JP2012083311A - Polarimeter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物質の旋光度を測定する旋光計に関する。 The present invention relates to a polarimeter that measures the optical rotation of a substance.
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。例えば、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。 Optical rotation is a property of a substance that rotates the polarization plane of incident linearly polarized light, and the angle at which the polarization plane rotates when linearly polarized light is incident on a material having optical rotation is called optical rotation. The optical rotation per unit substance amount is a value specific to the substance. For example, the concentration of a substance in the solution can be measured by measuring the optical rotation of the solution. The method of measuring the concentration of a solution using the optical rotation is superior to the method of using light absorption in that the concentration of a substance that does not absorb light can be measured.
物質の旋光度を測定する旋光計は、偏光子を用いて光源からの光を直線偏光に変換し、試料に直線偏光を入射し、試料を通過した直線偏光を検光子へ入射し、検光子を通過した光量を検出する。検光子を通過した光量を検出しながら検光子を回転させ、検光子を通過する光量がゼロとなる検光子の回転角度を求めることにより、試料が直線偏光の偏光面を回転させた角度、即ち試料の旋光度を求めることができる。従来、高精度に旋光度を測定するためにファラデーセルを採用した旋光計が使用されている。 A polarimeter that measures the optical rotation of a substance uses a polarizer to convert the light from the light source into linearly polarized light, enters the linearly polarized light into the sample, and enters the linearly polarized light that has passed through the sample into the analyzer. The amount of light that has passed through is detected. By rotating the analyzer while detecting the amount of light that has passed through the analyzer and obtaining the rotation angle of the analyzer at which the amount of light that passes through the analyzer becomes zero, the angle at which the sample has rotated the plane of polarization of the linearly polarized light, i.e. The optical rotation of the sample can be obtained. Conventionally, a polarimeter employing a Faraday cell has been used to measure the optical rotation with high accuracy.
ファラデーセルは、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、旋光計内で、内部を直線偏光が通る位置に配置されている。ファラデーセルは、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。交流電流を供給されたファラデーセルは、内部に振動磁場を発生させ、ファラデーセル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。偏光面が揺動振動する状態では、検光子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、検光子を透過した光を検出した検出信号は交流信号となる。具体的には、直線偏光の偏光面と検光子の透過軸との交差する角度が直角に近いほど、検光子を透過する直線偏光成分が小さくなり、検出信号は小さくなる。逆に、角度が直角から離れるほど検出信号は大きくなる。回転した検光子の透過軸と偏光面の振動中心とが直交する場合は、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近くなるので、検出信号は最小となる。従って、検出信号が最小になるように検光子の回転角度を定めることによって、試料の旋光度を測定することができる。ファラデーセルを採用した旋光計は、例えば特許文献1に開示されている。 The Faraday cell has a configuration in which a Faraday glass is incorporated in a Faraday coil, and is arranged at a position where linearly polarized light passes through the inside of the polarimeter. The Faraday cell is supplied with a current to generate a magnetic field therein, and rotates the polarization plane of linearly polarized light passing through the magnetic field by the Faraday effect. The Faraday cell supplied with alternating current generates an oscillating magnetic field inside, and the polarization plane of the linearly polarized light passing through the Faraday cell changes in rotation angle and direction according to the oscillating magnetic field, and according to the alternating current. Oscillates with amplitude and frequency. In a state where the polarization plane is oscillating and oscillating, the magnitude of the linearly polarized light component parallel to the transmission axis of the analyzer varies, so that the detection signal for detecting the light transmitted through the analyzer is an AC signal. Specifically, as the angle at which the polarization plane of linearly polarized light intersects the transmission axis of the analyzer is closer to a right angle, the linearly polarized light component transmitted through the analyzer becomes smaller and the detection signal becomes smaller. Conversely, the detection signal increases as the angle increases from a right angle. When the transmission axis of the rotated analyzer and the vibration center of the polarization plane are orthogonal, the range of the angle at which the polarization plane that oscillates and the transmission axis intersects each other at a right angle so that the detection signal is minimized. . Therefore, the optical rotation of the sample can be measured by determining the rotation angle of the analyzer so that the detection signal is minimized. A polarimeter that employs a Faraday cell is disclosed, for example, in Patent Document 1.
ファラデーセルを採用した旋光計では、ファラデーセルのサイズが大きいため小型化が困難である。また、直線偏光の偏光面の振動角度が90°に近いほど旋光度の測定精度は向上するものの、消費電力の制限等のため、実際の振動角度は5°程度の小さな角度となっている。このため、従来の旋光計は測定精度の向上に限界があるという問題がある。 In a polarimeter that employs a Faraday cell, it is difficult to reduce the size because the size of the Faraday cell is large. Moreover, although the measurement accuracy of the optical rotation is improved as the vibration angle of the polarization plane of linearly polarized light is closer to 90 °, the actual vibration angle is a small angle of about 5 ° due to power consumption limitation. For this reason, the conventional polarimeter has a problem that there is a limit to improvement in measurement accuracy.
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、ファラデーセルを使用せずに旋光計を構成することにより、小型化が可能な高精度の旋光計を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a highly accurate polarimeter capable of being downsized by configuring a polarimeter without using a Faraday cell. It is to provide.
本発明に係る旋光計は、直線偏光を発生させる偏光子を備え、発生した直線偏光を試料へ入射し、試料を通過する直線偏光の偏光面が回転する角度に対応する試料の旋光度を測定する旋光計において、試料を通過した後の直線偏光を分岐させる光学部品と、分岐した一方の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通過させる第1検光子と、該第1検光子を通過した光を検出する第1検出器と、透過軸の方向が前記第1検光子と異なっており、分岐した他方の直線偏光が入射される第2検光子と、該第2検光子を通過した光を検出する第2検出器と、前記偏光子を回動させることによって、試料へ入射する前の直線偏光の偏光面を回動させる回動手段と、前記第1検出器及び前記第2検出器での光の検出量の比が所定の比となるように、前記回動手段により前記偏光面を回動させる回動角度を調整する調整手段と、該調整手段が調整した前記回動角度に基づいて、試料の旋光度を求める手段とを備えることを特徴とする。 The polarimeter according to the present invention includes a polarizer that generates linearly polarized light, and the generated linearly polarized light is incident on the sample, and the optical rotation of the sample corresponding to the angle at which the polarization plane of the linearly polarized light passing through the sample rotates is measured. An optical component that branches the linearly polarized light after passing through the sample, a first analyzer that receives one of the branched linearly polarized light and that passes the linearly polarized light component parallel to a specific transmission axis, A first detector that detects light that has passed through the first analyzer; a second analyzer that has a transmission axis direction different from that of the first analyzer and into which the other branched linearly polarized light is incident; A second detector for detecting light that has passed through the two analyzers, a rotating means for rotating the polarization plane of linearly polarized light before entering the sample by rotating the polarizer, and the first detection The ratio of the amount of light detected by the detector and the second detector is a predetermined ratio. The adjusting means for adjusting the rotation angle for rotating the polarization plane by the rotating means, and the means for determining the optical rotation of the sample based on the rotation angle adjusted by the adjusting means. It is characterized by that.
本発明においては、旋光計は、試料を通過した後の直線偏光を分岐させ、分岐した直線偏光の夫々を、互いに透過軸の方向が異なる検光子を通過させた後に検出する。更に旋光計は、直線偏光を発生させる偏光子を回動させることにより、直線偏光の偏光面を回動させ、直線偏光の検出量が所定の比になるように回動角度を調整し、回動角度から試料の旋光度を求める。これにより、ファラデーセルなしでの旋光度の測定が可能となる。 In the present invention, the polarimeter branches the linearly polarized light after passing through the sample, and detects each of the branched linearly polarized light after passing through analyzers having different transmission axis directions. Further, the polarimeter rotates the polarizer that generates linearly polarized light, thereby rotating the polarization plane of linearly polarized light, adjusting the rotation angle so that the detected amount of linearly polarized light becomes a predetermined ratio, and rotating the polarimeter. The optical rotation of the sample is obtained from the moving angle. This makes it possible to measure the optical rotation without a Faraday cell.
本発明に係る旋光計は、前記調整手段は、前記第1検出器及び前記第2検出器での光の検出量が同一になるように前記回動角度を調整するように構成してあることを特徴とする。 The polarimeter according to the present invention is configured such that the adjusting means adjusts the rotation angle so that the detected amounts of light at the first detector and the second detector are the same. It is characterized by.
本発明においては、旋光計は、二つの直線偏光の検出量の比が1:1、即ち二つの直線偏光の検出量が同一になるように偏光子の回動角度を調整することにより、試料の旋光度を測定する。 In the present invention, the polarimeter is a sample by adjusting the rotation angle of the polarizer so that the ratio of the detected amounts of the two linearly polarized lights is 1: 1, that is, the detected amounts of the two linearly polarized lights are the same. Measure the optical rotation.
本発明に係る旋光計は、前記第1検出器及び前記第2検出器は、光の検出量に応じた信号を出力するように構成してあり、前記調整手段は、前記第1検出器及び前記第2検出器から出力された信号を、第1周波数で交互に取り込むことにより、前記第1周波数で振動する第1周波数信号を生成する手段と、生成した前記第1周波数信号から、前記第1周波数の1/2の第2周波数で振動する第2周波数信号を抽出する手段と、抽出した前記第2周波数信号の大きさが最小になるように前記回動角度を調整する手段とを有することを特徴とする。 In the polarimeter according to the present invention, the first detector and the second detector are configured to output a signal corresponding to a detected amount of light, and the adjusting means includes the first detector and the second detector. Means for generating a first frequency signal that vibrates at the first frequency by alternately taking in a signal output from the second detector at a first frequency, and generating the first frequency signal from the generated first frequency signal; Means for extracting a second frequency signal that vibrates at a second frequency that is ½ of one frequency, and means for adjusting the rotation angle so that the magnitude of the extracted second frequency signal is minimized. It is characterized by that.
本発明においては、旋光計は、検光子を通過させた二つの直線偏光の検出信号を第1周波数で交互に取り込んだ第1周波数信号から、第1周波数の1/2の第2周波数で振動する第2周波数信号を抽出し、第2周波数信号の強度が最小になるように偏光子の回動角度を調整する。第2周波数信号の強度は、二つの直線偏光の検出量の差を示し、第2周波数信号の強度が最小になる場合は二つの直線偏光の検出量が同一になる。 In the present invention, the polarimeter vibrates at a second frequency that is ½ of the first frequency from the first frequency signal obtained by alternately capturing the two linearly polarized detection signals that have passed through the analyzer at the first frequency. The second frequency signal is extracted, and the rotation angle of the polarizer is adjusted so that the intensity of the second frequency signal is minimized. The intensity of the second frequency signal indicates the difference between the detected amounts of the two linearly polarized lights. When the intensity of the second frequency signal is minimized, the detected amounts of the two linearly polarized lights are the same.
本発明に係る旋光計は、前記第1検光子及び前記第2検光子の透過軸の方向が互いに90°異なっていることを特徴とする。 The polarimeter according to the present invention is characterized in that directions of transmission axes of the first analyzer and the second analyzer are different from each other by 90 °.
本発明においては、二つの検光子の透過軸の方向を互いに90°異ならせることにより、直線偏光の偏光面の回動に対する直線偏光の検出量の変化が最大となり、高精度に旋光度を測定することが可能となる。 In the present invention, by changing the directions of the transmission axes of the two analyzers by 90 ° from each other, the change in the detected amount of the linearly polarized light with respect to the rotation of the polarization plane of the linearly polarized light is maximized, and the optical rotation is measured with high accuracy. It becomes possible to do.
本発明にあっては、旋光計は、振動角度を大きくできないファラデーセルを用いた従来の旋光計に比べて、旋光度の測定精度を向上させることができる。また本発明にあっては、ファラデーセルを用いることなく高精度に旋光度を測定することができるので、旋光計を小型化することが可能となる。更に、ファラデーセルに供給する交流電流が不必要となるので、旋光計の消費電力を削減することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。 In the present invention, the polarimeter can improve the measurement accuracy of the optical rotation as compared with a conventional polarimeter using a Faraday cell whose vibration angle cannot be increased. In the present invention, since the optical rotation can be measured with high accuracy without using a Faraday cell, the polarimeter can be miniaturized. Furthermore, since the AC current supplied to the Faraday cell is unnecessary, the present invention has an excellent effect such that the power consumption of the polarimeter can be reduced.
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に係る旋光計の内部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11、干渉フィルタ12、レンズ13、偏光子14、中空モータ15、サンプルセル16、ビームスプリッタ17が光路に沿って並んで構成されている。旋光計内の光路はビームスプリッタ17によって分岐される。更に旋光計は、分岐した一方の光路に沿って検光子(第1検光子)21、レンズ22、検出器(第1検出器)23が並び、他方の光路に沿って検光子(第2検光子)31、レンズ32、検出器(第2検出器)33が並んで構成されている。光源11は、単色の光を発光するLEDであり、図示しない点灯回路から点灯用の電力を供給されて発光する。なお、光源11は、ナトリウムランプ又はハロゲンランプ等、LED以外の光源であってもよい。干渉フィルタ12は、旋光度の測定に用いる波長の光を通過させ、その他の波長の光を遮断するバンドパス光学フィルタである。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram showing an internal configuration of the polarimeter according to the first embodiment. An arrow in the figure is an optical path, and the polarimeter includes a
偏光子14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11が発光して干渉フィルタ12及びレンズ13を通過して入射された光を直線偏光に変換する。これにより、直線偏光が発生する。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。中空モータ15の回転子には、中空モータ15の開口部を塞ぐ位置で偏光子14が固定されている。また中空モータ15は、モータドライバ42に接続されており、モータドライバ42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の回転子が回動することにより、回転子に固定された偏光子14が回動する。偏光子14が回動することにより、偏光子14に固有の透過軸が回動し、発生する直線偏光の偏光面が回動する。中空モータ15及びモータドライバ42は、本発明における回動手段に対応する。
The
サンプルセル16は、液体試料が注入される透明セルであり、液体試料内を光路が通る位置に配置されている。光源11からの光を偏光子14を通過することによって発生した直線偏光は、中空モータ15の中空部分を通り、サンプルセル16へ入射される。ビームスプリッタ17は、サンプルセル16を通過した直線偏光を分岐させる光学部品である。ビームスプリッタ17は、直線偏光の偏光面の方向が変化しないように直線偏光を分岐させる構成であるのが望ましい。またビームスプリッタ17は、分岐させた二つの直線偏光の強度が等しくなる構成であることが望ましい。
The
検光子21及び31は、単一の透過軸を有する偏光板である。ビームスプリッタ17で分岐された一方の直線偏光が検光子21へ入射され、他方の直線偏光が検光子31へ入射される。検光子21又は31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21又は31を通過する。検光子21及び31は、透過軸の方向が互いに異なる方向になるように旋光計内で固定されている。具体的には、検光子21を通る光軸と検光子31を通る光軸との二つの光軸を含む平面に対する検光子21及び31の透過軸の方向が、互いに異なっている。本実施の形態においては、前記平面に対する検光子21の透過軸の方向と、前記平面に対する検光子31の透過軸の方向とは、90°異なっている。
The
検光子21を通過した直線偏光は、レンズ22を経て検出器23へ入射される。また検光子31を通過した直線偏光は、レンズ32を経て検出器33へ入射される。検出器23及び33は、フォトダイオード等の受光素子を用いて構成されており、光を検出した場合に、光の検出量を電圧で示す検出信号を出力する。検出器23は第1検出信号を出力し、検出器33は第2検出信号を出力する。検光子21及び31は透過軸の方向が互いに異なっているので、一般的に、検光子21及び31を通過する直線偏光成分は異なり、検出器23及び33での検出量は互いに異なる。従って、一般的に、第1検出信号と第2検出信号とは強度が異なる。
The linearly polarized light that has passed through the
図2は、実施の形態1における検光子21及び31へ入射される直線偏光と検光子21及び31の透過軸との関係を示す模式図である。図中のX軸の方向は、検光子21の透過軸に平行な方向を示し、Y軸の方向は検光子31の透過軸に平行な方向を示す。図中の矢印の方向は、直線偏光の偏光面に平行な方向を示し、矢印の長さは直線偏光の強度を示す。図2中では、第1検出信号の強度は、直線偏光の強度をX軸に射影したxの値に対応し、第2検出信号の強度は、直線偏光の強度をY軸に射影したyの値に対応する。中空モータ15によって偏光子14が回動した場合は、直線偏光の偏光面に平行な方向が変化する。即ち、図2中に示す矢印の方向が変化し、第1検出信号及び第2検出信号の強度は夫々に変化する。直線偏光に平行な方向が、X軸とY軸とのなす角を等分割する中間位置を向いた場合に、第1検出信号及び第2検出信号の強度は同一となる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the relationship between the linearly polarized light incident on the
旋光計は、更に、検出器23及び33が出力した検出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41を備えている。信号処理部41には、図示しないアンプを介して検出器23及び33が接続されている。検出器23及び33が出力した第1検出信号及び第2検出信号は、図示しないアンプで適宜増幅された後、信号処理部41へ入力される。また信号処理部41には、モータドライバ42が接続されている。信号処理部41は、モータドライバ42を動作させるための制御信号を出力する。信号処理部41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、並びに信号処理に必要な処理プログラム及びデータを記憶するメモリを含んで構成されている。また信号処理部41には、旋光度の測定結果等の情報を出力するためのディスプレイ又はプリンタ等の出力部43が接続されている。
The polarimeter further includes a
信号処理部41は、本発明における調整手段に対応し、中空モータ15で偏光子14を回動させる回動角度を調整する信号処理を行う。図3は、実施の形態1における信号処理部41が実行する処理の手順を示すフローチャートである。信号処理部41は、第1検出信号及び第2検出信号を所定の第1周波数で交互に取り込むことにより、第1周波数で振動する第1周波数信号を生成する(S11)。一般に、第1検出信号及び第2検出信号は強度が異なるので、第1周波数信号の包絡線は、一定ではなく、第1周波数の1/2の周波数である第2周波数で振動する。信号処理部41は、次に、第1周波数以上の周波数成分をカットするカットフィルタに第1周波数信号を通すフィルタ処理を行うことにより、第1周波数の1/2の第2周波数で振動する第2周波数信号を生成する(S12)。例えば、第1周波数を2hHzとすると、第2周波数はhHzとなる。第2周波数信号は、第1周波数信号の包絡線に相当する。第2周波数信号の強度は、第1検出信号と第2検出信号との強度差の絶対値に対応する。第1検出信号及び第2検出信号の強度が同一である場合に、第2周波数信号の強度は最小となる。
The
信号処理部41は、次に、第2周波数信号の強度を測定し、第2周波数信号の強度は予め記憶してある所定の許容値以下であるか否かを判定する(S13)。信号処理部41は、予め、許容値として、第1検出信号の強度と第2検出信号の強度とがほぼ同一になった場合に得られる第2周波数信号の強度を記憶してある。第2周波数信号の強度が許容値を超過している場合は(S13:NO)、信号処理部41は、第1検出信号の強度が第2検出信号の強度より大きいか否かを判定する(S14)。第1検出信号の強度が第2検出信号の強度より大きい場合は(S14:YES)、信号処理部41は、偏光子14を、第1検出信号の強度が小さくなる方向へ回動させる処理を行う(S15)。
Next, the
ステップS15では、信号処理部41は、モータドライバ42に中空モータ15の回転子を第1検出信号の強度が小さくなる方向へ所定の角度だけ回動させるための制御信号をモータドライバ42へ出力する。モータドライバ42は、制御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、駆動電流に応じた方向に、駆動電流に応じた角度だけ回転子を回動させる。中空モータ15の回転子の回動により、偏光子14が回動し、直線偏光の偏光面が光軸周りに回動する。第1検出信号の強度が小さくなる方向は、図2上で矢印が原点を中心に回動してX軸から遠ざかる方向であり、直線偏光の偏光面が光軸周りに回動して偏光面に平行な方向が検光子21の透過軸に平行な方向から遠ざかる方向である。信号処理部41は、第1検出信号の強度が小さくなるような中空モータ15の回転子の回動方向を予め記憶しており、この回動方向へ偏光子14を回動させるための制御信号を出力する。
In step S15, the
ステップS14で第1検出信号の強度が第2検出信号の強度より小さい場合は(S14:NO)、信号処理部41は、偏光子14を、第2検出信号の強度が小さくなる方向へ回動させる処理を行う(S16)。ステップS16では、信号処理部41は、モータドライバ42に中空モータ15の回転子を第2検出信号の強度が小さくなる方向へ所定の角度だけ回動させるための制御信号をモータドライバ42へ出力する。ステップS15と同様に、直線偏光の偏光面が光軸周りに回動する。第2検出信号の強度が小さくなる方向は、図2上で矢印が原点を中心に回動してY軸から遠ざかる方向であり、直線偏光の偏光面が光軸周りに回動して偏光面に平行な方向が検光子31の透過軸に平行な方向から遠ざかる方向である。信号処理部41は、第2検出信号の強度が小さくなるような中空モータ15の回転子の回動方向を予め記憶しており、この回動方向へ偏光子14を回動させるための制御信号を出力する。即ち、偏光子14はステップS15とは逆方向へ回動する。
When the intensity of the first detection signal is smaller than the intensity of the second detection signal in step S14 (S14: NO), the
ステップS15又はS16が終了した後は、信号処理部41は、処理をステップS11へ戻す。信号処理部41は、第2周波数信号の強度が許容値以下となるまで、ステップS11〜S16の処理を繰り返す。ステップS13で第2周波数信号の強度が許容値以下である場合は(S13:YES)、信号処理部41は、偏光子14を回動させる処理を終了する。第2周波数信号の強度が許容値以下となった状態は、第2周波数信号の強度が最小であり、第1検出信号及び第2検出信号の強度が同一、即ち検出器23及び33での光の検出量が同一になった状態である。処理の終了により、偏光子14の回動は停止し、偏光子14により生成される直線偏光の偏光面は固定される。なお、信号処理部41は、ステップS15又はS16の処理で、偏光子14を同じ角度だけ回動させるのではなく、第1検出信号と第2検出信号との強度差が小さいほど小さくなる角度だけ偏光子14を回動させる処理を行ってもよい。また信号処理部41は、ステップS13で第2周波数信号の強度が最小値となるまでステップS11〜S16を繰り返す処理を行ってもよい。
After step S15 or S16 ends, the
信号処理部41は、サンプルセル16に液体試料が注入される前の段階で、ステップS11〜S16の処理を実行することにより、中空モータ15によって回動される偏光子14の初期位置を定める処理を行う。図4は、実施の形態1において、初期位置にある偏光子14により生成される直線偏光の偏光面と検光子21及び31の透過軸との関係を示す模式図である。直線偏光の偏光面に平行な方向を示す矢印の方向は、X軸とY軸とのなす角を等分割する中間位置を向いている。このとき、xの値とyの値は同一となる。即ち、第1検出信号及び第2検出信号の強度は同一となる。なお、信号処理部41は、偏光子14の初期位置を予め記憶しておき、偏光子14を初期位置へ回動させる処理を行ってもよい。
The
旋光性を有する液体試料がサンプルセル16に注入された場合、サンプルセル16中の液体試料を直線偏光が通過する際に偏光面が回転し、検出器23及び33が検出する光の検出量が変化する。図5は、実施の形態1において、液体試料によって回転した後の直線偏光の偏光面と検光子21及び31の透過軸との関係を示す模式図である。図5中には、中間位置を破線矢印で示している。図5に示すように、サンプルセル16中の液体試料は、直線偏光の偏光面を、中間位置から角度αだけ回転させる。直線偏光の偏光面が回転した角度αが、液体試料の旋光度αである。
When a liquid sample having optical rotation is injected into the
信号処理部41は、サンプルセル16に液体試料が注入された状態で、ステップS11〜S16の処理を実行することにより、第1検出信号及び第2検出信号の強度が同一になる位置まで中空モータ15によって偏光子14を回動させる処理を行う。図6は、第1検出信号及び第2検出信号の強度が同一になる位置まで回動した偏光子14により生成される直線偏光の偏光面と検光子21及び31の透過軸との関係を示す模式図である。図6中には、偏光子14を回動させる前の直線偏光の偏光面を破線矢印で示している。偏光子14は、第1検出信号及び第2検出信号の強度が同一になる位置まで回動することにより、初期位置から角度−αだけ回動する。信号処理部41は、ステップS11〜S16の処理で偏光子14を回動させた角度を積算することにより、初期位置から偏光子14が回動した角度−αを計測する。信号処理部41は、計測した角度−αに−1を乗ずることにより、液体試料の旋光度αを計算し、出力部43に旋光度αの測定結果を出力させる処理を行う。以上の処理により、旋光計は、液体試料の旋光度を測定する。なお、信号処理部41は、更に、旋光度αから液体試料の溶質の比旋光度を計算して出力する処理、又は比旋光度から液体試料の溶質の濃度を計算して出力する処理を行ってもよい。
The
以上詳述した如く、本実施の形態に係る旋光計は、液体試料を通過した後の直線偏光を分岐させ、分岐した直線偏光の夫々を、互いに透過軸の方向が異なる検光子を通過させた後に検出する。更に旋光計は、直線偏光を発生させる偏光子14を中空モータ15で回動させることにより、直線偏光の偏光面を回動させ、直線偏光の検出量が同一になるように回動角度を調整し、回動角度から液体試料の旋光度を求める。検光子21と検光子31とで透過軸の方向を90°異ならせることができるので、直線偏光の偏光面の回転に対する検出器23及び33での検出量の変化が最大となる。このとき、直線偏光の偏光面の回転に対する第1検出信号及び第2検出信号の強度変化が最大となり、直線偏光の偏光面の方向の変化を高精度で検出することができる。このため、本発明では、ファラデーセルを用いて直線偏光の偏光面の振動角度を90°にした場合と同等の精度で旋光度を測定することができる。従って、実際には振動角度を5°程度にしかできないファラデーセルを用いた従来の旋光計に比べて、本実施の形態に係る旋光計は、旋光度の測定精度を向上させることができる。
As described above in detail, the polarimeter according to the present embodiment branches the linearly polarized light after passing through the liquid sample, and passes each of the branched linearly polarized light through analyzers having different transmission axis directions. Detect later. Furthermore, the polarimeter rotates the
また本実施の形態に係る旋光計は、ファラデーセルを用いることなく高精度に旋光度を測定することができる。ビームスプリッタ17等の直線偏光を分岐して夫々に検出するために必要な部品に必要なスペースは、ファラデーセルに必要なスペースよりも小さいので、旋光計を小型化することが可能となる。また、ファラデーセルに供給する交流電流が不必要となるので、旋光計の消費電力を削減することが可能となる。
The polarimeter according to the present embodiment can measure the optical rotation with high accuracy without using a Faraday cell. Since the space necessary for the components necessary for branching and detecting the linearly polarized light such as the
なお、以上の実施の形態においては、信号処理部41は第1検出信号及び第2検出信号を第1周波数で交互に取り込む形態を示したが、これに限るものではなく、旋光計は、信号処理部41で第1検出信号及び第2検出信号を連続的に受け付ける形態であってもよい。図7は、第1検出信号及び第2検出信号を連続的に受け付ける形態の信号処理部41が実行する処理の手順を示すフローチャートである。信号処理部41は、検出器23及び33から第1検出信号及び第2検出信号を受け付け、第1検出信号と第2検出信号との強度差を計算する(S21)。信号処理部41は、次に、計算した強度差の絶対値は予め記憶してある所定の許容値以下であるか否かを判定する(S22)。強度差の絶対値が許容値を超過している場合は(S22:NO)、信号処理部41は、第1検出信号の強度が第2検出信号の強度より大きいか否かを判定する(S23)。第1検出信号の強度が第2検出信号の強度より大きい場合は(S23:YES)、信号処理部41は、偏光子14を、第1検出信号の強度が小さくなる方向へ回動させる処理を行う(S24)。第1検出信号の強度が第2検出信号の強度より小さい場合は(S23:NO)、信号処理部41は、偏光子14を、第2検出信号の強度が小さくなる方向へ回動させる処理を行う(S25)。ステップS24又はS25が終了した後は、信号処理部41は、処理をステップS21へ戻す。ステップS22で強度差の絶対値が許容値以下である場合は(S22:YES)、信号処理部41は、偏光子14を回動させる処理を終了する。なお、信号処理部41は、ステップS22で強度差の絶対値が最小値となるまでステップS21〜S25を繰り返す処理を行ってもよい。信号処理部14が以上の処理を行う形態においても、液体試料の旋光度を高精度に測定することができる。
In the above embodiment, the
また本実施の形態においては、検光子21と検光子31とで透過軸の方向を90°異ならせた形態を示したが、旋光計は、検光子21と検光子31とで透過軸の方向が異なっていれば良く、透過軸の方向の違いは90°以外の角度であってもよい。また本実施の形態においては、検出器23及び33での直線偏光の検出量が同一になるように偏光子14を回動させることによって旋光度を測定する形態を示したが、旋光計は、検出量の比が所定の比となるように偏光子14を回動させる形態であってもよい。例えば、旋光計は、第1検出信号の強度と第2検出信号の強度との比が1:2等の1:1以外の所定の比となるように偏光子14を回動させることによって旋光度を測定する形態であってもよい。この形態においても、旋光計は、液体試料の旋光度を高精度に測定することができる。また本実施の形態においては、偏光子14を中空モータ15で回動させる形態を示したが、旋光計は、歯車等の中空モータ15以外の手段で偏光子14を回動させる形態であってもよい。また旋光計は、液体試料に限らず、個体等の液体以外の状態の試料について旋光度を測定できる形態であってもよい。
In the present embodiment, the
(実施の形態2)
図8は、実施の形態2に係る旋光計の内部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、ハーフミラー55、レンズ56、干渉フィルタ57、サンプルセル58、検光子59、中空モータ60、レンズ61及び検出器62が光路に沿って並んで構成されている。ハーフミラー55は、入射された二つの光路を合流させる光学部品である。旋光計内では、二つの光路がハーフミラー55によって合流するように光路が構成されている。旋光計は、更に、ハーフミラー55によって合流する一方の光路に沿って光源51及び偏光子53が並び、他方の光路に沿って光源52及び偏光子54が並んで構成されている。光源51及び52は、単色の光を発光するLEDである。
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a configuration diagram showing an internal configuration of the polarimeter according to the second embodiment. The arrow in the figure is the optical path, and the polarimeter has a
偏光子53及び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る。偏光子53及び54は、偏光子53を通る光軸と偏光子54を通る光軸との二つの光軸を含む平面に対する偏光子53及び54の透過軸の方向が互いに異なる方向になるように、旋光計内で固定されている。偏光子53及び54の透過軸の方向は、例えば、0.5°〜20°程度異なっている。光源51からの光が偏光子53を通過することによって発生する直線偏光と、光源52からの光が偏光子54を通過することによって発生する直線偏光とは、互いに偏光面の方向が異なっている。互いに偏光面の方向が異なった二つの直線偏光は、ハーフミラー55によって光路が合流する。光源51及び52の輝度、偏光子53及び54の透過率、並びにハーフミラー55の透過率及び反射率は、ハーフミラー55によって光路が合流する二つの直線偏光の明るさが同一になるように調整されている。ハーフミラー55を通過した直線偏光は、レンズ56及び干渉フィルタ57を通過し、サンプルセル58へ入射される。サンプルセル58を通過した直線偏光は、検光子59へ入射される。
The
検光子59は、単一の透過軸を有する偏光板である。検光子59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59を通過する。中空モータ60の回転子には、中空モータ60の開口部を塞ぐ位置に検光子59が固定されている。また中空モータ60は、モータドライバ72に接続されている。中空モータ60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59が回動する。検光子59が回動することにより、検光子59へ入射する直線偏光の偏光面と検光子59の透過軸とが交差する角度が変化し、検光子59を通過できる直線偏光成分が変化する。従って、検光子59の回動により、検光子59を通過する直線偏光の光量が変化する。検光子59を通過した直線偏光は、中空モータ60の中空部分を通り、レンズ61を通過し、検出器62へ入射される。検出器62は、光を検出した場合に、光の検出量を電圧で示す検出信号を出力する。
The
旋光計は、更に、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71を備えている。信号処理部71には、図示しないアンプを介して検出器62が接続されている。検出器62が出力した検出信号は、図示しないアンプで適宜増幅された後、信号処理部71へ入力される。また信号処理部71には、モータドライバ72及び出力部73が接続されている。
The polarimeter further includes a
更に信号処理部71には、光源51及び52を点灯させる点灯回路74が接続されている。点灯回路74は、光源51を点灯させるための点灯電流を所定の周波数で光源51へ供給する。また点灯回路74は、光源51と同一の周波数で逆位相の点灯電流を光源52へ供給する。図9は、点灯電流の例を示す模式図である。点灯電流は、所定の周波数でオンとオフとの状態が交互に繰り返される交流電流である。光源51へ供給する点灯電流と光源52へ供給する点灯電流とは、周波数は同一で互いに逆位相となっている。光源51及び52は、点灯回路74から点灯電流を供給されることにより、点灯電流と同じ周波数で交互に点灯する。なお、図9には、点灯電流の例として矩形波状の電流を示しているが、点灯回路74が光源51及び52へ供給する点灯電流は正弦波状又は三角波状の電流であってもよい。
Further, a
検出器62は、光源51及び偏光子53により生成された直線偏光と、光源52及び偏光子54により生成された直線偏光とを検出する。二つの直線偏光は偏光面が異なるので、一般的に、検光子59を通過する成分の大きさは互いに異なり、検出器62が検出する二つの直線偏光の検出量は互いに異なる。光源51及び52は点灯電流の周波数で交互に点灯するので、検出器62での検出量は点灯電流と同一の周波数で変動し、検出器62が出力する検出信号は点灯電流と同一の周波数で変動する交流信号となる。また中空モータ60により検光子59が回動した場合、検光子59を通過する直線偏光の光量が変化するので、検出信号の振幅が変化する。
The
図10は、実施の形態2において、検光子59へ入射される直線偏光と検光子59の透過軸との関係を示す模式図である。図中の矢印Uの方向は、光源51及び偏光子53により生成された直線偏光の偏光面に平行な方向を示し、矢印Uの長さは直線偏光の強度を示す。また図中の矢印Vの方向は、光源52及び偏光子54により生成された直線偏光の偏光面に平行な方向を示し、矢印Vの長さは直線偏光の強度を示す。また図中の矢印Zの方向は、検光子59の透過軸に平行な方向を示す。光源51及び偏光子53により生成された直線偏光が検光子59を通過して検出器62で検出されたときの検出信号の強度は、矢印Uを矢印Z上に射影したuの値に対応する。光源52及び偏光子54により生成された直線偏光が検光子59を通過して検出器62で検出されたときの検出信号の強度は、矢印Vを矢印Z上に射影したvの値に対応する。また検出信号の振幅は、uの値とvの値との差の絶対値に対応する。中空モータ60により検光子59が回動するに従って、矢印Zの方向は変化する。矢印Zの方向が矢印Uと矢印Vとのなす角を等分割する中間位置を向いた場合に、uの値とvの値とは同一となり、検出信号の振幅はほぼゼロの最小値となる。
FIG. 10 is a schematic diagram showing the relationship between the linearly polarized light incident on the
信号処理部71は、中空モータ60で検光子59を回動させる回動角度を調整する信号処理を行う。図11は、実施の形態2における信号処理部71が実行する処理の手順を示すフローチャートである。信号処理部71は、点灯回路74に所定の周波数で交互に光源51及び52を点灯させ、検出器62からの検出信号を取得する(S31)。信号処理部71は、次に、検出信号の振幅を測定し、検出信号の振幅は予め記憶してある所定の許容値以下であるか否かを判定する(S32)。信号処理部71は、予め、許容値として、検出信号の振幅がゼロになったとみなせる値を記憶してある。
The
図12は、実施の形態2における検出信号の例を示す模式的特性図である。図12の横軸は時間であり、縦軸は検出信号の信号強度である。図12Aは、検光子59の透過軸に平行な方向が、光源52及び偏光子54により生成された直線偏光の偏光面に平行な方向よりも、光源51及び偏光子53により生成された直線偏光の偏光面に平行な方向に近い場合を示す。この場合、光源51及び偏光子53により生成された直線偏光が検光子59を通過する成分は、光源52及び偏光子54により生成された直線偏光よりも強度が大である。このため、検出信号は、図9に示す如き点灯回路74から光源51へ供給する点灯電流と同位相の信号となる。
FIG. 12 is a schematic characteristic diagram illustrating an example of a detection signal in the second embodiment. The horizontal axis in FIG. 12 is time, and the vertical axis is the signal strength of the detection signal. FIG. 12A shows the linearly polarized light generated by the
図12Bは、検光子59の透過軸に平行な方向が、光源51及び偏光子53により生成された直線偏光の偏光面に平行な方向よりも、光源52及び偏光子54により生成された直線偏光の偏光面に平行な方向に近い場合を示す。この場合、光源52及び偏光子54により生成された直線偏光が検光子59を通過する成分は、光源51及び偏光子53により生成された直線偏光よりも強度が大である。このため、検出信号は、点灯回路74から光源51へ供給する点灯電流と逆位相の信号となる。図12Cは、検光子59の透過軸に平行な方向が、二つの直線偏光の偏光面に平行な方向の中間位置にある場合を示す。二つの直線偏光が検光子59を通過する成分の強度は同一であるので、夫々の直線偏光に対応する検出信号の強度は同一となり、検出信号の振幅はゼロとなる。
FIG. 12B shows the linearly polarized light generated by the
ステップS32で検出信号の振幅が許容値を超過している場合は(S32:NO)、信号処理部71は、検出信号と点灯回路74から光源51へ供給する点灯電流とが同位相であるか否かを判定する(S33)。検出信号と点灯回路74から光源51へ供給する点灯電流とが同位相である場合は(S33:YES)、信号処理部71は、検光子59を、光源51への点灯電流と同位相の検出信号の強度が小さくなる方向へ回動させる処理を行う(S34)。
If the amplitude of the detection signal exceeds the allowable value in step S32 (S32: NO), the
ステップS34では、信号処理部71は、モータドライバ72に中空モータ60の回転子を光源51への点灯電流と同位相の検出信号の強度が小さくなる方向へ所定の角度だけ回動させるための制御信号をモータドライバ72へ出力する。モータドライバ72は、制御信号に応じた駆動電流を中空モータ60へ供給し、中空モータ60は、駆動電流に応じた方向に、駆動電流に応じた角度だけ回転子を回動させる。中空モータ60の回転子の回動により、検光子59が回動する。光源51への点灯電流と同位相の検出信号の強度が小さくなる方向は、図10上で矢印Zが原点を中心に回動して矢印Uから遠ざかる方向である。またこの方向は、検光子59の透過軸に平行な方向が、光源51及び偏光子53により生成された直線偏光の偏光面に平行な方向から遠ざかる方向である。信号処理部71は、光源51への点灯電流と同位相の検出信号の強度が小さくなるような中空モータ60の回転子の回動方向を予め記憶しており、この回動方向へ検光子59を回動させるための制御信号を出力する。
In step S34, the
ステップS33で検出信号と点灯回路74から光源51へ供給する点灯電流とが逆位相である場合は(S33:NO)、信号処理部71は、検光子59を、光源51への点灯電流と逆位相の検出信号の強度が小さくなる方向へ回動させる処理を行う(S35)。ステップS35では、信号処理部71は、モータドライバ72に中空モータ60の回転子を光源51への点灯電流と逆位相の検出信号の強度が小さくなる方向へ所定の角度だけ回動させるための制御信号をモータドライバ72へ出力する。ステップS34と同様に、検光子59が回動する。光源51への点灯電流と逆位相の検出信号の強度が小さくなる方向は、図10上で矢印Zが原点を中心に回動して矢印Vから遠ざかる方向である。またこの方向は、検光子59の透過軸に平行な方向が、光源52及び偏光子54により生成された直線偏光の偏光面に平行な方向から遠ざかる方向である。信号処理部71は、光源51への点灯電流と逆位相の検出信号の強度が小さくなるような中空モータ60の回転子の回動方向を予め記憶しており、この回動方向へ検光子59を回動させるための制御信号を出力する。即ち、検光子59はステップS34とは逆方向へ回動する。
When the detection signal and the lighting current supplied from the
ステップS34又はS35が終了した後は、信号処理部71は、処理をステップS31へ戻す。信号処理部71は、検出信号の振幅が許容値以下となるまで、ステップS31〜S35の処理を繰り返す。ステップS32で検出信号の振幅が許容値以下である場合は(S32:YES)、信号処理部71は、検光子59を回動させる処理を終了する。検出信号の振幅が許容値以下となった状態は、検出信号の振幅がほぼゼロの最小値になった状態である。処理の終了により、検光子59の回動は停止し、検光子59の透過軸は固定される。なお、信号処理部71は、ステップS34又はS35の処理で、検光子59を同じ角度だけ回動させるのではなく、検出信号の振幅が小さいほど小さくなる角度だけ検光子59を回動させる処理を行ってもよい。また信号処理部71は、ステップS32で検出信号の振幅が最小値となるまでステップS31〜S35を繰り返す処理を行ってもよい。
After step S34 or S35 is completed, the
信号処理部71は、サンプルセル58に液体試料が注入される前の段階で、ステップS31〜S35の処理を実行することにより、中空モータ60によって回動される検光子59の初期位置を定める処理を行う。図13は、実施の形態2において、検光子59へ入射される直線偏光と初期位置にある検光子59の透過軸との関係を示す模式図である。検光子59の透過軸に平行な方向を示す矢印Zの方向は、矢印Uと矢印Vとのなす角を等分割する中間位置を向いている。なお、信号処理部71は、検光子59の初期位置を予め記憶しておき、検光子59を初期位置へ回動させる処理を行ってもよい。
The
旋光性を有する液体試料がサンプルセル58に注入された場合、サンプルセル58中の液体試料を直線偏光が通過する際に偏光面が回転し、検光子59を通過する直線偏光の光量が変化し、検出器62が検出する光の検出量が変化する。図14は、実施の形態2において、液体試料によって回転した後の直線偏光の偏光面と検光子59の透過軸との関係を示す模式図である。図14中には、直線偏光の回転前の偏光面に平行な方向を破線矢印で示している。図14に矢印U及び矢印Vの回動で示すように、検光子59へ入射される二つの直線偏光の偏光面は、サンプルセル58中の液体試料により角度αだけ回転させる。直線偏光の偏光面が回転した角度αが、液体試料の旋光度αである。
When a liquid sample having optical rotation is injected into the
信号処理部71は、サンプルセル58に液体試料が注入された状態で、ステップS31〜S35の処理を実行することにより、検出信号の振幅が最小になる位置まで中空モータ60によって検光子59を回動させる処理を行う。図15は、実施の形態2において、二つの直線偏光の偏光面と検出信号の振幅が最小になる位置まで回動した検光子59の透過軸との関係を示す模式図である。図15中には、初期位置にある検光子59の透過軸に平行な方向を破線矢印で示している。検光子59は、検出信号の振幅が最小になる位置まで回動することにより、初期位置から角度αだけ回動する。信号処理部41は、ステップS31〜S35の処理で検光子59を回動させた角度を積算することにより、初期位置から検光子59が回動した角度α、即ち液体試料の旋光度αを計測する。信号処理部71は、出力部73に旋光度αの測定結果を出力させる処理を行う。以上の処理により、旋光計は、液体試料の旋光度を測定する。
The
以上詳述した如く、本実施の形態に係る旋光計は、互いに偏光面の方向が異なる二つの直線偏光を生成し、液体試料及び検光子59を通過した二つの直線偏光を交互に検出する。更に旋光計は、検光子59を中空モータ60で回動させ、交互に変種津する二つの直線偏光の検出量が同一になるように回動角度を調整し、回動角度から液体試料の旋光度を求める。本実施の形態においても、旋光計は、ファラデーセルを用いることなく高精度に旋光度を測定することができる。ハーフミラー55等の二つの直線偏光を生成するために必要な部品に必要なスペースは、ファラデーセルに必要なスペースよりも小さいので、旋光計を小型化することが可能となる。また、ファラデーセルに供給する交流電流が不必要となるので、旋光計の消費電力を削減することが可能となる。
As described in detail above, the polarimeter according to the present embodiment generates two linearly polarized lights having different directions of polarization planes, and alternately detects the two linearly polarized lights that have passed through the liquid sample and the
(実施の形態3)
図16は、実施の形態3に係る旋光計の内部構成を示す構成図である。旋光計は、光軸に交差する方向に並んだ光源51及び52、干渉フィルタ57、レンズ56、光軸に交差する方向に並んだ偏光子53及び54、サンプルセル58、検光子59、中空モータ60、レンズ63並びに検出器62が光軸に沿って並んで構成されている。図16中の矢印は光路を示している。偏光子53は、光源51からの光が通過する位置に配置されており、また偏光子54は、光源52からの光が通過する位置に配置されている。また偏光子53及び54は、偏光子53を通る光軸と偏光子54を通る光軸との二つの光軸を含む平面に対する偏光子53及び54の透過軸の方向が互いに異なる方向になるように、旋光計内で固定されている。
(Embodiment 3)
FIG. 16 is a configuration diagram showing an internal configuration of the polarimeter according to the third embodiment. The polarimeter includes
光源51からの光は、干渉フィルタ57及びレンズ56を通過し、偏光子53を通過することによって、直線偏光となる。また光源52からの光は、干渉フィルタ57及びレンズ56を通過し、偏光子54を通過することによって、直線偏光となる。生成した二つの直線偏光は、偏光面の方向が互いに異なっている。二つの直線偏光は、サンプルセル58へ入射され、サンプルセル58を通過した直線偏光は、検光子59へ入射される。二つの直線偏光の光路は、光源から偏光子までの光路を含めて並行している。
The light from the
実施の形態2と同様に、検光子59は、中空モータ60の回転子に固定されており、中空モータ60によって回動する。中空モータ60は、モータドライバ72に接続されている。検光子59の回動により、検光子59を通過する直線偏光の光量が変化する。検光子59を通過した二つの直線偏光は、中空モータ60の中空部分を通り、レンズ63で集光され、共に検出器62へ入射される。検出器62は、光を検出した場合に、光の検出量を電圧で示す検出信号を出力する。
Similar to the second embodiment, the
旋光計は、信号処理部71を備えており、信号処理部71には、図示しないアンプを介して検出器62が接続されている。また信号処理部71には、モータドライバ72及び出力部73が接続されている。更に信号処理部71には、光源51及び52を点灯させる点灯回路74が接続されている。
The polarimeter includes a
本実施の形態に係る旋光計は、実施の形態2に係る旋光計と同様の処理を実行することにより、液体試料の旋光度を測定する。従って、本実施の形態においても、旋光計は、ファラデーセルを用いることなく高精度に旋光度を測定することができる。 The polarimeter according to the present embodiment measures the optical rotation of the liquid sample by executing the same processing as the polarimeter according to the second embodiment. Therefore, also in this embodiment, the polarimeter can measure the optical rotation with high accuracy without using a Faraday cell.
(実施の形態4)
図17は、実施の形態4に係る旋光計の内部構成を示す構成図である。旋光計は、光源64、干渉フィルタ57、遮光板65、レンズ56、光軸に交差する方向に並んだ偏光子53及び54、サンプルセル58、検光子59、中空モータ60、レンズ63並びに検出器62が光軸に沿って並んで構成されている。図17中の矢印は光路を示している。
(Embodiment 4)
FIG. 17 is a configuration diagram showing an internal configuration of the polarimeter according to the fourth embodiment. The polarimeter includes a
遮光板65は、光源64から放射された光束の一部を通過させ、その他の部分を遮光する形状に構成されている。遮光板65の形状は、光束の内で遮光板65を通過する部分が連続しており、遮光板65を通過する部分の形状が光軸に対して非対称であり、しかも遮光板65を通過する部分の割合が半分以下となるように形成されている。また遮光板65は、回転軸に直結されたモータによって光軸を中心にして回転する構成となっている。遮光板65は、遮光板ドライバ75に接続されており、遮光板ドライバ75から駆動電流を供給されて回転する。遮光板65が回転することにより、光源64から放射された光束の内で遮光板65を通過する部分の位置は、光軸周りに移動することとなる。図17中には、遮光板65で遮光された光路を破線矢印で示している。
The
偏光子53及び54は、遮光板65及びレンズ56を通過した光が入射する位置に配置されている。また偏光子53及び54は、偏光子53を通る光軸と偏光子54を通る光軸との二つの光軸を含む平面に対する偏光子53及び54の透過軸の方向が互いに異なる方向になるように、旋光計内で固定されている。このため、偏光子53及び54を光が通過することにより、偏光面の方向が互いに異なる二つの直線偏光が生成される。遮光板65の回転により、光束の内で遮光板65を通過する部分の位置が光軸周りに移動するので、偏光子53及び54の夫々に入射する光の量は変化する。従って、二つの直線偏光の光量の比は、遮光板65の回転に応じて変化する。
The
実施の形態3と同様に、検光子59は、中空モータ60の回転子に固定されており、中空モータ60によって回動する。中空モータ60は、モータドライバ72に接続されている。検光子59の回動により、検光子59を通過する直線偏光の光量が変化する。検光子59を通過した二つの直線偏光は、中空モータ60の中空部分を通り、レンズ63で集光され、共に検出器62へ入射される。検出器62は、光を検出した場合に、光の検出量を電圧で示す検出信号を出力する。
Similar to the third embodiment, the
旋光計は、信号処理部71を備えており、信号処理部71には、図示しないアンプを介して検出器62が接続されている。また信号処理部71には、遮光板ドライバ75、モータドライバ72及び出力部73が接続されている。更に信号処理部71には、光源64を点灯させる点灯回路74が接続されている。
The polarimeter includes a
点灯回路74は、点灯電流を連続的に光源64へ供給することにより、光源64を連続的に点灯させる処理を行う。遮光板ドライバ75は、所定の周波数で遮光板65を回転させる。これにより、偏光子53及び54で生成する二つの直線偏光の光量の比は遮光板65の回転の周波数で変動し、検光子59を通過する直線偏光の光量は同一の周波数で変動する。
The
図18は、実施の形態4における検出信号の例を示す模式的特性図である。図18の横軸は時間であり、縦軸は検出信号の信号強度である。図18Aは、検光子59の透過軸に平行な方向が、偏光子54により生成された直線偏光の偏光面に平行な方向よりも、偏光子53により生成された直線偏光の偏光面に平行な方向に近い場合を示す。この場合、偏光子53により生成された直線偏光が検光子59を通過する成分は、偏光子54により生成された直線偏光よりも強度が大である。このため、遮光板65を通過して偏光子53を通過する光量が偏光子54を通過する光量よりも大きいときに検出信号の強度が大きくなり、偏光子53を通過する光量よりも偏光子54を通過する光量の方が大きいときに検出信号の強度が小さくなる。従って、検出信号は、遮光板65の回転と同一の周波数で振動する交流信号となる。
FIG. 18 is a schematic characteristic diagram showing an example of a detection signal in the fourth embodiment. The horizontal axis in FIG. 18 is time, and the vertical axis is the signal intensity of the detection signal. FIG. 18A shows that the direction parallel to the transmission axis of the
図18Bは、検光子59の透過軸に平行な方向が、偏光子53により生成された直線偏光の偏光面に平行な方向よりも、偏光子54により生成された直線偏光の偏光面に平行な方向に近い場合を示す。この場合、偏光子54により生成された直線偏光が検光子59を通過する成分は、偏光子53により生成された直線偏光よりも強度が大である。このため、偏光子53を通過する光量が偏光子54を通過する光量よりも大きいときに検出信号の強度が小さくなり、偏光子53を通過する光量よりも偏光子54を通過する光量の方が大きいときに検出信号の強度が大きくなる。従って、検出信号は、遮光板65の回転と同一の周波数で振動し、しかも図18Aに示す場合とは逆位相の交流信号となる。
FIG. 18B shows that the direction parallel to the transmission axis of the
図18Cは、検光子59の透過軸に平行な方向が、二つの直線偏光の偏光面に平行な方向の中間位置にある場合を示す。二つの直線偏光が検光子59を通過する成分の強度は同一であるので、遮光板65の回転によって二つの直線偏光の光量の比が変動したとしても、検光子59を通過する合計の光量は同一である。従って、検出信号の強度は一定となり、検出信号の振幅はゼロとなる。
FIG. 18C shows a case where the direction parallel to the transmission axis of the
本実施の形態に係る旋光計は、実施の形態2と同様に、サンプルセル58に液体試料が注入される前の段階で検光子59の初期位置を定め、液体試料がサンプルセル58に注入された状態で信号処理部71がステップS31〜S35の処理を実行することにより、液体試料の旋光度を測定する。本実施の形態においては、ステップS33で、信号処理部71は、遮光板65の回転と同一の周波数で振動する所定の基準信号と検出信号とを比較し、検出信号と基準信号とが同位相であるか否かを判定する処理を行う。
As in the second embodiment, the polarimeter according to the present embodiment determines the initial position of the
以上のように、本実施の形態に係る旋光計は、実施の形態2に係る旋光計と同様の処理を実行することにより、液体試料の旋光度を測定する。従って、本実施の形態においても、旋光計は、ファラデーセルを用いることなく高精度に旋光度を測定することができる。 As described above, the polarimeter according to the present embodiment measures the optical rotation of the liquid sample by executing the same process as the polarimeter according to the second embodiment. Therefore, also in this embodiment, the polarimeter can measure the optical rotation with high accuracy without using a Faraday cell.
なお、以上の実施の形態2〜4においては、検光子59を中空モータ60で回動させる形態を示したが、旋光計は、歯車等の中空モータ60以外の手段で偏光子14を回動させる形態であってもよい。また実施の形態2〜4に係る旋光計は、液体試料に限らず、固体等の液体以外の状態の試料について旋光度を測定できる形態であってもよい。
In the second to fourth embodiments, the
11、51、52、64 光源
14、53、54 偏光子
15、60 中空モータ
16、58 サンプルセル
17 ビームスプリッタ
21 検光子(第1検光子)
23 検出器(第1検出器)
31 検光子(第2検光子)
33 検出器(第2検出器)
41、71 信号処理部(調整手段)
55 ハーフミラー
59 検光子
62 検出器
65 遮光板
74 点灯回路
11, 51, 52, 64
23 Detector (first detector)
31 Analyzer (second analyzer)
33 Detector (second detector)
41, 71 Signal processor (adjustment means)
55
Claims (4)
試料を通過した後の直線偏光を分岐させる光学部品と、
分岐した一方の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通過させる第1検光子と、
該第1検光子を通過した光を検出する第1検出器と、
透過軸の方向が前記第1検光子と異なっており、分岐した他方の直線偏光が入射される第2検光子と、
該第2検光子を通過した光を検出する第2検出器と、
前記偏光子を回動させることによって、試料へ入射する前の直線偏光の偏光面を回動させる回動手段と、
前記第1検出器及び前記第2検出器での光の検出量の比が所定の比となるように、前記回動手段により前記偏光面を回動させる回動角度を調整する調整手段と、
該調整手段が調整した前記回動角度に基づいて、試料の旋光度を求める手段と
を備えることを特徴とする旋光計。 In a polarimeter that includes a polarizer that generates linearly polarized light, enters the generated linearly polarized light into the sample, and measures the optical rotation of the sample corresponding to the angle of rotation of the polarization plane of the linearly polarized light that passes through the sample.
Optical components that split linearly polarized light after passing through the sample;
A first analyzer that receives one of the branched linearly polarized light and passes a linearly polarized light component parallel to a specific transmission axis;
A first detector for detecting light that has passed through the first analyzer;
A second analyzer in which the direction of the transmission axis is different from that of the first analyzer and the other branched linearly polarized light is incident;
A second detector for detecting light that has passed through the second analyzer;
Rotating means for rotating the polarization plane of linearly polarized light before entering the sample by rotating the polarizer,
Adjusting means for adjusting a turning angle for turning the polarization plane by the turning means, so that a ratio of light detection amounts at the first detector and the second detector becomes a predetermined ratio;
And a means for determining the optical rotation of the sample based on the rotation angle adjusted by the adjusting means.
を特徴とする請求項1に記載の旋光計。 The adjusting means is configured to adjust the rotation angle so that the detected amounts of light at the first detector and the second detector are the same. The polarimeter described.
前記調整手段は、
前記第1検出器及び前記第2検出器から出力された信号を、第1周波数で交互に取り込むことにより、前記第1周波数で振動する第1周波数信号を生成する手段と、
生成した前記第1周波数信号から、前記第1周波数の1/2の第2周波数で振動する第2周波数信号を抽出する手段と、
抽出した前記第2周波数信号の大きさが最小になるように前記回動角度を調整する手段と
を有することを特徴とする請求項2に記載の旋光計。 The first detector and the second detector are configured to output a signal corresponding to a detected amount of light,
The adjusting means includes
Means for alternately generating signals output from the first detector and the second detector at a first frequency to generate a first frequency signal that vibrates at the first frequency;
Means for extracting from the generated first frequency signal a second frequency signal that vibrates at a second frequency that is ½ of the first frequency;
The polarimeter according to claim 2, further comprising means for adjusting the rotation angle so that the magnitude of the extracted second frequency signal is minimized.
を特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の旋光計。 The polarimeter according to any one of claims 1 to 3, wherein directions of transmission axes of the first analyzer and the second analyzer are different from each other by 90 °.
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