JP5483015B2 - 光分析装置の拡散反射用アタッチメント - Google Patents

Description

本発明は、光分析装置の光学アタッチメントの改良、詳しくは、試料の微小部位の分析が可能で、検出光量の増大も図れ、また、透過光用の分析装置にそのまま組み込んで使用することもでき、しかも、構造も簡単な光分析装置の拡散反射用アタッチメントに関するものである。

近年、赤外光や可視光などを物質に照射し、そこから得られる透過光や反射光のスペクトルを測定して物質の同定や定量・定性分析を行う分光分析が多くの分野で利用されており、そのような分光分析の手法の一つとして試料から放射される拡散反射光を測定する拡散反射法が知られている。

また、上記拡散反射法を実施する装置としては、試料を固定するステージとミラーがＭ字型に配置された光学系を備えたものが従来主流であったが(例えば、特許文献１参照)、このような光学系では、ミラーが最低でも４枚、多いものだと６枚以上必要になる等(特許文献２参照)、ミラー数が多くなって構造が複雑になり易かった。

しかも、上記Ｍ字型の光学系では、拡散反射光を集光するミラーを試料ステージの左右どちらかに寄せて配置しなければならないことから、試料に対してミラーの立体角を大きくとることができず、それによって集光効率が低下して大きな検出光量を得られないという不満もあった。

また、従来においては、中央に穴が開いた凸面鏡と凹面鏡を対向配置して、凸面鏡の穴部から入射した光を試料に照射し、試料から放射された拡散反射光を凸面鏡と凹面鏡で集光する光学系も公知となっているが(特許文献３参照)、この従来の光学系は、照射光を集光する入射光学系を備えていないことから試料の微小部位の分析には向かなかった。

一方、従来においては、集光率の高いカセグレン光学系を入射光学系に用いて、微小部位の分析を可能にした装置も開発されているが(例えば、特許文献４参照)、このような装置の光学系では、照射光を入射する向きと拡散反射光が出射される向きが逆方向となることから、Ｍ字型光学系のように光の入出力を一方向に行うことができなかった。

そのため、光学系に対して一方向で光の入出力を行う透過光用の分析装置(例えば、図５参照)に、上記光学系を組み込んで使用することができず、透過法と拡散反射法の両方で分析を行いたい場合に、専用の分析装置をそれぞれ購入するはめになってコストが嵩み易かった。

特開昭６２−１７３０４０号公報（第１−２頁、第１−２図） 特開平１０−３３２５８０号公報（第１−６頁、第１−４図） 特開平６−６６７１７号公報（第１−２頁、第１−２図） 特開平７−１２７１７号公報（第１−３頁、第１−３図）

そこで本発明は、上記の如き問題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、試料の微小部位の分析を行うことができ、また検出光量の増大も可能で、透過光用の分析装置にそのまま組み込んで使用することもでき、しかも、ミラー数が少なく構造も非常に簡単な光分析装置の拡散反射用アタッチメントを提供することにある。

本発明者が上記課題を解決するために採用した手段を添付図面を参照して説明すれば次のとおりである。

即ち、本発明は、光源Ｌから入射した光を試料Ｓに照射してその拡散反射光を検出器Ｄで測定する光分析装置の光学アタッチメントＡであって、
中央に開口部11aを有し、かつ、前記光源からの入射光を反射集光する皿状の凹面部を有する穴開き主鏡11と、この穴開き主鏡11の前方に対向配置され、主鏡が集光した光を開口部11aに向けて再反射して、反射光を穴開き主鏡11の裏側に集光する凸曲面或いは凹曲面を有する小型副鏡12とを備えた入射側光学系１と；この入射側光学系１の小型副鏡12が集光する光の焦点部に試料Ｓを固定可能な試料固定部２と；中央に開口部31aを有し、かつ、前記試料固定部２の前方に入射側光学系１の穴開き主鏡11と逆向きに配置されて、試料Ｓから放射された拡散反射光を反射集光する皿状の凹面部を有する穴開き反射鏡31から成る検出側光学系３とを含んで構成し、
前記入射側光学系１の穴開き主鏡11に入射する光の方向と検出側光学系３の穴開き反射鏡31から出射される光の方向とを一致させた点に特徴がある。

また本発明においては、必要に応じて上記手段に加えて、入射側光学系１の穴開き主鏡11に放物面反射鏡を使用し、小型副鏡12に双曲面型の凸曲面12aを有する反射鏡を使用して集光率を向上するという技術的手段を採用することもできる。

本発明では、試料に光を照射するための入射光学系に穴開き主鏡と小型副鏡を使用し、また試料から放射された拡散反射光を検出器に導くための検出側光学系に穴開き反射鏡を使用して、これらを光の入出力が一方向となるなるように配置して光学アタッチメントを構成したことにより、透過光用の光学系に替えて光学アタッチメントをそのまま組み込むことができるため、拡散反射法による分析を透過光用の分析装置を利用して低コストで行うことができる。

しかも、上記検出側光学系の穴開き反射鏡に関しては、試料からの立体角を大きく取ることができるため、試料から放射される拡散反射光の取り込み量を増やして検出光量の増大も図ることができる。

また、上記光学系では、入射側光学系によって、入射光を試料に向けて集光して照射できるため試料の微小部位の分析も可能であり、また、ミラーの数に関しても、入射側に２枚、検出側に１枚の計３枚に抑えることができるため、構造が複雑化することもない。

したがって、本発明により、異なる手法の分光分析を低予算で行うことができ、測定機能の向上、及び構造の単純化を図れる光分析装置の拡散反射用アタッチメントを提供できることから、本発明の実用的利用価値は頗る高い。

本発明の実施例１における光学アタッチメントを組み込んだ光分析装置を表わす全体構成図である。 本発明の実施例１における光学アタッチメントを表わす全体構成図である。 本発明の実施例２における光学アタッチメントを表わす全体構成図である。 本発明の変形例における光学アタッチメントを表わす全体構成図である。 従来における光分析装置の透過光用光学系を表わす全体構成図である。

『実施例１』
本発明の実施例１について、図１及び図２に基いて説明する。同図において、符号１で指示するものは入射側光学系であり、符号２で指示するものは試料固定部である。また、符号３で指示するものは検出側光学系である。

まずこの実施例１では、光源Ｌと、マイケルソン干渉計Ｆと、入射側光学系１及び試料固定部２、検出側光学系３を備えた光学アタッチメントＡと、検出器Ｄと、信号処理装置Ｍとを光学的に連繋して光分析装置を構成している(図１参照)。

また、上記光学アタッチメントＡの入射側光学系１は、中央に開口部11aを有し、かつ、球面型の凹面部を有する穴開き主鏡11の前方に、球面型の凸曲面12aを有する小型副鏡12を対向配置して構成している（図２参照)。そして、前記入射側光学系１の穴開き主鏡11には、光源Ｌ及びマイケルソン干渉計Ｆから光を導入可能としている。

一方、上記入射側光学系１の穴開き主鏡11の裏側には、試料Ｓを固定するための試料固定部２を所定位置に設けている。なお実施例１では、試料Ｓを充填できる窪付き基板21を使用して、これを支持部材22に固定する構造を採用している。

また、上記光学アタッチメントＡの検出側光学系３は、試料固定部２の前方に、中央に開口部31aを有し、かつ、球面型の凹面部を有する穴開き反射鏡31を、入射側光学系１の穴開き主鏡11と逆向きに配置して設けている。そして、前記検出側光学系３から出射される拡散反射光は検出器Ｄ及び信号処理装置Ｍに伝送可能としている。

次に、上記構成から成る光分析装置の機能について説明する。まず、光源Ｌおよびマイケルソン干渉計Ｆから入射側光学系１に導入された入射光は、穴開き主鏡11によって前方に反射集光され、更にその反射光は小型副鏡12によって穴開き主鏡11の開口部11aに向けて再反射される。

そして、上記入射光学系１の小型副鏡12によって反射された光は穴開き主鏡11の裏側に集光されて焦点位置にある試料固定部２の試料Ｓに照射される。その後、試料Ｓから放射された拡散反射光は、検出側光学系３の穴開き反射鏡31によって入射光学系１に対する入射光と同じ方向に反射集光される。そして、前記光学アタッチメントＡから出射された光は検出器Ｄに伝送され、信号処理装置Ｍを経て測定結果が出力される。

このように、上記光学アタッチメントＡを用いれば拡散反射法による分光分析が可能であり、また光学アタッチメントＡを透過光用の光学系に組み替えれば、透過法による分光分析も行える。これは、上記光学アタッチメントＡの光の入出力を一方向に揃えたことによるメリットである。

しかも、上記検出側光学系３の穴開き反射鏡31に関しては、試料Ｓに対する立体角を大きく取ることができるため、試料Ｓから放射される拡散反射光の集光効率(取り込み量)を向上して検出光量の増大も図ることもできる。

また、上記光学アタッチメントＡにおいては、入射側光学系１によって入射光を高い集光率で試料Ｓに照射できるため試料Ｓの微小部位の分析も可能である。そしてまた、ミラーの数に関しても、入射側光学系１及び検出側光学系３を合わせて計３枚に抑えることができ、しかも実施例１では、入射側光学系１及び検出側光学系３に球面型の反射鏡を用いているため製造コストも低減できる。

『実施例２』
次に実施例２について図３に基いて以下に説明する。この実施例２では、光学アタッチメントＡの入射側光学系１において、穴開き主鏡11に放物面反射鏡を使用すると共に、小型副鏡12には双曲面型の凸曲面12aを有する反射鏡を使用してカセグレン光学系を構成している(図３参照)。

これにより、照射光の集光率を高めて微小部位の分析精度を向上できるだけでなく、入射側光学系１の穴開き主鏡11と検出側光学系３の穴開き反射鏡31の開口部11a・31aのサイズを縮小して拡散反射光の取り逃しを抑制し、検出光量の増大を図ることもできる。

また実施例２では、試料固定部２に、試料Ｓを収容できる透明管23を使用し、この透明管23を支持部材22に固定する構造を採用している。これにより粉体試料であっても、容易に分析を行うことができる。

本発明は、概ね上記のように構成されるが、本発明は図示の実施形態に限定されるものではなく、「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能であって、例えば、入射側光学系１の小型副鏡12は、凸曲面12aでなく凹曲面12bを有するものであってもよく、穴開き主鏡11と組み合わせてグレゴリ型光学系を構成してもよい(図４参照)。

また、入射側光学系１及び検出側光学系３において使用するミラー部材は、球面型や放物面型、双曲面型、楕円面型から集光率やコスト面等を考慮して任意に選択して組み合わせることができる。

そしてまた、試料固定部２に関しても、ペレット化した粉体試料Ｓを直接支持部材22で固定したり、試料Ｓを基板上に薄膜化したものを支持部材22で固定する方法であってもよく、何れのものも本発明の技術的範囲に属する。

近年、物質の定性・定量分析に分光分析を用いるケースが非常に多く、その分光分析は透過法によるものが主流であるものの、粉体試料を手軽に測定できる拡散反射法も優れた利便性を有する分析手法の一つである。ところが、拡散反射法による分析のために専用の分析装置を購入するとコスト面のデメリットが非常に大きくなる

そのような中で、本発明の光分析装置の拡散反射用アタッチメントは、従来の光学系よりも測定機能を向上できるだけなく、透過光用の分析装置を利用して低コストで拡散反射法による分析を行える有用な技術であるため、市場における需要は大きく、その産業上の利用価値は非常に高い。

１ 入射側光学系
11 穴開き主鏡
11a 開口部
12 小型副鏡
12a 凸曲面
12b 凹曲面
２ 試料固定部
21 窪付き基板
22 支持部材
23 透明管
３ 検出側光学系
31 穴開き反射鏡
31a 開口部
Ａ 光学アタッチメント
Ｌ 光源
Ｆ マイケルソン干渉計
Ｓ 試料
Ｄ 検出器
Ｍ 信号処理装置

Claims (2)

1. 光源(Ｌ)から入射した光を試料(Ｓ)に照射してその拡散反射光を検出器(Ｄ)で測定する光分析装置の光学アタッチメント(Ａ)であって、
   中央に開口部(11a)を有し、かつ、前記光源(Ｌ)からの入射光を反射集光する皿状の凹面部を有する穴開き主鏡(11)と、この穴開き主鏡(11)の前方に対向配置され、主鏡が集光した光を開口部(11a)に向けて再反射して、反射光を穴開き主鏡(11)の裏側に集光する凸曲面或いは凹曲面を有する小型副鏡(12)とを備えた入射側光学系(１)と；
   この入射側光学系(１)の小型副鏡(12)が集光する光の焦点部に試料(Ｓ)を固定可能な試料固定部(２)と；
   中央に開口部(31a)を有し、かつ、前記試料固定部(２)の前方に入射側光学系(１)の穴開き主鏡(11)と逆向きに配置されて、試料(Ｓ)から放射された拡散反射光を反射集光する皿状の凹面部を有する穴開き反射鏡(31)から成る検出側光学系(３)と；
   を含んで構成され、
   前記入射側光学系(１)の穴開き主鏡(11)に入射する光の方向と検出側光学系(３)の穴開き反射鏡(31)から出射される光の方向とを一致させたことを特徴とする光分析装置の拡散反射用アタッチメント。
2. 入射側光学系(１)の穴開き主鏡(11)に放物面反射鏡を使用し、小型副鏡(12)に双曲面型の凸曲面(12a)を有する反射鏡を使用したことを特徴とする請求項１記載の光分析装置の拡散反射用アタッチメント。