi2 may come into contact with each other and may not be arranged. For example, λi1 = λ1 = 400 nm and λi2 = λ2 = 450 nm.
[0039]
Also, in the case where the arrangement direction of each of the entrance slits 12 is arranged using the same diffraction order, if the wavelength interval between a certain wavelength λi1 and a wavelength λi1 + 1 adjacent thereto is largely separated, it corresponds to the wavelength λi1. The position of the incident slit 12 and the position of the incident slit 12 corresponding to the wavelength λi1 + 1 are greatly separated, which may hinder miniaturization. For example, λi1 = λ1 = 400 nm and λi1 + 1 = λ2 = 700 nm.
[0040]
In such a case, if the arrangement direction of each entrance slit 12 is determined by different diffraction orders, the multi-wavelength light source unit 10 can be reduced in size and the like, and the optical measurement device 1 can also be reduced in size. In particular, when the arrangement directions based on different diffraction orders are in the vicinity of the arrangement angle range of the entrance slit 12, the size can be further reduced.
[0041]
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the arrangement is performed using the same first diffraction order. The entrance slit 12-1 corresponding to λ1 = 400 nm has an incident angle α. 1,400 And the incident slit 12-2 corresponding to λ2 = 500 nm has an incident angle α 1,500 And the incident slit 12-3 corresponding to λ3 = 600 nm has an incident angle α 1,600 And the entrance slit 12-4 corresponding to λ4 = 700 nm has an incident angle α 1,700 Are arranged in the arrangement direction.
[0042]
On the other hand, the arrangement position of the exit slit 16 is determined as the intersection of a line (circular line) determined by the arrangement direction and the arrangement distance and the plane S. That is, the exit slit 16 is disposed at a distance within the range of the focal plane or the focal depth of the lens 13 on the plane S, and the angle β 0 In the direction of In the first embodiment, the angle β 0 Is approximately 19.45 degrees with respect to the normal of the diffraction grating 14.
[0043]
Returning to FIG. 1, the drive control circuit 17 is provided with a power supply, a switch, and the like, and selectively supplies power to the light source 11 to emit light.
[0044]
The relay lens 18 is arranged at a position where the arrangement position of the measuring object 201 and the position of the emission slit 16 are conjugated, and collects the light flux of the light emitted from the emission slit 16. The effective diameter of the relay lens 18 is a diameter through which all light transmitted through the opening 15-2 of the light beam stop 15-1 is transmitted.
[0045]
The beam splitter 19 is an optical element that splits incident light into two. The light from the relay lens 18 is split into two by the beam splitter 19, and one of the split lights is condensed by the stop 20. After that, the light is incident on the first light receiving unit 21 via the measurement object 201, and the other is incident on the second light receiving unit 23 via the opening member 22. The beam splitter 19 is, for example, a half mirror or an aperture mirror described later. In the first embodiment, the beam splitter 19 is a half mirror, and a part of the light from the relay lens 18 passes through the half mirror to become measurement light that acts on the measurement target 201, and the remaining part is light. The light is reflected in the direction of 90 degrees with respect to the transmitted light and becomes reference light.
[0046]
The stop 20 is a member having an opening, and is a light beam stop of the light from the beam splitter 19 that irradiates the measurement object 201. The stop 20 controls the light flux from the beam splitter 19 to the measurement object 201 to a second light. The aperture is narrowed down more than the light flux reaching the light receiving section 23. Thereby, the depth of focus is adjusted (deeper). Therefore, even if the relative position between the measurement object 201 and the multi-wavelength light source device 1 in the optical axis direction is slightly shifted, the influence can be reduced, and the measurement error can be suppressed.
[0047]
Each of the first and second light receiving units 21 and 23 includes a photoelectric conversion element that converts received light into a current according to the light intensity, and a conversion circuit that converts a current output from the photoelectric conversion element into a voltage. The first light receiving unit 21 receives one of the lights split by the beam splitter 19 via the aperture 20 and the measurement object 201, and the output of the first light receiving unit 21 is input to the A / D 25.
[0048]
The opening member 22 is a member having an opening, and is arranged at a position conjugate with the emission slit 16 by the relay lens 18. The aperture member 22 suppresses or prevents light (stray light) other than the light split by the beam splitter 19 from entering the photoelectric conversion element of the second light receiving unit 23. The second light receiving unit 23 receives the other light branched by the beam splitter 19 through the opening of the opening member 22, and the output of the second light receiving unit 23 is input to the A / D 24. Since the stray light is blocked or suppressed by the opening member 22, the S / N ratio (signal-to-noise ratio) at the output of the second light receiving unit 23 can be improved.
[0049]
The A / Ds 24 and 25 are circuits for converting an analog signal into a digital signal, and the output is output to the data processing unit 26, respectively.
[0050]
The storage unit 27 includes a control program for the optical measurement device 1, a use wavelength table for registering the correspondence between measurement items and use wavelengths, and a density table prepared for each measurement item for registering the correspondence between transmittance and density. , A memory for storing a ratio R between one light amount and the other light amount branched in the beam splitter 19, data necessary for the control program, data generated during execution of the control program, and the like. The storage unit 27 is, for example, a RAM or a ROM.
[0051]
The input unit 28 is an input device for inputting commands and data to the optical measurement device 1, and the input contents are output to the data processing unit 26. The input unit 28 is, for example, a keyboard, a mouse, or the like. The output unit 29 is an output device that displays or prints the input content input from the input unit 28, the processing result of the data processing unit 26, and the like. For example, a display device such as a CRT display, an LCD, an organic EL display, a printer, or the like. Printer.
[0052]
The data processing unit 26 includes, for example, a microprocessor, and controls the drive control circuit 17, the storage unit 27, the input unit 28, and the output unit 29 by a control program, and outputs the A / D 24 and the A / D 25. By referring to the data in each table and the like in the storage unit 27 based on the output of the above, the measurement value of the measurement target 201 in the measurement item is calculated.
[0053]
Next, the operation of the optical measurement device 1 according to the first embodiment will be described.
[0054]
The user drops a reagent corresponding to a measurement item into a cell containing a sample such as blood. The user arranges the cell as a measurement object 201 at a predetermined position of the optical measurement device 1 after coloring. Then, the user inputs the measurement items to the input unit 28.
[0055]
When a measurement item is input to the input unit 28, the data processing unit 26 stores the input measurement item in the storage unit 27. Next, the data processing unit 26 refers to the used wavelength table and searches for a wavelength used for the input measurement item. Next, the data processing unit 26 outputs a control signal to the drive control circuit 17 so as to emit light of the searched wavelength.
[0056]
The drive control circuit 17 supplies power to the light source 11 according to the control signal. The light source 11 to which power has been supplied emits light having a wavelength corresponding to the searched wavelength, and the emitted light passes through the entrance slit 12. The light that has passed through the entrance slit 12 is converted into parallel light by the lens 13, passes through the opening 15-2 of the beam stop 15-1, and enters the diffraction surface of the diffraction grating 14. The incident light is diffracted and reflected by the diffraction grating 14 and condensed by passing through the lens 13 again. The collected light passes through the emission slit 16 and is emitted from the multi-wavelength light source unit 10 as light having a wavelength corresponding to the searched wavelength. Light emitted from the multi-wavelength light source unit 10 enters a beam splitter 19 via a relay lens 18.
[0057]
The light that has entered the beam splitter 19 is split into two, and the measurement light is incident on the cell of the measurement object 201 after the depth of focus is adjusted by the stop 20. A part of the measurement light incident on the cell is absorbed by the specimen colored by the reagent in the cell, and the remaining part is transmitted and incident on the first light receiving unit 21. The first light receiving unit 21 outputs a voltage corresponding to the received light intensity to the A / D 25, and the A / D 25 converts this output into a digital signal and outputs the digital signal to the data processing unit 26.
[0058]
Then, the reference light split by the beam splitter 19 is directly incident on the second light receiving unit 23 through the opening of the opening member 22 without acting on the object. The second light receiving unit 23 outputs a voltage corresponding to the intensity of the received light to the A / D 24. The A / D 24 converts this output into a digital signal and outputs the digital signal to the data processing unit 26.
[0059]
The data processing unit 26 uses the ratio R stored in the storage unit 27 so that the output of the A / D 25 and the output of the A / D 24 when the measurement object 201 is not arranged have the same value. Weights the output of the A / D 24. Next, the data processing unit 26 calculates the transmittance T of the cell of the measurement object 201 from the output of the A / D 25 and the weighted output of the A / D 24. Next, the data processing unit 26 refers to the density table corresponding to the measurement item stored in the storage unit 27 and searches the density table corresponding to the input measurement result (transmittance T) from the density table. Next, the data processing unit 26 outputs the searched density to the output unit 29 as a measurement result. The output unit 29 displays or prints the measurement result.
[0060]
Since the optical measurement device 1 uses the multi-wavelength light source unit 10 that emits two lights from the same light source, one can be used as measurement light for irradiating the measurement object 201 and the other can be used as reference light. For this reason, since the light intensity of the measurement light transmitted through the measurement object 201 and the light intensity of the reference light itself can be measured, the characteristics of the measurement object 201 can be obtained by comparing the two light intensities. Can be. Further, since the entrance slit 11 and the exit slit 16 of the multi-wavelength light source unit 10 are arranged as described above, it is possible to reduce the size, weight, or cost of the multi-wavelength light source unit 10 with a configuration different from the conventional one. it can. For this reason, the optical measurement device 1 can be reduced in size, weight, or cost.
[0061]
Here, the aperture 20 is restricted in order that the depth of focus of the measurement light satisfies the specification. That is, the luminous flux of the measurement light is narrowed by the stop 20, that is, the aperture angle of the luminous flux is narrowed, and a preferable depth of focus is obtained. The reference light is not particularly limited as long as it is received by the second light receiving unit 23. Therefore, the stop 20 is adjusted so that the depth of focus of the measurement light satisfies the specification, and the light amount of the reference light is adjusted by the size of the aperture at the opening 15-2 of the light beam stop 15-1. As described above, in this modification, the stop 20 and the opening 15-2 of the light beam stop 15-1 cooperate with each other so that the depth of focus of the measurement light and the light amount of the reference light can be compatible so as to satisfy the specifications. .
[0062]
Next, a modification of the first embodiment will be described.
(Modification of First Embodiment)
The optical measuring device 1 according to the first embodiment uses a half mirror as the beam splitter 19, but the optical measuring device according to the modification of the first embodiment uses an aperture mirror having an opening as the beam splitter 19. .
[0063]
FIG. 4 is a plan view illustrating a configuration of an optical measurement device according to a modification of the first embodiment. FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the aperture mirror. In FIG. 4, an optical measurement device 1 ′ according to a modification of the first embodiment includes a multi-wavelength light source unit 10 ′ capable of emitting a plurality of lights having different wavelengths from each other, a first light receiving unit 21, an aperture member 22, and a second It comprises a light receiving section 23, A / Ds 24 and 25, a data processing section 26, a storage section 27, an input section 28 and an output section 29. The multi-wavelength light source unit 10 ′ includes a plurality of light sources 11 (11-1 to 11-4), a plurality of entrance slits 12 (12-1 to 12-4) provided corresponding to the light sources 11, a lens 13, It comprises a grating 14, a beam stop 15-1, an exit slit 16, a drive control circuit 17, a relay lens 18, and an aperture mirror 31. When the measurement is performed, the measurement target 201 is arranged within the range of the focal point or the depth of focus of the relay lens 18 between the diaphragm 20 and the first light receiving unit 21.
[0064]
The optical measurement device 1 ′ according to the modification of the first embodiment has a configuration of the optical measurement device 1 according to the first embodiment, except that the aperture mirror 31 is used for the beam splitter 19 and the stop 20 is not provided. Since the operation is the same as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted, and the aperture mirror 31 will be described.
[0065]
As shown in FIG. 5, the aperture mirror 31 has an opening 31-2 having a through hole substantially at the center of the flat substrate, and one surface of the substrate other than the opening 31-2 is incident. Is an optical component that is a mirror surface 31-1 that reflects all the light to be emitted. Therefore, as shown by a broken line in FIG. 5 as a light flux range a, when a light flux having a diameter larger than the aperture of the opening 31-2 is incident, the aperture mirror 31 is incident on the opening 31-2 of the light flux range a. Light is transmitted as it is, and light incident on a portion of the light beam range a except the opening 31-2 is reflected by the mirror surface 31-1. The light transmitted through the opening 31-2 is incident on the first light receiving unit 21 via the measurement object 201 as measurement light. On the other hand, the light reflected by the mirror surface 31-1 enters the second light receiving unit 23 via the opening of the opening member 22 as reference light. That is, the opening 31-2 also has a light beam stop function similar to the stop 20 in the first embodiment. Therefore, by adjusting the size of the opening 31-2, it is possible to increase the depth of focus of the measurement light, and it is assumed that the measurement object 201 and the multi-wavelength light source device 1 'are slightly shifted from each other in the optical axis direction. Even if a shift occurs, its influence can be reduced. As a result, measurement errors can be suppressed.
[0066]
The shape of the opening 31-2 is such that the light transmitted through the opening 31-2 causes the contour of the image of the opening 31-2 formed on the light receiving surface of the first light receiving unit 21 to irradiate the measurement target 201. The mirror surface 31-1 is an ellipse (including a circle) determined according to the angle of the optical axis of the relay lens 18 so that the mirror surface 31-1 faces the relay lens 18 so as to have a substantially circular shape in accordance with the shape of the relay lens 18. In the present modification, the shape of the opening 31-2 is such that when the mirror surface 31-1 is arranged at an inclination of 45 degrees with respect to the optical axis of the relay lens 18 toward the relay lens 18, 2 is formed in the light receiving surface of the first light receiving portion 21 by the light transmitted through the second light receiving portion 21, the outline of the image of the opening 31-2 is substantially circular, and the light reflected by the mirror surface 31-1 is the second light receiving portion 23. The outline of the image of the light beam range a formed on the light receiving surface is also substantially circular.
[0067]
The size of the opening 31-2 is limited in order to make the depth of focus of the measurement light satisfy the specification. That is, the light beam of the measurement light is narrowed by the opening 31-2, that is, the opening angle of the light beam is narrowed, and a preferable depth of focus is obtained. The reference light is not particularly limited as long as it is received by the second light receiving unit 23. For this reason, the size of the opening 31-2 is adjusted so that the depth of focus of the measurement light satisfies the specification, and the light amount of the reference light is determined by the light beam range a, that is, the opening 15-2 of the light beam stop 15-1. It is adjusted by the size of the caliber in. As described above, in the present modification, the opening 31-2 of the aperture mirror 31 and the opening 15-2 of the light beam stop 15-1 cooperate with each other so that the depth of focus of the measuring light and the light amount of the reference light satisfy the specifications. Can be compatible.
[0068]
The optical measuring device 1 ′ according to this modification can adjust the size of the opening 31-2 of the opening mirror 31 in this manner, and thus can obtain the same amount of light. The depth of focus of the measurement light can be made deeper than when a half mirror is used as the beam splitter 19.
[0069]
Next, another embodiment will be described.
(Second embodiment)
The optical measuring devices 1 and 1 ′ according to the first embodiment are arranged downstream of the relay lens 18, for example, on the output side of the relay lens 18 in order to separate the light emitted from the emission slit 16 into measurement light and reference light. Although the beam splitter 19 is arranged in the vicinity, the optical measuring device according to the second embodiment arranges the beam splitter in front of the relay lens 18, for example, in the vicinity of the exit side of the exit slit 16.
[0070]
FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration of the optical measurement device and the branching direction of the reference light according to the second embodiment. FIG. 6A is a diagram illustrating a configuration of the optical measurement device according to the second embodiment, and FIG. 6B is a diagram illustrating a branch direction of the reference light.
[0071]
In FIG. 6, an optical measurement device 1 ″ according to the second embodiment includes a multi-wavelength light source unit 10 ″ that can emit a plurality of lights having different wavelengths, a first light receiving unit 21, a second light receiving unit 42, and an A / D 24. , 25, a data processing unit 26, a storage unit 27, an input unit 28, and an output unit 29. The multi-wavelength light source unit 10 ″ includes a plurality of light sources 11 (11-1 to 11-4), a plurality of entrance slits 12 (12-1 to 12-4) provided corresponding to the light sources 11, a lens 13, It comprises a grating 14, a beam stop 15-1, an exit slit 16, a drive control circuit 17, a beam splitter 41, and a relay lens 43 with a stop. It is arranged within the range of the focal point or the depth of focus of the relay lens 43 with attached.
[0072]
The optical measuring device 1 ″ according to the second embodiment includes a beam splitter 41, a second light receiving unit 42, and a beam, instead of the relay lens 18, the beam splitter 19, the aperture member 22, and the second light receiving unit 23 according to the first embodiment. Except for using the apertured relay lens 43, the configuration and operation of the optical measuring device 1 according to the first embodiment are the same, so that the description thereof is omitted, and the beam splitter 41, the second light receiving section 42, and the apertured relay are used. The lens 43 will be described.
[0073]
The beam splitter 41 is an optical element that splits incident light into two, and the light from the exit slit 16 is split into two by the beam splitter 41, and one of the split lights is used as a measurement light as a relay lens with a diaphragm. The light is incident on the first light receiving unit 21 via 43 and the measurement object 201, and the other light is incident on the second light receiving unit 42 as reference light. Note that the other light may be configured to be incident on the second light receiving unit 42 via the opening member from the viewpoint of suppressing or preventing stray light from being incident on the second light receiving unit 42.
[0074]
The beam splitter 41 is arranged in the vicinity of the exit side of the exit slit 16, and is arranged so that the reference light branches at a 45-degree direction in a plane perpendicular to the optical axis with respect to the groove direction of the diffraction grating 14. . In other words, the projection of the normal of the reflection surface of the beam splitter 41 onto a surface perpendicular to the optical axis is at 45 degrees to the groove of the diffraction grating 14. That is, when the groove direction of the diffraction grating 14 is XX ′ as shown in FIG. 6B when the diffraction grating 14 is viewed from the emission side of the emission slit 16, the reference light is shifted from Y to Y ′. The beam splitter 41 is arranged so as to branch in any of the directions, the direction from Y ′ to Y, the direction from Z to Z ′, and the direction from Z ′ to Z. The light diffracted and reflected by the diffraction grating 14 is partially polarized light, and the ratio of the P component and the S component of the polarized light differs depending on the wavelength. For example, when light having a wavelength of 400 nm is incident on the diffraction grating 14, the diffracted light has a P component: S component = approximately 6: 4. When light having a wavelength of 700 nm is incident on the diffraction grating 14, the diffracted light has a P component: S component = approximately 4: 6. Therefore, when the beam splitter 41 is arranged so that the reference light is branched in a predetermined direction as described above, the measurement light and the measurement light are not affected by the ratio of the P component and the S component of the polarized light at each wavelength. The light amount ratio with respect to the reference light can be made substantially constant. This can be similarly applied to the above-described first embodiment.
[0075]
It is advantageous to make the transmittance and reflectivity of the beam splitter 41 equal at all the used wavelengths, because the dynamic range of the detector can be used effectively. If the incident light has polarized light, it is difficult to design the beam splitter so that the transmittance and the reflectance are equal at all the used wavelengths. By arranging the beam splitter 41 so as to split the reference light in a predetermined direction as in the present embodiment, it is easy to equalize the transmittance and the reflectance at all the used wavelengths regardless of the polarization state of the incident light. become.
[0076]
The beam splitter 41 is, for example, a half mirror or the like from the viewpoint of making the spectral characteristics of the measurement light and the reference light substantially coincide with each other since color unevenness occurs in the image near the exit side of the exit slit 16. In the first embodiment, near the exit side of the relay lens 18, particularly near the pupil, there is little color unevenness. Therefore, as shown in the modification, the aperture mirror 31 can be used.
[0077]
The relay lens 43 with a diaphragm is an optical element having a diaphragm provided in the optical path of the constituent lens (or near the front and rear of the lens). The depth of focus of the measurement light can be adjusted by this stop so as to satisfy the specification, and the light amount of the reference light is adjusted by the size of the aperture at the opening 15-2 of the light beam stop 15-1. In the configuration of the second embodiment, since the F-number of the apertured relay lens 43 may be large, the outer diameter thereof can be reduced. That is, the diaphragm of the relay lens 43 with the diaphragm has a function common to the diaphragm 20 in the first embodiment and the opening 31-2 in a modified form thereof. Therefore, by adjusting the aperture of the relay lens 43 with the aperture, the depth of focus of the measurement light can be made deeper. Therefore, if the measurement object 201 and the multi-wavelength light source device 1 ″ are slightly positioned relative to each other in the optical axis direction. Even if a deviation occurs, the effect can be reduced, and as a result, a measurement error can be suppressed.
[0078]
In the optical measuring device 1 ″ according to the second embodiment, the beam splitter 41 is disposed near the exit side of the exit slit 16, so that the beam splitter 41 is located near the exit side of the relay lens 18 according to the first embodiment. Thus, the size of the apparatus can be further reduced.
[0079]
In the first and second embodiments, an optical system including the lens 13 and the diffraction grating 14 is used to align the slits of each of the entrance slits 12, the lens 13, the diffraction grating 14, and the exit slit 16. The optical measuring devices 1, 1 ′, 1 ″ (multi-wavelength light source devices 10, 10 ′, 10 ″) may be further provided with an adjusting mechanism for adjusting the dispersion wavelength position and the focal position.
[0080]
First, a case in which an adjustment mechanism is provided for the lens 13 and the diffraction grating 14 in the optical measurement devices 1, 1 ', 1 "(multi-wavelength light source devices 10, 10', 10") will be described.
[0081]
FIG. 7 is a diagram for explaining the configuration of the first adjustment mechanism in the optical measurement device. FIG. 7 shows a light source 11, an entrance slit 12, a lens 13 provided with an adjusting mechanism, and a diffraction provided with an adjusting mechanism in the optical measuring apparatuses 1, 1 ', 1 "(multi-wavelength light source sections 10, 10', 10"). FIG. 3 is a diagram illustrating portions of a grating 14 and an exit slit 16.
[0082]
In FIG. 7, a lens 13 having an adjustment mechanism includes a lens body 13-1, a frame 13-2 holding the lens body, and a moving shaft 13-3 fixed to the frame 13-2. Is provided with a diffraction grating body 14-1 and a rotation axis 14-2 provided on the diffraction grating body 14-1. The rotation axis 14-2 is provided on the optical axis of the lens 13.
[0083]
The lens 13 moves along the optical axis of the lens body 13-1 by moving the movement axis 13-3 in the direction of the straight line AA 'shown in FIG. As a result, the spread of the dispersion of the diffracted light is adjusted. The optical axis of the entrance slit 12 is normal to the opening surface of the slit, and the optical axis of the exit slit 16 is normal to the opening surface of the slit.
[0084]
The normal direction of the diffraction grating 14 is changed in the plane orthogonal to the groove direction of the diffraction grating by rotating the rotation axis 14-2 in the direction of the arc BB ′ shown in FIG. The diffraction plane will rotate. As a result, the incident direction of the incident light and the emission direction (diffraction direction) of the emitted light are adjusted.
[0085]
By moving the lens 13 and the diffraction grating 14 as described above, the position of each slit in each entrance slit 12 and the position of the slit in the exit slit 16 can be adjusted to each incident angle α corresponding to each entrance slit 12. mh, λ i And the diffraction angle β corresponding to the exit slit 16 0 Respectively.
[0086]
In the above description, the alignment of the slits of the respective entrance slits 12 and the slits of the lens 13, the diffraction grating 14 and the exit slit 16 were performed by providing the lens 13 and the diffraction grating 14 with an adjusting mechanism. As shown in FIG. 8, the alignment may be performed by the integrated lens 13 and the integrated entrance slit member 51. Further, the exit slit 16 may be integrated with the entrance slit member 51 for easy adjustment.
[0087]
FIG. 8 is a diagram for explaining the configuration of the second adjustment mechanism in the optical measurement device. FIG. 8 shows a light source 11, an incident slit member 51, a lens 13 provided with an adjustment mechanism, a diffraction grating 14, and an emission light in the optical measurement devices 1, 1 ', 1 "(multi-wavelength light source units 10, 10', 10"). FIG. 2 is a diagram illustrating a portion of a slit 16.
[0088]
In FIG. 8, the entrance slit members 51 are used in place of the entrance slits 12 in the first and second embodiments. Therefore, the number of the entrance slit members 51 is the same as the number of the entrance slits 12, that is, four. The position of the slit is a position corresponding to the arrangement direction of each entrance slit 12. As described above, the lens 13 including the adjustment mechanism includes a lens body 13-1, a frame 13-2 holding the lens body, and a moving shaft 13-3 fixed to the frame 13-2.
[0089]
As described above, the lens 13 moves along the optical axis of the lens body 13-1 by moving the movement axis 13-3 in the direction of the straight line AA 'shown in FIG. As a result, for each wavelength, the focal plane or the focal depth of the lens 13 moves along each optical axis of each slit in the entrance slit member 51 and moves along the optical axis direction of the exit slit 16. The optical axis of each slit is normal to the opening of the slit, and the optical axis of the exit slit 16 is normal to the opening of the slit.
[0090]
The entrance slit member 51 moves along the arc of the entrance slit member 81 by being moved in the direction of the arc CC ′ shown in FIG. As a result, the position of each slit of the incident slit member 51 moves on the wavelength dispersion position, and the incident direction of the incident light is adjusted. When the exit slit 16 is also integrated, the exit direction (diffraction direction) of the exit light is also adjusted.
[0091]
The position of each slit in the entrance slit member 51 can be adjusted by moving the lens 13 and the diffraction grating 14 as described above, so that the corresponding incident angle α mh, λ i Respectively. When the exit slit 16 is also integrated, the position of the slit in the exit slit 16 is also the diffraction angle β corresponding to the exit slit 16. 0 Can be adjusted to
[0092]
If the entrance slit is made up of individual parts, assembly man-hours and assembling errors will occur individually and need to be adjusted individually, but when integrated, assembly man-hours and assembling errors can be reduced. It is also possible to adjust at once.
[0093]
The adjustment of the lens 13, the diffraction grating 14, and the entrance slit member 51 described above may be performed manually by a manufacturer at a manufacturing stage or a shipping stage, for example, or may be performed by further providing an actuator. It may be.
[0094]
In the first and second embodiments, the storage unit 27 stores the ratio R, and the data processing unit weights the output of the A / D 24 using the ratio R, so that the measurement target 201 is Although the output of the A / D 25 and the output of the A / D 24 in the case where they are not arranged are calculated so as to have the same value, the output between the second light receiving unit 23 and the A / D 24 or between the A / D 24 An amplifying unit that can adjust the gain may be provided between the data processing unit 26. Then, before starting the measurement with the optical measuring devices 1, 1 ', 1 ", the user manually operates or the data processing unit 26 automatically operates the A / D 25 when the measurement object 201 is not arranged. The gain of this amplifier is adjusted so that the output and the output of the A / D 24 have the same value.By providing such an amplifier, the output of each A / D becomes the same before the start of measurement. Since the adjustment is performed, even when the ratio R changes due to aging, or when the output characteristics of the first and second light receiving units 21 and 23 change due to the surrounding environment, etc., the optical measurement apparatus 1, 1 ', 1 "is changed. Can be measured accurately.
[0095]
Further, in the optical measuring devices 1, 1 ′, and 1 ″ of the first and second embodiments, a case has been described in which the transmitted light transmitted through the measurement object 201 is measured by receiving the first light receiving unit 21. Alternatively, the first light receiving unit 21 may be arranged so as to receive the light reflected by the measurement object 201, and the measurement may be performed based on the light intensity (light amount) of the reflected light.
[0096]
The main inventions disclosed in the present specification are summarized below.
[0097]
(Supplementary Note 1) A plurality of light source units each emitting light including light of a desired wavelength, and light emitted from the plurality of light source units is diffracted and focused in a specific direction corresponding to the desired wavelength. An optical system, and an emission slit for selectively transmitting light from the optical system, wherein the plurality of light source units are arranged such that the direction in which light of the desired wavelength in each light source unit is diffracted by the optical system is the emission direction. A multi-wavelength light source device used for an optical measurement device, which is disposed so as to be in the direction of the slit, further comprising a branch portion that branches an optical path of light emitted from the emission slit, the branch portion The multi-wavelength light source device is characterized in that the aperture angle of both branched light beams is more limited with respect to the other light beam.
[0098]
(Supplementary Note 2) The multi-unit according to Supplementary Note 1, wherein the branching unit is a half mirror, and further includes a stop that restricts an opening angle of at least one of the light beams branched by the half mirror. Wavelength light source device.
[0099]
(Supplementary Note 3) The multi-wavelength light source device according to Supplementary Note 1, wherein the branch portion is a mirror having an opening that is a through-hole.
[0100]
(Supplementary Note 4) The projection on a plane perpendicular to the optical axis of the normal of the reflection surface of the branching portion is in a direction of 45 degrees with respect to the groove of the diffraction grating included in the optical system. Or the multi-wavelength light source device according to supplementary note 3.
[0101]
(Supplementary Note 5) A plurality of light source units each emitting light including light of a desired wavelength, and light emitted from the plurality of light source units is diffracted and collected in a specific direction corresponding to the desired wavelength. An optical system, and an emission slit for selectively transmitting light from the optical system, wherein the plurality of light source units are arranged such that the direction in which light of the desired wavelength in each light source unit is diffracted by the optical system is the emission direction. The emission slits are arranged so as to be in the direction of the slit, and the emission slit is a multi-wavelength light source device arranged within an angle at which the plurality of light source units are distributed, and light emitted from the emission slit is incident thereon. A multi-wavelength, further comprising: a lens that conjugates the arrangement position of the measurement object to be measured and the position of the emission slit; and a branch portion that branches light emitted from the lens into two. Light source device.
[0102]
In the multi-wavelength light source device having such a configuration, since the exit slits are arranged within an angle at which the plurality of light source units are distributed, the plurality of light source units and the exit slits can be arranged collectively, and the size can be reduced. Can be. As a result, weight reduction or cost reduction can be achieved. And since the lens which makes the arrangement | positioning position of a measuring object and the position of an output slit conjugate is provided, the image of an output slit can be formed in a measuring object. Furthermore, since the light is provided with the branching portion that branches the light emitted from the lens into two, two lights from the same light source can be emitted.
[0103]
(Supplementary Note 6) The multipart according to Supplementary Note 5, wherein the branching unit branches the light emitted from the emission slit into two instead of splitting the light emitted from the lens into two. Wavelength light source device. In the multi-wavelength light source device having such a configuration, since the light emitted from the emission slit is branched, the light can be branched before the light beam spreads, so that the size of the branch portion can be reduced.
[0104]
(Supplementary Note 7) The multi-wavelength light source device according to Supplementary Note 5 or 6, wherein the branch portion is a half mirror. In the multi-wavelength light source device having such a configuration, since the half mirror is used for the branch part, the branch part can be configured at low cost.
[0105]
(Supplementary Note 8) The multi-wavelength light source device according to Supplementary Note 5, wherein the branch portion is a mirror having an opening that is a penetrated hole. In the multi-wavelength light source device having such a configuration, since the mirror having the opening is used, by adjusting the size of the opening, the luminous flux guided to the object to be measured can be reduced, and over a certain range. Thus, the size of the image of the exit slit can be made substantially constant. For this reason, the arrangement position of the measurement object can be expanded to a certain range.
[0106]
(Supplementary Note 9) The multi-wavelength light source device according to supplementary note 8, wherein the opening of the mirror has an elliptical shape.
[0107]
(Supplementary Note 10) An opening member having an opening that is a penetrating hole is further disposed at a position in the optical path of one of the lights branched by the branching portion and conjugated to the position of the exit slit by the lens. The multi-wavelength light source device according to any one of supplementary notes 1 to 9, characterized in that:
[0108]
(Supplementary Note 11) The multi-wavelength light source device according to any one of Supplementary Notes 5 to 10, further comprising a stop configured to adjust a light amount of light incident on the object to be measured.
[0109]
(Supplementary Note 12) The multi-wavelength light source device according to any one of Supplementary Notes 1 to 11, further comprising an adjustment mechanism that adjusts a dispersion wavelength position and a focal position of the optical system.
[0110]
(Supplementary Note 13) The adjustment mechanism is movable along an axis provided on the diffraction grating so as to be able to change a direction of a normal line in a plane orthogonal to a direction of a groove of the diffraction grating, and an optical axis. 13. The multi-wavelength light source device according to claim 12, wherein the multi-wavelength light source device is a moving axis provided on the lens.
[0111]
(Supplementary Note 14) Each of the plurality of light source units includes a light emitting unit that emits light, and an entrance slit that selectively transmits light from the light emitting unit, and the adjustment mechanism moves along an optical axis. 13. A moving shaft provided on the lens as possible, and an incident slit member integrating the incident slit so as to be movable on a dispersion wavelength position of the optical system. Multi-wavelength light source device.
[0112]
(Supplementary note 15) The multi-wavelength light source device according to Supplementary note 14, wherein the exit slit is integrated with the entrance slit member.
[0113]
(Supplementary Note 16) A multi-wavelength light source unit that can emit light of different wavelengths, splits the light into two light beams, and emits the light, and a measurement target object to measure one of the emitted light. A first light-receiving unit for detecting, a second light-receiving unit for detecting the other emitted light, and transmitting or reflecting the object to be measured based on an output of the first light-receiving unit and an output of the second light-receiving unit. The multi-wavelength light source unit, wherein the multi-wavelength light source unit comprises: a data processing unit that calculates a light amount or light intensity calculated, and calculates a density of a predetermined measurement item in the measurement target based on the calculated light amount or light intensity. An optical measurement device, which is the multi-wavelength light source device according to any one of supplementary notes 1 to 15.
[0114]
(Supplementary Note 17) A multi-wavelength light source unit that can emit light having different wavelengths from each other, splits the light into two, and measures an object to be measured for the light intensity of one of the emitted lights. A first light receiving unit for detecting the light intensity of the other light emitted from the first light receiving unit, an output of the first light receiving unit, and an output of the second light receiving unit. A multi-wavelength light source unit, wherein the multi-wavelength light source unit includes a data processing unit that calculates a transmittance of the object and calculates a density of a predetermined measurement item in the measurement target based on the calculated transmittance. An optical measurement device, which is the multi-wavelength light source device according to any one of supplementary notes 15. The multi-wavelength light source devices according to Supplementary Notes 1 to 15 emit two lights from the same light source and can be used for an optical measurement device. Since such a multi-wavelength light source device is used, the size, weight, and cost of the optical measurement device can be reduced.
[0115]
【The invention's effect】
As described above, in the multi-wavelength light source device and the optical measurement device according to the present invention, the opening angle of both light beams branched by the branching unit is such that the opening angle of one light beam is more restricted than the other. . Therefore, by using the light beam having the smaller aperture angle for the measurement, even if a slight displacement occurs in the relative position in the optical axis direction between the measurement object and the multi-wavelength light source device, the influence is small, and the measurement is performed. Error is unlikely to occur.
[0116]
In particular, when the measurement object is a minute object, an object that can only be obtained in a small amount, or when it is desired to measure the state of only a specific position of the measurement object with high accuracy, light is given to a place that is not the measurement object This can reduce the possibility of occurrence of a measurement error. The other light beam can obtain a sufficient light amount by increasing the aperture angle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view illustrating a configuration of an optical measurement device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a side view illustrating a configuration of the optical measurement device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of a diffraction grating.
FIG. 4 is a plan view illustrating a configuration of an optical measurement device according to a modification of the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an aperture mirror.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an optical measurement device and a branching direction of a reference light according to a second embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a first adjustment mechanism in the optical measurement device.
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a second adjustment mechanism in the optical measurement device.
[Explanation of symbols]
1, 1 ', 1 "optical measuring device
10, 10 ', 10 "multi-wavelength light source
11 Light source
12 entrance slit
13 lenses
14 Diffraction grating
15 Beam stop
16 Exit slit
17 Drive control circuit
18 relay lens
19, 41 Beam splitter
20 aperture
21 First light receiving unit
22 Opening member
23, 42 second light receiving unit
24, 25 analog / digital converter
26 Data processing unit
27 Memory
31 Aperture mirror
43 Relay Lens with Aperture

Claims (5)

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出射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ている、光学測定装置に用いられる多波長光源装置であって、
前記出射スリットから出射された光の光路を分岐する分岐部をさらに備え、該分岐部によって分岐された両光束についての開口角は、一方の光束についての開口角が他方に対してより制限されること
を特徴とする多波長光源装置。A plurality of light source units each emitting light including light of a desired wavelength, and an optical system for diffusing light emitted from the plurality of light source units in a specific direction corresponding to the desired wavelength and condensing the light, An emission slit for selectively transmitting light from the optical system, and the plurality of light source units are arranged such that light of the desired wavelength in each light source unit is diffracted by the optical system in the direction of the emission slit. A multi-wavelength light source device used for an optical measuring device,
A splitter for splitting an optical path of the light emitted from the output slit; an opening angle of both light fluxes split by the splitter is more limited with respect to the other light flux; A multi-wavelength light source device characterized by the above-mentioned. 前記分岐部は、ハーフミラーであり、該ハーフミラーによって分岐された後の少なくとも一方の光束に対して開口角を制限する絞りを備えたこと
を特徴とする請求項１に記載の多波長光源装置。2. The multi-wavelength light source device according to claim 1, wherein the branching unit is a half mirror, and includes a stop that limits an opening angle of at least one of the light beams branched by the half mirror. 3. . 前記分岐部は、貫通した孔である開口部を有するミラーであること
を特徴とする請求項１に記載の多波長光源装置。The multi-wavelength light source device according to claim 1, wherein the branch portion is a mirror having an opening that is a through hole. 前記分岐部の反射面の法線の光軸に垂直な面への射影が前記光学系に含まれる回折格子の溝に対して４５度の方向にあること
を特徴とする請求項２又は請求項３に記載の多波長光源装置。The projection of the normal to the optical axis of the normal of the reflection surface of the branching portion to a plane perpendicular to the optical axis is in a direction of 45 degrees with respect to the groove of the diffraction grating included in the optical system. 4. The multi-wavelength light source device according to 3. 互いに異なる波長の光を出射可能であって、該光を２つの光束に分岐して射出する多波長光源部と、出射された一方の光を測定すべき測定対象物を介して検出する第１受光部と、出射された他方の光を検出する第２受光部と、前記第１受光部の出力と前記第２受光部の出力とに基づいて前記測定対象物を透過若しくは反射した光量あるいは光強度を演算し、演算した光量あるいは光強度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。A multi-wavelength light source unit that can emit light having different wavelengths from each other, splits the light into two light beams, and emits the light, and a first light source unit that detects one of the emitted light through a measurement target to be measured. A light receiving unit, a second light receiving unit that detects the other emitted light, and a light amount or light transmitted or reflected by the measurement object based on an output of the first light receiving unit and an output of the second light receiving unit. Calculating an intensity, a data processing unit for calculating the density of a predetermined measurement item in the measurement object based on the calculated light intensity or light intensity,
The optical measurement device according to claim 1, wherein the multi-wavelength light source unit is the multi-wavelength light source device according to claim 1.
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