JPH03200024A - 多波長分光光度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多波長分光光度計に関し、特に試料の分光特性
を短時間で測定するのに好適な一次元フォトダイオード
アレイ検知器を備え、且つ当該検知器の最適動作条件を
試料の状態に合せて自動的に設定する機構を備えた多波
長分光光度計に関するものである。

〔従来の技術〕

一次元フォトダイオードアレイ検知器、更にイメージ増
強管を組み込んで構成された−次元フォトダイオードア
レイ検知器などは、所定の露光時間の間に発生する出力
電気信号を蓄積し、露光時間終了後に逐次まとめて読み
出す機構を有するように構成されている。かかる一次元
フォトダイオードアレイ検知器を使用した従来の多波長
分光光度計では、前記露光時間は一定値に固定されてい
るか、又は複数の段階で設定された露光時間から任意に
１つの露光時間を選択できるように構成されているか、
又は露光時間を数値で任意書込直接指定できるように構
成されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

多波長分光光度計の性能及び操作性の観点からみると、
露光時間が一定に設定された多波長分光光度計や、露光
時間についていくつかの値を任意に選択できる多波長分
光光度計よりも、適切な露光時間を直接に指定すること
ができるように構成された多波長分光光度計の方が望ま
しい。しかしながら、このような露光時間を直接指定で
きる従来の多波長分光光度計であっても、一次元フォト
ダイオードアレイ検知器のみを用いる場合には、フォト
ダイオードアレイの露光時間を、またイメージ増強管を
組み込んで構成される一次元フォトダイオードアレイ検
知器を用いる場合にはフォトダイオードアレイの露光時
間とイメージ増強管の増幅度を変えることのできる印加
電圧を、それぞれ直接、数値で指定することしかできず
、測定しようとする試料の状態及び最適化条件を考慮す
ることにより上記の各調整要素を最適に選択することに
ついては何等の配慮がなされていなかった。

更に露光時間を直接指定できる従来の多波長分光光度計
では、測定者は、出力信号量を逐一確認して試行錯誤を
繰返しながら最適条件を見出さなければならず、調整の
ために時間を要し、また測定者による手動調整であるた
め最終的に最適な信号対雑音比を得ることができないと
いう問題があった。

本発明の目的は、一次元フォトダイオードアレイ検知器
又はイメージ増強管が組み込まれた前記検知器を用いた
多波長分光光度計において、簡単な操作により短時間で
自動的に、被測定試料ごとに前記一次元フォトダイオー
ドアレイ検知器の最適動作条件を設定することができ、
常に良好な信号対雑音比で測定することができる多波長
分光光度計を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る第１の多波長分光光度計は、光検出部に一
次元フォトダイオードアレイ検知器を含む多波長分光光
度計であって、一次元フォトダイオードアレイ検知器の
露光時間を、測定される試料の状態に合せて自動的に最
適化する信号処理・制御手段と、この信号処理・制御手
段による最適化動作を指令する操作手段を設けるように
構成される。

本発明に係る第２の多波長分光光度計は、光検出部に、
イメージ増強管を組み込んだ一次元フォトダイオードア
レイ検知器を用いた多波長分光光度計であって、イメー
ジ増強管の印加電圧と一次元フォトダイオードアレイ検
知器の露光時間のそれぞれを、測定される試料の状態に
合せて自動的に最適化する信号処理・制御手段と、この
信号処理・制御手段による最適化動作を指令する操作手
段を設けるように構成される。

本発明に係る第３の多波長分光光度計は。前記第２の構
成において、前記印加電圧の最適化を前記露光時間の最
適化よりも優先するように構成される 本発明に係る前記の各多波長分光光度計では、分光器と
して、回折格子分光器又は干渉分光器のいずれかが使用
されることを特徴とする。

〔作用〕

本発明による前記第１の多波長分光光度計では、測定し
ようとする試料を所定の箇所に設置し、本来の測定の前
に、例えば操作パネルに備えられた操作手段を例えばワ
ンタッチ操作するだけで自動的に露光時間が最適に調整
され、被測定試料に合せて最適な信号対雑音比を得るこ
とができる。

本発明による前記第２及び第３の多波長分光光度計では
、測定しようとする試料を所定の箇所に設置し、本来の
測定の前に、例えば操作パネルに備えられた操作手段を
例えばワンタッチ操作するだけで自動的に印加電圧又は
露光時間の少なくともいずれか一方が最適に調整され、
被測定試料に合せて最適な信号対雑音比を得ることがで
きる。

本発明に係る各多波長分光光度計では、分光器としては
、回折格子分光器と干渉分光器のいずれかを使用するこ
とができる。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

先ず、本発明による多波長分光光度計の自動最適条件設
定の考え方について説明する。

先ず第１の考え方について説明する。多数のシリコンフ
ォトダイオードを１列に並べて構成される一次元フォト
ダイオードアレイ検知器では、信号対雑音比Ｓ／Ｎは一
般に式（１）に示すように出力信号ｆｆ１Ｓに比例する
。

Ｓ／ＮＬｘＳ　　　　　・・・・　（１）−次元フォト
ダイオードアレイ検知器では各チャンネルのための複数
のシリコンフォトダイオードを有し、これらのシリコン
フォトダイオードのそれぞれに対し並列に容量が設けら
れており、−定の露光時間の間に各シリコンフォトダイ
ードで発生した信号をそれぞれの容量に蓄えて積分した
後、順次に読み出すように構成されている。従って、フ
ォトダイオードアレイ検知器の出力信号量Ｓは式（２）
に示すように検知器に入射する光量１とその露光時間ｔ
との積に比例する。

Ｓａ：ｌ−ｊ　　　　　　−−＊−（２）入射光量が一
定である場合には式（１）、（２）より信号対雑音比は
露光時間に比例することが分かる。ただし、信号の積分
値が前記の並列容量の値を越えると出力信号は飽和する
ので、露光時間は並列容量を飽和させない範囲で設定さ
れる必要がある。

一方、従来−次元フォトダイオードアレイ検知器を用い
た多波長分光光度計では、信号対雑音比を向上させるた
め、前記検知器に対する露光と読出しを複数行い、各チ
ャンネルごとに複数回の出力信号量を積算平均を行って
結果とすることが一般に行われる。この場合には信号対
雑音比は式（３）に示す如く繰返し回数ｎの平方根に比
例して向上する。

Ｓ／Ｎ父Ｉ−ｔ−ｎ＋　　・・・・（３）式（３）から
明らかなように、信号対雑音比の向上の度合いは露光時
間ｔについては１乗、繰返し回数ｎについては１７２乗
に比例することから、一定の測定時間の中では露光時間
を優先して設定すべきことが分かる。

次に第２の考え方について説明する。蛍光スペクトルの
測定などの微弱光分析の場合には、マイクロチャンネル
プレートの電子増倍機能を利用して構成されたイメージ
増強管を一次元フォトダイオードアレイ検知器の全面に
取付け、このイメージ増強管で検出対象である光像強度
分布を増幅した後に一次元フォトダイオードアレイ検知
器で検出する方式か用いられることがある。この検知器
の場合には、信号及び信号対雑音比は入射光強度Ｉ、イ
メージ増強管の増幅度Ｇ１−次元フォトダイオードアレ
イ検知器の露光時間ｔ、繰返し積算回数ｎに対して式（
４）、　　（５）の関係にあることが知られている。

５ｃｃｌ−Ｇ−ｔ　　　　　”　”　’　　（４）Ｓ／
ＮｏＣ（Ｉ−Ｇ−ｔ−ｎ）＋・・・（５）入射光量と測
定時間が一定であるときには、出力信号が飽和しない範
囲ではイメージ増強管の増幅度が高いほど信号対雑音比
が向上するため、露光時間を最少限に設定し、出力信号
が飽和しない範囲内で且つイメージ増強管の許容範囲内
において最大限の増幅度をかけることが良い。なお、イ
メージ増強管の増幅度は印加電圧によって変化させるこ
とができ、印加電圧の増加に伴って増幅度は増加する。

露光時間と繰返し回数の、全体の測定時間と信号対雑音
比に与える寄与は同等である。

しかし、Ａ／Ｄ変換器における量子化誤差を考慮した場
合、イメージ増強管に許容範囲最大限の増幅度をかけて
も出力信号量が飽和するまでに余裕があるときには、露
光時間を増加し、延長する方が望ましい。

次に前記考え方に基づく本発明の詳細な説明する。第１
図及び第２図は前記第１の考え方に対応する第１実施例
を示す図である。

第１図は回折格子分光器と一次元フォトダイオードアレ
イ検知器を組合せた多波長分光光度計の構成を示す。光
源１から出た光束は試料２に入射され、ここで試料によ
る分光吸収を受ける。試料２を通過した光束は回折格子
分光器３に誘導され、回折格子４に入射する。回折格子
４は入射した光束を波長ごとに異なる方向へ回折し、こ
の回折光を一次元フォトダイオードアレイ検知器５によ
って検出する。この検知器５がその電子的スキャン速度
で定まる適当な露光時間で検出した各チャンネルの信号
は所定の順序で順次に取出され、増幅器６で所要のレベ
ルに増幅され、その後Ａ／Ｄ変換器７によってディジタ
ル信号に変換された後、コンピュータ８に入力される。

−次元フォトダイオードアレイ検知器５の複数のチャン
ネルはそれぞれ連続して変化する波長に対応している。

かかる検知器５の出力信号列を入力したコンピュータ８
は信号処理を行い、当該出力信号列を、表示装置９にお
いて横軸にチャンネル番号を取り、縦軸に信号強度を取
ることにより分光スペクトルとして表示する。

またコンピュータ８は操作キーパネル１０を備えており
、使用者はこの操作キーパネル１０に設けられたキース
イッチを操作することにより、コンピュータ８に対し測
定開始の指示や測定に係わる装置の動作条件の設定等の
指令を与えることができる。動作条件の設定の中には一
次元フォトダイオードアレイ検知器５の露光時間の設定
が含まれている。コンピュータ８は、この設定された露
光時間の値に従って、検知器駆動回路１１を介して一次
元フォトダイオードアレイ検知器５の前記電子的スキャ
ン速度を制御し、設定された露光時間の間、検知器５に
入射している光の測定を行わせる。上記露光時間の設定
は、使用者が操作キーパネル１０に設けられた最適条件
設定用キー１２を操作することにより現在装着されてい
る試料２に対する最適値をコンピュータ８に探させ、自
動的に設定させるように構成される。

次に、最適条件設定用キー１２の操作に基づいて、コン
ピュータ８が自動的に最適な露光時間を探し設定する方
法に関し、コンピュータ８が実行する最適条件設定制御
のフローを第２図に基づき説明する。このフローチャー
トによれば、先ず最初に露光時間について適当に初期値
が設定され（ステップ２１）、この初期値を検知器駆動
回路１１に与え、−次元フォトダイオードアレイ検知器
５の電子的スキャン速度を設定し測定を行う（ステップ
２２）。フォトダイオードアレイ検知器の各チャンネル
の出力信号を読し出し、それらの出力信号の中から最大
値を探し出す（ステップ２３）。探し出した最大値を最
適範囲と比較する（ステップ２４）。この最適範囲は前
述した通り並列容量を飽和させない範囲で決まるもので
ある。

ステップ２４の比較判断において、最大値が小さいと判
断されたときには露光時間が所定量増加され（ステップ
２５）、その後ステップ２２に戻って再び測定を行う。

また最大値が大きいと判断されたときには露光時間が所
定量減少され（ステップ２６）、その後ステップ２２に
戻って再び測定を行う。上記ステップ２２，２３，２４
．２５又は２６を反復し、得られた最大値が最適になっ
たとき、適合と判断され、ステップ２７で最適値が設定
される。以上のように本実施例では、前記第１の考え方
に従い試料２を用いて露光時間を調整することにより出
力信号の最適化を達成する。

前記実施例によれば、最適条件設定用キー１２を押圧操
作するだけで最適露光時間を自動的に設定することがで
き、簡単な操作で、常に信号雑音比が良好な分光スペク
トルを得ることができると共に、被測定試料に応じた最
適な条件の選択を行い良好な信号対雑音比を得ることが
できる。

なお前記実施例において、操作キーパネル１０に設けら
れた数値キー１３を操作しすることにより露光時間を直
接に数値にて設定することもできる。分光器として干渉
分光器を用いることもできる。

第３図と第４図は前記第２の考え方に対応する本発明の
第２実施例を示す。第３図は干渉分光器と、イメージ増
強管を組み込んだ−次元フォトダイオードアレイ検知器
とを組み合わせた多波長分光光度計を示す。第３図にお
いて第１図で示された要素と同一の要素には同一の符号
を付している。

光源１から出た光束は試料２に入射され、試料２による
分光吸収を受ける。試料２を通過した光束は干渉分光器
３１に誘導される。干渉分光器３１は、例えば平行に偏
光子３２と検光子３３を配置し、これらの偏光子３２と
検光子３３との間に配置されたウオーラストンプリズム
３４の複屈折性によって入射光を２つに分割し、そして
結合レンズ３５により再結合させることによって、イメ
ージ増強管を組み込んでなる一次元フォトダイオードア
レイ検知器３６の受光面に干渉縞を形成させる。この一
次元フォトダイオードアレイ検知器３６はイメージ増強
管部３７と一次元フォトダイオードアレイ検知部３８と
から構成される。検知器３６の出力電気信号は増幅器６
によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器７によってディジタル
信号に変換された後、コンピュータ８に読込まれる。コ
ンピュータ８は入力した出力信号列をフーリエ変換し、
これによって分光スペクトルを得、表示装置９に表示す
る。操作キーパネル１０の機能については前記実施例の
場合と基本的には同じであるが、この実施例の場合には
、設定できる動作条件としてイメージ増強管部３７の印
加電圧と一次元フォトダイオードアレイ検知部３８の露
光時間が含まれる。コンピュータ８は、印加電圧の設定
値に従い高圧電源３９の出力電圧を制御し、これにより
イメージ増強管部３７に設定された印加電圧を与え、ま
た露光時間の設定値に従い前記第１実施例の場合と同様
に検知器駆動回路１１を介して一次元フォトダイオード
アレイ検知部３８を電子的スキャン速度を制御し、設定
された露光時間の間、この検知器３６に入射される光の
測定を行わせる。

次に最適条件設定用キー１２′を押すことにより現在装
着されている試料２に対する最適値を自動的に探し、設
定するコンピュータ８の処理動作を第４図に基づいて説
明する。この処理動作は前記第２の考え方に基づく。

先ず最初に露光時間と印加電圧を最小に設定する（ステ
ップ４１）。この条件の下で第１回目の測定を行う（ス
テップ４２）。この測定によって一次元フォトダイオー
ドアレイ検知部３８の各チャンネルの出力信号がコンピ
ュータ８に読込まれ、その読込まれた出力信号の中から
最大値が探し出される（ステップ４３）。次の判断ステ
・ツブ４４では最大値を最適範囲と比較する。この最適
範囲の意味は前記第１実施例におけるステップ２４のの
場合と同じである。露光時間と印加電圧はステップ４１
において最初は最小の値に設定されているため、通常、
最大値は最適範囲よりも小さい。

この場合には現在の印加電圧と最大許容電圧と比較しく
ステップ４５）、小さい場合には印加電圧を増加する（
ステップ４６）。このように増加した印加電圧を用いて
測定を行い、上記ステップ４２　４２．４．３．４４，
４５．４６を繰返す。この状態で最大値がステップ４５
で適合と判断されたときには、ステップ４８に移行して
設定された露光時間と印加電圧を最適値として決定する
。しかし、印加電圧を最大許容値に設定しても、未だ出
力信号の最大値が最適範囲を満足しない場合にはステッ
プ４７に移行して露光時間を所定量増加する。この状態
でステップ４２，４３，４５．４７を繰返し、最大値が
最適範囲に対し適合するように制御する。

上記実施例によれば、第１実施例と同様に、最適条件設
定用キー１２′を押圧操作するだけで最適印加電圧と最
適露光時間を自動的に設定することができ、簡単な操作
で、常に信号雑音比が良好な分光スペクトルを得ること
ができ、更に被測定試料に合せた良好な信号対雑音比を
得ることができる。

なお前記実施例において、操作キーパネル１０に設けら
れた数値キー１３を操作しすることにより印加電圧及び
露光時間を直接に数値にて設定することもできる。分光
器として回折格子分光器を用いることもできる。

また前記各実施例では一次元フォトダイオードアレイ検
知器について説明したが、本発明は１つの軸が波長軸で
ある二次元フォトダイオードアレイ検知器にも拡大して
適用することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明によれば、多波長
分光光度計の一次元フォトダイオードアレイ検知器の信
号対雑音比の最適化を自動的に行える装置構成を実現し
たため、簡単操作で短時間に、通常の一次元フォトダイ
オードアレイ検知器を備えた多波長分光光度計では露光
時間の最適値を、またイメージ増強管が組み込まれた一
次元フォトダイオードアレイ検知器を備えた多波長分光
光度計では印加電圧と露光時間の最適値をそれぞれ設定
することができ、且つ被測定試料ごとに本来の測定の前
の予備測定によって自動的に信号対雑音比を良好に調整
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す装置構成図、第２図
は本発明の第２実施例を示す装置構成図、第３図は第１
実施例による自動調整の工程を示すフローチャート、第
４図は第２実施例による自動調整の工程を示すフローチ
ャートである。 〔符号の説明〕 １・・・・ ２・・・・ ３・・・・ ４・―・・ ５・・・・ ８　・　・ １０　・ １１　φ １２゜ ３１　・ ３６　・ ３７　・　・　・　・ ３８　・　・　・　・ ３９−　・　・　・

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）光検出部に一次元フォトダイオードアレイ検知器
   を含む多波長分光光度計において、前記一次元フォトダ
   イオードアレイ検知器の露光時間を、測定される試料の
   状態に合せて自動的に最適化する信号処理・制御手段と
   、前記信号処理・制御手段による前記最適化動作を指令
   する操作手段を設けたことを特徴とする多波長分光光度
   計。
2. （２）光検出部に、イメージ増強管を組み込んだ一次元
   フォトダイオードアレイ検知器を用いた多波長分光光度
   計において、前記イメージ増強管の印加電圧と一次元フ
   ォトダイオードアレイ検知器の露光時間のそれぞれを、
   測定される試料の状態に合せて自動的に最適化する信号
   処理・制御手段と、前記信号処理・制御手段による前記
   最適化動作を指令する操作手段を設けたことを特徴とす
   る多波長分光光度計。
3. （３）請求項２記載の多波長分光光度計において、前記
   印加電圧の最適化を前記露光時間の最適化よりも優先し
   たことを特徴とする多波長分光光度計。
4. （４）請求項１〜３のいずれかに記載の多波長分光光度
   計において、使用される分光器が回折格子分光器である
   ことを特徴とする多波長分光光度計。
5. （５）請求項１〜３のいずれかに記載の多波長分光光度
   計において、使用される分光器が干渉分光器であること
   を特徴とする多波長分光光度計。