JP2010117163A - 旋光計及び旋光計の較正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】旋光度の測定精度を向上させた旋光計及び旋光計の較正方法を提供する。
【解決手段】本発明の旋光計は、サンプルセル１３中の試料溶液を透過して偏光面が回転した直線偏光を検光子１４に入射させ、中空モータ（電動機）１５で検光子１４を回動させ、検光子１４を透過して受光素子（受光手段）１６で受光される光量を最小にするように検光子１４を回動させた回動角度に基づいて、試料溶液の旋光度を測定する。また旋光計は、旋光度の測定時に、中空モータ１５で検光子１４を揺動振動させることにより、検光子１４の透過軸と直線偏光の偏光面とのなす角度を振動させ、検光子１４を透過する光量を振動させ、振動する光量に基づいた処理を行う。更に旋光計は、中空モータ１５よりも高精度のモータを用いて中空モータ１５の回動角度を較正することにより、測定可能な旋光度に対して実測で較正を行ってある。
【選択図】図１０

Description

本発明は、旋光計に関し、より詳しくは、高精度で試料の旋光度を測定することができる旋光計、及び旋光計の較正方法に関する。

旋光性は、入射された直線偏光の偏光面を回転させる物質の性質であり、旋光性を有する物質に直線偏光を入射した場合に偏光面が回転する角度は旋光度と呼ばれる。単位物質量当たりの旋光度は物質に固有の値であるので、溶液の旋光度を測定することにより溶液中の物質の濃度を測定することができる。旋光度を用いて溶液の濃度を測定する方法は、光吸収を用いる方法に比べて、光を吸収しない物質の濃度をも測定できる点で優れている。また旋光性を有する物質には、一般に、偏光面を右ネジ回りに回転させる右旋性を示すＤ体と、偏光面を左ネジ回りに回転させる左旋性を示すＬ体との一対の光学異性体が存在する。濃度が定まっている物質の旋光度を測定することにより、物質中に含まれるＤ体及びＬ体の割合を求めることができる。特許文献１には、物質の旋光度を測定することができる旋光計が開示されている。

図１３は、従来の旋光計の構成を示す模式図である。図中の矢印は光路であり、従来の旋光計は、光源５１、干渉フィルタ５２、レンズ５３、偏光子５４、ファラデーセル５５、サンプルセル５６、検光子５７、レンズ５８、受光素子５９が光路に沿って並んで構成されている。旋光度は５８９ｎｍの波長の光で測定されることが多く、光源５１にはＮａランプ、ハロゲンランプ又は発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられる。干渉フィルタ５２は、旋光度の測定に用いる５８９ｎｍの波長以外の波長の光を除去する。偏光子５４は、単一の透過軸に平行な直線偏光成分のみを透過させる偏光板であり、光源５１からの光を直線偏光に変換する。ファラデーセル５５は、ファラデーコイル内にファラデーガラスが組み込まれた構成となっており、内部を光路が通る位置に配置されている。ファラデーセル５５は、電流を供給されることによって内部に磁場を発生させ、磁場内を通過する直線偏光の偏光面をファラデー効果により回転させる。ファラデーセル５５は、交流電流を供給された場合には、内部に振動磁場を発生させる。この場合、ファラデーセル５５内を通過する直線偏光の偏光面は、振動磁場に応じて回転角度及び回転方向が変動し、交流電流に応じた振幅及び振動数で揺動振動する。

サンプルセル５６は、試料溶液が満たされる透明セルであり、試料溶液内を直線偏光が通過するように配置されている。検光子５７は、単一の透過軸を有する偏光板であり、サンプルセル５６を通過した直線偏光が入射される。また検光子５７は、ウオームホイール５７１の回転中心部分に固定されており、直線偏光はウオームホイール５７１の回転中心に入射されるようになっている。またウオームホイール５７１にはウオームギア５７２が噛合しており、ウオームギア５７２にはステッピングモータ５７３が連結している。ステッピングモータ５７３がウオームギア５７２を回転させ、ウオームギア５７２によりウオームホイール５７１が回転し、ウオームホイール５７１に固定された検光子５７が回転する構成となっている。受光素子５９は、フォトダイオード等で構成されており、検光子５７を通過した光を検出する。

サンプルセル５６内に試料溶液がなく、偏光子５４及び検光子５７の透過軸が直交した状態では、光は全て検光子５７で遮蔽され、受光素子５９は光を検出できない。旋光性を有する試料溶液がサンプルセル５６に注入された場合、試料溶液によって直線偏光の偏光面が回転し、検光子５７の透過軸に平行な直線偏光成分が検光子５７を透過し、受光素子５９は光を検出する。この状態で検光子５７を回転させ、試料溶液を通過した直線偏光の偏光面と検光子５７の透過軸とが直交するまで検光子５７を回転させた回転角度を求める。求めた回転角度は、サンプルセル５６内の試料溶液が直線偏光の偏光面を回転させた角度であり、これが試料溶液の旋光度である。

また測定の際、ファラデーセル５５は、交流電流を供給されて直線偏光の偏光面を揺動振動させる。偏光面が揺動振動する状態では、検光子５７の透過軸に平行な直線偏光成分の大きさが変動するので、検光子５７を透過した光を受光した受光素子５９の出力は交流となる。具体的には、直線偏光の偏光面と検光子５７の透過軸との交差する角度が直角に近いほど検光子５７を透過する直線偏光成分が小さくなって受光素子５９の出力は小さくなり、逆に角度が直角から離れるほど受光素子５９の出力は大きくなる。回転した検光子５７の透過軸が、振動中心にある偏光面と直交する場合は、揺動振動する偏光面と透過軸との交差する角度の範囲が直角に最も近くなるので、受光素子５９の交流出力は最小となる。従って、受光素子５９の交流出力が最小になるように検光子５７の回転角度を定めることによって、試料溶液の旋光度を測定することができる。
特開２００４−２７９３８０号公報

前述の如く、従来の旋光計では、ウオームホイール５７１、ウオームギア５７２及びステッピングモータ５７３を用いて検光子５７を回転させることによって旋光度を測定する。旋光計が測定する旋光度の精度は、ウオームホイール５７１の回転精度に依存し、回転精度は、ウオームホイール５７１、ウオームギア５７２及びステッピングモータ５７３の加工精度並びに組立精度、特にウオームギア５７２の回転直線性の精度に依存する。これらウオームホイール５７１、ウオームギア５７２及びステッピングモータ５７３の加工誤差並びに組立誤差は、旋光度の測定精度を悪化させる要因となる。

旋光度の測定精度を保つためには、旋光計の較正を行う必要がある。従来の旋光計の較正方法では、予め旋光度が判明しているショ糖溶液等の標準試料溶液の旋光度を測定し、測定した旋光度と実際の旋光度とのズレを記録し、記録したズレに基づいて較正を行っていた。しかしながら、従来の較正方法では、旋光度が異なる複数の標準試料溶液を作成する手間がかかり、また標準試料溶液を作成する際に旋光度にある程度の誤差が発生する。また実際には離散的ないくつかの旋光度の値に対して実測の旋光度が得られるのみであり、他の旋光度の値に対しては、実測の旋光度を補間又は外挿することによって較正を行っていた。なお、標準試料溶液ではなく標準旋光板を用いた較正方法もあり、この場合は標準試料溶液に起因する難点は回避できるものの、離散的ないくつかの実測の旋光度の値のみが得られることは同様である。従って、従来の旋光計では、充分な較正を行うことができず、ある程度以上に旋光度の精度を向上させることができないという問題がある。

また前述の如く、従来の旋光計では、ファラデーセル５５を用いて直線偏光の偏光面を揺動振動させることによって旋光度を測定する。ファラデーセル５５による偏光面の振動角幅は、±４°程度が限度であり、検光子５７を透過する直線偏光成分の変動量が小さい。このため、検光子５７を回転させる際に受光素子５９の交流出力が変化する変化量が小さく、特に、検光子５７の回転角度が、交流出力が最小となる回転角度の近辺にあるときに変化量が小さくなる。従って、受光素子５９の交流出力が最小になるように検光子５７の回転角度を正確に定めることが困難であり、旋光度の測定精度が低くなるという問題がある。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、検光子を回転させるために必要な機構の数を減らすことにより、旋光度の測定精度を悪化させる要因を減少させ、旋光度の測定精度を向上させることができる旋光計を提供することにある。

また本発明の他の目的とするところは、直線偏光の偏光面ではなく検光子を揺動振動させることにより、検光子を透過する直線偏光成分の変動量をより大きくし、受光素子の出力変動を大きくさせて旋光度の測定精度を向上させることができる旋光計を提供することにある。

更に本発明の他の目的とするところは、検光子の個々の回動角度を実測で較正することにより、旋光度の測定精度を向上させることができる旋光計及び旋光計の較正方法を提供することにある。

本発明に係る旋光計は、直線偏光を発生させる手段と、該手段が発生させた直線偏光に試料を透過させる手段と、直線偏光が入射され、特定の透過軸に平行な直線偏光成分を透過させる検光子と、前記透過軸の方向を変更するために前記検光子を回動させる回動手段と、前記検光子を透過した光を受光する受光手段とを備え、試料の旋光度を測定する旋光計において、前記受光手段が受光した受光量が試料のない状態で最小になる前記検光子の回動位置から、試料を通過した直線偏光が前記検光子に入射される状態で前記受光量が最小になる前記検光子の回動位置まで前記回動手段が前記検光子を回動させた回動角度に基づいて、試料の旋光度を測定する手段を備え、前記回動手段は、中空の筒状に形成してある電動機を有し、該電動機の中空部分を光路が通る位置に前記電動機を配置してあり、前記検光子を前記電動機の回転子に固定してあることを特徴とする。

本発明に係る旋光計は、前記回動手段は、前記電動機により前記検光子に所定の振動数で揺動振動させる手段を有しており、前記振動数に応じた振動数で変動する前記受光手段での受光量を小さくするように、前記回動手段に前記検光子を回動させる手段を備えることを特徴とする。

本発明に係る旋光計は、前記電動機の回動角度を、分解能に応じた間隔の離散的な数値として計測する手段と、該手段が計測可能な夫々の回動角度の値に対応付けて、当該回動角度の値を補正するための数値を記憶してある手段と、該手段で記憶している数値に基づいて、計測した回動角度を補正する手段とを更に備えることを特徴とする。

本発明に係る旋光計の較正方法は、本発明の旋光計を較正する方法であって、中空の筒状に形成してあり、前記電動機よりも高精度に回動角度を定めることができる高精度電動機と、該高精度電動機の回転子に固定してあり、前記高精度電動機により回動された回動角度に応じた角度だけ直線偏光の偏光方向を変更する偏光方向変更素子とを、前記検光子に入射される前の直線偏光が前記高精度電動機の中空部分及び前記偏光方向変更素子を通過する位置に配置し、前記高精度電動機により前記偏光方向変更素子を回動させると共に、前記電動機で前記検光子を回動させ、前記受光手段での受光量を最小にする前記高精度電動機の回動角度及び前記電動機の回動角度を計測し、計測した前記高精度電動機の回動角度に基づき、計測した前記電動機の回動角度の値を補正するための数値を求め、求めた数値を、計測した前記電動機による回動角度の値に対応付けて前記旋光計で記憶することを特徴とする。

本発明においては、旋光計は、中空部分に光路を通した中空の筒状の電動機を備え、試料を透過して偏光面が回転した直線偏光を検光子に入射させ、検光子を電動機で回動させ、検光子を透過して受光手段で受光される光量を最小にするように検光子を回動させた回動角度に基づいて、試料の旋光度を計測する。ウオームホイール及びウオームギア等の機構を使用せずに直接に電動機で検光子を回動させることにより、検光子を回動させるために必要な機構の数が減り、旋光度の測定精度を悪化させる要因が減少する。

また本発明においては、電動機で検光子を回動させ、また電動機で検光子を揺動振動させることにより、検光子の透過軸と直線偏光の偏光面とのなす角度を揺動振動させる。これにより、検光子を透過する光量が振動し、振動する光量に基づいて旋光度を測定することができる。

更に本発明においては、電動機よりも高精度で回動角度を決定することができる高精度電動機を用いて電動機の回動角度を較正することによって、電動機の回動角度を補正するための数値を求め、求めた数値を電動機の回動角度に対応付けて記憶し、電動機の回動角度の測定時には、記憶した数値に基づいて電動機の回動角度を補正する。標準試料溶液を用いずに旋光計を較正することが可能となり、また測定可能な全ての旋光度に対して実測で較正を行うことができる。

本発明にあっては、旋光度の測定精度は電動機の位置決め精度のみに依存しており、ウオームホイール及びウオームギアを使用していた従来の旋光計に比べて、検光子を回動させるために必要な機構の数が減少し、旋光度の測定精度を悪化させる要因が少ないので、高精度で旋光度を測定することができる。

また本発明にあっては、ファラデーセルにより直線偏光の偏光面を揺動振動させる従来の旋光計に比べて、より大きい振動角幅で検光子を揺動振動し、検光子を透過する光量の変動量を大きくすることができる。これにより、検光子の振動中心を回動させた場合に小さな角度の回動に応じた光量の変化を検出することが可能となるので、光量が最小になるように検光子の回動角度を正確に定めることができ、旋光度の測定精度をより向上させることが可能となる。

更に本発明にあっては、標準試料溶液を用いずに旋光計を較正できるので、複数の標準試料溶液を作成する手間が不必要となるので、旋光計の較正がより容易となり、また、標準試料溶液の旋光度の誤差による影響を受けることがなく、より正確な較正を行うことができる。また測定可能な全ての旋光度に対して実測で較正を行うことができるので、離散的な較正のみが可能であった従来の較正方法に比べ、正確な較正が可能となり、旋光度の測定精度が向上する等、本発明は優れた効果を奏する。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る本発明の旋光計の構成を示す構成図である。図中の矢印は光路であり、旋光計は、光源３１、干渉フィルタ３２、レンズ３３、偏光子１１、ファラデーセル１２、サンプルセル１３、検光子１４、中空モータ（電動機）１５、レンズ３４、受光素子（受光手段）１６が光路に沿って並んで構成されている。光源３１は、５８９ｎｍの波長の光を発光するＬＥＤであり、点灯回路３０に接続されている。光源３１は、点灯回路３０から点灯用の電力を供給されて発光する。光源３１としてＬＥＤを用いることにより、光源３１の小型化及び省電力化を図ることが可能であり、旋光計における発熱量を抑制することができ、また旋光計の低コスト化を図ることができる。なお、光源３１は、５８９ｎｍの波長の光を発光する光源であれば、ＬＥＤ以外の光源であってもよい。干渉フィルタ３２は、旋光度の測定に用いる５８９ｎｍの波長以外の波長の光を除去する光学フィルタである。

偏光子１１は、単一の透過軸に平行な直線偏光成分のみを透過させる偏光板であり、光源３１が発光して干渉フィルタ３２及びレンズ３３を通過して入射された５８９ｎｍの波長の光を直線偏光に変換する。偏光子１１は旋光計内で固定されており、偏光子１１に固有の透過軸の方向も固定されるので、偏光子１１により発生される偏光の偏光面は一定である。ファラデーセル１２は、内部を光路が通る位置に配置されており、交流電流を発信する発振器２２に接続されている。発振器２２は、所定の振動数の交流電流をファラデーセル１２へ供給し、ファラデーセル１２は、交流電流を供給されることによって内部に振動磁場を発生させる。ファラデーセル１２を通過する直線偏光は、振動磁場により、交流電流に応じた振幅及び振動数で偏光面が揺動振動する。サンプルセル１３は、試料溶液が満たされる透明セルであり、試料溶液内を光路が通る位置に配置されている。なお、ファラデーセル１２とサンプルセル１３とが並ぶ順番は逆であってもよい。

検光子１４は、単一の透過軸を有する偏光板であり、サンプルセル１３を通過した直線偏光が入射される。検光子１４に入射された直線偏光の内、透過軸に平行な直線偏光成分のみが検光子１４を透過する。また検光子１４は、中空モータ１５の回転子に固定されている。中空モータ１５は、中空の筒状に形成した電動モータであり、中空部分を光路が通る位置に配置されている。また中空モータ１５は、モータドライバ２３に接続されており、モータドライバ２３から駆動電流を供給されて回転子を回動させる構成となっている。中空モータ１５としては、角度分解能が約１８万〜８００万パルス／１回転のものを使用する。検光子１４は、中空モータ１５の開口部を塞ぐ位置で回転子に固定されてあるので、中空モータ１５の中空部分を光路が通ることにより、光路に交差する位置に配置される。中空モータ１５の回転子が回動することにより、回転子に固定された検光子１４が回動する。検光子１４が回動することにより、検光子１４に固有の透過軸の方向が変化し、検光子１４を透過する直線偏光の強度が変化する。

検光子１４を透過した直線偏光は、中空モータ１５の中空部分を通過し、レンズ３４を経て受光素子１６へ入射される。受光素子１６は、フォトダイオード等で構成されており、直線偏光を受光し、受光量を電圧で示す受光信号を増幅部２４へ出力する。

本発明の旋光計は、更に、受光素子１６が出力した受光信号に基づいて、旋光計の動作を制御するための信号処理を行う信号処理部２１を備えている。信号処理部２１には、発振器２２、モータドライバ２３及び増幅部２４が接続されており、増幅部２４は受光素子１６が出力した受光信号を増幅して信号処理部２１へ入力し、信号処理部２１は、発振器２２及びモータドライバ２３を動作させるための制御信号を出力する。中空モータ１５及びモータドライバ２３は、本発明における回動手段に対応する。信号処理部２１は、各種の信号を入出力するための入出力インタフェース、各種の演算処理を実行するマイクロプロセッサ又は集積回路等の演算部、信号処理に必要な一時的な情報を記憶するメモリ、信号処理に必要な処理プログラム又はデータを記憶する記憶部を含んで構成されている。また信号処理部２１には、旋光度の測定結果等の情報を出力するディスプレイ又はプリンタ等の出力部２５が接続されている。

旋光度の測定開始前の段階では、検光子１４の回動位置は、偏光子１１及び検光子１４の透過軸が直交する初期回動位置に定められる。この状態では、サンプルセル１３に試料溶液が注入されていない場合は、検光子１４へ入射される直線偏光の偏光面は検光子１４の透過軸と直交するので、光は全て検光子１４で遮蔽され、受光素子１６は光を受光できない。

旋光性を有する試料溶液がサンプルセル１３に注入された場合、試料溶液によって直線偏光の偏光面が回転し、検光子１４の透過軸に平行な直線偏光成分が検光子１４を透過し、受光素子１６は光を検出する。信号処理部２１は、発振器２２に交流電流を発生させるための制御信号を出力する処理を行い、発振器２２は、所定の振動数ｆの交流電流をファラデーセル１２へ供給する。ファラデーセル１２は、所定の振動数ｆの交流電流を供給されることによって、振動数ｆで振動する振動磁場を発生させる。ファラデーセル１２を通過する直線偏光は、振動磁場によって、振動数ｆで偏光面が揺動振動する。

図２は、直線偏光の偏光面の変化を示す概念図である。図中に示す矢印は、直線偏光の偏光面に平行で進行方向に直交する偏光方向を示す。また角度０°の方向は、偏光子１１の透過軸の方向であり、角度９０°の方向は、初期回動位置に配置された検光子１４の透過軸の方向である。図２（ａ）は、偏光子１１を透過した直線偏光の偏光面を示し、偏光方向は検光子１４の透過軸に直交している。図２（ｂ）は、ファラデーセル１２を透過した直線偏光の偏光面を示し、偏光面は、角度０°の方向とのなす角度が角度０°を中心にして振動角幅δで周期的に変動する揺動振動を行う。図２（ｃ）は、サンプルセル１３中の試料溶液を透過した直線偏光の偏光面を示す。揺動振動する直線偏光の偏光面が試料溶液の旋光性によって更に回転しており、偏光面の揺動振動中心と角度０°の方向とのなす角度が試料溶液の旋光度αである。図２（ｃ）には、α＞δである例を示している。

信号処理部２１は、中空モータ１５を回動させるためのパルス信号をモータドライバ２３へ出力する処理を行う。モータドライバ２３は、信号処理部２１からのパルス信号に応じた駆動電流を中空モータ１５へ供給し、中空モータ１５は、検光子１４を回動させる。信号処理部２１が出力するパルス信号の種類によって中空モータ１５の回動方向が定まり、またパルス信号の数によって回動角度が定まる。中空モータ１５は、信号処理部２１からの信号に応じた方向に、パルス信号に応じた回動角度だけ検光子１４を回動させ、その後停止する。また信号処理部２１は、出力したパルス信号の数に基づいて、偏光子１１及び検光子１４の透過軸が直交する初期回動位置から検光子１４を回動させた中空モータ１５の回動角度を計測する処理を行う。中空モータ１５の回転子を１ステップ回動させるためのパルス信号を現在の回動位置まで回動するまでに出力した数に、１ステップで回転子が回動する角度を乗ずることにより、中空モータ１５の回動角度を計測することができる。信号処理部２１で計測できる中空モータ１５の回動角度の値は、中空モータ１５の角度分解能に応じた間隔の離散的な数値となっている。

図３は、回動した検光子１４の透過軸と直線偏光の偏光面との関係を示す概念図である。中空モータ１５によって回動した検光子１４の回動角度をβとする。図中には、回動後の検光子１４の透過軸を示しており、角度９０°の方向と回動後の検光子１４の透過軸とのなす角が回動角度βである。また図中には、検光子１４の透過軸に直交する方向を破線で示している。回動した検光子１４へ入射された直線偏光は、検光子１４の透過軸に平行な直線偏光成分のみが検光子１４を透過する。検光子１４を透過した光は、受光素子１６で受光される。

図４は、検光子１４の透過軸に直交する方向と直線偏光の偏光面とがなす角度に応じた受光量の変化を示す特性図である。図中の横軸は、検光子１４の透過軸に直交する方向と直線偏光の偏光面とがなす角度θを示し、縦軸は受光量を示す。θ＝０°の場合は、直線偏光の偏光面と検光子１４の透過軸とが直交する場合であるので、検光子１４の透過軸に平行な直線偏光成分はゼロであり、受光量もゼロとなる。θが０°から増加した場合は、検光子１４の透過軸に平行な直線偏光成分は増大し、受光量はθ＝９０°で最大となるまで単純に増加する。またθがマイナス方向に変化した場合は、θの絶対値が大きくなるに従って、検光子１４の透過軸に平行な直線偏光成分は増大し、受光量はθ＝−９０°で最大となるまで増加する。従って、図４に示すように、受光量は、−９０°＜θ＜０°で単純減少し、θ＝０°で極小値０となり、０°＜θ＜９０°で単純増加する。

光を受光した受光素子１６は、受光量を電圧で示す受光信号を出力し、増幅部２４は受光信号を増幅して信号処理部２１へ入力する。図３に示すように、検光子１４へ入射される直線偏光の偏光面は振動数ｆで揺動振動しているので、検光子１４の透過軸に直交する方向と直線偏光の偏光面とがなす角度は、振動数ｆで変動し、受光素子１６での受光量も周期的に変動する。従って、受光素子１６での受光量を電圧で示す受光信号は、電圧が周期的に変動する交流信号となる。

図５は、ファラデーセル１２へ供給する交流電流と受光信号との関係を示す概念図である。ファラデーセル１２へ供給する電流の内、直線偏光の偏光面をプラスの角度で回転させる電流をプラスの電流とする。図５（ａ）は、図３に示す如きβ＜α−δの状態での交流電流及び受光信号を示す。この状態では、検光子１４の透過軸に直交する方向と直線偏光の偏光面とがなす角度θは正であり、交流電流が増加した場合は、角度θが増大し、受光素子１６での受光量は増大する。逆に交流電流が減少した場合は、角度θが減少し、受光素子１６での受光量は減少する。従って、図５（ａ）に示すように、受光信号は、交流電流の振動数ｆとほぼ同一の振動数で振動し、しかも交流電流と同位相で振動する交流信号となる。

図５（ｂ）は、β＝αの状態での交流電流及び受光信号を示す。この状態では、検光子１４の透過軸に直交する方向と直線偏光の偏光面とがなす角度θは、０°を中心に振動する。交流電流が０のときには、角度θは０°であるので、直線偏光の偏光面は検光子１４の透過軸と直交し、受光素子１６での受光量は０となり、受光信号も０となる。交流電流がプラス又はマイナスになったときは、いずれのときも受光素子１６での受光量は０から増加し、交流電流が最大値になったとき及び最小値となったときに受光量は最大となる。従って、図５（ｂ）に示すように、受光信号は、交流電流の振動数ｆの２倍の振動数２ｆで振動する交流信号となる。またこの状態では、検光子１４の透過軸に直交する方向と直線偏光の偏光面とがなす角度θは最小であり、受光信号の強度は最小となる。

図５（ｃ）は、β＞α＋δの状態での交流電流及び受光信号を示す。この状態では、検光子１４の透過軸に直交する方向と直線偏光の偏光面とがなす角度θは負であり、交流電流が増加した場合は、角度θの絶対値が減少し、受光素子１６での受光量は減少する。逆に交流電流が減少した場合は、角度θの絶対値が増大し、受光素子１６での受光量は増大する。従って、図５（ｃ）に示すように、受光信号は、交流電流の振動数ｆとほぼ同一の振動数で振動し、しかも交流電流と逆位相で振動する交流信号となる。

図５に示すように、信号処理部２１へ入力される受光信号は、直流成分、振動数ｆの交流成分、及び振動数２ｆの交流成分が重なった交流信号となる。受光信号を入力された信号処理部２１は、ローパスフィルタを用いた濾波の処理を行う。ローパスフィルタの遮断振動数は、振動数２ｆより大きい振動数としている。信号処理部２１は、次に、受光信号から、振動数ｆの交流成分を抽出する処理を行い、抽出した振動数ｆの交流成分とファラデーセル１２へ供給する交流電流との位相を比較する処理を行う。信号処理部２１は、発振器２２へ制御信号を出力する際に、制御信号に基づいて交流電流と同位相の交流信号を生成し、生成した交流信号と、受光信号から抽出した振動数ｆの交流成分とを比較する処理を実行すればよい。なお、発振器２２が、ファラデーセル１２へ供給する交流電流に同期した信号を信号処理部２１へ入力し、信号処理部２１は入力された信号に基づいて交流電流と同位相の交流信号を生成する処理を行ってもよい。

受光信号から抽出した振動数ｆの交流成分とファラデーセル１２へ供給する交流電流とが同位相である場合は、図５（ａ）に示す場合を含むβ＜αの場合であり、逆位相である場合は、図５（ｃ）に示す場合を含むβ＞αの場合である。信号処理部２１は、βがαに近づく方向に検光子１４の透過軸が回動するように中空モータ１５を回動させるためのパルス信号をモータドライバ２３へ出力する処理を行う。

また信号処理部２１は、出力したパルス信号の数に基づいて計測した中空モータ１５の回動角度の値に対する補正値を記憶している。補正値は、計測した中空モータ１５の回動角度と真の回動角度とのズレを表す数値である。図６は、信号処理部２１が記憶する補正値の例を示す特性図である。図中の横軸は、信号処理部２１がモータドライバ２３へ出力したパルス信号に基づいて計測される中空モータ１５の回動角度の値を示し、検光子１４を初期回動位置から回動させる中空モータ１５の０°から３６０°までの回動角度が示されている。図中の縦軸は、各回動角度に対する補正値であり、計測される中空モータ１５の回動角度に対する実際の回動角度からのズレを示している。補正値がプラスである場合は、実際の回動角度が計測される回動角度より大きい場合であり、補正値がマイナスである場合は、実際の回動角度が計測される回動角度より小さい場合である。信号処理部２１は、計測可能な中空モータ１５の回動角度の各値に対応付けて、図６に示す如き補正値を記憶してある。信号処理部２１で計測可能な回動角度の値は、中空モータ１５の分解能に応じた間隔の離散的な数値であるので、計測可能な回動角度の値の総数は有限であり、信号処理部２１は、計測可能な回動角度の各値に対応付けて補正値を記憶している。個々の旋光計では、後述する較正方法により予め中空モータ１５の較正を行っておき、信号処理部２１は、較正によって得られた補正値を記憶している。

次に、本発明の旋光計で試料の旋光度を測定する方法を説明する。図７は、実施の形態１に係る旋光計で試料の旋光度を測定する処理の手順を示すフローチャートである。旋光計は、まず、サンプルセル１３に試料溶液が注入される前の状態で、受光素子１６が出力する受光信号の強度が最小になるような検光子１４の初期回動位置を決定する（Ｓ１０１）。ステップＳ１０１では、信号処理部２１は、発振器２２に振動数ｆの交流電流を発生させ、パルス信号をモータドライバ２３へ出力することにより、中空モータ１５で検光子１４を回動させ、検光子１４の回動位置を、受光信号の強度が最小となる初期回動位置に定める。検光子１４が初期回動位置にある状態では、偏光子１１及び検光子１４の透過軸が直交している。

信号処理部２１は、検光子１４の回動位置を初期回動位置に定めた中空モータ１５の回動角度を回動角度０°に初期化する（Ｓ１０２）。なお、中空モータ１５の回動位置の変動が充分小さい旋光計では、回動角度０°となる中空モータ１２の回動位置を予め定めて信号処理部２１で記憶しておくことにより、ステップＳ１０１及びＳ１０２の処理を省略してもよい。

ステップＳ１０２が終了した後、使用者によりサンプルセル１３に試料溶液が注入される（Ｓ１０３）。なお、旋光計は、自動で試料溶液をサンプルセル１３へ注入する機構、サンプルセル１３を移動させる機構、又は直線偏光の光路を移動させる機構等を備えることにより、ステップＳ１０２の終了後に自動で直線偏光を試料溶液に入射させるようにする構成であってもよい。信号処理部２１は、発振器２２に振動数ｆの交流電流を発生させ、受光素子１６が出力して増幅部２４が増幅した受光信号を取得する（Ｓ１０４）。このとき、直線偏光は、ファラデーセル１２により振動数ｆで偏光面が揺動振動しており、更に試料溶液を透過することによって、試料溶液の旋光度αだけ偏光面が回転している。信号処理部２１は、次に、取得した受光信号に含まれる振動数ｆの交流成分とファラデーセル１２へ供給する交流電流との位相を比較し（Ｓ１０５）、両者の位相が同位相であるか又は逆位相であるかを判定する（Ｓ１０６）。なお、同位相であると判定するためには、位相が完全に一致している必要はなく、例えば、位相のズレが−９０°より大きく９０°未満の場合は同位相と判定する等、ある程度の位相のズレを許容して判定を行えばよい。

受光信号に含まれる振動数ｆの交流成分とファラデーセル１２へ供給する交流電流とが同位相である場合は、信号処理部２１は、中空モータ１５をプラス方向へ回動させるためのパルス信号をモータドライバ２３へ出力することにより、中空モータ１５にプラス方向へ検光子１４を回動させる（Ｓ１０７）。受光信号に含まれる振動数ｆの交流成分とファラデーセル１２へ供給する交流電流とが逆位相である場合は、信号処理部２１は、中空モータ１５をマイナス方向へ回動させるためのパルス信号をモータドライバ２３へ出力することにより、中空モータ１５にマイナス方向へ検光子１４を回動させる（Ｓ１０８）。

ステップＳ１０７及びＳ１０８では、信号処理部２１は、濾波後の受光信号の最大値を取得するか、濾波後の受光信号の時間平均を計算するか、又は受光信号に含まれる直流成分の強度を取得する等の方法により、受光信号の強度を取得し、取得した受光信号の強度に応じた速度で中空モータ１５を回動させる。信号処理部２１は、受光信号の強度が大であるほど中空モータ１５の回動速度が大きくなり、受光信号の強度が最小となる場合に中空モータ１５の回動速度がゼロとなるような、受光信号の強度と中空モータ１５の回動速度との対応関係を予め記憶している。ステップＳ１０７及びＳ１０８では、信号処理部２１は、受光信号の強度を繰り返し取得し、記憶している対応関係に基づき、中空モータ１５の回動速度を受光信号の強度に応じた速度に調整する。最終的に、受光信号の強度が最小となった状態で中空モータ１５の回動速度がゼロとなり、中空モータ１５が停止する。中空モータ１５が停止した状態は、振動中心にある偏光面と検光子１４の透過軸とが直交し、検光子１４を透過して受光素子１６が受光する光量が最小となっており、図５（ｂ）に示すβ＝αの状態である。

中空モータ１５が停止した状態で、信号処理部２１は、中空モータ１５を回動させるためにモータドライバ２３へ出力したパスル信号の数に基づいて、回動角度０°の回動位置から停止するまで回動させた中空モータ１５の回動角度を計測する（Ｓ１０９）。信号処理部２１は、次に、計測した回動角度の値に対応付けて記憶してある補正値に基づいて、中空モータ１５の回動角度を補正する（Ｓ１１０）。ステップＳ１１０では、信号処理部２１は、計測した回動角度の値と、計測した回動角度の値に対応付けて記憶してある補正値とを用いて、回動角度の計測値に補正値を加算することにより中空モータ１５の回動角度を補正する。中空モータ１５の回動角度は、検光子１４の回動角度βに一致し、また前述のように、この状態では回動角度βは旋光度αに一致する。信号処理部２１は、次に、試料溶液の旋光度を、ステップＳ１１０で計算した補正後の回動角度と同一の値に決定する（Ｓ１１１）。信号処理部２１は、決定した旋光度の値を出力部２５に出力させ、処理を終了する。

次に、本発明の旋光計の較正方法を説明する。図８は、実施の形態１に係る旋光計の較正時の構成を示す構成図である。較正時には、旋光計では、サンプルセル１３が備えられておらず、サンプルセル１３の換わりに高精度中空モータ（高精度電動機）１８及び１／２波長板（偏光方向変更素子）１７が備えられる。また高精度中空モータ１８は、中空モータ１５よりも数倍以上高分解能・高精度で回動角度を決定することができる電動モータである。高精度中空モータ１８は、中空の筒状に形成したモータであり、中空部分を光路が通る位置に配置される。１／２波長板１７は、高精度中空モータ１８の中空部分の開口部を塞ぐ位置で、高精度中空モータ１８の回転子に固定されており、高精度中空モータ１８の回動によって回動される構成となっている。１／２波長板１７は、入射された直線偏光の偏光面を回転させることによって、直線偏光の偏光方向を変更する。１／２波長板１７が角度φだけ回転した場合は、入射された直線偏光の偏光面は角度２φだけ回転する。検光子１４には、１／２波長板１７によって偏光面が回転された直線偏光が入射されることとなる。

また高精度中空モータ１８には、モータドライバ２７及びエンコーダ２８が接続されており、モータドライバ２７及びエンコーダ２８は信号処理部２１に接続される。モータドライバ２７は、信号処理部２１からのパルス信号に応じた駆動電流を高精度中空モータ１８へ供給し、高精度中空モータ１８は、駆動電流に応じて回動し、１／２波長板１７を回動させる。エンコーダ２８は、高精度中空モータ１８の回動角度を測定し、測定結果を示す信号を信号処理部２１へ入力する。

図９は、旋光計の較正を行う処理の手順を示すフローチャートである。旋光計は、まず、図８に示すように高精度中空モータ１８が配置される前の状態で、受光素子１６が出力する受光信号の強度が最小になるような検光子１４の初期回動位置を決定する（Ｓ２０１）。信号処理部２１は、次に、検光子１４の回動位置を初期回動位置に定めた中空モータ１５の回動角度を回動角度０°に初期化する（Ｓ２０２）。ステップＳ２０２が終了した後、図８に示す如く１／２波長板１７及び高精度中空モータ１８が光路上に配置されるように、１／２波長板１７を備えた高精度中空モータ１８が使用者により旋光計に装着される（Ｓ２０３）。この状態では、１／２波長板１７によって直線偏光の偏光面が回転し、検光子１４を通過する光量及び受光素子１６での受光量が増加して、受光信号の強度が大きくなる。信号処理部２１は、次に、発振器２２に振動数ｆの交流電流を発生させ、パルス信号をモータドライバ２７へ出力することにより、高精度中空モータ１８に１／２波長板１７を回動させ、受光素子１６が出力する受光信号の強度が最小になるような１／２波長板１７の初期回動位置を決定する（Ｓ２０４）。１／２波長板１７が初期回動位置にある状態では、１／２波長板１７によって回転された直線偏光の振動中心の偏光面は検光子１４の透過軸に直交している。信号処理部２１は、次に、１／２波長板１７の回動位置を初期回動位置に定めた高精度中空モータ１８の回動角度を回動角度０°に初期化する（Ｓ２０５）。

信号処理部２１は、次に、パルス信号をモータドライバ２７へ出力することにより、高精度中空モータ１８を回動させ、停止させる（Ｓ２０６）。ステップＳ２０６では、信号処理部２１は、例えば予め定められた角度だけ高精度中空モータ１８を回動させればよい。高精度中空モータ１８の回動によって１／２波長板１７も回動し、１／２波長板１７によって回転される直線偏光の偏光面の傾きは変化する。信号処理部２１は、次に、エンコーダ２８での測定結果を示す信号を受け付け、受け付けた信号に基づいて、回動角度０°の回動位置から停止するまで回動させた高精度中空モータ１８の回動角度を計測する（Ｓ２０７）。信号処理部２１は、次に、パルス信号をモータドライバ２３へ出力することにより、中空モータ１５で検光子１４を回動させ、受光素子１６が出力する受光信号の強度が最小になるような検光子１４の回動位置を決定する（Ｓ２０８）。ステップＳ２０７では、信号処理部２１は、検光子１４を回動させながら受光信号の変化を順次測定し、例えば受光信号の強度が所定の閾値以下となる回動位置を求めることにより、受光信号の強度が最小となる検光子１４の回動位置を決定する。また例えば、検光子１４を回動させながら受光信号の極小値を与える検光子１４の回動位置を求める処理を行ってもよい。この状態では、１／２波長板１７によって回転された直線偏光の振動中心の偏光面は検光子１４の透過軸に直交する。

信号処理部２１は、次に、中空モータ１５を回動させるためにモータドライバ２３へ出力したパスル信号の数に基づいて、回動角度０°の回動位置から現在の回動位置まで回動させた中空モータ１５の回動角度を計測する（Ｓ２０９）。ステップＳ２０７で計測した高精度中空モータ１８の回動角度は、１／２波長板１７が初期回動位置から回動した回動角度φに等しく、ステップＳ２０９で計測した中空モータ１５の回動角度は、検光子１４が初期回動位置から回動した回動角度に等しい。１／２波長板１７が回動角度φだけ回動したことによって、検光子１４へ入射される直線偏光の偏光面は、回動角度２φだけ回動している。従って、中空モータ１５が検光子１４を回動させた回動角度は、２φに等しく、ステップＳ２０９で計測した中空モータ１５の回動角度の値は２φに等しいはずである。実際には、高精度中空モータ１８の方が中空モータ１５よりも高精度に回動角度を決定できるので、中空モータ１５の回動角度の値と２φとは一致しないことが多く、２φの方が真の値に近い。

信号処理部２１は、次に、ステップＳ２０７で計測した高精度中空モータ１８の回動角度に２を乗じた値（２φ）から、ステップＳ２０９で計測した中空モータ１５の回動角度の値を差し引くことにより、中空モータ１５の回動角度を補正するための補正値を計算する（Ｓ２１０）。信号処理部２１は、次に、計算した補正値を、中空モータ１５の回動角度に対応付けて記憶する（Ｓ２１１）。信号処理部２１は、次に、中空モータ１５の回動角度の内、所定範囲内で計測可能な全ての回動角度に対する補正値を記憶したか否かを判定する（Ｓ２１２）。高精度中空モータ１８は、中空モータ１５よりも数倍以上高精度に回動角度を決定することができるので、中空モータ１５の計測可能な全ての回動角度に対して、補正値を求めることができる。補正値を求める回動角度の範囲としては、−９０°以上９０°以下の範囲が少なくとも必要である。まだ補正値を記憶していない回動角度がある場合は（Ｓ２１２：ＮＯ）、信号処理部２１は、処理をステップＳ２０６へ戻し、高精度中空モータ１８を回動させる処理を再度行う。所定範囲内で計測可能な全ての回動角度に対する補正値を記憶している場合は（Ｓ２１２：ＹＥＳ）、信号処理部２１は、処理を終了する。

較正の処理が終了した後は、１／２波長板１７、高精度中空モータ１８、モータドライバ２７及びエンコーダ２８は取り外され、サンプルセル１３が備えられる。較正の処理は、旋光計の製造時に個々の旋光計について実行される。信号処理部２１は、較正の処理によって得られた補正値を、不揮発性の記憶手段で記憶しておき、旋光度を測定する処理の際に利用する。なお、以上に説明した較正方法では、較正の処理の制御を信号処理部２１で行う方法を示したが、本発明の較正方法は、これに限るものではなく、旋光計外の信号処理装置で較正の処理の制御を行い、信号処理装置で求めた補正値を信号処理部２１に記憶させる方法であってもよい。

以上詳述した如く、本発明の旋光計は、中空モータ１５で検光子１４を回動させることにより、試料溶液の旋光度を測定する。ステッピングモータに加えてウオームホイール及びウオームギアを用いて検光子を回動させていた従来の旋光計に比べ、本発明の旋光計では、検光子１４を回動させるために必要な機構の数が減少し、中空モータ１５で検光子１４を直接に回動させる。本発明の旋光計では、旋光度の測定精度がステッピングモータ、ウオームホイール及びウオームギアの加工精度並びに組立精度に依存する従来の旋光計に比べ、旋光度の測定精度は中空モータ１５の位置決め精度のみに依存するので、測定精度を悪化させる要因が少なく、高精度で旋光度を測定することができる。

また本発明の旋光計は、中空モータ１５よりも高分解能・高精度で回動角度を決定することができる高精度中空モータ１８を用いて中空モータ１５の回動角度を較正し、較正結果を記憶しておき、旋光度の測定時に中空モータ１５の回動角度を補正する。従来の標準溶液を用いた較正方法に比べて、複数の標準試料溶液を作成する手間が不必要となるので、旋光計の較正がより容易となる。また標準試料溶液を利用しないので、標準試料溶液の旋光度の誤差による影響を受けることがなく、より正確な較正を行うことができる。更に、本発明の較正方法では、中空モータ１５の測定可能な個々の回動角度に対して、高精度中空モータ１８の回動角度による較正を行うので、測定可能な全ての旋光度に対して実測で較正を行うこととなる。実測では離散的ないくつかの旋光度の値に対してのみ較正が可能であった従来の較正方法に比べ、正確な較正が可能となり、旋光度の測定精度が向上する。また高精度中空モータ１８を搭載するのではなく、較正時に利用するだけであるので、旋光計のコストを抑制することができる。

（実施の形態２）
図１０は、実施の形態２に係る本発明の旋光計の構成を示す構成図である。本実施の形態では、実施の形態１の構成からファラデーセル及び発振器を除去した構成となっている。偏光子１１により発生した直線偏光は、サンプルセル１３及び検光子１４を透過して受光素子１６に受光される。本実施の形態では、信号処理部２１は、中空モータ１５に、振動数ｆ及び振動角幅δで検光子１４を揺動振動させるための制御信号をモータドライバ２３へ出力する。モータドライバ２３は、制御信号に従った駆動電流を中空モータ１５へ供給し、中空モータ１５は、回転子を揺動振動させる。回転子に固定された検光子１４は、中空モータ１５の揺動振動に伴って揺動振動し、検光子１４の透過軸は、振動数ｆ及び振動角幅δで揺動振動する。従って、検光子１４へ入射される直線偏光の偏光面と検光子１４の透過軸に直交する方向とがなす角度は、振動数ｆで変動し、受光素子１６での受光量は振動数ｆで振動し、受光信号は交流信号となる。

本実施の形態における振動角幅δは、従来どおり約±４°とする。従来のファラデーセルによる振動数ｆは約４０Ｈｚであるので、同程度の振動数を確保するために、振動数４０Ｈｚ及び振動角幅±４°の揺動振動を行うためには、中空モータ１５は、回転速度が約２２０ｒｐｍ以上であればよい。

旋光度の測定開始前の段階では、検光子１４の振動中心は、偏光子１１の透過軸と振動中心にある検光子１４の透過軸とが直交する位置に定められる。更に信号処理部２１は、中空モータ１５に、揺動振動を行いながら検光子１４を回動させるためのパルス信号をモータドライバ２３へ出力する。モータドライバ２３は、パルス信号に従った駆動電流を中空モータ１５へ供給し、中空モータ１５は、揺動振動を行いながら検光子１４を回動させる。検光子１４は、揺動振動を行いながら回動し、振動中心の位置の検光子１４の透過軸が回動する。

図１１は、回動した検光子１４の透過軸と直線偏光の偏光面との関係を示す概念図である。図中には、振動中心にある検光子１４の透過軸に直交する線を破線で示している。検光子１４の透過軸が振動角幅δで揺動振動しており、角度９０°の方向と振動中心にある検光子１４の透過軸とのなす角が回動角度βである。また偏光面と角度０°の方向とがなす角度が試料溶液の旋光度αである。検光子１４へ入射された直線偏光は、揺動振動する検光子１４の透過軸に平行な直線偏光成分のみが検光子１４を透過する。検光子１４を透過した光は、受光素子１６で受光される。

検光子１４の透過軸に直交する方向と直線偏光の偏光面とがなす角度θに対する受光素子１６での受光量は、実施の形態１と同様に、図４に示すように変化する。即ち、図４に示すように、受光量は、−９０°＜θ＜０°で単純減少し、θ＝０°で極小値０となり、０°＜θ＜９０°で単純増加する。検光子１４の透過軸が振動数ｆで揺動振動しているので、角度θは振動数ｆで変動し、受光素子１６での受光量も周期的に変動し、受光素子１６での受光量を電圧で示す受光信号は、電圧が周期的に変動する交流信号となる。

中空モータ１５で検光子１４を揺動振動させるために中空モータ１５へ供給する駆動電流である交流電流と受光信号との関係は、図５で示した実施の形態１と同様である。なお、検光子１４を揺動振動させるためにモータドライバ２３から中空モータ１５へ供給する交流電流の内、検光子１４の透過軸に直交する方向と直線偏光の偏光面とがなす角度θを大きくする方向に検光子１５を動かす電流をプラスの電流とする。β＜α−δの状態では、角度θは正であり、図５（ａ）に示すように、受光信号は、交流電流の振動数ｆとほぼ同一の振動数で振動し、しかも交流電流と同位相で振動する交流信号となる。またβ＝αの状態では、角度θは０°を中心に振動し、図５（ｂ）に示すように、受光信号は、交流電流の振動数ｆの２倍の振動数２ｆで振動する交流信号となり、受光信号の強度は最小となる。またβ＞α＋δの状態では、角度θは負であり、図５（ｃ）に示すように、受光信号は、交流電流の振動数ｆとほぼ同一の振動数で振動し、しかも駆動電流と逆位相で振動する交流信号となる。このように、信号処理部２１へ入力される受光信号は、実施の形態１と同様に、直流成分、振動数ｆの交流成分、及び振動数２ｆの交流成分が重なった交流信号となる。

信号処理部２１は、受光信号から、振動数ｆの交流成分を抽出し、抽出した振動数ｆの交流成分と検光子１４を揺動振動させるために中空モータ１５へ供給する駆動電流である交流電流との位相を比較する処理を行う。信号処理部２１は、検光子１４を揺動振動させるための制御信号をモータドライバ２３へ出力する際に、制御信号に基づいて駆動電流と同期した交流信号を生成し、生成した交流信号と、受光信号から抽出した振動数ｆの交流成分とを比較する処理を実行すればよい。なお、モータドライバ２３が、検光子１４を揺動振動させるために中空モータ１５へ供給する駆動電流に同期した信号を信号処理部２１へ入力し、信号処理部２１は入力された信号に基づいて駆動電流に同期した交流信号を生成する処理を行ってもよい。

受光信号から抽出した振動数ｆの交流成分と検光子１４を揺動振動させるために中空モータ１５へ供給する駆動電流である交流電流とが逆位相である場合は、図５（ａ）に示す場合を含むβ＜αの場合であり、同位相である場合は、図５（ｃ）に示す場合を含むβ＞αの場合である。信号処理部２１は、βがαに近づく方向に検光子１４の透過軸の振動中心が回動するように中空モータ１５を回動させるためのパルス信号をモータドライバ２３へ出力する処理を行う。また旋光計では、実施の形態１と同様に、後述する較正方法により予め中空モータ１５の較正を行っておき、信号処理部２１は、計測可能な中空モータ１５の回動角度の夫々に対応付けて、較正によって得られた補正値を記憶している。

以上の構成でなる本実施の形態に係る旋光計は、実施の形態１と同様に、図７のフローチャートに示す処理と同様の処理に従って試料溶液の旋光度を測定する。旋光計は、サンプルセル１３に試料溶液が注入される前の状態で、受光素子１６が出力する受光信号の強度が最小になるような検光子１４の振動中心の初期回動位置を決定し（Ｓ１０１）、信号処理部２１は、振動中心に対応する中空モータ１５の回動角度を回動角度０°に初期化する（Ｓ１０２）。ステップＳ１０２が終了した後、使用者によりサンプルセル１３に試料溶液が注入される（Ｓ１０３）。信号処理部２１は、モータドライバ２３へ制御信号を出力してモータドライバ２３に振動数ｆの駆動電流を出力させることにより、中空モータ１５で検光子１４を揺動振動させ、受光素子１６が出力して増幅部２４が増幅した受光信号を取得する（Ｓ１０４）。このとき、直線偏光の偏光面は試料溶液の旋光度αだけ偏光面が回転し、また検光子１４の透過軸は振動数ｆで揺動振動しており、検光子１４の透過軸と偏光面とのなす角度は振動数ｆで変動し、検光子１４の透過軸に平行な直線偏光成分は変動し、受光素子１６の受光量を示す受光信号は交流信号となる。信号処理部２１は、次に、取得した受光信号に含まれる振動数ｆの交流成分と検光子１４を揺動振動させるために中空モータ１５へ供給する駆動電流である交流電流との位相を比較し（Ｓ１０５）、両者の位相が同位相であるか又は逆位相であるかを判定する（Ｓ１０６）。

受光信号に含まれる振動数ｆの交流成分と交流電流とが同位相である場合は、信号処理部２１は、中空モータ１５でプラス方向へ検光子１４を回動させる（Ｓ１０７）。受光信号に含まれる振動数ｆの交流成分と交流電流とが逆位相である場合は、信号処理部２１は、中空モータ１５でマイナス方向へ検光子１４を回動させる（Ｓ１０８）。ステップＳ１０７及びＳ１０８では、信号処理部２１は、揺動振動をさせながら、受光信号の強度に応じた速度で中空モータ１５を回動させ、受光信号の強度が最小となった状態で中空モータ１５の回動が終了する。揺動振動をしながら中空モータ１５の回動が終了した状態は、直線偏光の偏光面と振動中心にある検光子１４の透過軸とが直交し、実施の形態１と同様に、図５（ｂ）に示すβ＝αの状態である。

中空モータ１５の回動が終了した状態で、信号処理部２１は、中空モータ１５で揺動振動を行いながら回転子の振動中心を回動角度０°の回動位置から回動を終了するまで回動させた中空モータ１５の回動角度を計測する（Ｓ１０９）。信号処理部２１は、次に、計測した回動角度の値に対応付けて記憶してある補正値に基づいて、中空モータ１５の回動角度を補正し（Ｓ１１０）、試料溶液の旋光度を、計算した補正後の回動角度と同一の値に決定する（Ｓ１１１）。信号処理部２１は、決定した旋光度の値を出力部２５に出力させ、処理を終了する。

次に、本実施の形態に係る旋光計の較正方法を説明する。図１２は、実施の形態２に係る旋光計の較正時の構成を示す構成図である。較正時の旋光計は、実施の形態１と同様に、サンプルセル１３が備えられておらず、サンプルセル１３の換わりに高精度中空モータ１８及び１／２波長板１７が備えられ、更にモータドライバ２７及びエンコーダ２８が備えられる。高精度中空モータ１８、１／２波長板１７、モータドライバ２７及びエンコーダ２８の構成は実施の形態１と同様である。

本実施の形態においては、実施の形態１と同様に、図９のフローチャートに示す処理と同様の処理に従って旋光計の較正を行う。旋光計は、図１２に示すように高精度中空モータ１８が配置される前の状態で、検光子１４を中空モータ１５で揺動振動させながら、受光素子１６が出力する受光信号の強度が最小になるような検光子１４の初期回動位置を決定する（Ｓ２０１）。信号処理部２１は、中空モータ１５の回動角度を回動角度０°に初期化し（Ｓ２０２）、次に、図１２に示す如く１／２波長板１７及び高精度中空モータ１８が光路上に配置されるように、１／２波長板１７を備えた高精度中空モータ１８が使用者により旋光計に装着される（Ｓ２０３）。信号処理部２１は、次に、検光子１４を中空モータ１５で揺動振動させながら、高精度中空モータ１８で１／２波長板１７を回動させ、受光素子１６が出力する受光信号の強度が最小になるような１／２波長板１７の初期回動位置を決定する（Ｓ２０４）。１／２波長板１７が初期回動位置にある状態では、１／２波長板１７によって回転された直線偏光の偏光面は、振動中心にある検光子１４の透過軸に直交している。信号処理部２１は、次に、高精度中空モータ１８の回動角度を回動角度０°に初期化する（Ｓ２０５）。

信号処理部２１は、次に、高精度中空モータ１８を回動させて停止させ（Ｓ２０６）、エンコーダ２８での測定結果に基づいて、回動角度０°の回動位置から停止するまで回動させた高精度中空モータ１８の回動角度を計測する（Ｓ２０７）。信号処理部２１は、次に、パルス信号をモータドライバ２３へ出力することにより、揺動振動をさせながら中空モータ１５で検光子１４を回動させ、受光素子１６が出力する受光信号の強度が最小になるような検光子１４の回動位置を決定する（Ｓ２０８）。この状態では、１／２波長板１７によって回転された直線偏光の偏光面は、振動中心にある検光子１４の透過軸に直交する。信号処理部２１は、次に、中空モータ１５で揺動振動を行いながら回転子の振動中心を回動角度０°の回動位置から回動させた中空モータ１５の回動角度を計測する（Ｓ２０９）。信号処理部２１は、次に、高精度中空モータ１８の回動角度に２を乗じた値から、中空モータ１５の回動角度の値を差し引くことにより、中空モータ１５の回動角度を補正するための補正値を計算し（Ｓ２１０）、計算した補正値を、中空モータ１５の回動角度に対応付けて記憶する（Ｓ２１１）。信号処理部２１は、次に、計測可能な全ての中空モータ１５の回動角度に対する補正値を記憶したか否かを判定し（Ｓ２１２）、まだ補正値を記憶していない回動角度がある場合は（Ｓ２１２：ＮＯ）、処理をステップＳ２０６へ戻す。所定範囲内で計測可能な全ての回動角度に対する補正値を記憶している場合は（Ｓ２１２：ＹＥＳ）、信号処理部２１は、処理を終了する。

実施の形態１と同様に、較正の処理が終了した後は、１／２波長板１７、高精度中空モータ１８、モータドライバ２７及びエンコーダ２８は取り外され、サンプルセル１３が備えられる。較正の処理は、旋光計の製造時に個々の旋光計について実行され、信号処理部２１は、較正の処理によって得られた補正値を、不揮発性の記憶手段で記憶しておき、旋光度を測定する処理の際に利用する。

以上詳述した如く、本実施の形態に係る旋光計は、中空モータ１５で検光子１４を回動させ、また直線偏光の偏光面を揺動振動させる代わりに中空モータ１５で検光子１４を揺動振動させることにより、試料溶液の旋光度を測定する。ファラデーセルを用いて直線偏光の偏光面を揺動振動させる従来の旋光計及び実施の形態１に係る旋光計と同様に、中空モータ１５で検光子１４を揺動振動させることにより、検光子１４の透過軸と偏光面とのなす角度が振動し、検光子１４の透過軸に平行な直線偏光成分の光量が振動し、振動する光量に基づいて旋光度を測定することができる。

従来の旋光計では、ファラデーセルによる偏光面の振動角幅は±４°程度が限度であったのに比べて、本実施の形態においては、検光子１４の振動角幅をそれ以上にすることができ、中空モータ１５をより高速に設計すれば振動角幅をより大きくすることも可能である。検光子１４の振動角幅を大きくすることによって、検光子１４を透過する直線偏光成分の光量の変動量を大きくすることができ、受光素子１６が出力する受光信号の振幅を大きくすることができる。受光信号の振幅が大きくなることにより、検光子１４を回動させた場合に受光信号が変化する変化量が大きくなるので、検光子１４の小さな角度の回動に応じた光量の変化を検出することが可能となる。従って、受光信号の強度が最小になるように検光子１４の回動角度を正確に定めることができ、実施の形態１に比べて旋光度の測定精度をより向上させることが可能となる。

また本実施の形態においては、実施の形態１に係る旋光計に比べて、ファラデーセルが省かれているので、必要な光路の長さが短くなり、旋光計をより小型化することが可能となる。また本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、高精度中空モータ１８を用いて中空モータ１５の回動角度を較正することにより、正確な較正が可能となり、旋光度の測定精度が向上する。

なお、以上の実施の形態１及び２においては、回転の向き、電流の向き及び信号の向きについて、便宜上特定の方向をプラス方向としたが、どの方向をプラス方向とするのかは任意に定めればよい。プラス方向が本実施例と異なる形態であっても、受光信号と電流との位相の比較結果に応じて、検光子１４の回動角度βが旋光度αに近づく方向に検光子１４を回動させる処理を行うことにより、本発明は実現可能である。

また実施の形態１及び２においては、中空モータ１５の回動角度の値を補正するための数値として、計測した中空モータ１５の回動角度と真の回動角度とのズレを表す補正値を使用する形態を示したが、本発明の形態は、これに限るものではない。例えば、本発明は、中空モータ１５の回動角度の値を補正するための数値として、回動角度の真値を回動角度の計測値で除した補正係数を使用する形態であってもよい。この形態の場合は、信号処理部２１は、較正の処理において、高精度中空モータ１８の回動角度に２を乗じた値を空モータ１５の回動角度の計測値で除した補正係数を計算し、計算した補正係数を回動角度の計測値に対応付けて記憶する。中空モータ１５の回動角度の計測時には、信号処理部２１は、計測した回動角度の値に対して、当該値に対応付けて記憶してある補正係数を乗じることにより、回動角度の値を補正する処理を行う。また例えば、本発明は、中空モータ１５の回動角度の値を補正するための数値として、中空モータ１５の回動角度の真値を使用する形態であってもよい。この形態の場合は、信号処理部２１は、較正の処理において、高精度中空モータ１８の回動角度に２を乗じた値を中空モータ１５の回動角度の真値であると決定し、中空モータ１５の回動角度の計測値に対応付けて真値を記憶する。中空モータ１５の回動角度の計測時には、信号処理部２１は、計測した回動角度の値を、当該値に対応付けて記憶してある真値に置き換えることにより、回動角度の値を補正する処理を行う。

また実施の形態１及び２においては、信号処理部２１が出力したパルス信号の数に基づいて中空モータ１５の回動角度を計測する形態を示したが、本発明は、これに限るものではなく、中空モータ１５の回動角度を計測するエンコーダを更に備えた形態であってもよい。また実施の形態１及び２においては、５８９ｎｍの波長の光を用いて旋光度を測定する形態を示したが、本発明は、これに限るものではなく、その他の波長の光を用いる形態であってもよく、また複数の波長の光で夫々に旋光度を測定することができる形態であってもよい。また実施の形態１及び２においては、光源３１及び偏光子１１を用いて直線偏光を発生させる形態を示したが、本発明は、これに限るものではなく、直線偏光のレーザ光を発光するレーザ光源を用いる等、その他の方法で直線偏光を発生させる形態であってもよい。

実施の形態１に係る本発明の旋光計の構成を示す構成図である。 直線偏光の偏光面の変化を示す概念図である。 回動した検光子の透過軸と直線偏光の偏光面との関係を示す概念図である。 検光子の透過軸に直交する方向と直線偏光の偏光面とがなす角度に応じた受光量の変化を示す特性図である。 ファラデーセルへ供給する交流電流と受光信号との関係を示す概念図である。 信号処理部が記憶する補正値の例を示す特性図である。 実施の形態１に係る旋光計で試料の旋光度を測定する処理の手順を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る旋光計の較正時の構成を示す構成図である。 旋光計の較正を行う処理の手順を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る本発明の旋光計の構成を示す構成図である。 回動した検光子の透過軸と直線偏光の偏光面との関係を示す概念図である。 実施の形態２に係る旋光計の較正時の構成を示す構成図である。 従来の旋光計の構成を示す模式図である。

符号の説明

１１ 偏光子
１２ ファラデーセル
１３ サンプルセル
１４ 検光子
１５ 中空モータ（電動機）
１６ 受光素子
１７ １／２波長板（偏光方向変更素子）
１８ 高精度中空モータ（高精度電動機）
２１ 信号処理部
２２ 発振器
２３、２７ モータドライバ
２８ エンコーダ
３１ 光源

Claims (4)

1. 直線偏光を発生させる手段と、該手段が発生させた直線偏光に試料を透過させる手段と、直線偏光が入射され、特定の透過軸に平行な直線偏光成分を透過させる検光子と、前記透過軸の方向を変更するために前記検光子を回動させる回動手段と、前記検光子を透過した光を受光する受光手段とを備え、試料の旋光度を測定する旋光計において、
   前記受光手段が受光した受光量が試料のない状態で最小になる前記検光子の回動位置から、試料を通過した直線偏光が前記検光子に入射される状態で前記受光量が最小になる前記検光子の回動位置まで前記回動手段が前記検光子を回動させた回動角度に基づいて、試料の旋光度を測定する手段を備え、
   前記回動手段は、
   中空の筒状に形成してある電動機を有し、
   該電動機の中空部分を光路が通る位置に前記電動機を配置してあり、
   前記検光子を前記電動機の回転子に固定してあること
   を特徴とする旋光計。
2. 前記回動手段は、前記電動機により前記検光子に所定の振動数で揺動振動させる手段を有しており、
   前記振動数に応じた振動数で変動する前記受光手段での受光量を小さくするように、前記回動手段に前記検光子を回動させる手段を備えること
   を特徴とする請求項１に記載の旋光計。
3. 前記電動機の回動角度を、分解能に応じた間隔の離散的な数値として計測する手段と、
   該手段が計測可能な夫々の回動角度の値に対応付けて、当該回動角度の値を補正するための数値を記憶してある手段と、
   該手段で記憶している数値に基づいて、計測した回動角度を補正する手段と
   を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の旋光計。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の旋光計を較正する方法であって、
   中空の筒状に形成してあり、前記電動機よりも高精度に回動角度を定めることができる高精度電動機と、該高精度電動機の回転子に固定してあり、前記高精度電動機により回動された回動角度に応じた角度だけ直線偏光の偏光方向を変更する偏光方向変更素子とを、前記検光子に入射される前の直線偏光が前記高精度電動機の中空部分及び前記偏光方向変更素子を通過する位置に配置し、
   前記高精度電動機により前記偏光方向変更素子を回動させると共に、前記電動機で前記検光子を回動させ、前記受光手段での受光量を最小にする前記高精度電動機の回動角度及び前記電動機の回動角度を計測し、
   計測した前記高精度電動機の回動角度に基づき、計測した前記電動機の回動角度の値を補正するための数値を求め、
   求めた数値を、計測した前記電動機による回動角度の値に対応付けて前記旋光計で記憶すること
   を特徴とする旋光計の較正方法。

Images