JP2005164255A

JP2005164255A - 分光分析装置

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Publication number: JP2005164255A
Application number: JP2003399704A
Authority: JP
Inventors: Yoko Naka; 庸行中; Takaaki Yada; 隆章矢田; Toshiya Ito; 俊哉伊東; Kazunari Yokoyama; 一成横山
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: JP4486805B2

Abstract

【課題】光学素子、光ファイバの使用数削減により低コスト化、小型化を図りつつ、再現精度の高い測定が行えて信頼性を向上でき、また、インライン型の実施も容易となるようにする。
【解決手段】光源１、集光レンズ３、多チャンネル検出器５を有する分光分析部６を備えた装置本体７と、試料８を保持する測定部１１とが隔離して設けられ、光源１からの光を測定部１１に伝送し試料８に照射する第１光ファイバ１２及び試料８を透過した試料光Ｓを分光分析部に伝送し入射する第２光ファイバ１５が設けられ、かつ、装置本体７内には、試料光Ｓを第１，第２光ファイバ１２，１５を通して分光分析部６に伝送し入射する試料光測定状態と、光源１からの光を参照光として分光分析部６に直接に入射する参照光測定状態とに選択切替可能な測定光路切替手段２３が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種の試料に光を照射し、その試料を透過した光を分光してスペクトルを測定することにより、各種試料の吸光度や光透過率などを定性的あるいは定量的に分析する分光分析装置で、詳しくは、光の伝送に光ファイバを用いて構成される分光分析装置に関する。

この種の分光分析装置において、長時間に亘る連続測定時における測定環境の温度変化による光学系の変動等に起因する測定誤差を無くして再現性、信頼性の高い分析を行なうためには、試料光の測定のほかに、試料がない状態で光源から出射される光、つまり、参照光を定期的に測定することが必要である。

このような試料光及び参照光の両方を測定する分光分析装置として、従来、（１）光源からの光を二つに分ける、いわゆる、ダブルビーム方式のもので、一方の光を試料に照射してそれを透過した試料光を分光分析部へ入射させる試料光測定光路と、他方の光を参照光として直接分光分析部へ入射させる参照光測定光路との二つの測定用光路を構成してなるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、（２）光源部と、試料を保持する測定部と、分光分析部を含む装置本体とを分離して設け、光源部からの光を測定部に伝送して試料に照射し、その試料を透過した試料光を分光分析部に伝送し入射させる試料光測定用光ファイバと、前記光源部からの光を分岐し、これを参照光として分光分析部に直接に伝送し入射させる参照光測定用光ファイバとを用い、これら両測定用光ファイバを両者の基端部付近で分岐させて光源からの光を同時に分岐ファイバあるいは分光分析部に導入させるように構成した光ファイバ式装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、（３）試料をセット可能な測定室に測定光路を形成する光ファイバの端面を臨ませるとともに、回転軸を中心にして回転可能なアームの先端部に測定光を反射させるリファレンスミラーを取付け、測定室に試料をセットしたときは、光ファイバの端面から出射される光が試料に透過し反射されて再び光ファイバの端面に入射され光学系（分光分析部）に入力される試料光測定状態となり、また、測定室から試料を取り除き、かつ、アームを回転させてリファレンスミラーを光ファイバの端面に弾性密着させたときは、光ファイバの端面から出射される光がリファレンスミラーで反射されて再び光ファイバの端面に入射され光学系（分光分析部）に入力される参照光測定状態となるといったように、試料のセットの有無及びアームの回動により、試料光測定状態と参照光測定状態とに切替え可能に構成した光ファイバ式装置も知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００１−３１１６６２号公報米国特許第６２０４９１９号明細書特開２００１−２１５１９１号公報

しかし、上記した従来の分光分析装置のうち、（１）のダブルビーム方式の装置では、試料光測定光路及び参照光測定光路のそれぞれに、集光レンズ、シャッタ、凹面鏡などを配置する必要があって、それら光学素子数の多さから装置全体が大型化し、設備コストの上昇が避けられないだけでなく、両光路それぞれの光学素子や両光路からの光を選択的に分光分析部へ入射させるために設置されているクロスミラーを構成する二枚のミラーの曇り度合い、汚れ度合いの違いが試料光量と参照光量の比や吸光度などに悪影響を及ぼし、測定再現性、信頼性を低下させるという問題があった。

また、（２）の光ファイバ式装置では、参照光測定専用の光ファイバを要するとともに、その参照光測定専用の光ファイバと試料光測定用光ファイバとを分岐させることが必要で、そのために光ファイバ自体の構造が複雑になるのみならず、特殊な分光器を使用しなければならないために、上記（１）のダブルビーム方式以上に分析装置全体がコストアップするという問題があった。

さらに、（３）の光ファイバ式装置では、試料光測定状態と参照光測定状態との切替えが煩雑で手動切替えに頼らざるを得ない構成であるから、連続自動測定が困難となり、測定効率が非常に悪い上に、測定状態の切替機構部が測定部に設けられているので、例えば半導体工場などで各種洗浄液の濃度等の品質管理をインラインで実施しようとしても、測定部のみをライン上に設置する体制が採りにくく、したがって、インライン型の品質管理用装置としての用途には不適で、用途的に非常に制約があるという問題があった。

本発明は上記のような諸実情に鑑みてなされたもので、その目的は、光学素子及び光ファイバの使用数を減少して装置全体の低コスト化、小型化を図りつつ、再現精度の高い測定が行えて信頼性を向上でき、しかも、インライン型の実施も容易で用途の拡充を図ることができる分光分析装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る分光分析装置は、光源とこの光源から出射された光を集束する光集束手段と前記光源からの光を分光し、かつ、その分光された各波長の光を検出する検出器を有する分光分析部とを備えた装置本体と、試料を保持する測定部とが分離して設けられているとともに、前記光集束手段により集束された光を前記測定部に伝送して試料に照射する第１光ファイバ及び試料を透過した試料光を前記分光分析部に伝送し入射する第２光ファイバが設けられてなる分光分析装置において、前記装置本体内に、前記光集束手段による集束光を第１光ファイバに入射し、その試料光を第２光ファイバを通して前記分光分析部に伝送し入射する試料光測定状態と、前記集束光の第１光ファイバへの入射を遮断してその集束光または他の集束光からなる参照光を前記分光分析部に直接に入射する参照光測定状態とに選択切替可能な測定光路切替手段が設けられていることを特徴としている。

上記のような特徴構成を有する本発明に係る分光分析装置によれば、装置本体内に設けた測定光路切替手段を切替え動作するだけで光源からの光を分光分析部に直接に入射させる参照光測定状態が得られるので、参照光測定光路専用の多くの光学素子や光ファイバ、さらには光ファイバ分岐のための特殊な分光器などの使用を省いて、装置全体の低コスト化及び小型化を図ることができる。それでいて、長時間に亘る試料光の連続測定に際して、参照光を定期的あるいは不定期的に測定して試料濃度等の経時変化及び測定環境の温度変化による光学系の変動等に起因する測定誤差を少なくできることと、試料光測定光路及び参照光測定光路それぞれにおける光学素子の曇り度合い、汚れ度合い等の違いによる測定誤差要素も大幅に減少できることとが相俟って、再現精度の非常に高い測定が可能で装置の信頼性を著しく向上することができる。しかも、試料を保持する測定部と光源や分光分析部を備えた装置本体とが第１，第２光ファイバで接続されているのみで、両者（測定部と装置本体）を大きく隔離することができるため、測定部をフローセルタイプにして各種液体試料の測定、例えば半導体工場で用いられる各種洗浄液の配管部に測定部を配置してその洗浄液の濃度管理をインラインで実施するなどインライン型の濃度管理装置として使用することも容易で、装置の用途範囲を拡大することができるという効果を奏する。

本発明に係る分光分析装置おける測定光路切替手段としては、請求項２に記載のように、回転軸の周りに回動可能なアームに単一ミラーを付設してなり、前記アームの回動により前記単一ミラーを、集束光が第１光ファイバに入射される反射面角度と参照光が分光分析部に直接入射される反射面角度とに位置変更自在に構成されたものを用いることが望ましい。この場合は、回動アームを用いて単一ミラーの反射面角度を変更するといった極く簡単な構成手段で測定光路の切替えが行えるので、装置全体の低コスト化、小型化を一層促進することができる。

また、上記の単一ミラー方式の測定光路切替手段を採用するにあたって、請求項３に記載のように、その測定光路切替手段を構成する前記アームが、参照光測定状態において第２光ファイバから分光分析部への光路を遮断する姿勢に回動されるように構成することにより、参照光の測定時に試料光測定光路を形成する第２光ファイバから分光分析部へ迷光が入射されることを確実に遮断して、Ｓ／Ｎの高い参照光測定を行え、装置の信頼性を一層向上することができる。

さらに、本発明に係る分光分析装置おいて、請求項４に記載のように、測定光路切替手段による試料光測定状態と参照光測定状態との選択切替動作を、予め設定したプログラムに基づいて自動制御されるように構成することによって、長時間に亘って試料光を連続測定するとき、測定対象試料の種類や性状等に対応した適正な周期で参照光を、さらには必要に応じてダーク光も定期的かつ全自動的に測定することができ、測定再現性の更なる向上を図ることができる。また、このような測定状態の切替動作にプログラム制御を導入することにより、特に上述したインライン型の品質管理装置としての有効性を一層高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の第一実施例に係る分光分析装置Ｄの概略構成図であり、この分光分析装置Ｄは、光源１及びこの光源１から出射された光を集光する集束手段となる第１の集光レンズ３を内蔵する入射光学部２と前記光源１からの光を入射させる入射スリット４及びこのスリット４を経て入射される光を分光し、その分光された各波長の光を検出する多チャンネル検出器５を有する分光分析部６とを備えた装置本体７と、試料８を保持する測定部１１とが互いに分離して設けられており、装置本体７側には分光分析装置Ｄの動作制御及び前記多チャンネル検出器５による検出出力に基づいて吸光度や光透過率などを演算する演算制御部３０（コンピュータ）が付設されている。

前記装置本体７側の入射光学部２と前記測定部１１との間には、光源１から出射され第１の集光レンズ３で集光された光を入射させて測定部１１に伝送し試料８に照射するための第１光ファイバ１２が、その両端をファイバホルダ１３，１４に取付けて架設されているとともに、試料８を透過した試料光Ｓを入射光学部２に伝送し入射スリット４を経て分光分析部６に入射するための第２光ファイバ１５が、その両端をファイバホルダ１６，１７に取付けて架設されている。

前記第１光ファイバ１２の入射光学部２側の端部を取付けるファイバホルダ１３には第２の集光レンズ１８が保持されているとともに、測定部１１側の端部を取付けるファイバホルダ１４には第１光ファイバ１２を通して伝送されてきた光を平行光束として試料８に照射させる入射レンズ９が保持され、また、前記第２光ファイバ１５の測定部１１側の端部を取付けるファイバホルダ１６には試料８を透過した平行光束の試料光Ｓを収束してファイバ１５端部に入射させる出射レンズ１０が保持されているとともに、入射光学部２側の端部を取付けるファイバホルダ１７には第２光ファイバ１５を通して伝送されてきた試料光Ｓを入射スリット４上に結像させる集光レンズ１９が保持されている。

前記光源１は、例えばハロゲンランプなどよりなる連続スペクトル光源で、その光放射方向に第１の集光レンズ３が配置されている。

前記分光分析部６は、例えばツェルニ・ターナー型で、前記した入射スリット４、多チャンネル検出器５のほかに、凹面ミラーからなるコリメートミラー２０と、回折格子２１と、凹面ミラーからなるカメラミラー２２を備えている。

そして、装置本体７における入射光学部２内には、試料光Ｓを第２光ファイバ１５を通して分光分析部６に伝送し入射する試料光測定状態と、光源１からの光を参照光Ｒとして分光分析部６に直接に入射する参照光測定状態と、試料光Ｓ及び参照光Ｒのいずれも分光分析部６に入射させないダーク光測定状態との三状態に選択切替可能な測定光路切替手段２３が設けられている。

この測定光路切替手段２３は、図４に明示するように、ＤＣモータ等の駆動源（図示省略する）を介して回転軸２４の軸心周りを矢印方向に駆動回動可能なアーム２５の先端部に単一の反射ミラー２６を付設して構成されたもので、前記アーム２５の回動により反射ミラー２６の反射面２６ａを、図４のＡ，Ｂ，Ｃに示す角度に位置変更することにより、前述した試料光測定状態と参照光測定状態とダーク光測定状態との三状態に選択切替可能に構成されている。なお、この測定光路切替手段２３は、アーム２５の回動により反射ミラー２６が参照光測定状態の反射面角度に切替えられたとき、そのアーム２５が第２光ファイバ１５から分光分析部６への光路を遮断する姿勢に回動するように構成されている。また、上記三状態の光路選択切替動作は、演算制御部３０に予め設定入力されたプログラムに基づいて自動制御されるように構成されている。

次に、上記のように構成された第一実施例の分光分析装置Ｄによる各光の測定動作について説明する。
試料光Ｓの測定動作時には、測定光路切替手段２３におけるアーム２５の回動により、反射ミラー２６が図１および図４のＡに示す反射面角度に固定される。この状態で、光源１から出射された光は第１の集光レンズ３を通り、反射ミラー２６の反射面２６ａで反射され、かつ、第２の集光レンズ１８により集光されて第１光ファイバ１２に入射される。その入射された光は第１光ファイバ１２を通して測定部１１に伝送され、入射レンズ９を経て平行光束として試料８に照射される。試料８を透過した光、つまり、試料光Ｓは出射レンズ１０を経て第２光ファイバ１５に入射されて、その第２光ファイバ１５を通して装置本体７の入射光学部２にまで伝送されたのち、集光レンズ１９によって集光されて分光分析部６の入射スリット４上に結像される。

そして、入射スリット４上で結像された試料光Ｓは、コリメートミラー２０で平行光束となって、回折格子２１に所定の角度で入射して波長ごとに分けられたのち、カメラミラー２２に向かい、このカメラミラー２２で反射集光された各波長の光は多チャンネル検出器５で検出され、これによって、試料光Ｓに基づく試料スペクトルＩ（λ）が得られる。

参照光Ｒの測定動作時には、測定光路切替手段２３におけるアーム２５の回動により、反射ミラー２６が図２および図４のＢに示す反射面角度に変更され固定される。この状態で、光源１から出射された光は第１の集光レンズ３を通り、反射ミラー２６の反射面２６ａで反射され参照光Ｒとして分光分析部６の入射スリット４に直接に入射されて該入射スリット４上に結像される。そして、入射スリット４上で結像された参照光Ｒは、コリメートミラー２０で平行光束となって、回折格子２１に所定の角度で入射して波長ごとに分けられたのち、カメラミラー２２に向かい、このカメラミラー２２で反射集光された各波長の光は多チャンネル検出器５で検出され、これによって、参照光Ｒに基づく参照スペクトルＩ_R （λ）が得られる。

また、ダーク光の測定動作時には、測定光路切替手段２３におけるアーム２５の回動により、反射ミラー２６が図３および図４のＣに示す反射面角度に変更され固定されている。この状態で、光源１から出射された光は反射ミラー２６の反射面２６ａで光源１側に反射されて分光分析部６に入射されることはないが、多チャンネル検出器５及びアンプ（図示省略する）から出るノイズにより、光学系とは無関係なダークスペクトルＩ_D （λ）が得られる。

なお、上記のようにして行われる各光の測定のうち、試料光Ｓの測定は、例えば数秒に１回の頻度で定期的に行われ、参照光Ｒの測定は、例えば１０分に１回の頻度で定期的に行われ、ダーク光の測定は、例えば１時間に１回の頻度で定期的に行われるのであり、それら各光の測定動作は、試料８の種類や性状、連続測定時間などに応じて各々適正周期に予め設定されたプログラムに基づいて全自動的に制御される。

そして、上記の各測定によって得られた試料スペクトルＩ（λ）、参照スペクトルＩ_R
（λ）及びダークスペクトルＩ_D （λ）を、演算制御部３０に入力してそれらを演算処理することにより、試料セル８における試料の吸光度や光透過率が定性的あるいは定量的に測定し分析されるのであるが、以下、本発明の分光分析装置Ｄを用いて試料の吸光度を測定する方法について簡単に説明する。

試料の吸光度Ａｂｓ（λ）は、一般に下記の（１）式で表される。
Ａｂｓ（λ）＝ｌｏｇ₁₀｛Ｉ_O （λ）／Ｉ_S （λ）｝ …（１）
ここで、Ｉ_O （λ）は試料への照射光量（スペクトル）、Ｉ_S （λ）は試料光スペクトルを示す。

そして、本発明の場合、参照スペクトルＩ_R （λ）は、図２に示すように、その測定光路に試料が存在しない状態で得られるため、
Ｉ_R （λ）＝Ｉ_O （λ） …（２）
となり、上記の式（１）及び（２）から、
Ａｂｓ（λ）＝ｌｏｇ₁₀｛Ｉ_R （λ）／Ｉ_S （λ）｝ …（３）
なる式が得られる。

また、上記のような多チャンネル検出器５を用いる場合、一般に暗電流値はチャンネルごとに異なる。また、チャンネルごとに別のアンプを接続する場合、アンプごとにオフセット電圧が異なる。これら暗電流値やオフセット電圧の差異を補正し、かつ、ダーク光量による測定誤差を打ち消すための吸光度の式は、
Ａｂｓ（λ）＝ｌｏｇ₁₀｛Ｉ_R （ｉ）−Ｉ_D （ｉ）｝／｛Ｉ_S （ｉ）−Ｉ_D （ｉ）｝ …（４）
となる。ここで、ｉは、多チャンネル検出器５のチャンネル数で、各波長に対応するものであり、Ｉ_D （ｉ）はダーク光量（スペクトル）を示す。

なお、試料が液体であり、その試料液が収容される収容部を有し、この収容部に光を透過可能な窓が設けられているような試料セルを対象とする場合において、上記の（４）式で示される吸光度は、試料セルによる吸光も含んだものであり、試料のみの吸光度を求める式は、
Ａｂｓ（ｉ，ｔ）＝ｌｏｇ₁₀〔｛Ｉ_R （ｉ，ｔ）−Ｉ_D （ｉ，ｔ）｝／｛Ｉ_S （ｉ，ｔ）−Ｉ_D （ｉ，ｔ）｝〕−ｌｏｇ₁₀〔｛Ｉ_R （ｉ）−Ｉ_D （ｉ）｝／｛Ｉ_Air （ｉ）−Ｉ_D （ｉ）｝ …（５）
となる。この（５）式で右辺第１項は、試料の濃度変化に伴い経時変化するので、時間ｔのパラメータとしている。また、右辺第２項は、試料セルによる吸光を補正するための項であり、固定値である。Ｉ_Air （ｉ）は、試料セルの収容部内に空気を導入したときのサンプル光量である。

上記のようにして得られる吸光度Ａｂｓ（λ）またはＡｂｓ（ｉ，ｔ）を適宜のデータ処理手法によって処理することにより、試料の吸光度や試料液の濃度を測定することができる。

因みに、本発明者は、本発明の分光分析装置Ｄによる吸光度の長時間に亘る測定時に、定期的に参照光及びダーク光を測定することによって得られる再現精度の効果を立証するために、次のような試験を行った。この試験では、紫外域３４８．９ｎｍ波長の光を照射したとき、約０．１Ａｂｓの吸光度を有する光学フィルタを供試体（試料）とし、分光分析装置の周囲温度を１９〜２６℃の範囲で変化させて１０時間連続して供試体の吸光度測定を実施し、その連続測定時間中の１０分に１回の割合で参照光及びダーク光を測定した場合と参照光及びダーク光を測定しない場合それぞれの吸光度を測定したところ、図５に示すような結果が得られた。

図５に示す試験結果からも明らかなように、参照光及びダーク光を測定しない場合は、吸光度（Ａｂｓ）が周囲温度の変化に伴って±０．００１Ａｂｓの範囲で変動するが、１０分に１回の割合で参照光及びダーク光を測定した場合は、吸光度（Ａｂｓ）が周囲温度の変化にかかわらず殆ど変動しないことが分かった。これによって、参照光及びダーク光を定期的に自動測定するシステム構成が採用されている本発明の分光分析装置Ｄは、長時間に亘る連続測定中に周囲温度の変化により光学系に変動が生じることが不可避な場合であっても、吸光度の測定再現精度を良好に保持し得ることが確認できた。

ところで、上記した構成からなる本発明の第一実施例に係る分光分析装置においては、装置本体７内に設けた測定光路切替手段２３におけるアーム２５を回動させて反射ミラー２６の反射面角度を変更するだけで光源１からの光を分光分析部６に直接に入射させる参照光測定状態が得られるので、参照光測定光路専用の多くの光学素子や光ファイバ、さらには光ファイバ分岐のための特殊な分光器などの使用を省けて、装置全体の低コスト化及び小型化を図ることができる。

それでいて、上述の試験結果でも示したように、長時間に亘る連続測定に際しても測定環境の温度変化による光学系の変動等に起因する測定誤差を少なくできることと、使用する光学素子が非常に少なくそれら光学素子の曇り度合い、汚れ度合い等の違いによる測定誤差要素も大幅に減少できることとが相俟って、非常に良好な測定再現性を保つこができて装置の信頼性を著しく向上することができる。

その上、試料８を保持する測定部１１と光源１及び分光分析部６を備えた装置本体７とが第１，第２光ファイバ１２，１５で接続されているのみで、両者１１，７を大きく隔離することが可能であるため、測定部１１をフローセルタイプにして各種液体試料の測定、例えば半導体工場で用いられる各種洗浄液の配管部に測定部を配置し、光源１にハロゲンランプを用いて紫外あるいは近赤外吸収スペクトルを測定して、予め演算制御部３０に記憶されている検量線によって濃度を算出することが可能であり、これによって、前記洗浄液の濃度管理をインラインで実施するインライン型の濃度管理装置として使用することも容易であり、また、小型であるゆえに、工場内の様々な個所に容易に組み込んで使用することもできて、装置の用途範囲の著しい拡大を図ることができる。

また、参照光の測定時（図２参照）には、測定光路切替手段２３におけるアーム２５が前記第２光ファイバ１５から分光分析部６への光路を遮断する姿勢に回動位置されることになるので、第２光ファイバ１５から分光分析部６への迷光の入射を確実に遮断することが可能で、Ｓ／Ｎの高い参照光測定を行え、装置の信頼性をより一層向上することができる。

図６〜図８は本発明の第二実施例に係る分光分析装置Ｄの概略構成図であり、この第二実施例に係る分光分析装置Ｄは、装置本体７の入射光学部２内に設けられる測定光路切替手段２３’として、以下に説明するような構成を採用した点が第一実施例と異なり、その他の構成は第一実施例と同一であるため、装置の要部となる測定光路切替手段２３’を内装している入射光学部２のみを図示し、また、それら図中で第一実施例と同一の構成要素には同一の符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。

光源１からの光放射方向のうち互いに適宜角度を有する二つの光放射方向には、試料光用の光路を形成する集光レンズ３Ａ及び開閉シャッタ２７Ａと参照光用の光路を形成する集光レンズ３Ｂ及び開閉シャッタ２７Ｂが並列的に配置されているとともに、試料光用光路側には光源１から出射され開閉シャッタ２７Ａを通過した光を第１光ファイバ１２側のファイバホルダ１３に保持された第２の集光レンズ１８に向けて反射させる反射ミラー２８Ａが固定配置され、かつ、参照光用の光路側には光源１から出射され開閉シャッタ２７Ｂを通過した参照光Ｒを後述する可動反射ミラー２９に向けて反射させる凹面鏡からなる反射ミラー２８Ｂが固定配置されている。

前記両固定反射ミラー２８Ａ，２８Ｂ間の略中間位置には、ＤＣモータ等の駆動源（図示省略する）を介して回転軸３１の軸心周りに正逆駆動回動可能な回動部材３２が設けられ、この回動部材３２に前記可動反射ミラー２９が保持されており、前記回動部材３２を正逆駆動回転させることにより、可動反射ミラー２９を、その反射面２９ａが第２光ファイバ１５を通じて伝送され集光レンズ１９により集光された試料光Ｓを分光分析部６の入射スリット４に向けて反射させる姿勢となる試料光測定状態と、その反射面２９ａが前記固定反射ミラー２８Ｂで反射される参照光Ｒを分光分析部６の入射スリット４に向けて反射させる姿勢となる参照光測定状態とに選択切替可能に構成している。

次に、上記のような構成の測定光路切替手段２３’を有する第二実施例の分光分析装置Ｄによる各光の測定動作について簡単に説明すると、試料光Ｓの測定動作時には、シャッタ２７Ａを開、シャッタ２７Ｂを閉とする一方、可動反射ミラー２９を図６に示すような試料光測定状態の姿勢とする。この状態で、光源１から出射された光は集光レンズ３Ａ、シャッタ２７Ａを通り、固定反射ミラー２８Ａで反射され、かつ、第２の集光レンズ１８により集光されて第１光ファイバ１２に入射され、その第１光ファイバ１２を通して測定部１１に伝送されて試料８に照射される。この試料８を透過した試料光Ｓは出射レンズ１０を経て第２光ファイバ１５に入射され、その第２光ファイバ１５を通して装置本体７の入射光学部２にまで伝送され、集光レンズ１９によって集光されたのち、可動反射ミラー２９の反射面２９ａで反射されて分光分析部６の入射スリット４上に結像される。それ以降は第一実施例と同様な分光及び検出動作によって試料光Ｓに基づく試料スペクトルＩ（λ）が得られる。

また、参照光Ｒの測定動作時には、シャッタ２７Ａを閉、シャッタ２７Ｂを開とする一方、可動反射ミラー２９を図７に示すような参照光測定状態の姿勢に切替える。この状態で、光源１から出射された光は集光レンズ３Ｂ、シャッタ２７Ｂを通り、固定反射ミラー２８Ｂで反射され、さらに、可動反射ミラー２９の反射面２９ａで反射され参照光Ｒとして分光分析部６の入射スリット４に直接に入射されて該入射スリット４上に結像される。それ以降は第一実施例と同様な分光及び検出動作によって参照光Ｒに基づく参照スペクトルＩ_R （λ）が得られる。

さらに、ダーク光の測定動作時には、図８に示すように、両シャッタ２７Ａ，２７Ｂが共に閉とされ、光源１から出射された参照光Ｒも試料光Ｓも分光分析部６に入射されることなく、多チャンネル検出器５及びアンプ（図示省略する）から出るノイズにより、光学系とは無関係なダークスペクトルＩ_D （λ）が得られる。

上記のようにして行われる各光の測定のうち、試料光Ｓの測定は、例えば数秒に１回の頻度で定期的に行われ、参照光Ｒの測定は、例えば１０分に１回の頻度で定期的に行われ、ダーク光の測定は、例えば１時間に１回の頻度で定期的に行われること、並びに、それら各測定によって得られた試料スペクトルＩ（λ）、参照スペクトルＩ_R （λ）及びダークスペクトルＩ_D （λ）を演算制御部３０に入力してそれらを演算処理することにより、試料８の吸光度や光透過率が定性的あるいは定量的に測定し分析されることは、上記した第一実施例の場合と同様である。また、各光の測定動作を、試料８の種類や性状、連続測定時間などに応じて各々適正周期に予め設定されたプログラムに基づいて全自動的に制御することが望ましいのは当然である。

ところで、図６〜図８に示したような構成の測定光路切替手段２３’を有する第二実施例の分光分析装置Ｄにおいても、第一実施例の分光分析装置と同等な測定再現性、インライン型の濃度管理装置等への適用性などの面で優れた効果を発揮することが可能ではあるが、測定光路切替手段として第一実施例に示したような構成のものを用いる場合は、光学素子の使用数の削減により装置全体をより低コスト化、小型化できるとともに、測定状態の切替えも単純であって、インライン型の実施が一層簡単となる。

なお、上記第一及び第二実施例の分光分析装置では、例えば半導体工場で用いられる各種洗浄液の濃度管理をインライン型で実施する場合の適用性について説明したが、これ以外に、例えば測定部１１に液晶パネルを配置して該液晶パネルの波長毎の光透過率を測定するように構成することにより、液晶パネルの光透過率に関する品質管理等にも適用することができる。

本発明の第一実施例に係る分光分析装置による試料光測定状態を示す全体概略構成図である。前記分光分析装置による参照光測定状態を示す要部の概略構成図である。前記分光分析装置によるダーク光測定状態を示す要部の概略構成図である。前記分光分析装置の主要部である測定光路切替手段の拡大構成図である。前記分光分析装置による吸光度測定試験の結果を示すグラフである。本発明の第二実施例に係る分光分析装置の主要部である測定光路切替手段が試料光測定状態にあるときの要部を示す概略構成図である。前記分光分析装置における測定光路切替手段が参照光測定状態にあるときの要部を示す概略構成図である。前記分光分析装置における測定光路切替手段がダーク光測定状態にあるときの要部を示す概略構成図である。

符号の説明

１光源
３集光レンズ（集光手段）
５多チャンネル検出器
６分光分析部
７装置本体
８試料
１１測定部
１２第１光ファイバ
１５第２光ファイバ
２３，２３’ 測定光路切替手段
２４回転軸
２５アーム
２６，２９反射ミラー
２６ａ，２９ａ反射面
Ｓ試料光
Ｒ参照光
Ｄ分光分析装置

Claims

光源とこの光源から出射された光を集束する光集束手段と前記光源からの光を分光し、かつ、その分光された各波長の光を検出する検出器を有する分光分析部とを備えた装置本体と、試料を保持する測定部とが分離して設けられているとともに、前記光集束手段により集束された光を前記測定部に伝送して試料に照射する第１光ファイバ及び試料を透過した試料光を前記分光分析部に伝送し入射する第２光ファイバが設けられてなる分光分析装置において、
前記装置本体内に、前記光集束手段による集束光を第１光ファイバに入射して試料に照射し、その試料光を第２光ファイバを通して前記分光分析部に伝送し入射する試料光測定状態と、前記集束光の第１光ファイバへの入射を遮断してその集束光または他の集束光からなる参照光を前記分光分析部に直接に入射する参照光測定状態とに選択切替可能な測定光路切替手段が設けられていることを特徴とする分光分析装置。
測定光路切替手段が、回転軸の周りに回動可能なアームに単一ミラーを付設してなり、前記アームの回動により前記単一ミラーを、集束光が第１光ファイバに入射される反射面角度と参照光が分光分析部に直接入射される反射面角度とに位置変更自在に構成されたものである請求項１に記載の分光分析装置。
測定光路切替手段を構成するアームが、参照光測定状態において第２光ファイバから分光分析部への光路を遮断する姿勢に回動されるように構成されている請求項２に記載の分光分析装置。
測定光路切替手段による試料光測定状態と参照光測定状態との選択切替動作は、予め設定したプログラムに基づいて自動制御されるように構成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の分光分析装置。