JP3912228B2 - 分析・計測用光源 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は分析機器・計測機器に使用される、発光源としてフィラメントを内蔵したランプを使用した光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のランプを使用した分析・計測用光源は図２〜図４および図６に示す構造になっている。図２で光源ランプ２に内蔵されたフィラメント１から放射された光線Ｌは、フィラメント１に対して垂直方向に光軸を持つよう配設された集光レンズ３で集光され、スリット４を通過して取り出され、分析・計測用に使用される。フィラメント１、集光レンズ３およびスリット４が光源Ｓ１を構成する。図３は図２の集光レンズ３に替えて凹面反射鏡５を使用した光源Ｓ２を示している。凹面反射鏡５の面形状としては軸上楕円面鏡等が用いられる。また図４は凹面反射鏡５を光線Ｌの光軸に対して斜めに配置した光源Ｓ３を示している。凹面反射鏡５の面形状としては軸外楕円面鏡等が用いられる。
【０００３】
図５はフィラメント１の螺旋構造を示している。光の放射強度は光軸に垂直な面に対するフィラメント１の正射影の面積に比例するため、分析・計測用ランプにおいては螺旋の断面は一般的に円ではなく長方形に製作されており、この構造における放射強度の最大の方向は光線Ｌ１および光線Ｌ２の２方向となり、同じ消費電力でこの２方向の放射強度を極大にしている。なお、図５は螺旋構造のフィラメント１を示しているが、光軸に垂直な面に対するフィラメント１の正射影の面積を極力大きくするための別の構造としてフィラメント１を螺旋構造とせず、平面状のリボンを用いる場合もある。
【０００４】
図６は光線Ｌ１および光線Ｌ２の双方を利用する光源ＳＰの一例で、図６（ａ）は図６（ｂ）の視認方向ＶＰの方向から見た光源ＳＰの断面図である。図６（ａ）のフィラメント１から左方に放射された光線Ｌ１は凹面反射鏡５で集光され、あたかもフィラメント１の実像であるフィラメント像１Ｍから右方に放射される光線として集光レンズ３で集光される。凹面反射鏡５の面形状としては楕円面鏡または代替品として球面鏡等が使用される。一方フィラメント１から右方に放射された光線Ｌ２は直接集光レンズ３で集光されスリット４に到達する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のタングステンフィラメントを内蔵したランプを用いた分析・計測用光源の構造は以上のとおりであるが、図２、図３、図４に示す光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３では図５に示す光線Ｌ１またはＬ２のどちらか一方のみを利用している。そして残りの片方は利用していないので光の利用効率が悪い。また光源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の後に複数の分析装置または計測装置を設置する場合には光をさらにスプリッタや分岐光ファイバ等で分割するため光量がさらに低下する。図６の構造では光線Ｌ１およびＬ２の双方を利用しているが、凹面反射鏡５で反射した後右方に向かう光線Ｌ１の強度は凹面反射鏡５の反射効率の影響を受け、直接右方に向かう光線Ｌ２の強度よりも弱く、集光位置すなわちスリット４の位置で照度ムラが発生する。
【０００６】
また、図６ではフィラメント１とフィラメント像１Ｍの位置をわずかにずらして記載してあるが、理論的な集光の鋭さはフィラメント１とフィラメント像１Ｍの位置が重なる場合に最もよいものの、現実には凹面反射鏡５で集光された光線Ｌ１の像がフィラメント１上に結像すると、光線Ｌ１はフィラメント１に遮られて失われ、かつフィラメント１は光線Ｌ１による加熱を受け急激な温度上昇を生じて著しい寿命の低下を生ずる。
【０００７】
したがって従来における光源は集光の鋭さを得るために設計上のフィラメント１とフィラメント像１Ｍの位置を近接させればさせるほど、加工上の誤差や振動、フィラメント１の交換等でフィラメント像１Ｍの位置がわずかにずれた場合に光量に大きな変化がありまたフィラメント１の寿命を著しく低下させるので、集光の鋭さと光強度の改善の両立が困難であり、この光源ＳＰを内蔵した分析・計測装置の安定性、信頼性にも問題を生ずる。
本発明はこのような問題点を解決する分析・計測用光源を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明が提供する分析・計測用光源は上記課題を解決するために、フィラメントの複数の放射強度の極大方向にそれぞれの集光光学系を備えた複数の光源を設け、複数の光源から射出された光を複数の分光光学系を備えた分析・計測用装置に導入し使用する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の分析・計測用光源の実施例を図１に従って説明する。フィラメント１の一方すなわち図面における上方の放射強度の極大方向に凹面鏡１０Ａ、スリット１１Ａを設け、その後段に反射鏡１２Ａ、回折格子１３Ａ、反射鏡１４Ａ、スリット１５Ａからなる分光器ＺＡを設ける。さらにその後段に反射鏡１６Ａ、移動反射鏡１７、試料１８、検出器１９を設ける。前記のフィラメント１、凹面鏡１０Ａ、スリット１１Ａは光源ＳＡを構成する。
【００１０】
フィラメント１の他方すなわち図面における下方の放射強度の極大方向に凹面鏡１０Ｂ、スリット１１Ｂを設け、その後段に反射鏡１２Ｂ、回折格子１３Ｂ、反射鏡１４Ｂ、スリット１５Ｂからなる分光器ＺＢを設ける。さらにその後段に反射鏡１６Ｂを設ける。前記のフィラメント１、凹面鏡１０Ｂ、スリット１１Ｂは光源ＳＢを構成する。
【００１１】
フィラメント１の一方から図１の上方に放射された光線ＬＡは光源ＳＡから射出され、分光器ＺＡを通過する。分光器ＺＡはたとえば４００ｎｍ〜９００ｎｍの可視域の波長範囲から特定の任意の波長を選択できるように設計されており、選択された特定波長の光線ＬＡが反射鏡１６Ａ、図１の実線の位置にある移動反射鏡１７を経由して試料１８を通過し、検出器１９で電気信号に変換される。他方、フィラメント１から図１の下方に放射された光線ＬＢは光源ＳＢから射出され、分光器ＺＢを通過する。
【００１２】
分光器ＺＢはたとえば７００ｎｍ〜２５００ｎｍの赤外域の波長範囲から特定の任意の波長を選択できるように設計されており、選択された特定波長の光線ＬＢが反射鏡１６Ｂに達する。移動反射鏡１７を図の点線の位置に移動することによって光線ＬＢはさらに試料１８を通過し、検出器１９で電気信号に変換される。したがって本実施例は、一個のフィラメントに２個の分光器を用いて、簡単な切換走査で光量が大きく波長精度および分解能の高い可視域から赤外域の波長の光を選択し試料に入射可能な分光光度計である。
【００１３】
以上、本発明が提供する分析・計測用光源の実施例の構成ならびに作動を説明したが、本発明は前記の実施例に限定されるものではない。すなわち、２個の光源の一方または双方の集光装置として集光レンズを用いても良い。また、光源に光発生源としてタングステンランプに替えてタングステンランプの一種であるハロゲンランプを使用してもよく、タングステン以外の材料のフィラメントを使用してもよい。また螺旋構造のフィラメントに替えて平面状のフィラメントを有するリボン電球を使用しても良い。フィラメント式ランプの場合、放射される光の強度はフィラメントの面と垂直な方向（両方向）となるが、この面状のフィラメントを３枚組み合わせて３角形状にすると３方に放射強度が極大となる。この場合は３個の集光光学系が配置できる。また光源の後に接続される分析機器または計測機器は任意であり、前記の実施例には限定されない。本発明はこれらをすべて包含する。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は以上詳述したとおりであるから、ランプのフィラメント構造に起因する複数の放射強度の極大方向に複数の集光光学系を備えた複数の光源を設けることにより、１個のフィラメントを使用するのみで２個のフィラメントに匹敵する収束性の良い光を複数の異なった分析・計測用装置に安定して供給することができ、フィラメント数の低減によって分析・計測装置の消費電力の相当部分を占めるフィラメントの消費電力を低減し分析・計測装置の全消費電力を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の分析・計測用光源の実施例を示す断面図である。
【図２】 従来の光源の一例を示す断面図である。
【図３】 従来の光源の一例を示す断面図である。
【図４】 従来の光源の一例を示す断面図である。
【図５】 フィラメントの構造の一例を示す斜視図である。
【図６】 従来の光源の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…フィラメント
１０Ａ…凹面鏡
１０Ｂ…凹面鏡
１１Ａ…スリット
１１Ｂ…スリット
ＳＡ…光源
ＳＢ…光源
ＬＡ…光線
ＬＢ…光線

Claims (4)

1. ランプから放射される光を試料に照射または通過させ、試料の分析・計測を行う分析・計測用光源において、ランプから放射される光の放射方向の中で放射強度の極大な複数の方向にそれぞれ放射される光の集光光学系を備え、この集光光学系により得られた光を複数の分光光学系に導入できるようにしたことを特徴とする分析・計測用光源。
2. 複数の分光光学系が選択できる波長範囲が各々異なることを特徴とする請求項１記載の分析・計測用光源。
3. ランプをハロゲンランプで構成したことを特長とする請求項１および請求項２記載の分析・計測用光源。
4. 請求項１から請求項３のいずれかの分析・計測用光源を使用した分光光度計。

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