JP4879197B2 - Measuring device that measures the optical rotation of the measurement object - Google Patents
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Description
本発明は、測定対象の旋光度を計測する計測装置に関する。 The present invention relates to a measuring apparatus that measures the optical rotation of a measurement target.
従来から、糖類、アミノ酸など旋光性を有する物質の旋光度や濃度を測定するための旋光度計測装置(旋光計)が知られている。このような旋光計では、測定波長を拡大した多波長の旋光計が知られている。かかる技術として、例えば特開2000−39361号公報に開示される従来技術がある。
しかしながら従来の旋光計では、波長の異なる複数のフィルタを手作業で交換する必要があり、作業が煩雑で使い勝手が悪いといった問題点があった。また測定波長を拡大するために、波長の異なる複数の単色光源を用いることや、分光器を用いて全波長での光強度を検出すること、また検出側をハーフミラーやビームスプリッタで分岐し、それぞれの検出器の前に所定の波長を透過するフィルタを配置することが考えられる。しかしながら複数の単色光源を用いる手法や、分光器を用いる手法では、装置が大型化し高価になるといった問題点があり、ハーフミラー等を用いる手法では、分岐後の光強度が低下するといった問題点があった。 However, in the conventional polarimeter, it is necessary to manually replace a plurality of filters having different wavelengths, and there is a problem that the operation is complicated and unusable. In addition, in order to expand the measurement wavelength, use a plurality of monochromatic light sources with different wavelengths, detect the light intensity at all wavelengths using a spectroscope, branch the detection side with a half mirror or beam splitter, It is conceivable to arrange a filter that transmits a predetermined wavelength in front of each detector. However, the method using a plurality of monochromatic light sources or the method using a spectroscope has a problem that the apparatus becomes large and expensive, and the method using a half mirror or the like has a problem that the light intensity after branching decreases. there were.
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、
簡単な構成で多波長の旋光度を計測することが可能な計測装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the problems as described above, and the object is as follows.
An object of the present invention is to provide a measuring apparatus capable of measuring the optical rotation of multiple wavelengths with a simple configuration.
(1)本発明は、測定対象の旋光度を計測する計測装置であって、
光の所定の偏光成分を透過させる第1の偏光子と、
前記第1の偏光子を透過した光を任意の偏光に変調する偏光変調部と、
前記偏光変調部を介して前記測定対象を透過した光の所定の偏光成分を透過させる第2の偏光子と、
前記第2の偏光子を透過した光の所定の波長成分を透過させ、前記所定の波長成分以外の波長成分を反射させるダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーを透過した光の第1の波長を透過させる第1のフィルタと、
前記ダイクロイックミラーを反射した光の第2の波長を透過させる第2のフィルタと、
前記第1のフィルタを透過した光の光強度を検出する第1の検出部と、
前記第2のフィルタを透過した光の光強度を検出する第2の検出部とを含むことを特徴とする。
(1) The present invention is a measuring device for measuring the optical rotation of a measurement object,
A first polarizer that transmits a predetermined polarization component of light;
A polarization modulation unit that modulates light transmitted through the first polarizer into arbitrary polarization;
A second polarizer that transmits a predetermined polarization component of the light transmitted through the measurement object via the polarization modulator;
A dichroic mirror that transmits a predetermined wavelength component of light transmitted through the second polarizer and reflects a wavelength component other than the predetermined wavelength component;
A first filter that transmits a first wavelength of light transmitted through the dichroic mirror;
A second filter that transmits a second wavelength of light reflected from the dichroic mirror;
A first detector for detecting the light intensity of the light transmitted through the first filter;
And a second detector for detecting the light intensity of the light transmitted through the second filter.
本発明によれば、ダイクロイックミラーを用いて第2の偏光子を透過した光を分割することにより、分割前の光強度を低下させることなく、複数の波長の光強度を検出することができる。 According to the present invention, by dividing the light transmitted through the second polarizer using a dichroic mirror, it is possible to detect the light intensities of a plurality of wavelengths without reducing the light intensity before the division.
(2)また本発明に係る計測装置では、
前記偏光変調部は、
主軸方位が互いに異なる第1の並行配向液晶素子及び第2の並行配向液晶素子と、
前記第1の並行配向液晶素子及び前記第2の並行配向液晶素子への印加電圧を制御する電圧制御部とを含むことを特徴とする。
(2) In the measuring device according to the present invention,
The polarization modulator is
A first parallel alignment liquid crystal element and a second parallel alignment liquid crystal element having different principal axis orientations;
And a voltage controller for controlling a voltage applied to the first parallel alignment liquid crystal element and the second parallel alignment liquid crystal element.
本発明によれば、主軸方位をずらした2つの液晶素子により偏光変調部を構成することで、装置を小型化し且つ低電圧で駆動することができる。また2つの液晶素子への印加電圧を制御することで、2つの液晶素子の複屈折位相差を高速に変化させることができる。 According to the present invention, the polarization modulator is configured by two liquid crystal elements whose principal axis directions are shifted, so that the apparatus can be miniaturized and driven at a low voltage. Further, by controlling the voltage applied to the two liquid crystal elements, the birefringence phase difference between the two liquid crystal elements can be changed at high speed.
(3)また本発明に係る計測装置では、
前記電圧制御部によって前記第1の波長に対応した電圧が印加された場合に前記第1の検出部で検出した光強度に基づいて、前記第1の波長における前記測定対象の旋光度を算出する演算処理を行い、
前記電圧制御部によって前記第2の波長に対応した電圧が印加された場合に前記第2の検出部で検出した光強度に基づいて、前記第2の波長における前記測定対象の旋光度を算出する演算処理を行う演算処理部を更に含むことを特徴とする。
(3) In the measuring apparatus according to the present invention,
When the voltage corresponding to the first wavelength is applied by the voltage control unit, the optical rotation of the measurement object at the first wavelength is calculated based on the light intensity detected by the first detection unit. Perform computations,
When the voltage corresponding to the second wavelength is applied by the voltage control unit, the optical rotation of the measurement object at the second wavelength is calculated based on the light intensity detected by the second detection unit. An arithmetic processing unit that performs arithmetic processing is further included.
液晶電圧への印加電圧が同じでも波長によって得られる複屈折位相差は異なる。すなわち所定の複屈折位相差を得るためには、波長によって異なる電圧を印加する必要がある。
従って本発明によれば、第1の波長用の電圧が印加されている場合には第1の検出部で検出した光強度に基づき第1の波長の旋光度を算出し、第2の波長用の電圧が印加されている場合には第2の検出部で検出した光強度に基づき第2の波長の旋光度を算出することで、異なる波長毎の旋光度を精度良く測定することができる。
Even if the applied voltage to the liquid crystal voltage is the same, the birefringence phase difference obtained differs depending on the wavelength. That is, in order to obtain a predetermined birefringence phase difference, it is necessary to apply different voltages depending on the wavelength.
Therefore, according to the present invention, when the voltage for the first wavelength is applied, the optical rotation of the first wavelength is calculated based on the light intensity detected by the first detector, and the second wavelength When the voltage is applied, the optical rotation at the second wavelength is calculated based on the light intensity detected by the second detection unit, so that the optical rotation for each different wavelength can be measured with high accuracy.
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。 Hereinafter, this embodiment will be described. In addition, this embodiment demonstrated below does not unduly limit the content of this invention described in the claim. In addition, all the configurations described in the present embodiment are not necessarily essential configuration requirements of the present invention.
1.計測装置の構成
図1は、本実施形態の計測装置の構成を説明するためのブロック図である。計測装置1は、測定対象である試料100の旋光度を計測する装置である。計測装置1は、光学系10と、制御装置40とを含む。制御装置40は演算処理部50を含み、演算処理部50では、光学系10に含まれる光学素子及び試料30を透過した光の光強度に基づき試料30の旋光度を算出する演算処理を行う。以下、計測装置1の装置構成について説明する。
1. Configuration of Measuring Device FIG. 1 is a block diagram for explaining the configuration of the measuring device of the present embodiment. The measuring device 1 is a device that measures the optical rotation of a sample 100 that is a measurement target. The measuring device 1 includes an optical system 10 and a control device 40. The control device 40 includes an arithmetic processing unit 50, which performs arithmetic processing for calculating the optical rotation of the
1−1.光学系10
光学系10は、光源12と、光源12からの光の所定の偏光成分を透過させる偏光子18(第1の偏光子)と、偏光子18を透過した光を任意の偏光に変調する偏光変調部20と、偏光変調部20を介して試料30(測定対象)を透過した光の所定の偏光成分を透過させる検光子32(第2の偏光子)と、検光子32を透過した光の所定の波長成分を透過させ、前記所定の波長成分以外の波長成分を反射させるダイクロイックミラー80と、ダイクロイックミラー80を透過した光の第1の波長を透過させる第1のフィルタ82と、ダイクロイックミラー80を反射した光の第2の波長を透過させる第2のフィルタ84と、第1のフィルタ82を透過した光の光強度を検出する第1の検出部34と、第2のフィルタ84を透過した光の光強度を検出する第2の検出部36とを含む。以下、それぞれについて説明する。
1-1. Optical system 10
The optical system 10 includes a
光源12は、タングステンハロゲンランプなどの白色光源からなり、広域の波長成分を含む白色光を出射する。
The
コリメートレンズ13は、光ファイバによって導かれた光源12からの白色光を平行光に変換する。そしてミラー14はこの平行光を反射して偏光子18に入射させる。
The collimating
偏光子18は、ミラー14によって反射された平行光を直線偏光とする入射側の偏光子である。すなわち偏光子18はその透過軸の方向(主軸方位)に偏光面を有する直線偏光を透過させる。本実施形態の偏光子18は、その主軸方位が水平0°となるように設置されている。
The
偏光変調部20は、偏光子18を透過した直線偏光を任意の偏光に変調する。偏光変調部20は、第1の液晶セル22(第1の並行配向液晶素子)及び第2の液晶セル24(第2の並行配向液晶素子)から構成される液晶素子21と、第1及び第2の液晶セル22、24への印加電圧をそれぞれ制御し、第1及び第2の液晶セル22、24の複屈折位相差δ1、δ2を変化させる第1及び第2の電圧制御部23、25と、液晶素子21の温度を制御する温度制御部26とを含む。
The
光進方向手前に設置される第1の液晶セル22は、偏光子18の主軸方位(水平0°)に対して光進方向に向かって反時計回りに45°回転した方向に主軸を有する。また光進方向に向かって奥側に設置される第2の液晶セル24は、偏光子18の主軸方向(水平0°)に平行な主軸を有する。従って第1及び第2の液晶セル22、24は、その主軸方位が互いに45°ずれていることになる。なお第1の液晶セル22は、偏光子18の主軸方位に対して45°の奇数倍傾いた主軸方位を有し、第2の液晶セル24は、偏光子18の主軸方位に対して45°の偶数倍傾いた主軸方位を有するようにしてもよい。
The first
このように、主軸方位がそれぞれ45°及び0°であり、且つ複屈折位相差δ1、δ2が可変である2つの液晶セル22、24を用いて位相変調することにより、偏光子18を透過した所定の直線偏光を、任意の直線偏光または楕円偏光又は円偏光に変えることができる。
As described above, the phase modulation is performed using the two
図2(A)、図3(A)、及び図3(B)は、本実施形態の第1及び第2の液晶セル22、24から構成される液晶素子21を模式的に示す図である。図2(A)は、液晶素子21の上面図である。
FIGS. 2A, 3 </ b> A, and 3 </ b> B are diagrams schematically illustrating the
図2(A)に示すように、第1、第2の液晶セル22、24は、それぞれ2枚の透明基板TSと、透明基板TSの内面に設けられた透明電極ELと、2枚の透明基板TS間に封入されたネマチック液晶LCにより構成される。また、第1の液晶セル22の透明基板TSとネマチック液晶LCの界面には配向膜AL1が設けられ、第2の液晶セル24の透明基板TSとネマチック液晶LCの界面には配向膜AL2が設けられている。そして、2つの液晶セル22、24は、透明基板TSにおいて重ね合わされて1の液晶素子21を構成している。ここで、2つの液晶セルが重ね合わされる部分の透明基板TSを1枚にして、図2(B)に示すように、液晶素子21を構成する透明基板TSを3枚とする構成としてもよい。このとき、中央の透明基板TSには、その両面に透明電極ELと配向膜ALが設けられることになる。
As shown in FIG. 2A, each of the first and second
図3(A)は、液晶素子21の前面図(第1の液晶セル22の正面図)であり、図3(B)は、液晶素子21の背面図(第2の液晶セル24の正面図)である。 3A is a front view of the liquid crystal element 21 (front view of the first liquid crystal cell 22), and FIG. 3B is a rear view of the liquid crystal element 21 (front view of the second liquid crystal cell 24). ).
図3(A)に示すように、第1の液晶セル22は、ラビング方向(配向方向)RDが基準方向HDに対して45°となっており、これにより複屈折の主軸方向も45°となっている。また図3(B)に示すように、第2の液晶セル24は、ラビング方向(配向方向)RDが基準方向HDに対して0°となっており、これにより複屈折の主軸方向も0°となっている。すなわち第1の液晶セル22の配向膜AL1(図2(A)参照)に施されたラビング処理の方向は基準方向HDに対して45°となっており、第2の液晶セル24の配向膜AL2(図2(A)参照)に施されたラビング処理の方向は基準方向HDに対して0°となっている。なお第2の液晶セル24は、ラビング方向RDが基準方向HDに対して90°となるようにしてもよい。なお基準方向HDは、偏光子18の主軸方向(水平0°)と同一の方向である。
As shown in FIG. 3A, in the first
このように第1及び第2の液晶セル22、24のラビング方向をそれぞれ45°、0°(又は90°)とすることで、第1及び第2の液晶セル22、24のいずれか一方を他方に対して45°傾けて設置することなく、2つの液晶セル22、24の主軸方向を互いに45°ずらすことができる。従って第1及び第2の液晶セル22、24を平行に重ね合わせて一体化することができる。そして、第1及び第2の液晶セル22、24を一体化して構成した液晶素子21により偏光変調部20を構成することで装置を小型化することができる。
Thus, by setting the rubbing directions of the first and second
図4は、本実施形態の偏光変調部20を模式的に示す図である。
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the
偏光変調部20は、液晶素子21の温度を制御する温度制御部26を含む。温度制御部26は、銅ケースCC、温度センサTS、ペルチェ素子PD、ヒートシンクHS及び冷却ファンCFとを含み、第1及び第2の液晶セル22、24を一体化して構成した液晶素子21の温度を一定に制御する。液晶素子21は、熱伝導に優れる銅を用いた銅ケースCC内に収められている。また、銅ケースCCに接する位置には、銅ケースCCの温度を検出するサーミスタ等の温度センサTSと、銅ケースCCを冷却(吸熱)又は加熱するためのペルチェ素子PD(熱電素子)が設けられ、ペルチェ素子PDに接する位置にはペルチェ素子PDの熱を放熱するためのヒートシンクHS(放熱板)が設けられ、ヒートシンクHSの下部にはヒートシンクHSの熱拡散能力を補うための冷却ファンCFが取り付けられている。銅ケースCCには、液晶素子21への入射光が通過する開口OMと、液晶素子21からの出射光が通過する開口OM(図示せず)とが設けられ、ペルチェ素子PD及びヒートシンクHSには、それぞれ液晶素子21への入射光が通過する開口OMが設けられている。
The
図4に示すように、銅ケースCC、温度センサTS、ペルチェ素子PD、ヒートシンクHS及び冷却ファンCFから構成される温度制御部26を用いて、液晶素子21の温度を一定に制御することにより、環境温度の変化によって同じ印加電圧に対する第1及び第2の液晶セル22、24の複屈折位相差に誤差(変動)が生じることを防止することができる。また温度制御部26を用いて、第1及び第2の液晶セル22、24を一体化して構成した液晶素子21の温度を制御するようにすることで、液晶素子21と温度制御部26とを一体化して構成することができ、一体化されていない2個の液晶セルそれぞれについて温度制御部を設ける(各液晶セルの温度を個別に制御する)場合に比べて装置を小型化することができる。
As shown in FIG. 4, by controlling the temperature of the
再び図1を参照すると、検光子32は、試料30を通過した光を直線偏光とする出射側の偏光子である。すなわち検光子32はその透過軸の方向(主軸方位)に偏光面を有する直線偏光を透過させる。本実施形態の偏光子32は、その主軸方位が水平45°となるように設置されている。
Referring again to FIG. 1, the
ダイクロイックミラー80は、検光子32を透過した光の所定波長成分を透過し、所定波長成分以外の波長成分を反射する。
The
図5は、本実施形態のダイクロイックミラー32の透過率と反射率を示す図である。図5に示すように、本実施形態のダイクロイックミラー32はホットミラーであり、第1の波長(589nm)を含む短波長の光を透過し、第2の波長(880nm)を含む長波長の光を反射する。
FIG. 5 is a diagram showing the transmittance and reflectance of the
再び図1を参照すると、第1のフィルタ82(干渉フィルタ、バンドパスフィルタ)は、ダイクロイックミラー32を透過した光の第1の波長を透過させる。本実施形態の第1のフィルタ82は、第1の波長として中心波長589nmの光を透過させる。
Referring to FIG. 1 again, the first filter 82 (interference filter, band pass filter) transmits the first wavelength of the light transmitted through the
第1の検出部34は、例えばフォトダイオード等の光電センサからなり、第1のフィルタ82を透過した光(第1の波長の光)の光強度を検出し、電圧に変換して光強度情報として出力する。
The
第2のフィルタ84(干渉フィルタ、バンドパスフィルタ)は、ダイクロイックミラー32を反射した光の第2の波長を透過させる。本実施形態の第2のフィルタ84は、第2の波長として中心波長880nmの光を透過させる。
The second filter 84 (interference filter, bandpass filter) transmits the second wavelength of the light reflected by the
第2の検出部36は、例えばフォトダイオード等の光電センサからなり、第2のフィルタ84を透過した光(第2の波長の光)の光強度を検出し、電圧に変換して光強度情報として出力する。
The
図6(A)は、光源12から出射された白色光の分光特性を示す図であり、図6(B)は、ダイクロイックミラー32を透過した光の分光特性を示す図であり、図6(C)は、ダイクロイックミラー32を反射した光の分光特性を示す図である。
6A is a diagram showing the spectral characteristics of white light emitted from the
図6(B)、図6(C)に示すように、第1のフィルタ82を透過した光(第1の波長の光)の光と、第2のフィルタ84を透過した光(第2の波長の光)の光は、それぞれダイクロイックミラー32による分割によっても光強度が低下していない。このようにダイクロイックミラー32を用いることにより、分割前の光強度を保ったまま複数の測定波長(第1及び第2の波長)の光強度を検出することができる。
As shown in FIG. 6B and FIG. 6C, light transmitted through the first filter 82 (first wavelength light) and light transmitted through the second filter 84 (second The light intensity of the light (wavelength light) is not lowered even by the division by the
1−2.制御装置40
制御装置40は、演算処置部50、制御信号生成部60、記憶部70とを含む。
1-2. Control device 40
The control device 40 includes an arithmetic treatment unit 50, a control signal generation unit 60, and a storage unit 70.
演算処理部50は、第1の検出部34から出力された光強度情報に基づいて第1の波長における試料30の旋光度を算出する演算処理を行う。また演算処理部50は、第2の検出部36から出力された光強度情報に基づいて第2の波長における試料30の旋光度を算出する演算処理を行う。すなわち演算処理部50は、第1及び第2の電圧制御部23、25によって第1の波長に対応した電圧が印加された場合には、第1の検出部34から出力された光強度情報に基づいて第1の波長における試料30の旋光度を算出し、第1及び第2の電圧制御部23、25によって第2の波長に対応した電圧が印加された場合には、第2の検出部36から出力された光強度情報に基づいて第2の波長における試料30の旋光度を算出する。
The calculation processing unit 50 performs calculation processing for calculating the optical rotation of the
制御信号生成部60は、制御信号を生成して、第1及び第2の電圧制御部23、25(第1及び第2の液晶セル22、24の各液晶セルの液晶ドライバ)を制御し、第1及び第2の液晶セル22、24の複屈折位相差δ1、δ2を変化させる。
The control signal generation unit 60 generates a control signal to control the first and second
また制御信号生成部60は、温度制御部26の動作を制御する。例えば図4に示す温度センサTSからの出力に基づき制御信号を生成し、図4に示すペルチェ素子PD又は冷却ファンCFの動作を制御して、液晶素子21の温度を一定に制御する。
Further, the control signal generation unit 60 controls the operation of the
記憶部50は、種々のデータを一時記憶する機能を有し、例えば第1及び第2の検出部34、36から出力された光強度情報を、第1及び第2の液晶セル22、24の複屈折位相差δ1、δ2と対応付けて記憶する。
The storage unit 50 has a function of temporarily storing various data. For example, the light intensity information output from the first and
2.旋光度測定原理
次に、本実施形態の計測装置が採用する、旋光度測定原理を説明する。
2. Optical rotation measurement principle Next, the optical rotation measurement principle employed by the measurement apparatus of the present embodiment will be described.
2−1.検出部34が検出する光の光強度の理論式
偏光子18に入射する単色光のストークスパラメータをSinとし、試料30を透過して検光子32から出射する光のストークスパラメータをS’とすると、当該S’は次式で表すことができる。
2-1. Theoretical expression of the light intensity of the light detected by the
なお、I0は偏光子18に入射する単色光の光強度である。またP0°は、主軸方位が0°である偏光子18のミュラー行列である。またRδ1,45°は、主軸方位が45°であり複屈折位相差がδ1である第1の液晶セル22のミュラー行列である。またRδ2,0°は、主軸方位が0°であり複屈折位相差がδ2である第2の液晶セル24のミュラー行列である。またTφは旋光度がφである試料30のミュラー行列である。またA45°は、主軸方位が45°である検光子32のミュラー行列である。
Note that I 0 is the light intensity of monochromatic light incident on the
ここで第1及び第2の検出部34、36が検出する光の光強度をI(δ1,δ2,φ)とすると、当該I(δ1,δ2,φ)は、検光子32から出射する光のストークスパラメータのS0’であるから、式(1)より、
Here, if the light intensity of the light detected by the first and
となる。 It becomes.
2−2.試料30の旋光度の算出原理
試料30の旋光度は、試料30への入射光の偏光状態を変化させながら試料30と検光子32を通過した光の光強度を測定し、以下のように求める。
2-2. Calculation principle of the optical rotation of the
例えば、第1及び第2の液晶セル22、24の複屈折位相差δ1、δ2をδ1=δ、δ2=δ+π/2と設定し、δを0°から360°まで連続的に変化させる。このとき、第1及び第2の検出部34、36が検出する光強度をI(δ,δ+π/2,φ)とすると、当該I(δ,δ+π/2,φ)は、式(2)より、
For example, the birefringence phase differences δ 1 and δ 2 of the first and second
となる。ここでa(=I0/4sin2φ)及びb(=I0/8cos2φ)は、それぞれフーリエ関数cosδ及びsin2δの係数を示す。式(3)からδを連続的に0°〜360°の範囲で変調させると、光強度I(δ,δ+π/2,φ)が周期的に変化することがわかる。従って第1及び第2の検出部34、36が検出する光強度I(δ,δ+π/2,φ)の周期的変化をフーリエ解析し、係数a、bを求めることにより試料30の旋光度φは、
It becomes. Where a (= I 0 / 4sin2φ) and b (= I 0 / 8cos2φ) indicate respectively the coefficients of the Fourier function cosδ and Sin2deruta. From equation (3), it can be seen that when δ is continuously modulated in the range of 0 ° to 360 °, the light intensity I (δ, δ + π / 2, φ) changes periodically. Therefore, a periodic change in the light intensity I (δ, δ + π / 2, φ) detected by the first and
により算出することができる(フーリエ変換法)。 (Fourier transform method).
また、第1及び第2の液晶セル22、24の複屈折位相差δ1、δ2を、それぞれ2kπ、(2l+1/2)π、(2m+1)π、(2n+3/2)π(k、l、m、nはそれぞれ整数)と4回変調させ、このとき第1及び第2の検出部34、36が検出する4つの光強度の値から、試料30の旋光度φは、
In addition, the birefringence phase differences δ 1 and δ 2 of the first and second
により算出することができる。ここでI1、I2、I3、I4は、それぞれ第1及び第2の液晶セル22、24の複屈折位相差δ1、δ2を0、π/2、π、3π/2に設定したときの第1及び第2の検出部34、36が検出する光強度である。この手法(位相変調法、4ステップ位相シフト法)によれば、第1及び第2の液晶セル22、24の複屈折位相差δ1、δ2を4回変調するだけでよいため、旋光度φを高速に算出することが可能となる。
Can be calculated. Here, I 1 , I 2 , I 3 , and I 4 respectively indicate the birefringence phase differences δ 1 and δ 2 of the first and second
3.多波長の旋光度測定の手法
次に、本実施形態の計測装置が採用する、多波長の旋光度測定の手法を説明する。
3. Multi-wavelength optical rotation measurement technique Next, a multi-wavelength optical rotation measurement technique employed by the measurement apparatus of the present embodiment will be described.
ある波長λでの複屈折位相差Δ(λ)は、屈折率差をΔn、物質の厚みをdとすると、 The birefringence phase difference Δ (λ) at a certain wavelength λ is expressed as follows:
と表すことができる。すなわち本実施形態では、第1及び第2の液晶セル22、24への印加電圧を制御して、第1及び第2の液晶セル22、24の複屈折位相差δ1、δ2を変化させているが、第1及び第2の液晶セル22、24への印加電圧が同じでも波長によって得られる複屈折位相差δ1、δ2は異なる。
It can be expressed as. In other words, in the present embodiment, the voltages applied to the first and second
図7は、液晶セルへの印加電圧と複屈折位相差の関係を示す図である。ここで横軸は印加電圧を示し、縦軸は得られる複屈折位相差を示す。また実線は第1の波長(589nm)での印加電圧と複屈折位相差の関係を示し、点線は第2の波長(880nm)での印加電圧と複屈折位相差の関係を示す。図7に示すように、第1の波長において、所定の複屈折位相差を得るためには、第2の波長における場合に比べてより大きな印加電圧を要する。従って、入射光に決まった複屈折位相差を与える算出手法(4ステップ位相シフト法、フーリエ変換法)を用いる場合、異なる波長では異なる印加電圧を与え、それぞれの波長毎に光強度を検出する必要がある。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the voltage applied to the liquid crystal cell and the birefringence phase difference. Here, the horizontal axis represents the applied voltage, and the vertical axis represents the obtained birefringence phase difference. The solid line shows the relationship between the applied voltage and the birefringence phase difference at the first wavelength (589 nm), and the dotted line shows the relationship between the applied voltage and the birefringence phase difference at the second wavelength (880 nm). As shown in FIG. 7, in order to obtain a predetermined birefringence phase difference at the first wavelength, a larger applied voltage is required as compared with the case at the second wavelength. Therefore, when using a calculation method (4-step phase shift method, Fourier transform method) that gives a fixed birefringence phase difference to incident light, it is necessary to apply different applied voltages at different wavelengths and detect the light intensity for each wavelength. There is.
図8は、2波長(第1の波長、第2の波長)で4ステップ位相シフト法を行う場合のタイムチャートを示す図である。 FIG. 8 is a diagram illustrating a time chart when the 4-step phase shift method is performed with two wavelengths (first wavelength and second wavelength).
図8の110は、第1及び第2の液晶セル22、24に与える複屈折位相差δ1、δ2のタイムチャートを示す。ここでは、複屈折位相差δ1、δ2を、2π、π/2、π、3π/2と4回位相変調させている。
8 shows a time chart of birefringence phase differences δ 1 and δ 2 given to the first and second
図8の120は、第1及び第2の液晶セル22、24への印加電圧のタイムチャートを示す。本実施形態では、まず第1の波長(589nm)において複屈折位相差δ1、δ2が2π、π/2、π、3π/2となるような電圧を印加し、次に第2の波長(880nm)において複屈折位相差δ1、δ2が2π、π/2、π、3π/2となるような電圧を印加する。図8の120に示すように、第1の波長用の各印加電圧は第2の波長用の各印加電圧に比べて大きくなっている。なお、液晶セルへの印加電圧は、1回の位相変調当たり500msとしている。
図8の130は、第1の検出部34による光強度検出のタイムチャートを示す。本実施形態では、第1の検出部34は、第1の波長用の電圧が印加される毎に第1のフィルタ82を透過した光の光強度を検出し、4回の位相変調に対応して第1の波長の光の光強度を4回検出する。なお、1回の電圧印加(位相変調)が開始されてから液晶が安定するまでの375msはインターバルをとり、残りの125msで光強度を検出している。
図8の140は、第2の検出部36による光強度検出のタイムチャートを示す。本実施形態では、第2の検出部36は、第2の波長用の電圧が印加される毎に第2のフィルタ84を透過した光の光強度を検出し、4回の位相変調に対応して第2の波長の光の光強度を4回検出する。
140 of FIG. 8 shows a time chart of light intensity detection by the
図8の150は、演算処理部50による旋光度の算出と算出結果の表示のタイムチャートを示す。本実施形態では、演算処理部50は、第1の検出部34による光強度検出後に、第1の検出部34によって検出された4つの光強度に基づき第1の波長における旋光度を算出し、算出結果を表示部に表示する。また演算処理部50は、第2の検出部36による光強度検出後に、第2の検出部36によって検出された4つの光強度に基づき第2の波長における旋光度を算出し、算出結果を表示部に表示する。なお1回の位相変調は500msで行われることから、4回の位相変調を行う4ステップ位相シフト法では、第1の波長の旋光角の計測結果と第2の波長の旋光角の計測結果とを、2秒毎に交互に表示することができる。
このように本実施形態によれば、2つの液晶セルによって構成され電気信号によって高速な位相変調が可能な偏光変調部を用いることにより、リアルタイムに近い高速な多波長旋光計測を実現することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to realize high-speed multi-wavelength optical rotation measurement close to real time by using the polarization modulation unit configured by two liquid crystal cells and capable of high-speed phase modulation by an electric signal. .
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various deformation | transformation is possible. The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
例えば、本実施形態では、ダイクロイックミラーとして、長波長の光を反射するホットミラーを用いる場合について説明したが、短波長の光を反射するコールドミラーを用いるようにしてもよい。 For example, in the present embodiment, a case where a hot mirror that reflects light having a long wavelength is used as the dichroic mirror has been described. However, a cold mirror that reflects light having a short wavelength may be used.
清涼飲料水、果実等の濃度計測だけでなく、タンパク質、アミノ酸、核酸等の分子構造の解析、薬品の品質管理などに利用することができる。また血糖値を測定する血糖値センサとして利用することができる。 It can be used not only for measuring the concentration of soft drinks and fruits, but also for analyzing molecular structures such as proteins, amino acids, and nucleic acids, and for quality control of chemicals. Moreover, it can utilize as a blood glucose level sensor which measures a blood glucose level.
1 測定装置、10 光学系、12 光源、13 コリメートレンズ、14 ミラー、18 偏光子、20 偏光変調部、21 液晶素子、22 第1の液晶セル、23 第1の電圧制御部、24 第2の液晶セル、25 第2の電圧制御部、26 温度制御部、30 試料、32 検光子、34 第1の検出部、36 第2の検出部、40 制御装置、50 演算処理部、60 制御信号生成部、70 記憶部、80 ダイクロイックミラー、82 第1のフィルタ、84 第2のフィルタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measuring apparatus, 10 Optical system, 12 Light source, 13 Collimate lens, 14 Mirror, 18 Polarizer, 20 Polarization modulation part, 21 Liquid crystal element, 22 1st liquid crystal cell, 23 1st voltage control part, 24 2nd Liquid crystal cell, 25 second voltage control unit, 26 temperature control unit, 30 sample, 32 analyzer, 34 first detection unit, 36 second detection unit, 40 control device, 50 arithmetic processing unit, 60 control signal generation Part, 70 storage part, 80 dichroic mirror, 82 first filter, 84 second filter
Claims (1)
光の所定の偏光成分を透過させる第1の偏光子と、
前記第1の偏光子を透過した光を任意の偏光に変調する偏光変調部と、
前記偏光変調部を介して前記測定対象を透過した光の所定の偏光成分を透過させる第2の偏光子と、
前記第2の偏光子を透過した光の所定の波長成分を透過させ、前記所定の波長成分以外の波長成分を反射させるダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーを透過した光の第1の波長を透過させる第1のフィルタと、
前記ダイクロイックミラーを反射した光の第2の波長を透過させる第2のフィルタと、
前記第1のフィルタを透過した光の光強度を検出する第1の検出部と、
前記第2のフィルタを透過した光の光強度を検出する第2の検出部と、
前記測定対象の旋光度を算出する演算処理を行う演算処理部とを含み、
前記偏光変調部は、
主軸方位が互いに異なる第1の並行配向液晶素子及び第2の並行配向液晶素子と、
前記第1の並行配向液晶素子及び前記第2の並行配向液晶素子への印加電圧を制御する電圧制御部とを含み、
前記演算処理部は、
前記電圧制御部によって前記第1の波長に対応した電圧が印加された場合に前記第1の検出部で検出した光強度に基づいて、前記第1の波長における前記測定対象の旋光度を算出する演算処理を行い、前記電圧制御部によって前記第2の波長に対応した電圧が印加された場合に前記第2の検出部で検出した光強度に基づいて、前記第2の波長における前記測定対象の旋光度を算出する演算処理を行うことを特徴とする計測装置。 A measuring device for measuring the optical rotation of a measurement object,
A first polarizer that transmits a predetermined polarization component of light;
A polarization modulation unit that modulates light transmitted through the first polarizer into arbitrary polarization;
A second polarizer that transmits a predetermined polarization component of the light transmitted through the measurement object via the polarization modulator;
A dichroic mirror that transmits a predetermined wavelength component of light transmitted through the second polarizer and reflects a wavelength component other than the predetermined wavelength component;
A first filter that transmits a first wavelength of light transmitted through the dichroic mirror;
A second filter that transmits a second wavelength of light reflected from the dichroic mirror;
A first detector for detecting the light intensity of the light transmitted through the first filter;
A second detector for detecting the light intensity of the light transmitted through the second filter;
An arithmetic processing unit that performs arithmetic processing to calculate the optical rotation of the measurement object,
The polarization modulator is
A first parallel alignment liquid crystal element and a second parallel alignment liquid crystal element having different principal axis orientations;
A voltage controller for controlling a voltage applied to the first parallel alignment liquid crystal element and the second parallel alignment liquid crystal element,
The arithmetic processing unit includes:
When the voltage corresponding to the first wavelength is applied by the voltage control unit, the optical rotation of the measurement object at the first wavelength is calculated based on the light intensity detected by the first detection unit. An arithmetic process is performed, and when the voltage corresponding to the second wavelength is applied by the voltage control unit, the measurement target of the second wavelength is detected based on the light intensity detected by the second detection unit. A measuring apparatus that performs arithmetic processing for calculating an optical rotation .
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