JP3185573B2 - 分光光度計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダブルモノクロ形の分
光光度計に関し、更に詳しくは、ダブルモノクロ形分光
光度計における波長走査機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２に、従来のダブルモノクロ形分光光
度計における波長走査機構の一例を示す。この波長走査
機構は、回折格子１２を有する前置分光器と回折格子１
４を有する主分光器とを備え、前置分光器の回折格子１
２の入射側に入口スリット１３が、出射側に出口スリッ
ト１８（これは主分光器の入口スリットでもある）がそ
れぞれ配置され、主分光器の出射側に出口スリット１７
が配置されている。光源（図示せず）からの光は、スリ
ット１３を通過した後、まず前置分光器の回折格子１２
に入射する。入射した光は回折格子１２によって分散
し、分散した光のうち所定波長の単色光のみがスリット
１８を通過する。スリット１８の前方には主鏡１６が配
置されており、スリット１８を通過した単色光は主鏡１
６で反射した後、主分光器の回折格子１４に入射する。
後述のように、主分光器の回折格子１４は前置分光器の
回折格子１２と連動しており、これにより、前置分光器
の出口スリット１８から出射される単色光と同一波長の
単色光が主分光器の回折格子１４から出射して主鏡１６
で反射した後、出口スリット１７を通過する。この出口
スリット１７を通過した単色光が本波長走査機構の出力
光であり、試料に投射される。本波長走査機構の出力光
の波長は、前置分光器の回折格子１２と主分光器の回折
格子１４とが連動して回転することによって変化し、こ
れにより波長走査が行なわれる。この波長走査のための
駆動機構は、１本の送りネジと２本のサインバーを基本
要素とし、前置分光器と主分光器とを平行リンクで接続
した構成となっている（以下、この構成を「送りネジ・
サインバー方式」という）。以下、この送りネジ・サイ
ンバー方式について説明する。

【０００３】駆動源であるステッピングモータ５１にカ
ップリング５２を介して送りネジ５３が取り付けられて
いる。送りネジ５３にはナット５５が螺合しており、こ
れにより、ステッピングモータ５１の回転が直進運動に
変換される。直進運動するナット５５には当たり板５４
と５６が取り付けられている。当たり板５４には前置分
光器用のサインバー５８が、当たり板５６には主分光器
用の当たり板５６が、それぞれ当接し、バネ（図示せ
ず）によってそれぞれの当たり板５４、５５に押圧され
ている。これにより、送りネジ５３の回転によるナット
５５の直進運動に応じてサインバー５７が回転し、これ
に伴って主分光器の回折格子１４が回転する。また、ナ
ット５５の直進運動に応じてサインバー５８も回転し、
その回転は、中間回転中心５９及び棒状部材６０、６
１、６２を連結して構成された平行リンクによって前置
分光器の回折格子１２の回転となる。以上により、前置
分光器の回折格子１２と主分光器の回折格子１４とが連
動して回転し、波長走査が行なわれる。このような送り
ネジ・サインバー方式は、サインバー５７及び５８の長
さを調整することにより、波長走査の範囲全体にわたっ
て前置分光器の回折格子１２と主分光器の回折格子１４
とが常に同一波長の方向を向く（それぞれの分光器の回
折格子が、それぞれの分光器の出口スリットから出射さ
れる光の波長が同一となるような方向を向く）という特
長を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の送りネ
ジ・サインバー方式は多くの部品を必要とし、特に、前
置分光器の回折格子１２を滑らかに回転させるための高
剛性かつ高精度の平行リンク機構を実現するために、多
数の部品が必要となる。また、前置分光器と主分光器と
の連動動作につき必要な精度を確保するためには、駆動
源であるモータの制御では対応することができず、２本
のサインバー５７、５８を厳密に調整しなければならな
い。この結果、調整作業が煩雑なものとなる。

【０００５】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、部品数
の少ない簡単な駆動機構で煩雑な調整を必要とすること
なく波長走査を行なうことができるダブルモノクロ形の
分光光度計を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明では、減分散形の分散関係を有する前
置分光器と主分光器とを用いたダブルモノクロ形の分光
光度計において、 ａ）第１駆動源と第１減速機構とから構成され、第１の
制御信号に基づいて前置分光器の分散素子を回転させる
第１駆動手段と、 ｂ）第１駆動手段とは機械的に独立した駆動手段であっ
て、第２駆動源と前記第１減速機構よりも高い精度及び
／又は再現性を有する第２減速機構とから構成され、第
２の制御信号に基づいて前記前置分光器と相違する分散
特性を有する主分光器の分散素子を回転させる第２駆動
手段と、 ｃ）主分光器における分散素子の回転角と該分散素子か
らの出射光の波長との関係の非線形性を考慮し、かつ第
２減速機構の精度及び／又は再現性と減速比とに応じて
第２駆動手段に第２の制御信号を供給するとともに、前
置分光器における分散素子の回転角と該分散素子からの
出射光の波長との関係、並びに、互いに相違する第１減
速機構の減速比及び第２減速機構の減速比を考慮して決
まる第１駆動源と第２駆動源との回転量比に応じて第１
駆動手段に第１の制御信号を供給することにより、第１
駆動手段と第２駆動手段とを連動させる制御手段と、を
備えた構成としている。

【０００７】

【作用】このような構成によれば、制御手段から、第１
駆動手段に第１の制御信号が、第２駆動手段に第２の制
御信号が、それぞれ供給される。第１駆動手段では、第
１の制御信号に基づいて第１駆動源が回転し、この回転
が第１減速機構で減速された後、前置分光器の分散素子
に伝達される。第２駆動手段では、第２の制御信号に基
づいて第２駆動源が回転し、この回転が第２減速機構で
減速された後、主分光器の分散素子に伝達される。この
ようにして分散素子が駆動されると、前置分光器及び主
分光器において、第１、第２駆動源の回転量と分散素子
から出射される波長との関係が非線形となり、また、第
１、第２駆動源の単位回転量当たりの出射波長の変化量
はそれぞれの駆動手段の減速比によって異なる。そこで
制御手段は、主分光器における分散素子の回転角と該分
散素子からの出射光の波長との関係の非線形性を考慮
し、かつ第２減速機構の精度及び／又は再現性と減速比
とに応じて第２駆動手段に第２の制御信号を供給すると
ともに、前置分光器における分散素子の回転角と該分散
素子からの出射光の波長との関係、並びに、互いに相違
する第１減速機構の減速比及び第２減速機構の減速比を
考慮して決まる第１駆動源と第２駆動源との回転量比に
応じて、第１駆動手段に第１の制御信号を供給する。こ
のような制御信号に基づいて、機械的には独立している
第１駆動手段と第２駆動手段とが連動し、その結果、前
置分光器の分散素子と主分光器の分散素子も連動するこ
とにより、減分散形のダブルモノクロメータとしての動
作が行なわれて波長走査が実現される。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例であるダブルモノ
クロ形の分光光度計における波長走査機構の構成を示し
ている。図１（ａ）は本実施例の波長走査機構における
光学系を示す平面図、図１（ｂ）は本実施例の波長走査
機構の構成を機構系を中心に示す斜視図であり、本実施
例の波長走査機構の構成要素のうち図２の従来例におけ
る構成要素と対応するものについては同一の符号が付さ
れている。

【０００９】図１（ａ）に示すように本実施例の波長走
査機構は、前置分光器として凹面鏡２０と凹面回折格子
１２を組み合わせたモンクギリーソン形分光器を、主分
光器として２枚の凹面鏡１６ａ、１６ｂと平面回折格子
１４を組み合わせたツェルニターナ形分光器を、それぞ
れ備えている。また、前置分光器の回折格子１２の入射
側に入口スリット１３、出射側に出口スリット１８（こ
れは主分光器の入口スリットでもある）がそれぞれ配置
され、主分光器の出射側に出口スリット１７が配置され
ている。光源部１９からの光は、その一部がスリット１
３を通過して凹面鏡２０で反射した後、前置分光器の回
折格子１２に入射する。入射した光は回折格子１２によ
って分散し、分散した光のうち所定波長の単色光がスリ
ット１８を通過して凹面鏡１６ａで反射した後、主分光
器の回折格子１４に入射する。後述のように、主分光器
の回折格子１４は前置分光器の回折格子１２と連動して
おり、これにより、前置分光器の出口スリット１８から
出射する光と同一波長の光が主分光器の回折格子１４か
ら出射してスリット１７を通過する。このスリット１７
を通過する光（単色光）が本波長走査機構の出力光（以
下「出射光線束」という）である。

【００１０】図１（ｂ）に示すように、本実施例の波長
走査機構は、回折格子を回転させるための駆動手段とし
て、前置分光器の回折格子１２を回転させる第１駆動部
２１と、主分光器の回折格子１４を回転させる第２駆動
部２２とを備えている。これらの二つの駆動部２１、２
２は機械的に独立しており、いずれも減速機とステッピ
ングモータを組み合わせた構成となっている。また、本
実施例の波長走査機構はマイクロコンピュータを用いて
構成された制御部２３を備え、制御部２３から第１駆動
部２１及び第２駆動部２２に第１制御信号Ｓc1及び第２
制御信号Ｓc2がそれぞれ供給される。第１駆動部２１及
び第２駆動部２２は、それぞれ第１制御信号Ｓc1及び第
２制御信号Ｓc2に基づいて動作し、これにより回折格子
１２及び１３が連動する。このような連動動作により、
出射光線束の波長が順次変化し、波長走査が実現され
る。

【００１１】ダブルモノクロ形分光光度計における波長
走査機構は、前置分光器と主分光器の分散の関係によっ
て「加分散形」と「減分散形」の２種類に分類される。
加分散形は、二つの分光器の分散の相乗効果によって出
射光線束の波長純度を高めるものであり、迷光も低減す
ることができる。一方、減分散形は、前置分光器によっ
て主分光器に入射する光線束における余分な成分（迷
光）を低下させることによる分光器全体の低迷光化を目
的とするものであり、減分散形における前置分光器は分
光器全体の分散には寄与しない。本発明は、加分散形と
減分散形のいずれに対しても適用可能であるが、減分散
形に適用すると特に効果的である。以下では、本実施例
における波長走査機構は減分散形であるとして説明す
る。

【００１２】［１］モータの回転角と回折格子からの出
射光の波長との関係 回折格子の回転角と回折格子からの出射光の波長（回折
格子の出射側のスリットを通過する光束の波長）との関
係は非線形である。そして図１（ｂ）に示したように、
本実施例の波長走査機構では、前置分光器及び主分光器
における回折格子は、いずれも、減速機とモータから成
る駆動部２１、２２の出力軸に直接取り付けられてお
り、図２に示した従来例とは異なり、サインバーが使用
されていない。このため、回折格子を回転させるモータ
の回転角と回折格子からの出射光の波長との関係が非線
形となる。しかし、本実施例ではマイクロコンピュータ
を用いて構成された制御部２３が第１駆動部２１及び第
２駆動部２２の駆動源であるステッピングモータを制御
することにより、この非線形性を考慮して回折格子１２
及び１４の回転角を制御することができる。したがっ
て、送りネジ・サインバー方式に基づく従来例に比べ、
より簡単な機構によって波長走査を行なうことが可能と
なる。

【００１３】［２］前置分光器と主分光器の間での分散
の相違 ダブルモノクロ形分光光度計では、一般に前置分光器と
主分光器の間で分散が相違するため、回折格子の回転角
と出射光の波長との間の上記非線形性は、前置分光器と
主分光器とで異なる。したがって、モータと減速機から
成る駆動手段を一つだけ設け、機械リンクによって両分
光器の回折格子を連動させるという従来の構成は、機構
が極めて複雑なものとなり、ほとんど実現不可能であ
る。しかし、本実施例では、前置分光器に対しては第１
駆動部２１、主分光器に対しては第２駆動部２２という
ように独立の駆動手段が二つ設けられており、これら第
１駆動部２１及び第２駆動部２２のステッピングモータ
を制御部２３で制御している。これにより、前置分光器
の回折格子１２と主分光器の回折格子１４とを上記非線
形性を考慮して連動させることができる。

【００１４】［３］独立した二つの駆動手段を用いるこ
とによるコスト上昇 上記のように本実施例では第１駆動部２１及び第２駆動
部２２という二つの駆動手段を用いているため、高価な
高精度減速機を二つ必要とし、コスト的に不利であると
考えられる。

【００１５】しかし、本実施例の波長走査機構は、減分
散形であって前置分光器は分光器全体の分散には寄与し
ないため、分光器全体の波長精度すなわち出射光線束の
波長精度は、主分光器の波長精度のみによって決まる。
ただし、前置分光器の波長精度・再現性は主分光器に入
射する光束の強度には影響を与える。しかし、主分光器
の出射側の光学系をダブルビーム光学系とすることによ
り、前置分光器の波長精度を光源変動と同様に補償する
ことができる。これにより、前置分光器の波長精度が低
くても、波長走査機構の出射光線束については高い波長
精度を実現することができる。

【００１６】以上より、前置分光器の駆動手段である第
１駆動部２１の減速機には、第２駆動部２２の減速機ほ
どの高い精度及び再現性を必要とせず、波長送りの分解
能（ステッピングモータの１ステップ当たりの回折格子
の回転角）が十分小さければよい。例えば、高い減速比
のギアヘッド付きモータに出力軸のバックラッシュを除
去する機構を付加したもの等を第１駆動部２１として使
用することができる。これにより、独立した二つの駆動
手段を用いることによるコスト上昇を抑えることができ
る。

【００１７】［４］前置分光器と主分光器を連動させる
ための制御 ダブルモノクロ形の分光光度計における波長走査機構で
は、前置分光器の出口スリットからの出射光束の波長と
主分光器の出口スリットからの出射光束の波長とが同一
となるように、両分光器の回折格子１２と１４を連動さ
せなければならない。

【００１８】（１）第１の方法 前置分光器の回折格子１２と主分光器の回折格子１４を
上記のように連動させるために、両分光器に対する駆動
手段である第１駆動部２１及び第２駆動部２２におい
て、減速機の速度比を、それぞれのステッピングモータ
の１ステップ当たりの波長送り量が同一となるように設
定するという方法が考えられる。この方法を採用した場
合、制御部２３は、第１駆動部２１のステッピングモー
タと第２駆動部２２のステッピングモータとが完全に同
期して回転するように第１制御信号Ｓc1及び第２制御信
号Ｓc2を供給すればよい。

【００１９】（２）第２の方法 減分散形である本実施例の波長走査機構では、前述のよ
うに第１駆動部２１の減速機の性能（精度・再現性）を
第２駆動部２２の減速機と必ずしも同一にする必要はな
い。しかし、コストを重視して両駆動部２１、２２の減
速機として性能の異なるものを選定すると、前置分光器
と主分光器とでステッピングモータの１ステップ当たり
の波長送り量を同一にするという上記条件を満たすこと
ができない場合がある。

【００２０】この場合、まず、両分光器の分散と選定さ
れた減速機を考慮して、同一の波長送り量に対する前置
分光器のステッピングモータの回転量と主分光器のステ
ッピングモータの回転量との比を決定しておく。そして
制御部２３は、決定された回転量の比に応じて両分光器
のステッピングモータにパルスを供給する。このように
した場合、分散には波長依存性があること、及び減速機
の速度比を無段階かつ自由に選定することができないこ
と等により、両分光器の出口スリットから出射される波
長を全波長領域において厳密に合わせることはできな
い。しかし、減分散形である本実施例の波長走査機構で
は、分光器全体の波長精度を決定するのは主分光器の精
度であり、前置分光器の精度に対する要求は厳しくはな
いため、この波長依存性を無視しても差し支えない。す
なわち、選定された減速機の下で、主分光器と前置分光
器との１ステップ当たりの波長送り量の比が例えば平均
２：１である場合には、この比の波長依存性を無視し
て、常に、主分光器のステッピングモータへの１パルス
の入力に対し前置分光器のステッピングモータへ２パル
ス入力するようにすればよい。制御部２３が第１駆動部
２１及び第２駆動部２２に対してこのような制御を行な
っても、通常の分光光度計としては実用上十分な測定精
度を得ることができる。

【００２１】［５］波長送り量の調整 本実施例の波長走査機構のようにモータに直結された減
速機によって回折格子を直接駆動する方式の場合には、
波長走査におけるモータの回転量自体を予め校正してお
くことにより、波長送り量を調整して所定の波長精度を
実現するという方法が知られている。しかし、機械リン
クを用い、一つのモータによって二つの分光器を駆動す
るという従来の方式では、二つの分光器に対して独立に
校正することはできなかった。これに対し、本実施例の
波長走査機構では、主分光器と前置分光器のそれぞれに
対して独立した駆動手段が設けられているため、両分光
器のそれぞれに対して上記の校正が可能である。この校
正により、主分光器と前置分光器との間での波長の一致
度を高め、分光器全体の光の利用率を向上させることが
できる。

【００２２】上記実施例では、前置分光器及び主分光器
の分散素子としていずれも回折格子が使用されている
が、分散素子としてプリズムを使用してもよく、本発明
は、二つの分散素子を回転させることによって波長走査
を行なうダブルモノクロ形分光光度計の全てに適用する
ことができる。

【００２３】また、上記実施例の分光光度計によれば、
従来の方式では不可能であった以下ような測定も可能と
なる。すなわち、主分光器と前置分光器とで駆動手段が
独立していることを利用して、前置分光器の出口スリッ
トから常に０次光が出射するように前置分光器の回折格
子の向きを固定し、主分光器の回折格子のみを駆動する
ことにより波長走査を行なう。このとき、０次光でも十
分なエネルギが得られるように予め前置分光器のブレー
ズ波長を設定しておく。このようにすると、分光器全体
としてはシングルモノクロメータと同等の動作をし、迷
光量は増加するが、分光光度計としての測定光量が増加
するため、測定におけるノイズを相対的に低減すること
ができるという利点がある。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、前
置分光器と主分光器のそれぞれに対して、駆動源と減速
機構から構成される独立した駆動手段が設けられ、機械
リンク機構やサインバー機構を用いることなく、制御手
段によって二つの駆動手段が連動して波長走査が行なわ
れる。このため、波長走査機構の実現に必要な部品数が
少なくなる。これにより、装置全体の小型化を図り、信
頼性を向上させることができる。また、従来のようにサ
インバーの長さを調整するのではなく、駆動源の回転量
自体を調整することによって必要な波長精度を得ること
ができるため、調整作業も容易となる。さらに、前置分
光器と主分光器を機械的に接続する従来の方式では、両
分光器の配置やマウント形式が制約されたが、本発明に
よれば、両分光器間には機械リンクが存在しないため、
両分光器の配置や、グレーティング選択、マウント形式
の選定の自由度が大きくなる。すなわち、分光光度計に
おける光学設計の自由度が向上し、より目的に応じた分
光光度計を実現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例であるダブルモノクロ形分
光光度計における波長走査機構の構成を示す図。

【図２】 従来のダブルモノクロ形分光光度計における
波長走査機構の一例を示す図。

【符号の説明】

１２…回折格子（前置分光器用） １４…回折格子（主分光器用） ２１…第１駆動部 ２２…第２駆動部 ２３…制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−33879（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−82125（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−118922（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 3/00 - 3/447

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 減分散形の分散関係を有する前置分光器
   と主分光器とを用いたダブルモノクロ形の分光光度計に
   おいて、 ａ）第１駆動源と第１減速機構とから構成され、第１の
   制御信号に基づいて前置分光器の分散素子を回転させる
   第１駆動手段と、 ｂ）第１駆動手段とは機械的に独立した駆動手段であっ
   て、第２駆動源と前記第１減速機構よりも高い精度及び
   ／又は再現性を有する第２減速機構とから構成され、第
   ２の制御信号に基づいて前記前置分光器と相違する分散
   特性を有する主分光器の分散素子を回転させる第２駆動
   手段と、 ｃ）主分光器における分散素子の回転角と該分散素子か
   らの出射光の波長との関係の非線形性を考慮し、かつ第
   ２減速機構の精度及び／又は再現性と減速比とに応じて
   第２駆動手段に第２の制御信号を供給するとともに、前
   置分光器における分散素子の回転角と該分散素子からの
   出射光の波長との関係、並びに、互いに相違する第１減
   速機構の減速比及び第２減速機構の減速比を考慮して決
   まる第１駆動源と第２駆動源との回転量比に応じて第１
   駆動手段に第１の制御信号を供給することにより、第１
   駆動手段と第２駆動手段とを連動させる制御手段と、 を備えることを特徴とする分光光度計。